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Tipo: Dissertação
Título: Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
Título em inglês: Performance assessment of radio resource allocation techniques for machine-to-machine communications in narrowband IoT
Autor(es): Juaçaba Neto, Renato Caminha
Orientador: Rodrigues, Emanuel Bezerra
Coorientador: Oliveira, Carina Teixeira de
Palavras-chave: Narrowband Internet of things;Comunicações M2M;Redes celulares LTE;Alocação de recursos
Data do documento: 2017
Citação: JUAÇABA NETO, Renato Caminha. Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT. 2017. 92 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Resumo: As previsões no contexto de redes 5G apontam que o ambiente de Internet das Coisas (Internet of Things - IoT) comporá uma grande fatia do tráfego de dados. É esperado que esse tráfego, conhecido como comunicação Máquina-à-Máquina (Machine-to-Machine - M2M), apresente um comportamento diferente daquele de aplicações convencionais. As principais diferenças são referentes à direção do tráfego, ao volume de tráfego por aplicação e à quantidade de dispositivos por célula. Em outras palavras, enquanto as aplicações convencionais são geralmente caracterizadas pelo download de arquivos grandes por um pequeno número de dispositivos, as aplicações M2M são compostas de upload de arquivos pequenos por uma quantidade massiva de dispositivos. Por isso, novas tecnologias já começaram a ser desenvolvidas para dar suporte a este perfil diferenciado de aplicações. O Narrowband IoT (NB-IoT) é uma dessas tecnologias e foi definido como uma nova funcionalidade no popular padrão Long Term Evolution (LTE) de redes celulares. Um grande diferencial do NB-IoT está na reutilização de parte da pilha de protocolos e da infraestrutura física utilizada nas portadoras LTE. Essa característica faz com que o NB-IoT herde a robustez destes protocolos e seja implantado sem a necessidade de um novo hardware. Através da utilização de transmissões single-tone e multi-tone é possível implantar um alto número de dispositivos por portadoras NB-IoT. São definidos 5 tipos de transmissão de uplink no NB-IoT, cada um com diferentes capacidades de ocupação do canal, duração de transmissão e capacidade de transmissões simultâneas. Neste trabalho, são investigados os comportamentos destes tipos de transmissão em portadoras NB-IoT com aplicações M2M. Para essa investigação foram simulados múltiplos cenários de alocação estática para entender o comportamento de cada configuração. Em seguida, o conhecimento utilizado pela observação do comportamento das estratégias estáticas foi utilizado para propor uma nova estratégia dinâmica de alocação de recursos NB-IoT. Os resultados apontam que o uso do padrão NB-IoT para redes M2M é viável, principalmente em cenários com múltiplas portadoras. Também é mostrado que a presença de portadoras NB-IoT não afeta significantemente o comportamento do portadora LTE. Finalmente, é mostrado que a alocação estática é superior à proposta dinâmica devido à superioridade das configurações de curto tempo de transmissão no cenário de aplicações considerado.
Abstract: The expectations for the scenario of 5G internet show that the Internet of Things (IoT) environment will amount to a large share of the data traffic. This category of traffic, known as Machine-to-machine (M2M) communications, is expected to have a different behaviour when compared to conventional applications. These applications contrast in the direction of the traffic, data volume and the amount of devices per wireless cell. While conventional applications are dominated by large downloads being done by a smaller amount of devices, and these applications are mainly constituted by a larger amount of devices making upload transmissions of small amounts of data. Because of that, multiple technologies are being developed right now to ensure the requirements of this variety of applications. One of these technologies is known as NarrowBand IoT (NB-IoT), which is defined as a feature of the renown standard for cellular networks Limited Term Evolution (LTE). The major advantage of NB-IoT over its competitors is the reuse of some of the protocol stack and all the hardware of common LTE networks. That means that this new standard inherits the advantages of the well developed LTE protocols and there is no requirement of new hardware. But the major feature of NB-IoT that allows the deployment of a massive amount of end devices per NB-IoT carrier is the employment of single-tone and multitone transmissions. These two kinds of transmissions are split into 5 different configurations, each with different characteristics of channel occupation, time duration and channel multiplexing. We investigate each of these configurations with M2M traffic. This allows the proposal of a dynamic resource allocation strategy for NB-IoT carriers. Our results show that the NB-IoT standard is feasible for M2M networks, especially in scenarios with multiple carriers. We also see that multiple NB-IoT carriers can be deployed on a single LTE carrier without significant effect. Lastly, it is shown that the static approach is better than the dynamic approach proposed. Which is due to the superior performance of the we confront the behaviour of the static allocation of NB-IoT resources with the dynamic approach proposed in this work.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30985
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