Enabling optimized resource management in 5G MAC layer to achieve lower URLLC latency and enhancing EMBB data rate

Feiz, Ali (2022). Enabling optimized resource management in 5G MAC layer to achieve lower URLLC latency and enhancing EMBB data rate. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

5G is expected to enable the following three services; ultra-reliable low latency communications (uRLLC), enhanced mobile broadband (eMBB), and massive machine-type communications (mMTC). uRLLC is essential to the support of IoT devices in processing, electricity distribution, and medical services. eMBB is a significant milestone from current 4G networks that provides higher data speeds for 5G cellular network systems. Quality of service (QoS) and Quality of Experience (QoE) indicate the overall performance of cellular networks as perceived by its users. To achieve the 5G goals, the QoS and/QoE need to be adjusted for each of the 5G services.

This study is focused on QoS/QoE differentiation to improve improve □ that represents the packet transmission delay between the gNB and UE. This improvement is achieved by proposing a scheduling technique that provides lower uRLLC latency while offering higher data rate for eMBB applications. This scheduling, named Enhanced Delay-based QoS Aware Scheduling (EDQAS), is a new downlink MAC scheduling algorithm that determines which physical resource blocks are allocated to each packet.

The EDQAS model incorporates three novel features. The first consists of an efficient delay control (EDC) mechanism to recognize the traffic type. The second implements a resource puncturing method inspired by Knapsack to serve uRLLC packets faster. The third implements the least delay increase (LDI) method as a cutting process for dismissing certain packets that cannot fulfill the delay and overhead criteria.

The simulation results, focused on uRLLC and eMBB services, show that the EDQAS algorithm significantly improves the delay, goodput, and packet loss ratio of the services.

Titre traduit

Permettre l’ordonnancement des ressources radio dans la couche MAC de la 5G pour réduire la latence

Résumé traduit

La 5G devrait permettre la mise en œuvre des trois services suivants : communications ultra-fiables à faible latence (uRLLC), haut débit mobile amélioré (eMBB) et communications massives de type machine (mMTC). uRLLC est essentiel à la prise en charge des dispositifs IoT dans les domaines du traitement, de la distribution d’électricité et des services médicaux. eMBB est une étape importante par rapport aux réseaux 4G actuels qui offre des débits de données plus élevés pour les systèmes de réseaux cellulaires 5G. La qualité de service (QoS) et la qualité d’expérience (QoE) indiquent la performance globale des réseaux cellulaires telle qu’elle est perçue par ses utilisateurs. Pour atteindre les objectifs de la 5G, la qualité de service et la qualité d’expérience doivent être ajustées pour chacun des services de la 5G.

Cette étude se concentre sur la différenciation QoS/QoE pour améliorer □ qui représente le délai de transmission des paquets entre le gNB et l’UE. Cette amélioration est obtenue en proposant une technique d’ordonnancement qui permet de réduire la latence uRLLC tout en offrant un débit de données plus élevé pour les applications eMBB. Cet ordonnancement, appelé Enhanced Delay-based QoS Aware Scheduling (EDQAS), est un nouvel algorithme d’ordonnancement MAC de liaison descendante qui détermine quels blocs de ressources physiques sont alloués à chaque paquet.

Le modèle EDQAS incorpore trois nouvelles caractéristiques. La première consiste en un mécanisme de contrôle efficace des délais (EDC) pour reconnaître le type de trafic. La deuxième met en œuvre une méthode de perforation des ressources inspirée de Knapsack pour servir plus rapidement les paquets uRLLC. La troisième met en œuvre la méthode LDI (least delay increase) en tant que processus de coupe pour rejeter certains paquets qui ne peuvent pas remplir les critères de retard et d’overhead.

Les résultats de la simulation, axés sur les services uRLLC et eMBB, montrent que l’algorithme EDQAS améliore considérablement le délai, le bon débit et le taux de perte de paquets des services.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 69-73).
Mots-clés libres:	uRLLC, 5G, ordonnancement, qos, liaison descendante, latence, mac
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dziong, Zbigniew
Codirecteur:	Codirecteur Grégoire, Jean-Charles
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	02 oct. 2023 14:01
Dernière modification:	02 oct. 2023 14:01
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3242

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