Материалы / Курсовые работы 2014 / Материалы для курсовых работ 2014 / K16_Планировщики

1. Планировщики

   1. Введение

Задача планировщика – разделить ограниченный ресурс канала между пользовательскими устройствами. Ресурс канала разбивается на ресурсные блоки. Один ресурсный блок занимает 12 расположенных рядом поднесущих частот общей полосой в 180 кГц и один временной слот длительностью 0.5 мс. Чем больше диапазон частот, занимаемый каналом, тем больше ресурсных блоков передается в течение одного слота.

Существует два способа разделения ресурса канала между абонентами в LTE: разделение в частотной области и разделение во временной области. При разделении в частотной области планировщик отдает ресурсные блоки пользовательским устройствам в течение одного подкадра (один подкадр занимает два слота), а при разделении во временной области планировщик отдает пользовательскому устройству все ресурсные блоки данного подкадра. В работе рассматриваются алгоритмы работы планировщиков при разделении в частотной области, данные алгоритмы при необходимости просто обобщить на работу при разделении во временной области.

Согласно [1, глава 12], работу большинства планировщиков можно описать формулой

Планировщик будет планировать пользовательское устройство m на ресурсном блоке k в подкадре n тогда, когда данное выражение будет максимальным.

– достижимая скорость передачи пользователя m на ресурсном блоке k в подкаре n. В связи с тем, что разные ресурсные блоки располагаются на разных частотах, условия для передачи данных могут быть разные, например, на одной частоте помех больше, чем на другой. Чем лучше качество канала, тем более «простую» кодово-модуляционную схему можно применить и, соответственно, передать больше полезной информации в ресурсном блоке. Качество канала может оцениваться как для каждой поднесущей, так и для всего канала в целом.

– средняя скорость передачи до подкадра n. Согласно пункту 12.3 источника 2. В [1, глава 12] написано, что она обновляется в конце каждого подкадра следующим образом:

- коэффициент усреднения.

В симуляторе ns-3 обновление данной величины происходит таким же образом.

Коэффициент усреднения влияет на то, какой вес при оценке средней скорости передачи имеют прошлые подкадры. Если положить равным 1, то в результате средней скорости передачи при планировании в следующем подкадре будет принята скорость передачи, достигнутая на данном подкадре. Увеличивая , мы увеличиваем число прошлых подкадров, принимаемых во внимание при оценке скорости передачи. Данный коэффициент должен быть больше или равным единице.

– параметры, влияющие на работу алгоритмов планирования. При работе алгоритмов планирования основной дилеммой является увеличение общей пропускной способности базовой станции или увеличение справедливости при разделении ресурса между абонентами, т.е. предоставления всем абонентам одинаковой пропускной способности. Увеличивая , мы более ориентируем планировщик на максимизацию общей пропускной способности базовой станции, увеличивая , мы больше ориентируем планировщик на справедливость.

В зависимости от мы получаем разные алгоритмы планирования. Далее мы рассмотрим некоторые алгоритмы планирования, реализованные в ns-3.

2. Планировщик Maximum Throughput

Полагая , получим планировщик, который в документации по ns-3 [2] называется Maximum Throughput и описывается следующей формулой

Данный планировщик максимизирует общую пропускную способность базовой станции. Каждый ресурсный блок будет отдан тому пользователю, для которого условия в канале на частоте, на которой расположен планируемый ресурсный блок, лучшие. Этот планировщик не учитывает среднюю пропускную способность пользовательских устройств. Очевидный недостаток данного планировщика – отсутствие справедливости при разделении ресурса канала между абонентами. Абонент, находящийся ближе всего к базовой станции (и, как следствие, обладающий наилучшими условими в канале), будет планироваться в первую очередь, а до абонентов с плохим качеством каналов очередь может так и не дойти.

3. Планировщик Proportional Fair

Полагая , получим планировщик, который в документации ns-3 [2] называется Proportional Fair. Алгоритм планирования описывается следующей формулой:

Данный планировщик соблюдает баланс между общей пропускной способностью базовой станции и справедливостью при разделении ресурса между абонентами. Планировщик планирует пользователя тогда, когда его мгновенное качество канала (качество канала на текущей поднесущей) близко к среднему качеству канала за время работы, оцениваемое с помощью . Как только у абонента улучшается качество канала, у него повышает приоритет при планировании (растет ) и ему начинают выделяться ресурсные блоки. При этом у пользователя также начнет увеличиваться , и, соответственно, понижаться приоритет. Если же качество канала начинает ухудшаться, то упадет его средняя скорость передачи, и приоритет при дальнейшем планировании повысится.

4. Планировщик Blind Equal Throughput

Полагая , получим планировщик, который в документации по ns-3 [2] называется Blind Equal Throughput:

Этот планировщик ориентирован на то, чтобы у всех пользовательских устройств была одинаковая пропускная способность. Пользователь с наименьшей средней пропускной способностью обладает наивысшим приоритетом при планировании. При работе в частотной области алгоритм действий следующей: на первом этапе из всего списка пользовательских устройств выбирается одно с наивысшим приоритетом. Далее ему назначаются ресурсные блоки до тех пор, пока его общая достижимая скорость передачи в данном подкадре не станет больше минимальной средней скорости передачи среди всех остальных пользовательских устройств. Очевидный недостаток данного алгоритма – общая пропуская способность базовой станции ухудшается в угоду справедливости при разделении ресурсов.

5. Планировщик Round Robin

Данный планировщик является одним из самых простых. Его реализация также присутствует в ns-3, согласно [2]. Он не основывается на описанной выше метрике и просто распределяет ресурс канала по очереди между всеми абонентами. В некоторых научных статьях работа данного алгоритма планирования описывается как алгоритм Blind Equal Throughput, хотя в большинстве статей названия всё же правильно.

Работу данного планировщика можно получить, если взять алгоритм планирования Blind Equal Throughput и устремить коэффициент усреднения t_c к бесконечности. Тогда формула 2 станет выглядеть следующим образом:

Соответственно при планировании у всех пользовательских устройств всегда будет одинаковый приоритет, равный T(0), и алгоритм Blind Equal Throughput будет по очереди отдавать ресурсные блоки пользователям.

6. Работа планировщиков при разделении ресурса во временной области

Единственное отличие при работе алгоритмов планирования во временной области в том, что среди пользовательских устройств будет выбираться одно на основании оценок, сделанных для целого подкадра, и он весь будет отдаваться данному устройству, в то время как для алгоритмов в частотной области выбиралось устройство с максимальным приоритетом для каждого ресурсного блока. Так же можно сочетать работу разных планировщиков: выбирать кандидатов для планирования в текущем подкадре с помощью одного планировщика, а назначать ресурсные блоки кандидатам из отобранного множества с помощью другого. Это действие понизит сложность работы.

2. Список литературы

1. Farooq Khan – LTE for 4G Mobile Broadband. Air Interface Technologies and Perfomance.

2. ns-3 Model Library, Release ns-3.16. http://www.nsnam.org/ns-3-16/documentation/