RT Dissertation/Thesis
T1 Analysis and optimal configuration of distributed opportunistic scheduling techniques in wireless networks
A1 García Saavedra, Andrés
AB The phenomenon of fading in wireless communications has traditionally been consideredas a source of unreliability that needs to be mitigated. In contrast, OpportunisticScheduling (OS) techniques exploit quick channel quality oscillations in fading links, duringthe assignment of transmission opportunities, to improve the performance of wirelessnetworks. While centralized mechanisms rely on a central entity with global knowledge,Distributed Opportunistic Scheduling (DOS) techniques have recently been proposed towork in distributed networks, i.e., where either such a central entity is not available, or thecommunication overhead to feed timely information to this central entity is prohibitive.With DOS, each station contends for the channel with a certain access probability. Ifa contention is successful, the station measures the channel conditions and transmits ifthe channel quality is above a certain threshold. Otherwise, the station does not use thetransmission opportunity, allowing all stations to recontend. Given the fact that differentstations, in different time instances, experience different channel conditions, it is likelythat the channel is used by a link with better conditions, improving overall performance.In this thesis we first propose ADOS, an adaptive mechanism that drives the systemto an optimal allocation of resources in terms of proportional fairness. We show that thismechanism outperforms previous approaches, particularly in scenarios with non-saturatedstations (that do not always have data to transmit). The distributed nature of DOS makesit particularly vulnerable to selfish users that seek to maximize their own performance atthe expense of those that cooperate for the common welfare. We thus design a punishingmechanism, namely DOC, that (i) drives the system to the optimal point of operationwhen all stations follow the protocol, and (ii) removes any potential gain by deviatingfrom it (and thus, the incentive to misbehave). Finally, we propose a novel allocationcriterion, namely the EF criterion, to balance between the most energy-eficient configuration (where all resources are given to the most energy e cient devices) and thethroughput-optimal allocation (where all devices evenly share the resources regardless oftheir power consumption). Due to the lack of models that accurately predict the powerconsumption behavior of wireless devices, we perform a thorough experimental study todevise a power consumption model that completes existing literature. Finally, we applythese findings to design an EF-optimal strategy in DOS networks. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
AB El fenómeno de "fading" o desvanecimiento en comunicaciones inalámbricas se haconsiderado tradicionalmente como una fuente de problemas de fiabilidad que debe sermitigada. En contraste, las técnicas de asignación de recursos oportunistas aprovechanlas oscilaciones en la calidad de enlaces para mejorar el rendimiento global. Mientrasque los mecanismos centralizados requieren una entidad central con información global,recientemente se han propuesto técnicas oportunistas distribuidas (DOS, por sus siglasen inglés) para operar en redes donde dicha entidad no está disponible, o donde el costeen la comunicación para proporcionarle información puntual es prohibitivo.Con DOS, cada estación contiende por el canal con una cierta probabilidad. Si la contiendaresulta exitosa, la estación mide la calidad del canal y transmite si ésta supera uncierto umbral. De lo contrario, la estación no aprovecha esa oportunidad para transmitir,permitiendo a todas las estaciones contender de nuevo. Dado que estaciones diferentes, endistintas instancias de tiempo, experimentan diferentes condiciones de canal, es probableque un enlace con mejores condiciones use el canal, mejorando el rendimiento global.En esta tesis proponemos primero ADOS, un mecanismo adaptativo que lleva al sistemaa un reparto óptimo de los recursos en términos de equidad proporcional. Mostramosque este mecanismo supera el rendimiento de trabajos previos, particularmente en escenarioscon estaciones no saturados (que no siempre tienen datos que transmitir). Lanaturaleza distribuida de DOS lo hace particularmente vulnerable a usuarios egoístas quebuscan maximizar su rendimiento a expensas de aquellos que cooperan por el bien común.Así, diseñamos un mecanismo, llamado DOC, que (i) optimiza el rendimiento si todos losnodos obedecen el protocolo, y (ii) elimina cualquier posible beneficio por desviarse delmismo (y así, el incentivo a no cooperar). Finalmente, proponemos un nuevo criterio deasignación de recursos, llamado EF, que supone un compromiso entre la configuración máseficiente energéticamente (donde todos los recursos se asignan a los nodos más eficientes)y una asignación donde todos comparten de forma equitativa los recursos sin tener encuenta su consumo. Dada la falta de modelos para predecir de forma precisa el consumode dispositivos inalámbricos, llevamos a cabo un estudio experimental que resultaen un modelo energético que completa a la literatura existente. Finalmente, aplicamos loanterior para diseñar una estrategia que optimiza EF en redes basadas en DOS.
YR 2013
FD 2013-09
LK https://hdl.handle.net/10016/18199
UL https://hdl.handle.net/10016/18199
LA eng
DS e-Archivo
RD 5 jul. 2024