Optimal channel assignment and power control in wireless cellular networks

Wireless mobile communication is a fast growing field in current telecommunication industry. In a wireless cellular network, channel assignment is a mechanism that assigns channels to mobile users in order to establish a communication between a mobile terminal and a base station. It is important to determine an optimal allocation of channels that makes effective use of channels and minimizes call-blocking and call-dropping probabilities. Another important issue, the power control, is a problem of determining an optimal allocation of power levels to transmitters such that the power consumption is minimized while signal quality is maintained. In wireless mobile networks, channels and transmitter powers are limited resources. Therefore, efficient utilization of both those resources can significantly increase the capacity of network. In this thesis, we solve such optimizations by the hybrid channel assignment (HCA) method using integer linear programming (ILP). Two novel sets of ILP formulation are proposed for two different cases: Reuse Distance based HCA without power control, and Carrier-to-Interference Ratio based HCA combined with power control. For each of them, our experimental results show an improvement over other several approaches

A distributed channel allocation scheme for cellular network using intelligent software agents

PhDAbstract not availabl

Lightweight mobile and wireless systems: technologies, architectures, and services

1Department of Information and Communication Systems Engineering (ICSE), University of the Aegean, 81100 Mytilene, Greece 2Department of Information Engineering and Computer Science (DISI), University of Trento, 38123 Trento, Italy 3Department of Informatics, Alexander Technological Educational Institute of Thessaloniki, Thessaloniki, 574 00 Macedonia, Greece 4Centre Tecnologic de Telecomunicacions de Catalunya (CTTC), 08860 Barcelona, Spain 5North Carolina State University (NCSU), Raleigh, NC 27695, US

A Useful Metaheuristic for Dynamic Channel Assignment in Mobile Cellular Systems

The prime objective of a Channel Assignment Problem (CAP) is to assign appropriate number of required channels to each cell in a way to achieve both efficient frequency spectrum utilization and minimization of interference effects (by satisfying a number of channel reuse constraints). Dynamic Channel Assignment (DCA) assigns the channels to the cells dynamically according to traffic demand, and hence, can provide higher capacity (or lower call blocking probability), fidelity and quality of service than the fixed assignment schemes. Channel assignment algorithms are formulated as combinatorial optimization problems and are NP-hard. Devising a DCA, that is practical, efficient, and which can generate high quality assignments, is challenging. Though Metaheuristic Search techniques like Evolutionary Algorithms, Differential Evolution, Particle Swarm Optimization prove effective in the solution of Fixed Channel Assignment (FCA) problems but they still require high computational time and therefore may be inefficient for DCA. A number of approaches have been proposed for the solution of DCA problem but the high complexity of these proposed approaches makes them unsuitable/less efficient for practical use. Therefore, this paper presents an effective and efficient Hybrid Discrete Binary Differential Evolution Algorithm (HDB-DE) for the solution of DCA Proble

Frequency assignment in a SDMA satellite communication system with beam decentring feature

International audienceIn satellite communication, Spatial Division Multiple Access (SDMA) has become one of the most promising techniques that can accommodate continuing increase in the number of users and traffic demands. The technology is based on radio resource sharing that separates communication channels in space. It relies on adaptive and dynamic beam-forming technology and well-designed algorithms for resource allocation among which frequency assignment is considered. This paper studies static Frequency Assignment Problem (FAP) in a satellite communication system involving a satellite and a number of users located in a service area. The objective is to maximize the number of users that the system can serve while maintaining the signal to interference plus noise ratio of each user under a predefined threshold. Traditionally, interference is treated as fixed (binary interferences or fixed minimal required separation between frequencies) . In this paper, the interference is cumulative and variable. To solve the problem, we work on both discrete and continuous optimizations. Integer linear programming formulations and greedy algorithms are proposed for solving the discrete frequency assignment problem. The solution is further improved by beam decentring algorithm which involves continuous adjustment of satellite beams and deals with non-linear change of interference

Contribution to resource management in cellular access networks with limited backhaul capacity

La interfaz radio de los sistemas de comunicaciones móviles es normalmente considerada como la única limitación de capacidad en la red de acceso radio. Sin embargo, a medida que se van desplegando nuevas y más eficientes interfaces radio, y de que el tráfico de datos y multimedia va en aumento, existe la creciente preocupación de que la infraestructura de transporte (backhaul) de la red celular pueda convertirse en el cuello de botella en algunos escenarios. En este contexto, la tesis se centra en el desarrollo de técnicas de gestión de recursos que consideran de manera conjunta la gestión de recursos en la interfaz radio y el backhaul. Esto conduce a un nuevo paradigma donde los recursos del backhaul se consideran no sólo en la etapa de dimensionamiento, sino que además son incluidos en la problemática de gestión de recursos. Sobre esta base, el primer objetivo de la tesis consiste en evaluar los requerimientos de capacidad en las redes de acceso radio que usan IP como tecnología de transporte, de acuerdo a las recientes tendencias de la arquitectura de red. En particular, se analiza el impacto que tiene una solución de transporte basada en IP sobre la capacidad de transporte necesaria para satisfacer los requisitos de calidad de servicio en la red de acceso. La evaluación se realiza en el contexto de la red de acceso radio de UMTS, donde se proporciona una caracterización detallada de la interfaz Iub. El análisis de requerimientos de capacidad se lleva a cabo para dos diferentes escenarios: canales dedicados y canales de alta velocidad. Posteriormente, con el objetivo de aprovechar totalmente los recursos disponibles en el acceso radio y el backhaul, esta tesis propone un marco de gestión conjunta de recursos donde la idea principal consiste en incorporar las métricas de la red de transporte dentro del problema de gestión de recursos. A fin de evaluar los beneficios del marco de gestión de recursos propuesto, esta tesis se centra en la evaluación del problema de asignación de base, como estrategia para distribuir el tráfico entre las estaciones base en función de los niveles de carga tanto en la interfaz radio como en el backhaul. Este problema se analiza inicialmente considerando una red de acceso radio genérica, mediante la definición de un modelo analítico basado en cadenas de Markov. Dicho modelo permite calcular la ganancia de capacidad que puede alcanzar la estrategia de asignación de base propuesta. Posteriormente, el análisis de la estrategia propuesta se extiende considerando tecnologías específicas de acceso radio. En particular, en el contexto de redes WCDMA se desarrolla un algoritmo de asignación de base basado en simulatedannealing cuyo objetivo es maximizar una función de utilidad que refleja el grado de satisfacción de las asignaciones respecto los recursos radio y transporte. Finalmente, esta tesis aborda el diseño y evaluación de un algoritmo de asignación de base para los futuros sistemas de banda ancha basados en OFDMA. En este caso, el problema de asignación de base se modela como un problema de optimización mediante el uso de un marco de funciones de utilidad y funciones de coste de recursos. El problema planteado, que considera que existen restricciones de recursos tanto en la interfaz radio como en el backhaul, es mapeado a un problema de optimización conocido como Multiple-Choice Multidimensional Knapsack Problem (MMKP). Posteriormente, se desarrolla un algoritmo de asignación de base heurístico, el cual es evaluado y comparado con esquemas de asignación basados exclusivamente en criterios radio. El algoritmo concebido se basa en el uso de los multiplicadores de Lagrange y está diseñado para aprovechar de manera simultánea el balanceo de carga en la intefaz radio y el backhaul.Postprint (published version