Fast and efficient energy-oriented cell assignment in heterogeneous networks

The cell assignment problem is combinatorial, with increased complexity when it is tackled considering resource allocation. This paper models joint cell assignment and resource allocation for cellular heterogeneous networks, and formalizes cell assignment as an optimization problem. Exact algorithms can find optimal solutions to the cell assignment problem, but their execution time increases drastically with realistic network deployments. In turn, heuristics are able to find solutions in reasonable execution times, but they get usually stuck in local optima, thus failing to find optimal solutions. Metaheuristic approaches have been successful in finding solutions closer to the optimum one to combinatorial problems for large instances. In this paper we propose a fast and efficient heuristic that yields very competitive cell assignment solutions compared to those obtained with three of the most widely-used metaheuristics, which are known to find solutions close to the optimum due to the nature of their search space exploration. Our heuristic approach adds energy expenditure reduction in its algorithmic design. Through simulation and formal statistical analysis, the proposed scheme has been proved to produce efficient assignments in terms of the number of served users, resource allocation and energy savings, while being an order of magnitude faster than metaheuritsic-based approaches.This paper has been supported by the National Council of Research and Technology (CONACYT) through Grant FONCICYT/272278 and the ERANetLAC (Network of the European Union, Latin America, and the Caribbean Countries) Project ELAC2015/T100761. This paper is partially supported also by the ADVICE Project, TEC2015-71329 (MINECO/FEDER) and the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under Grant Agreement No 777067 (NECOS Project)

Joint topology optimization, power control and spectrum allocation for intra-vehicular multi-hop sensor networks using dandelion-encoded heuristics

In the last years the interest in multi-hop communications has gained momentum within the research community due to the challenging characteristics of the intra-vehicular radio environment and the stringent robustness imposed on critical sensors within the vehicle. As opposed to point-to-point network topologies, multi-hop networking allows for an enhanced communication reliability at the cost of an additional processing overhead. In this context this manuscript poses a novel bi-objective optimization problem aimed at jointly minimizing (1) the average Bit Error Rate (BER) of sensing nodes under a majority fusion rule at the central data collection unit; and (2) the mean delay experienced by packets forwarded by such nodes due to multi-hop networking, frequency channel switching time multiplexing at intermediate nodes. The formulated paradigm is shown to be computationally tractable via a combination of evolutionary meta-heuristic algorithms and Dandelion codes, the latter capable of representing tree-like structures like those modeling the multi-hop routing approach. Simulations are carried out for realistic values of intra-vehicular radio channels and co-channel interference due to nearby IEEE 802.11 signals. The obtained results are promising and pave the way towards assessing the practical performance of the proposed scheme in real setups

Surrogate modeling based cognitive decision engine for optimization of WLAN performance

Due to the rapid growth of wireless networks and the dearth of the electromagnetic spectrum, more interference is imposed to the wireless terminals which constrains their performance. In order to mitigate such performance degradation, this paper proposes a novel experimentally verified surrogate model based cognitive decision engine which aims at performance optimization of IEEE 802.11 links. The surrogate model takes the current state and configuration of the network as input and makes a prediction of the QoS parameter that would assist the decision engine to steer the network towards the optimal configuration. The decision engine was applied in two realistic interference scenarios where in both cases, utilization of the cognitive decision engine significantly outperformed the case where the decision engine was not deployed

Three local search meta-heuristics for the Minimum Interference Frequency Assignment Problem (MI-FAP) in cellular networks,

International audienc

Resource Optimization in Visible Light Communication Using Internet of Things

In the modern day, there is a serious spectrum crunch in the legacy radio frequency (RF) band, for which visible light communication (VLC) can be a promising option. VLC is a short-range wireless communication variant which uses the visible light spectrum. In this thesis, we are using a VLC-based architecture for providing scalable communications to Internet-of-Things (IoT) devices where a multi-element hemispherical bulb is used that can transmit data streams from multiple light emitting diode (LED) boards. The essence of this architecture is that it uses a Line-of-Sight (LoS) alignment protocol that handles the hand-off issue created by the movement of receivers inside a room. We start by proposing an optimization problem aiming to minimize the total consumed energy emitted by each LED taking into consideration the LEDs\u27 power budget, users\u27 perceived quality-of-service, LED-user associations, and illumination uniformity constraints. Then, because of the non-convexity of the problem, we propose to solve it in two stages: (1) We design an efficient algorithm for LED-user association for fixed LED powers, and (2) using the LED-user association, we find an approximate solution based on Taylor series to optimize the LEDs\u27 power. We devise two heuristic solutions based on this approach. The first heuristic solution, called the Low Complexity Two Stages Solution (TSS), optimizes the association between the LEDs and the mobile users before and then the power of each LED is optimized. In the second heuristic, named the Maximum Uniformity Approach, we try to improve the illumination uniformity first and then adjust the power values for each LED so that they do not go above a certain value. Finally, we illustrate the performance of our method via simulations

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