Päätelaiterajoitukset huomioiva kokopohjainen aikataulutus solukkoverkoissa

Abstract

Langattomien verkkojen suosio on lisääntynyt samalla, kun tiedonsiirtonopeudet ovat kolmannen sukupolven matkapuhelinverkkojen (3G) ja niiden kehitysversioiden, kuten High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), myötä kasvaneet. Solukkoverkoissa kaikkia käyttäjiä ei voida palvella yhtäaikaa, ja järjestelmän on aikataulutettava lähetykset eli tehtävä päätös siitä, missä järjestyksessä käyttäjiä palvellaan. HSDPA -järjestelmissä eri käyttäjien lähetykset erotellaan toisistaan koodien avulla, tällöin puhutaan koodijakokanavoinnista (Code Division Multiple Access, CDMA). HSDPA -järjestelmässä päätelaitteet on ryhmitelty sen perusteella, montaako koodia laite pystyy enimmillään käyttämään.

Tässä työssä tutkitaan aikataulutuspolitiikan vaikutusta langattoman järjestelmän suorituskykyyn päätelaiterajoitusten vallitessa. Aikataulutuspolitiikkaa muuttamalla on mahdollista parantaa järjestelmän suorituskykyä, mikä kiinnostaa erityisesti langattomien verkkojen tapauksessa. Aiemmin on osoitettu, että niin kutsuttua Shortest Remaining Processing Time (SRPT) -politiikkaa noudattamalla M/G/1 jonotusjärjestelmän keskiviive voidaan minimoida. Päätelaiterajoitusten huomioiminen johtaa ns. monen palvelimen jonomalleihin, joiden optimaalisia aikataulutuspolitiikkoja ei tunneta.

Langatonta solukkoverkkoa on simuloitu vuotasolla, ja tulosten perusteella SRPT -politiikkaa käyttämällä järjestelmän suorituskyky vaikuttaa paranevan myös siinä tapauksessa, että päätelaiterajoitukset huomioidaan. Suorituskyvyn muutos riippuu järjestelmän kuormituksesta ja järjestelmässä olevien koodien kokonaismäärästä. Suurin parannus suorituskykyyn saavutetaan hyvin korkeilla kuorman arvoilla.

The traffic volume of mobile data has been increasing while the third generation of mobile communication systems (3G) and its evolution versions such as High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) have increased the transmission rates of mobile networks. In cellular networks it is not possible to serve all users simultaneously and the system schedules the transmissions by selecting the service order of users in the system. In HSDPA-like systems the transmissions of users are separated by codes, that is the systems are based on Code Division Multiple Access (CDMA) technology. User devices are categorized by the number of codes each device is able to use at maximum.

In this thesis, the scheduling aspect of improving the performance of wireless systems is examined. The service order of jobs in the system is defined by the scheduling policy. By changing this policy, it is possible to change the behaviour of the system considerably. Earlier it has been proven that the Shortest Remaining Processing Time (SRPT) policy is the optimal way of minimizing the mean delay of the M/G/1 queue. In this thesis, the SRPT policy is under examination when terminal constraints are taken into account. This results in multi-server queuing models for which hardly any optimal scheduling results are known.

The results achieved by simulating the wireless cellular system at flow level show that the performance of the system is improved by using SRPT instead of Processor Sharing, the fair baseline policy. The performance improvement depends on the load of the system together with the number of codes in the system. The performance improvement is higher when the system is under high loads.