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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Análise da vazão e do atraso em redes sem fio com compartilhamento de canal através de modelos de filas acopladas
Title Alternative: Throughput and delay analysis in wireless networks with channel sharing using coupled queues models
Author: Bergamo, Rubem Toledo, 1968-
Advisor: Cardieri, Paulo, 1964-
Abstract: Resumo: O presente trabalho busca contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos que regulam os compromissos entre vazão e atraso médio em uma rede sem fio com compartilhamento de canal. Para isso, serão apresentados resultados de análises de três diferentes cenários de uma rede de comunicação sem fio, todos empregando modelagem por meio de duas filas. No primeiro cenário considera-se uma rede de rádios cognitivos, onde um usuário secundário acessa de forma oportunista um canal licenciado (primário). Nesta análise foi utilizada uma métrica, chamada Power, que relaciona a vazão de um enlace e o atraso médio observado pelos pacotes transmitidos neste enlace. Os resultados mostram que ordens de modulação elevadas diminuem o atraso médio, mas levam a enlaces pouco robustos, aumentando o número de retransmissões. Portanto, o desempenho da rede secundária, levando-se em conta vazão e atraso médio, pode ser maximizado pelo ajuste apropriado da ordem da modulação. No segundo cenário estudado existe uma interação (acoplamento) entre as duas filas que modelam os enlaces, onde o desempenho de uma fila depende do comportamento da outra. Mais especificamente, o atraso médio de um usuário com prioridade depende da probabilidade de acesso do outro usuário (sem prioridade), uma vez que essa probabilidade controla o nível de interferência mútua na rede. Nesse sentido, o atraso médio do usuário com prioridade pode ser limitado ajustando-se adequadamente a probabilidade de acesso do outro usuário na rede. Desta forma, consegue-se estabelecer as condições para as quais vale a pena fazer transmissões simultâneas entre os usuários que compartilham o mesmo canal. No último cenário considerado, os dois enlaces compartilham o canal sem o estabelecimento de prioridade a um deles. Observa-se que quando os níveis de potência de transmissão e as ordens de modulação dos usuários são ajustados para maximizar a Power média da rede, emergem dois regimes de transmissão, identificadas aqui como regime de prioridade e regime de transmissão concorrente. Quando se tem um forte grau de acoplamento entre as filas, mas o tráfego é baixo, haverá muitas oportunidades para transmissões não simultâneas. É mostrado então que a melhor estratégia é priorizar um usuário sobre o outro por meio de um ajuste de potência de transmissão apropriado e usar a ordem de modulação mais alta disponível. Por outro lado, para um tráfego alto, nenhum dos usuários deve ser priorizado (regime de transmissões concorrentes) e há uma combinação ótima que relaciona as ordens de modulação e a relação de potências de transmissão entre usuários para obter um melhor desempenho da rede levando em consideração a razão entre a vazão e o atraso médio

Abstract: The present work seeks to contribute to a better understanding of the mechanisms that regulate the compromises between throughput and the average delay in a wireless network with channel sharing. For this, the results of the analysis of three different scenarios arepresented. In all scenarios investigated, two links sharing a channel are considered and modeled as queues. In the scenario, a cognitive radio network is considered, in which a secondary user accesses the licensed channel opportunistically. The analysis is based onthe metric power, which relates throughput and the average delay of a link. The results show that high modulation orders decrease the average delay, but lead to less robust links, increasing the number of retransmissions. Therefore, the power of the secondary network can be maximized by the appropriate adjustment of the modulation order. In the seconds cenario investigated, one of the users has priority to access the channel, but the other user may transmit concurrently with a given probability. This leads to interaction (coupling) between the two queues, in the sense that the performance of one of the queues depends on the behavior of the other queue. More specifically, the average delay of one user with priority depends on the probability of access of the other user (with lower priority), since this probability controls the level of mutual interference in the network. In this sense, the average delay of the user with priority can be limited by adequately adjusting the access probability of the other user in the network. In this way, it is possible to establish the conditions for which it is worth making simultaneous transmissions from both users. In the third scenario considered, both users can access the channel with the same priority.The analysis showed that, when the transmit power levels and the modulation orders are adjusted to maximize the average power of the network, two transmission regimes emerge: priority regime and concurrent transmissions regime. When there is a Strong degree of coupling between the queues, due to interference, but the traffic level is low, there will be many opportunities for non-simultaneous transmissions. It is shown that the best strategy in this case is to prioritize one user over the other (priority regime) through an appropriate transmission power adjustment and to use the highest available modulation order. On the other hand, for the high traffic scenario, none of the users should be prioritized (concurrent transmissions regime) and there is an optimal combination that relates the modulation orders and the ratio of transmission powers that leads to a better performance of the network in term of the average power metric
Subject: Sistemas de comunicação sem fio
Telecomunicações - Tráfego
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: BERGAMO, Rubem Toledo. Análise da vazão e do atraso em redes sem fio com compartilhamento de canal através de modelos de filas acopladas. 2020. 1 recurso online (85 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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