Efficient Resource Management Mechanism for 802.16 Wireless Networks Based on Weighted Fair Queuing

Wireless Networking continues on its path of being one of the most commonly used means of communication. The evolution of this technology has taken place through the design of various protocols. Some common wireless protocols are the WLAN, 802.16 or WiMAX, and the emerging 802.20, which specializes in high speed vehicular networks, taking the concept from 802.16 to higher levels of performance. As with any large network, congestion becomes an important issue. Congestion gains importance as more hosts join a wireless network. In most cases, congestion is caused by the lack of an efficient mechanism to deal with exponential increases in host devices. This can effectively lead to very huge bottlenecks in the network causing slow sluggish performance, which may eventually reduce the speed of the network. With continuous advancement being the trend in this technology, the proposal of an efficient scheme for wireless resource allocation is an important solution to the problem of congestion. The primary area of focus will be the emerging standard for wireless networks, the 802.16 or “WiMAX”. This project, attempts to propose a mechanism for an effective resource management mechanism between subscriber stations and the corresponding base station

Analysis of the energy latency trade-off in wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSNs) haben im letzten Jahrzehnt eine erhebliche Aufmerksamkeit erlangt. Diese Netzwerke zeichnen sich durch begrenzte Energieressourcen der Sensorknoten aus. Daher ist Energieeffizienz ein wichtiges Thema in Systemdesign und -betrieb von WSNs. Diese Arbeit konzentriert sich auf großflächige Anwendungen von WSNs wie Umwelt- oder Lebensraumüberwachung, die in der Regel den Ad-hoc-Einsatz von Knoten in großen Anzahl erfordern. Ad-hoc-Einsatz und Budgetbeschränkungen hindern Entwickler an der Programmierung der Knoten mit zusätzlichen Informationen wie beispielsweise Routingtabellen, Positionskoordinaten, oder Netzwerkgrenzen. Um diese Informationen zu beschaffen, ist es üblich verschiedene Initialisierungsschemen mit erheblichen Auswirkungen auf den Energieverbrauch und den Programmieraufwand zu implementieren. In Anbetracht dieser Beschränkungen ist ein neues Paradigma für die Initialisierung und den Betrieb von WSNs notwendig, das sich durch einfachen Einsatz und minimalen Energieaufwand auszeichnet. In dieser Arbeit nutzen wir Sink-Mobilität, um den Initialisierungsoverhead und den operativen Overhead zu reduzieren. Unser erster großer Beitrag ist ein Boundary Identification Schema für WSNs mit dem Namen "Mobile Sink based Boundary Detection" (MoSBoD). Es nutzt die Sink-Mobilität um den Kommunikationsoverhead der Sensorknoten zu reduzieren, was zu einer Erhöhung der Laufzeit des WSN führt. Außerdem entstehen durch das Schema keine Einschränkungen in Bezug auf Nodeplacement, Kommunikationsmodell, oder Ortsinformationen der Knoten. Der zweite große Beitrag ist das Congestion avoidance low Latency and Energy efficient (CaLEe) Routingprotokoll für WSNs. CaLEe basiert auf der virtuellen Partitionierung eines Sensorsbereich in Sektoren und der diskreten Mobilität der Sink im WSN. Unsere Simulationsergebnisse zeigen, dass CaLEe, im Vergleich zum derzeitigen State-of-the-art, nicht nur eine erhebliche Reduzierung der durchschnittlichen Energy Dissipation per Node erzielt, sondern auch eine geringere durchschnittliche End-to-End Data Latency in realistischen Szenarien erreicht. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass kein einziges Protokoll in der Lage ist, eine Best-Case-Lösung (minimale Data Latency und minimale Energy Dissipation) für variierende Netzwerkkonfigurationen, die beispielsweise mithilfe der Parameter Kommunikationsbereich der Nodes, Nodedichte, Durchsatz des Sensorfelds definiert werden können, bieten. Daher ist der dritte Hauptbeitrag dieser Arbeit die Identifikation von (auf unterschiedlichen Netzwerkkonfigurationen basierenden) „Operational Regions“, in denen einzelne Protokolle besser arbeiten als andere. Zusammenfassend kann man sagen, dass diese Dissertation das klassische Energieeffizienzproblem der WSNs (Ressource-begrenzte Knoten) aufgreift und gleichzeitig die End-to-End Data Latency auf einen annehmbaren Rahmen eingrenzt.Wireless Sensor Networks (WSN) have gained a considerable attention over the last decade. These networks are characterized by limited amount of energy supply at sensor node. Hence, energy efficiency is an important issue in system design and operation of WSN. This thesis focuses on large-scale applications of WSN, such as environment or habitat monitoring that usually requires ad-hoc deployment of the nodes in large numbers. Ad-hoc deployment and budget constraints restrict developers from programming the nodes with information like routing tables, position coordinates of the node, boundary of the network. In order to acquire this information, state-of-the-art is to program nodes with various initialization schemes that are heavy both from WSN’s (energy consumption) and programmer’s perspectives (programming effort). In view of these particular constraints, we require a new paradigm for WSN initialization and operation, which should be easy to deploy and have minimal energy demands. In this thesis, we exploit sink mobility to reduce the WSN initialization and operational overhead. Our first major contribution is a boundary identification scheme for WSN, named “Mobile Sink based Boundary detection” (MoSBoD). It exploits the sink mobility to remove the communication overhead from the sensor nodes, which leads to an increase in the lifetime of the WSN. Furthermore, it does not impose any restrictions on node placement, communication model, or location information of the nodes. The second major contribution is Congestion avoidance low Latency and Energy efficient (CaLEe) routing protocol for WSN. CaLEe is based on virtual partitioning of a sensor field into sectors and discrete mobility of the sink in the WSN. Our simulation results showed that CaLEe not only achieve considerable reduction in average energy dissipation per node compared to current state-of-the-art routing protocols but also accomplish lesser average end-to-end data latency under realistic scenarios. Furthermore, we observe that no single protocol is capable of providing best-case solution (minium data latency and minimum energy dissipation) under varying network configurations, which can be defined using communication range of the nodes, node density, throughput of the sensor field etc. Therefore, the third major contribution of this thesis is the identification of operational regions (based on varying network configurations) where one protocol performs better than the other. In summary, this thesis revisits the classic energy efficiency problem of a WSN (that have resource-limited nodes) while keeping end-to-end data latency under acceptable bounds

Diseño y Desarrollo de un Sistema de Gestión Inteligente de QoE para Redes HD y Estereoscópicas IPTV

[EN] Broadband Internet access connections allow Internet Service Providers (ISP) to offer several types of services to home customers such as data, voice over IP (VoIP), Internet protocol television (IPTV) and now 3D Internet protocol television (3D- IPTV). That is why the number of IPTV service providers is increasing conside- rably in recent years. Thanks to the evolution at many levels of the communication systems, communication networks and devices, to deliver these services is possible, but the maximum quality is not always guaranteed. For this reason, one of the main issues to be considered by the IPTV service providers is to guarantee the Quality of Experience (QoE) perceived by the end user. In order to achieve this goal, in this PhD Thesis we propose an intelligent management system based on inductive prediction methods to guarantee the QoE of the end-user. One of the important aspects to be considered in the development of the management system is to include all the parameters that affect the QoE. With this purpose, we will analyze the parameters that affect the degradation of the video stream received by the end user through the IPTV service. At the network level, we will identify the main parameters which affect the Quality of Service (QoS), such as jitter, delay, lost packets and bandwidth. At the user level, these parameters affect to the subjective perception of the user when watching the video. We also checked that effects derived from the compression, quantization, and bitrate affect this perception too.[ES] Las conexiones de acceso a Internet de banda ancha permiten a los Internet Service Provider (ISP) ofrecer servicios a los hogares tales como datos, Voice on IP (VoIP), Televisión sobre IP (IPTV) y actualmente 3D-TV sobre IP (3D-IPTV). Es por esto que el número de proveedores de servicios de IPTV está aumentando considerable- mente en los últimos años. Gracias a la evolución tanto a nivel de sistemas, como de redes de comunicación como de dispositivos, la entrega de este tipo de servicios es posible pero no siempre con las máximas garantías de calidad. Por este motivo, una de las principales cuestiones a tener en cuenta por parte del proveedor de servicios de IPTV es garantizar la calidad de experiencia (Quality of Experience (QoE)) percibida por el usuario final. Para conseguir este objetivo, en la siguiente tesis doctoral se propone un sistema de gestión inteligente basado en métodos induc- tivos de predicción para garantizar la QoE del usuario final. Uno de los aspectos importantes a tener en cuenta en el desarrollo del sistema de gestión es el incluir los parámetros que afectan a la QoE. Para ello, se analizarán aquellos parámetros que afecten a la degradación del flujo de vídeo recibido por el usuario final a tra- vés del servicio de IPTV. A nivel de red, se identificarán dichos parámetros como aquellos que afectan a la calidad de Servicio (Quality of Service (QoS)) como son el jitter, el retardo, los paquetes perdidos y el ancho de banda principalmente. A nivel de usuario, estos parámetros afectan a la percepción subjetiva del usuario al visualizar el vídeo. Comprobamos como efectos derivados de la compresión, la cuantificación, el bitrate, etc, afectan también a dicha percepción.[CA] Les connexions d'accés a Internet de banda ampla permeten als Proveïdors de Ser- vicis d'Internet (ISP) oferir servicis a les llars com ara dades, veu sobre IP (VoIP), Televisió sobre IP (IPTV) i actualment 3D-TV sobre IP (3D-IPTV). És per açò que el nombre de proveïdors de servicis d'IPTV està augmentant considerablement en els últims anys. Gràcies a l'evolució tant a nivell de sistemes, com de xarxes de comunicació com de dispositius, l'entrega d'este tipus de servicis és possible però no sempre amb les màximes garanties de qualitat. Per este motiu, una de les principals qüestions a tindre en compte per part del proveïdor de servicis d'IPTV és garantir la qualitat d'experiència (Quality of Experience, QoE) percebuda per l'usuari final. Per a aconseguir este objectiu, en la següent tesi doctoral es proposa un sistema de gestió intel·ligent basat en mètodes inductius de predicció per a garantir la QoE de l'usuari final. Un dels aspectes importants a tindre en compte en el desenrotllament del sistema de gestió es incloure els paràmetres que afecten la QoE. Per a això, s'analitzaran aquells paràmetres que afecten la degradació del flux de vídeo rebut per l'usuari final a través del servici d'IPTV. A nivell de xar- xa, s'identificaran dits paràmetres com aquells que afecten la qualitat de Servici (Quality of Service, QoS) com són el jitter, el retard, els paquets perduts i l'ample de banda principalment. A nivell d'usuari, estos paràmetres afecten la percepció subjectiva de l'usuari al visualitzar el vídeo. Comprovem com efectes derivats de la compresió, la quantificació, el bitrate, etc, afecten també a dita percepció.Cánovas Solbes, A. (2016). Diseño y Desarrollo de un Sistema de Gestión Inteligente de QoE para Redes HD y Estereoscópicas IPTV [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/65074TESI