Publicação: Escalonamento de pacotes e gerenciamento de interferência em redes heterogêneas baseados na teoria dos jogos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::SISTEMAS DE TELECOMUNICACOES, CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
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Silva, Éderson Rosa da
Resumo
Redes celulares são esperadas para fornecer acesso de banda larga para um número continuamente crescente de usuários móveis. A densificação das redes celulares é essencial para aumentar a sua capacidade e melhorar a eficiência espectral, no entanto, a interferência inter-celular ainda representa um desafio que limita o desempenho do sistema, especialmente para usuários localizados na borda da célula. Portanto, é necessário coordenar a alocação de recursos entre as estações base e minimizar a interferência de forma eficiente. Este trabalho apresenta um framework para o escalonamento de pacotes e gerenciamento de interferência para as redes heterogêneas baseados na Teoria dos Jogos. Como solução proposta, implementa-se um escalonador de pacotes no downlink LTE-A baseado em Teoria dos Jogos, através do Jogo Colonel Blotto. Avalia-se o algoritmo pro- posto por meio de simulação computacional, comparando-o com algoritmos relevantes na literatura. Os resultados das simulações demonstraram que o escalonador proposto pode alcançar um melhor desempenho em termos de eficiência energética, eficiência espectral e justiça, enquanto apresenta um tempo de execução bem inferior em comparação com outros escalonadores baseados na Teoria dos Jogos. Adicionalmente, utiliza-se a Teoria dos Jogos através do Jogo Potencial Exato para o gerenciamento de interferência, das técnicas enhanced Inter-Cell Interference Coordination (eICIC) e Further eICIC (FeICIC). Além disso, implementa-se uma extensão da otimização eICIC por meio de uma função de utilidade modificada, chamada de otimização eICIC+. Os resultados das simulações ilustram o importante ganho de desempenho obtido pela otimização eICIC+ e, especialmente para usuários da borda da célula, cujos resultados apresentaram melhor justiça e vazão, em comparação à otimização eICIC.
Abstract
Cellular networks are expected to provide broadband access to a continuously growing number of mobile users. The densification of cellular networks is essential to increase its capacity and improve spectral efficiency, however, inter-cell interference still represents a challenge that limits system performance, especially for users located at the edge of the cell. Therefore, it is necessary to coordinate the allocation of resources between base stations and to minimize interference efficiently. This work presents a framework for packet scheduling and interference management for heterogeneous networks based on Game Theory. As a proposed solution, it is implemented a packet scheduler for heterogeneous networks in downlink LTE-A based on game theory, through the Colonel Blotto algorithm. The proposed algorithm is evaluated by means of computer simulation, comparing it with relevant algorithms in the literature. The results of the simulations demonstrated that the scheduler is able to achieve a better performance in terms of energy efficiency, spectral efficiency and fairness, while presenting a much lower execution time compared to another scheduler based on Game Theory. Moreover, the Exact Potential Game Theory is used for interference management of the enhanced Inter-Cell Interference Coordination (eICIC) and Further eICIC (FeICIC) techniques. In addition, an extension of eICIC optimization is implemented through a modified utility function, called eICIC+ optimization. The results of the simulations illustrate the important performance gain obtained by eICIC+ optimization and especially for users at the edge of the cell, where the results showed better fairness and throughput, compared to eICIC optimization.
Palavras-chave
Interferência Inter-Celular, Teoria dos Jogos, Redes Heterogêneas, LTE-A, Colonel Blotto, Jogo Potencial Exato, eICIC+, Inter-Cell Interference, Game Theory, HetNets, Exact Potential Game
Citação
MOREIRA, Júnio. Escalonamento de pacotes e gerenciamento de interferência em redes heterogêneas baseados na teoria dos jogos. 2021. 95 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.176
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