I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 1 ,   p p .   1 3 9 5 ~1 4 0 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 1 i 2 . p p 1 3 9 5 - 1 4 0 4          1395       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Clo ud  r a dio   a cces n etw o rk   f ro nt ha ul  s o lution  u sing   o pti m i zed  d y na m ic  b a ndw idth  a llo ca tion  a lg o rith m       E bu de  Ca rine  Aw a s u m e 1 St ephen M us y o s ki 2 Vit a li ce   K a lecha   O du o l 3   1 De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   P a n   A f ric a n   Un iv e rsity   In st it u te f o S c ien c e ,   T e c h n o l o g y ,   a n d   In n o v a ti o n   ( P A UIST I ) Jo m o   Ke n y a tt a   Un iv e rsit y   o f   A g ricu lt u re   a n d   T e c h n o l o g y   ( JK U AT ) ,   Ke n y a   2 De p a rtme n t   o f   T e le c o m m u n ica ti o n s a n d   I n f o rm a ti o n   E n g in e e rin g ,   T e c h n ica Un iv e rsit y   o f   Ke n y a ,   Ke n y a   3 De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   In f o rm a ti o n   En g in e e rin g ,   U n iv e rsity   o f   Na iro b i,   Ke n y a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   16 ,   2 0 20   R ev i s ed   J u n   1 0 ,   20 20   A cc ep ted   J u n   25 ,   2 0 20       In   o rd e t o   a d d re ss   th e   c h a ll e n g e th a h a v e   c o m e   w it h   th e   e x p lo d i n g   d e m a n d   f o h ig h e sp e e d ,   traf f i c   g ro w th   a n d   m o b il e   w irele ss   d e v ic e s,  M o b i le  n e tw o rk   o p e ra to rs  h a v e   d e c id e d   to   m o v e   to   th e   n o t io n   o f   sm a ll   c e ll b a se d   o n   c lo u d   ra d io   a c c e ss   n e t w o rk .   T h e   m e rit s   o f   c lo u d   b a se d   RA in c lu d e th e   e a se   o in f ra stru c tu re   d e p l o y m e n a n d   n e tw o rk   m a n a g e m e n a w e ll   a th e   f a c th a it p e rf o rm a n c e   a re   o p ti m ize d   a n d   i is  c o st  e f f e c ti v e   th e   m e rit o f   c lo u d   b a se d   RA in c lu d e th e   e a se   o f   in f ra stru c tu re   d e p lo y m e n a n d   n e tw o rk   m a n a g e m e n a w e ll   a th e   fa c t h a it p e rf o rm a n c e   a r e   o p ti m ize d   a n d   it   is   c o st  e ff e c ti v e .   No t w it h sta n d in g ,   c lo u d   ra d io   a c c e ss   n e tw o rk   c o m e w it h   so   m a n y   strict  re q u irem e n ts  to   b e   f u lf il led   f o it f ro n th a u n e tw o rk .   In   th is   p a p e r,   w e   h a v e   p re se n t e d   th e se   re q u irem e n ts  f o a   5 G   f ro n th a u l   n e tw o rk .   P a rti c u lar  i n tere st  o n   th e   ti m e   d iv isio n   m u lt ip lex   p a ss iv e   o p ti c a n e tw o rk ’s   c h a ll e n g e   o late n c y   w a s   trea ted   b y   p ro p o si n g   a n   o p ti m ize d   v e rs io n   o f   th e   ro u n d   ro b in   d y n a m i c   b a n d w id th   a ll o c a ti o n   a lg o rit h m .   Re s u lt o b t a in e d   sh o a n   im p ro v e m e n in   th e   late n c y   o f   th e   o rig in a a lg o rit h m   w h ich   m e e ts  th e   f ro n th a u re q u irem e n t.   Oth e tes t   p a ra m e t e rs  li k e   ji tt e a n d   BER   w e r e   a lso   im p ro v e d   b y   o u p ro p o se d   o p ti m ize d   a lg o rit h m .   K ey w o r d s :   C lo u d   r ad io   a cc ess   n et w o r k     D y n a m ic  b a n d w id th   a llo ca tio n     P ass iv o p tical  n et w o r k   T im d iv i s io n   m u ltip le x   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   E b u d C ar in Aw a s u m e   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   P an   Af r ican   U n i v er s it y   I n s tit u te  f o r   Scien ce ,   T ec h n o lo g y ,   an d   I n n o v atio n   ( P A UST I )     J o m o   Ken y atta  U n i v er s it y   o f   Ag r icu ltu r a n d   T ec h n o lo g y   ( J KUA T )   Ken y a   P A UST I   C o m p lex   b lo ck   B ,   P . B OX  6 2 0 0 0 - 0 0 2 0 0 ,   Nair o b i ,   Ken y a   E m ail:  eb u d e. ca r in e @ s tu d e n ts . j k u at. ac . k e       1.   I NT RO D UCT I O N     T elec o m m u n icatio n s   co m p an i es  ar co n s tan tl y   b ei n g   c h alle n g ed   d u to   th d r asti in cr ea s in   d ata   tr af f ic  as  w el as  th d esire s   o f   th u s er s   to   ex p er ien ce   h ig h er   d ata  r ate  in   u s in g   th eir   p r o d u cts  an d   g etti n g   s er v ices   t h r o u g h   d i v er s e   an d   ev er   d y n a m ic   n et w o r k   ap p l icatio n s   an d   r eq u e s t.   C o n s eq u en t l y ,   th e   m o b ile   n et w o r k   h as  e v o lv ed   to   r is to   th c h alle n g b y   in cr ea s i n   c o v er ag ar ea   o f   t h n et w o r k ,   n et w o r k   ca p ac it y   a s   w ell   as  o t h er   q u ali t y   o f   s er v i ce   ( Qo S)  r eq u ir e m e n t.  O n o f   t h m o s s i g n i f ica n w a y   o f   ac h ie v i n g   th i s   i s   ad o p tin g   clo u d   r ad io   ac ce s s   n et w o r k   (C - R A N)   f o r   s m al ce ll  n et w o r k s ,   co n ce p w h i ch   h a s   ex p er ie n ce   s ig n i f ica n i n ter est   f r o m   t h i n d u s tr y   r ec e n tl y   [ 1 ] .   T h er ar ea r l y   s ig n s   t h at  t h i s   co u ld   b p r o m is i n g   R A N   ar ch itect u r f o r   f u t u r g e n er ati o n   o f   w ir eles s   n et w o r k   co m m u n ica tio n   th a t c o u ld   h a n d le  t h in cr ea s in g   m o b ile   tr af f ic  an d   m ee t h ch alle n g es  m o b ile  o p er ato r s   f ac w it h   tr ad itio n al  R A ar c h itect u r e.   A cc o r d in g   to   th e   o p er ato r s ,   R A N   is   co n s id er ed   th m o s t   ess e n tia co m p o n e n t   to   d eliv er   t h d esire d   al w a y s   av ailab le  h i g h   Qo an d   s p ee d   f o r   th u s er s   [ 2 ] .   Mo b ile  o p er at o r s   ar e   al w a y s   ch al len g ed   to   r ea lize  less   ex p en s iv R AN  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 A p r il 2 0 2 1   :   1 3 9 5   -   1404   1396   tech n o lo g ies  th at  ca n   m ee th e   in cr ea s i n g   m o b ile  tr af f ic  d e m an d ,   in cr ea s Qo S,  an d   m a n ag lar g n u m b er   o f   co m p le x   d ev ice s   [ 3 ] .   I n   o r d er   to   p r o v id u b iq u ito u s   s er v ices   an d   i m p r o v e   q u ali t y ,   e m p h a s is   is   m o s tl y   laid   o n   th e   R AN.   T h R A ar c h itect u r h as  e v o lv ed   f r o m   t h tr ad itio n a R AN  in   w h ich   t h b ase  s tatio n   i s   r esp o n s ib le  f o r   t h f u n ctio n s   o f   r ad io   an d   b aseb a n d   p r o ce s s in g   a n d   t h a n ten n s ited   clo s ed   to   t h r ad io   [ 4 ]   to   th d is tr ib u ted   R A ( D - R A N)   w h ich   i n v o l v es  th s ep ar atio n   o f   t h b ase  s tatio n   i n to   r e m o te  r ad io   u n it  ( R R U) ,   d ig ital  u n i t   ( DU)   an d   t h s ig n al   p r o ce s s in g   u n it  ( SP U)   [ 5 ] .   I n   t h D - R A N,   o n l y   o n e   R R is   b ei n g   s er v ed   b y   DU.   T h e   ap p r o ac h   o f   C - R A h as  s h o w n   th r o u g h   ex p er i m e n t s ,   to   s av b o th   o p er atio n al  ex p en d itu r ( OP E X)   an d   ca p ital   ex p en d it u r ( C A P E X)   [ 6 ] .   T h er is   s ep ar atio n   o f   DU  o r   B B f r o m   th e   r e m o te  r ad io   h ea d   ( R R H)   w h ich   r ep r esen t h r ad io   u n it   in   t h C - R AN  ar ch itect u r e.   T h is   i s   as  p r esen ted   in   Fi g u r 1 .   Sev er al  R R Hs  s h ar B B f r o m   t h c en tr al   clo u d   [ 7 ] .   T h er ar 3   ess en tia l c o m p o n e n t s   in   t h C - R A ar ch itect u r [ 8 ]   as sh o w n   i n   Fi g u r 1 .   T h ese  ar e:   -   Sev er al  B B Us  w h ic h   f o r m s   B B p o o l w ith   t h ce n tr alize d   p r o ce s s o r s   -   R R H s   w it h   an t e n n as s ited   at  r e m o te  s ite s   -   T h co n n ec tio n   b et w ee n   R R H s   to   B B Us  k n o w n   a s   f r o n t h au w h ic h   is   c h ar ac ter ized   b y   lo w   laten c y   a n d   h ig h   ca p ac it y .   T h ad v an ta g es  o f   t h ar ch i t ec tu r o f   C - R AN  ar ea s o f   in f r astr u ctu r d ep lo y m e n a n d   n et w o r k   m an a g e m e n as  w ell  as  t h f ac th at  its   p er f o r m a n ce   ar o p tim ized   an d   it  is   co s ef f e ctiv e.   T h tr an s p o r s y s te m   w ill  h a v s tr in g en p er f o r m a n ce   r eq u ir e m e n i n   th o r d er   o f   ter b it  p er   s ec o n d s   ( T b p s )   to   h an d le  th e   h u g n u m b er   o f   r ad io   ch an n e l s ,   th j o in p r o ce s s in g   o f   th s ev er al  R R H s   as  w ell  as  f r o n t h au esti m atio n   [ 1 ] .   T h er is   n o w   t h n ee d   to   ad d r ess   all  t h s tr ict  r eq u ir e m en ts   o f   th i s   f r o n th a u l p ar t o f   th n et w o r k .     Fro n th a u l in k   i s   a n   es s e n tial   f ea t u r o f   th e   C - R AN  a s   it   co n n ec t s   t h R R Us  to   t h c en tr alize d   f u n ctio n s .   C - R A N   ar tip p ed   to   b d ep lo y ed   in   s ce n ar io   wh er e   th u s er s   d en s it y   is   h i g h .   C o m m o n   p u b lic   r ad io   in ter f ac ( C P R I )   i s   a n   e x a m p le   o f   co m m o n   s e m i - p r o p r ietar y   i n ter f ac w h ich   d ep en d s   o n   ti m e - d o m ain   s a m p les  o f   r ad io   w av e f o r m s   [ 9 ] .   Data   r ates  f o r   C P R I   d if f er s   g r ea tl y   w i th   t h least  b ei n g   t h at  o f   o p tio n   1   w it h   r ates  o f   6 1 4 . 4   Mb p s   to   th h ig h est  w h ic h   i s   o p tio n   1 0   w it h   d ata  r ate  in   r eg io n   o f   2 4 . 3 3 0 2 4   Gb p s .   T h ese  r ates  ar ex p ec ted   to   b e   d eliv er ed   b et w ee n   R R H s   an d   B B Us  co v er in g   s e v er al  k ilo m eter s .   I is   f o r   th is   r ea s o n   th a t   an   ap p r o p r iate   f r o n th a u s o l u t io n   th at  w ill  m ee t h r eq u ir em en ts   f o r   5 n et w o r k   n ee d s   to   b estab lis h ed .   An   o p ti m ized   r o u n d   r o b in   d y n a m ic  b an d w id t h   allo ca tio n   al g o r ith m   i s   i m p le m e n ted   in   a n   NG - P ON  2   f r o n t h au l   s o l u tio n   to   b ab le  t o   m ee t t h e s r eq u ir e m en ts .   R e s u lt s   m ea s u r ed   u s i n g   t h p ar am eter s   laten c y ,   j itter   an d   B E R   s h o w ed   an   i m p r o v e m en t.           Fig u r 1 .   C - R A ar ch i tectu r e   [ 8 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C lo u d   r a d io   a cc ess   n etw o r fr o n th a u l   s o lu tio n   u s in g   o p timiz ed   d yn a mi . ..   ( E b u d e   C a r in A w a s u me)   1397   T h is   r e m ain d er   o f   p ap er   h as  b ee n   p ar titi o n   in to   4   s ec tio n s .   P r esen tatio n   o f   d if f er en C - R AN   f r o n t h au l   r eq u ir e m en ts   f o r   5 n et w o r k   h as   b ee n   d o n i n   Sectio n   2 .   Sectio n   3   p r ese n ts   p o s s ib le   o p tical  f r o n t h au s o lu tio n s   w it h   p ar ticu lar   in ter est  i n   th T DM - P ON  s o lu tio n .   T h ch alle n g e s   f a ce d   b y   th i s   T DM - P ON  s o lu tio n   ar p r esen ted   in   s ec tio n   4   w it h   p o s s ib le  s o l u ti o n s   t o   th ese  c h alle n g e s .   I n   s ec tio n   5 ,   th o r ig in al   r o u n d   r o b in   alg o r ith m   a n d   th p r o p o s ed   o p tim ized   v er s io n   ar p r esen ted .   Sectio n   6   p r esen ts   t h s i m u latio n   p ar am eter s   u s ed   a n d   th an a l y s is   o f   t h r es u lts   o b tain ed .   T h i s   p ap er   is   co n clu d ed   in   s ec tio n   7 .       2.   C - RAN  F RO NT H AU L   RE Q UIRE M E NT S   T h d ef in itio n   o f   d if f er en t te r m i n o lo g ies p er tai n in g   to   th C - R AN  f r o n th a u l is p r ese n ted   f i r s t,     -   Fro n th a u li n k T h is   i s   t h c o n n ec tio n   b et w ee n   th r e m o t r ad io   u n it  a n d   th DU  p o o l.  Op en   r ad io   in ter f ac ( O R I ) ,   co m m o n   p u b lic  r ad io   in ter f ac e   ( C P R I ) ,   an d   o p en   b ase  s tatio n   ar c h itec tu r in i tiati v ( OB SA I )   ar co m m o n   in s ta n c o f   f r o n t h au l p r o to co ls .   -   Fro n th a u n et w o r k T h i s   is   th e   p ar o f   th n et w o r k   w h ic h   tr a n s p o r ts   t h f r o n th a u l in k s   a n d   co n n ec t s   t h R R U s   an d   DU  p o o l.  W av ele n g t h   d i v is io n   m u lt ip lex i n g   ( W DM )   n et w o r k   is   a n   ex a m p le  o f   f r o n t h a u n et w o r k .   -   Fro n th a u l c h an n el:  T h is   i s   th ch an n el  u s ed   to   co n v e y   i n f o r m atio n   r elate d   to   th f r o n t h au l .   -   Fro n th a u s o l u tio n T h is   is   t h e   p latf o r m   to   ac tu alize   th f r o n th au n et w o r k .   T h s o lu tio n   en s u r es  th a th f r o n t h au n et w o r k   m ee t t h r eq u ir e m e n [ 1 0 ] .   T h er is   s ig n i f ica n o v er h ea d   b u r d en   o n   f r o n th a u lin k   in   th C - R AN  ar ch i tectu r e.   Dep en d in g   o n   th k in d   o f   d ata  co m p r e s s io n   t ec h n iq u u s ed   an d   t h d if f er en t c ell  s ite  tec h n o lo g y ,   th b it r ate  o f   th f r o n t h a u l   ca n   b i n   t h o r d er s   o f   g ig a b its   p er   s ec o n d .   A l s o ,   f r o n th au w ir ele s s   tr af f ic   v ar ie s   w i th   ti m e   an d   n ee d s   d if f er e n b an d w id t h s   at  d i f f er en ti m es  o f   th d a y .   C o n s eq u en t l y ,   I is   f ir s i m p o r tan th at  th d esi g n   o f   th e   MFH  s h o u ld   s u p p o r f le x ib l b an d w id t h   allo ca tio n   as  well  as  h ig h - b an d w id t h   ca p ac it y   [ 1 1 ] .   A ls o ,   t h e   f r o n t h au l   tr af f ic   s h o u ld   b s e n t in   p ac k ets   an d   tr a n s m itted   ac r o s s   co n v en t io n al  p ac k et - s w it ch ed   n et w o r k s ,   li k e   E th er n et.     Fu r t h er m o r e,   th er is   n ee d   f o r   th MFH  to   co p e   w ith   t h s tr in g e n li m it  o f   d ela y   i n   r ea l - ti m s i g n a l   p r o ce s s in g .   T h is   is   n ec e s s ar y   b ec au s th I d ata  ca r r ie d   o v er   C P R I   lin k   is   in   d ig i ta f o r m .   A l s o ,   an y   f r o n t h au l   s o l u tio n   m u s s u p p o r at  least  o p tio n s   2 ,   3 ,   4 ,   5 ,   6   an d   7   o f   C P R I .   I is   o p tio n a l   f o r   th e   s o lu tio n   to   s u p p o r C P R I   o p tio n s   1   an d   8   [ 1 0 ] A d d itio n all y ,   lo w   lat en c y   m u s b ac h ie v ed   at  all  ti m es  i n   o r d er   to   s u p p o r i m p o r tan t   C - R A a p p licatio n s   li k t h v ir t u al  m i g r atio n   o f   B B an d   co o r d in ated   m u lt ip o in t   ( C o MP ) .   T h least  ac ce p tab le  p er f o r m a n ce   f o r   eM B B   an d   UR L L C   f r o n t h a u en d - to - e n d   d elay   ar 4 m s   a n d   5 0 0 μ s   r esp ec tiv el y .   T h is   in cl u d es th d ela y   f r o m   t h eq u ip m en t a s   w el l a s   th ti m s p en f o r   p r o p ag atio n .   A d d ed   to   th ab o v e,   eith er   ele ctr ical  o r   o p tical  m u ltip lex i n g   o f   th C P R I   li n k s   m u s b p o s s ib le  w it h   th MFH  s o lu t io n .   T h m u ltip lex ed   s i g n al  w ill  b s e n to   th e   B B p o o l.  A d d itio n all y ,   t h m u ltip lex in g   o f   t h e   FH  lin k s   m u s b tr an s m it tab le  o n   th s a m ch a n n e l.  I n f o r m atio n   ab o u t h O & in   t h FH  d o m ai n   co u ld   also   b tr an s m itted   co n c u r r en t l y   u s i n g   th s a m ch a n n el  o r   d if f er e n c h an n el  ca n   b u s ed .   W h en   it  co m es  t o   th to p o lo g y   f o r   th f r o n t h a u n et w o r k ,   r i n g   to p o lo g y   is   p r ef er r ed   s o   th at  it  ca n   s a v e   f ib er   as  m u c h   as   p o s s ib le.   A l s o ,   tr ee   an d   p o in t - to - p o in to p o lo g y   ca n   als o   b u s ed   in   o r d er   f o r   n et w o r k   d ep lo y m e n to   b f le x ib le.     Du to   th e   ex ce p tio n al  n et w o r k   p er f o r m a n ce   r eq u ir ed   o f   F H,   m a n y   r esear ch er s   h av e   i n v e s ti g ated   h o w   to   ad d r ess   th ch alle n g o f   ac h ie v i n g   t h d esi g n   o f   FH  n et w o r k   t h at  f its   w el l to   d eliv e r   5 C - R AN.   Mo s o f   th w o r k   ag r ee d   th at  f o r   F tr af f ic  a n d   r eq u ir e m en ts   to   b m et,   h ig h er   f u n ct io n al  s p lit s   th a n   C P R I   w h ic h   n ee d s   v er y   lo w   laten c y   an d   d e m a n d s   h i g h   ca p ac it y   w il l n ee d   to   b r esear ch ed   o n   [ 1 2 ] .       L ast l y ,   f o r   th p u r p o s o f   r eliab ilit y   an d   q u al it y   o f   s er v ic e,   th f r o n t h au s o lu t io n   s h o u ld   h a v a   b ac k u p   s o   t h at  i s w itc h es   o n ce   it   ex p er ie n ce s   a   f ib er   f ai lu r e.   T h is   f ail u r s h o u ld   n o ca u s s er v ic in ter r u p tio n   at  th e   lev e o f   th e   ap p licatio n   la y er .   A l s o ,   th er i s   a   r eq u ir e m e n t   o f   less   t h an   5 0   m s   s w itc h /r ec o v er y   ti m f o r   th F lin k   [ 1 0 ] .       3.   F RO NT H AUL F I B E SO L UT I O N S   T r a d itio n all y ,   o p tical  f ib er s   b ased   o n   s i n g le  m o d f ib er   ( SMF)   an d   m u lti - co r f ib er   ( MCF )   ar u s u all y   u s ed   i n   t h C - R A f r o n th a u li n k s   [ 1 3 ] .   Op tical  s o l u tio n s   t h at  ca n   b e m p lo y ed   f o r   m o b ile  f r o n t h a u l   ca n   v ar y   f r o m   d ed icate d   f ib e r   to   W av elen g t h   b ased   s y s te m s   o r   P ON  s y s te m s .     3 . 1 .     Dedica t ed  f iber  s o lutio n   I n   th i s   s o l u tio n ,   th er i s   d ir ec d ed icate d   f ib er   co n n ec tio n   t h at  co n n ec t h R R H s   an d   th B B U   p o o l.  T h is   is   u s u all y   ac h ie v e d   u s i n g   Dar k   f ib er   i n   f o r m   o f   lar g i n s talled   f ib er s   w h ic h   ar u n u s ed   b y   p ar ticu lar   o p er ato r .   I n   th is   d es ig n ,   th er i s   d ed icat ed   f ib er   lin k   f o r   ea c h   R R to   B B p o o l.  T h m o d u lat io n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 A p r il 2 0 2 1   :   1 3 9 5   -   1404   1398   an d   d e m o d u lat io n   o f   C P R I   s i g n al   to   o p tical  ca r r ier   is   d o n e   b y   o p tical  tr an s p o n d er s   w h ich   ar lo ca ted   at  b o th   s id es o f   t h c h an n el  to   p er f o r m   E /O  o r   O/E   co n v er s io n .   T h i s   s o lu tio n   i s   s tr ai g h tf o r w ar d   an d   th late n c y   is   lo b ec au s it  o n l y   p o s s e s s e s   d ela y   d u to   p r o p ag atio n   o f   lig h t.  Ho w ev er ,   it  h a s   th is s u o f   m a n y   f ib er   lin k s   d ep lo y m en t s .   T h s o lu tio n   al s o   s u f f er s   f r o m   lac k   o f   f lex i b ilit y   a n d   r eliab ilit y   co m p ar e d   to   o th er   s o lu tio n s   [ 1 1 ] .   T h ex p an s io n   i s   also   ch alle n g i n g   d u e   to   t h co s n ee d ed   to   d ep lo y   n e w   f ib er   lin k s   a n d   t h er i s   li m ita tio n   to   th is   [ 1 4 ] .     3 . 2 .     O ptic a t ra ns po rt   net w o rk   ( O T N)   G.   7 0 9   is   th f r a m e w o r k   p r o p o s ed   b y   I T U - T   w h ic h   r ep r esen t s   o p tical  tr an s p o r n et w o r k   ( OT N)   r esp o n s ib le  f o r   th tr a n s f er   o f   C P R I   s i g n a ls   tr a n s p ar en tl y   [ 1 5 ] .   O T en ca p s u late s   C P R I   tr af f ic  w h ic h   i s   f u r t h er   m u ltip le x ed   o n   th f r o n th a u l.  A l s o ,   OT h as  th ab ilit y   to   r ed u ce   ef f ec o f   b it  er r o r s   s en s iti v it y   o f   th e   lin k   b y   ad o p tin g   f o r w ar d   er r o r   co r r ec tio n   ( FEC)  [1 14] .   T h is   r esu lt  i n   e x te n d in g   t h r ea ch   to   m etr o   ar ea   to   f o r m   m etr o   o p tical  n et w o r k s .   Ho w e v er ,   th e   f ea tu r e s   o f   OT w h ich   in c lu d es   FE C   h as  ca u s ed   t h d e m er it  o f   in cr ea s ed   laten c y   i n   th tr a n s f er   o f   C P R I   tr af f ic.     3 . 3 .     Wa v eleng t h ba s ed  s y s t em     T h m o tiv at io n   b e h in d   t h i s   s o lu tio n   is   to   ac h ie v co s e f f icien n et w o r k   w i th   v er y   ca p ac it y .   I n   ad d itio n ,   in   o r d er   to   tr an s m i t   C P R I   s ig n als,  t h W DM   p r esen t s   ad eq u ate  ch ar ac ter is tic s   w h ich   m a k es  it  p r o s p ec tiv s o lu tio n .   An o t h er   w a v ele n g t h   b a s ed   s o l u tio n   w h ich   i s   v er y   r el iab le,   s i m p le  a n d   h as  lo w   d ela y   is   th C W DM .   T h tec h n o lo g y   b eh in d   C W DM   m u lt ip lex i n g   i s   ch ea p   a n d   all   t h ese   m a k e   is   g o o d   b o th   f o r   m etr o   an d   ac ce s s   n e t w o r k s .   T h ea s i l y   ad ap tab le  n atu r o f   C W DM   d u r in g   its   d ep lo y m en m a k es  it  ap p r o p r iate  f o r   m o b ile  f r o n t h a u as  t h s ite s   f o r   th d ep lo y m e n o f   R R Hs  ar u s u all y   u n p r ed ictab le.   B ec au s o f   t h u n p r ed ictab le  n at u r o f   th lo c atio n   o f   th d i f f er en R R H s ,   th ad ap tab ilit y   o f   C W DM   to   o u td o o r   d ep lo y m e n t   as  w el as  its   co s ef f ec ti v e n ess   an d   h i g h   th r o u g h p u m a k es  it  s u itab le  s o lu tio n   f o r   m o b ile  f r o n th a u l.   C W DM   h as  b ee n   a s s i g n ed   f ix ed   w a v ele n g th   b y   I T U - T   co n s i s ti n g   o f   1 8   ch an n el s   an d   2 0   n m   o f   s p ac i n g   i n   b et w ee n   ea c h   ch a n n el.   T h is   f i x ed   w a v elen g t h   d o es   n o t   en co u r a g t h u s o f   C W DM   f o r   co m m er cial   p u r p o s es  as  n et w o r k   ex p a n s i o n   an d   m i g r atio n   b ec o m es  d if f icu l t.  I n   ad d itio n   to   th at,   th 1 8   f ix ed   ch an n el s   o f f er ed   b y   C W DM   w il l n o t b en o u g h   i n   lo ca tio n s   w h er e   t h e r ar m a n y   R R H s .     T h is   lead s   u s   to   th DW DM   w h ic h   ca n   b u s ed   as  f r o n th au s o lu tio n   f o r   ca s w h er m an y   R R H s   w a n to   tr an s m it  at  t h s a m e   ti m to   t h e   B B p o o l.  DW DM   as  th n a m i m p lies   i s   d en s er   v er s io n   o f   C W DM   h e n ce   is   m o r s p ec tr u m   e f f icie n t .   A   t y p ical  ex a m p le  o f   DW DM   h as  1 6 0   ch a n n el s   f o r   2 5   GHz  g r id   w it h   0 . 2   n m   s p ac i n g   b etw ee n   t h c h an n el s .   B ec au s e   o f   t h is   clo s er   ch a n n el   s p ac in g   b et w ee n   w a v ele n g th s   o f   DW DM ,   th f r eq u e n cies  ca n   b s aid   to   b m o r s tab le   co m p ar ed   to   th C W DM   s c h e m es.  On o f   th m ai n   g o als  o f   C - R A i s   co s e f f ec tiv n et w o r k .   T h is   m ea n s   t h at  t h co s o f   tr an s m itter s   a n d   h ig h   te m p er atu r es   th at  co m e s   w it h   th e   d ep lo y m e n t o f   DW DM   n ee d s   to   b s tu d ies f o r   th i s   g o al  to   b m et   [ 1 ] .     3 . 4 .     P O ba s ed  s y s t e m   T h P ON  b ased   s y s te m   is   p r ac tical  s o lu tio n   b ec au s it  i s   c o s ef f ec ti v an d   is   r ea d il y   a v ailab l f o r   th tr an s p o r tatio n   o f   f r o n t h a u l   d ate  in   s m al ce ll  s ce n ar io   [ 1 6 1 7 ] .   Sin ce   it  u s es  f ib er   o p tics   as  m ed iu m   o f   tr an s m is s io n ,   i ca n   c ar r y   t h h u g f r o n t h au d ata  o f   C P R I   i n   an   u l tr a - d en s e   s m al ce ll  n e t w o r k .   I t s   s i m p le,   p ass iv n at u r an d   r ea d il y   av ailab le  o p tical  d is tr ib u tio n   n et w o r k   m ak e s   it  m o r p r ef er ab le  s o lu tio n   f o r   MN Os.  Ho w ev er ,   d u to   th o p tical  s p litt er s   u s ed   in   P ONs  f o r   t h s ep ar atio n   an d   co llectio n   o f   o p tical  s i g n a ls ,   it  ca n   lead   to   i n cr ea s i n   late n c y   an d   al s o   h i g h er   p o w er   co n s u m p tio n   h en ce   r ed u c tio n   i n   ce ll  r ad iu s .   W DM - P ON  an d   th T DM - P ON   ar t h v er s io n s   o f   P ONs  t h at  ar b u d g et  f r ie n d l y   a n d   f ea s ib le  w h e n   b ein g   u s ed   i an   u ltra - d en s e   s ce n ar io .     XG - P ON GP ON  an d   1 0 G - E P ON   ar ex a m p les  o f   t i m d iv is io n   m u ltip le x ed - P ON.   T h ese   T D M   ex a m p le s   ca n n o t e x ce ed   1 0   Gb /s   b it r ates a n d   s o   th e y   ar ap p r o p r iate  an d   ch ea p   f o r   d en s s m al l c ell  s ce n ar io s   w it h   b itra tes  lo w er   th a n   1 0   Gb /s   b u th e y   ar n o i n   s ce n ar io   w h er th s m all  ce lls   ar s ca n t y   [ 1 ] .   As   co n ce r n s   la ten c y ,   t h d o w n s tr ea m   late n c y   f o r   T DM - P ONs i s   g o o d   f o r   MFH   as it   u s es b r o ad ca s t.  T h p r o b le m   co m e s   w it h   th e   u p s tr ea m   laten c y   w h ic h   is   u s u al l y   i n   th o r d e r   o f   m ill is ec o n d s .   T h m ai n   ca u s o f   th is   laten c y   in cr ea s i n   th u p s tr ea m   is   t h d y n a m ic  b an d w id th   al lo ca ti o n   alg o r ith m   it  u s e s   f o r   tr an s m is s io n .   T h er ef o r e,   th DB A   al g o r ith m   n ee d s   to   b i m p r o v ed   u p o n   f o r   t h T DM - P ON  to   b m ad a n   ap p r o p r iate  MFH  s o l u tio n .   T h is   w il l b d is cu s s ed   in   d etai ls   in   s ec tio n   4 .     T h W DM - P ON  co m w it h   th o p tio n   o f   p r o v id in g   d i f f e r en w a v ele n g th s   in   o r d er   f o r   d if f er en t   p o in t - to - p o in li n k s   to   b est ab lis h ed .   I p r esen t s   b en e f its   lik lo w   late n c y ,   h i g h   tr an s m is s io n   r ate  an d   it s   f le x ib ilit y   w it h   d if f er en p r o to co ls   an d   tr an s m i s s io n   r ate s .   W ith   w a v el en g t h   ca p ac it y   o f   u p   to   2 4 . 3 3 0 2   Gb / s ,   it  m ak e s   it  an   at tr ac tiv s o lu tio n   f o r   C P R I   tr an s m is s io n .   B ec au s t h W DM - P ON  ca n   u s a   s in g le  w a v elen g t h   f o r   th s i m u ltan eo u s   d u p le x   tr an s m i s s io n   o f   tr af f ic  m a k es  it   m o r s p ec tr u m   ef f ic ien w h e n   it  co m es  to   f ib er   u s a g e   [ 1 8 ] .   B ec au s o f   t h s h ar ed   o p tical  in f r astr u ctu r e   d u e   to   m u ltip lex in g   o f   s i g n al s   f r o m   d if f er e n ONU s ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C lo u d   r a d io   a cc ess   n etw o r fr o n th a u l   s o lu tio n   u s in g   o p timiz ed   d yn a mi . ..   ( E b u d e   C a r in A w a s u me)   1399   th er ar is e s   t h n ee d   to   p u r ch ase  v er y   e x p en s i v eq u ip m en li k W DM   m u lt ip lex er / de - m u lt ip lex er   a n d   tr an s ce i v er s .   T h is   co s t i n cr ea s li m it s   th i m p la n tatio n   o f   th i s   f r o n t h a u l so l u tio n .   A   T W DM - P ON  is   h y b r id   i m p le m e n tat io n   o f   th 2   ab o v e   m e n tio n e d   P ON  s y s te m s .   A n   ex a m p le  o f   th is   h y b r id   P ON  i s   t h e   NG - P ON2 .   Fo r   th is   h y b r id   s c h e m to   b d ep lo y ed ,   i m a k es   u s o f   b o th   w av e len g t h   an d   ti m m u lt ip lex i n g .   T h T DM   m a k es  a v ailab le  s e v er al  P tMP   lin k s   u s in g   DW DM   an d   o n   a n o th er   DW DM ,   th er ar s ev er al  f r ee   p o in t - to - p o in li n k s   m ad e   [ 1 9 ] .   T h t w o   m u l tip lex i n g   s ch e m es  f u n ctio n s   u s in g   s h ar ed   opt ical  d is tr ib u tio n   n et w o r k   ( ODN) ,   F i g u r 2   illu s t r ates  th i s .   T h NG - P ON2   ar ch itectu r i s   b asicall y   s tack   o f   f o u r   XG - P ON s .   T h is   m a k es  i to   b ab le  to   p r o v id u p   to   4 0   Gb / s   ag g r eg a te  in   t h d o w n s tr ea m   a n d   10   Gb /s   in   th u p s tr ea m .   A p ar f r o m   t h late n c y   ch al len g t h at  co m e s   w it h   T DM - P ON  s y s te m s ,   th er i s   also   th p r o b lem   o f   r ea lizin g   lo w   c o s t tu n ab le  f ilter   at  t h lev e l o f   ONUs.           Fig u r 2 .   An   o v er la y   o f   DW DM - P ON   an d   T W DM - P ON  u s i n g   s a m O DN   [ 1 ]       4.   T DM - P O B ASE F RO NT H AUL CH AL L E N G E S AN SO L U T I O NS     4 . 1 .     Cha lleng es   T DM - P ON  as  f r o n t h au l   s o lu tio n   is   g o o d   o p tio n   b ec a u s o f   it s   s i m p lic it y   an d   it s   co m m o n l y   av ailab le   o p tical  d is tr ib u tio n   n et w o r k .   A ll  t h ese  m a k it   v er y   co s e f f ec ti v MFH  s o lu tio n .   A s   f ir s t   co n ce r n   w it h   T DM - P ON  b ein g   g o o d   f r o n th a u s o l u tio n ,   w en co u n ter   t h ch al len g o f   ca p ac it y   a n d   b an d w id t h   [1 15 20] .   B ec au s t h C P R I   f r o n th a u i n t er f ac u s ed   i n   C - R AN  h a s   v er y   h ig h   b itra tes,   m u ltip lex in g   t h ese   s i g n a ls   o v er   an   XG - P ON  ch a n n el  o f   1 0   Gb /s   is   n o g o o d   s o lu tio n .   T h is   ch alle n g o f   ca p ac it y   h as  b ee n   r eso lv ed   b ec au s o f   I T U - T s   G9 8 9   ( NG - P ON2 )   w i t h   s in g le  ch a n n e o f   u p   to   4 0   Gb /s .   A l s o ,   as  s o lu tio n   to   ca p ac ity   a n d   b an d w id th   l i m itatio n ,   t h er h as  b ee n   lo o f   r esear c h   w o r k   o n   d if f er en t   co m p r es s io n   tec h n iq u es  o f   C P R I   s ig n al s   b ef o r tr an s m i s s i o n .   P r o g r ess   h as  b ee n   m ad a s   th er e   h a s   b ee n   th e   co m p r es s io n   b et w ee n   2 an d   3 o f   th o r ig i n al  s i g n al  ca p ac it y .     I n   ad d itio n ,   f o r   th u n in ter r u p ted   tr an s m i s s io n   o f   C B R   tr a f f ic  in   C P R I ,   th er is   t h n ee d   f o r   T DM - P ONs  to   h a v q u iet  w i n d o w   s o   as  to   p r ev e n tr a n s m i s s io n   f r o m   n e w   ONUs   [ 1 5 ] .   A ls o ,   t h er ar ad d itio n al   r eq u ir e m en ts   f o r   t h s ec u r it y   an d   s y n c h r o n izatio n   o f   C P R I .   T h ese   ad d itio n al   r eq u ir e m en ts   ar e   n o t   v er y   ess e n tial   i n   T DM - P ONs  b ec a u s s o lu tio n s   alr ea d y   e x i s b u ar n o tr ea ted   i n   t h is   p ap er .   A p ar f r o m   th ab o v e,   laten c y   is   s til b ig   p r o b lem   w it h   T DM - P ONs.  T h laten c y   r eq u ir e m e n f o r   5 f r o n th a u s h o u ld   b e   5 0 0 μ s   b u th at  o f   T DM - P ONs   is   u s u all y   ab o u 1 m s   p ar ticu l ar l y   i n   t h u p s tr ea m   d u to   i ts   DB A   g r a n r eq u es t   s en t to   t h OL T   b ef o r tr an s m is s io n   b eg i n s   [1 15 20 - 22]     4 . 2 .     So lutio ns   t o   T D M - P O N   f ro ntha ul la t ency   cha lleng e   4 . 2 . 1 .   F ix ed  ba nd w idth a llo ca t io n ( F B A)   FB A   h as  b ee n   u s ed   as  s o lu t i o n   to   th h ig h   late n c y   in   T DM - P ONs.  B y   as s i g n i n g   f ix ed   b an d w id t h s   b et w ee n   th O L T   an d   its   d if f er en ONU s .   B ec au s o f   th f ix ed   b an d w id th s ,   co n tr o s i g n als  ar n o n ee d ed   b et w ee n   t h O L T   an d   th e   ON U.   Nev er t h eles s ,   th e s f i x ed   b a n d w id th   a s s i g n ed   to   ev er y   li n k   is   n o b an d w id t h   ef f icien w it h   r esp ec to   s tatis tical  m u lt ip lex i n g   m a k i n g   t h b an d w id t h   r eq u ir e m e n to   al w a y s   r e m ai n   h i g h   [ 2 0 ,   2 2 - 25] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 A p r il 2 0 2 1   :   1 3 9 5   -   1404   1400   4 . 2 . 2 .   M a t he m a t ica l   a na ly s is   us ing   qu e uin g   t heo ry   P r asan th ,   W alid   an d   P f eif f er ,   u s ed   m at h e m atica a n al y s i s   to   s o lv th i s   laten c y   p r o b le m .   T h er w a s   th u s o f   t h n o tio n   o f   q u e u in g   t h eo r y   to   m at h e m atica ll y   an al y s t h o v er all  d ela y .   T h en   s tu d y   o f   th e   p o s s ib le  tr ad e - o f f   th at   co u ld   b m ad u s i n g   s ev er al  p ar a m et er s   w er d er iv ed   f r o m   c lo s ed - f o r m   f o r m u la s .   A t   th en d ,   in   d i f f er en t a p p licatio n   ca s es,  2 5 0   µs o f   ac ce p tab le  laten c y   w a s   estab li s h ed   [ 1 5 ] .     4 . 2 . 3 .   L o w   l a t ency   DB s chem e s   Mo s o f   th ef f o r ts   b y   r esear c h er s   to   r ed u ce   laten c y   i n   T DM - P ONs  h a s   b ee n   d o n b y   m o d if icatio n   of   th DB A   alg o r it h m .   Mik ae il  et  a l.   [ 2 1 ]   d id   s o   b y   o p ti m i zin g   t h h ig h   late n c y   r o u n d - r o b in   DB A   o f   XG - P ON.   Z h o u   e a l .   [ 2 2 ]   an d   T a s h ir o   et  a l [ 2 6 ]   w o r k ed   o n   a   co m p le x   p r o g r a m m i n g   th at  u s es  th m ap p in g   o f   L T E   R B   to   tr an s m it  it s   o u tc o m to   t h T DM - P ON.   T h is   h elp ed   to   cu d o w n   o n   t h ex tr d ela y   in   P ON   s ch ed u lin g .   O u   et  a l .   [ 1 6 ]   Mo d if ied   laten c y   r ed u ctio n   b y   ap p ly in g   tr an s m is s io n   d iv is io n   t o   th DB A .   Ho r v at h   et  al .   [ 2 7 ] ,   r ed u ce d   th laten c y   o f   th r ee   ess e n tial  s er v ice s   w h ich   ar v id eo ,   v o ice  an d   d ata I n   th is   w o r k ,   d if f er e n tr a n s m i s s io n   co n ta i n er s   ( T - C NT s )   w er u s ed   to   r ep r esen t h ese   t h r e s er v ic es.  T - C ONT s   h elp   i m p r o v e   P ON’ s   DB A   s tatu s .   I n   [ 2 1 ]   p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   w a s   d o n f o r   t w o   n e w   XG - P ON  DB As.  T h ese  ar th r o u n d - r o b in   DB A   ( R R - DB A )   a n d   g r o u p - a s s u r ed   GI A NT   ( g GI ANT ) .   T h e y   w er co m p ar ed   u s i n g   b u r s t   s i m u lated   m o b ile   f r o n t - h a u l   tr af f ic.   Neit h er   o f   t h ese  DB As  w a s   f o u n d   to   m ee th e   d ela y   r eq u ir e m e n t s   f o r   a   C - R AN  f r o n t h au b u th R R - DB A   g a v b etter   p er f o r m a n ce   f o r   u p s tr ea m   d el a y   co m p ar ed   to   t h g GI A NT .   I is   f o r   th is   r ea s o n   th at  w d ec id to   o p tim ize  t h R R - DB A   i n s tead   o f   t h g GI ANT .       5.   RE S E ARCH   M E T H O   Gen er all y ,   th DB p r o ce d u r in   P ONs  i s   b y   a s s i g n i n g   u p s tr ea m   o p p o r tu n it ies  to   d i f f er en ONU s   co n n ec ted   to   t h O L T   [ 2 8 ] .   T h is   is   b ec a u s d o w n s tr ea m   tr a n s m i s s io n   is   d o n e   b y   b r o ad ca s tin g   f r o m   th e   O L T   to   th d i f f er e n O NUs.  E v er y   ONU  is   b ein g   g r o u p ed   in   d i f f er en t   Qo cla s s e s   o f   s er v ice   ( C o S)  an d   p o s itio n ed   in   th ap p r o p r iate  T - C ONT   in   o r d er   f o r   th OL T   to   tr ea t h e m   s ep ar atel y   [ 2 9 ] .   T h ese  T - C ONT ar eith er   Fix ed   ( T - C ONT 1 ) ,   A s s u r ed   ( T - C ONT 2 ) ,   N o n - Ass u r ed   ( T - C ONT 3 )   o r   B est E f f o r ts   ( T - C ONT 4 )   Gen er all y ,   th e   O L T   co n tin u o u s l y   co llec ts   DB A   r ep o r ts   a n d   ca lcu late s   t h u p s tr ea m   tr af f ic   to   ass i g n   to   ea ch   ONU.   T h ca lcu lated   r esu lt s   ar s en to   ea ch   O NU  b y   b a n d w id th   m ap   an d   t h ONUs  t h e n   tr an s m it   u p s tr ea m   d ata  t h r o u g h   th p er m itted   ti m eslo t s   in   t h m ap   [ 3 0 ] .   T h d if f er en ce   b et w e en   DB A s   is   in   t h e   m an n er   i n   w h ic h   t h ass ig n ed   u p s tr ea m   tr a f f ic  is   ca lc u lated   f o r   ea ch   ONU.     5 . 1 .     Ro un d - ro bin   DB a lg o rit h m   T h R R - DB A   o r ig in ate s   f r o m   an   o ld ,   f air   an d   s i m p le  al g o r i th m   th at   tr ea t s   all  T - C ONT s   e q u all y   b y   ass i g n in g   t h e m   a n   a m o u n o f   b y te s   les s   t h an   o r   eq u al  to   t h m ax i m u m   allo ca tio n   b y tes     an d   in   cir cu lar   m an n er .   T h er is   p r o ce s s in g   ti m   ass ig n ed   to   ea ch   ONU  f o r   ea ch   cy c le  g i v e n   b y       =         ( 1 )     w h er   r ep r esen ts   th d u r atio n   o f   c y cle  a n d   th er ar t o tal  o f     ONUs  in   t h n et w o r k   [ 2 7 ] .   W h en   t h e   o cc u p an c y   r ep o r   f r o m   th    T - C ONT   d u r in g   th   cy cle   r ea ch es  th OL T ,   th e   DB A   m ec h a n is m   allo ca tes th g r an   as f o llo w s     = {                                                ( 2 )     w h er   h elp   to   s to p   th o v er   d e m an d i n g   T - C O NT s   f r o m   o v er u s i n g   t h u p s tr ea m   b an d w id t h   b u t h is   d o es n o t e n s u r b an d w id th   e f f icien c y   a s   s o m b an d w id th   w i ll n o t b u s ed .     5 . 2 .     T he  o pti m ized  ro un d - ro bin   DB a lg o rit h m   B ec au s o f   t h b u r s t y   n at u r o f   f r o n t h a u tr af f ic,   t h u s o f   m a x i m u m   al lo ca tio n   b y te s   f o r   ev er y     T - C ONT   as  i n   R R - DB A   w i ll   lead   to   late n c y   i n cr ea s i n   d ela y   a n d   u p s tr ea m   b an d w id t h   in e f f icie n c y .   T h is   o p tim ized   R R - DB A   alg o r it h m   w ill  d iv id th ex ce s s   b an d wid th   f r o m   t h n o h ea v y   T - C O NT s   in   p r ev io u s   c y cle  to   th h i g h l y   d e m an d i n g   T - C ONT s   in   th n e x c y cle.   A t h b eg in n i n g   o f   t h f ir s c y cle,   all  T - C O NT s   ar ass ig n ed   th m a x i m u m   all o ca tio n   b y tes     an d   th er ar n o   ex ce s s e s ,   i.e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C lo u d   r a d io   a cc ess   n etw o r fr o n th a u l   s o lu tio n   u s in g   o p timiz ed   d yn a mi . ..   ( E b u d e   C a r in A w a s u me)   1401   0 =  =      ,              ,           ( 3 )     an d    0 = 0     T h g r an allo ca tio n   f o llo w i n g   th r ec ep tio n   f r o m   th T - C ONT s   th eir   d if f er en o cc u p an c y   r ep o r ts   w il l a s   f o llo w s       = ( 1 , 0 )   ( 4 )     B y   co m p ar i n g   t h o cc u p an c y   r ep o r ts   an d   th m ax i m u m   all o ca tio n   b y tes,  B o o lean   v ar i ab le  B   an d   co u n ter   is   u p d ated   i.e .   if      , = = , + + .   A th en d   o f   th c y cle,   N   w ill  be   th n u m b er   o f   T - C ONT s   w h o s d e m a n d   in   t eo r   o cc u p an c y   r ep o r w as  h ig h er   th a n   t h m a x i m u m   al lo ca tio n   b y tes T h n e x t   s tep   co n s is t s   o f   ca lcu lati n g   t h n e w   li m it  f o r   u p co m i n g   c y cl f o r   h ea v il y   lo ad ed   T - C ONT s   ( i.e .   = = ) .   T h n e w   li m i w ill b   1 =    +    0    b u t if   = =  ,   th li m it r e m a in s   u n c h an g ed     1 =    .   T h ex ce s s   b an d w id t h s   to   b ad d ed   to   th h ea v il y   lo ad ed   T - C ONT s   w i ll b ca lcu lated   b y        = (  = 0 )   ( 5 )     T h is   o p ti m ized   alg o r it h m   a s s u m e s   t h at  t h T - C ONT s   w ill  m ai n tai n   th s a m b u f f er   o cc u p an c y   f o r   at  leas t   o n u p co m i n g   c y cle.         6.   RE SU L T AN DIS CUSS I O NS   T h p er f o r m a n ce   o f   o u r   o p ti m ized   al g o r ith m   w a s   e v alu a te d   in   co m p ar is o n   to   t h d ef a u l R R   DB A   alg o r ith m .   Fo r   th is ,   w u s ed   a   d is cr ete - ev e n n et w o r k   s i m u l ato r   NS  3   an d   its   m o d u le  f o r   NG - P ON  2   to   ca r r y   o u s ev er al  s i m u latio n s .   W c r ea ted   clo u d   r ad io   ac ce s s   n e t w o r k   ( C - R A N)   co n s i s ti n g   o f   1   C lo u d   n o d e,   2 0 0   5G   u s er   n o d es,  5   R R n o d es  ( f r eq u en c y   o f   2 0   MH z,   3   s e cto r s   an d   4   a n ten n as),   5   ONU  ( o p tical  n et w o r k   u n i ts )   a n d   m ac r o   b ase  s tat io n   b ased   o n   t h r in g   to p o lo g y .   W co n s tr u cted   t h n et w o r k   b as ed   o n   th e   NG - P ON  2   f o r   th ef f icien tr an s m i s s io n .   All  u s er s   ar co n n ec ted   to   an   R R an d   R R Hs  ar co n n e cted   to   ONUs.  5 s m al ce ll  u p li n k   tr af f ic  is   g e n er ated   u s in g   t h p o is s o n   P ar eto   b u r s p r o ce s s   ( P P B P )   an d   in j ec ted   in to   ea c h   ONU.   T h r ee   k e y   p ar a m eter s   w er u s ed   to   ev alu ate  t h p er f o r m a n c o f   th o p ti m ized   alg o r it h m   w it h   r esp ec t   to   th o r ig in al  R R   al g o r ith m .   T h ese  p ar am eter s   ar e:  L ate n c y   ( w h ic h   is   th en d - to - en d   d ela y   u s ed   b y   p ac k ets  in   ad d itio n   to   th ti m s p en i n   th eq u ip m en an d   ti m tr a v elli n g   i n   th f ib er   m ed iu m ) ,   J itter   ( w h ic h   is   t h r ate  o f   ch an g o f   t h late n c y )   an d   B E R .   Fig u r 3   in   A p p e n d ix   s h o ws  th d if f er en g r ap h s   w h er th o p ti m ized   R R - DB A   a lg o r ith m   i s   co m p ar ed   to   th d ef a u lt  al g o r ith m   f o r   t h p ar a m eter s   o f   lat en c y ,   j itter   an d   B E R   w it h   i n cr ea s in g   ONU  lo ad s .   T h o p tim ized   alg o r it h m   o u tp er f o r m s   t h o r ig i n al  al g o r ith m   f o r   ev er y   p ar a m eter .   Fo r   F i g u r 3 ( a ) ,   th laten c y   o f   th o p ti m ized   al g o r ith m   is   b etter   as  it  u s es  th e x ce s s   b an d w id th   o f   t h les s   h ea v y   T - C ONT s   an d   h en c e   r ed u ce s   th w aiti n g   ti m e.   I ca n   also   b s ee n   th at  th o r ig i n al  alg o r it h m   f ails   to   s atis f y   t h r eq u ir e m e n o f   ≤  500   μ s   f o r   5 f r o n th au m e an w h ile  th o p ti m ized   alg o r it h m   s atis f ie s   th i s   r eq u ir e m e n b et w ee n   th 1 0 0   an d   140   Mb p s   in ter v al  w h ic h   ac c o m m o d ates  th th r o u g h p u f o r   2 0   MH z/th r ee   s ec to r s / f o u r   an te n n a s   w h en   th e   MA C - P HY   s p lit is   co n s id er ed   ( 1 2 3 . 2   Mb p s ) .   Fo r   F ig u r 3 ( b ) ,   th o p tim iz ed   alg o r ith m   also   o u tp er f o r m s   t h o r ig in al  al g o r ith m   as   j itter   is   a   v ar iatio n   o f   t h la ten c y th c h an g i n   th d ela y   b et w ee n   p ac k ets   w h ich   h a s   b ee n   r ed u ce d .   Als o ,   as  th e   lo ad   in cr ea s es,  t h j itter   to o   co n tin u es  to   i n cr ea s e.   Fo r   F ig u r 3 ( c ) ,   th o p ti m ized   alg o r it h m   p r esen t s   b etter   B E R   th an   th o r i g i n al  R R   al g o r ith m .   T h is   is   d u to   th r ed u ctio n   i n   co n g esti o n   o f   th T - C ON T s   in   th o p ti m ized   alg o r ith m   as it a l lo w s   t h e   b ig g er   w i n d o w   o f   tr a n s m i s s io n   is   b ein g   u s ed   b y   t h d if f er e n T - C ONT s .         7.   CO NCLU SI O N     I n   t h is   s t u d y   w p r ese n ted   an   i n s i g h i n to   t h C - R AN  f r o n t h au m o v i n g   f r o m   th e   r eq u ir e m en ts   to   t h e   d if f er e n o p tical  f r o n t h au s o l u tio n s   t h at  ca n   b u s ed .   Am o n g   t h s o l u tio n s   p r ese n ted ,   th e   T DM - P ON  w a s   o u r   p o in o f   in ter est  a n d   s o   ch alle n g e s   p ar ticu lar   to   it  a n d   p r o p o s ed   s o lu tio n s   w er p r esen ted .   W also   p r o p o s ed   an   o p ti m ized   R o u n d   R o b in   a lg o r ith m   w h ic h   h e lp s   r ed u ce   th late n c y   to   s atis f y   t h r eq u ir e m e n t s   o f   5 G   f r o n t h au l   n e t w o r k .   An   i m p r o v e m e n t   in   t h j itter   an d   B E R   p ar a m eter s   o f   th e   f r o n th a u n et w o r k   w it h   t h e   op tim ized   alg o r ith m   w a s   also   n o ticed .   Fu r t h er   w o r k   ca n   al s o   b d o n b y   ev al u ati n g   d if f er en p ar a m eter s   l ik e   th p ac k et  d eli v er y   r atio   an d   t h r o u g h p u t u s in g   t h is   o p ti m ize d   r o u n d   r o b in   alg o r ith m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 A p r il 2 0 2 1   :   1 3 9 5   -   1404   1402   AP P E NDI X         ( a)       ( b )       ( c)     Fig u r 3 .   P er f o r m a n ce   co m p ar is o n   o f   o r ig i n al  R R - DB A   an d   th o p ti m ized - RR ,     ( a)   L aten c y ,   ( b )   J itter ,   ( c)   B E R       ACK NO WL E D G E M E NT S     T h is   w o r k   w a s   s u p p o r ted   b y   t h e   P an   Af r ica n   Un i v er s i t y   I n s titu te   o f   B asic  Sc ien ce ,   T ec h n o lo g y   a n d   I n n o v a tio n   P AUST I ,   Ken y a.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C lo u d   r a d io   a cc ess   n etw o r fr o n th a u l   s o lu tio n   u s in g   o p timiz ed   d yn a mi . ..   ( E b u d e   C a r in A w a s u me)   1403   RE F E R E NC E S     [1 ]   I.   A .   A li m i,   e a l. ,   T o w a rd   a n   Eff icie n C - RA Op ti c a F ro n th a u f o t h e   F u tu re   Ne tw o rk s:  A   T u to rial  o n   T e c h n o lo g ies ,   Re q u irem e n ts,  Ch a ll e n g e s,  a n d   S o lu ti o n s,”   IEE Co mm u n ica ti o n s   S u rv e y a n d   T u to ria ls ,   v o l.   2 0 ,   n o .   1 ,   p p .   7 0 8 - 7 6 9 ,   2 0 1 8 .   [2 ]   Ch in a   M o b il e ,   C - RA N T h e   Ro a d   T o w a rd G re e n   R A N,”  W h it e   P a p er ,   Ch i n a   M o b il e   Re se a rc h   In st it u te ,   2 0 1 1 .   [3 ]   Ra d isy s,  Ev a lu a ti n g   Clo u d   RA N   Im p le m e n tatio n   S c e n a rio s,”   W h i te P a p er ,   2 0 1 4 .   [4 ]   H.  L .   Ch e c k o ,   e a l. ,   Clo u d   Ra d io   A c c e s Ne t w o rk   a rc h it e c tu re .   T o wa rd 5 G   m o b il e   n e tw o rk Clo u d ,   T e c h n ica l   Un iv e rsit y   o f   De n m a r k ,   2 0 1 6 .   [5 ]   H.  L e h r m a n n ,   e a l. ,   Clo u d   RA f o M o b il e   Ne tw o rk s - a   Tec h n o lo g y   O v e rv i e w ,   IEE Co mm u n ica ti o n S u rv e y and   T u to ri a ls v o l .   1 7 ,   n o .   1 ,   p p .   4 0 5 - 4 2 6 ,   2 0 1 4 .   [6 ]   J.  A .   H.  a n d   D.  L .   L .   G .   O.  P é re z ,   De la y   A n a l y sis  o f   F ro n t h a u T ra ff ic  in   5 G   T ra n sp o rt  Ne tw o rk s,”   2 0 1 7   I EE E   1 7 t h   In t e rn a ti o n a l   C o n f e re n c e   o f   Ub iq u it o u s W ire l e ss   Bro a d b a n d ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 - 5 .   [7 ]   M .   W a q a r,   e a l. ,   A   P e rf o rm a n c e   A n a l y sis  o f   5 G   F ro n t h a u Ne tw o rk f o L o n g - Dista n c e   Co m m u n ica ti o n s,”   2 0 1 9   W ire l e ss   Da y s ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 9 .   [8 ]   F .   A .   Kh a n ,   e a l. ,   P e rf o r m a n c e   A n a l y si o f   Clo u d   Ra d io   A c c e ss   Ne tw o rk ,   No r w e g ian   Un iv e r sit y   o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y ,   2 0 1 7 .   [9 ]   N.  J.  G o m e s,  e a l. ,   Op ti c a F ro n t h a u l   Op ti o n f o M e e ti n g   5 G   Re q u irem e n ts,”  2 0 1 8   2 0 th   In t e rn a ti o n a l   Co n f e re n c e   o f   T ra n sp a re n t   Op t ic a l   Ne two rk s ,   2 0 1 8 ,   p p .   1 - 4.   [1 0 ]   NG M A ll ian c e ,   F ro n th a u Re q u irem e n ts  f o C - RA N,”  N G M N,  2 0 1 5 .   [1 1 ]   J.  Zh a n g ,   e a l. ,   P e rf o rm a n c e   A n a l y sis  o f   Op ti c a M o b il e   F r o n th a u f o Clo u d   Ra d i o   A c c e ss   Ne t w o r k s,”   J o u rn a l   o f   Ph y s ics :   Co n f e re n c e   S e r ies ,   v o l.   9 1 0 ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 - 6 .   [1 2 ]   G .   O.  P e re z ,   e a l. ,   F r o n t h a u l   n e t w o rk   m o d e li n g   a n d   d im e n sio n in g   m e e ti n g   u lt ra - lo w   late n c y   re q u ire m e n ts f o 5 G ,   J o u rn a o Op t ic a l   C o mm u n ic a ti o n s a n d   Ne tw o rk in g ,   v o l.   1 0 ,   n o .   6 ,   p p .   5 7 3 - 5 8 1 ,   2 0 1 8 .   [1 3 ]   A .   M a c h o ,   e a l. ,   Ne x t - g e n e ra ti o n   Op ti c a F r o n th a u l   S y ste m u sin g   M u lt ico re   F ib e M e d ia,”  J o u rn a o f   L i g h t w a v e   T e c h n o l ogy ,   v o l.   3 4 ,   n o .   2 0 p p .   1 - 1 0 ,   2 0 1 6 .   [1 4 ]   F u ji ts u ,   T h e   Be n e f it s o f   Clo u d - R A A r c h it e c tu re   in   M o b il e   Ne two rk   Ex p a n sio n ,   W h it e   P a p er ,   2 0 1 4 .   [1 5 ]   N.  P .   A n th a p a d m a n a b h a n ,   e a l. ,   M o b i le  F ro n t h a u o v e L a ten c y - Op ti m ize d   T i m e   Div isio n   M u lt i p lex e d   P a ss iv e   Op ti c a Ne tw o rk s,   2 0 1 5   I EE I n ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   C o m mu n ica t io n   W o rk sh o p   ( ICCW ) L o n d o n ,   2 0 1 5   p p .   6 2 - 6 7 .   [1 6 ]   H.  Ou ,   e a l. ,   P a ss iv e   o p ti c a n e tw o rk   ra n g e   a p p li c a b le  to   c o st - e ff e c ti v e   m o b il e   f ro n th a u l,   2 0 1 6   IEE E   In t e rn a t io n a l   C o n f e re n c e   Co mm u n ica ti o n s   ( ICC  2 0 1 6 ) ,   2 0 1 6 .   [1 7 ]   Z.   T a y q ,   e t   a l. ,   F ro n th a u P e rf o rm a n c e   D e m o n stra ti o n   in   a   W D M - P ON - Ba se d   Co n v e rg e n Ne t wo rk ,   Eu CNC   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 6 .   [1 8 ]   Z.   G h e b re ten sa é ,   e a l. ,   T ra n s m i ss io n   S o lu ti o n a n d   A rc h it e c tu re f o He tero g e n e o u Ne tw o rk Bu il a C - RA Ns ,   2 0 1 2   7 th   In t e rn a ti o n a l   IC S T   C o n f e re n c e   on  Co mm u n ica ti o n s   a n d   N e tw o rk in g   i n   C h in a ,   2 0 1 2 ,   p p .   7 4 8 - 7 5 2 .   [1 9 ]   D.  Ne ss e t,   P ON   Ro a d m a p ,   J o u rn a o f   Op t ica l   C o mm u n ica ti o n a n d   Ne tw o rk in g ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   p p .   7 1 - 7 6 ,   2 0 1 7 .   [2 0 ]   S .   Ku w a n o ,   Op e ra to P e rsp e c ti v e   o n   Ne x t - G e n e ra ti o n   Op ti c a A c c e ss   f o F u tu re   Ra d io   A c c e s s,”   2 0 1 4   IEE E   In t e rn a t io n a l   C o n f e re n c e   o n   C o mm u n ica t io n   W o rk sh o p s ,   2 0 1 4 ,   p p .   3 7 6 - 3 8 1 .   [2 1 ]   A .   M .   M ik a e il ,   e a l. ,   P e rf o rm a n c e   Ev a lu a ti o n   o f   X G - P ON   Ba se d   M o b il e   F ro n t - Ha u T ra n sp o rt   in   Clo u d - RA N   A rc h it e c tu re ,   J o u rn a o f   O p t ica l   Co mm u n ica ti o n s a n d   Ne tw o rk in g ,   v o l.   9 ,   n o .   1 1 ,   p .   9 8 4 ,   2 0 1 7 .   [2 2 ]   S .   Z h o u ,   e a l . ,   L o w - Late n c y   Hig h - Eff icie n c y   M o b il e   F r o n t h a u W it h   T DM - P ON   ( M o b il e - P O N ),   J o u rn a o f   Op t ica l   C o mm u n ica ti o n a n d   Ne t w o rk in g ,   v o l.   1 0 ,   n o .   1 ,   p p .   2 0 - 2 6 ,   2 0 1 8 .   [2 3 ]   N.  S h ib a ta,  e a l. ,   M o b il e   f ro n t- h a u e m p lo y in g   Et h e rn e t- b a se d   TDM   P ON   sy ste m   f o s m a ll   c e ll s ,   2 0 1 5   Op ti c a l   Fi b e r Co mm u n ica ti o n s C o n fer e n c e   a n d   Exh ib it io n   ( OFC),   L o s   An g e les ,   2 0 1 5 ,   p p .   7 - 9.   [2 4 ]   N.  S h ib a ta,  e a l. ,   P e rf o rm a n c e   Ev a lu a ti o n   o f   M o b il e   F ro n t - Ha u l   Em p lo y in g   Et h e rn e t - Ba se d   T D M - P ON   W it h   IQ  Da ta  Co m p re ss io n   [ In v it e d ],   IEE E/ OS J o u rn a o Op ti c a C o mm u n ic a ti o n a n d   Ne two rk in g v o l.   7 ,   n o .   1 1 ,     p p .   3 - 9 ,   2 0 1 5 .   [2 5 ]   A .   P izz in a t,   e a l. ,   T h in g Yo u   S h o u ld   K n o w   A b o u F ro n th a u l ,   J o u rn a o f   L i g h t wa v e   T e c h n o l o g y ,   v o l.   3 3 ,   n o .   5 ,   p p .   1 0 7 7 - 1 0 8 3 ,   2 0 1 5 .   [2 6 ]   T .   T a sh iro ,   e a l. ,   A   No v e DBA   S c h e m e   f o T DM - P ON   b a se d   M o b il e   F r o n th a u l ,   OFC  2 0 1 4 ,   S a n   F ra n c isc o   p p .   3 - 5 ,   2 0 1 4 .   [2 7 ]   T .   Ho rv a th ,   e a l. ,   M o d if ied   G I A N T   D y n a m ic  Ba n d w id th   Allo c a ti o n   A lg o rit h m   o f   N G - P ON ,   J o u rn a o f   Co mm u n ica ti o n s   S o ft w a re   a n d   S y st e ms ,   v o l.   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 5 - 2 2 ,   2 0 1 7 .   [2 8 ]   P .   S ik o ra ,   e t   a l. ,   Ef f icie n c y   T e st s   o f   DBA   A l g o rit h m s in   X G - P ON ,   El e c tro n ics ,   v o l.   8 ,   n o .   7 ,   p 7 6 2 2 0 1 9 .   [2 9 ]   J.  P ra t ,   e a l. ,   S a rd a n a a n   a l l - o p t ica a c c e s s - m e tro   w d m /t d m - p o n ,   2 0 1 4 .   [3 0 ]   L .   Hu a we T e c h n o lo g ies   Co . ,   XG (S ) - P ON   (X G - P ON   a n d   X G S - P ON F e a tu re   G u id e ,   v o l.   2 2 0 8 ,   n o .   0 5 ,   p p .   1 - 2 ,   2 0 1 9 .                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   2 A p r il 2 0 2 1   :   1 3 9 5   -   1404   1404   B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        Eb u d e   C a r i n e   Aw a sum e   is  a   h o l d e o f   B.   En g   a n d   M .   E n g   i n   T e lec o m m u n ica ti o n s,  In f o rm a ti o n   a n d   Co m m u n ica ti o n   T e c h n o lo g y   f o r m   th e   F a c u lt y   o In d u stri a En g in e e rin g ,   Un iv e rsit y   o Do u a la,  Ca m e ro o n .   S h e   is  c u rre n t ly   d o in g   h e P h re se a rc h   in   5 G   C - RA F ro n th a u a th e   P A Af ric a n   U n iv e rsit y ,   N a iro b i.   S h e   is  o n   Af rica   Un io n   S c h o lars h ip .   S h e   c a n   b e   re a c h e d   b y   p h o n e   o n   + 2 5 4 7 4 3 1 2 3 2 1 6   a n d   t h ro u g h   E - m a il   e b u d e . c a rin e @s tu d e n ts. jk u a t. a c . k e         S te p h e n   M u sy o s k i   (Ph D)  B . S c ,   M. S c   is  a n   A ss o c iate   P ro f e ss o in   t h e   De p a rtm e n o T e le c o m m u n ica ti o n s a n d   I n f o rm a ti o n   En g in e e rin g ,   T e c h n ica Un iv e rsit y   o f   Ke n y a ,   Ke n y a .         V .   K .   O d u o l   (Ph D)  B .   En g .   (H o n s.),   M .   En g . ,   Ph . D.   (M c G il l),   M IEE E,   M S P IE   is  a   p r o f e ss o in   th e   De p a rtme n o f   El e c tri c a l   &   In f o r m a ti o n   En g in e e rin g ,   Un iv e rsity   o Na iro b i,   Na iro b i,   Ke n y a .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.