Satellite system performance assessment for in-flight entertainment and air traffic control

Concurrent satellite systems have been proposed for IFE (In-Flight Entertainment) communications, thus demonstrating the capability of satellites to provide multimedia access to users in aircraft cabin. At the same time, an increasing interest in the use of satellite communications for ATC (Air Traffic Control) has been motivated by the increasing load of traditional radio links mainly in the VHF band, and uses the extended capacities the satellite may provide. However, the development of a dedicated satellite system for ATS (Air Traffic Services) and AOC (Airline Operational Communications) seems to be a long-term perspective. The objective of the presented system design is to provide both passenger application traffic access (Internet, GSM) and a high-reliability channel for aeronautical applications using the same satellite links. Due to the constraints in capacity and radio bandwidth allocation, very high frequencies (above 20 GHz) are considered here. The corresponding design implications for the air interface are taken into account and access performances are derived using a dedicated simulation model. Some preliminary results are shown in this paper to demonstrate the technical feasibility of such system design with increased capacity. More details and the open issues will be studied in the future of this research work

An analysis of Regenerator Placement strategies for a Translucent OBS network architecture

Most research works in optical burst switching (OBS) networks do not take into account the impact of physical layer impairments (PLIs) either by considering fully transparent (i.e., using optical 3R regeneration) or opaque (i.e., electrical 3R regeneration) networks. However, both solutions are not feasible for different reasons. In this paper, we propose a novel translucent OBS (T-OBS) network architecture which aims at bridging the gap between the transparent and opaque solutions. In order to evaluate its performance, a formulation of the routing and regenerator placement and dimensioning problem (RRPD) is presented. Since such formulation results in a complex problem, we also propose several alternative heuristic strategies. In particular, we evaluate the trade-off between optimality and execution times provided by these methods. Finally, we conduct a series of simulation experiments that prove that the T-OBS network model proposed effectively deals with burst losses caused by the impact of PLIs and ensures that the overall network performance remains unaffected.Preprin

Using GRASP and GA to design resilient and cost-effective IP/MPLS networks

The main objective of this thesis is to find good quality solutions for representative instances of the problem of designing a resilient and low cost IP/MPLS network, to be deployed over an existing optical transport network. This research is motivated by two complementary real-world application cases, which comprise the most important commercial and academic networks of Uruguay. To achieve this goal, we performed an exhaustive analysis of existing models and technologies. From all of them we took elements that were contrasted with the particular requirements of our counterparts. We highlight among these requirements, the need of getting solutions transparently implementable over a heterogeneous network environment, which limit us to use widely standardized features of related technologies. We decided to create new models more suitable to fit these needs. These models are intrinsically hard to solve (NP-Hard). Thus we developed metaheuristic based algorithms to find solutions to these real-world instances. Evolutionary Algorithms and Greedy Randomized Adaptive Search Procedures obtained the best results. As it usually happens, real-world planning problems are surrounded by uncertainty. Therefore, we have worked closely with our counterparts to reduce the fuzziness upon data to a set of representative cases. They were combined with different strategies of design to get to scenarios, which were translated into instances of these problems. Finally, the algorithms were fed with this information, and from their outcome we derived our results and conclusions

AN INVESTIGATION INTO AN EXPERT SYSTEM FOR TELECOMMUNICATION NETWORK DESIGN

Many telephone companies, especially in Eastern-Europe and the 'third world', are developing new telephone networks. In such situations the network design engineer needs computer based tools that not only supplement his own knowledge but also help him to cope with situations where not all the information necessary for the design is available. Often traditional network design tools are somewhat removed from the practical world for which they were developed. They often ignore the significant uncertain and statistical nature of the input data. They use data taken from a fixed point in time to solve a time variable problem, and the cost formulae tend to be on an average per line or port rather than the specific case. Indeed, data is often not available or just plainly unreliable. The engineer has to rely on rules of thumb honed over many years of experience in designing networks and be able to cope with missing data. The complexity of telecommunication networks and the rarity of specialists in this area often makes the network design process very difficult for a company. It is therefore an important area for the application of expert systems. Designs resulting from the use of expert systems will have a measure of uncertainty in their solution and adequate account must be made of the risk involved in implementing its design recommendations. The thesis reviews the status of expert systems as used for telecommunication network design. It further shows that such an expert system needs to reduce a large network problem into its component parts, use different modules to solve them and then combine these results to create a total solution. It shows how the various sub-division problems are integrated to solve the general network design problem. This thesis further presents details of such an expert system and the databases necessary for network design: three new algorithms are invented for traffic analysis, node locations and network design and these produce results that have close correlation with designs taken from BT Consultancy archives. It was initially supposed that an efficient combination of existing techniques for dealing with uncertainty within expert systems would suffice for the basis of the new system. It soon became apparent, however, that to allow for the differing attributes of facts, rules and data and the varying degrees of importance or rank within each area, a new and radically different method would be needed. Having investigated the existing uncertainty problem it is believed that a new more rational method has been found. The work has involved the invention of the 'Uncertainty Window' technique and its testing on various aspects of network design, including demand forecast, network dimensioning, node and link system sizing, etc. using a selection of networks that have been designed by BT Consultancy staff. From the results of the analysis, modifications to the technique have been incorporated with the aim of optimising the heuristics and procedures, so that the structure gives an accurate solution as early as possible. The essence of the process is one of associating the uncertainty windows with their relevant rules, data and facts, which results in providing the network designer with an insight into the uncertainties that have helped produce the overall system design: it indicates which sources of uncertainty and which assumptions are were critical for further investigation to improve upon the confidence of the overall design. The windowing technique works by virtue of its ability to retain the composition of the uncertainty and its associated values, assumption, etc. and allows for better solutions to be attained.BRITISH TELECOMMUNICATIONS PL

Cross-layer modeling and optimization of next-generation internet networks

Scaling traditional telecommunication networks so that they are able to cope with the volume of future traffic demands and the stringent European Commission (EC) regulations on emissions would entail unaffordable investments. For this very reason, the design of an innovative ultra-high bandwidth power-efficient network architecture is nowadays a bold topic within the research community. So far, the independent evolution of network layers has resulted in isolated, and hence, far-from-optimal contributions, which have eventually led to the issues today's networks are facing such as inefficient energy strategy, limited network scalability and flexibility, reduced network manageability and increased overall network and customer services costs. Consequently, there is currently large consensus among network operators and the research community that cross-layer interaction and coordination is fundamental for the proper architectural design of next-generation Internet networks. This thesis actively contributes to the this goal by addressing the modeling, optimization and performance analysis of a set of potential technologies to be deployed in future cross-layer network architectures. By applying a transversal design approach (i.e., joint consideration of several network layers), we aim for achieving the maximization of the integration of the different network layers involved in each specific problem. To this end, Part I provides a comprehensive evaluation of optical transport networks (OTNs) based on layer 2 (L2) sub-wavelength switching (SWS) technologies, also taking into consideration the impact of physical layer impairments (PLIs) (L0 phenomena). Indeed, the recent and relevant advances in optical technologies have dramatically increased the impact that PLIs have on the optical signal quality, particularly in the context of SWS networks. Then, in Part II of the thesis, we present a set of case studies where it is shown that the application of operations research (OR) methodologies in the desing/planning stage of future cross-layer Internet network architectures leads to the successful joint optimization of key network performance indicators (KPIs) such as cost (i.e., CAPEX/OPEX), resources usage and energy consumption. OR can definitely play an important role by allowing network designers/architects to obtain good near-optimal solutions to real-sized problems within practical running times

Managing Uncertainty: A Case for Probabilistic Grid Scheduling

The Grid technology is evolving into a global, service-orientated architecture, a universal platform for delivering future high demand computational services. Strong adoption of the Grid and the utility computing concept is leading to an increasing number of Grid installations running a wide range of applications of different size and complexity. In this paper we address the problem of elivering deadline/economy based scheduling in a heterogeneous application environment using statistical properties of job historical executions and its associated meta-data. This approach is motivated by a study of six-month computational load generated by Grid applications in a multi-purpose Grid cluster serving a community of twenty e-Science projects. The observed job statistics, resource utilisation and user behaviour is discussed in the context of management approaches and models most suitable for supporting a probabilistic and autonomous scheduling architecture

Fair and efficient network dimensioning with the reference point methodology, Journal of Telecommunications and Information Technology, 2006, nr 4

The dimensioning of telecommunication networks that carry elastic traffic requires the fulfillment of two conflicting goals: maximizing the total network throughput and providing fairness to all flows. Fairness in telecommunication network design is usually provided using the so-called max-min fairness (MMF) approach. However, this approach maximizes the performance of the worst (most expensive) flows which may cause a large worsening of the overall throughput of the network. In this paper we show how the concepts of multiple criteria equitable optimization can be effectively used to generate various fair and efficient allocation schemes. We introduce a multiple criteria model equivalent to equitable optimization and we develop a corresponding reference point procedure for fair and efficient network dimensioning for elastic flows. The procedure is tested on a sample network dimensioning problem for elastic traffic and its abilities to model various preferences are demonstrated

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