面向异构 M2M 上行链路的时延最优 MAC 与分组调度器

经由 M2M 聚合器（MA）到达机器对机器（M2M）应用服务器（AS）的上行链路数据在多个维度上表现出显著的异构性，例如最大可容忍分组时延、有效载荷大小和到达速率，因此需要设计服务质量（QoS）感知的分组调度器。本文将 M2M 上行链路数据划分为多个 QoS 类别，并使用 S 形函数将各类别的时延要求映射成效用函数。我们提出了一种在 AS 端实现的比例公平、时延最优的多类别分组调度器，该调度器最大化系统效用度量。我们注意到，在任何工作守恒调度策略下，平均类别时延都可以通过在所有可能的抢占式优先级策略之间进行适当的时间共享来实现。因此，通过一个迭代过程来确定所有优先级调度策略之间的最优时间共享，从而得到使系统效用最大化的最优调度器。由于采用了迭代优化过程，所提出的调度器可以以较低的复杂度在线实现。随后，我们扩展这项工作，以确定 MA 与 AS 之间联合最优的信道分配和分组调度方案。我们首先构建了一个在 AS 端集中求解的联合优化问题，然后提出了一种低复杂度的分布式优化问题，分别在 MA 和 AS 端独立求解。我们证明，分布式优化解能够快速收敛到集中式优化结果，且 MA 与 AS 之间的信息交换开销极小。通过蒙特卡洛仿真，我们验证了所提调度器的最优性，并表明其性能优于其他最先进的分组调度器，如加权轮询、最大权重调度器等。所提调度器的另一个理想特性是对时延敏感业务具有较低的时延抖动。