EVDO網(wǎng)絡(luò)的反向鏈路負(fù)荷控制算法

1、EVDO網(wǎng)絡(luò)的反向鏈路負(fù)荷控制算法1. 引言DO 系統(tǒng)的反向鏈路與前向鏈路不同，不存在調(diào)度器， 反向以碼分為主，用長碼掩碼區(qū)分不同的用戶。從這一點上來說，DO的反向鏈路與1X系統(tǒng)相似，是一個反向干擾受限的系統(tǒng)。在EVDO Rel.0版本中，AN根據(jù)扇區(qū)負(fù)荷的變化情況，通過各個扇區(qū)RA子信道下發(fā)RAB比特通知AT此扇區(qū)的負(fù)載情況，AT通過RAB比特提供的信息根據(jù)轉(zhuǎn)移概率矩陣對自己的傳送速率進(jìn)行調(diào)整。這種速率控制機(jī)制，升速或降速需要多次倍速轉(zhuǎn)換，傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)流易造成較大的延遲，速率抬升較慢，造成反向鏈路可靠性差。因此，Rel.0達(dá)不到數(shù)據(jù)流的QoS應(yīng)用要求。在EVDO Rev.A 中，為了保證不同

2、QoS級別用戶和用戶內(nèi)不同QoS級別的業(yè)務(wù)流，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制AT的反向發(fā)送優(yōu)先級，提出了基于T2P桶算法的概念。Subtype3 RL MAC協(xié)議提供了多個激活MAC流之間的QoS， 通過對每個激活流的T2P（Traffic to Pilot Power Ratio）控制來完成速率控制。AN根據(jù)扇區(qū)負(fù)荷情況決定RAB比特，AT根據(jù)RAB比特計算每個激活流可用的T2P資源來控制傳輸速率。為了便于理解，先簡要介紹一下QoS機(jī)制。為了提供高速實時多媒體分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， EVDO Rev.A 版本增加了多流包應(yīng)用協(xié)議 MFPA（Multi-Flow Packet Application），要求提供端到端的

3、 QoS 業(yè)務(wù)，每個用戶可以有多個不同 QoS 要求的業(yè)務(wù)流。這些業(yè)務(wù)流的數(shù)據(jù)包因為業(yè)務(wù)屬性不同而具有不同的優(yōu)先等級， 表現(xiàn)在準(zhǔn)入控制、負(fù)荷控制、優(yōu)先級調(diào)度等無線資源管理和地面鏈路資源管理等各個方面。評價QoS的關(guān)鍵指標(biāo)主要包括：可用性、帶寬/吞吐量、時延、抖動和誤包率。本文主要涉及到用戶內(nèi)（Intra-user）QoS。根據(jù)業(yè)務(wù)流對時延敏感性的不同，QoS分為以下三類：n EF（Expedited Forwarding）：時延敏感，要求低誤包率，如VoIP、視頻電話；n AF（Assured Forwarding）：可容忍一定時延，有低速率要求，如視頻點播；n BE（Best Effort）

4、：對時延和速率不敏感，如FTP、HTTP、E-mail。AN 通過支持并發(fā)多流來支持不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的 QoS， 同樣每個流都有對應(yīng)的 QoS。 前向無線資源通過時分復(fù)用的方式被多用戶共享， 針對不同 QoS 要求的多個流分別分配前向時隙調(diào)度的優(yōu)先級， AN 優(yōu)先保證 EF，其次是 AF，最后是 BE；在反向，AT 根據(jù)不同業(yè)務(wù)流的 QoS 需求申請反向功率資源，AN 綜合所有 AT 的請求，進(jìn)行集中式資源分配。2. 反向負(fù)荷控制算法2.1 概述與EVDO Rel.0使用的基于轉(zhuǎn)移概率的負(fù)荷控制算法不同，EVDO Rev.A使用的是基于T2P的漏桶算法，先簡單介紹一下T2P的概念。當(dāng)終端沒有數(shù)據(jù)需

5、要傳輸時，終端在反向鏈路上僅僅發(fā)送導(dǎo)頻信號。通過功率控制算法，在保證基站接收機(jī)可以正常監(jiān)測和正確解調(diào)的前提下，終端發(fā)射最小功率的導(dǎo)頻信號。當(dāng)有數(shù)據(jù)在反向鏈路上面?zhèn)鬏敃r，終端在反向業(yè)務(wù)信道上面也需要一定的發(fā)射功率。數(shù)據(jù)速率越高，終端需要的發(fā)射功率就越大。T2P就是指示了相對于導(dǎo)頻信道功率終端需要多少額外的功率分配給反向業(yè)務(wù)信道。其算法實現(xiàn)過程如下圖所示：此例以僅以一個MAC流為例進(jìn)行介紹。此過程從基站測量反向鏈路激活比特(RAB)開始：(1) 基站每個時隙向終端反饋反向激活比特RAB，終端通過相關(guān)算法計算每一個MAC流的QRAB和FRAB，確定扇區(qū)的負(fù)載情況；(2) 終端根據(jù)扇區(qū)負(fù)載情況，計算T

6、2PInflow的變化，即T2PInflow；(3) 終端更新T2PInflow；(4) 根據(jù)需要傳輸數(shù)據(jù)的延遲要求，終端決定傳輸數(shù)據(jù)包的大小和傳輸模式；(5) 如果待傳數(shù)據(jù)適合用上一步確定的數(shù)據(jù)包大小傳輸，且T2P資源足夠，終端則更新T2POutflow，準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)。(6) 終端更新BucketLevelSat（漏桶的大小）和BucketLevel（漏桶內(nèi)T2P資源的數(shù)量）。2.2 現(xiàn)網(wǎng)扇區(qū)激活比特RAB的確定 （AN側(cè)）RAB是Reverse Activity Bit的簡稱，即反向激活比特，用于反映扇區(qū)的忙閑。RAB的計算過程是：系統(tǒng)測試反向底噪，然后根據(jù)實際的RSSI和底噪相比，計算得

7、到底噪抬升（ROT）,ROT再與我們設(shè)定的RAB門限做比較，大于則下發(fā)RAB=1，否則下發(fā)RAB=0。具體如下：1） ROT的計算DO系統(tǒng)中一個扇區(qū)的ROT是基站從系統(tǒng)中所有終端處接收的功率與熱噪聲功率的比值。在靜默（ReverseLinkSilenceDuration）期間，系統(tǒng)中所有的終端都禁止發(fā)射功率，基站可以測量出熱噪聲功率，即靜默噪聲。在其他非靜默時間，基站測量出總接收功率，兩者之比就是ROT?；赗OT的測量可以實時獲得系統(tǒng)反向鏈路上干擾情況，目前除MSC2下系統(tǒng)過載的門限值是9dB外， 其余交換機(jī)均是12dB。2） RAB的計算基站根據(jù)相應(yīng)的算法測量反向鏈路的ROT，以反向鏈路激

8、活比特(RAB)的方式，通過前向RA信道反饋給終端。 當(dāng)ROT 超過設(shè)定的RABThreshold時， RAB=1, 表示系統(tǒng)反向過載；否則，RAB=0，表示系統(tǒng)反向輕載。2.3 T2P算法（AT側(cè)）2.3.1 T2P概述T2P是Traffic to Pilot Power Ratio的簡稱，以即業(yè)務(wù)信道相對于導(dǎo)頻信道的增益。其含義與其他反向信道（如DRC、DSC、ACK等）相對于導(dǎo)頻信道的增益類似，只不過是其他信道相對于導(dǎo)頻信道的增益是一個固定值，而業(yè)務(wù)信道相對于導(dǎo)頻信道的增益，是一個隨系統(tǒng)反向負(fù)荷和不同業(yè)務(wù)等條件而動態(tài)調(diào)整的值。對于每個單獨的MAC流來說，Subtype3 RL MAC協(xié)議

9、為它維護(hù)一個大小可變漏桶，這個流可用的T2P資源就是漏桶里的水平面。Subtype3 RL MAC協(xié)議對每個激活的MAC流進(jìn)行管理，根據(jù)業(yè)務(wù)屬性的不同，為MAC流協(xié)商不同的T2P參數(shù)，并由這些參數(shù)決定此MAC流的資源獲取的優(yōu)先級及傳送模式等。不同的流對應(yīng)不同的T2P資源流出，對周圍所有扇區(qū)的負(fù)載就會產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響AT激活集扇區(qū)的RAB。 T2P調(diào)度器根據(jù)RAB的變化對自己的來水量（T2PInflow）、潛在出水量(PotentialT2POutflow)、實際流水量（T2POouflow）、漏桶的大小(BucketLevelSat)等做出變化，控制漏桶內(nèi)的T2P資源，使得不同的流獲得不同的

10、發(fā)送速率，從而實現(xiàn)反向用戶間和用戶內(nèi)不同業(yè)務(wù)流的QoS。T2P原理如下圖所示：漏桶的水平面和漏桶的來水量和出水量有關(guān)。漏桶的來水量就是新進(jìn)入漏桶的T2P資源，它取決于當(dāng)前子幀的忙閑程度、漏桶的最大容量等因素。漏桶的出水量是當(dāng)前子幀允許可用的最大T2P資源，它與漏桶的水平面、入水量等因素有關(guān)，漏桶的出水量也是決定發(fā)包大小的直接因素。2.3.2 重要的變量和函數(shù)要理解T2P算法，首先需要了解以下幾個重要的變量和函數(shù)：1） 重要變量n T2PInflow漏桶的來水量T2PInflow的調(diào)整值，根據(jù)RAB的忙閑，確定該值增加或減少。n T2PInflow漏桶的來水量，根據(jù)上一子幀的T2PInflow和

11、T2POutflow進(jìn)行濾波，再加上T2PInflow。n PotentialT2POutflow潛在T2P輸出量，決定發(fā)送包大小的因素之一。n T2POutflow流在當(dāng)前發(fā)送的包中實際占有的T2P資源，當(dāng)只有單流時，與當(dāng)前發(fā)送包的大小一一對應(yīng)；等于“流包含的字節(jié)占整個包大小的比例發(fā)送當(dāng)前包需要的T2P資源”，影響下一個子幀的T2PInflow和BucketLevel的大小。n BucketLevel漏桶內(nèi)可用T2P資源的數(shù)量，每個子幀發(fā)送前根據(jù)上一次的T2PInflow和T2POutflow的差值進(jìn)行更新，在發(fā)送一個新包時，用于PotentialT2POutflow的計算；當(dāng)超過了Buck

12、etLevelSat時，當(dāng)前子幀的T2PInflow = 0。n BucketLevelSat表示漏桶的飽和度，本流在當(dāng)前子幀能夠使用的最大T2P資源數(shù)量受該變量限制。2） 重要函數(shù)n T2PUp(T2PInflow, FRAB)/ T2PDn(T2PInflow, FRAB)T2Pup()或T2PDn()是T2PInflow和FRAB共同組成的三維曲線， 用于決定T2PInflow，最終改變T2PInflow。 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載輕時，使用T2Pup()函數(shù)抬升T2PInflow，從而抬升T2PInflow， 增大終端的T2P資源，提升反向速率；相反，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載重時，使用T2PDn()函數(shù)降低T2P

13、Inflow，從而減少T2PInflow，減少終端的T2P資源，降低反向速率。n BucketFactor(T2PInflow, FRAB)該函數(shù)在計算PotentialT2POutflow和BucketLevelSat時使用，實際上起到了限制了反向包的包長變化幅度的作用。該函數(shù)是一個以T2PInflow和FRAB為軸的三維函數(shù)。定義了當(dāng)T2PInflow和FRAB確定時，PotentialT2POutflow和BucketLevelSat的變化幅度值。BE業(yè)務(wù)的BucketLevelSat函數(shù)體現(xiàn)的原則是： 當(dāng)系統(tǒng)反向負(fù)荷低或者已經(jīng)分配 的T2P資源較少時，允許包長波動較大； 反之，當(dāng)系統(tǒng)反

14、向負(fù)荷高或者已分配的T2P資源較多時，只允許包長在小范圍內(nèi)波動。而EF業(yè)務(wù)的T2P分配策略是固定分配的，一般情況下BucketFactor函數(shù)不隨T2PInflow和FRAB的變化而變化。 兩種業(yè)務(wù)對應(yīng)的函數(shù)曲線如下所示：2.3.3 T2P算法的主要步驟1） 每個子幀，AT計算QRAB和FRABQRAB是短期（如4個時隙）內(nèi)RAB的平均值，用于判斷對一個特定的MAC流增加或者減少T2PInflow資源， 其取值為1或者-1。如果QRAB=1，則說明扇區(qū)過載；如果QRAB=-1，則說明扇區(qū)空載。QRAB是面向激活集內(nèi)所有扇區(qū)中的每一個MAC流。對于Best-Effort流，QRAB的設(shè)置比較保守

15、，只要激活集內(nèi)任意一個扇區(qū)的RAB=1，則QRAB置為1，表示過載。FRAB是長期（如384個時隙）內(nèi)RAB的平均值，反映扇區(qū)長時間段內(nèi)的負(fù)荷情況，用于決定分配給所有MAC流的T2PInflow資源增加或者減少的幅度。FRAB是面向激活集內(nèi)所有扇區(qū)中的每一個終端。FRAB取值空間為-1，1。如果FRAB=1，則說明扇區(qū)過載嚴(yán)重；如果FRAB=0，則說明扇區(qū)過載；如果FRAB=-1，則說明扇區(qū)空載。2） 更新T2PInflow終端根據(jù)第一步計算出來的QRAB/FRAB來決定T2P資源的變化。n 當(dāng)基站沒有限制分配給終端的T2P資源保持常數(shù)，并且QRAB=1(系統(tǒng)反向忙)，并且該流對應(yīng)的漏桶沒有滿

16、，則T2PInflown = -T2PDn(T2PInflown-1，F(xiàn)RAB)；n 當(dāng)基站沒有限制分配給終端的T2P資源保持常數(shù)，并且QRAB=0(系統(tǒng)反向閑)，并且該流對應(yīng)的漏桶沒有滿，則T2PInflown = T2PUp(T2PInflown-1，F(xiàn)RAB)；n 當(dāng)終端沒有接收到前向CDMA 信道，或者正處于反向鏈路靜默時間，或者該流對應(yīng)的漏桶已經(jīng)滿，則T2PInflown = 0。3） 更新T2PInflow終端根據(jù)上一子幀的T2PInflow和T2POutflow進(jìn)行更新，且T2PInflow資源的分配限于（T2PInflowmin，T2PInflowmax）之間。計算公式如下：T

17、2PInflown =(1-(1/T2PFilterTC)* T2PInflown-1+(1/T2PFilterTC)* T2POutflown-1 +T2PInflown，其中T2PFilterTC是每個子幀AT計算T2PInflow值的無限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器時間常數(shù)。4） 更新PotentialT2POutflowPotentialT2POutflow指的是當(dāng)前子幀允許可用的最大T2P資源，它是決定發(fā)送包大小的因素之一。如果該子幀有包需要發(fā)送，則計算MAC流在HC和LL兩種模式下的PotentialT2POutflow會有所不同，但都是由BucketLevel和T2PInflow，或

18、者函數(shù)BucketFactor（）* T2PInflow決定。5） 確定傳輸模式和包大小MAC流共有HiCap和LoLat兩種傳輸模式，如下圖所示，其中HiCap傳輸模式用于非時延敏感業(yè)務(wù)，無需保障時延，期望能夠在四個子包內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸，4個子包所使用的業(yè)務(wù)信道功率都相同，并且比較低。而LoLat傳輸模式主要用于時延敏感業(yè)務(wù)，期望能夠在2個子包內(nèi)傳輸成功，因此前2個子包所使用的業(yè)務(wù)信道功率相同，并且要高于后2個子包。HiCap傳輸模式LoLat傳輸模式MAC流的傳輸模式確定原則如下：n 當(dāng)前流全是HC模式時，如果數(shù)據(jù)量之和高于載荷門限（PayloadThresh）時，所有待發(fā)數(shù)據(jù)流工作于LL模

19、式；反之則工作于HC模式。n 當(dāng)前流中含有LL模式時，滿足以下任意條件的所有待發(fā)數(shù)據(jù)流都工作于LL模式：l 數(shù)據(jù)流的初始傳輸模式為LL模式；l FRABnFRABlow，表示系統(tǒng)輕載；l 總的HC流輸出超過合并門限（MergeThreshold）時，所有HC流都轉(zhuǎn)為LL模式。反向數(shù)據(jù)包大小的確定：相對于EVDO Rel.0版本， Rev.A系統(tǒng)的反向鏈路提供了更小和更大的數(shù)據(jù)包，共有12種包大小，分別滿足日益增長的各種業(yè)務(wù)需求。 反向鏈路數(shù)據(jù)包的大小最終由T2P算法根據(jù)最大可用T2P資源、上層待傳數(shù)據(jù)序列大小和優(yōu)先級來確定。6） 更新T2POutflow終端將根據(jù)每個MAC流需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從T

20、2P資源池中按比例地抽取T2P資源用于數(shù)據(jù)的傳輸。 當(dāng)某個MAC流沒有數(shù)據(jù)傳輸時， 則無需抽取T2P資源分配給這個MAC流。更新T2POutflow分三種情況：n 當(dāng)僅傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，T2POutflowi,n = (di,n /SumPayloadn)* TxT2Pn ，其中SumPayloadn是第n個子幀所有MAC流數(shù)據(jù)的字節(jié)之和，di,n是第i個MAC流的字節(jié)數(shù)；n 有時傳輸某個特定大小的物理包時同時需要輔助導(dǎo)頻，便于在接收端更好的解調(diào)，所以也需要從T2P資源池中抽取T2P資源用于輔助導(dǎo)頻的傳輸。這時： T2POutflowi,n = (di,n /SumPayloadn)* TxT2

21、Pn*（1+AuxPilotChannelGain）；n 當(dāng)子幀n的第i個MAC流無數(shù)據(jù)包傳送時，T2POutflowi,n= 0。7） 更新下一個子幀的BucketLevelSat和BucketLevel最后，系統(tǒng)將根據(jù)抽取的T2P資源的情況更新T2P資源池和漏桶飽和度，為下一個子幀傳送做好準(zhǔn)備。在更新下一個子幀所需的T2P池前，需要先更新下一個子幀對應(yīng)的漏桶飽和度，其計算公式如下：BucketLevelSati, n+1 = min（BurstDurationFactori * BurstFactori（T2PInflowi,n，F(xiàn)RABi,n）* T2PInflowi,n，BucketL

22、evelMaxi）若AT在第n個子幀未收到相應(yīng)前向信道數(shù)據(jù)或處于反向鏈路靜默時間內(nèi)， 則AT置下一個子幀的漏桶內(nèi)堆積的T2P資源為零，即 BucketLeveln+1=0，反之則更新如下：BucketLeveln+1 = min(BucketLeveln + T2PInflown-T2POutflown，BucketLevelSatn+1)2.3.4 T2P的主要參數(shù)T2P參數(shù)分為功率類、漏桶類、傳輸模式類、濾波常數(shù)和QRAB判決五類參數(shù)。其中，功率參數(shù)與各種數(shù)據(jù)包的終止子幀數(shù)密切相關(guān)；漏桶參數(shù)控制各個流的性能；傳輸模式參數(shù)直接決定各個流的低時延和高容量模式；濾波常數(shù)用作基礎(chǔ)負(fù)荷數(shù)據(jù)的更新；Q

23、RAB的判決參數(shù)影響了T2PInflow的分配，保障了不同流的QoS特性。由于T2P算法涉及到的參數(shù)很多，在此只挑選一些重要的參數(shù)進(jìn)行簡單介紹。n FRAB門限（FRABlow）這是一個有關(guān)FRAB和傳輸模式選擇之間的門限值。 若當(dāng)前子幀待發(fā)數(shù)據(jù)流中包含LL流，且FRAB小于FRABLow，則所有待發(fā)數(shù)據(jù)流（HC+LL）都被聚合到一個待發(fā)數(shù)據(jù)流集合中，并以LL模式發(fā)送。如果該值設(shè)得越大，HC流越容易轉(zhuǎn)為LL流，可能可以獲得更高的反向速率，但是這會使HC流使用過多的T2P資源，增大了反向干擾。該值設(shè)置越小，HC流越難轉(zhuǎn)為LL流， 反向速率有所下降，但可以使T2P資源更有效利用，從而減少ROT抬升。n 合并門限（MergeThreshold）該參數(shù)用來確定在有LL流存在時，是否可以將來自HC流和LL流的反向鏈路數(shù)據(jù)包合并的門限。這種機(jī)制用來保證有LL流存在時， HC流不會長時間得不到服務(wù)。設(shè)的越小，HC流越容易轉(zhuǎn)為LL流，可能可以獲得更高的反向速率，但這會使HC流使用過多的T2P資源，增大了反向干擾。設(shè)置越大，HC流越難