In this paper, we study how to achieve the maximum capacity under delay constraints for large mobile wireless networks. We develop a systematic methodology for studying this problem in the asymptotic region when the number of nodes n in the network is large. We first identify a number of key parameters for a large class of scheduling schemes, and investigate the inherent tradeoffs among the capacity, the delay, and these scheduling parameters. Based on these inherent tradeoffs, we are able to compute the upper bound on the maximum per-node capacity of a large mobile wireless network under given delay constraints. Further, in the process of proving the upper bound, we are able to identify the optimal values of the key scheduling parameters. Knowing these optimal values, we can then develop scheduling schemes that achieve the upper bound up to some logarithmic factor, which suggests that our upper bound is fairly tight. We have applied this methodology to both the i.i.d. mobility model and the random way-point mobility model. In both cases, our methodology allows us to develop new scheduling schemes that can achieve larger capacity than previous proposals under the same delay constraints. In particular, for the i.i.d. mobility model, our scheme can achieve (n-1/3/log3/2 n) per-node capacity with constant delay. This demonstrates that, under the i.i.d. mobility model, mobility increases the capacity even with constant delays. Our methodology can also be extended to incorporate additional scheduling constraints.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.8
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pp.2607-2625
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2014
Previous studies on multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) mostly assume a homogeneous signal-to-noise ratio (SNR), where each user has the same average SNR. However, real networks are more likely to feature heterogeneous SNRs (a random-valued average SNR). Motivated by this fact, we analyze a multiuser MIMO downlink with a zero-forcing (ZF) receiver in a heterogeneous SNR environment. A transmitter with Mantennas constructs M orthonormal beams and performs the SNR-based proportional fairness (S-PF) scheduling where data are transmitted to users each with the highest ratio of the SNR to the average SNR per beam. We develop a new analytical expression for the sum throughput of the multiuser MIMO system. Furthermore, simply modifying the expression provides the sum throughput for important special cases such as homogeneous SNR, max-rate scheduling, or high SNR. From the analysis, we obtain new insights (lemmas): i) S-PF scheduling maximizes the sum throughput in the homogeneous SNR and ii) under high SNR and a large number of users, S-PF scheduling yields the same multiuser diversity for both heterogeneous SNRs and homogeneous SNRs. Numerical simulation shows the interesting result that the sum throughput is not always proportional to M for a small number of users.
Kim, Young-Ju;Song, Hyoung-Joon;Kwon, Dong-Young;Hong, Dae-Sik
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.45
no.11
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pp.9-14
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2008
In this paper, we propose a collision avoidance scheduling to increase the multiuser diversity gains in the adaptive orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) system. The scheduling policy is based on the minimum collision criterion which investigates the differences of user channels. The paper includes the derivation of capacity expressions for the adaptive OFDMA system with the proposed scheduling. The analysis shows that the capacity of the system depends on the number of collisions between the selected users to be simultaneously served. Numerical results show that the proposed scheduling provides improved capacity performance over existing ones.
Beacon scheduling is considered to be one of the most significant challenges for energy-efficient Low-Rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN) multi-hop networks. The emerging new standard, IEEE802.15.4e, contains a distributed beacon scheduling functionality that utilizes a specific bitmap and multi-superframe structure. However, this new standard does not provide a critical recipe for superframe duration (SD) allocation in beacon scheduling. Therefore, in this paper, we first introduce three different SD allocation approaches, LSB first, MSB first, and random. Via experiments we show that IEEE802.15.4e DSME beacon scheduling performs differently for different SD allocation schemes. Based on our experimental results we propose an adaptive SD allocation (ASDA) algorithm. It utilizes a single indicator, a distributed neighboring slot incrementer (DNSI). The experimental results demonstrate that the ASDA has a superior performance over other methods from the viewpoint of resource efficiency.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.89-100
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2016
Given the unpredictability of the space environment, satellite communications are manually performed by exchanging telecommands and telemetry. Ground support for orbiting satellites is given only during limited periods of ground antenna visibility, which can result in conflicts when multiple satellites are present. This problem can be regarded as a scheduling problem of allocating antenna support (task) to limited visibility (resource). To mitigate unforeseen errors and costs associated with manual scheduling and mission planning, we propose a novel method based on a genetic algorithm to solve the ground support problem of multiple satellites and antennae with visibility conflicts. Numerous scheduling parameters, including user priority, emergency, profit, contact interval, support time, remaining resource, are considered to provide maximum benefit to users and real applications. The modeling and formulae are developed in accordance with the characteristics of satellite communication. To validate the proposed algorithm, 20 satellites and 3 ground antennae in the Korean peninsula are assumed and modeled using the satellite tool kit (STK). The proposed algorithm is applied to two operation modes: (i) telemetry, tracking, and command and (ii) payload. The results of the present study show near-optimal scheduling in both operation modes and demonstrate the applicability of the proposed algorithm to actual mission control systems.
In this-paper, we propose a new task scheduling scheme for bus-based cluster architectures and analyze performance of the scheduling scheme which has been implemented in a PC cluster. The implemented scheme schedules the tasks of a task graph to the processors of a PC cluster, and it reduces parallel execution time by selectively duplicating critical tasks using heuristic. Experimental results show that the proposed scheduling scheme produces better parallel execution time than the other scheduling scheme.
The imprecise real-time system provides flexibility in scheduling time-critical tasks. Most scheduling problems of satisfying both 0/1 constraint and timing constraints, while the total error is minimized, are NP complete when the optional tasks have arbitrary processing times. Liu suggested a reasonable strategy of scheduling tasks with the 0/1 constraint on uniprocessors for minimizing the total error. Song et al suggested a reasonable strategy of scheduling tasks with the 0/1 constraint on multiprocessors for minimizing the total error. But, these algorithms are all off-line algorithms. On the other hand, in the case of on line scheduling, Shih and Liu proposed the NORA algorithm which can find a schedule with the minimum total error for a task system consisting solely of on-line tasks that are ready upon arrival. But, for the task system with 0/1 constraint, it has not been known whether the NORA algorithm can be optimal or not in the sense that it guarantees all mandatory tasks are completed by their deadlines and the total error is minimized. So, this paper suggests an optimal algorithm to search minimum total error for the imprecise on-line real-time task system with 0/1 constraint. Furthermore, the proposed algorithm has the same complexity, O(N log N), as the NORA algorithm, where N is the number of tasks.
In order for the optimal solution of generators’ annual maintenance scheduling to be applicable to the actual power system it is crucial to incorporate the constraints related to the equivalent operation hours (EOHs) in the optimization model. However, most of the existing researches on the optimal maintenance scheduling are based on the assumption that the maintenances are to be performed periodically regardless of the operation hours. It is mainly because the computation time to calculate EOHs increases exponentially as the number of generators becomes larger. In this paper an efficient algorithm based on demand grouping method is proposed to calculate the approximate EOHs in an acceptable computation time. The method to calculate the approximate EOHs is incorporated into the optimization model for the maintenance scheduling with consideration on the EOHs of generators. The proposed method is successfully applied to the actual Korean power system and shows significant improvement when compared to the result of the maintenance scheduling algorithm without consideration on EOHs.
This paper deals with a realistic production scheduling under a make-to-order production environment. The practical case is studied on the transformer winding process in the 'H' company. The transformer winding is a process that rolls a coil that is coated with an electric insulation material in order to generate the required voltage using the voltage fluctuation. This process occupies an important position among the production processes in the transformer manufacturing company. And this process is composed of parallel machines with different performances according to the voltage capacity and winding type. In this paper, we propose a practical heuristic algorithm for production scheduling to satisfy the customer’s due date under a make-to-order production environment. Also, we implement the production scheduling system based on the proposed heuristic algorithm. Consequently, the proposed heuristic algorithm and the implemented production scheduling system are currently working in the transformer production factory of the ‘H’ company.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.1
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pp.1-17
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2016
The separated management and operation of commercial IP/optical multilayer networks makes network operators look for a unified control plane (UCP) to reduce their capital and operational expenditure. Software-defined networking (SDN) provides a central control plane with a programmable mechanism, regarded as a promising UCP for future optical networks. The general control and scheduling mechanism in SDN-based optical burst switching (OBS) networks is insufficient so the controller has to process a large number of messages per second, resulting in low network resource utilization. In view of this, this paper presents the burst-flow scheduling mechanism (BFSM) with a proposed scheduling algorithm considering channel usage. The simulation results show that, compared with the general control and scheduling mechanism, BFSM provides higher resource utilization and controller performance for the SDN-based OBS network in terms of burst loss rate, the number of messages to which the controller responds, and the average latency of the controller to process a message.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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