Optimization and Performance Analysis of High Speed Mobile Access Networks

The end-to-end performance evaluation of high speed broadband mobile access networks is the main focus of this work. Novel transport network adaptive flow control and enhanced congestion control algorithms are proposed, implemented, tested and validated using a comprehensive High speed packet Access (HSPA) system simulator. The simulation analysis confirms that the aforementioned algorithms are able to provide reliable and guaranteed services for both network operators and end users cost-effectively. Further, two novel analytical models one for congestion control and the other for the combined flow control and congestion control which are based on Markov chains are designed and developed to perform the aforementioned analysis efficiently compared to time consuming detailed system simulations. In addition, the effects of the Long Term Evolution (LTE) transport network (S1and X2 interfaces) on the end user performance are investigated and analysed by introducing a novel comprehensive MAC scheduling scheme and a novel transport service differentiation model

Quality of service and mobility management in IP-based radio access networks

Master'sMASTER OF ENGINEERIN

Final report on the evaluation of RRM/CRRM algorithms

Deliverable public del projecte EVERESTThis deliverable provides a definition and a complete evaluation of the RRM/CRRM algorithms selected in D11 and D15, and evolved and refined on an iterative process. The evaluation will be carried out by means of simulations using the simulators provided at D07, and D14.Preprin

Serviços multimédia sobre redes heterogénias

Esta Tese aborda a problemática do fornecimento de serviços multimédia em redes heterogéneas. A heterogeneidade é aqui apresentada tanto na sua vertente de diferentes tecnologias de acesso como de vários fornecedores de serviço. Na génese do trabalho apresentado nesta tese está a convergência de redes e serviços que hoje em dia se observa. Esta convergência de acessos fixos e móveis sobre uma infraestrutura comum, baseada na utilização do protocolo IP acarreta consigo alguns problemas que urge analisar e resolver. Esta tese centra-se na provisão transparente de serviços, num ambiente “all-IP”, em cenários com suporte de mobilidade transparente (para utilizadores e aplicações), inter e intra tecnologias, num ambiente com vários fornecedores de serviço. Esta tese está dividida em três partes distintas. Na primeira parte (Capítulo 2) é abordada a problemática do fornecimento de serviço nas suas diversas vertentes, sendo feito um resumo histórico do fornecimento do serviço de telecomunicações desde as suas origens. É analisada a problemática do suporte de mobilidade, de Authentication, Authorisation, Accounting and Charging (AAAC), de Service Level Agreements (SLAs) e Service Level Specifications (SLSs), de qualidade de serviço (QoS), de gestão e ainda alguns aspectos comerciais. São apresentados alguns desafios que surgem quando se juntam todos estes componentes com vista a operacionalizar o fornecimento de serviço em ambientes heterogéneos integrados. Na segunda parte (Capítulo 3 e Capítulo 4) são apresentadas as principais tecnologias existentes hoje em dia que servem de base para a construção de arquitecturas de fornecimento de serviço em ambientes futuros. Na terceira parte (Capítulo 5 e Capítulo 6) é apresentada e avaliada uma arquitectura para o fornecimento de serviços multimédia, num ambiente de heterogeneidade de tecnologias de acesso e de fornecedores. Esta arquitectura suporta a provisão de qualidade de serviço (fulcro desta tese) mesmo enquanto os terminais se deslocam entre diversas redes com serviços activos. A arquitectura baseia-se na utilização do protocolo IPv6 como elemento integrador, e toda a sinalização é feita sobre este protocolo, tornando-a assim independente das tecnologias de nível 2 utilizadas. É proposta a sinalização entre as diversas entidades, de modo a garantir o funcionamento da arquitectura e a total transparência de handover, quer do ponto de vista do utilizador, quer do ponto de vista das aplicações. São identificados os cenários críticos aos quais a arquitectura e sinalização propostas devem responder por forma a ser validada. São depois apresentados os bons resultados obtidos num ambiente de simulação e em testes numa implementação real. Estes resultados reforçam a validade da concepção teórica realizada.This thesis addresses multimedia service provisioning in heterogeneous environments. Heterogeneous here refers both to access technologies and service providers. The motivation of the work here presented is the current convergence of networks and services. The convergence of fixed and wireless on one single network infrastructure has several problems that must be analysed and solved. This thesis is centred in the service provisioning, on an “all-IP” environment, supporting seamless mobility (both for users and applications), inter and intra technologies, on a multi-provider environment. This thesis is divided into three different parts. The first part (chapter 2) starts by presenting an historical view of the telecommunications service provision and addresses the several problems associated with service provisioning. Several issues, such as Authentication, Authorisation, Accounting and Charging (AAAC), Service Level Agreements (SLAs) and Service Level Specifications (SLSs), quality of service (QoS), management and marketing are analysed. It finalises by presenting some challenges of merging all these components in order to enable service provision on integrated heterogeneous environments. The second part of this thesis (chapter 3 and 4) presents several existing technologies that are used as building blocks for next generation network architectures. The third part of the thesis (chapter 5 and 6) presents a next generation network architecture and its evaluation. This architecture supports quality of service provision (the main topic of this thesis) even while the terminals move with active services across different access technologies. This architecture is based on IPv6 and all signalling is done at the IP level. This way, the architecture and signalling are independent of the layer 2 technologies. The signalling between the architecture entities is presented. The signalling was defined in a way to allow seamless handovers both to the users and applications. Critical scenarios to validate both the architecture and signalling are identified and presented. The good evaluation results obtained (both in a simulation environment and on a real test bed) are then presented

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

Análise de desempenho e do comportamento do utilizador em redes 3G

Mestrado em Electrónica e TelecomunicaçõesA Qualidade de Serviço (QoS) é uma preocupação para os operadores, mas devido à evolução da rede para um enorme número de serviços com requisistos diferentes, garantir uma boa QoS não é exatcamente sinónimo de utilizadores satisfeitos. A percepção da qualidade de serviço por parte dos utilizadores (QoE) garante aos operadores uma visão do grau de satisfação do utilizador final. O objectivo de uma boa QoS deve ser promover uma melhor QoE nos utilizadores. A QoE permite aos operadores saberem de que forma é que as condições da rede satisfazem as expectativas dos seus utilizadores em termos de confiança, disponibilidade, escalabilidade, velocidade, desempenho e eficiência. O objectivo deste trabalho é o desenvolvimento de mecanismos que permitam aos operadores analisarem ao mesmo tempo o comportamento dos utilizadores e o estado da rede em termos de qualidade numa determinada região. Com este tipo de informação disponível os operadores podem adaptar os mecanismos de QoS da rede de modo a prencherem na totalidade as expectativas do utilizador final numa determinada região.The Quality of Service (QoS) is already a major concern for operators, but things are changing and, although in many cases better QoS results in better Quality of Experience (QoE), fulfilling the required performance parameters is not a synonym of satisfied users. QoE conditions can immediate response on the user satisfaction and thus the goal of QoS assurance should be to promote a better QoE. This will give the operator a deeper sense of the contribution of network’s performance to the overall level of customer satisfaction in terms of reliability, availability, scalability, speed, accuracy and efficiency. The main goal of this work is to provide operators with mechanisms for end user behaviour analysis and at the same instant detailed network status. With this information operators know the end users behaviour in a certain region, know in detail network performance metrics and can adapt QoS mechanisms to fulfil end users expectations