wimax edd scheduler

8/8/2019 Wimax Edd Scheduler

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M u l t i m e d i a S u p p o r t e d Uplink Scheduling forIEEE 802.16dOFDMA Network

R . P e r u m a l r a j a l , J . J a c k s o n J u l i e t R o y 2 , S . R a d h a 3 , Member, IEEE

A b s t r a c t - - I n t h i s paper we h a v e p r op o s ed a m u l t i m e d i as u p p o r t e d u p l i n k s c h e d u l e r f o r IEEE 8 0 2 . 1 6 d OFDMAn e t w o r k , w h i c h i n c l u d e s a p r o p o r t i o n a l f a i r ( P F ) s c h ed ul eri n b a s e s t a t i o n ( B S ) a n d e a r l i e s t d u e d a t e s c h e d u l e r (EDD)i n s u b s c r i b e r s t a t i o n ( S S ) . The PF s c h e d u l e r i n t h e BSa l l o c a t e s t h e OFDMA resources t o e a c h S S a c c o r d i n g t ot h e i r b a n d w i d t h r e q u e s t . The EDD s c h e d u l e r i n t h e S Su t i l i z e s t h e a l l o c a t e d resources a c c o r d i n g t o t h e p a c k e td e ad li n e t h us p r o v i d e s Qo S g u a r a n t e e . The p r o p o s e ds y s t e m i s s i m u l a t e d u s i n g C programs a n d e x t e n s i v es i m u l a t i o n r e s u l t s were p r e s e n t e d . The s i m u l a t i o n i sc a r r i e d o u t w i t h v a r y i n g OFDMA f r a m e s i z e ( 5 m s e c ,l O m s e c ) a n d c o d i n g r a t e s (16QAM CTC 1 / 2 , 1 6Q AM CT C2 / 3 ) a n d t h e t h r o u g h p u t a n d d e l a y p e r f o r m a n c e i sc o m p a r e d . Our r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e p r o p o s e ds c h e d u l e r p e r f o r m s w e l l f o r VBR a p p l i c a t i o n s w i t he x c e l l e n t d e la y g u a ra n t e es a n d i m p r o v e d t h r o u g h p u t .

I . I N T R O D U C T I O NTE IEEE 8 0 2 . 1 6 i s an e m e r g i n g s t a n d a r d f o r b r o a d b a n dw i r e l e s s access (BWA) t o p r o v i d e h i g h e r d a t a r a t e s w i t hl e s s c o m p l e x i t i e s a n d t o overcome t h e l i m i t a t i o n s o f ab r o a d b a n d w i r e d n e t w o r k . T h e IEEE 8 0 2 . 1 6 s t a n d a r d s p e c i f i e st h e p h y s i c a l ( P H Y ) a n d medium access c o n t r o l (MAC) l a y e rw h i c h s u p p o r t s b o t h a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r mode (ATM) a n di n t e r n e t p r o t o c o l ( I P ) h i g h e r l a y e r s . I t i s s t r u c t u r e d t o s u p p o r tm u l t i p l e PHY s p e c i f i c a t i o n s u c h as w i r e l e s s MAN s i n g l ec a r r i e r ( S C ) m o d u l a t i o n s c h e m e f o r f i x e d l i n e o f s i g h t ( L O S )o p e r a t i o n a n d o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g( O F D M ) , o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e access(OFDMA) a n d SCa s c h e m e s f o r m o b i l e non l i n e o f s i g h to p e r a t i o n s ( N L O S ) . W o r l d w i d e i n t e r o p e r a b i l i t y f o rm i c r o w a v e access (WiMAX) s y s t e m , s p o n s o r e d b y ani n d u s t r y c o n s o r t i u m c a l l e d t h e WiMAX f o r u m i s b a s e d o nt e c h n o l o g i e s o f t h i s f a m i l y .

T h e MAC l a y e r o f t h e IEEE 8 02 . 1 6 h as t h r e e s u b l a y e r s .S e r v i c e s p e c i f i c convergence s u b l a y e r ( S S C S ) i s t h e f i r s t s u bl a y e r t h a t p r o v i d e s m a p p i n g o f v a r i o u s t y p e s o f h i g h e r l a y e rf l o w s . MAC common p a r t s u b l a y e r ( M AC C P S ) i s th e s e c o n ds u b l a y e r t h a t p r o v i d e s t h e MAC core f u n c t i o n a l i t y s u c h asb a n d w i d t h a l l o c a t i o n a n d s c h e d u l i n g , c o n n e c t i o n1 , 3 D e p ar t m en t o f ECE, SSN C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g , , C h e n n a i ,I n d i a - 6 0 3 1 1 0 , a2AU-KBC R e s e a r c h c e n t e r , M . I . T c a m p u s , C h r o m p e t , C h e n n a i ,I n d i a - 6 0 0 0 4 4 , a c k kbc1 - 4 2 4 4 - 0 3 7 0 - 7 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 6 IEEE

e s t a b l i s h m e n t a n d m a i n t e n a n c e , MAC f r a m i n g a n d h e a d e r s .T h e t h i r d s u b l a y e r i s s e c u r i t y s u b l a y e r ( S S ) w h i c h d e f i n e sm e c h a n i s m s f o r s e c u r e d a c c e s s .L o t o f w o r k s i s b e i n g c a r r i e d o u t i n d e s i g n i n g a p r o p e rs c h e d u l i n g a l g o r i t h m f o r t h e e m e r g i n g IEEE 8 0 2 . 1 6 n e t w o r k s .T h e a l g o r i t h m s s o f a r p r o p o s e d h a v e l o t o f s h o r t c o m i n g s i nt e r m s o f l i m i t e d s e r v i c e c l a s s e s c o n s i d e r a t i o n a n d p e r f o r m a n c ee n h an c e me n t. T h er e a r e f e w s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s h av e b e e np r o p o s e d f o r v a r i a b l e b i t r a t e ( V B R ) b a s e d a p p l i c a t i o n s s o f a r .I n [ 1 ] a n u p l i n k s c h e d u l i n g m e c h a n i s m f o r VBR v o i c ea p p l i c a t i o n w a s p r o p o s e d b y c o n s i d e r i n g e x p o n e n t i a l ON a n dOFF t i m e . T h e w o r k i s d o n e o n l y f o r v o i c e a p p l i c a t i o n .V a r i o u s s c h e d u l i n g m e c h a n i s m f o r s i n g l e c a r r i e r IEEE8 0 2 . 1 6 d s y s t e m i s d i s c u s s e d i n [ 2 ] . I n [ 3 ] t h e MACp e r f o r m a n c e i s a n a l y z e d f o r v a r i o u s f r a m e s i z e . I n [ 4 ] t h ec r o s s l a y e r i s s u e s a n d b u r s t p r o f i l e p e r f o r m a n c e i s d i s c u s s e d .I n t h i s p a p e r a p r o p o r t i o n a l f a i r s c h e d u l e r i n t h e BS a n d a nED D s c h e d u l e r i n t h e S S i s p r o p o s e d a n d t h e p e r f o r m a n c e i sa n a l y z e d w i t h t w o d i f f e r e n t c o d i n g r a t e s a n d f r a m e s i z e s .T h e r e s t o f t h e p a p e r i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s ; S e c t i o n I Ip r o v i d e s a n o v e r v i e w o f t h e Qo S r e l a t e d f e a t u r e s o f t h e IEEE8 0 2 . 1 6 s t a n d a r d . T h e p r o p o r t i o n a l f a i r s c h e d u l e r f o r VBRb a s e d m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n i s d i s c u s s e d i n S e c t i o n I I I . T h e

ED D s c h e d u l e r i s d i s c u s s e d i n s e c t i o n I V . S e c t i o n V d e a l sw i t h s i m u l a t i o n m o d e l a n d V I a n a l y s i s t h e r e s u l t s f o r t h eg i v e n m o d e l . F i n a l l y t h e p a p e r c o n c l u d e s w i t h t h e s c o p e f o rf u t u r e w o r k i s g i v e n i n s e c t i o n V I I .I I . ARCHITECTURE AN D Qo S F E A T U R E S O F IEEE 8 0 2 . 1 6T h e a r c h i t e c t u r e o f t h e n e t w o r k h a s t h e c e n t r a l i z e d BS a n dm u l t i p l e S S t o s u p p o r t p o i n t t o m u l t i p o i n t w i t h t h e o p t i m a lm e s h t o p o l o g y . BS o f t h e n e t w o r k c o n t r o l s a n d m a n a g e s t h ee n t i r e s y s t e m a n d S S a c t s a s a n i n t e r f a c e b et we en e n d u s e r sa n d t h e B S . I E E E 8 0 2 . 1 6 d e f i n e s a c o n n e c t i o n - o r i e n t e d MACp r o t o c o l t h a t s u p p o r t s m u l t i p l e p h y s i c a l l a y e r s p e c i f i c a t i o n s .E a c h s e r v i c e f l o w i s i d e n t i f i e d b y a u n i q u e s e r v i c e f l o wi d e n t i f i e r ( S F I D ) . S F I D i s a 3 2 - b i t q u a n t i t y t h a t u n i q u e l yi d e n t i f i e s a s e r v i c e f l o w t o b o t h t h e s u b s c r i b e r s t a t i o n a n d b a s es t a t i o n . W h e n e v e r a s e r v i c e f l o w s i s a c t i v a t e d , a u n i q u e 1 6 b i tc o n n e c t i o n i d e n t i f i e r ( C I D ) w i l l b e a l s o a s s i g n e d . When ne wc a l l a r r i v e s i n t h e S S , t h e r e q u i r e d b a n d w i d t h i s r e q u e s t e d b yt h e S S . T h e BS i s c a p a b l e o f a l l o c a t i n g b a n d w i d t h i n t h ef o l l o w i n g t w o m o d e s v i z . , g r a n t p e r c o n n e c t i o n ( G P C ) , i nw h i c h b a n d w i d t h i s a s s i g n e d t o e a c h c o n n e c t i o n i n d i v i d u a l l yi n t h e S S , a n d g r a n t p e r s u b s c r i b e r s t a t i o n ( G P S S ) , i n w h i c hBS a l l o c a t e s r e s o u r c e s t o S S f o r a l l t h e c o n n e c t i o n e s t a b l i s h e d

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i n t h e S S , t h u s S S r e - d i s t r i b u t e s t h e OFDMA r e s o u r c e sa l l o t t e d b y BS t o i t s c o n n e c t i o n s . T h e l a t t e r i s m o r e e f f i c i e n t ,w h e n t h e r e a r e many c o n n e c t i o n s a r e a c t i v e p e r t e r m i n a l .I E E E 8 0 2 . 1 6 s t a n d a r d p r o v i d e s a m e c h a n i s m t o s u p p o r tQo S f o r b o t h u p l i n k a n d d o w n l i n k t r a f f i c t h r o u g h S S a n d B S .T h e p r i n c i p a l m e c h a n i s m f o r p r o v i d i n g Qo S i s t o a s s o c i a t ep a c k e t s t r a v e r s i n g t h e M \ A C i n t e r f a c e w i t h a s e r v i c e f l o w . As e t o f QoS p a r a m e t e r s s u c h a s a v e r a g e d e l a y , m i n i m u mr e s e r v e d b a n d w i d t h , t r a f f i c p r i o r i t y a l o n g w it h t h e d i r e c t i o na r e a s s o c i a t e d w i t h e a c h s e r v i c e f l o w . T h e I E E E 8 0 2 . 1 6s t a n d a r d d e f i n e s f o u r t y p e s o f s e r v i c e f l o w s , e a c h w i t hd i f f e r e n t Qo S r e q u i r e m e n t s a s g i v e n b e l o w .A U n s o l i c i t e d G r a n t S e r v i c e ( U G S ) .T h e UGS i s d e s i g n e d t o s u p p o r t r e a l - t i m e s e r v i c e f l o w s t h a tg e n e r a t e f i x e d s i z e d a t a p a c k e t s o n a p e r i o d i c b a s i s , s u c h a sT I , E l a n d V o i c e o v e r I P w i t h o u t s i l e n c e s u p p r e s s i o n . T h i ss e r v i c e r e c e i v e s f i x e d s i z e u n s o l i c i t e d d a t a g r a n t s( t r a n s m i s s i o n o p p o r t u n i t i e s ) o n a p e r i o d i c b a s i s . T h e r e f o r e , i te l i m i n a t e s t h e o v e r h e a d a n d l a t e n c y o f r e q u i r i n g t h e S S t os e n d r e q u e s t s f o r d a t a g r a n t .B R e a l T i m e P o l l i n g S e r v i c e ( r t P S ) .T h e r t P S i s d e s i g n e d t o s u p p o r t r e a l - t i m e s e r v i c e f l o w s t h a tg e n e r a t e v a r i a b l e s i z e d a t a p a c k e t s o n a p e r i o d i c b a s i s , s u c h a sM P EG v i d e o . T h i s s e r v i c e o f f e r s p e r i o d i c u n i c a s t r e q u e s to p p o r t u n i t i e s , w h i c h m e e t t h e f l o w s r e a l - t i m e n e e d s .C N o n - R e a l T i m e P o l l i n g S e r v i c e ( n r t P S ) .T h i s s e r v i c e i s i n t r o d u c e d f o r n o n - r e a l - t i m e f l o w s w h i c hr e q u i r e v a r i a b l e s i z e d a t a g r a n t s o n a r e g u l a r b a s i s , s u c h a sh i g h b a n d w i d t h F TP . T h i s s e r v i c e o f f e r s u n i c a s t p o l l s o n ap e r i o d i c b a s i s , b u t u s i n g m o r e s p a c e d i n t e r v a l s t h a n r t P S .D B e s t E f f o r t S e r v i c e ( B E S ) .T h i s s e r v i c e i s d e s i g n e d t o s u p p o r t b e s t e f f o r t t r a f f i c a n do f f e r s n o g u a r a n t e e . S S i s a l l o w e d t o u s e b o t h c o n t e n t i o n a n du n i c a s t r e q u e s t s l o t s .

I I I . BS PROPORTIONAL F A I R SCHEDULERT h e g e n e r a l s y s t e m m o d e l c o n t a i n i n g b o t h p r o p o r t i o n a lf a i r s c h e d u l e r a n d EDD s c h e d u l e r i s d e p i c t e d i n F i g . 1 . T h es c h e d u l e r i n t h e BS a l l o c a t e s O F D M A r e s o u r c e s t o e a c h S Sp r o p o r t i o n a l l y b a s e d o n t h e r e c e i v e d b a n d w i d t h r e q u e s t .BSSS

MAC CPS 4 E & m A k % ! d 1 heqtLeMtAC CP SP A C - e X i O E1 listFair a J l d w i d i k a U L ] i r J O Due D t a th E 4 u . e ( E B B )D i e r n s r 3 r B n S(hEdU

t h r e e OFDM s y m b o l s i n t i m e d o m a i n a n d o n e s ub c h a n n e l i nf r e q u e n c y d o m a i n w h e r e a s o n e s u b c h an n el c o n t a i n s 1 6 d a t as u b c a r r i e r s .T h e BS s c h e d u l e r a l l o c a t e s t h e u n i c a s t b a n d w i d t h r e q u e s ts l o t i n e a c h f r a m e f o r t h e S S e i t h e r w i t h t h e r t P S o r n r t P Ss e r v i c e a c t i v e . T h e S S w h i c h c o n t a i n s o n l y BE s e r v i c e g e t t h eo p p o r t u n i t y t o s e n d t h e b a n d w i d t h r e q u e s t i n e v e r y t h i r df r a m e . T h e BS s c h e d u l e r a l l o c a t e s r e s o u r c e i n t h e f o l l o w i n gh i e r a r c h i c a l m a n n e r . F i r s t f o r t h e UGS s e r v i c e a n d t h e n f o rp o l l i n g t h e S S ' s t o s e n d b a n d w i d t h r e q u e s t a s p e r t h e s e r v i c e sa c t i v e i n t h a t S S a n d f i n a l l y t h e r e m a i n i n g OFDMA r e s o u r c e sa r e a l l o c a t e d f o r s e n d i n g t h e b u f f e r e d d a t a i n t h e S S f o r w h i c ht h e b a n d w i d t h r e q u e s t i s r e c e i v e d .C o n s i d e r t h e n u m b e r o f S S i n a n e t w o r k i s n , a n d t h e nr e s o u r c e a l l o c a t e d t o e a c h S S i s g i v e n b y ( 1 ) ,n( B R , / b p s ) * ( T R - ( Y P + U G S . ) )BA= i = i1 n( Y B R i / b p s )

i = lN S i = B A i + p , + U G S i( 1 )

( 2 )W h e r e ,N S i = n u m b e r o f s l o t s a l l o c a t e d t o i t h S SB A i = n u m b e r o f s l o t s a l l o c a t e d f o r r e q u e s t e d b a n d w i d t hU G S i = s l o t s n e e d t o a l l o c a t e f o r UGS a p p l i c a t i o nB R i = r e c e i v e d b a n d w i d t h r e q u e s t f r o m t h e i S S i n b y t e sb p s = b y t e s p e r s l o t ( 1 2 f o r 16QAM CT C 1 / 2 a n d1 8 f o r 16QAM CT C 2 / 3 )T R = t o t a l OFDMA r e s o u r c e i n s l o t sP i = s l o t n e e d e d f o r p o l l i n g t h e S S . T h i s i s o n e s l o t f o re ac h f ra me i f s t a t i o n h a s r t P S o r n r t P S s e r v i c e a n d o n e s l o t f o re v e r y t h r e e f r a m e i f s t a t i o n h a s o n l y BE s e r v i c e c l a s s o n l y .

I V . S S EDD S C H E D U L E RT h e EDD s c h e d u l e r i s s h o w n i n F i g . 2 . T h e s c h e d u l e r t o b ed e s i g n e d h a s t o m e e t Qo S r e q u i r e m e n t s s u c h a s t h r o u g h p u t ,l a t e n c y , d e l a y - j i t t e r , p a c k e t l o s s r a t i o o f e ac h s e r v i c e , e f f i c i e n tu t i l i z a t i o n o f BW a n d

BS She dx de 1 .Pon i g e n d i k yE v e r y fram e - SSwihrLPS a x rLdPSEvey t h f i r d fram e - S SwiBEo n l y2 . BW lt ainS l o t s f o r UC S + p o 0 U + p r o p o rt i o n al far of B \ W r e q u e s tF i g . 1 . G e n e r a l s y s t e m m o d e l c o n t a i n i n g b o t hP r o p o r t i o n a l f a i r s c h e d u l e r a n d EDD s c h e d u l e r .

T h e m i n i m u m r e s o u r c e r e q u i r e d f o r d a t a a n d MACm a n a g e m e n t m e s s a g e f o r u p l i n k i s o n e s l o t , w h i c h c o n t a i n s F i g . 2 . Q u e u i n g m o d e l i n e a c h S S a n d S c h e d u l e r .



3/5

a v o i d s t a r v a t i o n o f l o w p r i o r i t y s e r v i c e . P r op er de si g n o fs c h e d u l e r i s n e c e s s a r y t o m a i n t a i n t h e Qo S r e q u i r e m e n t s o ft h e s e r v i c e .T h e m u l t i m e d i a s u p p o r t e d ED D s c h e d u l e r r e s i d e s i n S S a n ds e r v e s t h e p a c k e t s i n t h e o r d e r o f t h e d e a d l i n e a s s i g n e d t o e a c hp a c k e t . A l l t h e a p p l i c a t i o n s g e n e r a t e d i n S S a r e c l a s s i f i e d i nt o a n y o n e o f f o u r t r a f f i c c l a s s e s s u c h a s UGS, r t P S , n r t P S a n dB E . ED D s c h e d u l e r i n S S t a k e s t h e e a r l i e s t d u e p a c k e t f r o mt h e f o u r t r a f f i c q u e u e s a n d p u t i n t o o ut p ut q u e ue . A l w a y s t h ep a c k e t w h i c h h a s t h e e a r l i e s t d e a d l i n e w i l l b e s e r v e d f i r s t .V . SIMULATION MODELT h e s i m u l a t i o n i s c a r r i e d o u t w i t h t h e f o l l o w i n g s y s t e mp a r a m e t e r s .An I E E E 8 0 2 . 1 6 d O F D M A s y s t e m w it h o n e BS a n d f i v eS S i s c o n s i d e r e d . T h e O F D M A s y s t e m i s d e s i g n e d w i t h1OMHz c h a n n e l b a n d w i d t h w i t h 2 0 4 8 FFT s u b c a r r i e r s .D i f f e r e n t m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s s u c h a s v o i c e , v i d e o a n dd a t a a r e g e n e r a t e d r a n d o m l y i n e a c h S S a n d a r e m a p p e d i n t ov a r i o u s W i M A X s e r v i c e c l a s s e s . T h e p a c k e t i n t e r a r r i v a l t i m eo f e a c h a p p l i c a t i o n i s e x p o n e n t i a l l y d i s t r i b u t e d . T h es i m u l a t i o n i s p e r f o r m e d w i t h t w o d i f f e r e n t f r a m e s i z e s a n dt w o d i f f e r e n t c o d i n g r a t e s . T h e o t h e r s i m u l a t i o n p a r a m e t e r sa r e s h o w n i n T a b l e I a s d i s c u s s e d i n [ 1 2 ] .

TABLE ISIMULATION PARAMETERSP a r a m e t e r i 5 m s OFDMA f r a m e O i m s OFDMA f r a m eNo o f S u b c h a n n e l 7 0 7 0No o f d a t a s u b c a r r i e r 1 6 1 6S e l e c t e d n o o f OFDMs y m b o l s f o r UL a n d ( 2 6 ( D L ) , 2 1 ( U L ) ) ( 4 9 ( D L ) , 4 5 ( U L ) )D LS y m b o l / s l o t 3 3T o t a l s l o t s f o r UL 1 4 7 0 OFDM s y m b o l s , 3 1 5 0 OFDM s y m b o l sf r a m e 4 9 0 s l o t s 1 0 5 0 s l o t s

V I RESULTS AND ANALYSIS.I n t h i s s e c t i o n t h e n o r m a l i z e d t h r o u g h p u t a n d d e l a yp e r f o r m a n c e o f t h e p r o p o s e d s c h e d u l e r i s p r e s e n t e d . W e h a v ea s s u m e d t h a t a n y p a c k e t w h i c h c r o s s e s t h e d e l a y l a t e n c y w i l l

b e d r o p p e d . N o r m a l i z e d t h r o u g h p u t i s g i v e n a sT o t a l n o o f p a c k e t s T r a n s m i t t e dN o n n a l i z e d T h r o u g h p u t =T o t a l no o f p a c k e t s T r a n s m i i t t e d + T o t a l n o o f p a c k e t s d r o p p e d

( 3 )A . N o r m a l i z e d T h r o u g h p u t P e r f o r m a n c eF i g s . 3 , 4 , 5 a n d 6 s h o w s t h e t h r o u g h p u t p e r f o r m a n c e o f t h ep r o p o s e d BS p r o p o r t i o n a l f a i r - S S ED D s c h e d u l e r f o r v a r i o u ss e r v i c e c l a s s e s .

C o m p a r i s o n o f T h r o u g h p u t fo r U G S A p p l i c a t i o n

0 . 9 5 T T I

0 . 9

0 . 8 5

X 0 . 8E0

0 . 7 5 1 6 Q A M , R a t e l / 2 , 1 0 m s f r a m e_ _ 1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 0 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e l / 2 , 5 m s f r a m e0 . 7 1 6 Q A M , R a t e 2 M , 5 m s F r a m e

0 . 6 5 0 1 0 2 0 3 0 4 0N u m b e r o f S y s t e m C a l l s 5 0 6 0

F i g . 3 . T h r o u g h p u t P e r fo r ma n c e o f UGS A p p l i c a t i o nf o r 1 O i m s a n d 5ms f r a m e .T h e d o w n l i n k f r a m e c o n t a i n s o n l y D L M A P a n d U I L M A Pf i e l d s a n d t h e r e w i l l n o t b e a D L b u r s t s f i e l d a s D L t r a f f i c i s

n o t c o n s i d e r e d f o r s i m u l a t i o n p u r p o s e . T h e t r a f f i c m o d e l s u s e df o r s i m u l a t i o n a r e s h o w n i n t a b l e I I .TABLE I I

TRAFFIC M O D E L S USED FOR SIMULATIONA p p l i c a t i o n D e l a y D a t a P a c k e t S l o t s n e e d e d S l o t st y p e l a t e n c y r a t e I n t e r f o r 16QAM n e e d e d f o r( m s e c ) ( k b p s ) a r r i v a l l 2 16QAM 2 / 3t i m e

( m s e c )I J T L S 06L6 02O 4Ilnr t P S 4 0 6 4 0 4 1 7 1 2n r t P S 5 0 4 2 0 4 1 8 1 2

RF. va~no 7 1 0 1 X

C o m p a r i s o n O T n r o u g n p u t T O [ ISb A p p l l c t O i n

0 . 9

0 . 8p

0 . 7Ez 0 . 6

1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 1 O m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 O m s f r a m e0 . 5 1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 5 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 5 m s f r a m e

S e v e r a l a s s u m p t i o n s h a v e b e e n m a d e t o r e d u c e t h ec o m p l e x i t y o f t h e s i m u l a t i o n m o d e l :* T h e e f f e c t s o f p r o p a g a t i o n d e l a y a r e n e g l e c t e d .* T h e c h a n n e l i s e r r o r - f r e e t h a t m e a n s t h a t e a c ht r a n s m i t t e d p a c k e t w a s s u c c e s s f u l l y a n d c o r r e c t l yr e c e i v e d a t i t s d e s t i n a t i o n .

0 . 4 0 1 0 20 3 0 40N u m b e r o f S y s t e m C a l l s 5 0 60

F i g . 4 . T h r o u g h p u t P e r f o r m a n c e o f r t P S A p p l i c a t i o nf o r l O i m s a n d 5ms f r a m e .

z



4/5

C o m p a r i s o n o f T h r o u g h p u t f o r N R T P S A p p l i c a t i o n

0 . 9

0 . 8

0 . 7p: s= 0. 6E

0 . 5 1 6 Q A M , R a t e 1 / , 1 O m s f r a m e1 6 ~ Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 O l m s f r a m e0 4 - - 1 6 Q A M , R a t e 1 1 2 , 5 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 5 m s f r a m e0. 3 0 1 0 2 0 3 0 4 0

N u m b e r o f S y s t e m C a l l s5 0 6 0

F i g . 5 . T h r o u g h p u t P e r fo r ma n c e o f n r t P S A p p l i c a t i o nf o r l O m s a n d 5ms f r a m e .T h e n o r m a l i z e d t h r o u g h p u t o f e a c h a p p l i c a t i o n i sc a l c u l a t e d f o r d i f f e r e n t c o d i n g r a t e s a n d O F D M A f r a m e s i z e .

C o m p a r i s o n o f T h r o u g h p u t f o r B E A p p l i c a t i o n s0 . 9 5

0 . 9 _, 0 . 8 52 0 . 8sN 0 . 7 5._ !Ez 0 . 7 _

o v e r h e a d . B u t w h e n t h e s y s t e m u s e s h i g h e r c o d i n g r a t e(16QAM CT C 2 / 3 ) t h e t h r o u g h p u t p e r f o r m a n c e i s i n c r e a s e dd r a s t i c a l l y a n d t h e p a c k e t l o s s i s r e d u c e d h e a v i l y .B D e la y P e r f o r ma n c eF i g s . 7 , 8 , 9 a n d 1 0 s h o w t h e d e l a y p e r f o r m a n c e o f t h ep r o p o s e d BS p r o p o r t i o n a l f a i r - S S ED D s c h e d u l e r . ED Ds c h e d u l e r w h i c h r e s i d e s i n t h e S S p r o v i d e s t h e d e l a y g u a r a n t e ef o r a l l k in d o f a p p l i c a t i o n s . F i g . 8 s h o w s t h e d e l a y p e r f o r m a n c eo f UGS a p p l i c a t i o n f o r d i f f e r e n t PHY p a r a m e t e r s . D u r i n gh e a v y l o a d c o n d i t i o n a l s o , ED D s c h e d u l e r p r o v i d e s t h e d e l a yg u a r a n t e e . I t i s o b s e r v e d f r o m t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s t h a t t h ed e l a y i s l i t t l e b i t r e d u c e d i f t h e s y s t e m u s e s h i g h e r c o d i n g r a t e .A l s o i t i s o b s e r v e d t h a t f o r h i g h e r f r a m e s i z e s , t h e d e l a yo c c u r s m o r e . S o 5 m s e c f r a m e i s m o r e s u i t a b l e f o r UGSa p p l i c a t i o n . T h e d e l a y p e r f o r m a n c e o f t h e r t P S , n r t P S a n d BEa r e s h o w n i n F i g s 9 , 1 0 a n d 1 1 . T h e PHY i m p a c t i s s i m i l a r t ot h a t o f UGS a p p l i c a t i o n .

C o m p a r i s o n of D e l a y f o r UGS a p p l i c a t i o n1 6 Q A M R a t e 1 / 2 , 1 0 i s f r a m e

1 0 _ = 1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 0 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e l / 2 , 5 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 5 m s f r a m e

enEZ 6c z

0 . 6 5 1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 1 O m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 O m s f r a m e0 . 6 - - 1 6 Q A M , R a t e 1 1 2 , 5 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 5 m s f r a m e 1 0 2 0 3 0 4 0N u m b e r o f S y s t e m C a l l s

0 . 5 5 _0 1 0 2 0 3 0 4 0N u m b e r o f S y s t e m C a l l s 5 0 6 0

F i g . 6 . T h r o u g h p u t P e r fo r ma n c e o f BE A p p l i c a t i o nf o r l O m s a n d 5ms f r a m e .T h e n o r m a l i z e d t h r o u g h p u t o f e a c h a p p l i c a t i o n i sc a l c u l a t e d f o r d i f f e r e n t c o d i n g r a t e s a n d OFDMA f r a m e s i z e

as g i v e n i n ( 3 ) ,F i g . 3 s h o w s t h e n o r m a l i z e d t h r o u g h p u t f o r UGSa p p l i c a t i o n . E v e n t h o u g h BS s c h e d u l e r a l l o c a t e s t h e resourcesu n s o l i c i t e d f o r UGS, t h e s e resources ar e s t o l e n b y o t h e rs e r v i c e c l a s s p a c k e t s d u e t o t h e i r e a r l i e s t d e a d l i n e p a r a m e t e r .F i g . 4 s h o w s t h e n o r m a l i z e d t h r o u g h p u t f o r r t P Sa p p l i c a t i o n a n d F i g . 5 s h o w s t h r o u g h p u t p e r f o r m a n c e o f n r t P Sa p p l i c a t i o n . BE s e r v i c e s ar e n o t much a f f e c t e d e ve n d u r i n gl e s s over l o a d c o n d i t i o n d u e t o EDD s c h e d u l e r i n t h e S Sw h i c h i s s h o w n i n F i g . 6 .From t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s i t i s o b s e r v e d t h a t u n d e r l o wl o a d c o n d i t i o n t h e t h r o u g h p u t p e r f o r m a n c e i s s i m i l a r f o r a l lPHY p a r a m e t e r s ( c o d i n g r a t e a n d f r a m e s i z e ) . W hen t h en u m b e r o f c a l l s i n c r e a s e s , t h e n o r m a l i z e d t h r o u g h p u t i sr e d u c e d as t h e n u m b e r o f l o s t p a c k e t s i n c r e a s i n g . T h en o r m a l i z e d t h r o u g h p u t p e r f o r m a n c e i s e n h a n c e d as t h e f r a m es i z e ( 1 O m s e c f r a m e ) i s i n c r e a s e d b e c a u s e o f t h e r e d u c e d

F i g . 7 . D e l a y P e rf o rm an c e o f UGS A p p l i c a t i o nf o r l O m s a n d 5 ms f r a m e .C o r p a r i s o n o f D e l a y f o r R T P S A p p l i c a t i o n1 1 11, 1 1 , 1

10 1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 1 0 m s f r a m e1 0 -_ 1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 0 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 5 m s f r a m e9 1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 5 m s f r a m e

e n 7-4 6

10 2 0 3 0 4 0N u m b e r o f S y s t e m c a l l s

5 0 6 0

F i g . 8 . D e l a y P e r fo r ma n c e o f r t P S A p p l i c a t i o nf o r l O m s a n d 5 ms f r a m e .

5 0 602 _0



5/5

C o r r p a r i s o n o f D e l a yfor NRTPS A p p l i c a t i o n1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 1 0 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 0 m s f r a m e--1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 5 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 1 3 , 5 m s f r a m e

E 25-E

20

15

1 0 _

10 2 0 3 0 4 0Number o f S y s t e m C a l l s

5 0 6 0

F i g . 9 . D e la y P e r fo r ma n c e o f n r t P S A p p l i c a t i o nf o r 1 O i m s a n d 5ms f r a m e .C o n p a r i s o n o f D e l a y f o r B E A p p l i c t i o n s14 0

1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , l o m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 / 3 , 1 0 m s f r a m e1 2 0 - 1 6 Q A M , R a t e 1 / 2 , 5 m s f r a m e1 6 Q A M , R a t e 2 1 3 , 5 m s f r a m ea 0_

80 -

60 -

[ 3 ] A r i t o n E . X h a f a , S h a n t a n u K a n g u d a n d X i a o l i n l u . "MAC p e r f o r m a n c eo f IEEE 8 0 2 . 1 6 e " I E E E P r o c . 2 0 0 0 5 .[ 4 ] T a e s o o Kwon , Howon l e e , S i k c h o i a n d Dong-Ho c h o " De s i gn a n di m p l e m e n t a t i o n o f a s i m u l a t o r b as ed o n a c r o s s l a y e r p r o t o c o l b e t w e e nMAC a n d p h y s i c a l l a y e r i n a W i B r o c o m p a t i b l e I E E E 8 0 2 . 1 6 e OFDMAs y s te m ". I E E E c o m mu n i c at i on m a g az i n e , De c 2 0 0 5[ 5 ] Dong-Hoon C h o , J u n g - H o o n S o n g , M i n - S u Ki m a n d K i - J u n H a n ." P e r f o r m a n c e A n a l y s i s o f t h e IEEE 8 0 2 . 1 6 w i r e l e s s M e t r o p o l i t a n a r e aN e t w o r k " . P r oc e ed in g s o f f i r s t i n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c e o n D i s t r i b u t e dF r a m e w o r k s f o r M u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s ( D F M A ' 0 5 ) IEEE C o m p u t e rS o c i e t y .[ 6 ] S h y a m a l R a m a c h a n d r a n , C h a r l e s . W. B o s t i a n , S c o t t .F . M i d k i f f , " P e r f o r m a n c e E v a l u a t i o n o f IEEE 8 0 2 . 1 6 f o r B r o a d b a n dW i r e l e s s A c c e s s " , P r o c . Of OPNET WOR K 2 0 0 2 .[ 7 ] A f t a b A h m a d , C h e n g s h u n X i n , F e n g H e , M i c h a e l M c K o r m i c ," Mu lt im ed ia p er fo rm an c e o f IEEE 8 0 2 . 1 6 MAC", P ro c e ed in g s o fOPNETWORK, 2 0 0 4 .P a p e r s P u b l i s h e d i n c o n f e r e n c e s[ 8 ] R . P e r u m a l r a j a , J . J a c k s o n J u l i e t R o y , S . R a d h a "QOS B a s e d S c h e d u l i n gi n IEEE 8 0 2 . 1 6 d OFDMA N e t w o r k s f o r VBR A p p li c a t io n s " N a ti o n a lC o n f e r e n c e o n C o m m u n i c a t i o n T e c h n o l o g y 2 0 0 6 ( N C C T ' 0 6 ) .S t a n d a r d s[ 9 ] IEEE 8 0 2 . 1 6 - R E V d / D 5 - 2 0 0 4 , " I E E E S t a n d a r d f o r L o c a l a n dM e t r o p o l i t a n A r e a N e t w o r k s - P a r t 1 6 : A i r I n t e r f a c e f o r F i x e d

B r o a d b a n d W i r e l e s s A c c e s s S y s t e m s , " M ay 1 3 , 2 0 0 4 .[ 1 0 ] IEEE 8 0 2 . 1 6 e / D 5 - 2 0 0 4 , " I E E E S t a n d a r d f o r L o c a l a n d M e t r o p o l i t a nA r e a N e t w o r k s - P a r t 1 6 : A i r I n t e r f a c e f o r F i x e d B r o a d b a n d W i r e l e s sA c c es s S y s te m s - Amendment f o r P h y s i c a l a n d Medium A c c e s s C o n t r o lL a y e r s f o r C o m b i n e d F i x e d a n d M ob i le O p e r a t i o n i n L i c e n s e d B a n d s , "S e p 1 8 , 2 0 0 4 .4 0 g // T e c h n i c a l R e p o r t s .[ 1 1 ] I n t e l T e c h n o l o g y J o u r n a l , V o l u m e 8 , I s s u e 3 , 2 0 0 4 .20 - [ 1 2 ] WiMAX Forum M o b i l e WiMAX P I C S .0o 10 2 0 3 0 4 0

Number of S y s t e m C a l l s5 0 6 0

F i g . 10 . D e l a y P e rf o rm an c e o f BE A p p l i c a t i o nf o r l O i m s a n d 5ms f r a m e .V I I . CONCLUSION AND FUTURE WORK

I n t h i s paper, m u l t i m e d i a s u p p o r t e d S S EDD s c h e d u l e r a n dBS p r o p o r t i o n a l f a i r s c h e d u l e r h a s b e e n p r o p o s e d . From t h es i m u l a t i o n r e s u l t s i t i s o b s e r v e d t h a t f o r h i g h e r c o d e r a t e s( 2 / 3 ) , b o t h t h e d e l a y a n d t h r o u g h p u t p e r f o r m a n c e wasi m p r o v e d when c o m p a r e d w it h l ow er c o d i n g r a t e s ( 1 / 2 ) . A l s oi t can b e o b s e r v e d t h a t f o r h i g h e r f r a m e s i z e s , t h r o u g h p u tp e r f o r m a n c e was i m p r o v e d s l i g h t l y , w h e r e a s t h e d e l a yp e r f o r m a n c e was d e g r a d e d when c o m p a r e d w i t h s m a l l e rf r a m e s i z e s . F i n a l l y , t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h ec o mb i n at io n o f b o th s c h e d u l e r s p r o v i d e s d e l a y g u a r a n t e e s a n di m p r o v e d t h r o u g h p u t f o r m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s . I n t h i sw o r k , o nl y u p li nk s c he d u l i n g i s c o n s i d e r e d , w h i c h can b e

I X . B I O G R A P H I E SR . P e r u m a l r a j a g r a d u a t e d f r o m t h e R eg io n a l E n g g .C ol le ge , T ri c hy , I n d i a . He c o m p l e t e d h i s p o s tg r a d u a t i o n f r o m SSN c o l l e g e o f E n g g . , I n d i a .P r e s e n t l y h e i s w o r k i n g i n C D O T - A l c a t e l r e s e a r c hc e n t r e , C h e n n a i , I n d i a . H i s s p e c i a l f i e l d s o f i n t e r e s ti n c l u de w i r el e s s t e c h n o l o g i e s .

J . J a c k s o n J u l i e t Roy g r a d u a t e d f r om M a d u r aiK a m a r a j U n i v e r s i t y in E l e c t r i c a l a n d E l e c t r o n i c sE ng in e e r in g d u r i ng the year 1998. He obtained hisMaster d e gr e e in A p p l i e d Electronics fromCoimbatore Institure of Technology and currentlyp u r s u i n g h i s P h . D d e g r e e i n Anna U n i v e r s i t y . He i s a tpresent w o r k i n g as r e s e a r c h e n g i n e e r at AU-KBC

R e s e a r c h C e n t r e . H i s area o f i n t e r e s t i s i n t h e area o f Qo S g u a r a n t e e i n g a t t h eMAC l e v e l i n t h e WLAN a n d WiMAX s y s t e m s a n d a l s o i n t e r e s t e d i n t h ei n t e g r a t e d h e t e r o g e n e o u s n e t w o r k Q o S .

e x t e n d e d f o r d o w n l i n k s c h e d u l i n g a n d a l s o c o n t e n t i o n b a s e d S . R a d h a g r a d u a t e d f r o m M a d ur a i K a ma r aj U n i v e r s i t yCDMAbandwidth request can be included, i n E l e c t r o n i c s a n d Communication E n g i n e e r i n g d u r i ngC D _n w t re e tc b e t h e year 1 9 8 9 . S h e o b ta in e d h er M a s t e r d e g r e e i nA p p l i e d E l e c t r o n i c s f r o m G o v e r n m e n t C o l l e g e o fV I I I . REFERENCES T e c h n o l o g y , C oi mb a t or e a n d P h . D i n t h e area o f

Mobile Ad Hoc Networks from Co l l e g e of[ 1 ] Howon L e e , T a e s o o K w o n a n d Dong-Ho C h o . "An E n h a n c e d U p l i n k Engineering, Guindy, Anna University, Chennai She

S c he du l in g Algorithm Based onVoice Activity for VoIP Services i nIEEE 8 0 2 . 1 6 d / e S y s t e m " IEEE C o m m u n i c a t i o n l e t t e r s , V o l . 9 , N o . 8 , experience f r o m v a r i o u s i n s t i t u t i o n s . Sh e has 30 p u b l i c a t i o n s in I n t e r n a t i o n a lAug 2 0 0 5 . an d National J o u r n a l s and c o n f e r e n c e s i n t h e a r e a of M o b i l e Ad Ho c[ 2 ] R . J a y a p a r v a t h y a n d G . S u re s h k um ar . " P er f o r m an c e e v a l u a t i o n o f Network. He r c u r re n t a r ea s of r e s e a r c h a r e s e c u r i t y and a r c h i te c t ur e i s s u es ofs c h e d u l i n g s c h e m e s f o r f i x e d b r o a d b a n d w i r e l e s s access s y s t e m s " . mo bi le Ad Ho c networks an d s e n s o r n e t w o r k s .

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