Разработка алгоритма управления расписанием для снижения задержек в полудуплексной сети интегрированного доступа и транзита
Аннотация
Для обеспечения высокой скорости передачи в мобильных сетях пятого поколения (5th Generation, 5G) предусмотрено использование высокочастотного радиоспектра, отличающегося высокими потерями распространения и требующего уплотнения сети. Один из вариантов развертывания плотных сетей 5G основывается на технологии интегрированного доступа и транзита (Integrated Access and Backhaul, IAB), позволяющей использовать не подключенные к опорной сети ретрансляционные узлы в качестве дополнительных точек доступа. Для минимизации влияния интерференции в сформированной сети многошаговой беспроводной передачи предполагается использование полудуплексного режима, ограничивающего множество каналов, по которым передача может происходить одновременно. Вследствие этого возникает необходимость в управлении расписанием передачи в сети. В данной работе рассмотрены алгоритмы класса максимальных весов (max weight), обеспечивающие оптимальное по пропускной способности, централизованное управление расписанием передачи. Особое внимание уделяется показателю сквозной задержки пакетов, как одному из ключевых показателей качества обслуживания (Quality of Service, QoS). На основе особенностей сети IAB разрабатывается алгоритм управления расписанием передачи. Численное моделирование различных алгоритмов управления в сети IAB, параметризованной в соответствии с рекомендациями стандарта сетей 5G, показывает, что предложенный алгоритм превосходит конкурентов по средней задержке.
Литература
2. Fabian P., Papadopoulos G.Z., Savelli P., Cousin B. Performance Evaluation of Integrated Access and Backhaul in 5G Networks. In: Proceedings of the IEEE Conference on Standards for Communications and Networking (CSCN 2021). Thessaloniki, Greece: IEEE Press; 2021. p. 88-93. https://doi.org/10.1109/CSCN53733.2021.9686110
3. Sadovaya Y., Moltchanov D., Mao W., Orhan O., Yeh S.P., Nikopour H., Talwar S., Andreev S. Integrated Access and Backhaul in Millimeter-Wave Cellular: Benefits and Challenges. IEEE Communications Magazine. 2022;60:81-86. https://doi.org/10.1109/MCOM.004.2101082
4. Tassiulas L., Ephremides A. Stability properties of constrained queueing systems and scheduling policies for maximum 759 throughput in multihop radio networks. IEEE Transactions on Automatic Control. 1992;37:1936-1948. https://doi.org/10.1109/9.182479
5. Venkataramanan V.J., Lin X. On Wireless Scheduling Algorithms for Minimizing the Queue-Overflow Probability. IEEE/ACM Transactions on Networking. 2010;18:788-801. https://doi.org/10.1109/TNET.2009.2037896
6. Venkataramanan V.J., Lin X., Ying L., Shakkottai S. On Scheduling for Minimizing End-to-End Buffer Usage over Multihop Wireless Networks. In: Proceedings of the 2010 Proceedings IEEE INFOCOM. San Diego, California, USA: 2010. p. 1-9. https://doi.org/10.1109/INFCOM.2010.5462117
7. Ramanan K., Stolyar A.L. Largest Weighted Delay First Scheduling: Large Deviations and Optimality. The Annals of Applied Probability. 2001;11(1):1-48. https://doi.org/10.1214/aoap/998926986
8. Ji B., Joo C., Shroff N.B. Delay-based Back-Pressure scheduling in multi-hop wireless networks. In: Proceedings of the 2011 Proceedings IEEE INFOCOM. Shanghai, China: IEEE Press; 2011. p. 2579-2587. https://doi.org/10.1109/INFCOM.2011.5935084
9. Stolyar A. Maximizing Queueing Network Utility Subject to Stability: Greedy Primal-Dual Algorithm. Queueing Syst. 2005;50:401-457. https://doi.org/10.1007/s11134-005-1450-0
10. Joo C., Lin X., Shroff N.B. Greedy Maximal Matching: Performance Limits for Arbitrary Network Graphs Under the Node- Exclusive Interference Model. IEEE Transactions on Automatic Control. 2009;54:2734-2744. https://doi.org/10.1109/TAC.2009.203531719
11. Tassiulas L. Linear complexity algorithms for maximum throughput in radio networks and input queued switches. In: Proceedings of the Proceedings. IEEE INFOCOM ’98, the Conference on Computer Communications. Seventeenth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (Cat. No.98). Vol. 2. San Francisco, CA, USA; 1998. p. 533-539. https://doi.org/10.1109/INFCOM.1998.665071
12. Jiang L., Walrand J. A distributed CSMA algorithm for throughput and utility maximization in wireless networks. In: Proceedings of the 2008 46th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing. Monticello, Illinois: IEEE Press; 2008. p. 1511-1519. https://doi.org/10.1109/ALLERTON.2008.4797741
13. Jiang L., Walrand J. Scheduling and Congestion Control for Wireless and Processing Networks. Synthesis Lectures on Learning, Networks, and Algorithms (SLLNA). Vol. 3. Springer Cham; 2010. 144 p. https://doi.org/10.2200/S00270ED1V01Y201008CNT006
14. Georgiadis L., Neely M.J., Tassiulas L. Resource Allocation and Cross-Layer Control in Wireless Networks. Foundations and Trends in Networking. 2006;1(1):1-144. https://doi.org/10.1561/1300000001
15. Chaporkar P., Kar K., Luo X., Sarkar S. Throughput and Fairness Guarantees Through Maximal Scheduling in Wireless Networks. IEEE Transactions on Information Theory. 2008;54:572-594. https://doi.org/10.1109/TIT.2007.913537
16. Modiano E., Shah D., Zussman G. Maximizing Throughput in Wireless Networks via Gossiping. In: Proceedings of the joint international conference on Measurement and modeling of computer systems (SIGMETRICS '06/Performance '06). New York, NY, USA: Association for Computing Machinery; 2006. p. 27–38. https://doi.org/10.1145/1140277.1140283
17. Gopalam S., Hanly S.V., Whiting, P. Distributed and Local Scheduling Algorithms for mmWave Integrated Access and Backhaul. IEEE/ACM Transactions on Networking. 2022;30:1749-1764. https://doi.org/10.1109/TNET.2022.3154367
18. García-Rois J., Gómez-Cuba F., Akdeniz M.R., González-Castaño F.J., Burguillo J.C., Rangan S., Lorenzo B. On the Analysis of Scheduling in Dynamic Duplex Multihop mmWave Cellular Systems. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2015;14:6028-6042. https://doi.org/10.1109/TWC.2015.2446983
19. Gupta M., Rao A., Visotsky E., Ghosh A., Andrews J.G. Learning Link Schedules in Self-Backhauled Millimeter Wave Cellular Networks. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2020;19:8024-8038. https://doi.org/10.1109/TWC.2020.3018955
20. Gómez-Cuba, F.; Zorzi, M. Optimal Link Scheduling in Millimeter Wave Multi-Hop Networks With MU-MIMO Radios. IEEE Transactions on Wireless Communications 2020, 19, 1839–1854. https://doi.org/10.1109/TWC.2019.2959295
21. Li Y., Luo J., Xu W., Vucic N., Pateromichelakis E., Caire G. A Joint Scheduling and Resource Allocation Scheme for Millimeter Wave Heterogeneous Networks. In: Proceedings of the 2017 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC). San Francisco, CA, USA: IEEE Press; 2017. p. 1-6. https://doi.org/10.1109/WCNC.2017.7925545
22. Pagin M., Zugno T., Polese M., Zorzi M. Resource Management for 5G NR Integrated Access and Backhaul: A Semi-Centralized Approach. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2022;21:753-767. https://doi.org/10.1109/TWC.2021.3098967
23. Reddy A.P.K., Kumari M.S., Dhanwani V., Bachkaniwala A.K., Kumar N., Vasudevan K., Selvaganapathy S., Devar S.K., Rathod P., James V.B. 5G New Radio Key Performance Indicators Evaluation for IMT-2020 Radio Interface Technology. IEEE Access. 2021;9:112290-112311. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3099845
24. Koutlia K., Bojovic B., Lagén S., Zhang X., Wang P., Liu J. System analysis of QoS schedulers for XR traffic in 5G NR. Simulation Modelling Practice and Theory. 2023;125:102745. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2023.102745
25. Chen J., Mao C., Song W.W. QoS prediction for web services in cloud environments based on swarm intelligence search. Knowledge-Based Systems. 2023;259:110081. https://doi.org/10.1016/j.knosys.2022.110081
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Редакционная политика журнала основывается на традиционных этических принципах российской научной периодики и строится с учетом этических норм работы редакторов и издателей, закрепленных в Кодексе поведения и руководящих принципах наилучшей практики для редактора журнала (Code of Conduct and Best Practice Guidelines for Journal Editors) и Кодексе поведения для издателя журнала (Code of Conduct for Journal Publishers), разработанных Комитетом по публикационной этике - Committee on Publication Ethics (COPE). В процессе издательской деятельности редколлегия журнала руководствуется международными правилами охраны авторского права, нормами действующего законодательства РФ, международными издательскими стандартами и обязательной ссылке на первоисточник.
Журнал позволяет авторам сохранять авторское право без ограничений. Журнал позволяет авторам сохранить права на публикацию без ограничений.
Издательская политика в области авторского права и архивирования определяются «зеленым цветом» в базе данных SHERPA/RoMEO.
Все статьи распространяются на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная, которая позволяет другим использовать, распространять, дополнять эту работу с обязательной ссылкой на оригинальную работу и публикацию в этом журналe.
