Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2017
Autor(a) principal: Juaçaba Neto, Renato Caminha
Orientador(a): Rodrigues, Emanuel Bezerra
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30985
Resumo: The expectations for the scenario of 5G internet show that the Internet of Things (IoT) environment will amount to a large share of the data traffic. This category of traffic, known as Machine-to-machine (M2M) communications, is expected to have a different behaviour when compared to conventional applications. These applications contrast in the direction of the traffic, data volume and the amount of devices per wireless cell. While conventional applications are dominated by large downloads being done by a smaller amount of devices, and these applications are mainly constituted by a larger amount of devices making upload transmissions of small amounts of data. Because of that, multiple technologies are being developed right now to ensure the requirements of this variety of applications. One of these technologies is known as NarrowBand IoT (NB-IoT), which is defined as a feature of the renown standard for cellular networks Limited Term Evolution (LTE). The major advantage of NB-IoT over its competitors is the reuse of some of the protocol stack and all the hardware of common LTE networks. That means that this new standard inherits the advantages of the well developed LTE protocols and there is no requirement of new hardware. But the major feature of NB-IoT that allows the deployment of a massive amount of end devices per NB-IoT carrier is the employment of single-tone and multitone transmissions. These two kinds of transmissions are split into 5 different configurations, each with different characteristics of channel occupation, time duration and channel multiplexing. We investigate each of these configurations with M2M traffic. This allows the proposal of a dynamic resource allocation strategy for NB-IoT carriers. Our results show that the NB-IoT standard is feasible for M2M networks, especially in scenarios with multiple carriers. We also see that multiple NB-IoT carriers can be deployed on a single LTE carrier without significant effect. Lastly, it is shown that the static approach is better than the dynamic approach proposed. Which is due to the superior performance of the we confront the behaviour of the static allocation of NB-IoT resources with the dynamic approach proposed in this work.
id UFC-7_55ce8656a254b76a29fc68df31e14ab5
oai_identifier_str oai:repositorio.ufc.br:riufc/30985
network_acronym_str UFC-7
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository_id_str
spelling Juaçaba Neto, Renato CaminhaOliveira, Carina Teixeira deRodrigues, Emanuel Bezerra2018-04-12T19:50:05Z2018-04-12T19:50:05Z2017JUAÇABA NETO, Renato Caminha. Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT. 2017. 92 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30985The expectations for the scenario of 5G internet show that the Internet of Things (IoT) environment will amount to a large share of the data traffic. This category of traffic, known as Machine-to-machine (M2M) communications, is expected to have a different behaviour when compared to conventional applications. These applications contrast in the direction of the traffic, data volume and the amount of devices per wireless cell. While conventional applications are dominated by large downloads being done by a smaller amount of devices, and these applications are mainly constituted by a larger amount of devices making upload transmissions of small amounts of data. Because of that, multiple technologies are being developed right now to ensure the requirements of this variety of applications. One of these technologies is known as NarrowBand IoT (NB-IoT), which is defined as a feature of the renown standard for cellular networks Limited Term Evolution (LTE). The major advantage of NB-IoT over its competitors is the reuse of some of the protocol stack and all the hardware of common LTE networks. That means that this new standard inherits the advantages of the well developed LTE protocols and there is no requirement of new hardware. But the major feature of NB-IoT that allows the deployment of a massive amount of end devices per NB-IoT carrier is the employment of single-tone and multitone transmissions. These two kinds of transmissions are split into 5 different configurations, each with different characteristics of channel occupation, time duration and channel multiplexing. We investigate each of these configurations with M2M traffic. This allows the proposal of a dynamic resource allocation strategy for NB-IoT carriers. Our results show that the NB-IoT standard is feasible for M2M networks, especially in scenarios with multiple carriers. We also see that multiple NB-IoT carriers can be deployed on a single LTE carrier without significant effect. Lastly, it is shown that the static approach is better than the dynamic approach proposed. Which is due to the superior performance of the we confront the behaviour of the static allocation of NB-IoT resources with the dynamic approach proposed in this work.As previsões no contexto de redes 5G apontam que o ambiente de Internet das Coisas (Internet of Things - IoT) comporá uma grande fatia do tráfego de dados. É esperado que esse tráfego, conhecido como comunicação Máquina-à-Máquina (Machine-to-Machine - M2M), apresente um comportamento diferente daquele de aplicações convencionais. As principais diferenças são referentes à direção do tráfego, ao volume de tráfego por aplicação e à quantidade de dispositivos por célula. Em outras palavras, enquanto as aplicações convencionais são geralmente caracterizadas pelo download de arquivos grandes por um pequeno número de dispositivos, as aplicações M2M são compostas de upload de arquivos pequenos por uma quantidade massiva de dispositivos. Por isso, novas tecnologias já começaram a ser desenvolvidas para dar suporte a este perfil diferenciado de aplicações. O Narrowband IoT (NB-IoT) é uma dessas tecnologias e foi definido como uma nova funcionalidade no popular padrão Long Term Evolution (LTE) de redes celulares. Um grande diferencial do NB-IoT está na reutilização de parte da pilha de protocolos e da infraestrutura física utilizada nas portadoras LTE. Essa característica faz com que o NB-IoT herde a robustez destes protocolos e seja implantado sem a necessidade de um novo hardware. Através da utilização de transmissões single-tone e multi-tone é possível implantar um alto número de dispositivos por portadoras NB-IoT. São definidos 5 tipos de transmissão de uplink no NB-IoT, cada um com diferentes capacidades de ocupação do canal, duração de transmissão e capacidade de transmissões simultâneas. Neste trabalho, são investigados os comportamentos destes tipos de transmissão em portadoras NB-IoT com aplicações M2M. Para essa investigação foram simulados múltiplos cenários de alocação estática para entender o comportamento de cada configuração. Em seguida, o conhecimento utilizado pela observação do comportamento das estratégias estáticas foi utilizado para propor uma nova estratégia dinâmica de alocação de recursos NB-IoT. Os resultados apontam que o uso do padrão NB-IoT para redes M2M é viável, principalmente em cenários com múltiplas portadoras. Também é mostrado que a presença de portadoras NB-IoT não afeta significantemente o comportamento do portadora LTE. Finalmente, é mostrado que a alocação estática é superior à proposta dinâmica devido à superioridade das configurações de curto tempo de transmissão no cenário de aplicações considerado.Narrowband Internet of thingsComunicações M2MRedes celulares LTEAlocação de recursosAvaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoTPerformance assessment of radio resource allocation techniques for machine-to-machine communications in narrowband IoTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/30985/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINAL2017_dis_rcjuaçabaneto.pdf2017_dis_rcjuaçabaneto.pdfapplication/pdf2784897http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/30985/1/2017_dis_rcjua%c3%a7abaneto.pdfad52cd5ec09a5d3f54f281686e10f9deMD51riufc/309852020-07-09 15:00:57.725oai:repositorio.ufc.br:riufc/30985Tk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2020-07-09T18:00:57Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
dc.title.en.pt_BR.fl_str_mv Performance assessment of radio resource allocation techniques for machine-to-machine communications in narrowband IoT
title Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
spellingShingle Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
Juaçaba Neto, Renato Caminha
Narrowband Internet of things
Comunicações M2M
Redes celulares LTE
Alocação de recursos
title_short Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
title_full Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
title_fullStr Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
title_full_unstemmed Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
title_sort Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT
author Juaçaba Neto, Renato Caminha
author_facet Juaçaba Neto, Renato Caminha
author_role author
dc.contributor.co-advisor.none.fl_str_mv Oliveira, Carina Teixeira de
dc.contributor.author.fl_str_mv Juaçaba Neto, Renato Caminha
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Rodrigues, Emanuel Bezerra
contributor_str_mv Rodrigues, Emanuel Bezerra
dc.subject.por.fl_str_mv Narrowband Internet of things
Comunicações M2M
Redes celulares LTE
Alocação de recursos
topic Narrowband Internet of things
Comunicações M2M
Redes celulares LTE
Alocação de recursos
description The expectations for the scenario of 5G internet show that the Internet of Things (IoT) environment will amount to a large share of the data traffic. This category of traffic, known as Machine-to-machine (M2M) communications, is expected to have a different behaviour when compared to conventional applications. These applications contrast in the direction of the traffic, data volume and the amount of devices per wireless cell. While conventional applications are dominated by large downloads being done by a smaller amount of devices, and these applications are mainly constituted by a larger amount of devices making upload transmissions of small amounts of data. Because of that, multiple technologies are being developed right now to ensure the requirements of this variety of applications. One of these technologies is known as NarrowBand IoT (NB-IoT), which is defined as a feature of the renown standard for cellular networks Limited Term Evolution (LTE). The major advantage of NB-IoT over its competitors is the reuse of some of the protocol stack and all the hardware of common LTE networks. That means that this new standard inherits the advantages of the well developed LTE protocols and there is no requirement of new hardware. But the major feature of NB-IoT that allows the deployment of a massive amount of end devices per NB-IoT carrier is the employment of single-tone and multitone transmissions. These two kinds of transmissions are split into 5 different configurations, each with different characteristics of channel occupation, time duration and channel multiplexing. We investigate each of these configurations with M2M traffic. This allows the proposal of a dynamic resource allocation strategy for NB-IoT carriers. Our results show that the NB-IoT standard is feasible for M2M networks, especially in scenarios with multiple carriers. We also see that multiple NB-IoT carriers can be deployed on a single LTE carrier without significant effect. Lastly, it is shown that the static approach is better than the dynamic approach proposed. Which is due to the superior performance of the we confront the behaviour of the static allocation of NB-IoT resources with the dynamic approach proposed in this work.
publishDate 2017
dc.date.issued.fl_str_mv 2017
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2018-04-12T19:50:05Z
dc.date.available.fl_str_mv 2018-04-12T19:50:05Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv JUAÇABA NETO, Renato Caminha. Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT. 2017. 92 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30985
identifier_str_mv JUAÇABA NETO, Renato Caminha. Avaliação de desempenho de técnicas de alocação de recursos de rádio para comunicações máquina-à-máquina em redes narrowband IoT. 2017. 92 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
url http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30985
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron:UFC
instname_str Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron_str UFC
institution UFC
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
collection Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
bitstream.url.fl_str_mv http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/30985/2/license.txt
http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/30985/1/2017_dis_rcjua%c3%a7abaneto.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33
ad52cd5ec09a5d3f54f281686e10f9de
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository.mail.fl_str_mv bu@ufc.br || repositorio@ufc.br
_version_ 1847793283935240192