跨層資源調(diào)度算法綜述

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1、電信科學(xué)2008年第9期研究與開(kāi)發(fā)跨層資源調(diào)度算法綜述*程軍,李鷗,來(lái)衛(wèi)國(guó)(信息工程大學(xué)信息工程學(xué)院鄭州450002)摘要跨層資源調(diào)度對(duì)實(shí)現(xiàn)資源的有效利用,保證業(yè)務(wù)的QoS起著重要作用。本文對(duì)跨層資源調(diào)度的研究狀況進(jìn)行了概述:根據(jù)所采用的技術(shù)體制和約束類型,介紹了單載波系統(tǒng)和OFDM系統(tǒng)的多用戶機(jī)會(huì)調(diào)度問(wèn)題和相應(yīng)算法,分析了單一類型和多種類型資源共享約束下的機(jī)會(huì)調(diào)度算法;分別從隊(duì)列調(diào)度、子載波分配和功率控制3個(gè)方面,對(duì)基于隊(duì)列和信道狀態(tài)信息的資源調(diào)度算法進(jìn)行了分析和比較;對(duì)提高反饋信息的準(zhǔn)確性、減少反饋信息量

2、的方法和機(jī)制進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。最后指出了需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。關(guān)鍵詞跨層調(diào)度;機(jī)會(huì)調(diào)度;資源分配;服務(wù)質(zhì)量;反饋機(jī)制方法,在此基礎(chǔ)上指出了需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。1引言2基于信道狀態(tài)信息的機(jī)會(huì)調(diào)度算法隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和日趨融合,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展和應(yīng)用。與此同2.1單載波體制下的機(jī)會(huì)調(diào)度時(shí),有限的網(wǎng)絡(luò)資源與用戶日益增加的業(yè)務(wù)需求之間的矛為解決無(wú)線信道動(dòng)態(tài)變化造成的資源浪費(fèi)問(wèn)題,人們提[1,2]盾亦日漸突出。出了依賴于地理位置的調(diào)度算法、依賴于信道狀態(tài)的調(diào)度[3][4,5]一方面,

3、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬和功率資源有限,無(wú)線信道受算法和機(jī)會(huì)調(diào)度算法等,這些算法的基本思想是:調(diào)度干擾、衰落、多徑擴(kuò)展、多普勒效應(yīng)等影響,信道容量動(dòng)態(tài)過(guò)程利用信道的動(dòng)態(tài)變化特性,盡可能通過(guò)較好的信道傳變化;另一方面,用戶的業(yè)務(wù)需求正從語(yǔ)音、電子郵件向包輸信息。在這些算法中,機(jī)會(huì)調(diào)度算法可以提高無(wú)線資源括視頻流、實(shí)時(shí)交互業(yè)務(wù)在內(nèi)的多媒體業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變,而多媒利用率和系統(tǒng)的吞吐量,實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示。體業(yè)務(wù)具有高帶寬、低時(shí)延等QoS需求。如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資機(jī)會(huì)調(diào)度算法在提高系統(tǒng)吞吐量的同時(shí),容易造成用源的有效利用,保證多種類型業(yè)務(wù)的Q

4、oS需求,是當(dāng)前的熱點(diǎn)研究課題?？鐚淤Y源調(diào)度對(duì)實(shí)現(xiàn)資源的有效利用,保證業(yè)務(wù)的QoS起著重要作用。目前圍繞跨層無(wú)線資源調(diào)度展開(kāi)了大量研究,本文對(duì)跨層資源調(diào)度的研究狀況進(jìn)行了概述,明確了研究的關(guān)鍵問(wèn)題,闡述了解決這些問(wèn)題的基本思想和*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.60672064)圖1機(jī)會(huì)調(diào)度算法示意79研究與開(kāi)發(fā)戶間的不公平性。例如距離基站較近的用戶,信道質(zhì)量較時(shí)業(yè)務(wù)間的長(zhǎng)期吞吐量的公平性,同時(shí)給予實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)基于好,接受較多服務(wù);而位于蜂窩網(wǎng)絡(luò)邊緣的用戶,信道質(zhì)量概率的吞吐量保證,對(duì)于沒(méi)有達(dá)到QoS要求的用戶,

5、增加相對(duì)較差,可能長(zhǎng)時(shí)間接受不到服務(wù)。為解決此問(wèn)題,提出其調(diào)度權(quán)重,反之亦然。[6]了比例公平(PF)算法和基于資源共享約束的機(jī)會(huì)調(diào)度算3基于信道和隊(duì)列狀態(tài)信息的調(diào)度算法[7]法,這些算法都是對(duì)公平性與傳輸效率進(jìn)行了折衷。比例公平算法既考慮當(dāng)前的用戶信道質(zhì)量狀況,又考慮用戶已機(jī)會(huì)調(diào)度算法雖然利用了信道的動(dòng)態(tài)變化特性,但沒(méi)接受到的服務(wù)量,從而保證無(wú)線帶寬的有效利用,維護(hù)用有考慮業(yè)務(wù)負(fù)荷及其變化帶來(lái)的影響,而業(yè)務(wù)負(fù)荷及變化戶間的公平性?；谫Y源共享約束的機(jī)會(huì)調(diào)度算法引入了對(duì)調(diào)度算法的影響較大,例如被調(diào)度用戶可能因

6、業(yè)務(wù)較少時(shí)間共享公平約束、基于性能的公平約束、最小性能公平而造成傳輸資源的浪費(fèi),于是基于信道和隊(duì)列狀態(tài)信息的約束3種條件,即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量最大化,同時(shí)滿足資源調(diào)度算法應(yīng)運(yùn)而生,其主要思想是:調(diào)度過(guò)程綜合考慮信的公平共享。道狀態(tài)、隊(duì)列狀態(tài)、業(yè)務(wù)的QoS需求及用戶間的公平性等2.2多載波體制下的機(jī)會(huì)調(diào)度問(wèn)題,提高信息傳輸效率,保證業(yè)務(wù)的QoS,維護(hù)用戶間的基于單載波的機(jī)會(huì)調(diào)度一次只能服務(wù)一個(gè)用戶,而多公平性?；谛诺篮完?duì)列狀態(tài)信息的調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程載波技術(shù)(OFDM/OFDMA)具有抗頻率選擇性衰落、傳輸數(shù)如圖

7、2所示。據(jù)率高、能實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用和并行傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),是下一代寬3.1基于信道和隊(duì)列狀態(tài)信息的隊(duì)列調(diào)度帶移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。參考文獻(xiàn)[8～10]研究了多載基于信道和隊(duì)列狀態(tài)信息的調(diào)度算法中,比較經(jīng)典的[13]波技術(shù)下的機(jī)會(huì)調(diào)度問(wèn)題。參考文獻(xiàn)[8]在三種公平性(時(shí)是修改后的最大權(quán)重延遲優(yōu)先(ML-WDF)算法,已在間公平、效用公平和最小性能保證)約束下推導(dǎo)了最優(yōu)調(diào)CDMA-HDR系統(tǒng)得到成功應(yīng)用。ML-WDF的調(diào)度優(yōu)先級(jí)由度策略,該調(diào)度策略不僅利用了信道的時(shí)變特性,還利用信道狀態(tài)、用戶已接受的服務(wù)量和隊(duì)頭分組的排

8、隊(duì)時(shí)延確了信道的頻域多樣性。參考文獻(xiàn)[9]給出了設(shè)計(jì)具有自適應(yīng)定。為了解決用戶隊(duì)列間的時(shí)延差異不敏感問(wèn)題,人們提[14]控制功能的機(jī)會(huì)公平無(wú)線調(diào)度器的一般方法,描述和解決出了改進(jìn)的基于指數(shù)規(guī)則的ML-WDF算法,改進(jìn)了分組了多信道調(diào)度問(wèn)題。參考文獻(xiàn)[8,9]研究的是時(shí)隙資源的多時(shí)延和系統(tǒng)吞吐量。用戶機(jī)會(huì)調(diào)度問(wèn)題,而參考文獻(xiàn)[10]提出了聯(lián)合時(shí)隙和功ML-WDF算法沒(méi)有考慮業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)可能造成的被率的