Giải thuật lập lịch Round Robin đã được biết đến nhiều trước đây nhằm nâng cao hiệu năng hệ thống xử lí đồng thời đa người dùng, đa chương trình. Giải thuật này áp dụng không chỉ cho các máy tính xử lí trung tâm (multi-user, multi-task) hiện nay mà còn cho các hệ xử lí điều khiển truy cập của các hệ thống viễn thông. Tuy nhiên khi ứng dụng giải thuật lập lịch vào mạng không dây di động sẽ có nhiều điểm khác biệt do còn có các đòi hỏi khác như chất lượng dịch vụ (QoS)..
Round Robin được xem như là kỹ thuật lập lịch đơn giản nhất. Round Robin cấp phát một cách công bằng cho lần lượt từng kết nối một phân chia theo thời gian.
Bộ lập lịch Round Robin, cũng có thể được gọi là bộ lập lịch vòng tròn, phân chia công bằng các tài nguyên kênh cho tất cả các thành phần: các gói, các dữ liệu hay các cuộc gọi. Khi đó mọi UE sẽ được nhận tài nguyên công bằng theo thời gian mà không quan tâm đến SINR. Ưu điểm của Round Robin là đảm bảo tính công bằng cho UE, dễ thực hiện, thường dùng trong nhiều hệ thống, kể cả LTE. Nhưng do Round Robin không quan tâm đến CQI, kết quả là thông lượng người dùng sẽ thấp.
Khi xem xét đến sự công bằng thì cũng cần phải quan tâm tới sự cấp phát là cho một số lượng gói một hay là cho một số lượng byte một. Trong trường hợp sự cấp phát dựa trên các gói, thì các trạm với các gói lớn có một lợi thế không công bằng. Ngoài ra, Round Robin có thể không hoạt động đảm bảo trong trường hợp khi mà sự cấp phát vẫn được tạo ra cho các kết nối mà có thể không có gì cả để truyền.
Hình 4.4 Thuật toán lập lịch Round Robin.
Trong giải thuật lập lịch Round Robin, một khung được chia thành các khe không giao nhau. Scheduler sẽ xác định một khe cắm cho mỗi người dùng khi mà dịch vụ người dùng cần thiết và hệ thống băng thông còn lại là đủ cho dịch vụ . Như vậy, chúng ta có thể thấy rõ rằng thuật toán lập lịch trình này cung cấp cho người dùng một phân phối đơn giản và hợp lý của thời gian truyền.
Hình 4.5: Nguyên tắc hoạt động của thuật toán Round Robin
Đổi lại cho các đặc điểm của các nguồn tài nguyên lãng phí, sự đơn giản của thuật toán này làm cho việc thực hiện lập lịch tại các trạm cơ sở trở nên dễ dàng hơn. Hơn nữa, do sự phát triển ngày càng tăng của các cơ sở hạ tầng viễn thông, Round Robin đã trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong đa số các cơ sở hạ tầng mạng di động hiện nay để đảm bảo nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng trong các loại hình dịch vụ.
Hình 4.6 Biểu biễn thông lượng hệ thống phụ thuộc vào tổng thông lượng lối
Đường màu đỏ trong hình 4.6 cho ta thấy thông lượng của hệ thống luôn đạt hiệu suất ổn định so với tổng thông lượng k người dùng lối vào. Số lượng người dùng k thay đổi tùy thuộc vào lưu lượng cuộc gọi của mỗi người, kích thước hàng đợi tối đa cho phép của hệ thống và mức độ mất gói tin. Số lượng người dùng k
truyền tin có thể thay đổi từ 5 cho tới 200 trong hình 4.6 tùy thuộc vào lưu lượng người dùng (nằm trong khoảng từ 12kb/s cho tới 1.25 Mb/s).
Giải thuật lập lịch Round Robin nhằm nâng cao thông lượng truyền dẫn nhưng chỉ quan tâm đến độ dài hàng đợi của các người dùng [qi] mà không quan tâm đến các tham số khác như SINR, độ trễ gói [di] và các yêu cầu người dùng. Do đó giải thuật RR không đáp ứng các yêu cầu dịch vụ mạng LTE. Một giải thuật khác dựa trên RR được gọi là cơ hội thiếu hụt Round Robin (Opportunistic Deficit Round Robin-ODRR) được áp dụng. ODRR nhằm nâng cao thông lượng truyền dẫn, sử dụng hai tham số lập lịch: độ dài hàng đợi của các người dùng [qi] và độ trễ gói tin người dùng. Luận văn không đi sâu vào giải thuật ODRR vì cơ bản giải thuật lập lịch ODRR không khác quá nhiều so với giải thuật lập lịch RR.
Hiệu năng của giải thuật lập lịch RR không cao do bị ràng buộc bởi tính công bằng giữa các nười dùng.
4.3.2. Giải thuật lập lịch Best CQI (Max Rate)
Trong mạng LTE, ACM được sử dụng nhằm đáp ứng chất lượng dịch vụ trong điều kiện môi trường có biến đổi (Sương mù, mưa, che khuất..). Tuy nhiên mặc dù các UEi có CQIi rất khác nhau trong vùng phủ sóng, nhưng eNodeB khi truyền tin phải thỏa mãn điều kiện chung của các UEi, không thể cho đáp ứng đòi hỏi của từng cá thể UEi riêng biệt. Cơ chế lập lịch CQI được đưa ra để phù hợp với cơ chế truyền thông dựa trên điều chế mã hóa thích nghi (ACM) của LTE.
Thông tin của UEi gửi cho eNodeB về trạng thái kênh truyền ở dạng giá trị gọi là CQIi. CQI được UE tính toán từ SINR của RB được cấp phát. Dựa vào CQI, bộ lập lịch sẽ quyết định điều chế kiểu gì, mã hóa kiểu gì... Giá trị CQI có thể đại diện cho một hay một nhóm RB mà UE được cấp phát, nếu UE được cấp phát nhiều RB thì cũng chỉ cần một CQI, điều này giảm tải báo hiệu dành cho báo cáo từ UE về eNodeB. Trong LTE, CQI có giá trị từ 1 đến 15.
Bên cạnh CQI là tiêu chí lập lịch, thông tin lịch sử của UE như thông lượng, bộ đệm của UE, độ ưu tiên là những yếu tố quan trọng. Không chỉ dựa vào CQI để ưu tiên cho UE có CQI cao, mà còn phải dựa vào độ ưu tiên của UE, độ ưu tiên dịch vụ của UE. Bên cạnh đó, còn phải đảm bảo sự công bằng cho các UE về thông lượng chẳng hạn.
Tóm lại, nhiệm vụ của bộ lập lịch là quyết định UE nào được sử dụng RB, CQI nào của UE được dùng và gói tin nào của UE được gửi đi. Kỹ thuật lập lịch Best CQI cấp phát tài nguyên cho người dùng có điều kiện kênh vô tuyến tốt nhất. Trên đường xuống, UE nhận tín hiệu tham chiếu (tín hiệu tham chiếu đường xuống) trên các symbol cố định, từ đó UE tính toán CQI tương ứng và báo cáo gửi cho eNodeB. Giá trị CQI cao nghĩa là điều kiện kênh truyền tốt, khi đó UE đó sẽ được chọn để cấp phát tài nguyên. Kỹ thuật lập lịch này tăng dung lượng eNodeB nhưng không đảm bảo tính công bằng cho các UE, những UE xa node B không bao giờ được cấp phát tài nguyên.
Điểm khác biệt lớn nhất giữa thuật toán này và thuật toán Round Robin mô tả ở trên là để có chất lượng kênh của người sử dụng vào tài khoản. Sau khi các giá trị CQI của tất cả người dùng tại các khe thời gian được cập nhật, trình lập lịch sẽ thực hiện so sánh và lựa chọn cho người sử dụng CQI cao nhất để lên lịch cho đến khi băng thông của hệ thống là không đủ để phục vụ bất cứ người sử dụng hơn nào nữa. Sau một thời gian nhất định, CQI của người dùng sẽ được cập nhật. Bộ lập lịch sẽ nhận được thông tin mới này và lặp lại quá trình lập kế hoạch.
Theo hình 4.7, bộ lập lịch lựa chọn người dùng m để lập lịch nếu người dùng thỏa mãn điều kiện sau:
Trong đó là chỉ thị chất lượng kênh của người dùng i, là độ dài hàng đợi dữ liệu của người dùng thứ m’ trong bộ đệm, là băng thông mà người dung m yêu cầu còn là băng thông của kênh truyền (hệ thống).
Hình 4.8 Thuật toán lập lịch Max CQI
Lấy chất lượng kênh xem xét cũng làm cho việc cài đặt và thực hiện các thuật toán này trên hệ thống khá phức tạp. Điều này cũng đòi hỏi một nâng cấp đáng kể về cơ sở hạ tầng. Nhưng vai trò của thuật toán này được thể hiện rõ ràng khi các nhà cung cấp mạng muốn cung cấp vùng phủ sóng của nó đến khu vực ít dân cư. Sau đó, MAX CQI thuật toán sẽ giúp tối ưu hóa nguồn lực, cũng như tối đa hóa hiệu suất hệ thống.
Thuật toán CQI được sử dụng như tham chiếu vì đạt được kết quả tốt nhất về dung lượng hệ thống.
Hình 4.9: Thông lượng hệ thống của giải thuật lập lịch RR và CQI
Trong điều kiện cùng số người dùng CQI truyền lập lịch luôn đối với người
sử dụng có SNR lớn nhất, vì vậy người sử dụng đang có SNR cao (nhiễu fading
thấp) có thể sẽ được sắp xếp truyền ở tất cả thời gian, trong khi những người khác
có SNR thấp (hay bị ảnh hưởng của fading sâu) không được dự kiến truyền. Như
thấy trong hình 4.9, thông lượng dựa trên lập lịch CQI cao hơn cơ chế lập lịch RR,
nhưng nó hoàn toàn bỏ qua sự công bằng giữa các người dùng. Nhất là trong môi
trường không dây, kênh của người sử dụng có thể khác nhau rất nhiều do khoảng
cách từ các người dùng khác nhau tới EnodeB là khác nhau và biến động do fading
đa đường giữa các người dùng rất khác nhau.
Thời gian mô phỏng được chọn là 5 phút, tương đương với thời gian của 30,000 frame, 450,000 time slot. Trong thời gian này, CQI sẽ được cập nhật 150,000 lần. Việc này đảm bảo rằng hoạt động của hai giải thuật cũng như hiệu suất của hệ thống được đánh giá chính xác.
Yếu tố được đưa ra ở đây để làm thước đo cho hiệu suất hoạt động của giải thuật lập lịch chính là thông lượng tổng của toàn bộ hệ thống. Ngoài ra, chúng ta cũng so sánh thông lượng của người dùng có CQI trung bình thấp nhất và cao nhất để đưa ra một nhận xét về tính công bằng của giải thuật lập lịch.