Throughput Prediction using Machine Learning in LTE and 5G Networks

计算机科学 蜂窝网络 吞吐量 计算机网络 水准点(测量) 基站 移动宽带 自动化 互联网 无线 电信 机械工程 大地测量学 万维网 工程类 地理
作者
Dimitar Minovski,Niclas Ögren,Christer Åhlund,Karan Mitra
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1 被引量:64
标识
DOI:10.1109/tmc.2021.3099397
摘要

The emergence of novel cellular network technologies, within 5G, are envisioned as key enablers of a new set of use-cases, including industrial automation, intelligent transportation, and tactile internet. The critical nature of the traffic requirements ranges from ultra-reliable communications, massive connectivity, and enhanced mobile broadband. Thus, the growing research on cellular network monitoring and prediction aims for ensuring a satisfied user-base and fulfillment of service level agreements. The scope of this study is to develop an approach for predicting the cellular link throughput of end-users, with a goal to benchmark the performance of network slices. First, we report and analyze a measurement study involving real-life cases, such as driving in urban, sub-urban, and rural areas, as well as tests in large crowded areas. Second, we develop machine learning models using lower-layer metrics, describing the radio environment, to predict the available throughput. The models are initially validated on the LTE network and then applied to a non-standalone 5G network. Finally, we suggest scaling the proposed model into the future standalone 5G network. We have achieved 93% and 84% R^2 accuracy, with 0.06 and 0.17 mean squared error, in predicting the end-user's throughput in LTE and non-standalone 5G network, respectively.

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