家庭基站中多業(yè)務(wù)融合的資源調(diào)度算法研究

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）

0 引言

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。

1 家庭基站系統(tǒng)

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)

2 多業(yè)務(wù)融合的資源調(diào)度算法

2.1 家庭基站多業(yè)務(wù)模型

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

2.2 多業(yè)務(wù)分集調(diào)度算法

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。

3 仿真與分析

3.1 測試條件

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)

3.2 仿真結(jié)果分析

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

4 結(jié)論

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。