Pré-Publication, Document De Travail Année : 2025

End to End Delay-Guaranteed and Energy Efficient User Association Algorithm with Functions placement for O-RAN

Algorithme d'association d'utilisateurs de bout en bout à délai garanti et à faible consommation d'énergie avec placement de fonctions pour O-RAN

Résumé

The Open radio access network (O-RAN) architecture has been proposed as one of the key technologies for meeting the flexible and cost-effective goals of beyond 5G networks as well as the stringent quality of service (QoS) requirements of emerging applications and services. The O-RAN splits the RAN functions into three key units: central unit (CU), distributed unit (DU), and radio unit (RU), thus promoting vendor diversity and interoperability. However, the splitting of the RAN functions poses a new challenge, the need to individually or collectively optimize the different units. In this paper, we propose a user equipment (UE) association with RU and DU functions placement solution. Our solution expresses the problem as an optimization problem and proposes a scheme that employs association metrics to determine the optimal RU, DU and CU that a UE, RU and DU should be associated to respectively with a view to minimizing the number of total used RUs, DUs and CUs. We also employ a power control mechanism that enables idle units without associated load to be put in sleep mode. We evaluate our proposed heuristic against its exact solution, with both showing similar performance and the exact solution incurring about 100% higher execution time. Further evaluation of the heuristic against some state of the art (SoA) solutions indicate about 62.4% and 21.3% decrease in energy consumption under low and high number of UEs, respectively, while incurring 7.8% higher total and per UE average network delay for UEs respectively without violating UE delay requirements.

L'architecture du réseau d'accès radio ouvert (O-RAN) a été proposée comme l'une des technologies clés pour atteindre les objectifs de flexibilité et de rentabilité des réseaux au-delà de la 5G, ainsi que les exigences strictes en matière de qualité de service (QoS) des applications et services émergents. L'O-RAN divise les fonctions RAN en trois unités clés : l'unité centrale (CU), l'unité distribuée (DU) et l'unité radio (RU), favorisant ainsi la diversité des fournisseurs et l'interopérabilité. Cependant, la division des fonctions RAN pose un nouveau défi : la nécessité d'optimiser individuellement ou collectivement les différentes unités. Dans cet article, nous proposons une solution d'association de l'équipement de l'utilisateur (UE) avec les fonctions RU et DU. Notre solution exprime le problème comme un problème d'optimisation et propose un schéma qui utilise des métriques d'association pour déterminer l'UR, l'UD et l'UC optimales auxquelles un UE, une UR et une UD devraient être associés respectivement en vue de minimiser le nombre total d'UR, d'UD et d'UC utilisées. Nous utilisons également un mécanisme de contrôle de la puissance qui permet de mettre en veille les unités inactives sans charge associée. Nous évaluons l'heuristique proposée par rapport à sa solution exacte. Les deux présentent des performances similaires, mais la solution exacte a un temps d'exécution supérieur d'environ 100 %. Une évaluation plus poussée de l'heuristique par rapport à certaines solutions de l'état de l'art indique une diminution de la consommation d'énergie d'environ 62,4 % et 21,3 % pour un nombre d'UE faible et élevé, respectivement, tout en augmentant de 7,8 % la consommation moyenne totale et par UE.

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Energy_Efficient_and_Delay_Guaranteed_User_Association_Algorithm_for_O_RAN.pdf (1.52 Mo) Télécharger le fichier
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Dates et versions

hal-05121922 , version 1 (20-06-2025)

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Citer

Solomon Orduen Yese, Sara Berri, Arsenia Chorti. End to End Delay-Guaranteed and Energy Efficient User Association Algorithm with Functions placement for O-RAN. 2025. ⟨hal-05121922⟩
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