Andson M. Balieiro, Kelvin L. Dias {amb4,

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1 Mapeamento de Redes Virtuais Secundárias em Substrato Sem Fio Baseado em Rádio Cognitivo: Formuação Mutiobjetivo e Anáise Andson M. Baieiro, Kevin L. Dias {amb4, kd}@cin.ufpe.br

2 Agenda Motivação e Cenário Desafio do Mapeamento de SVN Objetivos Formuação Cenário, métricas e Probema Anáise de Infuência de Parâmetros e Métrica Considerações Finais 2

3 Motivação Futuro da Comunicação Digita: Redes sem fio heterogêneas e ubíquas: tecnoogias, topoogias e áreas de cobertura diferentes Crescente demanda por serviços com requisitos distintos Segurança, QoS e QoE. Gerenciar este ecossistema compexo se torna desafiador. 3

4 Motivação Virtuaização sem fio é apontada como uma soução eficiente. Permite a criação de redes virtuais(vns) sem fio sobre a mesma rede de substrato. Envove compartihamento de infraestrurua e espectro. Introduz novas entidades no modeo de negócio: MNO (InP) e SP. 4

5 Motivação Tráfego móve no mundo cresce: Crescimento de pataformas de computação móve: smart phones, tabets,etc. Necessidade de um recurso natura e escasso: Espectro Eetromagnético A inserção virtuaização mehora a utiização de recursos Mas, abordagens atuais podem ocasionar subutiização de recurso. Subutiização ocorre em momentos de baixo tráfego nas VNs Recursos aocados a uma VN não são compartihados com outra 5

6 Motivação Soução: Virtuaização Sem Fio + Rádio Cognitivo(CR) + DSA Mais profundo níve de virtuaização: baseada em espectro. Mehora utiização através do acesso oportunista ao recurso. Como isso acontece? VNs com diferentes prioridades (PVNs e SVNs) podem ser impantadas utiizando recursos comuns. SVN somente acessa o recurso quando a PVN não o está utiizando. Como impementar? CR : cognição e reconfiguração. Redes virtuais com diferentes RATs (p. ex.) podem ser instanciadas na mesma rede de substrato. 6

7 O Cenário Novos desafios surgem: desde o mapeamento até a operação de tais VNs 7

8 Desafio no Mapeamento de SVN Mapeamento de VNs em Redes de Substrato é um probema NP-hard. VNs com diferentes prioridades torna o probema mais desafiador: SVN utiiza os recursos de forma oportunista Mapeamento de SVN deve considerar: A demanda requisitada pea SVN: atender os requisitos da comunicação secundária. A atividade da rede primária: evitar a interferir na comunicação primária. Mapeamento de PVN ocorre de forma usua Não considera a existência das SVNs 8

9 Desafio no Mapeamento de SVN Mapeamento de SVN apresenta restrições e objetivos reacionados a: Comunicação primária: evitar interferência/ coisão no PU Ambiente de Rede/MNO: garantir utiização eficiente dos recursos Comunicação secundária: oferecer boa quaidade de comunicação ao seu usuário (evitar boqueio e handover de SU) Aguns objetivos são confitantes entre si. 9

10 Objetivos do trabaho Descrever o Ambiente de Redes Virtuais de Rádio Cognitivo; Modear as interações entre PVNs e SVNs, bem como métricas importantes; Formuar o Probema Mutiobjetivo de Mapeamento de SVNs em Redes de Substrato no ambiente descrito; Anaisar a infuência de aguns parâmetros /métrica sobre outros no processo de mapeamento. 10

11 Formuação do Cenário, Métricas e Probema de Mapeamento de SVNs em Rede de Substrato 11

12 Formuação do Cenário PVNs são mapeadas de forma usua: cada PVN j recebe uma parcea qj do recurso tota (M). 0 1 q j L j1 q j 1 Qj M. q j or M. q j 12

13 Formuação do Cenário Chegada de PU no cana i da Rede Virtua j: Processo de Poisson com taxa PU de chegada i, j 1 Tempo de permanência: distribuição exponencia com média PU Utiização do cana i peo PU i, j PU PU i, j i, j PU i, j Critério para utiização oportunista peo SU: Abordagem: no máximo 1 PU por cana. PU i, j 1 13

14 Formuação do Cenário Probabiidade do Cana i não está sendo usado peo PU (estado OFF) POFF (1 ) PU i, j i, j Número médio de canais OFF na Rede Virtua j Q j OFF OFF E[ NCh ] n. P[ NCh n] j n1 s OFF P[ NCh j n] POFFi, j. [1 POFFh, j ] d 1 i Ad, n, j h{ Qj Ad, n, j } j 14

15 Formuação do Cenário SNR no Cana i segue distribuição exponencia com média 1 SNR( db) i, j db Capacidade máxima do Cana i (em bps) na perspectiva do PU: R Bw.og (1 SNR ) i, j i, j 2 i, j R E[ R ] E[ Bw.og (1 ( SNR ))] i, j i, j i, j 2 i, j Capacidade efetiva do Cana i na perspectiva do SU Re POFF. R i, j i, j i, j 15

16 Formuação do Cenário Taxa de Chegada de SU na SVN : Poisson com taxa Tempo de permanência do SU: exponencia com média usuários/s Largura de banda requisitada peo SU na SVN : dist. exponencia com média 1/ w bps Número médio de SU na SVN NSU Largura de banda média requisitada pea SVN Bw 1. SU SU SU 1/ SU NSU. w SU req, SU s 16

17 Formuação para Probabiidade de Coisão Coisão ocorre quando o número de canais que os PUs e SUs tentam acessar é maior do que o número de canais aocados a SVN, com peo menos 1 UP e 1 US entre os usuários. n n i Pc ( SC ) ( P[ NPU i ; NSU ]) i1 ChSU ChSU 1/ w max 1, Rch Rch n i1 Re n i, 17

18 Formuação para Probabiidade de Coisão Considerando N SVNs, a Probabiidade de Coisão Média é dada: Pc N 1 Pc N 18

19 Formuação para Probabiidade de Boqueio Boqueio acontece quando a soma de número de PUs com o número médio de canais requisitado peo SUs é maior que a quantidade aocada a SVN. n SU n i Pb ( SC ) ( [ ; ]) P NPU i NSU i0 ChSU Considerando N SVNs, a Probabiidade de Boqueio Média é dada por: Pb SU N 1 Pb N SU 19

20 Formuação para Utiização Conjunta Deve-se considerar tanto a utiiza provida peos PUs e SUs uti SU NPU (1 Pb ). NSU. ChSU n Considerando N SVNs, a Utiização Conjunta Média é dada por: uti N 1 uti N 20

21 Formuação para Probabiidade de Handover SU muda de SVN devido ao retorno do PU P handover, NH NAd SU SU SU SU 1 NAd (1 Pb ). SU NH Min ( NHA. ChSU *, R) ChSU * NHA ( SC ) PcAd. NAd SU N max 0, SU R n NPU j (1 Pb ). NSU j. ChSU j1, j j j j 21

22 Formuação para Probabiidade de Handover Considerando N SVNs, a Probabiidade de Handover Média é dada: P handover N 1 P handover, N 22

23 O Probema Mutiobjetivo SU Minimize P, Pb and Maximize uti Subject to : handover Pc thrcoision, 1,2,3,..., N Raoc Bwreq,, 1,2,3,..., N SC SCu, u,, u 1,2,3,..., N 23

24 Anáise da infuência de aguns parâmetros e métrica 24

25 Anáise de Infuência Acançar todos os objetivos simutaneamente é desafiador Importante anaisar a infuência de: Aguns parâmetros sobre as métricas. Uma métrica sobre outras. Parâmetros: Utiização primária dos canais Número de canais aocados as SVNs Métrica: Probabiidade de Boqueio 25

26 Anáise de Infuência (resutados) Utiização Primária dos Canais 26

27 Anáise de Infuência (resutados) Número de Canais Aocados à SVN 27

28 Anáise de Infuência (resutados) Probabiidade de Boqueio 28

29 Considerações Finais A combinação de Virtuaização Sem Fio + Rádio Cognitivo(CR) + DSA mostra-se como um soução interessante: Subutiização de recurso Fexibiidade de Redes Virtuais Ambiente de Redes Virtuais de Rádio Cognitivo Impicações : É possíve se ter Redes virtuais com diferentes prioridades: novos modeos de negócios Garantia do níve de acesso: imitar a interferência no PU sem causar starvation ao SU. Mehor utiização dos recursos: aumento de receita do MNO. 29

30 Considerações Finais e Trabahos Futuros Modeo proposto permite: Anaisar os objetivos envovidos no probema de mapeamento de SVNs Subsidiar o desenvovimento de mecanismos para resover o probema Trabahos Futuros Desenvover e avaiar esquemas para resover o probema proposto Ampiar o modeo adotando outros modeos de distribuições 29

31 Obrigado pea atenção 53

32 Mapeamento de Redes Virtuais Secundárias em Substrato Sem Fio Baseado em Rádio Cognitivo: Formuação Mutiobjetivo e Anáise Andson M. Baieiro, Kevin L. Dias {amb4, kd}@cin.ufpe.br