Journal of Telecommunications and Information Technology

kwartalni

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Integrating Blockchain and Fog Computing Technologies for Efficient Privacy-preserving Systems

This PhD dissertation concludes a three-year long research journey on the integration of Fog Computing and Blockchain technologies. The main aim of such integration is to address the challenges of each of these technologies, by integrating it with the other. Blockchain technology (BC) is a distributed ledger technology in the form of a distributed transactional database, secured by cryptography, and governed by a consensus mechanism. It was initially proposed for decentralized cryptocurrency applications with practically proven high robustness. Fog Computing (FC) is a geographically distributed computing architecture, in which various heterogeneous devices at the edge of network are ubiquitously connected to collaboratively provide elastic computation services. FC provides enhanced services closer to end-users in terms of time, energy, and network load. The integration of FC with BC can result in more efficient services, in terms of latency and privacy, mostly required by Internet of Things systems

A Socio-inspired CALM Approach to Channel Assignment Performance Prediction and WMN Capacity Estimation

A significant amount of research literature is dedicated to interference mitigation in Wireless Mesh Networks (WMNs), with a special emphasis on designing channel allocation (CA) schemes which alleviate the impact of interference on WMN performance. But having countless CA schemes at one's disposal makes the task of choosing a suitable CA for a given WMN extremely tedious and time consuming. In this work, we propose a new interference estimation and CA performance prediction algorithm called CALM, which is inspired by social theory. We borrow the sociological idea of a "sui generis" social reality, and apply it to WMNs with significant success. To achieve this, we devise a novel Sociological Idea Borrowing Mechanism that facilitates easy operationalization of sociological concepts in other domains. Further, we formulate a heuristic Mixed Integer Programming (MIP) model called NETCAP which makes use of link quality estimates generated by CALM to offer a reliable framework for network capacity prediction. We demonstrate the efficacy of CALM by evaluating its theoretical estimates against experimental data obtained through exhaustive simulations on ns-3 802.11g environment, for a comprehensive CA test-set of forty CA schemes. We compare CALM with three existing interference estimation metrics, and demonstrate that it is consistently more reliable. CALM boasts of accuracy of over 90% in performance testing, and in stress testing too it achieves an accuracy of 88%, while the accuracy of other metrics drops to under 75%. It reduces errors in CA performance prediction by as much as 75% when compared to other metrics. Finally, we validate the expected network capacity estimates generated by NETCAP, and show that they are quite accurate, deviating by as low as 6.4% on an average when compared to experimentally recorded results in performance testing

Fair relay selection in wireless rural networks using game theory

Access to Internet is the key to facilitate the economic growth and development of the rural communities and to bridge the digital-divide between the urban and rural population. The traditional broadband access technologies are not always suitable for the rural areas due to their difficult topography and sparsely populated communities. Specialized relay stations can be deployed to extend the coverage of a wireless rural network but they come with an inherited increase in the infrastructural cost. An alternative is to utilize the in-range users as relays to enhance the coverage range of the wireless rural network. In this thesis, the in-range ordinary users termed as primary users (PUs) are used to act as relays for the out-of-range users called the secondary users (SUs). Two relay selection solutions, the Fair Battery Power Consumption (FBPC) algorithm and the Credit based Fair Relay Selection (CF-RS) protocol have been proposed with the aim of providing fair chance to every PU to assist the SUs, thus resulting in fair utilization of battery power of all relays along with the coverage extension. The FBPC algorithm uses the concept of proportional fairness as the relay selection criterion. However, if only proportionally fair consumption of battery power is taken as the relay selection parameter, the FBPC algorithm may result in selecting relays with poor channel conditions. The rural network may also consist of selfish PUs which need to be incentivized to use their resources for the SUs. The CF-RS protocol is developed which takes into account both the achievable data rate and consumption of battery power for selection of a relay. The CF-RS protocol is formulated using Stackelberg game which employs a credit-based incentive mechanism to motivate the self-interested PUs to help the SUs by providing instantaneous as well as long term benefit to the PUs. A basic network model consisting of PUs and SUs has been simulated and the performance of the FBPC algorithm and the CF-RS protocol have been evaluated in terms of data rate and utility achievable at the SUs, dissipation of battery power of the PUs and Jain’s fairness index to determine fairness in utilization of battery power. The results obtained show that the FBPC algorithm achieves approximately 100% fairness for utilization of battery power of relays but compromises the data rate attainable by the SUs. Thus the FBPC algorithm shall be viewed as a trade-off between the fair battery power dissipation of relays and the data rate achievable by the SUs. Whereas, the CF-RS protocol provides 55% better utility and longer service time to the SUs without harming the attainable data rate and achieves 80% fairness. When the CF-RS protocol is used for relay selection, it is advantageous even for the self-interested users to participate in the relaying process to earn some benefit to utilize it when needed to buy assistance from other users

ReSCon '12, Research Student Conference: Book of Abstracts

The fifth SED Research Student Conference (ReSCon2012) was hosted over three days, 18-20 June 2012, in the Hamilton Centre at Brunel University. The conference consisted of 130 oral and 70 poster presentations, based on the high quality and diverse research being conducted within the School of Engineering and Design by postgraduate research students. The conference is held annually, and ReSCon plays a key role in contributing to research and innovations within the School

Advances in Supply Chain Management Decision Support Systems: Potential for Improving Decision Support Catalysed by Semantic Interoperability between Systems

Globalization has catapulted ‘cycle time’ as a key indicator of operational efficiency [1] in processes such as supply chain management (SCM). Systems automation holds the promise to augment the ability of supply chain operations or supply networks to rapidly adapt to changes, with minimal human intervention, under ideal conditions. Business communities are emerging as loose federations or organization of networks that may evolve to act as infomediaries in global SCM. These changes, although sluggish, are likely to impact process knowledge and in turn may be stimulated or inhibited by the availability or lack of process interoperability, respectively. The latter will determine operational efficiencies of supply chains. Currently “community of systems” or organization of networks (aligned by industry or business focus) contribute minimally in SCM decisions because true collaboration remains elusive. Convergence and maturity of multiple advances offers the potential for a paradigm shift in interoperability. It may evolve hand-in-hand with [a] the gradual adoption of the semantic web [2] with concomitant development of ontological frameworks, [b] increase in use of multi-agent systems and [c] advent of ubiquitous computing enabling near real-time access to identification of objects and analytics [4]. This paper examines some of these complex trends and related technologies. Irrespective of the characteristics of information systems, the development of various industry-contributed ontologies for knowledge and decision layers, may spur self-organizing networks of business communities and systems to increase their ability to sense and respond, more profitably, through better enterprise and extraprise exchange. In order to transform this vision into reality, systems automation must be weaned from the syntactic web and integrated with the organic growth of the semantic web. Understanding of process semantics and incorporation of intelligent agents with access to ubiquitous near real-time data “bus” are pillars for “intelligent” evolution of decision support systems. Software as infrastructure may integrate plethora of agent colonies through improved architectures (such as, service oriented architecture or SOA) and business communities aligned by industry or service focus may emerge as hubs of such agent empires. However, the feasibility of the path from exciting “pilots” in specific areas toward an informed convergence of systemic real-world implementation remains unclear and fraught with hurdles related to gaps in knowledge transfer from experts in academia to real-world practitioners. The value of interoperability between systems that may catalyse real-time intelligent decision support is further compromised by the lack of clarity of approach and tools. The latter offers significant opportunities for development of tools that may segue to innovative solutions approach. A critical mass of such solutions may spawn the necessary systems architecture for intelligent interoperability, essential for sustainable profitability and productivity in an intensely competitive global economy. This paper addresses some of these issues, tools and solutions that may have broad applicability in several operations including the management of adaptive supply-demand networks [7]