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

Spectrally and Energy Efficient Radio Resource Management for Multi-Operator Shared Networks

Commercial mobile communication systems are mainly based on licensed frequency spectrum, and the license is very expensive as the spectrum is a sparse wireless resource. Therefore, sharing this wireless resource is an essential requirement not only at the present but also in the future considering trends like connectivity for everybody and everything. In this thesis, we study the sharing of wireless resources with different approaches for realizing fair, efficient, and predictable sharing solutions in a controlled manner. The efficient use of wireless channel resources is an important target to reduce the costs of network operation and deployment. To achieve this, we need practical scheduling algorithms for wireless resources, out of which several of them will be presented and analyzed in this work. Different optimization frameworks for the spectral efficiency utility are presented, with an individual focus on guaranteeing resource or rate fairness among the operators in a network with shared radio resources. Thus, the presented proposals will help the mobile network operators to overcome the issues of losing network control and traceability of used wireless resources in a shared environment. Besides this, emerging vertical industries, such as automotive, healthcare, industry 4.0, internet of things (IoT) industries will put a certain burden on the wireless networks asking for guaranteed service level requirement from the mobile network operators. In this regard, this thesis provides the necessary methods addressing these challenges with the help of scheduling methods which are based on the joint optimization of spectral and energy efficiency. Thus, wireless networks will be enabled as a service function in a controlled and scalable way for new emerging markets. Furthermore, the presented solutions t well with the requirements of fifth generation (5G) network slicing

Connection admission control and packet scheduling for IEEE 802.16 networks

Includes bibliographical references.The IEEE 802.16 standard introduced as one of the Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN) for Broadband Wireless Access (BWA) which is known as Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), provides a solution of broadband connectivity to areas where wired infrastructure is economically and technically infeasible. Apart from the advantage of having high speeds and low costs, IEEE 802.16 has the capability to simultaneously support various service types with required QoS characteristics. ... While IEEE 802.16 standard defines medium access control (MAC) and physical (PHY) layers specification, admission control and packet scheduling mechanisms which are important elements of QoS provisioning are left to vendors to design and implement for service differentiation and QoS support

PROVIDING THE BOUNDARY LINE CONTROLLED REQUEST WITH ADAPTABLE TRANSMISSION RATES IN WDM MESH NETWORKS

The mixture of applications increases and supported over optical networks, to the network customers new service guarantees must be offered .The partitioning the data into multiple segments which can be processed independently the useful data to be transferred before a predefined deadline .this is a deadline driven request. To provide the request the customer chooses the bandwidth DDRs provide scheduling flexibility for the service providers. It chooses bandwidth while achieving two objectives 1.satisfying the guaranteed deadline 2.decreasing network resource utilization .by using bandwidth allocation policies improve the network performance and by using mixed integer linear program allows choosing flexible transmission rates