ANÁLISIS DE DESEMPEÑO DE LOS ALGORITMOS RR, PF, MR Y DE-PS EN LA PLANIFICACIÓN DE PAQUETES DEL ENLACE DE BAJADA DE LTE SOBRE HARDWARE FPGA

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De las funciones RRM más relevantes para cumplir el objetivo de asignar recursos de forma eficiente es la planificación de paquetes. El planificador de paquetes reside en el eNB y su función consiste en realizar una selección inteligente de los usuarios para asignarles los recursos que estos requieren. La forma en que se seleccionan los usuarios y se asignan los recursos depende de una estrategia específica, la cual es dada por el algoritmo de planificación de paquetes que se emplee.

El objetivo de la planificación de paquetes es optimizar el throughput en la celda mediante una adecuada estrategia al asignar recursos.

Algoritmos de Planificación de Paquetes:

De acuerdo a la 3GPP[3] los algoritmos constituyen el corazón de la planificación de paquetes, definen la forma en que se elige a los usuarios que transmiten o reciben la información, y como y cuando deben hacerlo. Tener algoritmos que cumplan a cabalidad con esta función resulta una tarea compleja, y más si se trata de redes inalámbricas, en particular de redes LTE, ya que no solo deben tenerse en cuenta las características de la interfaz de radio, sino también otros requisitos; relacionados con la capacidad, con los servicios y con el desempeño del sistema.

El estándar LTE indica que debe realizarse la planificación de paquetes y especifica que se requiere para llevarla a cabo, pero no muestra como, por lo tanto los operadores cuentan con una gran versatilidad al momento de elegir como quieren planificar a sus usuarios.

Maximum Rate (MR):

En el algoritmo MR, los RB se asignan a los usuarios que logran el máximo throughput en cada TTI. La métrica de MR para un usuario [pic 2][pic 3] sobre el bloque de recurso [pic 4][pic 5]) se puede expresar de acuerdo a la siguiente ecuación:

[pic 6] [pic 7]

Dónde:

[pic 8][pic 9] Es el throughput esperado para el usuario [pic 10][pic 11] en el TTI [pic 12][pic 13] y el k-ésimo RB, respectivamente. Se calcula a partir de la siguiente expresión:

[pic 14][pic 15]

Por tanto MR es capaz de maximizar el throughput de celda y beneficia a aquellos usuarios que cuentan con condiciones favorables de SINR, sin embargo a aquellos usuarios que se encuentren al borde de la celda con condiciones pobres de canal pueden acceder a pocos o ningún RB, dada esta situación se denomina injusta a la asignación de recursos que realiza MR. En la figura 2 se presenta el diagrama de flujo básico para un planificador de paquetes basado en MR en cada TTI.

Figura 2. Diagrama de Flujo Básico para un Planificador de Paquetes MR.

[pic 16]

FUENTE: 3GPP, Requirements for Further Advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRAN)(LTE-Advanced), Technical Report TR 36.913, Ver. 11.0.0, Sep. 2012.

Proportional Fairness:

La métrica para PF [pic 17][pic 18] se obtiene combinando las métricas de Tasa máxima [pic 19][pic 20] y Throughput Equitativo Ciego (BET, Blind Equal Throughput), [pic 21][pic 22]para el usuario[pic 23][pic 24] en el bloque de recurso [pic 25][pic 26], expresándose a partir de la siguiente expresión:

[pic 27][pic 28]

La métrica del algoritmo BET se obtiene a través de la siguiente expresión:

[pic 29] [pic 30]

Dónde:

[pic 31][pic 32] Es el throughput promedio alcanzado por el usuario [pic 33][pic 34] hasta el tiempo [pic 35][pic 36] y se calcula con esta expresión:

[pic 37][pic 38]

Dónde:

[pic 39][pic 40] Es la tasa de bit alcanzada por el usuario i en el tiempo t y [pic 41][pic 42] un parámetro que está entre cero y uno.

Cuando [pic 43][pic 44] es cercano a cero el planificador tiene prioridad sobre el throughput del sistema, mientras que cuando es cercano a 1 el planificador tiene prioridad sobre el índice de justicia. Combinando las expresiones anteriores la métrica para PF se puede representar con la siguiente ecuación:

[pic 45][pic 46]

En la Figura 3 se presenta el diagrama de flujo general para el planificador PF.

Figura 3. Diagrama de Flujo General Planificador de Paquetes Basado en PF.

[pic 47]

FUENTE: 3GPP, Requirements for Further Advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRAN)(LTE-Advanced), Technical Report TR 36.913, Ver. 11.0.0, Sep. 2012.

Round Robin:

El algoritmo RR se basa en el algoritmo Primero en Entrar Primero en Salir (FIFO, First In First Out) donde se asignan los recursos a los usuarios de acuerdo al orden de las solicitudes. La métrica para el usuario [pic 48][pic 49] sobre el k-ésimo RB se determina con la siguiente expresión:

[pic 50][pic 51]

Dónde:

[pic 52][pic 53] Es el tiempo actual y [pic 54][pic 55] es el instante de tiempo cuando la solicitud fue emitida por el usuario i.

En el algoritmo de planificación RR la métrica es similar a FIFO con la diferencia de que [pic 56][pic 57] hace referencia al último instante cuando el usuario fue atendido, RR es un algoritmo no consciente de canal ya que no tiene en cuenta para el criterio de asignación el estado del enlace.

En la figura 4 se presenta el diagrama de flujo para el algoritmo RR, donde [pic 58][pic 59] representa la cantidad de usuario que solicitan recursos y k la cantidad de bloques de recursos que el planificador puede asignar, esto dependerá del ancho de banda de canal que se haya configurado.

Figura 4. Diagrama de Flujo General de Planificador de Paquetes RR.

[pic 60]

FUENTE: 3GPP, Requirements for Further Advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRAN)(LTE-Advanced), Technical Report TR 36.913, Ver. 11.0.0, Sep. 2012.

Algoritmos Genéticos:

De acuerdo a Gallego[4] Los algoritmos