Studies on the performance of some ARQ schemes

This thesis consists of a summary part and seven published articles. All the articles are about performance analysis of ARQ schemes. Two of the publications study the performance of an ARQ scheme with packet combining, called the EARQ (extended ARQ) scheme. In the packet combining algorithm, the bitwise modulo-2 sum of two erroneous copies of a packet is computed to locate the errors. The packet combining algorithm involves a straightforward search procedure, the computational complexity of which easily becomes prohibitive. As a solution to this, a modified scheme is proposed, where the search procedure is attempted only when there are at most Nmax 1s at the output of the modulo-2 adder. In one article, time diversity was utilized, whereas space diversity reception was considered in the other work. The remaining five publications study the throughput performance of adaptive selective-repeat and go-back-N ARQ schemes, where the switching between the transmission modes is done based on the simple algorithm proposed by Y.-D. Yao in 1995. In this method, α contiguous NACKs or β contiguous ACKs indicate changes from 'good' to 'bad' or from 'bad' to 'good' channel conditions, respectively. The numbers α and β are the two design parameters of the adaptive scheme. The time-varying forward channel is modelled by two-state Markov chains, known as Gilbert-Elliott channel models. The states are characterized by bit error rates, packet error rates or fading parameters. The performance of the adaptive ARQ scheme is measured by its average throughput over all states of the system model, which is a Markov chain. A useful upper bound for the achievable average throughput is provided by the performance of an (assumed) ideal adaptive scheme which is always in the 'correct' transmission mode. The optimization of α and β is done based on minimizing the mean-square distance between the actual and the ideal performance curves. Methods of optimizing the packet size(s) used in the adaptive selective-repeat scheme are also proposed.reviewe

Opettajan muuttuvat roolit – yhdessä yhteisölliseen opetuksen kehittämiseen

Opettajan muuttuvat roolit - yhdessä yhteisölliseen opetuksen kehittämiseen on julkaisu, joka kuvaa Aalto-yliopiston yliopistopedagogiselle kurssille osallistuneiden kehittymistä ja kehittämiskohteita vuoden 2012 aikana. Vuoden mittaisen prosessin aikana yksittäisistä opettajista ja tutkijoista tuli opetusta ja oppimista kehittävä ryhmä. Osallistujista kasvoi tutkijoita, jotka haluavat opettaa ja opettajia, jotka haluavat tutkivalla otteella kehittää opetusta. Julkaisussa Opettaja kehittäjänä -kurssin osallistujat kuvaavat kehittämishankkeitaan. Lisäksi kurssin suunnittelijat ja ohjaajat jäsentävät kurssin ensimmäistä toteutusta ja sen onnistumista. Mitä opittiin, kun kurssin sisällön tuottivat osallistujat ja ohjaajat yhdessä? Julkaisu tarjoaa näkökulmia opetuksen kehittämiseen ja tutustuttaa lukijan Aalto-yliopiston asiantuntijoiden opetustyön arkeen. Teos sopii kaikille yliopisto-opetuksesta kiinnostuneille

Tiedonsiirron virheidenhallinnasta aikariippuvissa kanavissa

Tämän työn tarkoituksena on ollut tutkia ARQ-pohjaisten virheidenhallintamenetelmien kykyä mukautua ajan mukana vaihteleviin kanavaolosuhteisiin. Työssä esitetään kahdentyyppisiä ratkaisuja tähän ongelmaan. Ensimmäinen vaihtoehto on käyttää menetelmiä, jotka yhdistävät ARQ-protokollien perustoimintoihin kyvyn korjata virheitä; näistä tarkoitukseen parhaiten soveltuvia ovat ns. tyypin II hybridi-ARQ-protokollat sekä näitä muistuttava EARQ-protokolla. Toisena mahdollisuutena tässä työssä on tutkittu adaptiivisten GBN-protokollien käyttöä. Työssä käytettyjä aikariippuvia kanavamalleja ovat ns. kvasistationäärinen kanava sekä Gilbert-Elliott-malli. Edellisessä tapauksessa bitti- tai pakettivirhetodennäköisyys vaihtelee hyvin hitaasti. Jälkimmäisessä mallissa kanavan tilan eri ajanhetkinä oletetaan olevan kaksitilainen Markovin ketju, missä kumpaankin tilaan liittyy tietty virhetodennäköisyys. Strategioiden suorituskyvyn mittana käytetään ns. läpäisyä, joka kuvaa tiedonsiirron hyötysuhdetta. ARQ-protokollien tapauksessa läpäisyä heikentää tarve lähettää uudelleen virheellisinä vastaanotetut paketit. Edellä mainittujen tyypin II protokollien läpäisylle esitetään viitteessä [29] johdettu alaraja ja viitteessä [30] annettu yläraja. Tyypin II protokollan, joka käyttää lohkokoodeja sekä virheiden havaitsemiseen että korjaamiseen, toiminta kuvataan työssä yksityiskohtaisesti. Viitteeseen [30] perustuen esitellään EARQ-protokolla, joka yltää samaa luokkaa olevaan läpäisyyn kuin tyypin II protokollat huolimatta selvästi vähäisemmästä koodien käytöstä. Tässä työssä tutkitut adaptiiviset GBN-protokollat käyttävät kahta toisistaan hieman poikkeavaa yksinkertaista algoritmia kanavaolosuhteissa tapahtuvien muutosten havaitsemiseen. Työssä esitetään matemaattisia malleja näiden protokollien toiminnalle erilaisissa kanavaympäristöissä

Load migration mechanism in ultra-dense networks

As one of the main technologies in 5G networks, Ultra-dense networks (UDNs) can be used to improve the network coverage. The dense deployment of small cells in UDN hotspots generates an uneven traffic distribution. In this paper, we propose a novel mechanism in order to transfer the extra users from the small cells to the macrocells based on several load balancing approaches implemented within the small cells, which are formed based on the Radio-over-Fiber (RoF) system. To select the best overlapping zone and then the best candidate user to be handed-over between the access points of the small cells, a common zone approach, a worst zone approach and a mixed approach are proposed. With the objective of transferring the extra users to the macrocells, we suggest a transfer after approach, a transfer before approach and an active approach. The simulation results indicate that the proposed approaches succeed to balance the load among the access points and to migrate the required load from the overloaded small cells to the macrocells in selective way. In some cases, the balance improvement ratio can reach 97.94%. Moreover, the overall balance efficiency is increased by 51.32% compared to the case without transferring users to the macrocells.Peer reviewe

Load balancing algorithm within the small cells of heterogeneous UDN networks

Ultra-Dense Networks (UDNs) can be used to improve coverage. With limited network capacity and the dense development of wireless networks, heterogeneous ultra-dense networks are set to satisfy the increasing demands of mobile users. However, the dense deployment of small cells in the hotspots of UDN networks generates an uneven traffic distribution. To address this problem, this paper proposes novel load balancing approaches implemented within the small cells, which are formed based on the Radio-over-Fiber (RoF) system. To select the best overlapping zone and then the best candidate user to be handed-over between the access points of the small cells, a common zone approach, a worst zone approach and a mixed approach are suggested. The results indicate that the proposed algorithm improves the performance of UDN networks when the load is unbalanced. The balance improvement ratio can reach on average 89.16%.Peer reviewe

Teknillinen korkeakoulu Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto

This thesis consists of a summary part and seven published articles. All the articles are about performance analysis of ARQ schemes. Two of the publications study the performance of an ARQ scheme with packet combining, called the EARQ (extended ARQ) scheme. In the packet combining algorithm, the bitwise modulo-2 sum of two erroneous copies of a packet is computed to locate the errors. The packet combining algorithm involves a straightforward search procedure, the computational complexity of which easily becomes prohibitive. As a solution to this, a modified scheme is proposed, where the search procedure is attempted only when there are at most Nmax 1s at the output of the modulo-2 adder. In one article, time diversity was utilized, whereas space diversity reception was considered in the other work. The remaining five publications study the throughput performance of adaptive selective-repeat and go-back-N ARQ schemes, where the switching between the transmission modes is done based on the simple algorithm proposed by Y.-D. Yao in 1995. In this method, α contiguous NACKs or β contiguous ACKs indicate changes from ‘good ’ to ‘bad ’ or from ‘bad ’ to ‘good