Mobility: a double-edged sword for HSPA networks

This paper presents an empirical study on the performance of mobile High Speed Packet Access (HSPA, a 3.5G cellular standard) networks in Hong Kong via extensive field tests. Our study, from the viewpoint of end users, covers virtually all possible mobile scenarios in urban areas, including subways, trains, off-shore ferries and city buses. We have confirmed that mobility has largely negative impacts on the performance of HSPA networks, as fast-changing wireless environment causes serious service deterioration or even interruption. Meanwhile our field experiment results have shown unexpected new findings and thereby exposed new features of the mobile HSPA networks, which contradict commonly held views. We surprisingly find out that mobility can improve fairness of bandwidth sharing among users and traffic flows. Also the triggering and final results of handoffs in mobile HSPA networks are unpredictable and often inappropriate, thus calling for fast reacting fallover mechanisms. We have conducted in-depth research to furnish detailed analysis and explanations to what we have observed. We conclude that mobility is a double-edged sword for HSPA networks. To the best of our knowledge, this is the first public report on a large scale empirical study on the performance of commercial mobile HSPA networks

Simulation and Emulation Approach for the Performance Evaluation of Adaptive Modulation and Coding Scheme in Mobile WiMAX Network

WiMAX is the IEEE 802.16e standard-based wireless technology, provides Broadband Wireless Access (BWA) for Metropolitan Area Networks (MAN). Being the wireless channels are precious and limited, adapting the appropriate modulation and coding scheme (MCS) for the state of the radio channel leads to an optimal average data rate. The standard supports adaptive modulation and coding (AMC) on the basis of signal to interference noise ratio (SINR) condition of the radio link. This paper made an attempt to study the performance of AMC scheme in Mobile WiMAX network using simulation and emulation methods. Different MCS are adopted by mobile subscriber station (MSS) on the basis of the detected instantaneous SINR. Simulation results demonstrate the impact of modulation and coding scheme on the performance of the system and emulation results defend the simulation results

The new enhancement of UMTS: HSDPA and HSUPA

During the last two decades, the world of the mobile communications grew a lot, as a consequence of the increasing necessity of people to communicate. Now, the mobile communications still need to improve for satisfies the user demands. The new enhancement of UMTS in concrete HSDPA and HSUPA is one of these improvements that the society needs. HSDPA and HSUPA which together are called HSPA, give to the users higher data rates in downlink and uplink. The higher data rates permit to the operators give more different types of services and at the same time with better quality. As a result, people can do several new applications with their mobile terminals like applications that before a computer and internet connection were required, now it is possible to do directly with the mobile terminal. This thesis consists in study these new technologies denominated HSDPA and HSUPA and thus know better the last tendencies in the mobile communications. Also it has a roughly idea about the future tendencies

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

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

Quality of service optimization of multimedia traffic in mobile networks

Mobile communication systems have continued to evolve beyond the currently deployed Third Generation (3G) systems with the main goal of providing higher capacity. Systems beyond 3G are expected to cater for a wide variety of services such as speech, data, image transmission, video, as well as multimedia services consisting of a combination of these. With the air interface being the bottleneck in mobile networks, recent enhancing technologies such as the High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), incorporate major changes to the radio access segment of 3G Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). HSDPA introduces new features such as fast link adaptation mechanisms, fast packet scheduling, and physical layer retransmissions in the base stations, necessitating buffering of data at the air interface which presents a bottleneck to end-to-end communication. Hence, in order to provide end-to-end Quality of Service (QoS) guarantees to multimedia services in wireless networks such as HSDPA, efficient buffer management schemes are required at the air interface. The main objective of this thesis is to propose and evaluate solutions that will address the QoS optimization of multimedia traffic at the radio link interface of HSDPA systems. In the thesis, a novel queuing system known as the Time-Space Priority (TSP) scheme is proposed for multimedia traffic QoS control. TSP provides customized preferential treatment to the constituent flows in the multimedia traffic to suit their diverse QoS requirements. With TSP queuing, the real-time component of the multimedia traffic, being delay sensitive and loss tolerant, is given transmission priority; while the non-real-time component, being loss sensitive and delay tolerant, enjoys space priority. Hence, based on the TSP queuing paradigm, new buffer managementalgorithms are designed for joint QoS control of the diverse components in a multimedia session of the same HSDPA user. In the thesis, a TSP based buffer management algorithm known as the Enhanced Time Space Priority (E-TSP) is proposed for HSDPA. E-TSP incorporates flow control mechanisms to mitigate congestion in the air interface buffer of a user with multimedia session comprising real-time and non-real-time flows. Thus, E-TSP is designed to provide efficient network and radio resource utilization to improve end-to-end multimedia traffic performance. In order to allow real-time optimization of the QoS control between the real-time and non-real-time flows of the HSDPA multimedia session, another TSP based buffer management algorithm known as the Dynamic Time Space Priority (D-TSP) is proposed. D-TSP incorporates dynamic priority switching between the real-time and non-real-time flows. D-TSP is designed to allow optimum QoS trade-off between the flows whilst still guaranteeing the stringent real-time component’s QoS requirements. The thesis presents results of extensive performance studies undertaken via analytical modelling and dynamic network-level HSDPA simulations demonstrating the effectiveness of the proposed TSP queuing system and the TSP based buffer management schemes

Real-time HSPA emulator for end-to-edge QoS evaluation in all-IP beyond 3G heterogeneous wireless networks

This paper is aimed at presenting the real-time High Speed Packet Access (HSPA) emulator that has been developed in the framework of the AROMA project. Real-time emula- tors allow reproducing realistic scenarios to test algorithms, strategies, protocols and applications under realistic condi- tions. Therefore, real-time emulators constitute a powerful tool to evaluate the end-user's Quality of Experience (QoE), which could not be achieved by means of o -line simulations. The presented emulator is integrated in the AROMA real- time testbed, which has been developed to provide a frame- work for demonstrating the bene ts of the common radio re- source management algorithms as well as the proposed end- to-edge Quality of Service (QoS) management techniques developed for all-IP beyond 3G heterogeneous wireless net- works in the context of the AROMA project. This paper presents a qualitative description of the developed tool, em- phasizing some interesting implementation details that may result helpful in the development of similar emulation plat- forms. Some illustrative results, showing the capabilities of the developed tool, are also presented and analyzed.Postprint (published version

Avaliação de desempenho do funcionamento de serviços VoIP sobre redes 3GPP

Mestrado em Engenharia Electrónica e de TelecomunicaçõesA gestão de conteúdos orientados ao utilizador tem-se vindo a revelar uma questão de extrema importância para os operadores, que embora não sejam os produtores e distribuidores da informação acedida, são no entanto parte interessada pois em última análise é a sua insignia que deve assegurar o acesso. Os modelos de negócio desenvolvidos actualmente antevêm a distribuição destes conteúdos assegurando o cumprimento dos parâmetros de QoS. Com a evolução da distribuição de serviços sobre as redes IP, seguindo a tendência da perspectiva “All-over-IP”, os ISPs necessitam cada vez mais de ter conhecimento acerca da forma como estes serviços e os seus utilizadores influenciam a utilização dos recursos da rede. A monitorização de desempenho requer estratégias eficientes e optimizadas com múltiplas implicações ao nível da segurança/privacidade. Cada serviço possui características específicas que o podem tornar mais ou menos resistente a determinadas condições da rede. O objectivo deste trabalho é relacionar a informação relativa à sessão de um determinado tipo de serviço baseado em IP, com as condições de desempenho na entrega do serviço por parte da rede. O desafio é analisar diferentes tipos de informação, por um lado a informação de sessão foca-se nos eventos gerados durante o seu ciclo de vida, enquanto a informação de Performance Management (PM) da rede focase primordialmente no comportamento e capacidade da rede em suportar a entrega do serviço, a um grande número de assinantes, relevando portanto a utilização das métricas de QoS. A proposta deste trabalho é definir uma série de ferramentas como relatórios e indicadores de desempenho, em que baseado na informação cross-layer, se possa descrever uniformemente o desempenho do serviço.The management of user oriented contents is becoming of extreme relevance for network operators, which while not being the producers of the consumed data, are the ultimate insignia for the assured delivery. The business models being currently applied envision the assured delivery of multimedia services with the assurance of Quality of Service. By evolving towards the delivery of services over IP networks undergoing the “all-over-IP” perspective, the Internet Service Providers (ISP) needs to be aware of how the behavior of these services and users influences the network resources usage. Performance monitoring requires efficient and optimized strategies with multiple implications at the security/privacy levels. Each service has specific characteristics which may make it more or less resilient to some network performance issues. The scope of this work is to relate session information with the underlying network service delivery performance. The challenge is to analyze different kind of information, session information focus is event driven tracing the entire lifecycle of each event and network Performance Management (PM) information focusing on the behavior and ability of the network to support service delivery to a large number of subscribers, thus focusing on overall QoS metrics. The proposal is to define use cases that can be implemented to ease this analysis while defining general Key Performance Indicators (KPI) based on cross-layer information, to uniformly describe the service performance