Như đã thấy trên đây, giải thuật lập lịch CQI thỏa mãn yêu cầu truyền thông dựa trên ACM – MIMO của các mạng 4G/5G (LTE-LTE-A) cho thông lượng tốt
nhất dựa trên tham số SINR và độ dài hàng đợi. Tuy nhiên đây là giải thuật kém công bằng giữa các người dùng nhất. Giải thuật lập lịch RR (hay ODRR) dựa trên độ dài hàng đợi và độ trễ có độ công bằng cao giữa các người dùng. Tuy nhiên lại có thông lượng thấp hơn so với giải thuật CQI (Max CQI)
Tuy nhiên điều quan tâm nhất là đạt được dung lượng tối đa bao nhiêu, khi chỉ có một người sử dụng có thể truyền tải tại bất kỳ thời điểm nào tại sóng mang con được cấp. Người dùng đó phải có tín hiệu mạnh nhất ngay tại thời điểm cụ thể, so với mức dung lượng trung bình nhận được của tất cả người dùng.
Hình 4.10 Độ công bằng và thông lượng giữa các thuật toán
Proportional Fair là thuật toán kết hợp cả giải thuật lập lịch CQI và giải thuật Round Robin với mục tiêu là tối đa hóa thông lượng, đảm bảo QoS và độ công bằng giữa các người dùng. Các UE có thể được xếp theo độ ưu tiên bởi hàm ưu tiên theo yêu cầu người dùng. Thông lượng trung bình của mỗi UE được cập nhật sau khi mỗi khối tài nguyên RB được cấp phát. Ban đầu, bộ lập lịch sẽ cấp phát tài nguyên RB đầu tiên cho UE ngẫu nhiên bất kỳ. Sau đó bộ lập lịch sẽ cấp phát RB cho UE có độ ưu tiên cao nhất. Nó sẽ lặp lại bước trên đến khi tài nguyên dùng hết hay tất cả tài nguyên cần cho các UE đã thỏa mãn. Cuối cùng có K loại cấp phát RB, bởi vì K loại cấp phát RB đầu tiên.
, ( t ) , a r g m a x ( t ) k n k k n R i T (4.7) Trong đó: , (t) k n
R là tốc độ dữ liệu của UE k đối với khối tài nguyên n ở thời điểm t.
điển t. Có thể thấy giá trị này phụ thuộc nhiều vào CQI, nếu CQI càng lớn thì Rk n, (t)
sẽ càng lớn, lúc đó UE k càng có khả năng được chọn. ,n(t)
k
T là thông lượng trung bình của UE k trong quá khứ. Ðại lượng này cho thấy thông lượng trung bình mà UE k đã được sử dụng. Nếu đại lượng này càng lớn, UE k càng ít khả năng được chọn. Nếu đại lượng này càng nhỏ, UE k càng có khả năng được chọn.
Trong thuật toán này ta sẽ tính toán Rk n, (t) và Tk,n(t) sau mỗi khi cấp RB cho
mỗi UE. Khi đó mỗi lần cấp xong mỗi RB cho mỗi UE, việc tính toán được thực hiện lại ngay. Tốc độ dữ liệu Rk n, (t)là tốc độ của UE k đối với RB n ở thời điểm t,
tốc độ này có thể là 0 hoặc tốc độ RB tính toán từ phương pháp điều chế, phương pháp mã hóa. Ta tính Rk n, (t)và Tk,n(t) theo các công thức
+ Một khi các tài nguyên được cấp tới người dùng, tốc độ dữ liệu hiện thời của mỗi người dùng được xác định và BS phục vụ mỗi người dùng tại tốc độ này. Theo lý thuyết thông tin, tốc độ dịch vụ hiện thời trên sóng mang con thứ n tại khe thời gian thứ t được đưa ra là:
(4.8)
+ Thông lượng trung bình Tk,n(t) có thể cập nhật sử dụng bộ lọc thông thấp có trọng số hàm mũ
(4.9) Trong luận văn này, thuật toán PFS trong hệ thống OFDM (được sử dụng trong mạng 4G/5G) sử dụng khi coi các sóng mang con độc lập với nhau. Vì thế, ta phải tính toán người dùng có giá trị lớn nhất được tính theo (4.7) tại mỗi sóng mang con và khe thời gian để cấp sóng mang con này tới người dùng. Ta cũng phải cập nhật thông lượng trung bình bằng phương trình (4.9) tại mỗi sóng mang và khe thời gian. Vì thế, thuật toán PFS xét đến các sóng mang con độc lập với nhau và ta phải cập nhật hệ thống mỗi khe thời gian. Thuật toán này cũng không chú ý đến các yêu
cầu tốc độ người dùng và cấp công suất thường không được xem xét, do có vài điểm yếu làm giảm tính năng của hệ thống khi triển khai trong môi trường kênh người dùng không đồng nhất. Thuật toán cấp năng lượng như nhau tức là chỉ phân bố công suất truyền tương đương trong các sóng mang con.
Hình 4.11 Thuật toán lập lịch PF
Để so sánh thông lượng và các tham số mạng khác giữa các giải thuật RR, CQI và PF thì một tiêu chí đánh giá độ công bằng thông qua tham số mô phỏng F
- Với F=1: khi tất cả người dùng trong hệ thống chia sẻ công bằng tài nguyên của hệ thống .
- Với F=0: Khi chỉ một người dùng chiếm toàn bộ tài nguyên hệ thống. Các thuật toán RR và Max rate độc lập với thông số tc, vì vậy sự công bằng theo các thuật toán này được duy trì không đổi và thể hiện các đường biên công bằng.
Hình 4.12 Đồ thị đánh giá thông lượng
Đánh giá các kỹ thuật lập lịch thông qua 2 tiêu chí thông lượng và độ
công bằng:
- Kỹ thuật lập lịch RR:
+ Nhìn vào hình 4.10 ta thấy trong suốt thời gian mô phỏng thuật toán cấp phát tài nguyên hệ thông công bằng cho tất cả người sử dụng (F=1).
+ Nhìn vào hình 4.12 ta thấy trong suốt thời gian mô phỏng thuật toán RR cấp phát thông lượng cho các MS gần như bằng nhau một lần nữa lại cho thấy tính công bằng của thuật toán lập lịch này. Tuy nhiên thông lượng tổng cộng cấp phát cho các MS thấp hơn nhiều so với các thuật toán còn lại.
+ Kỹ thuật Round Robin rất đơn giản. Việc cấp phát tài nguyên chỉ quan tâm đến việc làm sao tăng được thông lượng truyền thông mặc dù có thể không đảm bảo công bằng về thông lượng cho tất cả MS để đảm bảo chất lượng đường truyền. Nếu kích thước gói thay đổi nhiều (hay tham số độ dài hàng đợi tăng) thì kỹ thuật RR sẽ không còn công bằng nữa tuy nhiên mọi thuê bao sẽ được cấp phát tài nguyên nếu nằm trong phạm vi phủ sóng của mạng lưới.
- Kỹ thuật lập lịch CQI:
+ Nhìn vào hình 4.10 ta thấy F=0.6 tức trong suốt thời gian mô phỏng thuật toán này cấp phát tài nguyên không đồng đều cho người sử dụng.
+ Nhìn vào hình 4.12 ta thấy thông lượng cấp phát cho các MS biến thiên rất nhiều, độ chênh lệch khá cao và không đồng đều. Nó phản ánh đúng tính chất thuật toán ít độ công bằng này. Ngoài ra dựa vào đồ thị ta thấy đây là thuật toán cấp phát thông lượng tốt nhất cho các MS.
+ Điều này chứng minh bộ lập lịch CQI luôn phát tới người dùng có SINR lớn nhất, vì thế các người dùng tại một đỉnh fading có khả năng được lập lịch trong mọi lúc, trong khi các người dùng khác có fading sâu sẽ không được lập lịch. Vậy thuật toán lập lịch Max Rate không đảm bảo công bằng trong việc cấp phát tài nguyên cho người sử dụng.
- Kỹ thuật lập lịch công bằng tỷ lệ:
+ Nhìn vào hình 4.12 ta thấy trong suốt thời gian mô phỏng thuật toán cấp phát tài nguyên hệ thông công bằng cho tất cả người sử dụng không khác mấy so với thuật toán Round Robin. Thậm chí nếu tính trong khoản thời gian dài hoặc ở trường hợp kích thước gói tin khác nhau thuật toán này còn đảm bảo độ công bằng hơn so với thuật toán RR.
+ Nhìn vào hình 4.12 ta thấy thông lượng cấp phát cho các MS có độ chệnh lệch nhưng khá đồng đều so với thuật toán Max Rate. Mức độ cấp phát thông lượng hệ thống thấp hơn Max Rate nhưng vẫn cao hơn đáng kể so với Round Robin.
+ Đây chính là thuật toán vừa đảm bảo việc cấp phát tài nguyên hệ thống công bằng vừa đảm bảo thông lượng khá cao. Tuy nhiên vấn đề quan trọng là khả năng xử lý và bộ nhớ đáp ứng cho thuật toán này là rất lớn trong thực tế. Thuật toán này yêu cầu đầu tư chi phí thiết bị để đáp ứng rất cao.