Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   9 , No .   2 ,  Febr ua ry   201 8 ,  pp.  37 3 ~ 379   IS S N:  25 02 - 4752 , DO I: 10 .11 591/ ijeecs . v9.i 2 . pp 373 - 379           373       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Perform ance An alys i s of Up lin k Schedulin g A l gorith ms in LTE  Network s       Shafinaz  Bt  Is mail 1 , Darm aw at y B t M oh d  A li 2 , Nors uz ila   Ya’acob 3   Facul t y   of Electr ic a l  Eng ineeri ng ,  Univer si ti  Te kn ologi   MA RA,   M al a y si a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Oct  16 , 201 7   Re vised  Dec  20 , 2 01 7   Accepte d  Ja n 2 , 201 8       Schedul ing  is  r efe rring  to  the  proc ess  of  al l oca t ing  resourc es  to  Us er  Equi pm ent   base d  on  sche duli ng  al gorit hm s  tha t   is  loc at ed  a t  the   LT E  bas e   stat ion .   Vari ous   al gor it hm s  ha ve  be en  propo sed  as  th e  ex ec ut ion  of   sche duli ng  al go rit hm ,   which  r epr ese nts  an  o pen  issue  in  Long  Te rm   Evol uti on   (LTE )  standa rd .   This   pape r  m ake s   an  attempt  to   stud y   and   compare   the   p e rform anc e  of  th ree   wel l - known  upli nk  sche dul ers  namel y ,   Maximum   Thro ughput  (MT),   First  Maximum  E xpansion  (FM E),   and  Round  Robin  (RR).   Th e  eva lu at ion  is  conside red   for  a  single   cell  with  int erf ere n ce  for  thre e  flows   such  as  Best  eff ort,   Video  and  VoIP   in  a  pede stria n   envi ron m ent   us ing  the  L TE - S IM  net work  si m ula tor.   The   p erf orm anc e   eva lu at ion  is  co nduct ed  in  t erms   of  sy st em  throughput ,   fai rn ess  inde x,   de l a y   and  pac k et   loss  rat io  (PLR) .   Th e   sim ula ti ons  res ult s  show   tha t  R R  al gori thm  al wa y s   re ac h es  t he  lowest   PLR,   del iv eri ng  h ig he st  throughput  fo r  vide o   and   VoIP   flows  am ong  al l  those  s tra t egi es.   Thus,   RR  is  the   m o st  suita bl e  sche duli ng  a lgo rit hm   for  VoIP  and  vide o  flo ws   while   MT  and  FM E  is   appr opriate   for BE f lows i n   L T E  ne tworks.   Ke yw or d s :   LTE   Sche du li ng al gorithm s   Up li nk     Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Sh a finaz Bt  Is m ai l ,    Faculty  of Elec tric al  Engineer ing   U niv e rsiti  Tekno l og i M A RA,   40450 S hah A l a m , S el ango r,   Ma la ysi a.   Em a il :  sh afina z.ism a il @g m a i l.com       1.   INTROD U CTION     The  3rd   Ge ne r at ion   Partne rs hip  Pro j ect   ( 3GPP )  has   im pl e m ented  the   st and a r dizat ion  of  the   Lo ng  Term   Evo luti on  (LT E),   wh e r e  the  syst e m   is  reco m m end ed   to  deliver  pea k  data  rates  of   50   Mbit /s  in  up li nk  and   100  Mbit / s  in  dow nlink  with  a  20   M Hz  sp ect ru m   pro vision   (1).  Sing le   car rier   fr e qu e ncy  di visio n  m ul ti ple  acce ss  (S C - F DMA )   has   bee n  c ho sen  as   the  upli nk   acce ss  sc hem e  wh il e,  ort hogonal  fr e quency   div isi on  m ultip le   acce ss   ( OFDMA )  is  s el ect ed  as  t he  dow nlink  acce ss   s chem e   fo r   LT E  ( 2)(3).   SC - F DM A   offer s  lo wer   pe ak - to - a ver a ge   power   rati o  ( PA PR )  as  com par e d  to  OFD MA,  thus,  m a king  SC - F DM A  m or e   su it able  f or  upli nk  tra ns m is sion,  as  t he  User  Eq uip m ent  ( UE)  ha s  t he  a dv a ntage   of   t ran sm it te d  powe r   eff ic ie ncy  al on g  with  i ncr eas ed  dat a  rates ,  in  orde r  to  im pr ove  the  batte r y  li fe  of   the  U E  (4)(5).  SC - F DMA   syst e m   ensu res   to  deliver  hi gher  th rou ghput,  lowe r  PAPR ,  higher  s pectral   eff ic ie ncy,  an d  lowe r  bit  error   rat e   than  the  co nve ntion al   O FD M A  te chn i qu e  ( 6).  In   s pite  of   the  adv a ntage s   of   S C - F DMA ,  it   req uires  th at   all   su bc ar riers all oc at ed  to  a sin gl e U E  m us t be a dj ace nt t o  eac h othe r o n  the  fr equ e ncy  do m ai n (4).     The  Fr e quency   Divisi on  D uple xing  (FDD )  a nd  Tim e  Division   D up le xing  (TDD)  are   tw o  duple xi ng   schem es  us ed  in  the  LTE  upli nk   tra ns m issi on .  I n  F DD,  di f fer e nt  fr e quen cy   bands  are  ut il iz ed  fo r  the  up li nk   transm issi on ,  wh il e  in   TD D  t he  up li nk  s ha r e  the  sam e  fr eq u ency  ba nd  bu t  are  se par at e d  in  tim e.  The  ne twork   arch it ect ure  f or  LTE  co ns ist s   of   E vo l ved   N od e  B  (e N od e B),  Ev olv e d  Pa cket  Syst e m   (EPS )  a nd   the  U Es.  The   LTE  transm issi on   is  div i ded   into  fr am es,  w hich  co ns ist   of   10   s ubfr am es.  A  subf ram e  d ur at io n  is  1  m s  in  l eng th .  Eac h  s ubfr am e  is  div i ded  into  t wo  slots  w he re  each   slot  is  0.5  m s  in  le ngth .  A   sub fr am e  is  al so   know n  as  the  Tra ns m issi on   Tim e  In te rv al   (TTI).   The  physi cal   la ye r  inter face  is  a  tra ns po rt  blo c k  with  c om m on  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   37 3   –   37 9   374   Modula ti on  an d  C od i ng  Sc he m e  (MCS).  Ea ch  TT I   c onta in s  at   m os t  on e   trans port  blo c k  per  UE   ( 7).  Ea ch  sl ot   pr ese nt  in  f requen cy   do m ai n  is  div ide d  int o  a  num ber   of  resour ce  blo c ks .  T he  str uctur e  of   a  ti m e  slot  in   fr e qu e ncy  do m ai n  is  div ide d  i nto   re gions  of  180  kHz  that   c on ta in   a  c onti guous   set   of  12  su b car riers.   He nce  the  total   nu m ber   of  upli nk   physi cal   resource   blo c ks   (P R Bs)  ra ng es  bet ween   6  PRB s  for  the  sm al lest  (1 . 4  MHz) a nd  100 PRB s for  t he  la rg est   ba ndwidt h (20MHz ) res pecti vely .     In   OFDM - bas ed  m ulti - us er   fr am ewo r k,   sche du le r s  pla ys  an  i m po rta nt  ro le   in  optim izing   the   netw ork  pe rform ance  and   pr ov i de  Q ualit y  of   Se rv ic e  ( Q oS )  requirem ents  in  the  Me diu m   Access  Con tr ol  (MAC)  la ye r .  The  MAC  sch edu le r  in  t he  e NodeB  is  dep l oyed  i n  the  up li nk   a nd   dow nl ink   tra ns m issio n,  are   m ai nly  resp ons ible  f or   al lo cat ing   re s ource  bl ock  (RBs )  am on g  UE s  to   sup port  the   di ver s e  Q oS   require m ents.   The  ta sk   of  th e  scheduler  de pends  on  the  s pecific  al gorithm   us ed  and   t he  Cha nn el   Q ualit y  In dicat or  (CQ I),   wh ic h  pro vid e s  fee db ac k  fro m   UEs  on  w he ther  t he  c hannel  co ndit ion  is  go od  or  poo r,   a nd  al locat e   RB s   accor dingly   ( 8)  ( 9).  T he   co nt igu it y  co ns trai nt  is  on e   of  t he   m ajo r  c onstr ai nts  in  t he  up li nk   sc he du li ng.  This  const raint  re fe r s  to  hav i ng   al l  PRB s,  al locat e d  to  a   sin gle  U E  to  be  ad j ace nt  al ong  t he  f re qu e ncy  do m ain .  T he   con ti guit y  const raint  can  re duce  the  sp ect ra l  eff ic ie ncy  of   the  up li nk   tra nsm issi on ,  since   UE  bein g  al lo cat ed  a  PRB   desp it e  the  existe nce  of   oth e r  UEs  wit h  bette r  cha nnel   qu al it y  ov er   the  sa m e  PRB  (1 0).   Cha nnel   awar e   sche du li ng  al gorithm s  is  reco gniz e  by  de ve lop in g  the  m u lti - us e r  dive r sit y  gain  by  assigni ng   t he  re so urces   a m on g  se ver al   us e rs  de pendi ng  on   their   ch ann el   co ndit ion s.   I n  t his  paper,  t he  perf orm ance  of  t hr e e  well - known  upli nk  schedulers  is   evaluated  na m el y,  Ma xi m u m   Thr ou ghput  (MT),   Fi rst  Ma xim u m   Exp an si on   (F ME) ,  a nd Ro und  R obin  (RR).     1.1      M axim u m Thro ughpu t  ( MT)  Sche d uler   The  MT   is  us e d  to   m axi m iz e  the  ove rall   thr oughput  by  c onti nu al ly   assi gnin g  eac h  RB   t o  UE  t hat  is  capab le   of   m a xim iz ing   the  overall   thr ough pu t  in  the  c urr ent  TTI  inter va l.  In   MT  sch edu le r,   U E  wi th  the   highest  value   of  CQ I  will   be   ser ved  fi rst  w it h  the  re qu ire d  RB s.   T hu s ,  UEs  with   po or  CQI   values   (s uch  as   cel l - edg e  us e rs )  are  no t  assig ned   with  s uffici ent  resou rces .  Su c h  U Es  wi ll   su ff e r  f ro m   low  th rou ghpu t,  an d  even sta r vatio n m a y occu r  ( 11 ).  T he  m et ric cal culat ion   of  MT i s expr e sse d  as:     ,  = ( )   (1)     wh e re,  m _( i,k)^ MT pr es ents t he  m et ric o f  t he  i - th  us e r on t he k - t h  RB  a nd d_k ^i   (t)  is t he  expect ed data - rate  for  the  i - th  u se r  at  ti m e t on  th e k - th RB .     1.2   Fir st M axim um Ex pa n s ion  (FM E )  Sc heduler   The  FME   sc he du le r  f oc us es  on  m axi m iz ing  the  perform ance  of  th rou ghput  an d  fair ness .  Th e  m ai n   pr i nciple  in   F ME  is  to  assi gn  RB   re source s  sta rting  f ro m   the  RB   wit h  the  highest  m etr ic   in  m at rix  M,  an d  exp a nd  on  it   in  both  directi ons  of   the  RB   as  show n  in  F igure   1,  as  lo ng  as  the  c ha nnel   m ai ntains  its  bes t   conditi on   am on g  oth e r  us ers .   As  the  al gorithm   traver se  th rou gh   eac h  RB ,  it   check s  it s  m axi m u m   m e t ric  an d  determ ines  whet her   the  m axi m u m   m et ric  s ti ll  belongs  to   the  UE  in  w hich  res ources   are  cu r ren tl y  bei ng   assigne d,   or   w hethe r  the  m axi m u m   m et ric  belongs  to  a no t her   UE.   If   t he  conditi ons  are  fu lfil le d,   t he  R B  is   assigne d  t o  t he   sel ect ed  UE;  oth e rw ise ,   the   UE  is   co ns ide r ed  se rved ,  a nd  the  c urren t  sel ect ed  RB   is  as sign e d  to  a  new  U E.  T he  sche dule r  th en  reit erates  th e  exp a ns io n  pr ocedu re.  As sig ning  the  RB   to  the  oth er U E w ould   br ea k  t he  c on ti nu it y co ns trai nt s.           Figure   1.   The   UEs  c ha nn el   qual it y fo r  eac h R B (12)       1.3   R ou n d  Robin ( RR)  Sche duler   RR   scheduler   is  chan nel  unawa re,  sim ple  and   easy   to   i m ple m ent  s cheduli ng  sch e m e.  In   this  sche du li ng  st ra te gy,  the  UEs   are  al locat ed   with  e qu al   nu m ber   of   RB s.   The  sc he du li ng  is  on ly   base d  on  the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce A na ly sis  of  Up li nk Sche duli ng  Algo rit hms  in LTE  Ne tw or k s   ( Shafina z  Bt I s ma il )   375   avail able  RB s,  and  the  RB   is  g r oupe d  i nto  num ber   of  RB s f or  ea c h  UE  du rin g  the   sche du li ng  p r ocess   T he  UE  is  serv e d  base d  on  the   first  c om e  first  ser ve d  strat egy.  RR  m ay   cause  re duct ion  in  t he  e f fici ency  of  the  syst e m   since e ver y  UE  does  not ha ve t he  sam e Q oS r equ i rem ents and e xp e rience d diff e re nt ch a nn el  co ndit io n.   Seve ral LTE upli nk  sc he du li ng  sc hem es h ave b ee n  disc usse d  by m any re searche rs.  T he per form ance   evaluati on  of  the  sche duli ng   schem es  hav e  been   discusse d  in  (13)(14)( 15) ,  w her e  thes e  pap e rs  f ocus ed  on   m axi m iz ing   th e  basic  obj e ct ives  s uc h  as   th rou ghput  an d  fa irne ss.  The re fore,  t he  pro pose d  sc hem e  did   not   consi der  the  Q oS   pro vision i ng.  T he  papers  of   (4)(1 6)(17 )(11)  f oc us e d  on   m ulti ple  traff i c  su c h  as  vid e o,  V oIP  and  be st  ef fort (BE)  i n  the   upl ink   t ran sm issi on   a nd  to ok  the Q oS  int o  the   c on si der at io n.  T he  pap e r  o f   ( 16 )  ha s  evaluate d  dif fe ren t  LTE  up li nk   sc he du le r s  with  f ocu s  on   sing le - bea rer   a nd   m ulti - bear e r  scena rio  an d  Qo S .  The  pa pe r  of  ( 17)  pr ov i ded   a   ver y  com pr e he ns ive  st ud y  on  LTE  a nd   L T E - A dvance d.   T he  ai m   of   the  stud y  is   to  com par e  an d  evalu at e  sev eral  up li n k  sc hedulers  for  di ff e ren t  traf fic  scenari os   su c h  as  vid eo  strea m ing .   VoIP  a nd   FT P  within  a  sing le - cel l  env i r on m ents.  Fina ll y,  the  pap e r   of   (11)   eval uated  the  sch edu li ng   perform ance  of  the   upli nk  sche du le r s,  w hich   f ocused   on  th rou ghput  an d  fair ness.  Ne ver t heless,   othe r   perform ance  m et rics  su ch  a s  delay   and   pa cket  loss  rati on  are  not  ta ke n  into  co ns ide ra ti on .  V ery  fe w   pap e rs   hav e   f oc us e d  on  th e  in vestiga ti on   of  m ulti pl e  traf fics  in   th e  pe destria n  e nvir on m ent.  I n  t his  pap e r,  we   a i m   to  evaluate  the  pe rfor m ance   of  sever al   sc he du li ng  al gorit hm s  fo r  V oIP ,  vid e o  an d  BE  app li cat io ns .  T he  perform ance  evaluati on  is  cond ucted  in  te rm s  of   throu ghput,  fair nes s,  delay   and   PLR  in  a  pedest rian  env i ronm ent.  The  sim ulati on   res ults  we re gener at e d  us in g  the  ope n  s ourc e  LTE  syst em   si m ulator  cal le d  L on g  Term  Ev olu ti on - Sim ulator (L TE - S IM) ( 7) .       2.    R ESE A RCH M ET H OD   In   this  pa per ,  vi deo   a nd   V oI P  flo ws  are  us ed  for  real  tim e  serv ic es  wh il e  in finite - bu ff e r  as   known  as   Be st  effor t  (B E)  flo ws  repre sented   the  non - real  ti m e.  Vo I P  fl ow s   ha ve  m uch   stric te r  de la y  requirem e nt  th a n  that  of   vid e o  a nd   BE  flo ws.   Packets  tra ns porte d  by  a  de di cat ed  rad i o  be arer  are  ge ner a te d  at   the  app li cat ion  la ye r  by  th ree  diff e re nt  traf fi c  ge ner at or s;  tr ace - base d,  V oI P  an d  i nf i nite - buff e r.  The   tra ce - base d  a ppli ca ti on  delivers   pac ke ts  base d  on  vi deo  trace  file s,  w hich  a re  obta ined   f ro m   (7 ) .  T he  voic e  flo ws  of   G.7 29  are   gen e rati ng VoIP app li cat io n.   An   ON / OF F  Ma rkov  c hain  is  m od el ed  f or  t he  voic e flow,  wh e re th e m ea n  value   of  3  s  is  distr ibu te d  ex pone ntial ly   with  th e   O N  per i od  and  the  OFF  per i od  has   a  t runcated   ex po nen ti al  pro bab il it y  dis tribu ti on  f un ct i on  wit h  a n  a ve rag e   val ue  of   3  s  a nd  a n  up per  lim it   of   6.9  s   ( 18).  T he  so urce  delivers   20  byte s  siz ed  packet s  eve ry  20  m s  durin g  the   O N  per i od,  as  the   s ta nd a rd   source   d at a  rate  is  8  kbps,   wh il e the d at a  rate i s zero  duri ng  the  OF F  pe rio d  beca us e of  the V oice Acti vity  D et ect or . Fi nally , th e Inf init e - Buffer a ppli cat ion  m od el   dem on st rates a  gr e edy s ource that  constantl y p osse sses  pack et s   to b e  d el iv ere d ( 7) .     The  pe rfo rm anc e  of   MT,  FM E  and   RR   al go rithm s  is  evaluated  base d  on  t hro ughput,  fair ness  in de x,   pack et   delay   and   PLR.  T he  Fairnes s  ind e x  is  cal culat ed  us in g  Jai n’s  fa irness  in de x  m et hod  ( 19)  an d  it   is  expresse d  as:      =   ( ∑ 1 ) 2 ∑ 2 1   (2)     wh e re  xi is the   thr oug hput assi gn e d  t o user i  a m on g  N  co m peting flo ws   The  perform a nce  m et ric  of   thr oughput  (i n  Mbp s )  r ep res ents  the  rate  of   s uccess f ul  pack et   bei ng   delivere d  over  ph ysi cal   c hann el .  The  pa ram e te r  is  cal culat ed  by  div i ding  t he  nu m ber   of   s uccess fu ll y  rec ei ved  bits  with  the  durati on  of the   flow a nd can  be m a them a ti cally  ex presse d  as :     Through put = 1 T ∑ ∑ ptransmit i ( t ) T i = 1 K i = 1   (3)     wh e re  ptra ns m it _i  (t)  is   the   s iz e  of  tra ns m itted  pack et s   of  us er   i  at   ti m e  t ,  K   is  t he  total   num ber   of  us ers   an d  T   is  the  total   sim ul at ion   ti m e.  A  sing le   cel l  of  1  km   of   ra diu s  w it h  eN od eB   l oc at ed  at   the  ce nt er  of  the  cel l  is  m odel ed.   T he   num ber  of  UE   is  v aried  from   10  to  50.  Eac h  U E  is  handlin g  t hr ee   fl ow s   w hi ch  a re  VoIP,   vid e o  an d  BE  as  show n  in  Figure   2.   T he  m ov em ent  of   UE  in  the  c el l  is  ado ptin g  the  rand om   directi on  m od el .  The  spe ed  is  set   to  3  km /h,  wh ic h  re sem bles  the  ped est rian  sce nari o.   The  sim ulati on   pa ram et ers  us e d  in LTE - S IM ar e su m m arized in  Ta ble  1.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   37 3   –   37 9   376       Fig ure  2.   LTE  si m ulate d  scen ario       Table  1.  L TE  Up li nk  Sim ulatio n Param et ers   Para m eter   Valu e    Si m u latio n  Durati o n   4 0  seco n d s   Tr an s m iss io n  Pow er   4 3  dB m   Cell radiu s   1  k m   Ch an n el M o d el   Macr o - cell U rban   Macr o  c ell P rop ag atio n  M o d el   L  = 12 8 :1  +  3 7 :6  log 1 0  d @  2GHz.  ( 2 0 )   Nu m b e r  o f  Users   1 0 ,20 ,30 ,4 0 ,50  Us ers   Tr af f ic f lo ws   1  BE,  1 Vo I P,  1  V i d eo   Mob ility Mo d el   Ran d o m  Di re ctio n   Tr an sp o rt  Proto co l   UDP   Sy ste m  Ban d wid th   1 0  M Hz   Frequ en cy  Ca rr ie r   1 .92  GHz   Nu m b e r  o f  RBs   50   RB  Ban d wid th   1 8 0  KHz   Tr an s m iss io n  T i m e I n terval   1   m s ( TT I)   Maxi m u m  Del ay   0 .1 s   Sp eed   3  k m /h r   Vo IP  Bit Rat e   8  kb p s   VIDEO B it Ra te   1 2 8  kbps       3.     RES ULTS  AND DIS C USSION S   Fig ure   3  s ho ws  the  a ver a ge   throu ghput  for  BE  flo ws ’   as  the  nu m be r  of  us e r  inc reases.  T he  thr oughput  f or  RR   al go rithm   decr ease s  as  th e  nu m ber   of  U E  increases ,  w hile  the  thr oughput  pe rfor m ance  of   FME  and   MT   al go rithm s  is   kep t  betwee n  20   Mb ps   to  40   Mb ps.  The   RR   al g or it hm  delivers  the  l ow est   thr oughput  sin ce  the  RR   pri or it iz ed  t he  re al - tim e  flow s  ov e r  BE  flo w.  The  t hroug hput  of  vid e o  an d  V oI P   flo ws  are  sho wn   in  Fig ure   4  and   Fig ure   5  r especti vely .  It  is  ob ser ve d  tha t  the  thro ug hput  of   vi deo   a nd  V oI P  for  RR   al go rithm   i ncr eases  as  the  nu m ber   of   us e rs  incre ases.  MT  and   FME  al go rith m s   giv es  un sa ti sfie d  serv ic e  t o  m ult i m edia  flow s   le avin g  a  high  quota  f or  BE  f low.  Mo reover ,  MT  an d  FME  trie d  t o  m axi m iz e  thr oughput  f or  BE  flow   a nd   le aving   few   of   RB s  to  VoIP  an d  vid e o  flo ws  th at   le ad  to  lo wer   val ues  of   thr oughputs  for  th os e  flo ws  a s co m par ed  to  t he  RR .             Fig ure  3.   Th r ough pu t  f or  BE   Flow s     Figure  4.   Th r ough pu t  f or   Vide o  Fl ow s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce A na ly sis  of  Up li nk Sche duli ng  Algo rit hms  in LTE  Ne tw or k s   ( Shafina z  Bt I s ma il )   377         Fig ure  5.   Th r ough pu t  f or   V oIP Flows         Fig ure  6.   Fair ne ss Index  for B E Flo ws         Fig ure   7.   Fair ne ss Index  for V ideo Fl ows     Fig ure  8.   Fair ne ss Index  for V oI P  Flo ws       The  Jai n  fair ness  i nd e x  for  BE,  vid e o  and  V oIP  fl ows  ar e  prese nt ed  in  Fi g ure   6 ,  7,  an d  8  resp ect ively .  F ro m   the  figu r e s,  it   is  sh own  that  MT  and   F ME  al go rithm s  are  hav i ng   si m il a r  values  of  fairn es s   ind e x  f or  al l  the  traf fic  fl ows.  The   fair ness   ind e x  f or  MT   and  FME  al gorithm s  m ai nta ins  as  the  num ber   of   us ers  i ncr ea ses .  O n  the  oth e r  hand,   t he  fair ne ss  ind e x  for  RR   al go rithm   sta rts  to  re du c e  wh e n  the  nu m ber   of   us ers  i ncr ease s   wh ic h  is  sho wing  the  ri gh t   trend   as  t he  RR   al go rithm   is  deliverin g  hi gh e r  thr ough put  for  vid e o  a nd Vo I P f l ow s . I t  can   be  c on cl ud e d  t hat MT a nd F ME al gorithm s  are fai rer t ha n t he  RR  alg or it hm .             Fig ure  9.   Dela y for BE  Flo ws     Fig ure  10.   Del ay  f or  Vide o  Fl ow s       The  delay   ex pe rience d  f or  B E  flo w  is  pr es ented  i n  Fig ure   9.   The  delay   will   al ways  be   a  co ns ta nt  value  of  0.0 01  seco nd s  for  th e  best  effor t  fl ow s  beca us e  it   is  m od el ed  usi ng   the  in finite   buff e r  m od el ,  for  al l   sche du li ng  stra te gies.  Fig ure   10   s hows  the  delay   exp e rien ced  by  vi deo   f lows .  T he  FM E  al gorithm   d el ivers   the  lowest  del ay .  The  MT  and   FME  al gori thm s   sh ow  a  sta ble  delay   whil e  the  RR  al g or it hm   is  hav ing   the  highest  delay ,   wh ic h  in  acc orda nce  to  the   throu ghput  be ing   delivere d.  Acc ordin gl y,  there  is  a  tradeof f   betwee n  t hroughp ut  a nd  de la y;   wh e n  th r oughput  is   m axim iz ed,   the   delay   will   increase .  T he   delay   exp e rience d  by   Vo I P  is  il lustrate d  in  Fi g ure   11,  w hich  i s  sign i ficantl y  le ss  than  the  delay   exp e rien ced  by   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   37 3   –   37 9   378   vid e o  flo ws.   T his  is  m os tl y  du e   to  th e  pac kets  corres pondin g  with  voic e  traff ic   m us t  be  giv e n  ve ry   hig h  pr i or it y  and   al l ocated  to  a  guaran te e d  ba ndwidth   c ha nn el   to  m ake  su re  that  the  pac ket  sen ding  is  within  a n  al lowab le   dela y  lim i t.  The  RR   al go rithm   reaches  the  lowest  delay   as  com par ed   to   the  MT  and  FME  al gorithm .             Fig ure  11.   Del ay  f or  VoIP  Fl ow s         Fig ure  12.   PL R for BE  Flo w s         Fig ure  13.   PL R for  Vide o Fl ow s     Fig ure  14.   PL R for  VoIP  Flo ws       The  pac ket  los s  rati os   (P LR )  exp e rience d  by   al l  flow s  are  dem on strat ed  i n  Fig ure   12 ,  13,   and   14.  I n  the  fr am ewo r k  of   QoS  pro vis ion in g,   PLR  is  a  sign ific a nt  pa ram et er  of   re al   tim e  flow s.  PLR  increases  wh e n  the sche dule r  i s unab le  t o  ti m el y deli ver  t he real  tim e p acke ts. It ca n be  de scribe i n  Fi g ure   13 a nd 14 t ha t PLR   increases  with   the  nu m ber   of  us e rs  due  to  higher  netw ork  loa d.   T he  V oI P  flo ws  e xperience d  sig nif ic antly   lowe r  P LR  tha n  vid e o  flo ws  of  RR   al gorith m   becau se  the   VoIP   traf fic  is   delive rin g  l ower   sou rce  bit  rate  as   com par ed  t o  vi deo   flo ws  as   il lustrate d  in   13  a nd  14.  The   PLR  ac hie ve d  for  t he  real  ti m e  (RT)  fl ows   ha ve   vio la te d  the  Q oS   valu e  f or  P LR.  T he  acce pt able  ra ng e   f or  VoIP   an d  vid e o  flo ws  s houl d  not  e xceed  1x 10 - 2  t o  1x10 - 3  res pect ively .  RR   al go rithm   has  achieve d  the  lo west  PLR  for   vid eo  a nd  V oI P  by  sacrifi ci ng   the  avail able  re s ou rces  f or   BE  fl ow s .  Mo reove r,   lo wer   valu e  of   t he  ta r get  de la y  ind ic at es  higher  value  of  PLR  du e  to  a  lar ger  quota  of p ac ke ts violat in g  the  d ea dline, w hic h  is a dhere d for the  v i deo fl ows.       4.    CON CLU S ION   This  pap e r  has   stud ie d  the   pe rfor m ance  of  three  differe nt  sche du li ng  al gorithm s  fo r  r eal - tim e  and  best  effo rt  ser vi ces  us in g  the  LTE - S IM.  T he   stud y  com pares  the  pe rfor m ance  of  th ree  s cheduli ng  al go rithm s ,   nam ely  the  M T,  FME  and   R R  fo r  the  pe rfor m ance  m et ri cs  of   thr ough put,  pac ket  delay ,  PLR,  and   fa irness .  The  be st  effort ,  vid e o  an d  VoIP  tra ff ic   a re  delive red   by   each  UE  in   the  ped e stria n  en vir on m ents  that  is   m ov ing   at   3  km /h.  Fo r  RT  Traffic ,  MT  and   FME  hav e  the  highest  pa cket  loss  rati o  value  an d  the   lowest  thr oughput.  T he refor e ,  these  al gorithm s  m a y  be  a  good  sol ution   f or  no n - real - ti m e   flows  bu t  is  uns uitable   to   handle  t he  RT  m ul tim edia  serv ic es.  RR   al gorithm   reaches  t he  lo west  PLR   am on g  al l  th ose   strat egies   a nd  is   the  m os t  su it able  for  V oIP  f lows   a nd   vid e o  flo ws.   T his  stud y  sho ws  the  i m po rta nce   of   a  good  sc he du li ng  strat egy  in  a  ne twork  base  st at ion .  F uture  work   will   fo c us  on   t he  de vel op m ent  of   new  al go rit hm ,  ta kin g  ca re  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce A na ly sis  of  Up li nk Sche duli ng  Algo rit hms  in LTE  Ne tw or k s   ( Shafina z  Bt I s ma il )   379   of   diff e re nt  le vel  of   fair ness  a m on g  us er s  as  well   as  qu al it y  of   ser vices  po li ci es  that  is  su it able  fo r  real  tim e  and no n real  ti m e traff ic .       ACKN OWLE DGE MENTS   We a re  gr at ef ul  to  the Mi nistr y of Hi gh Educ at ion   (MO HE)  and Unive rsity  Tech nolo gy  Ma ra  (U iTM )  for t he  r esea rch g ran t  of FRG S  gr a nt  (60 0 - RM I/FR GS   5/3 ( 23/2 015))  as t he  fi na ncial  sup por t d ur i ng  the cou rse of  this r e searc h.       REFERE NCE S     [1]   ET SI  TS  136  2 11  V10.0. 0  (2011 - 01)  Te chnica l  Speci ficat ion.   LT E;   Evo lve d  Univer s  Te rr  Radi o  Acc ess  (E - UTRA);  Ph y s  ch anne ls Modul   (3 GP P T S 36211  ver sion 1 000  R ele ase   10) .   2014;0 : 0 – 121.     [2]   LT E;   Evol ved  U nive rs al   T err estr ia l  Radio  Acc ess  (E - UTRA);  Ph y sica l  ch anne ls  a nd  m odula ti on  (3GP P  TS   36. 211  ver sion 8 . 3 . 0  R e le ase   8). 2014  p .   0 – 121.     [3]   Hass an  RS ,   Rah m an  TA,   Abdul rah m an  AY .   LT E  Covera ge  Net work  Planni ng  and  Com par ison  with  Diffe ren t   Propaga ti on   Models.   TEL KOMN IK A  ( Tele communic ati on   Comput   Elec tron   Control ) .  vo l  12   (1) ,   pp. 153.   2014     [4]   Sala h  M.   Com pa rat iv e  pe rform anc e  stud y   of LT E upli nk  sch edul er s.  The sis .   2011 .     [5]   Hida y at   D.  SC - FD MA   LT E  Perform anc e  throu gh  High  Alti tud e  Plat form s  Com m unic at ions  (  HA PS   )  Channe l.  TEL KOMNIKA  (Tele communic a t ion  Comput  El e c tron Cont rol) .  v ol  14(2) ,   pp. 515 – 23.   2016 .     [6]   Yada v  SP ,   Ber a  SC .   PA PR   ana l ysis  of  single  ca r r ie r  FD MA   s y ste m   for  upli nk  wir el ess  tr ansm ission.  2015  10 th  Int   Conf  Informatio n,   Comm un  Sign al  Proc ess   ICICS 2015.   2016;     [7]   Piro  G,  Griec o   LA,   Boggia   G,  Capozzi   F,  C amarda   P.  Sim ula ti ng  LT E  C e ll ula r  S y stems  :   an  Open  Source   Fram ework.   IEEE  Tr ans V eh   Tec hnol .   2010 ,   pp . 1 – 16.     [8]   Univer sal E, Co M A.  Et si  Ts  1  1 36  213.   Et si .   201 5;V12. 7. 0 .     [9]   Li u  Z ,   Shen  Y,   Yu  Z,   Qin  F,  Chen  Q.  Adaptive  Resourc e  Al l oca t ion  Algorit h m   in  W ire le ss   Acc ess  Network.  TEL KOMNIKA  (Tele communic a t ion  Comput  El e c tron Cont rol) . vol  14(3), pp. 887 .   2016.     [10]   Sala h  M,   Ali   N, Ta ha   A.  D esigning Sta ndar d - Co m pli ant   LT E   Sc hedul ers. 2011   [11]   Ahm ed  RE,   Al m uhal la bi  HM .   Throughput - fa ir ne ss   tra deof f  in  LT E  upli nk  sch edul ing  al gor it h m s.  2016  Int  Co nf   Ind  Informatic s  Comput  Syst  CII CS   2016.   2016 ;    [12]   De  Te m iño  LA MR,  Bera rdin el l i  G,  Frattasi  S,  Mogensen  P.  Channe l - awa re  sch edul ing  al gori th m s  for  SC - FD M A   in  L TE   up li nk .   2 008  IEEE  In t  S y mp P ers Ind oor  Mob  Radi o   Comm un  PIM RC .   [13]   El ga zz ar  K,  Sal ah  M,  Ta ha  A - EM,   Hass ane in   H.  Com par ing   upli nk  sche dul ers  for  LT E.   Proc  6th  Int  W ire l   Com m un  Mob C om put  Conf  ZZZ  -   IW CMC   ’10   2010 ,   pp . 189.     [14]   Safa   H,  Tohme  K.  LTE  uplink  sche duli ng  al gorit hm s:  Per form anc e  and  cha l le nges.   201 2  19th  Int  Co nf   Tele commun IC T   2012.   2012 .     [15]   Alqaht an i  S  a. ,   Alhassan y   M.  Perform anc e  Mo del ing  and  Ev aluati on  of  Novel   Schedul ing  Al gorit hm   for  LT E  Networks.  2013  IEE E   12th   Int  S y mp Ne tw  Compu t  App l.   101 – 5.   [16]   Marwat   SN K,  W ee rawa rda n e  T,   Z aki   Y,  Goer g   C,   Ti m m - Giel  A.  Perform anc e   eva lu at ion  of  b andwidt h  and  Q oS   awa re   LTE  upl in k  sche dul er.  201 2;7277  LNCS:2 98 – 306.     [17]   Abu - Ali  N,  Ta h a  AEM,  Sala h  M,  Hass ane in  H.   Uplink  sche duling  in  LT E  and  L TE - adv anced:   T utori al,  surve y   a nd  eva lu at ion   fra m e work.  IE EE   Co mm un  S urv  Tutor ial s .   vol   16(3) ,   pp. 1239 – 65.   201 4.     [18]   Chuah  CN,  Ka t z  RH.  Ch aract er iz ing  pac k et  aud io  stre ams   from  Inte rn et   m ultim edi a   applic at ion s.  IEEE  In t  Con f   Comm un .   2002; 2:1199 – 203.     [19]   Jain  R,   Chiu  D - M,  Hawe  W R.   A  quant itati v e  m ea sure  of  fai r ness  and  discrim ina t ion  for  r esourc e  a ll o ca t ion   in  share d  comput er   s y st em.  Vol.   cs. NI/9809,   DEC   technical   r epor t   T R301.   1984.   p.   1 – 38.     [20]   3Gpp.  Evol v ed Universal   T err es tri al Ra dio   Acc e ss   (  E - UTRA );   Radi o  Freque n c y   (   RF   )  req uir e m ent s for  LT E   Pico  Node  B,   TR  36 . 931.   2011;0 :0 – 28 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.