Just Queuing: Policy-Based Scheduling Mechanism for Packet Switching Networks

The pervasiveness of the Internet and its applications lead to the potential increment of the users’ demands for more services with economical prices. The diversity of Internet traffic requires some classification and prioritisation since some traffic deserve much attention with less delay and loss compared to others. Current scheduling mechanisms are exposed to the trade-off between three major properties namely fairness, complexity and protection. Therefore, the question remains about how to improve the fairness and protection with less complex implementation. This research is designed to enhance scheduling mechanism by providing sustainability to the fairness and protection properties with simplicity in implementation; and hence higher service quality particularly for real-time applications. Extra elements are applied to the main fairness equation to improve the fairness property. This research adopts the restricted charge policy which imposes the protection of normal user. In terms of the complexity property, genetic algorithm has an advantage in holding the fitness score of the queue in separate storage space which potentially minimises the complexity of the algorithm. The integrity between conceptual, analytical and experimental approach verifies the efficiency of the proposed mechanism. The proposed mechanism is validated by using the emulation and the validation experiments involve real router flow data. The results of the evaluation showed fair bandwidth distribution similar to the popular Weighted Fair Queuing (WFQ) mechanism. Furthermore, better protection was exhibited in the results compared with the WFQ and two other scheduling mechanisms. The complexity of the proposed mechanism reached O(log(n)) which is considered as potentially low. Furthermore, this mechanism is limited to the wired networks and hence future works could improve the mechanism to be adopted in mobile ad-hoc networks or any other wireless networks. Moreover, more improvements could be applied to the proposed mechanism to enhance its deployment in the virtual circuits switching network such as the asynchronous transfer mode networks

Adaptive radio resource management schemes for the downlink of the OFDMA-based wireless communication systems

Includes bibliographical references.Due to its superior characteristics that make it suitable for high speed mobile wireless systems OFDMA has been adopted by next generation broadband wireless standards including Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) and Long Term Evolution – Advanced (LTE-A). Intelligent and adaptive Radio Resource Management (RRM) schemes are a fundamental tool in the design of wireless systems to be able to fully and efficiently utilize the available scarce resources and be able to meet the user data rates and QoS requirements. Previous works were only concerned with maximizing system efficiency and thus used opportunistic algorithms that allocate resources to users with the best opportunities to optimize system capacity. Thus, only those users with good channel conditions were considered for resource allocation and users in bad channel conditions were left out to starve of resources. The main objective of our study is to design adaptive radio resource allocation (RRA) algorithms that distribute the scarce resources more fairly among network users while efficiently using the resources to maximize system throughput. Four scheduling algorithms have been formulated and analysed based on fairness, throughputs and delay. This was done for users demanding different services and QoS requirements. Two of the scheduling algorithms, Maximum Sum Rate (MSR) and Round Robin (RR) are used respectively, as references to analyze throughput and fairness among network users. The other two algorithms are Proportional Fair Scheduling (PFS) and Margin Adaptive Scheduling Scheme (MASS)

Fairness measures for best effort traffic in wireless networks

Abstract- This paper proposes that fairness in wireless networks should be measured using one of the following new measures: the deterministic unfairness bound called the wireless absolute fairness bound (WAFB) or the statistical unfairness bound called the 99-percentile wireless absolute fairness bound (WAFB99). Compared with previous fairness definitions, the new fairness measures are better suited for measuring fairness of scheduling disciplines that exploit multiuser diversity. A new scheduling discipline called opportunistic proportional fair scheduling is defined. Numerical results show that the new scheduling discipline has slightly higher throughput and slightly better fairness than proportional fair scheduling

Performances des Réseaux LTE

Poussé par la demande croissante de services à haut débit sans fil, Long Term Evolution (LTE) a émergé comme une solution prometteuse pour les communications mobiles. Dans plusieurs pays à travers le monde, la mise en oeuvre de LTE est en train de se développer. LTE offre une architecture tout-IP qui fournit des débits élevés et permet une prise en charge efficace des applications de type multimédia. LTE est spécifié par le 3GPP ; cette technologie fournit une architecture capable de mettre en place des mécanismes pour traiter des classes de trafic hétérogènes comme la voix, la vidéo, les transferts de fichier, les courriers électroniques, etc. Ces classes de flux hétérogènes peuvent être gérées en fonction de la qualité de service requise mais aussi de la qualité des canaux et des conditions environnementales qui peuvent varier considérablement sur une courte échelle de temps. Les standards du 3GPP ne spécifient pas l algorithmique de l allocation des ressources du réseau d accès, dont l importance est grande pour garantir performance et qualité de service (QoS). Dans cette thèse, nous nous focalisons plus spécifiquement sur la QoS de LTE sur la voie descendante. Nous nous concentrons alors sur la gestion des ressources et l ordonnancement sur l interface radio des réseaux d accès. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à des contextes de macro-cellules. Le premier mécanisme proposé pour l allocation des ressources combine une méthode de jetons virtuels et des ordonnanceurs opportunistes. Les performances obtenues sont très bonnes mais n assurent pas une très bonne équité. Notre seconde proposition repose sur la théorie des jeux, et plus spécifiquement sur la valeur de Shapley, pour atteindre un haut niveau d équité entre les différentes classes de services au détriment de la qualité de service. Cela nous a poussé, dans un troisième mécanisme, à combiner les deux schémas. La deuxième partie de la thèse est consacrée aux femto-cellules (ou femtocells) qui offrent des compléments de couverture appréciables. La difficulté consiste alors à étudier et à minimiser les interférences. Notre premier mécanisme d atténuation des interférences est fondé sur le contrôle de la puissance de transmission. Il fonctionne en utilisant la théorie des jeux non coopératifs. On effectue une négociation constante entre le débit et les interférences pour trouver un niveau optimal de puissance d émission. Le second mécanisme est centralisé et utilise une approche de division de la bande passante afin d obliger les femtocells à ne pas utiliser les mêmes sous-bandes évitant ainsi les interférences. Le partage de bande passante et l allocation sont effectués en utilisant sur la théorie des jeux (valeur de Shapley) et en tenant compte du type d application. Ce schéma réduit les interférences considérablement. Tous les mécanismes proposés ont été testés et évalués dans un environnement de simulation en utilisant l outil LTE-Sim au développement duquel nous avons contribué.Driven by the growing demand for high-speed broadband wireless services, Long term Evolution (LTE) technology has emerged as a competitive alternative to mobile communications solution. In several countries around the world, the implementation of LTE has started. LTE offers an IP-based framework that provides high data rates for multimedia applications. Moreover, based on the 3GPP specifications, the technology provides a set of built in mechanisms to support heterogeneous classes of traffic including data, voice and video, etc. Supporting heterogeneous classes of services means that the traffic is highly diverse and has distinct QoS parameters, channel and environmental conditions may vary dramatically on a short time scale. The 3GPP specifications leave unstandardized the resource management and scheduling mechanisms which are crucial components to guarantee the QoS performance for the services. In this thesis, we evaluate the performance and QoS in LTE technology. Moreover, our research addresses the resource management and scheduling issues on the wireless interface. In fact, after surveying, classifying and comparing different scheduling mechanisms, we propose three QoS mechanisms for resource allocation in macrocell scenarios focused on real time services and two mechanisms for interference mitigation in femtocell scenarios taking into account the QoS of real time services. Our first proposed mechanism for resource allocation in macrocell scenarios combines the well known virtual token (or token buckets) method with opportunistic schedulers, our second scheme utilizes game theory, specifically the Shapley value in order to achieve a higher fairness level among classes of services and our third mechanism combines the first and the second proposed schemes. Our first mechanism for interference mitigation in femtocell scenarios is power control based and works by using non cooperative games. It performs a constant bargain between throughput and SINR to find out the optimal transmit power level. The second mechanism is centralised, it uses a bandwidth division approach in order to not use the same subbands to avoid interference. The bandwidth division and assignation is performed based on game theory (Shapley value) taking into account the application bitrate . This scheme reduces interference considerably and shows an improvement compared to other bandwidth division schemes. All proposed mechanism are performed in a LTE simulation environment. several constraints such as throughput, Packet Loss Ratio, delay, fairness index, SINR are used to evaluate the efficiency of our schemesTOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Performances of LTE networks

Poussé par la demande croissante de services à haut débit sans fil, Long Term Evolution (LTE) a émergé comme une solution prometteuse pour les communications mobiles. Dans plusieurs pays à travers le monde, la mise en oeuvre de LTE est en train de se développer. LTE offre une architecture tout-IP qui fournit des débits élevés et permet une prise en charge efficace des applications de type multimédia. LTE est spécifié par le 3GPP ; cette technologie fournit une architecture capable de mettre en place des mécanismes pour traiter des classes de trafic hétérogènes comme la voix, la vidéo, les transferts de fichier, les courriers électroniques, etc. Ces classes de flux hétérogènes peuvent être gérées en fonction de la qualité de service requise mais aussi de la qualité des canaux et des conditions environnementales qui peuvent varier considérablement sur une courte échelle de temps. Les standards du 3GPP ne spécifient pas l’algorithmique de l’allocation des ressources du réseau d’accès, dont l’importance est grande pour garantir performance et qualité de service (QoS). Dans cette thèse, nous nous focalisons plus spécifiquement sur la QoS de LTE sur la voie descendante. Nous nous concentrons alors sur la gestion des ressources et l’ordonnancement sur l’interface radio des réseaux d’accès. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à des contextes de macro-cellules. Le premier mécanisme proposé pour l’allocation des ressources combine une méthode de jetons virtuels et des ordonnanceurs opportunistes. Les performances obtenues sont très bonnes mais n’assurent pas une très bonne équité. Notre seconde proposition repose sur la théorie des jeux, et plus spécifiquement sur la valeur de Shapley, pour atteindre un haut niveau d’équité entre les différentes classes de services au détriment de la qualité de service. Cela nous a poussé, dans un troisième mécanisme, à combiner les deux schémas. La deuxième partie de la thèse est consacrée aux femto-cellules (ou femtocells) qui offrent des compléments de couverture appréciables. La difficulté consiste alors à étudier et à minimiser les interférences. Notre premier mécanisme d’atténuation des interférences est fondé sur le contrôle de la puissance de transmission. Il fonctionne en utilisant la théorie des jeux non coopératifs. On effectue une négociation constante entre le débit et les interférences pour trouver un niveau optimal de puissance d’émission. Le second mécanisme est centralisé et utilise une approche de division de la bande passante afin d’obliger les femtocells à ne pas utiliser les mêmes sous-bandes évitant ainsi les interférences. Le partage de bande passante et l’allocation sont effectués en utilisant sur la théorie des jeux (valeur de Shapley) et en tenant compte du type d’application. Ce schéma réduit les interférences considérablement. Tous les mécanismes proposés ont été testés et évalués dans un environnement de simulation en utilisant l’outil LTE-Sim au développement duquel nous avons contribué. ABSTRACT : Driven by the growing demand for high-speed broadband wireless services, Long term Evolution (LTE) technology has emerged as a competitive alternative to mobile communications solution. In several countries around the world, the implementation of LTE has started. LTE offers an IP-based framework that provides high data rates for multimedia applications. Moreover, based on the 3GPP specifications, the technology provides a set of built in mechanisms to support heterogeneous classes of traffic including data, voice and video, etc. Supporting heterogeneous classes of services means that the traffic is highly diverse and has distinct QoS parameters, channel and environmental conditions may vary dramatically on a short time scale. The 3GPP specifications leave unstandardized the resource management and scheduling mechanisms which are crucial components to guarantee the QoS performance for the services. In this thesis, we evaluate the performance and QoS in LTE technology. Moreover, our research addresses the resource management and scheduling issues on the wireless interface. In fact, after surveying, classifying and comparing different scheduling mechanisms, we propose three QoS mechanisms for resource allocation in macrocell scenarios focused on real time services and two mechanisms for interference mitigation in femtocell scenarios taking into account the QoS of real time services. Our first proposed mechanism for resource allocation in macrocell scenarios combines the well known virtual token (or token buckets) method with opportunistic schedulers, our second scheme utilizes game theory, specifically the Shapley value in order to achieve a higher fairness level among classes of services and our third mechanism combines the first and the second proposed schemes. Our first mechanism for interference mitigation in femtocell scenarios is power control based and works by using non cooperative games. It performs a constant bargain between throughput and SINR to find out the optimal transmit power level. The second mechanism is centralised, it uses a bandwidth division approach in order to not use the same subbands to avoid interference. The bandwidth division and assignation is performed based on game theory (Shapley value) taking into account the application bitrate . This scheme reduces interference considerably and shows an improvement compared to other bandwidth division schemes. All proposed mechanism are performed in a LTE simulation environment. several constraints such as throughput, Packet Loss Ratio, delay, fairness index, SINR are used to evaluate the efficiency of our scheme