Abstract
As a critical step towards the next new era of mobile wireless networks, recently 5G mobile wireless networks have received significant research attention and efforts from both academia and industry. The 5G mobile wireless networks are expected to provide different delay-bounded QoS guarantees for a wide spectrum of services, applications, and users with extremely diverse requirements. Since the time-sensitive services in 5G multimedia wireless networks may vary dramatically in both a large range from milliseconds to a few seconds and diversity from uniform/ constant delay-bound to different/variable delay-bound guarantees among different wireless links, the delay-bound QoS requirements for different types of services promote the newly emerging heterogeneous statistical delay-bounded QoS provisioning over 5G mobile wireless networks, which, however, imposes many new challenging issues not encountered before in 4G wireless networks. To overcome these new challenges, in this article we propose a novel heterogeneous statistical QoS provisioning architecture for 5G mobile wireless networks. First, we develop and analyze the new heterogeneous statistical QoS system model by applying and extending the effective capacity theory. Then, through the wireless coupling channels, we apply our proposed heterogeneous statistical QoS architecture to efficiently implement the following powerful 5G-candidate wireless techniques: 1) device-to-device networks; 2) full-duplex networks; and 3) cognitive radio networks, respectively, for providing heterogeneous statistical delay-bounded QoS guarantees. Finally, using the simulation experiments we show that our proposed architecture and schemes significantly outperform the existing traditional statistical delay-bounded QoS provisioning schemes in terms of satisfying the heterogeneous delay-bounded QoS requirements while maximizing the aggregate system throughput over 5G mobile wireless networks
چکیده
به عنوان یک قدم مهم به سمت عصر جدید شبکه های بی سیم تلفن همراه، شبکه های بی سیم 5G اخیرا توجه و تلاش های تحقیقاتی قابل توجهی از سمت هر دوی محیط دانشگاهی و صنعت دریافت کرده است. از شبکه های بی سیم موبایل 5G انتظار می رود که تضمین های کیفیت سرویس delay-bounded (دارای تأخیر کران دار) مختلفی را برای طیف گسترده ای از خدمات، اپلیکیشن ها و کاربرانی با نیازهای بسیار متنوع ارائه دهد. از آنجا که خدمات حساس به زمان در شبکه های بی سیم چند رسانه ای 5G، بین لینک های بی سیم مختلف ممکن است به طور چشمگیری در رنج وسیعی از میلی ثانیه تا چند ثانیه و اختلاف از کران تأخیر یکنواخت/ثابت تا تضمین های با تأخیر کران دار مختلف/متغیر تغییر کند، نیازمندی های کیفیت سرویس با تأخیر کران دار برای انواع مختلف خدمات، تأمین کیفیت سرویس آماری نامتجانس با تأخیر محدود را بر روی شبکه های بی سیم موبایل 5G ترویج می کند، که، با این حال، بسیاری مسائل چالش برانگیز جدید که پیش از این در شبکه های بی سیم 4G با آن ها مواجه نمی شدیم را تحمیل می کند. به منظور غلبه بر این چالش های جدید، در این مقاله ما یک معماری تأمین کیفیت سرویس آماری نامتجانس جدید برای شبکه های بی سیم تلفن همراه G5 پیشنهاد می کنیم. نخست، ما مدل سیستم QoS آماری نامتجانس جدید را با استفاده از به کار گیری و گسترش نظریه ظرفیت موثر توسعه و آنالیز می کنیم. سپس، از طریق جفت کانال های بی سیم، پیشنهاد معماری QoS آماری نامتجانسمان را به منظور پیاده سازی موثر، برای ارائه ی تضمین های کیفیت سرویس با تأخیر کران دار آماری نامتجانس، به ترتیب بر تکنیک های قدرتمند بی سیم کاندید 5G زیر اعمال می کنیم: 1) شبکه های device-to-device (دستگاه به دستگاه)؛ 2) شبکه های full-duplex (دوطرفه)؛ و 3) شبکه های cognitive radio (رادیوی شناختگر). در نهایت، با استفاده از آزمایش های شبیه سازی نشان می دهیم که معماری و طرح های پیشنهادی ما از نظرجلب رضایت نیازمندی های کیفیت سرویس با تأخیر کران دار نامتجانس به طور قابل توجهی بهتر از طرح های تأمین کیفیت سرویس با تأخیر کران دار آماری سنتی موجود عمل می کند در حالی که throughput (توان عملیاتی) سیستم را بر روی شبکه های بی سیم تلفن همراه 5G به حداکثر می رساند.
1-مقدمه
درحالی که نسل چهارم (4G) شبکه ها و ارتباطات بی سیم بیشتر و بیشتر رشد می کنند و به طور گسترده در محصولات صنعتی و تجاری بی سیم موبایل اجرا می شوند، فن آوری های ارتباطاتی بی سیم نسل پنجم (5G) تلفن همراه به سرعت در زمینه های پژوهشی در حال ظهورند...