调度

无线资源管理主要的调度算法和关键性指标

在通信业务中，频谱资源和功率资源都是有限的，但小区里用户数量和业务量是不同的，系统不能只顾虑一部分用户，它要对资源进行合理的分配，以使系统中的用户得以正常良好的通信。这种分配的方法或者策略，即为调度算法或者调度技术。

调度算法

调度器的主要功能是在不同时间点上为不同的用户调度各种系统资源，它是基站中最重要的组成部分之一，调度器的设计好坏直接决定了基站的工作效率和实际性能。调度器相关的内容绝大多数不在标准化工作范围内，主要是设备内部实现的问题。调度器在工作时需要考虑多种因素，如终端所处位置的信道质量、终端缓存状态、基站系统资源状态、业务优先级、用户优先级等，同时利用合理的调度算法使系统资源利用效率最高，尽量保证用户有最好的使用体验。

目前通信系统中使用的调度算法主要是3种：轮询算法（Round Robin，RR）、最大载干比算法（Maximum C/I）和比例公平算法（Proportional Fair）。

轮询算法：

轮询算法的基本思想就是认为小区内所有用户的调度优先级都是相等的，所有用户周期性地被调度，保证每个用户被调度概率相同。例如小区中有3个用户，采用轮询算法的调度器不会考虑每个用户所处的位置以及之前被调度的情况，只是简单地按照某个固定的调度顺序，如终端1、终端2、终端3、终端1、终端2、终端3……周期性地调度每个用户。因此轮询算法是一种典型的追求公平最大化的调度算法，实现起来比较简单。但是，轮询算法没有考虑不同用户的信道状况，信道质量差的用户和信道质量好的用户会被分配到相同多的调度时间，因此会导致系统的平均吞吐量受到较大影响。同时该算法也没有考虑业务特性、用户优先级、业务优先级等QoS方面的因素，所以在系统用户数较多、业务复杂的情况下，轮询算法难以发挥理想的调度效果。

最大载干比：

最大载干比算法的基本思想是在每一个调度时刻，调度器会对所有待调度用户进行载干比（也就是意味着可以达到的最大瞬时传输速率）的排序，然后调度器会选择信道质量最好的用户进行调度，这样保证系统总是能够调度到最好的用户，保证系统性能的最大化，资源利用率最高。最大载干比算法的数学表达可以参考式（1），其中k是被调度的用户，Ri(t)是第i个用户的瞬时传输速率。

k=argmaxRi(t)（1）

可见，最大载干比算法是一种追求系统性能最大化的调度算法，在调度周期内把所有资源分配给信号质量最好的终端，保证系统吞吐量可以达到最大值。但是，该方法完全没有考虑公平性的因素，对于处于小区边缘或深衰落处的终端因为信号质量不好将会长时间得不到调度，出现终端被“饿死”的情况。

比例公平：

轮询算法保证了用户间的公平性，但损失系统吞吐量；最大载干比算法获得了最大的系统吞吐量，但丧失了公平性。因此，为了在这两种算法间取得一定的折衷，提出了比例公平算法。该方法在尽量满足信道质量较好的终端的高速数据业务需求的同时，也兼顾信道质量状况不好的终端的使用体验。该算法的基本思想是在选择用户时考虑瞬时速率和长期平均速率的比值，同时利用权重值对不同用户进行调整，达到同时兼顾系统性能和用户体验的目的。

此算法为小区内每个用户都分配了一个优先级，在任意时刻系统调度优先级最大的用户，比例公平算法的数学表达式可以参考式（2），其中k是被调度用户，Ri(t)为用户i在t时刻请

求的速率，Ti(t)为用户i在t时刻的累积平均速率。在调度完成后，需要对用户的优先级因子进行更新。若小区中有多个用户，当系统对某个信道质量较好的用户连续进行了调度时，Ti(t)将会逐渐增大，使得优先级逐渐变小，从而系统会调度其他优先级较高的用户。若某个用户的信道质量较差，长期得不到系统的调度，那么它的平均吞吐量Ti(t)会降低，这样的话优先级将会增大，使用户获得被调度的机会。比例公平算法综合考虑了公平性和系统性能两方面的因素，是一种性能较优的算法。

k= arg max （2）

关键性指标：

吞吐量：

①吞吐量：吞吐量（throughput）在计算机领域表示中央处理器在单位时间内从存储设备

读取、处理、存储的信息量。在通信领域，吞吐量可以表示在丢包率为0 的前提下单位时间内传输的分组数据的量。根据统计对象的不同，吞吐量可以分为针对个体用户的短期吞吐量（用户吞吐量）和针对整个系统的长期吞吐量（小区吞吐量）。

②公平性：根据公平性时间窗口的长度，存在长期公平性和短期公平性。短期公平性主要

是针对用户的瞬时速率，而长期公平性主要是针对用户的平均速率。轮询算法实现的公平性是为用户提供等概率的服务机会，能够满足短期的和长期的公平性。

③分组时延：分组时延一般包含节点处理时延、排队等候时延、传输时延以及传播时延四

个部分，这四个部分加起来是总时延。不同分组业务有不同的时延要求，典型的语音会话的时不能超过100ms，而实时游戏的时延则不能超过50ms。分组经过交换网络从发送端传递到接收端，其间可能经历多次路由，经过多个节点设备，时延是不可避免的。