[論文レビュー] A Heuristic EDF Uplink Scheduler for Real Time Application in WiMAX Communication

Nidhi Lal, Anurag Prakash Singh+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2015

Advanced Wireless Network Optimization参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、リアルタイムアプリケーションにおける帯域幅割り当ての公平性と効率を向上させるために、WiMAXネットワーク向けのヒューリスティックEarliest Deadline First（H-EDF）上行スケジューラを提案する。OPNETシミュレーションを用いた結果、H-EDFアルゴリズムはデッドラインの近さとキュー状態に基づいてスケジューリング優先度を動的に調整することで、遅延を低減しスループットを向上させ、高負荷下でも標準EDFを上回る公平性とリソース利用効率を実現した。

ABSTRACT

WiMAX, Worldwide Interoperability for Microwave Access, is a developing wireless communication scheme that can provide broadband access to large-scale coverage. WiMAX belongs to the family of standards of IEEE-802.16. To satisfy user demands and support a new set of real time services and applications, a realistic and dynamic resource allocation algorithm is mandatory. One of the most efficient algorithm is EDF (earliest deadline first). But the problem is that when the difference between deadlines is large enough, then lower priority queues have to starve. So in this paper, we present a heuristic earliest deadline first (H-EDF) approach of the uplink scheduler of the WiMAX real time system. This H-EDF presents a way for efficient allocation of the bandwidth for uplink, so that bandwidth utilization is proper and appropriate fairness is provided to the system. We use Opnet simulator for implementing the WiMAX network, which uses this H-EDF scheduling algorithm. We will analysis the performance of the H-EDF algorithm in consideration with throughput as well as involvement of delay.

研究の動機と目的

• デッドラインの差が大きい場合に従来のEDFスケジューリングで発生するスターヴェーション（飢餓状態）を解消すること。
• リアルタイムアプリケーション向け上行WiMAXスケジューリングにおける帯域幅利用効率と公平性を向上させること。
• デッドラインの緊急性とキューの公平性の両立を図るEDFのヒューリスティック拡張を設計すること。
• 提案されたH-EDFスケジューラの性能をスループットと遅延の観点から評価すること。

提案手法

• H-EDFスケジューラは、EDFアルゴリズムを拡張し、デッドラインの近さとキュー長の両方を考慮するヒューリスティック関数を導入する。
• スケジューリング意思決定は、デッドラインの緊急性とキューのバックログを組み合わせた重み付き優先度スコアに基づいて行われる。
• アルゴリズムは、高負荷状態下でも低優先度フローのスターヴェーションを防ぐために、優先度を動的に調整する。
• 上行トラフィックとリアルタイムトラフィックストリームをシミュレートするために、WiMAXネットワークはOPNETでモデル化される。
• スループットとエンドツーエンド遅延を主な指標として、性能が評価される。
• ヒューリスティックメカニズムは、デッドライン遵守を損なわずに公平性を向上させるために、標準EDFの優先度割り当てを変更する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H-EDFスケジューラは、上行WiMAXスケジューリングにおいて、標準EDFと比較してどのように公平性を向上させるか？
• RQ2 ヒューリスティックメカニズムは、リアルタイムトラフィックストリームの遅延をどの程度低減するか？
• RQ3 H-EDFスケジューラは、変動するトラフィック負荷下でも高いスループットをどのように維持するか？
• RQ4 提案されたヒューリスティックモデルにおいて、キューのバックログはスケジューリング意思決定にどのような影響を与えるか？

主な発見

• H-EDFスケジューラは、特に高負荷状態下で標準EDFよりも高いスループットを達成した。
• デッドラインとキュー状態に基づく最適化されたスケジューリング意思決定のおかげで、エンドツーエンド遅延が顕著に低減した。
• ヒューリスティックアプローチにより、低優先度フローのスターヴェーションが効果的に緩和され、全体の公平性が向上した。
• リアルタイムキューとデッドラインメトリクスに基づく動的優先度調整のおかげで、帯域幅利用効率が向上した。
• シミュレーション結果から、H-EDFは厳密なデッドライン遵守を維持しながら、システムの公平性を向上させることを確認した。
• 提案されたアルゴリズムは、OPNETベースのWiMAXネットワークモデルにおける多様なトラフィックパターンにおいて、頑健な性能を示した。