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Contribution to resource management in cellular access networks with limited backhaul capacity
La interfaz radio de los sistemas de comunicaciones m贸viles es normalmente considerada como
la 煤nica limitaci贸n de capacidad en la red de acceso radio. Sin embargo, a medida que se van
desplegando nuevas y m谩s eficientes interfaces radio, y de que el tr谩fico de datos y multimedia va
en aumento, existe la creciente preocupaci贸n 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 t茅cnicas de gesti贸n de recursos que consideran de manera
conjunta la gesti贸n de recursos en la interfaz radio y el backhaul. Esto conduce a un nuevo
paradigma donde los recursos del backhaul se consideran no s贸lo en la etapa de dimensionamiento,
sino que adem谩s son incluidos en la problem谩tica de gesti贸n 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 tecnolog铆a de transporte, de acuerdo a las
recientes tendencias de la arquitectura de red. En particular, se analiza el impacto que tiene una
soluci贸n 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 evaluaci贸n se realiza en el contexto de la
red de acceso radio de UMTS, donde se proporciona una caracterizaci贸n detallada de la interfaz
Iub. El an谩lisis 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
gesti贸n conjunta de recursos donde la idea principal consiste en incorporar las m茅tricas de la red de
transporte dentro del problema de gesti贸n de recursos. A fin de evaluar los beneficios del marco de
gesti贸n de recursos propuesto, esta tesis se centra en la evaluaci贸n del problema de asignaci贸n de
base, como estrategia para distribuir el tr谩fico entre las estaciones base en funci贸n 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 gen茅rica, mediante la definici贸n de un modelo anal铆tico
basado en cadenas de Markov. Dicho modelo permite calcular la ganancia de capacidad que puede
alcanzar la estrategia de asignaci贸n de base propuesta. Posteriormente, el an谩lisis de la estrategia
propuesta se extiende considerando tecnolog铆as espec铆ficas de acceso radio. En particular, en el
contexto de redes WCDMA se desarrolla un algoritmo de asignaci贸n de base basado en simulatedannealing
cuyo objetivo es maximizar una funci贸n de utilidad que refleja el grado de satisfacci贸n
de las asignaciones respecto los recursos radio y transporte. Finalmente, esta tesis aborda el dise帽o
y evaluaci贸n de un algoritmo de asignaci贸n de base para los futuros sistemas de banda ancha
basados en OFDMA. En este caso, el problema de asignaci贸n de base se modela como un problema
de optimizaci贸n 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 optimizaci贸n conocido como
Multiple-Choice Multidimensional Knapsack Problem (MMKP). Posteriormente, se desarrolla un
algoritmo de asignaci贸n de base heur铆stico, el cual es evaluado y comparado con esquemas de
asignaci贸n basados exclusivamente en criterios radio. El algoritmo concebido se basa en el uso de
los multiplicadores de Lagrange y est谩 dise帽ado para aprovechar de manera simult谩nea el balanceo
de carga en la intefaz radio y el backhaul.Postprint (published version