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CPGEI (Mestrado): Fabian Maurice Malheiros Franco - 30/08/18

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 30/08/2018
das 09h10 até 12h00
Onde Sede Central: Sala Q-110
Nome do Contato Prof. Emilio Carlos Gomes Wille
Participantes Prof. Emilio Carlos Gomes Wille, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Augusto Foronda, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Emilio Carlos Gomes Wille, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Mauro Sergio Pereira Fonseca, Dr. - UTFPR
Prof. Luiz Carlos Pessoa Albini, Dr. - UFPR
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Latency-Rate Downlink Packet Scheduler para Redes Lte

Resumo: O padrão Long Term Evolution (LTE) é a principal tecnologia utilizada em redes móveis 4G atualmente em todo o mundo. Sua arquitetura consiste basicamente em três componentes principais: um núcleo de rede, estação base e dispositivos de usuário. Os dispositivos de usuário podem requisitar serviços disponíveis na Internet, tais como serviços de voz, vídeo entre outros serviços de dados de transmissão não continua como páginas Web. O acesso a esses serviços são gerenciados pela estação base, a qual tem o papel de realizar o escalonamento de recursos, por meio de uma tecnologia de rede de acesso múltiplo, garantindo a qualidade de serviço ao usuário. Assim, um de seus principais desafios está relacionado ao atendimento de serviços que exigem baixas latências e largura de banda. Entre estes, destaque-se os serviços vídeo por seu constante crescimento em termos de consumo de dados em redes móveis. Neste contexto este trabalho apresenta o Latency-Rate Downlink Packet Scheduler (LR-DPS) para o escalonamento de recursos de tráfego downlink visando atender os requisitos de atraso máximo para tráfegos de taxa variável. Considerando que o escalonamento de recursos em redes LTE é um problema de otimização complexo, a principal contribuição do trabalho é uma nova arquitetura de escalonamento com provisão de QoS para delay máximo. A proposta e formulação do problema são apresentadas em três etapas hierárquicas. Na primeira etapa, o tráfego é condicionado por um balde de fichas. Na segunda etapa, por meio de um modelo analítico, o problema de atribuição de tempo total (ATT) é solucionado e tem-se um tempo total para transmissão de dados e as taxas individuais para atendimento ao delay máximo solicitado. Na terceira, os dados são alocados em blocos de recursos de forma equilibrada atendendo os requisitos da etapa anterior. A avaliação de desempenho utiliza o ns-3 como simulador de rede, com o qual são criados cenários realísticos que exploram características da rede LTE e do modelo LR-DPS. Como parâmetro de comparação, são utilizados os escalonadores Round Robin e Channel and QoS Aware. Os resultados das simulações realizadas com diferentes tráfegos de vídeo com taxa variável (VBR) mostram que o LR-DPS atendeu aos requisitos de QoS quando os demais escalonadores excederam em até 90% o delay máximo solicitado.
Palavras-chave: Long Term Evolution (LTE). Qualidade de Serviço (QoS). Escalonamento de Recursos. Downlink.

Latency-Rate Downlink Packet Scheduler for LTE Networks

Abstract: The Long Term Evolution (LTE) standard is the currently leading technology used in 4G mobile networks around the world. Its basic architecture consists of three main components: a network core, base station, and user devices. User devices can request services available on the Internet, such as voice services, video and other not continuous data transmission services as Web pages. The access to these services are managed by the base station, which has the function of performing the resource scheduling, with a multiple access network technology and guarantee the quality of service to the user. Therefore, one of its main challenges is the support to services that require low latency and bandwidth. Among these, we highlight the video services for their constant growth related to the data consumption in mobile networks. Inside this context, this work presents the Latency-Rate Downlink Packet Scheduler (LR-DPS) for the traffic scheduling of downlink resources to guarantee the maximum delay requirements for variable rate traffic. Considering that the resource allocation in LTE networks is a complex optimization problem, the main contribution of the work is a new scheduling architecture with QoS for maximum delay. Three hierarchical steps introduce the proposal and formulation of the problem. In the first step, a token bucket bound the traffic. In the second step, the total time allocation (TTA) problem is solve, resulting in a total time for data transmission and the individual rates for guarantee the requested maximum delay. The third step allocates the data to resource blocks into a balanced way, meeting the requirements of the previous step. The performance evaluation carried out in the network simulator ns-3, with realistic scenarios that explore LTE network features and the LR-DPS model. In order to evaluate the performance, was employed the Round Robin and Channel and QoS Aware schedulers. The results of the simulations performed with different variable rate video (VBR) traffic presenting that the LR-DPS met the QoS requirements when the other schedulers exceeded the requested maximum delay by up to 90%.
Keywords: Long Term Evolution (LTE). Quality of Service (QoS). Resource allocation. Downlink.


Lista de publicações:

Artigo aprovado no XXXVI Simpósio Brasileiro de Telecomunicações e Processamento de Sinais, mas ainda não publicado: Malheiros Franco, F. M.; Wille, E. C. G. , Foronda, A.. Escalonador de tráfego downlink com provisão de QoS para tráfego de vídeo em redes LTE. Anais do XXXVI Simpósio Brasileiro de Telecomunicações e Processamento de Sinais, Campina Grande, 2018.