شکل۴‑۴ مدل سیستم درنظرگرفته شده
در الگوریتم پیشنهادی مقدار اولویت صف مربوط به کاربر iام در زیر کانال kام با نشان داده
می شود. برای هر صف مقدار اولویت در هر بازهی زمانی ارسال محاسبه شده و صفی که بیشترین الویت را دارد، انتخاب میشودتا به عنوان اولین کاربر داده های خود را ارسال کند. بعد از محاسبهی اولویت، در بین صفهای با مقدار معیار یکسان، به صفی که بستهی سرصف آن تاخیر بیشتری دارد، اولویت داده می شود. اگر این عامل نیز در بین صف ها یکسان باشد، صفی که ترافیکش اولویت بالاتری دارد، انتخاب می شود یعنی ابتدا ترافیک صدا و سپس ترافیک ویدئو و در نهایت ترافیک صفحات اینترنت برای ارسال دادههایشان انتخاب میشوند. چنانچه صفهایی وجود داشته باشند که همه موارد مذکور در آن ها یکسان باشد، یک صف به تصادف انتخاب می شود. برای ترافیکهای بلادرنگ و غیر بلادرنگ مقدار اولویت هر صف از رابطه ۴-۶ بدست می آید.
(۴-۶)
در رابطه ۴-۶، از رابطه ۴-۵ بدست می آید که بیانگر متوسط نرخ کاربران در بازهی زمانی ارسال tام میباشد. پارامتر با توجه به نوع ترافیک کاربر iام تعیین می شود که برای اولویت دادن به ترافیکها مورد استفاده قرار میگیرد. این مقدار برای ترافیک صدا برابر با ۱، برای ترافیک ویدئو برابر با ۸/۰ و برای ترافیک صفحات اینترنت نیز برابر با ۶/۰ درنظر گرفته می شود .هنگامی که کمتر از یک شود ترافیک صدا انتخاب شود چرا که این ترافیک حساسیتش به تاخیر بیشتر است و لذا امکان دارد که از بین رفته و نرخ از دست رفتن بسته افزایش مییابد. در حالت اگر بیش از یک کاربر با ترافیک صدا دارای کمتر از یک بودند کاربری انتخاب می شود که بستهی سر صف آن مدت زمان بیشتری را در صف بوده است. همچنین مورد استفاده در ۴-۶ با بهره گرفتن از رابطه ۴-۷ بدست می آید [۳۶]:
(۴-۷)
در رابطه ۴-۷، به ترتیب نرخ ارسال داده کاربرiام در زیر کانال ام بر حسب بیت بر سمبل در بازهی زمانی ارسال قبلی بوده و در واقع پارامتری است که به نرخ ارسال و متوسط نرخ ارسال در بازهی زمانی ارسال قبلی وابسته است. همچنین متوسط نرخ کاربر i تا ایستگاه مبنا در بازهی ارسال قبلی میباشد.
برای تعیین اولویت هر صف ابتدا باید مقدار محاسبه شود. مطابق با رابطه ۴-۶، اگر باشد بدین معناست که بیتهایی در صف مربوطه وجود دارد که اگر در این بازهی زمانی ارسال نگردد، از بین میرود و لذا باید در بازهی زمانی ارسال جاری ارسال گردد. بعد از محاسبهی در ابتدای هر بازهی زمانی ارسال اگر مقدار آن کمتر از یک باشد از ضابطهی دوم و اگر بزرگتر از یک باشد از ضابطهی اول مقدار معیار محاسبه خواهد شد و کاربر با بالاترین مقدار اولویت به عنوان نخستین کاربر برای ارسال دادههایش انتخاب می شود. برای ترافیکهای بلادرنگ با توجه به اینکه حساس به تاخیر هستند، مشابه [۳۹] از رابطه ۴-۸ قابل حصول میباشد:
(۴-۸)
مقدار برای کاربران غیربلادرنگ نیز از به صورت مشابه با توجه]۳۸[ از رابطه ۴-۹ بدست می آید:
(۴-۹)
پارامترهای موجود در در روابط ۴-۸ و ۴-۹ به این صورت میباشند که حداکثر تاخیر قابل تحمل بستهی سر صف کاربر iام بوده که با توجه به نوع ترافیک بسته مشخص می شود. مدت زمان انتظار بستهی سر صف کاربر i در ابتدای بازهی زمانی ارسال tام است. نیز برابر با زمان احتیاط برای دوری از، از بین رفتن بسته است که این مقدار برابر با ۱ میلیثانیه پیشنهاد می شود. علت این پیشنهاد این است که تصمیم تخصیص بلوک منبع و انتخاب کاربر هر یک میلیثانیه، صورت میگیرد. همچنین هدف این است که بسته با توجه به اینکه ضروری است حتما در بازهی زمانی ارسال جاری ارسال گردد. چرا که امکان دارد بسته اگر تا بازهی زمانی ارسال بعدی منتظر بماند، از بین برود. حداقل نرخ ارسال کاربر iام بر حسب بیت بر سمبل با توجه به مقدار سیگنال به نویزش در تمامی زیرکانالها بوده و به بیان دیگر این مقدار مربوط به سیگنال به نویز زیرکانال با بدترین شرایط است. علت این انتخاب نیز این میباشد که کاربران با شرایط نامناسب کانال نیز برای ارسال دادههایشان انتخاب شوند و عدالت برقرار شود. تعداد بیتهای قابل ارسال صف کاربر iام در بازهی زمانی ارسال tام با توجه به متوسط نرخ بیتش روی تمام زیر کانالهای موجود است، در واقع این مقدار به این صورت بدست می آید که باید متوسط نرخ کاربران را مطابق با رابطه ۴-۵ بدست آورده و سپس با توجه به این مقدار و استفاده از رابطه ۴-۱۰، تعداد بیتی که می تواند ارسال کند را بدست آورد. برابر با بازهی زمانی ارسال یعنی یک میلیثانیه در نظر گرفته می شود. رابطه ۴-۱۰ تعداد بیت ارسالی توسط کاربر با توجه به شرایط کانالش را نشان میدهد:
(۴-۱۰)
در رابطه ۴-۱۰، برابر تعداد بیت قابل ارسال توسط کاربر و مقدار بیت بر سمبل است که یک کاربر می تواند با توجه به مقدار سیگنال به نویزش ارسال کند. همچنین عدد ۱۴بیانگر تعداد سمبل OFDM موجود در حوزه زمان بر روی دو بلوک منبع را نشان میدهد. در واقع و جدول ۴-۱ این رابطه تعداد بیت ارسالی توسط هر کاربر با توجه به مقدار سیگنال به نویزش را نشان میدهد.
شبه کد مربوط به تعیین کاربر با اولویت بالاتر در شکل۴-۵ آمده است:
۱: FOR all
۲: IF (traffic type u is RT) THEN
۳:
۴: EleseIF
۵:
۶: ENDDIF
۷: calculate using equation (6-4)
۸: EndFor
۹: FOR all
۱۰: sort in descending order
۱۱: ENDFOR
۱۲: Find maximum
شکل۴‑۵ شبهکد مربوط به تعیین اولویت هر صف مشابه با ]۳۸[
ساختار جدید فریم
در این قسمت با توجه به نحوه تخصص بلوک منبع ساختار جدیدی برای فریم در جهت فراسو پیشنهاد می شود. ساختار جدید فریم به این صورت است که برای ارسال اطلاعات گزارش کانال از طریق کانالهای فیزیکی از سمبلهای موجود در هر بلوک منبع استفاده می شود. لذا با توجه به نحوه تخصیص بلوک منبع به کاربران گروه II که دارای سرعت km/h135 و km/h180 هستند، در ساختار پیشنهادی این گروه در دومین بلوک یک زیر فریم نیز گزارش کانال خود را به ایستگاه مبنا ارسال می نماید. برای این امر درساختار جدید فریم از اولین سمبل زمانی موجود در هر بلوک منبع برای ارسال اطلاعات به ایستگاه مبنا استفاده می شود. ساختار جدید فریم برای یک بازهی زمانی ارسال مطابق با شکل۴-۶ پیشنهاد می شود و برای کل فریم که شامل ۱۰ بازهی زمانی ارسال است همین روند تکرار می شود:
شکل۴‑۶ یک زیر فریم از ساختار جدید فریم در جهت فراسو
لازم به ذکر است که ساختار جدید فریم فقط برای یک زیرفریم(بازهی زمانی ارسال) رسم شده است و ساختار در بقیهی زیرفریمها نیز به این گونه است.
محاسبه و تخصیص بلوک منابع مورد نیاز هر صف با توجه به تامین نیاز کیفیت سرویس کاربر
در این مرحله از الگوریتم تعداد بلوک منابع قابل تخصیص به هر صف محاسبه خواهد شد. سپس براساس اولویتی که کاربر دارد به او تخصیص مییابد. در ابتدای هر بازهی زمانی ارسال تعداد بلوک منابعی که هر صف در صورت انتخاب شدن نیاز دارد براساس تعداد بیت ضروریاش، محاسبه می شود. همانگونه که بیان شد برای تعیین تعداد بلوک قابل اختصاص به هرکاربر، ابتدا صفها براساس اولویتهای محاسبه شده مرتب میشوند و سپس بعد از مرتب شدن صفها براساس اولویتشان تا جایی بلوک منبع دریافت می کنند که دیگر بلوک منبعی در این بازهی زمانی ارسال در زیرکانالها برای تخصیص وجود نداشته باشد. در مرحله اول محاسبهی تعداد حداکثر بلوک منابع مورد نیاز کاربر iام در بازه زمانی ارسال tام بوسیلهی رابطه ۴-۱۱ براساس ایده مرجع ]۳۶[ بدست می آید:
(۴-۱۱)
در رابطه ۴-۱۱، بیانگر تعداد کل بیتهای درون صف و بیانگر متوسط نرخ داده کاربر بر حسب تعداد بیت بر سمبل است که بر اساس مقدار سیگنال به نویز با بهره گرفتن از رابطه ۴-۵ بدست می آید. لازم به ذکر است که برای سهولت در نوشتن، متغیر زمانی t از پارامتر نشاندهنده تعداد بیت درون صف و تعداد بلوک منبع مورد نیاز هر کاربرحذف می گردد ولی تمامی این پارامترها در ابتدای هر بازهی زمانی ارسال محاسبه میشوند. همچنین یک مقدار ثابت است که از رابطه ۴-۱۲ بدست می آید:
(۴-۱۲)
در رابطه ۴-۱۲، و به ترتیب برابر با تعداد زیرحاملها و تعداد سمبلهای OFDM در هر بلوک منبع بوده و T نیز طول زمانی یک بلوک منبع را نشان میدهد. همانطور که بیان گردید اگر برای صفی مقدار کمتر از یک شود، یعنی در آن صف بیتهای ضروری وجود دارد که باید ارسال شود.
اختصاص بیت های ضروری
تعداد بیتهای ضروری برای ارسال کاربر u با نشان داده می شود، نیز حداقل تعداد بلوک منابع لازم برای ارسال بیتهای ضروری میباشد که با تغییر در رابطهی۴-۱۱ به صورت رابطه ۴-۱۳ بدست می آید:
(۴-۱۳)
در اینجا مشابه ]۳۸[ بر روی حداکثر مقدار محدودیتی برای جلوگیری از اینکه تمام منابع موجود در یک بازهی زمانی ارسال به صف با بالاترین اولویت تخصیص یابد، اعمال می شود. چرا که اگر تمامی بلوک منابع موجود در یک بازهی زمانی ارسال به صف با بالاترین اولویت تعلق گیرد آنگاه به کاربران دیگر که در اولوبتهای بعدی قرار دارند، بلوکی تخصیص نمییابد و در نتیجه این کار باعث می شود که بیتهای آنها بیش تر از حد مجازشان در صف مانده و در نتیجه از بین بروند و به دنبال آن نرخ از دست رفتن بسته و تاخیر شبکه بالا میرود. در نتیجه تمامی بلوک منابع موجود در یک بازهی زمانی ارسال به یک کاربر اختصاص نمییابد. مقدار این محدودیت برابر با پارامتر در نظر گرفته می شود که مقدار این پارامتر را شبیهسازی تعیین می کند. به این معنی که با مقادیر مختلف شبیهسازی را انجام داده و مقداری که در آن نرخ ارسال و پارامترهای کیفیت سرویس بهتری نتیجه می شود به عنوان مقدار در نظر گرفته می شود فقط نکتهای که باید در نظر داشت این است در اینجا هدف پیدا کردن مقدار دقیق بهینه برای نیست. این مقدار با توجه به شبیهسازی برابر ۴/۱ تعداد کل بلوک منابع موجود در یک بازهی زمانی ارسال بدست می آید. با فرض اینکه RB بیانگر کل تعداد بلوک منابع موجود در یک بازهی زمانی ارسال باشد، میتوان رابطه ۴-۱۴ را برای محدودیت تعداد بلوک منابع قابل تخصیص به کاربر در نظر گرفت:
(۴-۱۴)
توجه شود که RB نشاندهنده تعداد کل بلوک منابع موجود در یک بازهی زمانی ارسال است. بعد از محاسبهی بلوک منابع مورد نیاز کاربر باید تخصیص داده شود. برای تخصیص بلوک منبع، ابتدا کاربران بر اساس اولویت محاسبه شده مرتب نمود و سپس کاربر با بالاترین اولویت انتخاب می شود و اگر سرعت کاربرکمتر از km/h135 بود مطابق با رابطهی۴-۱۳ به تعداد بیت های ضروری مورد نیازش یعنی بلوک منبع در زیر کانالی که بهترین شرایط کانال را در آن دارا میباشد، دریافت می کند. اگر این تعداد از ۲ بیشتر بود برای تخصیص دو بلوک منبع دیگر مورد نیاز کاربر از دومین زیرکانالی که کاربر در آن بهترین شرایط را دارد، استفاده می شود و این روند ادامه مییابد تا کاربر تمامی بلوک منابع مورد نیازش را دریافت کند. حال اگر سرعت کاربر بیشتر از km/h135 بود ابتدا اولین بلوک منبع از زیر فریم موجود در زیرکانالی که کاربر در آن بهترین شرایط را داراست به کاربر تعلق میگیرد حال اگر کاربر به بلوک منبع دیگری نیاز داشت اولین بلوک منبع در زیرفریم موجود در دومین زیرکانالی که کاربر در آن بهترین شرایط را داراست برای تخصیص استفاده می شود. این روند ادامه مییابد تا کاربر تعداد بلوک منابع مورد نیازش را دریافت کند. امکان دارد تعداد بلوک باقیمانده کمتر از باشد. برای همین منظور از رابطه ۴-۱۵ برای تعیین تعداد بلوک منابع مورد نیاز هر کاربر استفاده می شود:
(۴-۱۵)
در رابطه ۴-۱۵، بیانگر تعداد بلوک منابع باقیمانده بعد از تخصیص بلوک منابع به بیتهای ضروری کاربران با اولویت بالا میباشد.
لازم به ذکر است چنانچه قبلا در ۵/۰ میلی ثانیه اول، بلوک منبع در بهترین زیرکانال(ها) به کاربر با سرعت بالاتر از km/h135و طبق روش FD اختصاص یافته است، بلوک منبع بعدی در آن زیرکانال بلااستفاده بوده و به کاربری که نوبت دریافت بلوک منبعاش شده است، تعلق میگیرد.
در انتها تعداد بلوک منبع باقیمانده توسط رابطه ۴-۱۶ محاسبه می شوند:
(۴-۱۶)
تخصیص بیت های غیر ضروری
بعد از تخصیص بیت های ضروری، تعداد بیت باقیمانده هر صف باید ارسال شود. تعداد بلوک منابع مورد نیاز از رابطه ۴-۱۷ بدست می آید.
(۴-۱۷)