On the Deployment of Moving Networks in Ultra-dense Urban Scenarios

In future mobile communication systems, more users will rely on mobile data services while riding public transportation vehicles for either working or entertainment. To serve these vehicular users effectively, the deployment of moving base stations on public transportation vehicles is considered as one of the most promising solutions. Each public transportation vehicle forms a moving network (MN) inside the vehicle to serve the users on board. In this paper, we study the deployment of MNs in an ultra-dense urban scenario, and we identify that one of the key challenges is the inter-cell interference, which is worsen by the street canyon effects. In order to address this problem, we employ and compare various solutions to enhance the performance of MNs. We show that by using MNs that have advanced multi-antenna systems, the quality of service at the vehicular users is noticeably improved without obvious influence on the performance of regular outdoor users

How wireless queues benefit from motion: an analysis of the continuum between zero and infinite mobility

This paper considers the time evolution of a queue that is embedded in a Poisson point process of moving wireless interferers. The queue is driven by an external arrival process and is subject to a time-varying service process that is a function of the SINR that it sees. Static configurations of interferers result in an infinite queue workload with positive probability. In contrast, a generic stability condition is established for the queue in the case where interferers possess any non-zero mobility that results in displacements that are both independent across interferers and oblivious to interferer positions. The proof leverages the mixing property of the Poisson point process. The effect of an increase in mobility on queueing metrics is also studied. Convex ordering tools are used to establish that faster moving interferers result in a queue workload that is smaller for the increasing-convex stochastic order. As a corollary, mean workload and mean delay decrease as network mobility increases. This stochastic ordering as a function of mobility is explained by establishing positive correlations between SINR level-crossing events at different time points, and by determining the autocorrelation function for interference and observing that it decreases with increasing mobility. System behaviour is empirically analyzed using discrete-event simulation and the performance of various mobility models is evaluated using heavy-traffic approximations.Comment: Preliminary version appeared in WiOPT 2020. New version with revision

The 5G era of mobile networks: a comprehensive study of the related technologies accompanied by an experimentation framework

Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις από τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών για τη παροχή καλύτερων υπηρεσιών και τη διασύνδεση όλων και περισσότερων συσκευών, ωθούν τη κοινότητα του κλάδου στην ανάπτυξη νέων μεθόδων και τεχνολογιών οργάνωσης των δικτύων προκειμένου να αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά αυτή η πρόκληση. Δεδομένου ότι η παρούσα τεχνολογία έχει φτάσει στα όρια της από άποψη ικανότητας διαχείρισης της κίνησης, απαιτείται η ανάπτυξη ενός νέου πλαισίου λειτουργίας το οποίο θα μπορεί να ανταποκριθεί αποτελεσματικά στις νέες συνθήκες που διαμορφώνονται από τη τηλεπικοινωνιακή αγορά. Η 5 η γενιά των δικτύων κινητών επικοινωνιών (5G) αποσκοπεί στην επίλυση ακριβώς αυτού του ζητήματος, μέσα από την ανάπτυξη ενός νέου μοντέλου λειτουργίας. Το μοντέλο αυτό αναδιαρθρώνοντας εκ βάθρων τον τρόπο λειτουργίας του δικτύου σε όλα τα επίπεδα, σχηματίζει ένα νέο οικοσύστημα δικτυακών υποδομών και λειτουργιών το οποίο επιτρέπει τη παροχή στους χρήστες υπηρεσιών υψηλού επιπέδου, προσαρμοσμένες στις εκάστοτε ανάγκες τους. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας μελετήθηκαν εκτενώς οι θεμελιώδεις αρχές και οι κυριότερες τεχνολογίες που διέπουν τη λειτουργία ενός δικτύου νέας γενιάς καθ’ όλο το μήκος του. Ξεκινώντας από τις καινοτομίες που αφορούν τη δομή των 5G δικτύων σε επίπεδο αρχιτεκτονικής, η ανάλυση επεκτείνεται με μία προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω· στα επίπεδα εκπομπής και πρόσβασης στο δίκτυο (C-RAN & MAC), στους μηχανισμούς που είναι υπεύθυνοι για παροχή των λειτουργιών και υπηρεσιών του δικτύου (NFV), ενώ εν συνεχεία γίνεται αναφορά στο νέο μοντέλο δρομολόγησης και διαχείρισης της κίνησης συνολικά στο δίκτυο (SDN) και σε επόμενο στάδιο παρουσιάζεται η τεχνολογία που αφορά την ικανότητα παροχής διακριτών υπηρεσιών στους χρήστες (E2E Slicing). Ακόμα, παρουσιάζονται ορισμένοι χαρακτηριστικοί δείκτες και μετρικές που σχετίζονται με τη προτυποποίηση των τεχνολογιών του δικτύου καθώς και όλες οι τρέχουσες εξελίξεις που αφορούν την ανάπτυξη του 5G στην Ευρώπη. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα δεδομένα του πειράματος που διεξήχθη για τους σκοπούς της εργασίας και αφορά αφενός τη μοντελοποίηση ενός υφιστάμενου δικτύου με βάση τα νέα πρότυπα του 5G και αφετέρου την αξιολόγηση της απόδοσης του με βάση ορισμένα σενάρια σχετικά με τη τοπολογία και το πλήθος των δεδομένων που ανταλλάσσονται κάθε στιγμή στο δίκτυο. Η εξέταση των παραμέτρων αποδοτικότητας εστιάζει στην ικανότητα του ONOS SDN Controller να διαχειρίζεται τη κίνηση των δεδομένων όταν προκύπτουν ορισμένα συμβάντα που επηρεάζουν την αρχική δομή του δικτύου. Ως προς τα αποτελέσματα των μετρήσεων που διεξάγονται, παρόλο που φαίνεται το θετικό αντίκτυπο που θα έχει η ενσωμάτωση των νέων τεχνολογιών στην απόδοση των δικτύων κινητών επικοινωνιών, υπάρχουν ακόμα ορισμένα επιμέρους ανοικτά ζητήματα τα οποία χρήζουν περαιτέρω έρευνας από τη πλευρά των μελών της τηλεπικοινωνιακής κοινότητας ώστε να μην υποσκαφθεί τελικά το αρχικό όραμα της καθολικής λειτουργίας όλων των κινητών συσκευών υπό μία ενιαία ομπρέλα.The ever-increasing demand from mobile communications networks for the provision of better services and interconnection of more devices is pushing the industry's community to develop new network organization methods and technologies in order to effectively address this challenge. As the current technology has reached its limits in terms of traffic management capability, it is necessary to develop a new operating framework that can effectively respond to the new conditions created by the telecommunications market. The 5th generation of mobile communication networks (5G) aims to solve this exact issue by developing a new operating model. This model, by thoroughly restructuring the way the network operates at all levels, forms a new ecosystem of network infrastructures and functions that enables the provision of high-level services to users, tailored to their particular needs. The fundamental principles and key technologies that govern the operation of a new generation network throughout its entire length were extensively studied in the context of this paper. Starting with the innovations regarding the structure of 5G networks at the architectural level, the analysis extends to a bottom-up approach: from the broadcast and access levels to the network (C-RAN & MAC) to the mechanisms responsible for delivering the network's functions and services (NFV). Then, the new network-based routing and traffic management (SDN) model is introduced, and the technology for providing distinctive services to users (E2E Slicing) is presented. Furthermore, some characteristic indicators and metrics related to the standardization of the network's technologies are presented, as well as all the current developments related to the development of 5G in Europe. Then, the data of the experiment carried out for the purposes of the paper is presented. On the one hand, this data concerns the modeling of an existing network based on the new 5G standards and, on the other hand, the evaluation of its performance based on some scenarios regarding the topology and the amount of data exchanged at any time on the network. The examination of the efficiency parameters focuses on the ability of the ONOS SDN controller to manage the traffic of the data when certain events affecting the original network structure occur. In terms of the results of the measurements being carried out, although the positive impact of the incorporation of new technologies on the performance of mobile communications networks appears to be positive, there are still some individual open issues that need further research by members of the telecommunications community in order for the original vision of the universal operation of all mobile devices under one single umbrella not to be ultimately undermined