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

Abstract

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.