[논문 리뷰] A Heuristic EDF Uplink Scheduler for Real Time Application in WiMAX Communication

Nidhi Lal, Anurag Prakash Singh외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 19.

Advanced Wireless Network Optimization참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 실시간 응용 프로그램에서 대역폭 할당의 공정성과 효율성을 향상시키기 위해 WiMAX 네트워크를 위한 히우리스틱 최소 마감 시간 우선 (H-EDF) 업링크 스케줄러를 제안한다. OPNET 시뮬레이션을 통해 H-EDF 알고리즘은 마감 시간에 가까운 정도와 큐 상태에 기반해 스케줄링 우선순위를 동적으로 조정함으로써 지연을 감소시키고 처리량을 향상시켜, 고부하 조건에서 표준 EDF보다 공정성과 자원 활용도 면에서 뛰어난 성능을 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 마감 시간 차이가 클 경우 기존 EDF 스케줄링에서 발생하는 음식 부족 문제를 해결하기 위해.
• 실시간 응용 프로그램을 위한 업링크 WiMAX 스케줄링에서 대역폭 활용도와 공정성을 향상시키기 위해.
• 마감 시간 급박성과 큐 공정성 간의 균형을 고려한 EDF의 히우리스틱 확장 기법을 설계하기 위해.
• 제안된 H-EDF 스케줄러의 성능을 처리량과 지연 측면에서 평가하기 위해.

제안 방법

• H-EDF 스케줄러는 마감 시간에 가까운 정도와 큐 길이를 모두 고려하는 히우리스틱 함수를 도입하여 표준 EDF 알고리즘을 확장한다.
• 스케줄링 결정은 마감 시간 급박성과 큐 백로그를 조합한 가중 우선순위 점수에 기반한다.
• 알고리즘은 고부하 조건에서 저우선순위 흐름이 음식 부족이 발생하지 않도록 우선순위를 동적으로 조정한다.
• 실시간 트래픽 스트림을 가진 업링크 트래픽을 시뮬레이션하기 위해 WiMAX 네트워크가 OPNET에서 모델링된다.
• 처리량과 엔드 투 엔드 지연을 핵심 메트릭으로 사용하여 성능가 평가된다.
• 히우리스틱 메커니즘은 표준 EDF 우선순위 할당 방식을 수정하여 공정성을 향상시키지만, 마감 시간 준수는 훼손하지 않는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 H-EDF 스케줄러는 업링크 WiMAX 스케줄링에서 표준 EDF보다 어떻게 공정성을 향상시키는가?
• RQ2 히우리스틱 메커니즘이 실시간 트래픽 스트림의 지연을 어느 정도 감소시키는가?
• RQ3 H-EDF 스케줄러는 다양한 트래픽 부하 조건에서도 높은 처리량을 유지하는가?
• RQ4 제안된 히우리스틱 모델에서 큐 백로그는 스케줄링 결정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• H-EDF 스케줄러는 특히 고부하 조건에서 표준 EDF보다 높은 처리량을 달성했다.
• 마감 시간과 큐 상태에 기반한 최적화된 스케줄링 결정 덕분에 엔드 투 엔드 지연이 크게 감소했다.
• 히우리스틱 접근 방식은 저우선순위 흐름의 음식 부족을 효과적으로 완화하여 전체적인 공정성을 향상시켰다.
• 실시간 큐 및 마감 시간 메트릭에 기반한 동적 우선순위 조정으로 인해 대역폭 활용도가 향상되었다.
• 시뮬레이션 결과는 H-EDF가 엄격한 마감 시간 준수를 유지하면서도 시스템의 공정성을 향상시킨다는 것을 확인했다.
• 제안된 알고리즘은 OPNET 기반의 WiMAX 네트워크 모델에서 다양한 트래픽 패턴에서 뛰어난 성능을 보였다.