演算法二

if ( , - ) then

end if

end while

3.2.2. 演算法二

前一節演算法的主要構想是預留資源給即將進入睡眠模式的使用者裝置，雖然這樣 是較直覺地防止在睡眠模式中違反服務品質的方式，但是並沒有運用到非活動定時器的 特點，就是延長使用者裝置的清醒時間以繼續接收在佇列中等待的資料。若使用者裝置 是在進入睡眠模式後才會違反服務品質需求，只要能夠啟動其非活動定時器延長清醒時 間就能繼續參與資源分配。因此我們提出演算法二，運用非活動定時器防止那些會在睡 眠模式中違反服務品質需求的使用者裝置保持清醒狀態。首先，一樣在使用者 到 達最後一個清醒的子訊框時判斷是否會在睡眠模式違反遺失率容忍度。但與演算法一不 同的是這裡我們的判斷將分成三種結果

1) 令 , - 計算出 , -大於零：這意謂使用者 在此子訊框有最小頻寬需求，

若被分配到資源就會啟動非活動定時器，因此最小所需頻寬維持此計算結果。

2) 令 , - 計算出 , -等於零，但是令 , - 計算出 , -大於零：這表 示使用者 在此子訊框中雖然沒有最小頻寬需求，但若進入睡眠模式將會違反遺失率容 忍度。因此我們不需要過早預留資源，只要令 , - 使得使用者裝置至少有一個資源 區塊的需求。若使用者裝置有得到資源而啟動非活動定時器就能繼續保持清醒，防止進 入睡眠模式違反其遺失率容忍度。

3) 令 , - 計算出 , -和令 , - 計算出 , -皆等於零：這表示使用者 在到達下一個非連需傳輸週期前的子訊框中，沒有任何頻寬需求也不會違反其遺失率 容忍度。因此最小所需頻寬設成零，將資源保留給其他使用者裝置。

21

22

Algorithm 2 DRX-aware Resource Allocation at the beginning of subframe Input: {* + * , -+ }

* , -+

Output: * , -+

Variables:

: The set of RTs which the minimum requested bandwidth is bigger than zero.

, -: The bandwidth allocated to user n at subframe.

23

, - { , - , -}

, - , -

if ( , - ) then

end if

end while

24

第四章.

模擬

4.1. 模擬環境

本章節中，我們將使用LTE-Sim模擬器[13]執行演進型技術系統層級的模擬。LTE-Sim 是一個開放源碼基於C++的模擬器，其設計的理念是希望能完整實現演進型技術協定層，

提供演進型技術的研究者們便於修改、增加且公平比較的模擬平台。協定層方面，

LTE-Sim支援：無線資源控制管理承載，並且能根據不同的即時性訊務對其承載設定不

同的服務品質需求(如圖 7)；資料匯聚通訊協定對上層封包進行資料保密和壓縮；媒體 存取控制執行無線資源管理，封包排程器被定義於此層進行上行鍊路與下行鍊路的資源 分配；實體層儲存和管理演進型技術中節點之間的無線通道資訊，並且也實現了無線通 道傳遞衰減模型。由於LTE-Sim尚未支援非連續接收模式，根據[11]我們將非連續接收模 組定義於媒體存取控制層(如圖 8)，並且增加演算法一和演算法二的封包排程器，執行 我們提出的資源分配演算法。

圖 7. LTE-Sim訊務管理架構圖

25

圖 8. LTE-Sim網路管理架構圖

我們的模擬中，使用者裝置會均勻分佈在演進型基地半徑一公里的圓形區域內，並 且只考慮下行鍊路的傳輸。使用者裝置在一段通話期間只會使用即時性或是非即時性其 中一種型態的訊務流。其中即時性我們採用視頻串流真實的追蹤檔案(trace file)；非即時 訊務我們採用無限緩衝(Infinite Buffer)的訊務，也就是佇列中永遠都會有封包等待被傳 送。傳輸通道品質會隨著時間改變，使用者裝置回報的通道品質指示採用理想的方式，

不會有回報延遲。演進型基地台會採用適應性調變編碼，根據使用者裝置目前的通道品 質選擇可以使用的調變等級，並透過實體下傳控制通道告知使用者裝置。其他關於環境 參數、訊務特性、服務品質需求設定將被統整在表 1。另外非連續接收模式的參數設定 將會在下節中討論。

我們的模擬將分成兩種情境，每一個情境中| | 且非即時性訊務的最小所需 頻寬都設為零。在第一種情境沒有啟用非連續接收模式且會有不同個數的使用者裝置連 結即時性訊務；第二種情境有啟用非連續接收模式並且| | 。執行模擬器的電腦 配備為Intel Core i5 3.2GHz之CPU，記憶體為8GB，模擬時間長度為三十萬個子訊框。

26

27

所有使用者接收封包的總量

模擬時間 ( 4 )

平均封包遺失率的計算方式為：

所有使用者傳送封包的總數 ( 5 )

最後，省電效率的計算方式為：

所有使用者睡眠時間的總合

模擬時間 ( 6 )

我們在第二章提過為了簡化非連續接收機制，因此只使用一種非連續接收週期，並 且長度設定為小於即時性訊務的延遲限制，所以長度為一百二十八個子訊框。每個使用 者裝置的非連續接收偏移值則為均勻分佈在非連續接收週期的區間內。接下來我們將用 模擬的方式，探討清醒區間定時器和非活動定時器對效能的影響以及合理的設定方式。

圖 9和圖 10為沒有啟動非連續接收模式時的系統吞吐量和平均遺失率。可以看到方法 [1]在保證即時性訊務的最小所需頻寬下，最大化系統吞吐量的方式分配資源，因此在系 統吞吐量的表現是三個之中最佳的。而最大延遲優先演算法保障延遲較大的即時性訊務 有較高的優先權，因此系統吞吐量較等比例公平演算法差一些。等比例公平演算法雖然 在吞吐量上表現較最大延遲優先演算法稍好，但是其因為沒有保證任何的服務品質需求，

因此在| | 時平均遺失率就已超過遺失率容忍度。最大延遲優先演算法保障延遲 較大的即時性訊務有較高優先權，因此在| | 之前平均遺失率表現最佳，但代價 就是犧牲了系統吞吐量。方法[1]在| | 之前，即時性訊務的封包遺失率會一直保 持在百分之十左右，原因在於其分配資源方式只優先保障即時性訊務滿足遺失率容忍度 的最小頻寬，接著以資源以最大化系統吞吐量的方式分配剩餘資源，藉此同時兼顧吞吐 量和服務品質需求。

28

Number of UEs attatched with RT

PF

Number of UEs attatched with RT

PF M-LWDF 方法[1]

29

Inactivity Timer (ms)

PF, Ton = 1

Inactivity Timer (ms)

PF, Ton = 1

Inactivity Timer (ms)

M-LWDF, Ton = 1

Inactivity Timer (ms)

M-LWDF, Ton = 1 M-LWDF, Ton = 2 M-LWDF, Ton = 10 M-LWDF, Ton = 20

30

Inactivity Timer (ms)

方法[1], Ton = 1

Inactivity Timer (ms)

方法[1], Ton = 1 方法[1], Ton = 2 方法[1], Ton = 10 方法[1], Ton = 20

31

Inactivity Timer (ms)

方法[1]

演算法一 演算法二

32

Inactivity Timer (ms)

Scheme[1]

Power Saving (%)

Inactivity Timer (ms)

方法[1]

演算法一 演算法二

33

Inactivity Timer (ms)

PF M-LWDF 方法[1]

演算法二

34

Inactivity Timer (ms)

PF M-LWDF 方法[1]

演算法二

35

圖 17顯示出等比例公平與最大延遲優先演算法都會保障資源分配的公平性，在非 活動定時器較大時平均地延長使用者裝置的清醒時間，因此降低了省電效能。不過最大 延遲優先演算法中，延遲較嚴重的那些特定使用者裝置較容易獲得資源延長清醒時間，

因此整體省電效能較等比例公平演算法好。方法[1]就如前段所敘述，在滿足即時性訊務 最小所需頻寬的前提下，通道較佳的使用者裝置較有機會保持清醒，因此整體省電效能 最好。演算法二為了防止使用者裝置進入睡眠模式後違反遺失率容忍度，因此會增加啟 動非活動定時器的機會所以較方法[1]耗電，不過最大只多出將近百分之四的耗電量卻能 夠提升了百分之十八的系統吞吐量及降低百分八的平均遺失率。

圖 17. 演算法二與傳統資源分配演算法在非連續接收模式中比較省電效率

0 20 40 60 80 100

0 5 10 15 20

Power Saving (%)

Inactivity Timer (ms)

PF M-LWDF 方法[1]

演算法二

36

第五章.

結論

我們在這篇論文中提出兩個感知型非連續接收模式的資源分配演算法，嘗詴降低非 連續接收模式對網路效能的傷害，並且盡可能地保證即時性訊務的服務品質且維持好的 省電效能。我們將方法[1]根據即時性訊務的遺失率容忍度以及當前遺失率計算最小所需 頻寬延伸成推算在一個非連續接收週期的剩餘時間中是否會違反其遺失率需求。為了讓 使用者裝置在一個非連續接收週期中都能夠滿足遺失率需求，演算法一嘗詴讓使用者裝 置在進入睡眠前便能獲得足夠的頻寬，而演算法二則是嘗詴增加啟動非活動計時器的機 會以延長清醒時間繼續參與資源分配。

實驗結果顯示，雖然演算法一能夠提升系統吞吐量，但是過早佔用資源的代價便是 增加其他使用者裝置的封包遺失率。而方法二不但能夠提升系統吞吐量，有效降低封包 遺失率，而且只針對會在睡眠區間違反遺失率容忍度的使用者裝置延長清醒時間的方式 仍然保持很好的省電效率。不過在這次的研究中，我們注意到非連續接收模式的參數設 定對於每個資源分配演算法會造成不同的影響，像是等比例公平演算法平均分配資源的 特性，只要使用者裝置每次清醒時間夠長時便能一直延續傳輸時間反而讓系統吞吐量超 越方法[1]。由於第三代合作伙伴計劃並沒有規範資源分配的方法，因此各家營運商皆有 自己的資源分配技術。對於不同的資源分配方法，如何配置合適的非連續接收模式的參 數讓使用者裝置能夠在保持省電的情形下維持良好的服務品質將是未來需要探討的。

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參考文獻

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[3] Wigard J., Kolding T., Dalsgaard L. and Coletti C., “On the User Performance of LTE UE Power Savings Schemes with Discontinuous Reception in LTE,” ICCW 2009, June 2009.

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[5] Ramli H.A.M., Basukala R., Sandrasegaran K., Patachaianand R., “Performance of Well Known Packet Scheduling Algorithms in the Downlink 3GPP LTE System,” MICC 2009, Dec 2009.

[6] Jalali A., Padovani R. and Pankaj R., “Data Throughput of CDMA-HDR a High

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