The demand for high data rates in wireless communication networks is increasing in a rapid pace. Satisfying such an uprising demand is quite a difficult problem with current technology. Therefore, various researches are being conducted in each communication layer to increase wireless network capacity. One of the most notable techniques is the multiuser diversity scheduling scheme. This kind of scheduling scheme drastically increases network capacity, however, it has some drawbacks such as heavy feedback load, fairness problem, and resource allocation problem. In this thesis, we propose the high performance wireless packet scheduler which overcomes the problems of the conventional multiuser diversity scheduler.
Multiuser diversity exploits the independence of the channel fading among mobile stations. This scheduling scheme grants medium access only to the mobile station having the best channel condition. This scheduling scheme increases wireless network capacity, however, it has several problems. First, mobile stations send feedback information to the base station. Hence, the feedback load linearly increases with the number of mobile stations. Moreover, the mobile station located close to the base station can monopolize network resource resulting in severe fairness problem. Second, the exact performance analysis for multiuser diversity scheduler is a very challenging task. We should consider the input traffic model, fading channel model, adaptive modulation and coding scheme, and finite queue size in the analysis. The resource allocation scheme and admission control policy is also an open problem. Supporting various QoS categories in multiuser diversity system is a big challenge because this scheduling scheme increases delay variation. The resource allocation problems should be addressed before we support various QoS categories. Allocation the adequate resource is very crucial object in operating wireless networks. In this thesis, we analyze the performance of multiuser diversity scheduler considering the various input traffic models, Nakagami fading model, and finite queue size. Through queuing model analysis, the exact network capacity and the detailed queue distribution will be induced. Using these analysis results, we propose advanced resource allocation algorithm. Additionally, the feedback information reduction scheme and the scheme of adjusting tradeoff between network capacity and fairness will be investigated. The efficient network operating policy will be presented under various scenarios. Additionally, based on the established queuing model, we calculate the statistical QoS parameters. The optimal feedback reception resource will be analyzed.
In this thesis, the advanced multiuser diversity packet scheduler will be investigated to increase the wireless network capacity and to enhance quality of service. This is the essential technology to satisfy the increasing demand for the high data rates communication in wireless network. The high quality service in wireless communication can be achieved, and it will enable the network operator to manage wireless network resources efficiently.
무선 네트워크에서 고속의 데이터 통신에 대한 요구는 아주 빠른 속도로 증가하고 있다. 현재의 통신 네트워크의 기술로 이렇게 급격히 증가하는 고속 통신의 요구 조건을 맞추는 것은 쉽지 않은 일이다. 그러므로 각각의 통신 네트워크의 레이어별로 다양한 연구들이 진행되고 있다. 이러한 연구들중에서 가장 주목받는 연구중에 하나가 다중 사용자 다이버시티를 이용한 스케줄링 기법이다. 이 스케줄링 기법은 네트워크 용량을 극적으로 증가시킨다. 반면에 몇가지 문제점들을 안고 있다. 피드백 정보의 과부하, 공정성 문제, 자원 할당 문제등이 주요 문제에 해당한다. 본 학위논문에서는 기존의 다중 사용자 다이버시티 기반 스케줄러의 문제를 개선한 고성능의 무선 패킷 스케줄러를 제안한다.
다중 사용자 다이버시티는 여러 이동국 사이의 채널 페이딩이 서로 독립적이라는 사실을 활용한다. 이 스케줄링 기법은 가장 좋은 채널 상태을 갖고 있는 이동국에 한하여 전송을 허락하는 방식이다. 이 방식이 무선 네트워크의 용량을 늘리지만 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 우선, 이동국이 기지국으로 피드백 정보를 보내므로 피드백 부하는 이동국의 숫자에 따라서 선형적으로 증가하게 된다. 게다가 기지국에 가까이 위치한 이동국이 네트워크의 리소스를 독점하여 심각한 공정성 문제를 야기할 수도 있다. 그리고 다중 사용자 다이버시티 스케줄링 기법에서 정확한 성능 분석 또한 중요한 문제이다. 성능 분석을 위해서는 입력 트래픽 모델, 페이딩 채널 모델, 적응 변조 및 분호화 기법과 함께 제한된 큐 사이즈도 고려해야 한다. 자원 할당 문제와 어드미션 제어도 풀어야 할 문제이다. 다양한 Quality of Service (QoS)를 지원하는 것도 대단히 어려운 문제로 이는 다중 사용자 다이버시티가 패킷의 delay 변화를 크게 하기 때문이다. 게다가 자원 할당 문제도 다루어져야 한다. 적절한 자원을 할당하는 것은 무선 네트워크를 운영함에 있어서 대단히 핵심적인 요소이다. 이 학위논문에서는 트래픽 모델, 나카가미 페이딩 모델, 유한한 큐 사이즈를 고려하여 스케줄러의 성능을 분석한다. 큐잉 분석을 통하여 네트워크의 정확한 용량과 큐의 분표가 유도된다. 이런 분석 결과를 바탕으로 발전된 자원 할당 알고리즘을 제안한다. 추가적으로 피드백 부하를 줄이는 법과 용량과 공정성 사이에 tradeoff를 조절하는 기법에 대하여 조사할 것이다. 이전의 큐잉 분석 모델을 바탕으로 통계적인 QoS 지원을 위한 파라미터들을 계산할 것이다. 그리고 최적의 피드백 리소스양도 제시될 것이다.
이 학위 논문에서는 발전된 다중사용자 다이버시티 스케줄러를 기반으로 네트워크의 용량 증대와 QoS 지원하는 방안을 연구하고 있다. 이는 고속의 데이터 속도를 요구하는 무선 네트워크에 있어서 핵심적인 기술이다. 이를 바탕으로 네트워크의 운영자는 좀 더 효율적으로 무선 네트워크를 운영할 수 있다.
