Asignación de recursos con CSI y con parámetros de QoS

Como se mencionó en Capítulo I, en LTE la QoS diferenciada se maneja asociando un conjunto de parámetros de QoS a cada flujo de tráfico. Conociendo los valores de estos parámetros el planificador distribuye los recursos del sistema para garantizar que la QoS de los usuarios cumpla con los requerimientos mínimos especificados, ya sea en términos de rendimiento o retardo. Los mecanismos de asignación de recursos con CSI y con parámetros de QoS toman las decisiones de asignación en función de los requerimientos de cada flujo

pero sin garantizar necesariamente tales requisitos, ya que tales garantías podrían resultar inviables si no se aplican los procedimientos de control de admisión necesarios.

2.3.1 Asignación de recursos para garantizar una razón de transmisión constante En la literatura se ha propuesto varios mecanismos de asignación de recursos que tienen como objetivo garantizar una razón de transmisión constante. En [26] se investiga una solución que realiza la asignación de los recursos en el dominio del tiempo y la frecuencia de forma conjunta. En el dominio del tiempo se selecciona un subconjunto de usuarios de mayor prioridad, que son los UEs cuyos flujos de tráfico tienen una razón de transmisión menor que la que especifican sus parámetros QoS. El resto de los UEs forman un subconjunto de menor prioridad. Los usuarios que pertenecen al primer y al segundo subconjunto son servidos utilizando los mecanismos BET y PF, respectivamente. Una vez que los usuarios candidatos han sido seleccionados por el TDPS, el FDPS distribuye los recursos disponibles utilizando una métrica similar a la del mecanismo PF y que se calcula como

𝑚𝑃𝐹𝑠𝑐ℎ_𝑖,𝑘 = 𝑑𝑘

𝑖_(𝑡)

𝑅_𝑠𝑐ℎ𝑖 (𝑡 − 1)

, (2.10)

donde 𝑅_𝑠𝑐ℎ𝑖 _{(𝑡 − 1) se define de manera similar al rendimiento promedio pasado que aparece} en la expresión (2.10), con la diferencia que es actualizado solamente cuando el usuario 𝑖 es servido. De esta forma, el valor de 𝑅_𝑠𝑐ℎ𝑖 _{(𝑡 − 1) representa un estimado del rendimiento que} el usuario 𝑖 puede obtener cuando se le asignan recursos.

En [27] se describe una estrategia similar a la que acabamos de analizar. En este caso los usuarios de mayor prioridad se seleccionan a partir de los QCI presentes en los portadores de radio que indican si el usuario debe servirse con una razón de transmisión constante (GBR). En una segunda etapa, el FDPS asigna de forma ordenada el mejor RB a cada usuario en el subconjunto de usuarios GBR y la actualiza de la razón de transmisión promedio. Cuando todos los usuarios de este subconjunto alcanzan su razón de transmisión objetivo, los RBs restantes son distribuidos entre los usuarios de menor prioridad utilizando el mecanismo PF. En sentido general, las dos estrategias descritas utilizan listas ordenadas para dar prioridad a los flujos que requieren una razón de transmisión constante. Sin embargo, el primer mecanismo permite alcanzar una mayor eficiencia espectral, dado que el proceso de

asignación en el FDPS no tiene en cuenta los parámetros de QoS. La segunda de las estrategias presentadas proporciona una mayor granaría de QoS, debido a que en el FDPS también se prioriza la asignación de los recursos a los usuarios con mayores requerimientos. 2.3.2 Asignación de recursos para aplicaciones sensibles al retardo

Los mecanismos de asignación de recursos que tienen como objetivo garantizar los requisitos de retardo son los más importantes cuando se quiere garantizar determinado nivel de servicio a los usuarios, ya que uno de los requerimientos de QoS más importantes es que los paquetes sean entregados antes de que expire su tiempo de vida. Se utilizan principalmente para garantizar la QoS de flujos de tráfico de tiempo real, como por ejemplo, VoIP o video. En [28] se propone una versión modificada del mecanismo LWDF (M-LWDF), la cual es una extensión de LWDF con CSI. En este mecanismo la métrica de los flujos de tráfico de tiempo real se calcula como el producto de las métricas LWDF y PF, esto es

𝑚𝑀 −𝐿𝐷𝑊𝐹_{𝑖,𝑘 = 𝛼}

𝑖𝐷𝐻𝑂𝐿,𝑖𝑚𝑃𝐹𝑖,𝑘 =

𝛼_𝑖𝐷_{𝐻𝑂𝐿,𝑖}𝑑_𝑘𝑖(𝑡)

𝑅𝑖_{(𝑡 − 1)} (2.11)

Como puede notarse, con respecto a la versión sin información de la calidad del canal, la estrategia M-LWDF utiliza la información sobre el retardo acumulado para ponderar la métrica del mecanismo PF, asegurando de esta forma un equilibrio entre la eficiencia espectral, la equidad y la calidad de servicio. Los flujos de tráfico que no son de tiempo real se sirven utilizando el mecanismo PF.

En [29] los autores proponen un mecanismo de asignación de recursos denominado PF exponencial (EXP-PF), el cual utiliza la métrica de la estrategia PF ponderada por una función exponencial del retardo. Al igual que la estrategia M-LWDF, EXP-PF distingue entre los flujos de tiempo real y los de mejor esfuerzo. Para los flujos de tiempo real la métrica se calcula como 𝑚𝐸𝑋𝑃 −𝑃𝐹_{𝑖,𝑘 = 𝑒𝑥𝑝 (}𝛼𝑖𝐷𝐻𝑂𝐿,𝑖 − 𝜒 1 + √𝜒 ) 𝑑_𝑘𝑖(𝑡) 𝑅𝑖_{(𝑡 − 1)} , (2.12) donde 𝜒 = (1/𝑁_𝑟𝑡)∑𝑁𝑟𝑡 𝛼_𝑖𝐷_{𝐻𝑂𝐿,𝑖}

𝑖 =1 y 𝑁𝑟𝑡 es el número de flujos de tiempo real de enlace descendente. Es importante señalar que tanto M-LWDF como EXP-PF se basan en la suposición de que la probabilidad de descartar paquetes es aceptable. Por otra parte, al tomar

en consideración la métrica PF de cada flujo, ambas estrategias tratan de garantizar un buen rendimiento y un nivel aceptable de equidad.

En [30] se presentan dos mecanismos de asignación de recursos donde la sensibilidad a las condiciones del canal se tiene en cuenta utilizando la métrica PF ponderada por un factor que es función del retardo de los paquetes. Para el primero de los mecanismos, denominado regla LOG, el factor de ponderación es una función logarítmica del retardo y la métrica se calcula como

𝑚𝐿𝑂𝐺𝑟𝑢𝑙𝑒_{𝑖,𝑘 = 𝑏}

𝑖𝑙𝑜𝑔 (𝑐 + 𝑎𝑖𝐷𝐻𝑂𝐿,𝑖) 𝛤𝑘𝑖 (2.13)

donde 𝑏_𝑖, 𝑐 y 𝑎_𝑖 son parámetros ajustables del mecanismo y Γ_𝑘𝑖 _{representa la eficiencia} espectral del usuario 𝑖 en el bloque de recursos 𝑘. Los autores de [30] recomiendan los siguientes valores para estos parámetros: 𝑏_𝑖 = 1 𝔼(𝛤_⁄ 𝑖_{), 𝑐 = 1.1 y 𝑎}

𝑖 = 5 0.99𝜏⁄ 𝑖 .

El segundo de los mecanismos, denominado regla EXP, puede considerarse como una mejora de la estrategia EXP-PF descrita anteriormente. En este caso el factor de ponderación es una función exponencial del retardo y la métrica se calcula como

𝑚𝐸𝑋𝑃𝑟𝑢𝑙𝑒_{𝑖,𝑘 = 𝑏}

𝑖𝛤𝑘𝑖𝑒𝑥𝑝 (

𝛼𝑖𝐷𝐻𝑂𝐿,𝑖

𝑐 + √(1 𝑁⁄ 𝑟𝑡)∑ 𝐷𝑗 𝐻𝑂𝐿,𝑖

) (2.14)

De acuerdo con [30] los valores óptimos de los parámetros ajustables de esta estrategia son

𝑏_𝑖 = 1 𝔼(𝛤_⁄ 𝑖_{), 𝑐 = 1 y 𝑎}

𝑖 ∈ [5 (0.99𝜏⁄ 𝑖), 10 (0.99𝜏⁄ 𝑖)].

Como puede notarse, la métrica de regla exponencial crece mucho más rápido en su argumento con respecto a la métrica de regla logarítmica. Por otra parte, la métrica de regla exponencial también tiene en cuenta el estado de todos los usuarios, ya que en caculo de la métrica el retardo de cada usuario se normaliza con respecto a la suma de los retardos de todos los usuarios.