DVB-RCS2 satellite return link : queueing model and resource allocation optimization based on game theory

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Trindade, Pedro Henrique Andrade
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
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:
Redes de comunicação
Comunicação via satélite
Teoria dos jogos
Modelagem de filas
Sistemas de comunicação
Link de acesso: https://repositorio.unb.br/handle/10482/44859
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2022.
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spelling DVB-RCS2 satellite return link : queueing model and resource allocation optimization based on game theoryEnlace de retorno satelital DVB-RCS2 : modelagem de fila e otimização de alocação de recursos baseada em teoria dos jogosRedes de comunicaçãoComunicação via satéliteTeoria dos jogosModelagem de filasSistemas de comunicaçãoTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2022.É esperado que satélites tenham um papel fundamental no futuro dos sistemas de comunicação, integrando-se às infraestruturas terrestres. Esta dissertação de mestrado propõe três contribuições principais: primeiramente, se apresenta um arcabouço de simulação capaz de prover detalhes da performance de redes de comunicação satelital em cenários realistas. Este arcabouço aplica uma metodologia orientada a eventos, modelando a rede de comunicação como um sistema baseado em eventos discretos (DES), focando no enlace de retorno do protocolo DVB-RCS2. Três diferentes cenários simulados demonstram os possíveis usos das saídas do simulador para entender o comportamento dinâmico da rede e alcançar um ponto ótimo de operação do sistema. Cada cenário explora uma característica diferente do simulador, enquanto cobre um grande território de usuários, que em nosso caso estudo o país de escolha foi o Brasil. Em um segundo tópico, este trabalho introduz um novo algoritmo modificado do método de alocação de timeslots baseado em teoria dos jogos, aplicando-se no protocolo DVB-RCS2. Este procedimento considera a eficiência espectral do terminal como um parâmetro de peso para o problema de otimização convexa resultante da solução da barganha de Nash. Este novo método garante o cumprimento dos requisitos de Qualidade de Serviço (QoS) enquanto provê uma medida de justiça maior; os resultados mostram uma melhoria de 5% na medida de justiça, com uma diminuição de 75% no desvio padrão de justiça entre os quadros, também alcançando um aumento de 12% na satisfação individual média pela alocação de capacidade aos terminais. Por final, apresentamos uma modelagem alternativa para o enlace de retorno do DVB-RCS2 usando cadeias de Markov, predizendo parâmetros tradicionais de fila como a intensidade de tráfego, tempo médio de espera, dentre outros. Utilizamos dados coletados de uma série de simulações usando o arcabouço orientado a eventos para validar o modelo de filas como uma aproximação numérica útil para o cenário real de aplicação. Nós apresentamos o algoritmo de alocação de controle do parâmetro alfa (GTAC) que consegue controlar o tempo médio de espera de um RCST na fila, respeitando um limiar de tempo enquanto otimiza a taxa média média de transmissão de dados dos terminais.Satellite networks are expected to play a vital role in future communication systems, with complex features and seamless integration with ground-based infrastructure. This dissertation proposes three main contributions: firstly, it presents a novel simulation framework capable of providing a detailed assessment of a satellite communication’s network performance in realistic scenarios, employing an event-driven methodology and modeling the communications network as a DES (discrete event system). This work focuses on the return link of the Digital Video Broadcast Return Channel via Satellite (DVB-RCS2) standard. Three different scenarios demonstrate possible uses of the simulator’s output to understand the network’s dynamic behavior and achievable optimal system operation. Each scenario explores a different feature of the simulator. The simulated range covers a large territory with thousands of users, which in our case study was the country of Brazil. In the second theme, this work introduces a novel algorithm modification for the conventional game theory-based time slot assignment method, applying it to the DVB-RCS system. This procedure considers the spectral efficiency as a weighting parameter. We use it as an input for the resulting convex optimization problem of the Nash Bargaining Solution. This approach guarantees the fulfillment of Quality of Service (QoS) constraints while maintaining a higher fairness measure; results show a 5% improvement in fairness, with a 73% decrease in the standard deviation of fairness between frames, while also managing to reach a 12.5% increase in average normalized terminal BTU allocation satisfaction. Lastly, we present an alternative queuing model analysis for the DVB-RCS2 return link using Markov chains, developed to predict traditional queue parameters such as traffic intensity, average queue size, average waiting time, among others. We used data gathered from a series of simulations using the DES framework to validate this queuing model as a useful numerical approximation to the real application scenario, and, by the end of the scope, we present the alpha allocation algorithm (GTAC) that can maintain the average waiting time of a terminal in the queue to a threshold while optimizing the average terminal throughput.Aguayo, Leonardopedrohenriqueatrindade@gmail.comTrindade, Pedro Henrique Andrade2022-09-20T22:08:03Z2022-09-20T22:08:03Z2022-09-202022-06-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfTRINDADE, Pedro Henrique Andrade. DVB-RCS2 satellite return link: queueing model and resource allocation optimization based on game theory. 2022. 115 f., il. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.https://repositorio.unb.br/handle/10482/44859engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2025-03-19T16:14:26Zoai:repositorio.unb.br:10482/44859Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-03-19T16:14:26Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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