凌啟東,陽 媛,王 博(.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇徐州440;.東南大學(xué),江蘇南京89;.中國移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司,江蘇徐州600)
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和通信數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長,4G的時(shí)頻效率將難以滿足未來通信容量的需求,如何提高時(shí)頻資源調(diào)度算法的利用效率將是未來5G需要解決的首要問題[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),80%以上的通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境,室內(nèi)通信已成為通信網(wǎng)絡(luò)中最重要的接入環(huán)節(jié)[2]。在室內(nèi)環(huán)境中,多個(gè)運(yùn)營商的Wi-Fi信號、室分信號、室外宏站信號共存,信號間干擾嚴(yán)重,頻譜資源浪費(fèi)較大,增加了室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,急需設(shè)計(jì)一種全新架構(gòu)的家庭基站系統(tǒng),融合多制式信號的接入,優(yōu)化無線資源的分配,滿足多用戶多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高速增長下的QoS需求,提高用戶體驗(yàn)。無線通信MAC層經(jīng)典的調(diào)度算法有輪循(RR)調(diào)度算法、比例公平(PF)調(diào)度算法和最大載干比(Max C/I)調(diào)度算法,這些算法實(shí)現(xiàn)簡單,但沒有考慮到時(shí)延等QoS特點(diǎn),已經(jīng)不適合當(dāng)前通信業(yè)務(wù)的多QoS需求。為此,文獻(xiàn)[3-8]研究了基于QoS參數(shù)的資源分配算法,在一定程度上提高了業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。文獻(xiàn)[3]針對LTE系統(tǒng)提出了一種基于QoS的資源機(jī)會調(diào)度算法,在一定程度上保證了不同用戶業(yè)務(wù)的公平性,但是僅考量了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率指標(biāo),不能滿足不同種類業(yè)務(wù)的QoS要求[3]。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于RB的metric值的調(diào)度算法,優(yōu)先將信道質(zhì)量好的RB分配給優(yōu)先級高的業(yè)務(wù),可以保證系統(tǒng)的吞吐量,但是易造成優(yōu)先級低的用戶丟包率惡化。文獻(xiàn)[5]研究了一種基于QoS的多業(yè)務(wù)資源調(diào)度算法,根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性采用不同的調(diào)度策略,但是沒有考慮到業(yè)務(wù)塊的特點(diǎn),易造成資源的浪費(fèi)。文獻(xiàn)[6]研究了業(yè)務(wù)的QCI的差異性,提出了QMDS算法,動(dòng)態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)優(yōu)先級,但是沒有考慮到無線資源的有限性,資源調(diào)度算法固定不變,很難在負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化較大的開放性環(huán)境中滿足多用戶、多業(yè)務(wù)的需求,在過載時(shí)業(yè)務(wù)的QoS沒有保證。文獻(xiàn)[7]針對5G的小數(shù)據(jù)提出了一種云化資源共享的模型,提升了時(shí)頻資源利用效率,但是沒有考慮到大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS需求。文獻(xiàn)[8]針對家庭基站的公平性提出了一種半合作博弈的資源分配方案,但是不能滿足多業(yè)務(wù)的QoS需求。
針對室內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種全新架構(gòu)的家庭基站系統(tǒng),融合了室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò),滿足多運(yùn)營商、多業(yè)務(wù)共存的需求。在此基礎(chǔ)上提出了一種基于QoS的自適應(yīng)多業(yè)務(wù)融合分集調(diào)度算法(AD-MF——Adaptive Diversity Scheduling Algorithm for Multi-service Fusion),根據(jù)未來5G環(huán)境下家庭網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)QoS特點(diǎn)對業(yè)務(wù)進(jìn)行了分類,采用不同的資源調(diào)度策略為用戶提供各種差異化服務(wù)。當(dāng)資源負(fù)荷狀態(tài)變化時(shí),自適應(yīng)調(diào)整資源的分配策略,平衡了數(shù)據(jù)吞吐率與業(yè)務(wù)QoS之間的矛盾,適應(yīng)了日益增長的接入終端的業(yè)務(wù)多樣化和QoS差異化的趨勢,具有較強(qiáng)的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
目前室內(nèi)無線接入網(wǎng)主要有傳統(tǒng)的寬帶Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、宏站移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和室分移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),主要的用戶有傳統(tǒng)的電信終端、移動(dòng)終端和各種物聯(lián)網(wǎng)終端,隨著服務(wù)質(zhì)量要求的提高及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展,家用無線接入用戶的種類和數(shù)量增長迅速,相應(yīng)的業(yè)務(wù)也呈爆發(fā)式增長,高清視頻、實(shí)時(shí)游戲、數(shù)字電話、物聯(lián)網(wǎng)M2M(Machine-to-Machine)等業(yè)務(wù)日趨普及,而現(xiàn)有家庭無線網(wǎng)絡(luò)重疊干擾嚴(yán)重、頻帶占用混亂、帶寬瓶頸、可擴(kuò)展性差等缺點(diǎn),無法滿足多用戶、多業(yè)務(wù)高QoS的需求,室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)已成為運(yùn)營商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商關(guān)注的重點(diǎn)。為此,提出了一種基于多業(yè)務(wù)融合的綜合接入家庭基站系統(tǒng),如圖1所示,融合多制式網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)多用戶的接入,系統(tǒng)主要包括多業(yè)務(wù)綜合接入設(shè)備和多業(yè)務(wù)融合中心設(shè)備。多業(yè)務(wù)綜合接入設(shè)備布置在室內(nèi),實(shí)現(xiàn)移動(dòng)手機(jī)用戶、傳統(tǒng)電信用戶、物聯(lián)網(wǎng)終端用戶的無線接入,通過資源調(diào)度算法為無線接入用戶統(tǒng)一調(diào)配時(shí)頻資源,達(dá)到無線資源利用的最大化,在MAC層通過2級標(biāo)簽T1、T2區(qū)分運(yùn)營商和用戶類型,保障業(yè)務(wù)的QoS需求。多業(yè)務(wù)融合中心設(shè)備負(fù)責(zé)匯聚小區(qū)的綜合接入設(shè)備的數(shù)據(jù),剝離相關(guān)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽,根據(jù)標(biāo)簽T1分配不同的傳輸資源及傳輸優(yōu)先級,根據(jù)標(biāo)簽T2轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的運(yùn)營商城域網(wǎng)中,實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)和具體城域網(wǎng)的無縫連接。多業(yè)務(wù)融合家庭基站系統(tǒng)深度融合了無線接入方式,支持多樣化的應(yīng)用場景,提高了頻譜利用率,大大降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的復(fù)雜度,向下兼容了業(yè)務(wù)實(shí)體,向上兼容了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商,使得下一代無線接入網(wǎng)絡(luò)能更好地滿足業(yè)務(wù)多樣性的需求。
圖1 多業(yè)務(wù)融合家庭基站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
開放的家庭基站網(wǎng)絡(luò)中包含了傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)和移動(dòng)業(yè)務(wù),同時(shí)接入了日益增長的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),業(yè)務(wù)呈現(xiàn)類型多樣化、個(gè)性化、寬帶化等特點(diǎn)[9],業(yè)務(wù)相應(yīng)的時(shí)延、丟包率、吞吐率等QoS要求也相差較大,基于基本的業(yè)務(wù)類型[10],結(jié)合基站家庭系統(tǒng)的新特點(diǎn),將用戶業(yè)務(wù)分為4類(見表1):固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)、軟實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、后臺業(yè)務(wù)。固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)主要是速率恒定的實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù),例如VoLTE、IP電話等,該類業(yè)務(wù)需要足夠穩(wěn)定的保證帶寬,對丟包和時(shí)延的變化很敏感,雙向數(shù)據(jù)流傳輸。流媒體業(yè)務(wù)主要是具有突發(fā)性和相關(guān)性的大數(shù)據(jù)塊業(yè)務(wù),例如點(diǎn)播業(yè)務(wù)、IPTV等,該類業(yè)務(wù)需要較大的保證帶寬,可以允許一定的時(shí)延抖動(dòng)和丟包率,單向數(shù)據(jù)流傳輸。軟實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)主要是物聯(lián)網(wǎng)類控制業(yè)務(wù),例如開關(guān)控制業(yè)務(wù)、報(bào)警業(yè)務(wù)等,該類業(yè)務(wù)需要帶寬較少,實(shí)時(shí)交互性較高,用戶體驗(yàn)要求高,需要一定的時(shí)延要求。后臺業(yè)務(wù)是實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),例如FTP下載、Internet數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等,該類業(yè)務(wù)對時(shí)延、抖動(dòng)及丟包相對不敏感,有一定的容忍度,交互性不高。接入系統(tǒng)需要根據(jù)業(yè)務(wù)的QoS特點(diǎn)設(shè)計(jì)資源調(diào)度算法,充分利用系統(tǒng)資源,在滿足系統(tǒng)中業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上,提升系統(tǒng)的吞吐量。
表1 業(yè)務(wù)特點(diǎn)及類型
根據(jù)業(yè)務(wù)的不同類型和特點(diǎn),將業(yè)務(wù)分為2個(gè)集合:固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)集和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)集,其中非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)集包括流媒體業(yè)務(wù)、軟實(shí)時(shí)任務(wù)和后臺業(yè)務(wù)。
定義數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)集:
對于每個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)T,屬性參數(shù)用四元組表示為:
式中:
CQI——業(yè)務(wù)的信道質(zhì)量信息,用戶周期性上報(bào)下行信道質(zhì)量信息[11]
A——業(yè)務(wù)的到達(dá)時(shí)間,對于非實(shí)時(shí)任務(wù)是不可預(yù)測的
r——該用戶業(yè)務(wù)預(yù)估的傳輸速率
D——業(yè)務(wù)的絕對截止期,即數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)應(yīng)該被分配資源完成傳輸,否則數(shù)據(jù)就無效
針對傳統(tǒng)調(diào)度算法在開放家庭環(huán)境下存在的不足,根據(jù)家庭基站環(huán)境中業(yè)務(wù)的特點(diǎn),提出了AD-MF動(dòng)態(tài)調(diào)度算法。AD-MF算法的總體思路是基于不同分集內(nèi)業(yè)務(wù)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了不同的優(yōu)先級計(jì)算公式和資源分配策略,為用戶提供差異化的QoS服務(wù)。在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),動(dòng)態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)分集優(yōu)先級和具體業(yè)務(wù)的隊(duì)列優(yōu)先級,在輕載時(shí)提升系統(tǒng)的整體吞吐量,在過載時(shí)滿足重要業(yè)務(wù)的QoS要求,同時(shí)盡力保證公平性。
具體地,在系統(tǒng)輕載時(shí),多業(yè)務(wù)資源調(diào)度算法主要包括:
a)不同分集的業(yè)務(wù)采用不同的資源分配策略。每個(gè)集合內(nèi)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組按照各自的優(yōu)先級公式計(jì)算進(jìn)行獨(dú)立排隊(duì),固實(shí)時(shí)任務(wù)隊(duì)列優(yōu)先進(jìn)行調(diào)度,保證實(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,當(dāng)固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)調(diào)度完成后,再進(jìn)行非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的調(diào)度。固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)按照固定速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,因此在調(diào)度時(shí)采用半靜態(tài)調(diào)度(SPS)策略,減少控制信息的資源消耗,增加了系統(tǒng)容量;非實(shí)時(shí)任務(wù)基于每個(gè)調(diào)度周期采用動(dòng)態(tài)的資源調(diào)度策略,根據(jù)優(yōu)先級順序重新分配資源。
b)基于分集內(nèi)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)獨(dú)立的先級計(jì)算公式。固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對時(shí)延和抖動(dòng)有嚴(yán)格的要求,因此在優(yōu)先級的設(shè)計(jì)中主要考慮時(shí)間因素,另外在信號質(zhì)量較差的情況下,可能會提升數(shù)據(jù)的誤碼率,優(yōu)先級的設(shè)計(jì)傾向于信道質(zhì)量較差和重傳的數(shù)據(jù),保證環(huán)境較差地點(diǎn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。t時(shí)刻固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級計(jì)算公式如式(3)所示。
式中:
fij(t)——用戶i業(yè)務(wù)j的時(shí)間函數(shù)
αnij——自動(dòng)重傳系數(shù)
gij(t)——用戶速率函數(shù)
cqi——用來表征用戶下行信道質(zhì)量指示因子,由于在室內(nèi)環(huán)境中墻的阻隔對信號有很大的影響,為了保證信道質(zhì)量差的業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,調(diào)度器優(yōu)先調(diào)度CQI值低的用戶業(yè)務(wù)分組,用CQI值歸一化的數(shù)值來計(jì)算cq,如公式(4)所示
業(yè)務(wù)都有時(shí)間生命,需要保證在截止期之前傳輸。f(t)是用戶業(yè)務(wù)的時(shí)間函數(shù),表征業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的緊迫性,具體計(jì)算公式如式(5)所示,業(yè)務(wù)分組數(shù)據(jù)排隊(duì)等候的時(shí)間越長,數(shù)據(jù)分組距離截止期越近,時(shí)間越緊迫,對應(yīng)的優(yōu)先級權(quán)值f(t)越高,越容易被調(diào)度。當(dāng)業(yè)務(wù)分組超過等待截止時(shí)間,即Dij-ΔDij≤0時(shí),丟棄該用戶業(yè)務(wù)分組,避免資源的浪費(fèi)。
式中:
Dij——業(yè)務(wù)絕對截止期
ΔDijt——t時(shí)刻業(yè)務(wù)已等待時(shí)間
信息在無線信道的傳輸過程中,由于干擾等因素,會造成部分分組數(shù)據(jù)的丟失或者非恢復(fù)性破壞,為了保持信息的完整性,這部分分組數(shù)據(jù)將執(zhí)行重傳機(jī)制,此時(shí)這類分組數(shù)據(jù)的時(shí)間尤其重要,因此在優(yōu)先級中設(shè)計(jì)了自動(dòng)重傳系數(shù)αn來提升該類分組數(shù)據(jù)的優(yōu)先級,αn的計(jì)算公式如式(6)所示,其中N為預(yù)設(shè)的重傳次數(shù)門限,隨著自動(dòng)重傳次數(shù)n的增加,αn逐漸增加,大大地提高了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包優(yōu)先級,當(dāng)自動(dòng)重傳次數(shù)n大于預(yù)設(shè)值N時(shí),自動(dòng)丟棄該數(shù)據(jù)包。
非固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)優(yōu)先級的計(jì)算公式如式(3)所示,相對于固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)優(yōu)先級,增加了g(t)參數(shù)。g(t)主要用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的吞吐量與公平性的關(guān)系,在系統(tǒng)輕載環(huán)境下,g(t)函數(shù)表達(dá)式如式(7)所示,其中,rt表示該用戶業(yè)務(wù)預(yù)估的t時(shí)刻的傳輸速率,R(t-1)表示該用戶前一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的速率,當(dāng)該用戶第1次接入時(shí),R(t-1)的計(jì)算是前一個(gè)調(diào)度周期所有用戶業(yè)務(wù)的平均速率,當(dāng)用戶申請速率高于上一個(gè)調(diào)度周期的速率時(shí),提高了該業(yè)務(wù)的優(yōu)先級,旨在提升整個(gè)系統(tǒng)吞吐量。
理論研究表明,負(fù)荷對系統(tǒng)資源的調(diào)度性能將產(chǎn)生很大的影響[12]。算法在每個(gè)調(diào)度周期進(jìn)行負(fù)荷跟蹤,在系統(tǒng)負(fù)荷輕載時(shí),基本都能滿足業(yè)務(wù)的截止期,算法設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是提高系統(tǒng)的吞吐量;當(dāng)過載發(fā)生時(shí),系統(tǒng)不可能保證所有的業(yè)務(wù)都能夠滿足截止期,如果優(yōu)先級的計(jì)算仍然傾向于速率高的業(yè)務(wù),容易造成低速率業(yè)務(wù)時(shí)延增大、分組丟失甚至服務(wù)中斷,導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化,此時(shí)算法設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是保證重要業(yè)
務(wù)的QoS要求,同時(shí)提高公平性,避免業(yè)務(wù)的餓死,保持系統(tǒng)穩(wěn)定,提升用戶體驗(yàn)。當(dāng)系統(tǒng)資源過載時(shí),優(yōu)先級計(jì)算如式(8)所示,其簡化了優(yōu)先級的計(jì)算,同時(shí)系統(tǒng)的負(fù)荷滿足式(9),確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),為了資源利用最優(yōu)化,減少因信道質(zhì)量差而導(dǎo)致的誤碼和重傳占用過多的資源,精簡了自動(dòng)重傳系數(shù)αn,對于重傳數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不進(jìn)行優(yōu)先調(diào)度,無線信道資源的分配偏向于信道質(zhì)量好的用戶和等待時(shí)間長的業(yè)務(wù),分別通過cq和f(t)來實(shí)現(xiàn)。對于非固實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),調(diào)度的策略將偏向公平性,盡力滿足大部分業(yè)務(wù),無線信道資源的分配偏向于信道質(zhì)量好的用戶和速率小的用戶,cq'的計(jì)算公式如式(10)所示,與信道質(zhì)量成正比關(guān)系。g'(t)函數(shù)表達(dá)式如式(11)所示,其中,Ri(t-1)表示用戶i在上個(gè)調(diào)度周期的速率,Ri(t-1)表示上個(gè)調(diào)度周期所有用戶的平均速率,ri表示用戶i在上個(gè)調(diào)度周期的平均速率,速率權(quán)值偏向申請資源少的業(yè)務(wù)和上個(gè)調(diào)度周期速率低的業(yè)務(wù)。
AD-MF算法考慮了不同分集內(nèi)業(yè)務(wù)的QoS差異,在同一分集內(nèi)部通過具體的QoS參數(shù)權(quán)值系數(shù)靈活調(diào)整優(yōu)先級,同時(shí)區(qū)分了重載和輕載時(shí)的優(yōu)先級調(diào)度策略,保證了業(yè)務(wù)QoS要求和系統(tǒng)吞吐量的最大化。算法控制流程如圖2所示,采用兩級隊(duì)列調(diào)度機(jī)制,如果是SPS業(yè)務(wù),直接分配與上個(gè)SPS周期相同位置的時(shí)頻資源,如果是新業(yè)務(wù),根據(jù)CQI、截止期、速率、重傳次數(shù)計(jì)算業(yè)務(wù)優(yōu)先級,按照排隊(duì)順序分配時(shí)頻資源。非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)根據(jù)負(fù)荷情況選擇不同的優(yōu)先級公式計(jì)算優(yōu)先級,按照優(yōu)先級的高低分配資源,直到資源不滿足負(fù)荷條件就結(jié)束分配。
為了評估AD-MF調(diào)度算法的性能,基于Visual Studio 2013和IT++4.3.1搭建系統(tǒng)級仿真平臺,模擬5G的家庭基站環(huán)境,采用華為提出的5G空口技術(shù):濾波正交頻分復(fù)用(F-OFDM)和稀疏碼多址接入(SCMA)技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)頻資源的配置與復(fù)用[13-14],檢測算法選用MPA[15],通過星座操作設(shè)計(jì)了多維碼本,為多元化的業(yè)務(wù)需求提供靈活的支撐,其他仿真參數(shù)如表2所示。
圖2 多業(yè)務(wù)分集調(diào)度算法流程
表2 仿真參數(shù)
以RR算法、QMDS算法為比較基線[6],選取系統(tǒng)吞吐量、公平性指數(shù)、丟包率作為評價(jià)指標(biāo),驗(yàn)證ADMF算法的性能。針對家庭多業(yè)務(wù)場景,設(shè)置單用戶多業(yè)務(wù)任務(wù),用戶位置隨機(jī)分布,選擇4種典型業(yè)務(wù):VoLTE業(yè)務(wù)、IPTV業(yè)務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)控制業(yè)務(wù)、FTP下載業(yè)務(wù),對應(yīng)的速率分別為34、242、47、512 kbit/s,時(shí)延截止期分別為100、300、150、500 ms,重傳次數(shù)門限N為5,每個(gè)用戶在線5個(gè)業(yè)務(wù),比例為1∶1∶2∶1,用戶數(shù)目為5~65,實(shí)驗(yàn)時(shí)以5個(gè)用戶為單位遞增,按照現(xiàn)網(wǎng)KPI指標(biāo),系統(tǒng)過載門限范圍為[0.85,0.95]。
圖3為3種算法的吞吐量隨著用戶數(shù)增加的對比結(jié)果,在負(fù)荷較輕時(shí),3種算法的吞吐量隨著用戶數(shù)的增加而增加,由于在輕載時(shí)AD-MF算法傾向于調(diào)用網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)好和速率高的業(yè)務(wù),性能較QMDS算法略好。在過載時(shí),AD-MF算法性能明顯優(yōu)于其他2種算法,AD-MF算法在過載時(shí)調(diào)度的策略將偏向公平性,且根據(jù)負(fù)荷門限設(shè)置了排隊(duì)業(yè)務(wù)的數(shù)量,避免了過多業(yè)務(wù)排隊(duì)導(dǎo)致的資源分配死鎖,吞吐量基本保持穩(wěn)定。
圖3 系統(tǒng)吞吐量
圖4 用戶公平性
算法的公平性仿真結(jié)果如圖4所示,在系統(tǒng)負(fù)荷輕載時(shí),3種算法的公平性指數(shù)相差不大,3種算法在設(shè)計(jì)時(shí)都考慮到了業(yè)務(wù)的公平性,隨著負(fù)荷的增加,3種算法的公平性指數(shù)呈下降的趨勢,其中RR算法的公平性較好。當(dāng)系統(tǒng)過載時(shí),RR算法和QMDS算法性能下降較快,而由于AD-MF算法在過載時(shí)優(yōu)化了優(yōu)先級設(shè)置,偏重于每個(gè)用戶的小速率業(yè)務(wù),因此用戶公平性性能最好。
圖5給出了3種算法的系統(tǒng)丟包率統(tǒng)計(jì)結(jié)果,在用戶數(shù)不大于25時(shí),此時(shí)負(fù)荷小于65%,3種算法的性能很好,丟包率都小于5%,隨著用戶數(shù)的增加,算法的丟包率增加明顯,其中RR算法丟包率最高,QMDS算法和AD-MF算法在設(shè)計(jì)時(shí)基于業(yè)務(wù)的QoS特性進(jìn)行調(diào)度,在負(fù)荷較輕時(shí)性能相對較好,但當(dāng)系統(tǒng)過載后,QMDS算法性能惡化,丟包率大幅提升,MF-AD算法由于設(shè)置了過載負(fù)荷門限,系統(tǒng)能保持穩(wěn)定性運(yùn)行,丟包率保持了一定的穩(wěn)定性。
圖5 系統(tǒng)丟包率
家庭基站是未來5G網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和資源調(diào)度算法都是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。針對5G家庭網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境,設(shè)計(jì)了一種基于多業(yè)務(wù)綜合接入的家庭基站系統(tǒng)結(jié)構(gòu),可以滿足多業(yè)務(wù)、多運(yùn)營商的融合通信。根據(jù)家庭環(huán)境下業(yè)務(wù)的特點(diǎn),提出了一種基于業(yè)務(wù)分集的資源調(diào)度策略,為用戶提供差異化的服務(wù)。基于5G的空口技術(shù)對該算法進(jìn)行了仿真分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法具有良好的性能,在過載情況下仍然能保持較高的穩(wěn)定性,對5G網(wǎng)絡(luò)中的資源分配算法的研究有著重要的意義。