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Tipo: Tese
Título: Scheduling strategies for multi-antenna communications and dual connectivity in wireless networks
Autor(es): Antonioli, Roberto Pinto
Orientador: Maciel, Tarcísio Ferreira
Coorientador: Fodor, Gábor
Palavras-chave: Teleinformática;Redes ad hoc (redes de computadores);Internet sem fio;5G;Dual connectivity;Scheduling techniques
Data do documento: 2020
Citação: ANTONIOLI, R. P. Scheduling strategies for multi-antenna communications and dual connectivity in wireless networks. 2020. 119 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Resumo: As próximas gerações de redes móveis deverão suportar uma ampla variedade de casos de uso, para os quais uma gama de requisitos de qualidade de serviço (QoS) precisam ser atendidos. Para atender esses requisitos de QoS, a quinta geração (5G) e gerações futuras de redes móveis devem contar com, entre outros aspectos, comunicações que utilizam múltiplas antenas e a implantação de células pequenas. Para explorar completamente os potenciais benefícios dessas técnicas, o projeto de técnicas eficientes de escalonamento de enlaces sem fio é de suma importância, uma vez que essas técnicas têm uma grande influência no desempenho geral do sistema. Neste contexto, esta tese lida com a concepção de estratégias eficientes para o escalonamento de enlaces sem fio em sistemas com canal de radiodifusão de múltiplas-entradas e múltiplas-saídas com interferência (do inglês, multiple-input multiple-output interference broadcast channel - MIMO IBC) e sistemas com conexão dual (DC). O MIMO IBC é um modelo geral para comunicação no enlace direto em que vários transmissores com múltiplas antenas querem enviar dados simultaneamente para seus respectivos receptores, os quais também possuem múltiplas antenas. O principal desafio no MIMO IBC é projetar filtros lineares para formatação de feixes nos transmissores e receptores tal que a taxa total do sistema é maximizada ao mesmo tempo em que os requisitos de QoS dos usuários são satisfeitos ou que uma certa justiça entre os usuários seja atingida. Neste contexto, considerando a teoria da otimização, essa tese projeta algoritmos centralizados, semi-distribuídos e distribuídos para maximizar a taxa total do sistema considerando restrições de taxa por usuário no MIMO IBC. Em sistemas com DC, os usuários podem se conectar simultaneamente a mais de uma estação rádio base. Neste contexto, abordamos aspectos de escalonamento relacionados a algoritmos de controle de fluxo de dados que definem como os dados são divididos entre as múltiplas conexões dos usuários. A solução proposta é baseada na teoria da utilidade e foca em maximizar a satisfação dos usuários no sistema. Além disso, propomos uma arquitetura inovadora para o escalonamento de usuários e um algoritmo de escalonamento que podem ser utilizados em redes futuras com múltiplas conexões, onde os usuários podem ter até mesmo mais de duas conexões ao mesmo tempo. As soluções desenvolvidas nesta tese são focadas em aprimorar a provisão da QoS aos usuários e são adequadas para implementações práticas.
Abstract: Future generations of mobile networks are envisioned to support a wide variety of use cases, to which a plurality of strict quality of service (QoS) requirements need to be fulfilled. In order to meet such requirements, fifth generation (5G) and beyond mobile networks are expected to rely on, among other techniques, multi-antenna communications and the deployment of small cells. To fully exploit the potential benefits of these techniques, the design of efficient scheduling solutions are paramount since these techniques largely influence the overall performance of the system. In this context, this thesis deals with the design of efficient scheduling strategies for the multiple input multiple output (MIMO) interference broadcast channel (IBC) and for dual connectivity (DC) networks. The MIMO IBC is a general model for downlink communication in which a plurality of multi-antenna transmitters wish to simultaneously send data to the respective intended multiantenna receivers. The main challenge in the MIMO IBC is designing linear transceivers that maximize the system throughput while fulfilling per-user QoS requirements or achieving a level of fairness among the users. In this context, based on optimization theory, this thesis designs centralized, semi-distributed and distributed algorithms for rate-constrained sum-rate maximization in the MIMO IBC. In DC networks, users can be simultaneously connected to more than one base station. In this context, we address scheduling aspects of flow control algorithms that command the data split among the multiple connections of a given user. The proposed solution is based on the utility theory and focuses on maximizing the user satisfaction in the system. Furthermore, we also propose a novel and practical medium access control (MAC) scheduler architecture and corresponding scheduling algorithm for future multi-connectivity networks, where users can even have more than two simultaneous connections. The solutions developed in this thesis are focused on the enhancement of the per-user QoS and are amenable to practical implementations.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/51838
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