Currently, the demand for wireless communication capacity is rising rapidly due to challenging applications such as video streaming and the emerging Internet of things. In meeting these ambitious requirements, the most important factor is predicted to be network densification, which refers to increasing the geographical density of simultaneously communicating devices. A natural choice for implementing dense networks is the wireless local area network technology Wi-Fi, characterized by being cheap and easy to deploy.
Network density aggravates the harmful effects of interference and causes scarcity of free transmission bandwidth. To counter this, dense networks need radio resource management algorithms.
This thesis presents a Wi-Fi radio resource management algorithm, which jointly optimizes access point channels, user association and transmission power. It estimates future throughput using a continuous time Markov chain based model, and finds solutions maximizing this estimate via a discrete search metaheuristic called simulated annealing.
The algorithm is validated through a wide range of simulations where for instance network density is varied. The algorithm is found to be highly versatile, yielding good performance in all scenarios. Moreover, the general design approach places few restrictions on further algorithm improvement and extension. Markov chain modeling, although accurate in an idealized setting, turns out to be inaccurate with real-world Wi-Fi, with a simpler model offering similar accuracy but lighter computational load.Nykyisin vaatimukset langattoman tiedonsiirron kapasiteetille ovat voimakkaassa kasvussa johtuen haastavista sovelluksista kuten videon suoratoistosta ja tulossa olevasta esineiden Internetistä. Näiden vaatimusten täyttämiseksi tärkein keino on langattomien tiedonsiirtoverkkojen tihentäminen, mikä tarkoittaa yht’aikaa samalla maantieteellisellä alueella kommunikoivien laitteiden määrän kasvattamista. Luonnollinen valinta tiheiden verkkojen toteuttamiseen on langattomien lähiverkkojen teknologia Wi-Fi, jonka etuja ovat edullisuus ja asennuksen helppous.
Langattoman verkon tiheys lisää haitallista interferenssiä ja aikaansaa pulaa vapaista lähetystaajuuksista. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan radioresurssien hallinta-algoritmeja.
Tässä työssä suunnitellaan Wi-Fiä varten radioresurssien hallinta-algoritmi, joka optimoi samanaikaisesti tukiasemien kanavia, käyttäjien allokaatiota tukiasemille sekä lähetystehoja. Se estimoi tulevia tiedonsiirtonopeuksia jatkuvan ajan Markov-ketjuihin pohjautuvan mallin avulla ja löytää tämän estimaatin maksimoivia ratkaisuja hyödyntämällä diskreettiä hakumenetelmää nimeltä simuloitu jäähdytys.
Algoritmi validoidaan käyttäen monipuolista joukkoa simulaatioita, jossa vaihtelee esimerkiksi verkon tiheys. Algoritmi osoittautuu erittäin monipuoliseksi, sillä sen suorituskyky on hyvä kaikissa simulaatioskenaarioissa. Käytetyn lähestymistavan etuna on myös se, että se asettaa varsin vähän rajoituksia algoritmin jatkokehitykselle. Markov-ketjumallit osoittautuvat todellisen Wi-Fin tapauksessa epätarkoiksi, vaikka ne idealisoidussa ympäristössä ovatkin tarkkoja. Käy ilmi, että yksinkertaisemmalla mallilla saadaan vastaava tarkkuus, mutta laskentatehoa tarvitaan vähemmän
