Một thuật toán lập lịch tốt phải đáp ứng bốn yêu cầu (đôi khi dường như là mâu thuẫn) trong giới hạn hiệu suất, công bằng và an ninh, kiểm soát truy cập và dễ thực hiện.
- Giới hạn hiệu suất: Một nhà điều hành mạng chỉ có thể đảm bảo hiệu suất hệ thống bằng cách đặt một số lượng tài nguyên mạng. Giới hạn hiệu suất có thể được cố định hoặc thống kê.
- Công bằng được đặc trưng bởi các thuật toán lập lịch trình cho các dịch vụ ngang hàng. Nếu có nhiều hơn một lớp dịch vụ, công bằng sẽ được cung cấp trong
mỗi lớp. Công bằng ở đây có nghĩa là tài nguyên hệ thống được chia đều giữa các dịch vụ. An ninh có nghĩa là người sử dụng mà không hoạt động không đúng cách sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của người dùng khác.
- Kiểm soát truy cập là việc quản lý số lượng người dùng trong hệ thống để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Khối điều khiển truy cập sẽ xác định xem liệu các dịch vụ mới được chấp nhận hay không dựa trên tải hệ thống hiện tại.
- Sự dễ dàng thực hiện, có nghĩa là các thuật toán lập lịch trình phải được thiết kế để hoạt động một cách nhanh chóng và dễ dàng vì sự phức tạp của thuật toán sẽ có tác động vào các yêu cầu phần cứng của hệ thống để đảm bảo rằng thời gian tính toán được giữ ở mức thấp.
Hình 4.3: Các tham số lập lịch mạng LTE
Mạng thông tin di động (LTE) sử dụng 4 tham số lập lịch chính như chỉ ra trong hình 4.3: i) đặc tính kênh SINRi, ii) độ dài dàng đợi [q1, q2, ..,qk] , iii) độ trễ gói [d1, d2, …, dk] dựa trên QoS và iv) các yêu cầu người dùng. Một bộ lập lịch đáp ứng lập lịch đồng thời cả 4 tham số trên khó có thể có được hiệu suất mạng cao. Mặt khác không phải tất cả các dịch vụ đều sử dụng các tham số này. Ví dụ dịch vụ nrtPS không quan tâm nhiều đến tham số độ trễ (qi) , trong khi đó dịch vụ UGS đòi hỏi khắt khe với tham số độ trễ … do vậy nhiều giải thuật lập lịch được đề xuất nhằm đáp ứng từng phần các tham số này, tối đa hóa thông lượng truyền thông.
Bộ lập lịch có thể chia thành hai loại là lập lịch đường xuống và lập lịch đường lên. Lập lịch đường lên eNodeB sẽ định kỳ nhận báo cáo thông tin trạng thái kênh truyền CSI, là hồi âm từ UE để báo cáo tình trạng kênh truyền. Đối với lập lịch phụ thuộc kênh truyền, làm sao bộ lập lịch quyết định dữ liệu của UE nào sẽ được truyền trước và truyền đi bao nhiêu, bộ lập lịch đường lên phải sử dụng 4 thông tin về trạng thái kênh truyền, thông tin lịch sử của UE, trạng thái bộ đệm và
độ ưu tiên. Sau đó nó sẽ quyết định cấp phát khối tài nguyên RB, phương pháp mã hóa, phương pháp điều chế, ánh xạ dữ liệu truyền qua các anten. Kết quả là, quyết định của lập lịch đường lên điều khiển phân gói lớp RLC, ghép kênh lớp MAC, HARQ, mã hóa lớp vật lý, điều chế lớp vật lý và ánh xạ anten.
Lập lịch đường xuống: giống như lập lịch đường lên, lập lịch đường xuống cũng cấp phát RB cho UE. Tuy nhiên việc ghép kênh logic thực hiện bởi enodeB. Trạng thái kênh truyền thì được eNodeB tính toán từ tín hiệu tham chiếu từ các UE mà eNodeB nhận được. Khi đó, từ trạng thái kênh truyền đó, bộ lập lịch đường lên eNodeB sẽ điều khiển phương pháp mã hóa và điều chế đối với UE cho đường lên.
Trong LTE, có hai phương pháp lập lịch đường xuống là FDD và TDD. Lập lịch theo kiểu TDD nghĩa là chỉ lập lịch về mặt thời gian, còn lập lịch FDD nghĩa là vừa lập lịch theo thời gian và tần số. Nội dung sẽ nghiên cứu lập lịch đường xuống theo kiểu FDD.
Để thực hiện mô phỏng tính toán quy hoạch dung lượng LTE, các giải thuật lập lịch như Round Robin (RR), tỷ lệ công bằng (Proportional Fair - PF), chỉ thị
chất lượng kênh (Channel Quanlity Indicator - CQI) sẽ được sử dụng [3].Các giải thuật này đều có các tiêu chí riêng của mình tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS), độ phức tạp của bài toán hay ảnh hưởng của chất lượng kênh truyền tin… Các thuật toán sẽ được thực hiện và so sánh dựa trên các tiêu chí thông lượng.
Các dịch vụ người dùng mạng di động LTE có thể sử dụng các dịch vụ được chia làm các loại như sau:
- Truyền tải dữ liệu thoại có kích thước gói dữ liệu cố định, tốc độ dữ liệu không đổi cho mỗi khe thời gian với dịch vụ UGS, có tốc độ bít lỗi (BER) có thể chấp nhận được (với thoại cho phép BER khoảng 10-2).
- Truyền tải hình ảnh, trợ giúp các dịch vụ thời gian thực, kích gói dữ liệu có thể thay đổi được cho mỗi khe thời gian với dịch vụ rtPS có BER có thể chấp nhận được khoảng 10-5.
- Truyền tải dữ liệu dịch vụ thời gian không thực, tốc độ cho phép thay đổi, cho mỗi khe thời gian (tối đa 1Mb/s) với dịch vụ nrtPS, có BER có thể chấp nhận được khoảng 10-7.
- Truyền dữ liệu không đòi hỏi phải đảm bảo mức dịch vụ tối thiểu (BE) có BER có thể chấp nhận được bởi hệ thống.
Chương trình mô phỏng còn xác định thông lượng với 3 kịch bản sau:
a) Tất cả các người dùng đều sử dụng dịch vụ thoại (UGS) với thông lượng trung bình 12 kb/s, có tốc độ bít lỗi cho phép BER ~ 10-2
b) Tất cả các người dùng đều sử dụng dịch vụ video (dựa trên file clip) với thông lượng trung bình 64 kb/s,có tốc độ bít lỗi cho phép BER ~ 10-5 (rtPS)
c) Tỷ lệ người dùng sử dụng các dịch vụ được giả định với 10% người dùng truyền video; 80% người dùng truyền tải giọng nói và 10% người dùng truyền dữ liệu tốc độ phân phối theo hàm exprnd(30), với tốc độ trung bình 30Kb mỗi khe thời gian (UGS, rtPS và BE).
Bảng 4.3: Thông số mô phỏng quy hoạch dung lượng
Time slots 100
Bandwidth 1.25MHz
Sub-carriers 32
Tc 1000
Người dùng 5 đến 200
Rates (Kb mỗi time slot) 12, 64 và exprnd(30)
Mobile Speed (km/h) 3
Để tính toán thông lượng hệ thống, lúc đầu, mô hình lập lịch được thực hiện để cho các sóng mang con mà người dùng đang truyền. Bởi vì, mỗi kênh được chia thành 16 sóng mang con. Sau đó, dung lượng kênh được tính toán lại, số lượngmỗi sóng mang con theo định luật Shannon-Hartley. Cuối cùng, giá trị dung lượng trung bình cho tất cả các khe thời gian mô phỏng được tính toán.