[論文レビュー] Analysis, Modification, and Implementation (AMI) of Scheduling Algorithm for the IEEE 802.116e (Mobile WiMAX)

C. Ravichandiran, C. Pethuru Raj+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2010

Advanced Wireless Network Optimization参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、広帯域無線ネットワークにおけるサービス品質（QoS）の提供を向上させるために、IEEE 802.16e（モバイルWiMAX）向けに修正された欠損ラウンドロビン（MDRR）スケジューリングアルゴリズムを提案し、評価している。従来の欠損ラウンドロビン（DRR）と比較して公平性および遅延性能を向上させることで、MDRRアルゴリズムはより効率的なリソース割り当てを実現した。OPNET Modelerを用いたシミュレーションにより、さまざまなトラフィック環境下で検証され、多様なサービスクラスにおけるスループットの向上と遅延の低減が示された。

ABSTRACT

Mobile WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) is being touted as the most promising and potential broadband wireless technology. And the popularity rate has been surging to newer heights as the knowledge-backed service era unfolds steadily. Especially Mobile WiMAX is being projected as a real and strategic boon for developing counties such as India due to its wireless coverage acreage is phenomenally high. Mobile WiMAX has spurred tremendous interest from operators seeking to deploy high-performance yet cost-effective broadband wireless networks. The IEEE 802.16e standard based Mobile WiMAX system will be investigated for the purpose of Quality of Service provisioning. As a technical challenge, radio resource management will be primarily considered and main is the costly spectrum and the increasingly more demanding applications with ever growing number of subscribers. It is necessary to provide Quality of Service (QoS) guaranteed with different characteristics. As a possible solution the scheduling algorithms will be taken into main consideration and the present well known algorithms will be described. In this paper, we have highlighted the following critical issues for Mobile WiMAX technologies. This paper specifically discussed about the below mentioned in detail. - QoS Requirements For IEEE 802.16 Service Classes, Achieving efficient radio resource management. - Deficit Round Robin (DRR) Scheduling algorithm. - Modified Deficit Round Robin (MDRR) scheduling algorithm's attributes, properties and architecture. System Model And Scenarios Using OPNET Modeler Software. - Simulation Limitations And Constraints.

研究の動機と目的

• モバイルWiMAXネットワークにおけるQoS保証を要する広帯域無線アクセスの需要増加に対処すること。
• 増加するユーザー負荷に伴い、周波数帯域が制限される環境における無線リソース管理の効率を向上させること。
• 標準的なDRRと比較して公平性および遅延性能を向上させる修正スケジューリングアルゴリズムの設計と評価。
• OPNET Modelerを用いて、現実的なネットワーク環境下での提案されたMDRRアルゴリズムのシミュレーションと検証。
• スケジューリングアルゴリズムのシミュレーションベースの性能評価における制限および制約の特定。

提案手法

• IEEE 802.16eのサービスクラスのQoS要件を分析し、特に無許可の割り当てと遅延に敏感なトラフィックを対象とする。
• 公平な帯域幅割り当てを実現する基準として、欠損ラウンドロビン（DRR）スケジューリングアルゴリズムをレビューする。
• 公平性および遅延制御の向上を図るため、修正された欠損ラウンドロビン（MDRR）アルゴリズムを提案する。
• 複数のトラフィック環境を想定し、さまざまなサービスクラスの要求に対応するため、システムモデルをOPNET Modelerを用いて実装する。
• スループット、遅延、公平性インデックスなどの性能指標を、さまざまなトラフィック負荷およびスケジューリング方式の下で評価する。
• モデルの抽象化やパrameterの感度に起因する、シミュレーションの制限および制約を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MDRRスケジューリングアルゴリズムは、モバイルWiMAXにおける標準的なDRRと比較して、どのように公平性および遅延性能を向上させるか？
• RQ2 MDRRは、IEEE 802.16eの異なるサービスクラスにおいて、スループットと遅延にどのような影響を与えるか？
• RQ3 OPNETベースのシミュレーションは、モバイルWiMAXネットワークにおける実際のスケジューリング動作をどれほど正確に反映しているか？
• RQ4 OPNET Modelerを用いてモバイルWiMAX用スケジューリングアルゴリズムをシミュレートする際の主な制限および制約は何か？
• RQ5 高密度ユーザーおよび帯域制限下の環境において、MDRRはQoS提供をどの程度向上させるか？

主な発見

• MDRRアルゴリズムは、標準的なDRRと比較して、多様なサービスクラスにおける帯域幅割り当ての公平性が向上している。
• シミュレーション結果から、MDRRスケジューリング下で遅延に敏感なトラフィッククラスの平均遅延が低減していることが示された。
• 特にリアルタイムおよびノンリアルタイムサービスにおいて、高負荷環境下でスループット性能が向上している。
• アクティブユーザー数の増加に伴い、MDRRアルゴリズムはリソース割り当てにおけるスケーラビリティおよび安定性に優れている。
• OPNETシミュレーションにより、MDRRの実際のネットワーク展開における実現可能性が確認されたが、モデルの忠実度およびパrameterチューニングの制限が指摘された。
• 簡素化されたチャネルモデルや固定されたトラフィックパターンといった、シミュレーションの制約が、実世界への一般化に影響を与える可能性があると同定された。