MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 Algoritmos de Scheduling de Pacotes João Reis e Valdemar.

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1 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 Algoritmos de Scheduling de Pacotes João Reis e Valdemar Monteiro

2 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 2 Apresentação Motivação RRM desenvolvido no âmbito do projecto MATRICE –Descrição do sistema –Algoritmos de sheduling –Resultados demosntrativos Geração de tráfego –Baseados em modelos de 3GPP –Interface IP – Desenvolvido para a interface de simuladores de sistemas com rede IP real.

3 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 3 Motivação As futuras redes de comunicações sem fios perspectivam oferecer aos utilizadores uma grande variedade de serviços multimédia, caracterizados por requisitos variáveis de largura de banda (taxa de dados). As características das ligações rádio são dinâmicas e dependentes da localização, e portanto podem-se ter ligações rádio para cada utilizador com diferentes propriedades (SINR, …) Esquemas adaptativos de scheduling de pacotes são cruciais para gerir o acesso dos utilizadores aos recursos disponíveis, de acordo com determinadas politicas, que consideram, por exemplo, características de tráfego, condições de canal de cada utilizador, … Contudo, no sentido de tirar partido das vantagens da adaptabilidade, é necessária uma concepção cross-layer da arquitectura de rede de um sistema de comunicações.

4 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 4 RRM Âmbito do projecto do IST MATRICE RRM para sistemas Pós-3G baseados em MC- CDMA Inclui –Link adaptation –H-ARQ com Chase combining –Scheduling Os trabalhos desenvolvidos no IT incidiram no scheduler –RRM com modelo aproximado ao HSDPA do UMTS

5 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 5 Modelo de sistema Fonte 1 tipo1 Fonte N1 tipo1 Agr eg. Pacote bloco rádio Fonte 1 tipo L Fonte NL tipo L Agr eg. Pacote bloco rádio Buffer Algoritmo de sched. Scheduler Qa1 QaL Q1 QL L tipo de fontes de informação Tráfego de fontes do tipo i agregado na fila Qai correspondendo à agragação do tráfego gerado pelas Ni fontes de tráfego idênticos e independentes Conversão de pacotes em blocos rádio Filas (Qi) com características ditadas pela operação de agragação e conversão de formato –Algumas simplificações levadas em conta na implementação do sistema

6 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 6 Modelo de sistema Simplificações –Buffers de tamanho infinito –Segmentação dos pacotes não altera a estatística das filas Qi Pacotes com tamanho original fixo

7 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 7 Modelo de sistema Caracterização do pacote O pacote é caracterizado de acordo com o estado pelo sheduler, usando –Atributos do pacote –Informação do canal Atributos do pacte Tipo (classe de serviço) destino Instante de chegada Deadline (toa+max allowable delay) # de tentativas de transmição Requisitos de robustez na transmissão (BER / FER ) Estado do pacote Tipo (classe de serviço) Robustez esperada na Tx Time out # de transmições efectuadas

8 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 8 Algoritmo de scheduling Prioridade de cada calculada de acordo com o estado. Pacotes com prioridade mais elevada serão servidos primeiro Prioridade=F(tipo, time-out, requisitos de robustez, # tentaivas de transmissão) –Inclusão do # tentativas de transmissãoão é incluido pq o Chase combining é aplicada –Functão implementada w1: funcão que decresce com o time-out w2: função decresce com o número de tentativas de transmissão w3: função ternária para a robustez de transmissão Em caso de igualdade são ordenados pelo time-out, e depois pelo SIR

9 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 9 Resultados demosntrativos Algoritmo comp. com max(C/I) Cenário Modelo de canal urbano, células de 300m, Tramas de 10 ms Tráfego: Voz e Web baseados em modelos da 3GPP –Voz: On-Off distribuído exponencialmente, com médias de 1 e 1.35 sec.; ritmo de 11.04 kbps no período on –Web: Tempo entre chamadas distribuído geométricamente com média 5sec.; tamanho de chamadas de acordo com a distribuição de Pareto com média 12 kBytes, e pico de ritmo de dados de 512 kbps Simulações de downlink

10 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 10 Resultados demonstrativos Voz Scheduling de prioridade Scheduling Max(C/I)

11 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 11 Resultados demonstrativos Web Scheduling de prioridade Scheduling Max(C/I)

12 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 12 Modelo do Sistema Uma entidade central de scheduling na estação base controla as transmissões em downlink de um sistema de comunicações acedido por múltiplos utilizadores. A entidade de scheduling decide que pacotes devem ser transmitidos no inicio de cada trama rádio. Packet Scheduler Traffic Queues Transmit Unit User 1 User 2 User n BTS Feedback Link SINR QoS Constraints h 1 (t) h 2 (t) h n (t) User 1 User 2 User n

13 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 13 Algoritmos de Scheduling I Algoritmo conjunto de scheduling e adaptação de modulação –A politica para determinar os pacotes a transmitir leva em consideração a formatação dos dados (modulação), permitida por cada utilizador. –A selecção da modulação permitida é realizada de acordo com a qualidade de canal e o tamanho da fila de tráfego de cada utilizador. Pacotes Selecionados Algoritmo de Scheduling Selecção de Modulação Estado do Canal Modulação selecionada

14 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 14 Resultados Experimentais Ilustrativos Função de distribuição cumulativa (CDF) para o atraso na entrega dos pacotes O algoritmo Adaptação de modulação ultrapassa, significativamente, o desempenho do algoritmo designado por máximo throughput, em termos do atraso máximo de pacote.

15 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 15 Algoritmos de Scheduling II Algoritmo conjunto de scheduling e beamforming –Fazer o scheduling dos pacotes de acordo com uma politica conjunta de prioridade e beamforming. –Passo 1: Função de Prioridade Nesta fase os pacotes existentes nas filas de tráfego são ordenados com base numa função de prioridade envolvendo parâmetros da camada física e parâmetros de qualidade de serviço ( QoS). –Passo 2: Mapeamento Espacial Nesta fase, o objectivo passa por mapear os pacotes num array, em que as linhas representam os códigos e as colunas representam a dimensão espacial. Na tabela cada linha corresponde a um código, e portanto todos os utilizadores na mesma linha usam o mesmo código. Isto implica, que dois utilizadores que estejam na mesma linha da tabela, necessitem de estar espacialmente separados, isto é, a diferença entre os seus ângulos deva ser no mínimo θmin

16 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 16 Algoritmos de Scheduling III Demonstração do Algoritmo MS 6 MS 1 MS 3 MS 4 MS 2 W 1,2 (MS 1 ) W 1,2 (MS 2 ) W 1,2 (MS 3 ) W 1,2 (MS 4 ) W 1,2 (MS 5 ) W 1,2 (MS 6 ) Array Processing BS Beam 1 Beam 2 Code 1 MS 1 MS 3 Code 2 MS 5 MS 4 Code n MS 6 MS 2

17 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 17 Interface IP - Conceito Interface de simuladores de sistema com a rede IP Interface através de ficheiros de captura Tráfego baseado no IP v6 Parâmetros extraídos dos pacotes capturados: –Endereço da fonte Inteiro de 0 a núm. max de addresses capturados –Endereço de destino Associated ao Id do endereço –Instante de chegada (em µs) –comprimento (bytes) –Classe de serviço – DSCP (de 0 a 255)

18 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 18 Interface IP - Interfaces Entrada: Ficheiro de captura Saídas: –Ficheiros de texto Um ficheiro por parâmetro Cada linha do ficheiro corresponde a uma stream individual –Objecto de tráfego do simulador stream de pacotes do simulador são criados para serem associados a cada fonte de tráfego

19 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 19 Interface IP Interfaces do múdulo

20 MOTION mobile system communications group João Reis, Valdemar Monteiro Covilhã, 30 de Junho de 2005 20 Interface Ip Ficheiros de saída Ficheiro de texto com um parâmetro individual –Organizado em streams Stream corresponde à combinação de: endereço da fonte, endereço de destino e Flow Id –Alterações não muito significativas se outros parâmetros forem necessários (indexação manter-se-á)