Real-Time Scheduling for Content Broadcasting in LTE

Broadcasting capabilities are one of the most promising features of upcoming LTE-Advanced networks. However, the task of scheduling broadcasting sessions is far from trivial, since it affects the available resources of several contiguous cells as well as the amount of resources that can be devoted to unicast traffic. In this paper, we present a compact, convenient model for broadcasting in LTE, as well as a set of efficient algorithms to define broadcasting areas and to actually perform content scheduling. We study the performance of our algorithms in a realistic scenario, deriving interesting insights on the possible trade-offs between effectiveness and computational efficienc

CellTV - on the Benefit of TV Distribution over Cellular Networks A Case Study

As mobile IP-access is becoming the dominant technology for providing wireless services, the demand for more spectrum for this type of access is increasing rapidly. Since IP-access can be used for all types of services, instead of a plethora of dedicated, single-service systems, there is a significant potential to make spectrum use more efficient. In this paper, the feasibility and potential benefit of replacing the current terrestrial UHF TV broadcasting system with a mobile, cellular data (IP-) network is analyzed. In the cellular network, TV content would be provided as {one} of the services, here referred to as CellTV. In the investigation we consider typical Swedish rural and urban environments. We use different models for TV viewing patterns and cellular technologies as expected in the year 2020. Results of the quantitative analysis indicate that CellTV distribution can be beneficial if the TV consumption trend goes towards more specialized programming, more local contents, and more on-demand requests. Mobile cellular systems, with their flexible unicast capabilities, will be an ideal platform to provide these services. However, the results also demonstrate that CellTV is not a spectrum-efficient replacement for terrestrial TV broadcasting with current viewing patterns (i.e. a moderate number of channels with each a high numbers of viewers). In this case, it is doubtful whether the expected spectrum savings can motivate the necessary investments in upgrading cellular sites and developing advanced TV receiver required for the success of CellTV distribution.Comment: To appear on Trans. Broadcasting 201

Performance Evaluation of Scalable Multi-cell On-Demand Broadcast Protocols

As mobile data service becomes popular in today's mobile network, the data traffic burden irrevocably increases. LTE 4G, as the next-generation mobile technology, provides high data rates and improved spectral efficiency for data transmission. Currently in the mobile network, mobile data service solely relies on the point-to-point unicast transmission. In the ever-evolving 4G mobile network, mobile broadcast may serve as a supplemental means of pushing mobile data content from the data server to the mobile user devices. As part of the LTE 4G specifications, the mobile broadcast technology referred to as eMBMS is designed for supporting the mobile data service. From eMBMS, SFN broadcast transmission scheme allows data broadcasting to be synchronized in all cells of a defined core network area. LTE 4G also enables single-cell broadcast scheme in which data broadcasting is taking place independently in every cell. In this thesis, besides SFN or single-cell broadcast transmission, a hybrid broadcast transmission scheme in which SFN and single-cell broadcast transmission are used interchangeably in the same network based on the network conditions is proposed. For on-demand data service, the pull-based scheduling protocols from previous work are originally designed to work in a single-cell case scenario. With slight modifications, the batching/cbd protocol can be adapted for multi-cell data service. A new combined scheduling protocol, that is cyclic/cd,fft protocol, is devised as the second candidate for multi-cell data transmission scheduling. Based on the three broadcast transmission schemes and the two broadcast scheduling protocols, six mobile broadcast protocols are proposed. The mobile broadcast models, which correspond to the six mobile broadcast protocols, are evaluated by analysis and simulation experiment. By analysis, the cost equations are derived for calculating average server bandwidth, average client delay and maximum client delay of the mobile broadcast models. In the experiment, the input parameters of broadcast test models are assessed one at a time. The experimental results show that the hybrid broadcast transmission together with cyclic/cd,fft protocol would provide the best server bandwidth performance and the SFN broadcast transmission together with batching/cbd protocol provides the best average delay performance

AL-FEC for streaming services in LTE E-MBMS

3rd Generation Partnership Project specified Application Layer - Forward Error Correction (AL-FEC) to be used for Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Services (E-MBMS) in Long Term Evolution (LTE) networks. Specifically, Raptor coding is applied to both streaming and file delivery services. This article focuses on streaming services and investigates the optimum configuration of the AL-FEC mechanism depending on the signal-to-interference plus noise power ratio conditions. These configurations are compared with a scenario without an application layer protection to obtain the potential gain that can be achieved by means of AL-FEC. This article also studies the multiplexing of services within the AL-FEC time interleaving. These analyses were performed using a proprietary system level simulator and assuming both pedestrian and vehicular users. Different quality criterions were used to ensure the completeness of the study. Results show the significant benefit of using AL-FEC in E-MBMS in terms of coverage and service quality.This study was supported by the Spanish Ministry of Science under the project TEC2011-27723-C02-02.Calabuig Gaspar, J.; Monserrat Del Río, JF.; Gozálvez Serrano, D.; Gómez Barquero, D. (2013). AL-FEC for streaming services in LTE E-MBMS. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2013(73):1-12. https://doi.org/10.1186/1687-1499-2013-73S1122013733GPP TS 25.346 V6.4.0, Introduction of the Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) in the Radio Access Network (RAN); Stage 2, 2005.Deng H, Tao X, Lu J: Qos-aware resource allocation for mixed multicast and unicast traffic in OFDMA networks. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2012, 2012(195):1-10. 10.1186/1687-1499-2012-1953GPP TS 26.346 V9.5.0, Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS); Protocols and codecs, 2011.Shokrollahi A: Raptor codes. IEEE Transactions on Information Theory 2006, 52(6):2251-2567. 10.1109/TIT.2006.8743903GPP TS 25.346 V7.5.0, Introduction of the Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS) in the Radio Access Network (RAN); Stage 2, 2007.Martín-Sacristán D, Monserrat JF, Cabrejas J, Calabuig D, Garrigas S, Cardona N: On the way towards fourth-generation mobile: 3GPP LTE and LTE-advanced. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2009, 1-10. 10.1155/2009/3540893GPP TS 36.211 V.8.5.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation, 2008.3GPP TS 36.300 V9.1.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description, 2009.Monserrat JF, Calabuig J, Fernandez-Aguilella A, Gomez-Barquero D: Joint delivery of unicast and E-MBMS services in LTE networks. 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Análisis del despliegue de comunicaciones de misión crítica sobre redes 4G y 5G

250 p.El gran interés por la convivencia y la futura convergencia de las redes de seguridad pública en redesde misión crítica de banda ancha se refleja en el importante esfuerzo en publicaciones y normalización de los últimos años. Sin embargo, no se ha analizado la QoS (Calidad de servicio) de los nuevos servicios de misión crítica cuando se implementan en arquitecturas 4G / 5G.La principal motivación de este investigador es COMUNICARSE y hacerlo de la manera más rigurosaposible y que su MENSAJE contribuya al aumento de la confianza en los servicios de misión crítica(MC) desplegados en redes 4G, 5G de banda ancha, etc. El 3GPP se ha esforzado en horas, recursos ydinero en la estandarización de los servicios de emergencia de acuerdo con los requerimientos delas agencias PPDR (Public Protection Disaster Recovery).Para llevar a cabo esta investigación, que se presenta en esta publicación, se ha logrado reunir al equipo del proyecto FP7 GERYON, con quien, en julio de 2014, se pudo definir e implementar una arquitectura ALL-IP que permitió interoperar recursos conectados a redes de radio privadas.(TETRA) con usuarios registrados en redes de banda ancha LTE. En 2014, el 3GPP estaba construyendo los cimientos del estándar MCPTT (Push to Talk de misión crítica), pero cuando comenzó este proyecto en diciembre de 2011, era la OMA la que había desarrollado un estándar llamado POC (Push to Talk Over Cellular), precursor del MCPTT y que se implementó en GERYON.Después de GERYON, la vida profesional del equipo siguió caminos paralelos. El equipo del departamento de investigación de la UPV / EHU continuó trabajando en la estandarización de los servicios de misión crítica de 3GPP. Al igual que este proyecto, partió del PoC que tan bien conocían,colocando al departamento en un referente internacional en el estudio, desarrollo e implementación del estándar MCPTT de 3GPP. En enero de 2018 este investigador se incorporó aNQaS en la UPV / EHU. Se ha dispuesto de la gran oportunidad de utilizar para mi investigación una de las pocas redes operativas de banda ancha de misión crítica disponibles en todo el mundo. Como investigador se ha tenido el privilegio de poder analizar y medir el desempeño del servicio MCPTT.No es fácil para un investigador tener dicha infraestructura a menos que trabaje en el equipo que ha desarrollado e implementado una de ellas.La motivación para hacer esta investigación ha sido doble. Por un lado, tener el privilegio de podertestear todas las funcionalidades del servicio MCPTT que, a pesar de los nuevos requerimientos de datos exigidos por las organizaciones de seguridad, defensa y emergencia, sin duda seguirá siendo lapiedra angular de las comunicaciones de cualquier organización. Por otro lado, como diseñador y desarrollador de soluciones en la tecnología precursora, ha permitido al investigador adquirir más rápidamente los conocimientos necesarios del servicio MCPTT para poder hacer propuestas de despliegues de este servicio con el objetivo de reducir las latencias del servicio. Un recurso debepoder establecer una nueva llamada en menos de 1000 ms, estar incluido en una llamada de grupo en menos de 300 ms y el tiempo entre un recurso que habla y su mensaje que llega a todos los miembros registrados de ese grupo no debe exceder los 300 ms.El trabajo reflejado en esta publicación es el resultado de estudiar el funcionamiento del servicio no solo a nivel funcional, sino sobre todo a nivel de protocolo de red (TCP / UDP), señalización (SIP) ydatos (RTP, RTCP o sRTP).). Estos servicios se despliegan sobre redes de banda ancha que incluyen latencia de servicio, por lo que una parte importante del tiempo de investigación se ha centrado en el conocimiento detallado del canal de transporte y cómo éste puede afectar el cumplimiento de los indicadores de calidad. del servicio definido por el 3GPP para el servicio MCPTT.Esta tesis analiza el despliegue de las comunicaciones de misión crítica sobre redes de banda ancha.4G y 5G. Partiendo de un escenario base de cálculo LTE se plantean diferentes estrategias de despliegue empleando tecnologías habilitadoras como NFV y SDN que harán posible que se puedandesplegar estos servicios en los extremos de la red del operador (MEC). El despliegue de los servicios cerca del usuario final reducirá los tiempos de latencia de comunicaciones y la separación del canal de control del de datos propuestos por CUPS permitirá al canal de control poder gestionar el incremento de ancho de banda disponible en 5G. Todas las estrategias de despliegue indicadas para 5G, se completará con la propuesta de despliegue sobre la arquitectura 5G NSA (Non Standalone)que permitirá reducir los tiempos de latencia de las comunicaciones en la parte radio de la arquitectura, además de beneficiarse de las tecnologías habilitadoras mencionadas que ahora forman parte de forma nativa de la arquitectura 5G. A diferencia de una arquitectura 5G SA(Standalone), en esta tesis hemos considerado como núcleo de red el EPC de la arquitectura 4G y no el nuevo núcleo 5G. (5GC).Por lo indicado en las líneas anteriores, en esta tesis comenzará abordando el funcionamiento de las redes de banda ancha sobre las que se pueden despliegan los servicios de misión crítica MCPTT:redes 4G y 5G NSA (Non Standalone), 5G SA (Standalone). Pero también se presentarán tecnologías habilitadoras que permiten la de virtualización de servicios (NFV), el despliegue de estos en elextremo de la red del operador (MEC), así cómo, la separación del canal de control del de los datos propuestos en CUPS ya se puede implementada en redes 4G gracias a SDN