Bộ lập lịch này được đề xuất bởi Hung-yu Wei [14] để ứng dụng cho lập lịch lưu lượng đường xuống trong hệ thống HSPDA. Bộ lập lịch CARR được kết hợp cỏc đặc tớnh tốt từ bộ lập lịch Round Robin và max C/I. CARR đạt được sự cụng bằng người dựng trong giới hạn của cỏc khe thời gian và tài nguyờn vụ tuyến cấp phỏt thớch nghi theo cỏch nhận biết kờnh. Vũng gỏn của CARR là độ chi tiết thời gian của cơ chế đảm bảo QoS. Giả sử cú N người dựng đầu cuối trong hệ thống, khoảng thời gian ấn định của vũng là T khe thời gian (giả sử T > N), thuật toỏn lập lịch sẽđảm bảo rằng mỗi người dựng được ấn định một hoặc nhiều khe thời gian.
Hỡnh 2.1. Bộ lập lịch Round Robin, max C/I và CARR
Tại lỳc bắt đầu của khe thời gian đầu tiờn, bộ lập lịch CARR sẽ gỏn khe thời gian đến người dựng với tỉ lệ C/I tốt nhất. Tại lỳc bắt đầu của khe thời gian thứ hai, bộ lập lịch sẽ so sỏnh cỏc tỉ lệ C/I của (N-1) người dựng, khụng bao gồm người dựng mà đó được cấp khe thời gian đầu tiờn. Khe thời gian thứ hai được gỏn với tỉ
lệ C/I tốt nhất trong số (N-1) người dựng. Tương tự như vậy, khe thời gian thứ ba sẽ được gỏn với tỉ lệ C/I tốt nhất giữa (N-2) người dựng, trừ cỏc người dựng đó được cấp hai khe thời gian trước đú. Tương tự, ta sẽ tiếp tục quỏ trỡnh gỏn đến khe thời gian thứ N khi mọi thiết bị đầu cuối đều được nhận chớnh xỏc một khe thời gian. Sau đú, hệ thống sẽ chạy thuật toỏn lập lịch C/I tốt nhất từ khe thời gian (N +1)đến khe thời gian T. Khoảng thời gian (T +1) trởđi là bắt đầu của một vũng gỏn mới, bộ
lập lịch sẽ tiếp tục lặp lại quỏ trỡnh gỏn này.
Hỡnh 2.1(c) minh họa một vớ dụ bộ lập lịch CARR cú cựng ba người dựng trong hệ thống. Vũng gỏn gồm cú ba khe thời gian, mỗi người dựng sẽđược ấn định chớnh xỏc một khe thời gian trong một vũng gỏn. Khe đầu tiờn được gỏn vào người dựng 3 bởi vỡ điều kiện kờnh của người dựng 3 là tốt nhất. Bằng cỏch so sỏnh điều kiện kờnh của người dựng 1 và người dựng 2 tại khe thời gian thứ hai, khe thời gian này sẽđược gỏn cho người dựng 1. Khe thời gian cuối cựng của vũng được gỏn cho người dựng 3. Như vậy, mỗi người dựng sẽđược bộ lập lịch CARR ấn định một khe thời gian chất lượng tốt trong vũng gỏn này.
CARR cung cấp cho người dựng với khe thời gian phõn bổ đảm bảo, nú sử
lượng cấp phỏt tài nguyờn vụ tuyến và cấp phỏt QoS mềm (cỏc dịch vụ BE và nrtPS) một cỏch hiệu quả. Sơđồ này dễ triển khai do độ phức tạp thấp. Tuy nhiờn, sơđồ này khụng thểđiều khiển tỉ lệ băng thụng đạt được theo mỗi SS bởi vỡ sựđảm bảo băng thụng cung cấp trong sơ đồ là hoàn toàn xỏc định bởi điều kiện kờnh truyền tối đa của mỗi người dựng thay vỡ băng thụng yờu cầu của họ, do đú tài nguyờn cấp phỏt cụng bằng cho cỏc người dựng khụng cao.
2.2.4. Thuật toỏn Proportionate Fair (PF)
PF được đề xuất bởi cụng ty Qualcom, nú được ỏp dụng trong chuẩn IS-856 cho lập lịch lưu lượng đường xuống (được biết với tờn là HDR) [11-12]. Mục tiờu thiết yếu của sơ đồ lập lịch này là nõng cao thụng lượng hệ thống cũng như cung cấp sự cụng bằng giữa cỏc hàng đợi trong điều kiện xem xột. Thuật toỏn PF dựa trờn hàm ưu tiờn: ( ) ( ) ( ) i i i r t t R t à =
Trong đú ri(t) là tốc độ truyền cấp phỏt của SS thứ i trong khung con hiện tại,
Ri(t) là ước lượng tốc độ trung bỡnh nhận được bởi SS thứ i tại khe thời gian t. Khi đú hàng đợi với giỏ trị ài(t) cao nhất sẽ được phục vụ tại khe thời gian t, thụng lượng trung bỡnh của hàng đợi được cập nhật bởi:
nếu kết nối iđược phục vụ tại khe thời gian t, và
nếu kết nối i khụng được phục vụ tại khe thời gian t.
Trong đú Tc là hằng số thời gian dịch chuyển trung bỡnh. Trường hợp tổng quỏt,
Tc được lấy giỏ trị khoảng 1000 slots (1,66 giõy) trong hệ thống CDMA-HDR [11]. Việc lấy giỏ trị Tc lớn làm cho thụng lượng nhận được ớt ảnh hưởng để tối thiểu sự
thiếu thốn trong hàng đợi, nơi bộ lập lịch cú thể chờ trong 1 chu kỳ dài để người dựng quay từ một kờnh truyền xấu đến điều kiện tốt nhất. Khi số lượng lớn người
dựng cựng tồn tại trong hệ thống, ta cú thể cải thiện được độ lợi thụng lượng bằng cỏc lập lịch chỳng để sử dụng đặc tớnh của kờnh truyền fading nhanh, gọi là độ lợi phõn tập đa người dựng. Bộ lập lịch này thiết kế đơn giản và hiệu quả để nõng cao thụng lượng hệ thống. Bằng cỏch này, số đo ưu tiờn cú thể được thực hiện để đạt
được sự cụng bằng tỉ lệ trong số cỏc SS. Mặc dự thuật toỏn PF đơn giản và hiệu quả
nhưng nú khụng đảm bảo được yờu cầu QoS như trễ và biến động trễ do thiết kế
ban đầu cho hàng đợi bóo hũa với cỏc dịch vụ dữ liệu khụng thời gian thực.
2.2.5. Thuật toỏn cross-layer
Cỏc thuật toỏn lập lịch RR, max C/I, CARR và PF khụng thể quản lý việc phõn bổ tài nguyờn và cấp phỏt QoS thớch hợp cho mỗi kết nối. Để giải quyết vấn đề này, trong một số nghiờn cứu trước đõy [15-17] đó đề xuất tớch hợp kiến trỳc điều khiển QoS cho cỏc hệ thống IEEE 802.16 qua cỏch tiếp cận xuyờn lớp. Cỏc sơđồ lập lịch này dựa vào cỏc thuật toỏn khỏc nhau đềđiều khiển cỏc lớp dịch vụ khỏc nhau cho phự hợp với cỏc yờu cầu QoS của chỳng. Thuật toỏn lập lịch xuyờn lớp (cross-layer) với sự hỗ trợ QoS được đề xuất bởi Q.Liu [15] cú thểđược miờu tả túm tắt như sau.
Bộ lập lịch cross-layer dựa trờn hàm ưu tiờn cho mỗi hàng đợi, ởđú cỏc số đo
ưu tiờn cho mỗi hàng đợi được cập nhật theo trạng thỏi của dịch vụ và điều kiện kờnh truyền lại lớp vật lý. Do đú bộ lập lịch này cú thể cung cấp cỏc yờu cầu đảm bảo QoS khỏc nhau. Trước hết, thuật toỏn cấp phỏt một số khe thời gian cốđịnh cho hàng đợi UGS theo yờu cầu quy định trong chuẩn. Hàng đợi cho dịch vụ thời gian thực (rtPS) được quản lý bằng thuật toỏn Earliest Deadline First [18] đảm bảo độ
nhạy về thời gian trễ và tớnh tin cậy cho cỏc dịch vụ thời gian thực. Một sơđồ lập lịch cơ hội tương tự như thuật toỏn PF được triển khai cho cỏc hàng đợi hỗ trợ dịch vụ khụng theo thời gian thực (nrtPS), trong khi đú hàng đợi cho lưu lượng BE được quản lý dựa trờn quy tắc tốc độ dữ liệu tốt nhất. Để phõn biệt độưu tiờn của bốn loại dịch vụ như UGS > rtPS > nrtPS > BE, cỏc hệ số của lớp dịch vụđược ấn định cho từng hàng đợi của mỗi lọai dịch vụ.
Thuật toỏn được thực hiện theo cụng thức sau. Tổng số khe thời gian được cấp phỏt cho mỗi luồng dữ liệu của dịch vụ UGS là Nugs cho mỗi khung. Cỏc khe thời
gian cũn dưấn định cho cỏc lớp QoS cũn lại: Nr = Nd - Nugs, trong đú Nd là tổng cỏc khe thời gian cho mỗi khung.
Hàm ưu tiờn cho kết nối thứ i tại khe thời gian tđược xỏc định bởi:
Trong đú βclass∈[ ]0,1 là hệ số phụ thuộc từng lớp dịch vụ tương ứng. Dựa trờn cỏc lớp ưu tiờn QoS khỏc nhau, rtPS > nrtPS > BE hệ số này cú thể đặt dưới rang buộc βrt > βnrt >BE*Ri(t) là số bit cú thể mang một symbol tại khe thời gian t
thụng qua mó hoỏ và điều chế thớch nghi (AMC) được xỏc định bởi điều kiện kờnh của kết nối i.RNbiểu thị số bit cực đại trong một symbol cú thểđạt được.
Đối với mỗi kết nối rtPS, hàm Fi(t) biểu thị cho độ trễ cho phộp, Fi(t) = Tb(t) – Wi(t), với Tb biểu thị cho giới hạn trễ và W ti( )∈[ ]0,Ti biểu thị cho thời gian chờ
dài nhất của gúi. Đểđơn giản hoỏ cụng thức tớnh toỏn, ta khụng xem xột khoảng bảo vệ ở đõy. Hàm ưu tiờn này được chuẩn húa φi( )t ∈[0,βrt]. Khi Fi(t) < 1, nghĩa là cỏc gúi trong hàng i phải gửi đi lập tức để trỏnh trường hợp rớt mất gúi, giỏ trị βrt
cao nhất được thiết lập.
Đối với mỗi kết nối nrtPS, Fi(t) là tỉ số của tốc độ truyền trung bỡnh và tốc độ dành riờng tối thiểu: ˆ ( ) ( ) i i i t F t η η =
Với ηi là tốc độ lưu lượng dành riờng tối thiểu của SS i, và ηˆ ( )i t được ước lượng bởi: 1 ˆi( 1) (1 ) ˆi( ) (1 / c) ( )i c t t T r t T η + = − η + .
ri(t) là tốc độ truyền tại thời điểm t. Vào lỳc này Fi(t) biểu thị cho tốc độ dữ
liệu thỏa món. Vỡ thế nếu Fi(t) < 1, cỏc gúi của luồng thứ i sẽ gửi đểđạt được tốc độ
yờu cầu. Giới hạn trờn của giỏ trịưu tiờn cho lớp dịch vụ nrtPS làβnrt .
( ) ( ) i i BE n R t t R φ =β
Giỏ trị φi(t) chỉ phụ thuộc vào chất lượng kờnh truyền bỡnh thường bất chấp
đặc tớnh trễ hay tốc độ.
Sơ đồ này cung cấp sự hỗ trợ QoS đa dạng cho đa kết nối, tuy nhiờn tỏc giả
chưa đưa ra cỏc giới hạn trờn của βrt, βnrt , βBE, số khe thời gian dự trữ cho Nugsvà giới hạn trễTiđể tối ưu hiệu năng hệ thống. Việc thực hiện bộ lập lịch này khú triển khai trong thực tế do độ phức tạp cao.
2.2.6. Thuật toỏn lập lịch gúi tin (UEPS)
Thuật toỏn lập lịch trỡnh gúi tin UEPS [31] cú thể giải quyết được sử dụng hiệu quả tài nguyờn vụ tuyến dựa vào hai yếu tố truyền tải đồng thời gúi tin thời gian thực (RT) và khụng thời gian thực (NRT). Thời gian truyền tải hữu ớch (TUF) được sử dụng khi lưu lượng truy cập liờn tục giảm trong sự chậm trễ cũng là để chỉ mức
độ khẩn cấp lập kế hoạch.
Trong hầu hết truyền tải NRT, lưu lượng truy cập cỏ nhõn cú một thời hạn mềm như mụ tảở phớa bờn tay phải của hỡnh 2.2. Tuy vậy, một số lưu lượng truyền tải NRT chẳng hạn như email và FTP cú nhiều thời gian hơn thời hạn hoặc khụng thời hạn. Một quy tắc lập kế hoạch cú thể là lập lịch đầu dũng head-of-line (HOL) cỏc gúi tin chờđợi trong khối quản lý bộ đệm (BMB) dựa trờn đơn vị thay đổi giỏ trị TUF.
Tuyền tải thời gian thực: Kể từ khi đường xuống giữa một BS và thiết bị người sử dụng (UEs) là liờn kết cuối cựng cho người sử dụng, sự chậm trễ end-to-end cú thể được đỏp ứng miễn là dữ liệu được gửi đến người sử dụng trong thời hạn. Núi cỏch khỏc, lờn lịch và cú thể truyền tải cỏc gúi tin của RT giao thụng bất cứ lỳc nào trong thời hạn đỏp ứng cỏc yờu cầu trỡ hoón. Từ sở hữu sự chậm trễ của đường xuống này, sự hạn chế thời gian chặt chẽ của một lưu lượng truy cập RT được mụ tả
bởi một thời hạn cứng hoặc kịp thời cú thể được giảm đi, thiếu đồng thời như thể
hiện trong hỡnh 2.3, được mụ tả trong [31].
Hỡnh 2.3.Khỏi niệm simultaneousness
Vớ dụ, một gúi của một lưu lượng truy cập RT chỉ được truyền trong một khoảng thời gian cụ thể [di-ji, di], di là thời hạn cuối cựng của gúi HOL i giao thụng RT và ji là chiều dài của sự chậm trễ -jitter. Khoảng thời gian cụ thể, [di-ji, di] được gọi là thời gian lập kế hoạch biờn (MSTI). Sau đú, trong khoảng thời gian cũn lại, [0, di - ji), cỏc gúi tin khỏc, đặc biệt là NRT cỏc gúi tin được truyền đi.
Kể từ khi TUF của một lưu lượng truy cập RT là một chức năng cứng và giỏn
đoạn trong sự chậm trễ, sự thay đổi đơn vị của tiện ớch | Ui(t) |, khụng thểđược lấy trực tiếp tại thời hạn chậm trễ của nú. Để giải quyết vấn đề này, TUF của một lưu lượng truy cập RT cú thểđược suy yếu như hỡnh z liờn tục. Một vớ dụ suy giảm hỡnh chữ z của TUF của RT giao thụng được thể hiện trong hỡnh 2.4.
Cỏc truyền tải hữu ớch khụng thời gian thực: Kể từ khi TUFs của lưu lượng NRT chức năng đơn điệu giảm trong thời gian (chậm trễ), một mụ hỡnh phõn tớch cú thể dễ dàng thu được bằng cỏch sử dụng liờn quan đến chức năng tăng đơn điệu.
Hỡnh 2.4.Mụ tả một TUF của một lưu lượng truy cập RT
Vớ dụ, một chức năng cắt ngắn theo cấp số nhõn, f(ai, t, Di) = exp(ait), cú thể được sử dụng, trong đú ai là một tham số tựy ý và Di ≥ t ≥ 0 là trỡ hoón thời hạn lưu lượng truy cập NRT. Sau đú, một TUF cú thể cú của lưu lượng i truy cập NRT là
fNRTi(t) = 1 - f(ai, t, Di) = 1 - exp(ait)/exp(Di)1, và tớnh khẩn cấp
'
( ) ( ) / ( )
i
NRT t i i i
U =a exp a exp D .
Cỏc yếu tố cấp thiết giữa truyền tải RT và NRT: | U’i(t) | được sử dụng để xỏc
định cỏc ưu tiờn lập kế hoạch trong gúi dữ liệu HOL của cỏc lớp giao thụng khỏc nhau chờđợi trong BMB. Cỏc yếu tố khẩn cấp giữa cỏc loại giao thụng là phụ thuộc vào cỏc nhà thiết kế. Một nguyờn tắc nhỏ là để cung cấp cho một ưu tiờn lập kế
hoạch cao hơn một lưu lượng truy cập RT đối với cỏc lớp truyền tải khỏc. Trong phần này, chỳng tụi thiết lập cỏc yếu tố cấp thiết của tất cả cỏc lớp lưu lượng truy cập như sau.
' ' ' '
1 2
( ) ( ) ( ) ( )
RT Voice RT Video NRT Data NRT Data
U − t > U − t > U − t > U − t
Hiệu quả trong truyền thụng khụng dõy cú liờn quan đến việc sử dụng cỏc nguồn tài nguyờn vụ tuyến hạn chế, tức là số lượng hạn chế của cỏc kờnh phỏt, băng thụng hạn chế. Như vậy tỡnh trạng của cỏc kờnh phỏt cú sẵn cú thể được sử dụng như một chỉ số hiệu quả.
Vớ dụ, trạng thỏi kờnh hiện tại (Ri(t)), trạng thỏi kờnh trung bỡnh ( ( ))R ti , tỷ lệ
dụng như một chỉ số hiệu quả. Trong nghiờn cứu này, một di chuyển trung bỡnh của trạng thỏi kờnh của mỗi người dựng i thuộc M trước cỏc khe thời gian W,
( ) (1 1/ ) (1/ ) ( )
i i i
R t = − W R + W R t , được sử dụng cho trạng thỏi kờnh trung bỡnh, ở
đõy W là cửa sổ thời gian được sử dụng trong tớnh toỏn của đường trung bỡnh của trạng thỏi kờnh. Lưu ý rằng R ti( )được sử dụng trong bài bỏo này là khỏc nhau từ
thụng lượng trung bỡnh của người dựng i, Ti(t), trước cỏc khe thời gian tc được sử
dụng trong thuật toỏn PF [30]. Do đú của người dựng ngay lập tức kờnh chất lượng so với giỏ trị trung bỡnh của nú, cao hơn cỏc cơ hội của người dựng để truyền dữ
liệu với tốc độ gần với giỏ trịđỉnh cao của nú.
Tại mỗi thời gian lập kế hoạch tức thời, nhiều người dựng được lựa chọn dựa trờn giỏ trịưu tiờn lập kế hoạch của họ thu được như sau:
Kờnh phụ được phõn bổ cho mỗi người sử dụng lựa chọn i*. Cỏc hệ thống OFDMA xem xột trong nghiờn cứu này được thiết kế để hỗ trợ lờn đến 12 người sử
dụng đồng thời ở mỗi thời gian lập kế hoạch ngay lập tức thể hiện trong bảng 2.
Đõy là sự khỏc biệt chớnh của thuật toỏn UEPS được thiết kế cho hệ thống OFDMA từ cỏc thuật toỏn lập lịch trỡnh gúi tin khụng dõy hiện cú như PF[30]
Cỏc thụng số Giỏ trị
Hệ thống OFDMA
Kờnh băng thụng đường xuống 20 MHz OFDM biểu tượng thời gian 100 ms Tổng số súng mang con 1536 Số súng mang con mỗi subchannel 128 Số của subchannels 12
Khung thời gian 20 ms
Khe thời gian 1 ms
Tổng kết chương: Trong chương này đó miờu tả chi tiết một số thuật toỏn lập