Performance of Scheduling Algorithms in 4G and 5G Networks

Rendimiento de los algoritmos de programación en redes 4G y 5G

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Resumen (en)

In modern society, the implementation of fourth- and fifth-generation mobile technologies (4G and 5G) promises to significantly enhance information and communication technology (ICT) services. These technologies are designed to meet the increasing demand for mobile broadband access from users utilizing a wide range of services, such as web browsing, mobile applications, and cellular communications. Furthermore, 5G represents an advanced evolution of LTE technology, offering greater versatility and resilience [1]. It is also expected to enable new applications, including wireless industrial control, autonomous vehicles, high-quality virtual reality, and telemedicine [2].

This article uses simulation tools to evaluate the performance of 4G and 5G networks under different downlink resource scheduling algorithms. The system is based on Frequency Division Duplexing (FDD) and examines algorithms that enable dynamic resource allocation in the downlink. The schedulers considered include Round Robin, Proportional Fairness, and Best CQI. Performance is analyzed based on key metrics such as throughput, goodput, and fairness in the 5G network.

The simulation results show a strong relationship between resource scheduling algorithms and performance in 4G and 5G mobile networks. The use of the Best CQI (BCQI) algorithm provides high throughput but low allocation fairness, resulting in some users receiving no time–frequency resources for transmission, while others receive excessive allocations. In contrast, the Proportional Fairness and Round Robin algorithms distribute resources more equitably, improving overall performance by nearly 50% compared to BCQI. This demonstrates more efficient resource allocation with these latter algorithms.

Resumen (es)

En la sociedad moderna, la implementación de las tecnologías móviles de cuarta y quinta generación (4G y 5G) promete mejorar significativamente los servicios de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC). Estas tecnologías están diseñadas para satisfacer la creciente demanda de acceso móvil de banda ancha por parte de los usuarios que utilizan una amplia gama de servicios, como la navegación web, las aplicaciones móviles y las comunicaciones celulares. Además, el 5G representa una evolución avanzada de la tecnología LTE, ofreciendo mayor versatilidad y resiliencia [1]. También se espera que permita nuevas aplicaciones, incluyendo el control industrial inalámbrico, los vehículos autónomos, la realidad virtual de alta calidad y la telemedicina [2].

Este artículo utiliza herramientas de simulación para evaluar el rendimiento de las redes 4G y 5G bajo diferentes algoritmos de programación de recursos en el enlace descendente. El sistema se basa en el dúplex por división de frecuencia (FDD) y examina algoritmos que permiten la asignación dinámica de recursos en el enlace descendente. Los programadores considerados incluyen Round Robin, Proportional Fairness y Best CQI. El rendimiento se analiza basándose en métricas clave como el rendimiento, el goodput y la equidad en la red 5G.

Los resultados de la simulación muestran una fuerte relación entre los algoritmos de programación de recursos y el rendimiento en las redes móviles 4G y 5G. El uso del algoritmo Best CQI (BCQI) proporciona un alto rendimiento, pero una baja equidad en la asignación, lo que da como resultado que algunos usuarios no reciban recursos de tiempo-frecuencia para la transmisión, mientras que otros reciben asignaciones excesivas. Por el contrario, los algoritmos de equidad proporcional y «round robin» distribuyen los recursos de manera más equitativa, mejorando el rendimiento general en casi un 50 % en comparación con el BCQI. Esto demuestra que estos últimos algoritmos permiten una asignación de recursos más eficiente.