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Un esquema de asignación de recursos para la minimización de retrasos de paquetes en redes IoT basadas en celular de múltiples niveles

Autores: Li, Jin; Guan, Wenyang; Tang, Zuoyin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Un esquema de asignación de recursos para la minimización de retrasos de paquetes en redes IoT basadas en celular de múltiples niveles


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas generales

Palabras clave

Avances
Internet de las Cosas
Dispositivos IoT
Requisitos de QoS
Redes 5G
Latencia de paquetes

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 33

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Con los avances en las tecnologías de Internet de las cosas (IoT), miles de millones de dispositivos se están conectando, lo que puede resultar en la detección y control sin precedentes de los entornos físicos. Los dispositivos IoT tienen diversos requisitos de calidad de servicio (QoS), incluyendo la tasa de datos, la latencia, la confiabilidad y el consumo de energía. Cumplir con los diversos requisitos de QoS presenta grandes desafíos para las redes celulares de quinta generación (5G) existentes, especialmente en escenarios sin precedentes en las redes 5G, como las redes de vehículos conectados, donde puede ser necesaria una estricta latencia de paquetes de datos. Los dispositivos IoT con estos escenarios tienen mayores requisitos en cuanto a la latencia de paquetes en la red, lo cual es esencial para la utilización de las redes 5G. En este documento, proponemos una red IoT celular de múltiples niveles para abordar este desafío, con un enfoque particular en cumplir con los requisitos de latencia de la aplicación. En la red de múltiples niveles, los puntos de acceso (AP) pueden relé y reenviar paquetes de dispositivos IoT u otros AP, lo que puede soportar tasas de datos más altas con múltiples saltos entre dispositivos IoT y estaciones base celulares. Sin embargo, dado que el relé de múltiples saltos puede causar retrasos adicionales, lo cual es crucial para aplicaciones sensibles a la latencia, desarrollamos nuevos esquemas para mitigar el impacto adverso. En primer lugar, diseñamos un esquema de programación de priorización de tráfico para clasificar los paquetes con diferentes prioridades en cada AP basado en la antigüedad de la información (AoI). Luego, diseñamos diferentes protocolos de acceso al canal para la transmisión de paquetes de acuerdo con sus prioridades para garantizar el QoS en la red y la utilización efectiva de los recursos de red limitados. Se propone un modelo teórico basado en teoría de colas para analizar el retraso de paquetes para cada tipo de paquete en cada nivel de las redes IoT de múltiples niveles. Se desarrolla un algoritmo óptimo para la distribución de recursos de espectro y potencia para reducir el retraso general de paquetes de manera de múltiples niveles. Los resultados numéricos logrados en una red IoT celular de dos niveles muestran que el retraso objetivo de paquetes para aplicaciones sensibles a la latencia se puede lograr sin un gran costo en términos de equidad de tráfico.

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