Τεχνικές Βέλτιστης Διαχείρισης Πόρων σε Ασύρματα Δίκτυα Επόμενης Γενιάς για Διασφάλιση Ποιότητας Υπηρεσίας

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στη διαχείριση πόρων των δικτύων επόμενης γενιάς (NGN) ώστε να προσφέρεται πάντα στους χρήστες η βέλτιστη ποιότητα υπηρεσίας. Τα μελλοντικά δίκτυα θα συνίστανται από ένα ετερογενές περιβάλλον δικτύων, όπου ο χρήστης θα μπορεί να συνδεθεί σε περισσότερες από μία διεπαφές. Για το λόγο αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντική η ανάπτυξη μηχανισμών που θα επιλέγουν το βέλτιστο δίκτυο μέσα από μια σειρά κριτηρίων, τα οποία μπορούν να καλύπτουν τα χαρακτηριστικά του δικτύου, τις προτιμήσεις του χρήστη ή ακόμη και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της τερματικής συσκευής. Το πρώτο μέρος της διδακτορικής διατριβής εστιάζει στο ιδιαίτερα σημαντικό πρόβλημα της επιλογής του δικτύου (network selection) που είναι ικανό να προσφέρει την υψηλότερη Ποιότητα Υπηρεσίας στο χρήστη, μέσα σε περιβάλλον ετερογενών δικτύων. Αρχικά συζητούνται μερικές από τις πιο διαδεδομένες προσεγγίσεις, ενώ στη συνέχεια προτείνονται νέα μοντέλα επιλογής δικτύου βασιζόμενες σε μεθόδους πολυκριτηριακών αποφάσεων και εξετάζεται η αποτελεσματικότητά τους. Από την άλλη πλευρά, οι νέες τάσεις υποδεικνύουν ότι οι χρήστες θα μπορούν να συνεργάζονται μεταξύ τους και να ανταλλάσσουν πόρους δυναμικά. Μέσω της θεωρίας παιγνίων (game theory) μπορούν να υλοποιηθούν πλαίσια συνεργασίας, όπου οι χρήστες σχηματίζουν ένα είδος κοινωνικής ομάδας. Στο δεύτερο μέρος της διδακτορικής διατριβής γίνεται αρχικά μια παρουσίαση των βασικών εννοιών της θεωρίας παιγνίων και μερικών εφαρμογών της σε τηλεπικοινωνιακά προβλήματα. Στη συνέχεια πραγματοποιείται εφαρμογή της θεωρίας παιγνίων σε προβλήματα κατανομής πόρων, με στόχο την αποφυγή συμφόρησης, την ελαχιστοποίηση του κόστους ή την παροχή κινήτρων για συνεργασία. Τέλος, το τρίτο μέρος της διδακτορικής διατριβής εστιάζει στη χρησιμοποίηση συστημάτων ασαφούς λογικής (fuzzy inference systems) για επίλυση προβλημάτων κατανομής ισχύος και πρόβλεψης ποιότητας υπηρεσιών. Στόχος είναι η ελαχιστοποίηση της συνολικά καταναλισκόμενης ισχύος με ταυτόχρονη διατήρηση της πιθανότητας αποκοπής (outage probability) σε αποδεκτά επίπεδα. Προτείνονται ασαφή συστήματα για δορυφορικά δίκτυα, για συστήματα LMDS καθώς και γενικότερα για συστήματα CDMA. Η διδακτορική διατριβή ολοκληρώνεται με την εφαρμογή των συστημάτων ασαφούς λογικής σε μετρήσεις αληθινών δικτύων, με σκοπό την κατασκευή συστημάτων πρόβλεψης.

The current thesis focuses on resource management in next generation networks (NGN) so that the optimal Quality of Service is always offered to end users. Future networks will consist of a heterogeneous network environment where the user will be able to connect to multiple interfaces. For this reason it is highly important to develop mechanisms in order to select the best network through a series of criteria, which may cover network specifications, user preferences or even technical characteristics of the terminal device. The first part of the thesis focuses on the very important problem of choosing the network that is capable of offering the highest Quality of Service to users in a heterogeneous networks environment. Some of the most common approaches are initially discussed and then new network selection models based on multi-attribute decision methods are proposed; finally the effectiveness of these models is discussed. On the other hand, new trends suggest that users will be able to cooperate and share resources dynamically. Through game theory cooperation frameworks can be implemented where users form a kind of social group. In the second part of the thesis the basic concepts of game theory and some applications in telecommunication problems are primarily presented. Game theory is applied in various resource allocation problems with the objective of avoiding congestions, minimizing cost or providing incentives for cooperation. Finally, the third part of the thesis focuses on fuzzy inference systems for power allocation problems and Quality of Service prediction. The goal is to minimize the total power consumption while maintaining the outage probability in acceptable levels. Fuzzy systems are proposed for satellite networks, LMDS systems and CDMA in general. The thesis concludes with the application of fuzzy systems in measurements of real-life networks, in order to construct prediction systems.