Heuristic and simulated annealing algorithms for solving extended cell assignment problem in wireless ATM networks

[[abstract]]In this paper, we investigate the extended cell assignment problem which optimally assigns new adding and splitting cells in Personal Communication Service (PCS) to switches in a wireless Asynchronous Transfer Mode (ATM) network. Given cells in a PCS network and switches on an ATM network (whose locations are fixed and known), we would like to do the assignment in an attempt to minimize a cost criterion. The cost has two components: one is the cost of handoffs that involve two switches, and the other is the cost of cabling. This problem is modeled as a complex integer programming problem, and finding an optimal solution to this problem is NP-hard. A heuristic algorithm and a simulated annealing algorithm are proposed to solve this problem. The heuristic algorithm, Extended Assignment Algorithm (EEA), consists of two phases, initial assigning phase and cell exchanging phase. First, in the initial assigning phase, the initial assignments of cells to switches are found. Then, these assignments are improved by performing cell exchanging phase in which two cells are repeatedly exchanged in different switches with great reduction of the total cost. The simulated annealing algorithm, ESA (enhanced simulated annealing), generates constraint-satisfied configurations, and uses three configuration perturbation schemes to change current configuration to a new one. Experimental results indicate that EAA and ESA algorithms have good performances

Contribution to resource management in cellular access networks with limited backhaul capacity

La interfaz radio de los sistemas de comunicaciones móviles es normalmente considerada como la única limitación de capacidad en la red de acceso radio. Sin embargo, a medida que se van desplegando nuevas y más eficientes interfaces radio, y de que el tráfico de datos y multimedia va en aumento, existe la creciente preocupación 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 técnicas de gestión de recursos que consideran de manera conjunta la gestión de recursos en la interfaz radio y el backhaul. Esto conduce a un nuevo paradigma donde los recursos del backhaul se consideran no sólo en la etapa de dimensionamiento, sino que además son incluidos en la problemática de gestión 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 tecnología de transporte, de acuerdo a las recientes tendencias de la arquitectura de red. En particular, se analiza el impacto que tiene una solución 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 evaluación se realiza en el contexto de la red de acceso radio de UMTS, donde se proporciona una caracterización detallada de la interfaz Iub. El análisis 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 gestión conjunta de recursos donde la idea principal consiste en incorporar las métricas de la red de transporte dentro del problema de gestión de recursos. A fin de evaluar los beneficios del marco de gestión de recursos propuesto, esta tesis se centra en la evaluación del problema de asignación de base, como estrategia para distribuir el tráfico entre las estaciones base en función 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 genérica, mediante la definición de un modelo analítico basado en cadenas de Markov. Dicho modelo permite calcular la ganancia de capacidad que puede alcanzar la estrategia de asignación de base propuesta. Posteriormente, el análisis de la estrategia propuesta se extiende considerando tecnologías específicas de acceso radio. En particular, en el contexto de redes WCDMA se desarrolla un algoritmo de asignación de base basado en simulatedannealing cuyo objetivo es maximizar una función de utilidad que refleja el grado de satisfacción de las asignaciones respecto los recursos radio y transporte. Finalmente, esta tesis aborda el diseño y evaluación de un algoritmo de asignación de base para los futuros sistemas de banda ancha basados en OFDMA. En este caso, el problema de asignación de base se modela como un problema de optimización 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 optimización conocido como Multiple-Choice Multidimensional Knapsack Problem (MMKP). Posteriormente, se desarrolla un algoritmo de asignación de base heurístico, el cual es evaluado y comparado con esquemas de asignación basados exclusivamente en criterios radio. El algoritmo concebido se basa en el uso de los multiplicadores de Lagrange y está diseñado para aprovechar de manera simultánea el balanceo de carga en la intefaz radio y el backhaul.Postprint (published version

Optimisation of Mobile Communication Networks - OMCO NET

The mini conference “Optimisation of Mobile Communication Networks” focuses on advanced methods for search and optimisation applied to wireless communication networks. It is sponsored by Research & Enterprise Fund Southampton Solent University. The conference strives to widen knowledge on advanced search methods capable of optimisation of wireless communications networks. The aim is to provide a forum for exchange of recent knowledge, new ideas and trends in this progressive and challenging area. The conference will popularise new successful approaches on resolving hard tasks such as minimisation of transmit power, cooperative and optimal routing

System level performance of ATM transmission over a DS-CDMA satellite link.

PhDAbstract not availableEuropean Space Agenc

Center for Aeronautics and Space Information Sciences

This report summarizes the research done during 1991/92 under the Center for Aeronautics and Space Information Science (CASIS) program. The topics covered are computer architecture, networking, and neural nets

Random Neural Networks and Optimisation

In this thesis we introduce new models and learning algorithms for the Random Neural Network (RNN), and we develop RNN-based and other approaches for the solution of emergency management optimisation problems. With respect to RNN developments, two novel supervised learning algorithms are proposed. The first, is a gradient descent algorithm for an RNN extension model that we have introduced, the RNN with synchronised interactions (RNNSI), which was inspired from the synchronised firing activity observed in brain neural circuits. The second algorithm is based on modelling the signal-flow equations in RNN as a nonnegative least squares (NNLS) problem. NNLS is solved using a limited-memory quasi-Newton algorithm specifically designed for the RNN case. Regarding the investigation of emergency management optimisation problems, we examine combinatorial assignment problems that require fast, distributed and close to optimal solution, under information uncertainty. We consider three different problems with the above characteristics associated with the assignment of emergency units to incidents with injured civilians (AEUI), the assignment of assets to tasks under execution uncertainty (ATAU), and the deployment of a robotic network to establish communication with trapped civilians (DRNCTC). AEUI is solved by training an RNN tool with instances of the optimisation problem and then using the trained RNN for decision making; training is achieved using the developed learning algorithms. For the solution of ATAU problem, we introduce two different approaches. The first is based on mapping parameters of the optimisation problem to RNN parameters, and the second on solving a sequence of minimum cost flow problems on appropriately constructed networks with estimated arc costs. For the exact solution of DRNCTC problem, we develop a mixed-integer linear programming formulation, which is based on network flows. Finally, we design and implement distributed heuristic algorithms for the deployment of robots when the civilian locations are known or uncertain

Optimising BFWA networks

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