QoS guaranteed resource block allocation algorithm in LTE downlink

Long term evolution (LTE) is the next generation wireless communication network which is an all-IP based system. Nowadays, more and more kinds of services are being transmitted on wireless communication network with different requirements. So, to satisfy the quality of service (QoS) of multi-service requirements is one of the key challenges that need to be dealt in the LTE system. In this paper, we propose a cross layer solution called token bucket scheduler (TBS) for real time service that allocates resource block (RB) for different services in order to meet their QoS requirements. TBS utilizes instantaneous downlink channel signal to interference plus noise ratio (SINR) and service QoS information when determining whether a RB allocates to a real time service. Through extensive simulations, the results show that TBS algorithm greatly improves throughput, delay and packet loss ratio compared with the maximum-largest weighted delay first (M-LWDF) scheduling algorithm and exponential/proportional fair (EXP/PF) scheduling algorithm in real time service

A packet scheduling algorithm using traffic policing in LTE downlink networks

Orientador: Lee Luan LingDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Neste trabalho, melhoramos o desempenho dos tradicionais algoritmos de escalonamento de pacotes na rede LTE (Long-Term Evolution) para aplicações de serviços multimídia, usando mecanismos de policiamento de tráfego conhecidas como reguladores de balde furado (do inglês, Leaky bucket). Busca-se atingir a equidade entre classes de serviços, controlando as taxas de chegada de pacotes nas filas de transmissão do escalonador. O cenário de simulação considera múltiplos usuários movimentando-se aleatoriamente a duas velocidades diferentes envolvendo os fluxos de tráfego de vídeo e VoIP. A avaliação de desempenho foi realizada em termos de parâmetros de qualidade de serviço, como atraso de pacotes, taxa de perda de pacotes e vazão média para tráfego de vídeo e VoIP. Os resultados da simulação confirmam que os escalonadores com tráfego de entrada policiado fornecem melhor desempenho para serviços em tempo real, especialmente aqueles que envolvem tráfego de vídeoAbstract: In this work, we improve the performance of traditional packet-scheduling algorithms in Long-Term Evolution (LTE) for multimedia service applications, using traffic policing mechanisms known as leaky bucket regulation. It seeks to achieve fairness between classes of services, controlling the arrival rates of packets in the transmission queues of the scheduler. The simulation scenario considers multiple users randomly moving at two different speeds using video and VoIP traffic flows. The performance evaluation was performed in terms of quality of service parameters, such as packet delay, packet loss rate and average throughput for video and VoIP traffic. Simulation results confirm that schedulers with polled input traffic provide better performance for realtime services, especially those involving video trafficMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestra em Engenharia Elétric

A Scheduling and Resource Allocation Algorithm for LTE Networks Using Tree Structures

Το σύστημα LTE σχεδιάστηκε από τη 3GPP με στόχο την ικανοποίηση των ολοένααυξανόμενων αναγκών για ασύρματη ευρυζωνική πρόσβαση. Τεχνικές όπως το σχήμα πολλαπλής πρόσβασης OFDMA, το MIMOκαι η Προσαρμοστική Διαμόρφωση και Κωδικοποίηση υιοθετήθηκαν προκειμένου να αυξήσουν τους επιτεύξιμους ρυθμούςμετάδοσης και να βελτιώσουν τη φασματική απόδοση. Ωστόσο, απαιτείται η ανάπτυξη εξελιγμένων αλγορίθμωνχρονοπρογραμματισμού προκειμένου να αξιοποιηθεί η πλήρης δυναμική αυτών των τεχνικών. Παρά το γεγονός ότι η 3GPPέχειπροτυποποιήσει πλήρως τη σηματοδοσία ελέγχου που απαιτείται για την εκτέλεση του χρονοπρογραμματισμού, οι αλγόριθμοι πουχρειάζεται να εκτελεστούν προκειμένου να ληφθούν αποδοτικές αποφάσεις έχουν αφεθεί στους κατασκευαστές για υλοποίηση.Ωςεκ τούτου, σημαντική ερευνητική προσπάθεια έχει καταβληθεί προς αυτή την κατεύθυνση και έχουν προταθεί αρκετοίαλγόριθμοιχρονοπρογραμματισμού. Το κύριο συμπέρασμα που εξάγεται από τη μελέτη της βιβλιογραφίας είναι ότι οχρονοπρογραμματισμόςσε ένα σύστημα πολλών φερουσών με τους περιορισμούς του LTE αποτελεί ένα πολυδιάστατο πρόβλημα.Ανάμεσα στις πολλέςδιαστάσεις του, αυτές που κυρίως λαμβάνονται υπόψη στους προτεινόμενους αλγορίθμους είναι ηρυθμαπόδοση, η δικαιοσύνη και η εξασφάλιση εγγυημένης ποιότητας υπηρεσίας.Η κύρια συμβολή της παρούσας διατριβής είναι η πρόταση ενός νέου αλγόριθμου χρονοπρογραμματισμού και διαχείρισης πόρων ο οποίος αντιμετωπίζει τα περισσότερα από τα θέματα που καθορίζουν τησυνολική απόδοση μίας οντότητας χρονοπρογραμματισμού του LTE. Η πρόταση εστιάζει κυρίως στην πολυπλοκότητα πουεισάγεται κατά τη λήψη μίας απόφασης χρονοπρογραμματισμού. Επιχειρεί δε να επιλύσει αυτό το πρόβλημα με την εισαγωγή μίαςεξελιγμένης δενδρικής δομής η οποία επιτρέπει την αποδοτική αποθήκευση όλων των παραμέτρων που θεωρούνται ουσιώδεις στηδιαδικασία λήψης μίας απόφασης χρονοπρογραμματισμού. Με αυτό τον τρόπο η οντότητα χρονοπρογραμματισμού έχει άμεσηπρόσβαση σε αυτές τις πληροφορίες. Στην εργασία περιγράφεται ένας πλήρης αλγόριθμος προγραμματισμού στο πεδίο τουχρόνου που αξιοποιεί αυτή τη δενδρική δομή και επιπλέον προτείνονται δύο νέοι αλγόριθμοι κατανομής πόρων. Οι αλγόριθμοιαυτοί επίσης αξιοποιούν κάποιες επιπρόσθετες δενδρικές δομές οι οποίες παράγονται ύστερα από κατάλληλη προ-επεξεργασίαπου λαμβάνει χώρα πριν τη λήψη της απόφασης χρονοπρογραμματισμού. Ο πρώτος αλγόριθμος παρουσιάζει χαμηλήπολυπλοκότητα και ικανοποιητική απόδοση ενώ ο δεύτερος βελτιωμένη απόδοση με το κόστος κάποιας επιπρόσθετηςπολυπλοκότητας. Αποτελέσματα εκτεταμένων προσομοιώσεων επιβεβαιώνουν την ικανότητα του προτεινόμενου σχήματος στηνικανοποίηση των αυστηρών απαιτήσεων του LTE σε ότι αφορά την ποιότητα υπηρεσίας, ενώ ταυτόχρονα η απόδοση τωνπροτεινόμενων αλγορίθμων συγκρίνεται με γνωστές τεχνικές χρονοπρογραμματισμού. Οι προτεινόμενες λύσεις είναι εφαρμόσιμες μόνο στην περίπτωση της κατωφερούς ζεύξης, ωστόσο η ίδια ιδέα μπορεί να προσαρμοστεί κατάλληλα για να παρέχει μία αποδοτική λύση και στην περίπτωση της ανωφερούς ζεύξηςLong Term Evolution (LTE) has been designed by 3GPP with the target to meet the ever increasing demands in broadband wireless access. Techniques such as OFDMA multiple access scheme, MIMO and Adaptive Modulation and Coding (AMC) have been adopted in order to boost the achieved data rates and improve spectral efficiency. However, the development of sophisticated scheduling algorithms is required so that the full potential of those techniques is exploited. Even though 3GPP has fully standardized the control signaling required to perform scheduling, the algorithms that need to be executed to make efficient decisions are left to vendor implementation. Therefore significant research effort has been dedicated to this direction and several scheduling algorithms have been proposed. The main conclusion drawn from the study of the literature is that scheduling in a multicarrier system with the restrictions of LTE constitutes a multidimensional problem. Among the multiple dimensions, those that are mostly considered in the proposed algorithms are throughput, fairness and QoS guarantee. The main contribution of this thesis is to propose a new scheduling algorithm that addresses most of the issues that define the overall performance of an LTE scheduler. The proposal focuses mainly on the complexity involved in making a scheduling decision. It attempts to resolve this issue by the introduction of a sophisticated tree structure that enables the efficient storage of all the parameters that are considered essential in the scheduling decision process. Thus the scheduler can have immediate access to this information. A full time domain scheduling algorithm that utilizes this tree structure is described and two new resource allocation algorithms are proposed. These algorithms also utilize some additional tree structures derived from appropriate preprocessing actions that take place before the actual scheduling decision. The first algorithm has low complexity and satisfactory performance while the second has improved performance with the cost of some additional complexity. Extensive simulation results confirm the capability of the proposed scheme in satisfying the strict QoS requirements of LTE, while the performance of the newly proposed algorithms is compared with well-known scheduling techniques. The proposed solutions are applicable to the downlink case, while the same concept may be adapted properly to provide an efficient solution for the uplink case