Liityntäverkon valintamenetelmät matkapuhelin operaattorien yhteistoiminnallisessa ympäristössä käyttäjien ja operaattorien tyytyväisyyden parantamiseksi

This dissertation introduces two new access selection strategies called the network-centric and the terminal-centric strategies. These strategies use a distributed access selection algorithm, which is designed to exploit the network cooperation to support both horizontal and vertical handovers. The algorithm development was motivated by the fact that the network cooperation hides the network boundaries and through information dissemination it enables more intelligent decision making practices to ensure better utilization of the access resources resulting in enhanced capabilities serving end-users. Two new performance metrics called the USI (User Satisfaction Index) and the OSI (Operator Satisfaction Indicator) are proposed and used to evaluate the potential performance gains of these access-selection strategies. A simulation model was developed to model how a distributed access selection algorithm in a multi-radio access technology environment including one or more operators could logically function. The technical metrics for the simulation experiments were selected to measure different aspects of the access network resource usage and end users connectivity, e.g., a number of different types of handovers and network utilization rates. The USI and OSI metrics are used to assess the non-technical performance of these access-selection strategies. The simulation results and analysis indicate that the cooperation between networks increases the network utilization, coverage and service availability when the access selection is designed to take advantage of it. For the service availability in a single operator environment, the average online time is about 10% higher when the new access selection strategies are used compared to the legacy one. For the network utilization in a multi-operator environment, the network-centric strategy results in about a 20% higher utilization rate over the legacy one when the network is not overloaded. These new strategies are also able to better benefit from the network cooperation when measured using the users disconnectivity. For the end-users, this means that they perceive better connectivity when these strategies are in use compared to the legacy one, while for the operators, this means that their network resources are utilized better. Naturally, these perceived technical benefits translate into greater satisfaction as the analysis clearly shows.Mobiiliverkoissa on käytössä useamman tyyppisiä liityntäverkkoteknologioita, joilla kaikilla on omat ominaispiirteensä kuten tiedonsiirtokapasiteetti. Tämän lisäksi erilaiset langattomien lähiverkkojen yhteyspisteet (hot spots) käyvät yhä yleisimmiksi. Tällaisessa epäyhtenäisessä ympäristossä oikeanlaisen liityntäverkon valinnan tärkeys korostuu, koska esimerkiksi riittämätön tiedonsiirtonopeus huonontaa loppukäyttäjien käyttökokemuksia. Väitöskirja käsittelee uusia menetelmiä käytettävän liityntäverkon ja tukiaseman valintaan. Nämä menetelmät perustuvat uuteen väitöstutkimuksessa kehitettyyn hajautettuun algoritmiin, joka mahdollistaa verkkojen välisen yhteistyön hyödyntämisen liityntäverkon valinnassa. Kirjassa esitetyistä menetelmistä ensimmäinen painottaa käyttäjän päätelaitetta valintaprosessissa, kun taas toinen painottaa vastaavasti operaattorin verkon roolia. Väitöskirjassa esitetään myös simulointimalli, jolla näiden kahden kehitetyn valintamenetelmän suorituskykyä arvioitiin käyttäen sekä teknisiä että ei teknisiä arviointiperusteita. Teknisissä arvioinneissa mitattiin liityntäverkon käyttöastetta, käyttäjien online-aikoja ja tukiasemanvaihtojen (handover) lukumäärää. Ei-tekniseen arviointiin käytettiin kahta uutta väitostutkimuksessa kehitettyä tehokkuusmittaria, joiden perusteella arvioitiin, miten liityntäverkon ja tukiaseman valintamenetelmä vaikuttaa loppukäyttäjän ja operaattorin tyytyväisyyteen. Kehitettyjen valintamenetelmien hyödyt eivät rajoitu vain loppukäyttäjään, vaan myös verkko-operaattori hyötyy niiden käytostä. Esimerkiksi, kun tukiasemien ja liityntäverkkojen välillä voidaan jakaa kuormaa entistä tehokkaammin, tämä voi nostaa koko liityntäverkon käyttöastetta. Tehdyt simuloinnit osoittivat, että yhden verkko-operaattorin testitapauksessa loppukäyttäjien keskimääräinen online-aika kasvoi 10%:lla verrattuna referenssitapaukseen, jossa nykyisenlainen liityntäverkon valintatapa oli käytössä. Vastaavasti monen verkko-operaattorin testitapauksessa verkon käyttöaste nousi jopa 20%:ia verrattuna referenssitapaukseen. Näillä saavutetuilla teknisillä hyödyillä on positiivinen vaikutus loppukäyttäjien ja verkko-operaattoreiden tyytyväisyyteen, sillä matkapuhelin verkon palvelutaso paranee ja vastaavasti asiakkaat ovat tyytyväisempiä

Analysis of load dependency of handover strategies in mobile multiaccess Ambient Networks

Wireless operators incorporate multiradio access technologies aiming at expanding their customer base and benefiting from synergies of existing and planned infrastructure. The result is areas with overlapping radio access technologies, enabling users to select from a large pool of available connections, based on several criteria. In these increasingly complex scenar­ios the importance of handover decisions cannot be underestimated. We study three different handover decision strategies, focusing on the tradeoff between continuous connectivity, network utilization and per­formance, and the associated costs, and compare them to the optimal strategy. We motivate the need for a distributed algorithm, especially when considering the deployment of multimedia applications, and reflect on the effective network capacity as a function of the handover strategy employed and the permitted offline time for the active mobile nodes in the network