روش زمان‌بندی جدید بر اساس ترکیب وزن‌دار شده توابع نمایی و لگاریتمی برای بهبود پارامترهای کیفیت سرویس در شبکه‌های سلولی نسل چهارم

نویسندگان

1 گروه مهندسی کامپیوتر - دانشکده فنی و مهندسی - دانشگاه آزاد اسلامی - واحد کرمانشاه

2 گروه مهندسی برق - دانشکده فنی و مهندسی - دانشگاه آزاد اسلامی - واحد کرمانشاه

چکیده

امروزه پخش زنده محتوای چندرسانه‌ای مانند ترافیک‌های ویدئو وVoIP ، در شبکه‌های سلولی به شکل فزاینده‌ای مرسوم شده است. شبکه LTE باهدف ارائه سرعت بالا، همراه با تأمین کیفیت‌سرویس و درنهایت به دست آوردن رضایت بیشتر مشتریان به بازار معرفی شده است. مدیریت منابع رادیویی، راهکاری است که برای رسیدن به این اهداف در این شبکه‌ها وجود دارد. برای دست یافتن به این مهم، از زمان‌بندها به‌صورت آگاه از وضعیت کانال و آگاه از کیفیت‌سرویس برای تخصیص منابع به انواع ترافیک‌ها استفاده می‌شود. یکی از این زمان‌بندهای مهم و کارا، روش زمان‌بندی تابع‌نمایی (EXP RULE) است که باوجود کارایی خوب آن، ازنظر پارامترهایی همچون نرخ از دست رفتن بسته و تأخیر نیازمند بهبود است تا به حد مطلوب برسد. در این مقاله، باهدف بهبود نرخ از دست رفتن بسته و تأخیر به‌طور خاص و به‌طورکلی بهبود سایر پارامترهای کیفیت‌سرویس در شبکه‌های LTE، یک روش زمان‌بندی جدید معرفی شده است که نام‌گذاری آن بر اساس عملکرد این زمان‌بند به‌صورت ترکیبی وزن‌دار شده از توابع نمایی و لگاریتمی (HWEL) است. در این مقاله انجام شبیه‌سازی و مقایسه عملکرد روش زمان‌بندی تابع‌نمایی و روش پیشنهادشده توسط نرم‌افزار LTE-Sim انجام‌شده است. برای ترافیک‌های پخش زنده ویدئو و VoIP مشاهده گشته است که زمان‌بند پیشنهادی در این تحقیق توانسته است پارامترهای تأخیر، نرخ از دست رفتن بسته، توان عملیاتی و منصفانه بودن را در ترافیک ویدئو به ترتیب به میزان 21 ،29.8، 7.8  و 1.1 درصد و همچنین پارامترهای تأخیر و توان عملیاتی را در ترافیک VoIP به ترتیب به میزان 23.5 و 0.7  درصد بهبود دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A New Hybrid Weighted Exponential-Logarithm (HWEL) Scheduler for Modification of QoS Parameters of 4G Cellular Networks

نویسندگان [English]

  • F. Asadollahi 1
  • R. Dehdasht-Heydari 2
1 Department of Computer Engineering, College of Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
2 Department of Electrical Engineering, College of Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

In recent cellular networks, the real-time broadcast of multimedia contents such as VoIP and Video traffics is increasingly becoming common. In this regard, 4G/LTE networks have been introduced due to providing high speed data along with QoS assurance, more security, and ultimately customer satisfaction. To accomplish these goals, radio resources management is a critical requirement and then schedulers are used in order to allocate the resources as Channel-Aware/QoS-Aware for the various traffics. One of the most important and effective schedulers is known as EXP RULE method; however these networks requires to improve in some of QoS parameters such as Packet Loss Rate (PLR) and Delay values to achieve further real-time information. In this paper, a new scheduling called Hybrid Weighted Exponential-Logarithm (HWEL) scheduler has been proposed to improve the PLR and Delay especially and improve the other QoS parameters generally in 4G/LTE networks. By performing simulations and comparisons between EXP-Rule and HWEL methods using LTE-Sim package for VoIP and Video traffics, it is observed that the proposed scheduler is a very good candidate to improve delay, PLR, throughput and fairness in the video traffics up to 21%, 29.8%, 7.8% and 1.1% and improve delay and PLR in the VoIP traffics up to 23.5% and 0.7% respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 4G Scheduling algorithm
  • Hybrid Weighted EXP-LOG (HWEL)
  • Long Term Evolution (LTE)
  • Radio Resource Allocation
  • Real-time traffic
  • Quality of Services (QoS)

مراجع

[1] M. Kalil, A. Shami and A. Al-Dweik. (2015, Aug.). QoS-aware power-efficient scheduler for LTE uplink. IEEE Transactions on Mobile Computing. 14(8), pp. 1672-1685.
[2] http://www.3gpp.org/ about-3gpp/about-3gpp
[3] I. F. Akyildiz, D. M. Gutierrez-Estevez and E. CH. Reyes. (2010, Dec.). The evolution to 4G cellular systems: LTE-Advanced. Physical Communication. 3(4), pp. 217-244.
[4] E.Dahlman, S. Parkvall, J. Skold and P.  Beming, “Background of 3G evolution,” in 3G evolution: HSPA and LTE for mobile broadband, 2nd ed., UK: Oxford, Academic Press, 2008.
[5] E. M. Ang, K. K. Wee, Y. H. Pang and K. K. Phang. (2015, Dec.). A performance analysis on packet scheduling schemes based on an exponential rule for real-time traffic in LTE. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2015(1), pp. 1-12.
[6] محمد حامدیان، بهروز شاهقلی قهفرخی، ندا مقیم، «یک پروتکل   MAC آگاه از کیفیت تجربه کاربر مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11e»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 47، شماره 2، صفحه 470-480، تابستان 96.
[7] A. Kumar, J. Sengupta and Y. Liu. (2012, Feb.). 3GPP LTE: The future of mobile broadband. Wireless Personal Communications. 62(3), pp. 671-686.
[8] 3GPP TS 36.321 V9.0.0 (2010-10), “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 9)”.
[9] F. Capozzi, G. Piro, L.A. Grieco, G. Boggia and P. Camarda. (2013, May). Downlink packet scheduling in LTE cellular networks: Key design issues and a survey. IEEE Communications Surveys & Tutorials. 15(2), pp. 678-700.
[10] F. Afroz, S. Barua and K. Sandrasegaran. (2014, Oct.). Performance analysis of FLS, EXP, LOG and M-LWDF packet scheduling algorithms in downlink 3GPP LTE system. International Journal of Wireless & Mobile Networks. 6(5), pp. 77-91.
[11] T. Jiang, H. Wang and A.V. Vasilakos. (2012, Aug.). QoE-driven channel allocation schemes for multimedia transmission of priority-based secondary users over cognitive radio networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 30(7), pp. 1215-1224.
[12] H. Rifai, S. Mohammed and A. Mellouk, “A brief synthesis of QoS-QoE methodologies,” in 2011 10th International Symposium and Programming Systems (ISPS), Algeria, 2011, pp. 32-38.
[13] N.N. Sirhan, G.L. Heileman, C.C. Lamb and R. Piro-Rael. (2015). QoS-Based Performance Evaluation of Channel-Aware/QoS-Aware Scheduling Algorithms for Video-Applications over LTE/LTE-A. Computer Science & Information Technology (CS & IT). 5(7), pp. 49-65.
[14] N. Ferdosian, M. Othman, B.M. Ali and K.Y. Lun, “Throughput-aware Resource Allocation for QoS Classes in LTE Networks,” in  International Conference on Computer Science and Computational Intelligence (ICCSCI 2015), 2015,  pp. 115-122.
[15] M. Iturralde, A. Wei, T. Ali-Yahiya and A.L. Beylot. (2013, Mar.). Resource Allocation for real time services in LTE networks: resource allocation using cooperative game theory and virtual token mechanism. Wireless Personal Communications. 72(2), pp. 1415-1435.
[16] E. Dahlman, S. Parkvall and J. Skold, “4G: LTE/LTE-advanced for mobile broadband,” in LTE, 2nd ed., 2013.
[17] H. Holma and A. Toskala, “LTE for UMTS-OFDMA and SC-FDMA based radio access,” in LTE, 1nd ed., United Kingdom, 2009, pp. 1-22.
[18] فرهاد دانائی یگانه، افشین ابراهیمی، « مدیریت انتخاب مجدد سلول در نسلهای مختلف شبکه‌های سلولی مبتنی بر 3GPP و تحلیل دو چالش یک اپراتور داخلی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 46، شماره 3، صفحه 162-179، پاییز 95.
[19] S. Fouziya Sulthana, R. Nakkeeran. (2014, Dec.). Study of downlink scheduling algorithms in LTE networks. Journal of Networks. 9(12), pp. 3381-3391.
[20] A. L. Stolyar and K. Ramanan. (2001, Feb.). Largest weighted delay first scheduling: Large deviations and optimality. Annals of Applied Probability. 11(1), pp. 1-48.
[21] Y. J. Xian, F. C. Tian, C. B. Xu and Y. Yue. (2011, Aug.). Analysis of M-LWDF fairness and an enhanced M-LWDF packet scheduling mechanism. The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications. 18(4), pp. 82-88.
[22] M. Iturralde, T. A. Yahiya, A. Wei and A. L. Beylot, “Performance study of multimedia services using virtual token mechanism for resource allocation in LTE networks,” in Vehicular Technology Conference (VTC Fall), IEEE, San Francisco, CA, 2011, pp. 1-5.
[23] B. Sadiq, S.J. Baek and G. De. Veciana. (2011, Apr.). Delay-optimal opportunistic scheduling and approximations: The log rule. IEEE/ACM Transactions on Networking (TON). 19(2), pp. 405-418.
[24] S. Ali, M. Zeeshan and A. Naveed. (2013, Dec.). A capacity and minimum guarantee-based service class-oriented scheduler for LTE networks. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2013(1), pp. 1-15.
[25] S. Ali and M. Zeeshan, “A utility based resource allocation scheme with delay scheduler for LTE service-class support,” in 2012 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), Shanghai, 2012, pp. 1450-1455. 
[26] G. Piro, L.A. Grieco, G. Boggia and F. Capozzi. (2011, Feb.). Simulating LTE cellular systems: an open-source framework. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 60(2), pp. 498-513. 
[27] D. Robalo and F. J. Velez, “A Model for Mapping between the Quality of Service and Experience for Wireless Multimedia Applications,” in IEEE 79th Vehicular Technology Conference (VTC Spring), Seoul, 2014, pp. 1-7.
[28] http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/ios/solutions_docs/QoS_solutions/QoSVoIP/QoSVoIP.pdf
[29] G Piro, LTE Simulator. (The LTE Simulator, 2007), http://telematics.poliba.it/ index.php/en/lte-sim

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار