Βέλτιστη Κατανομή Πόρων Σε Ασύρματα Κυψελωτά Δίκτυα Με Υπηρεσίες Πολυμέσων

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται το πρόβλημα της βέλτιστης κατανομής πόρων σε χρήστες ασύρματων κυψελωτών δικτύων πολυπλεξίας διαίρεσης κώδικα (CDMA cellular networks), τα οποία υποστηρίζουν υπηρεσίες πραγματικού και μη πραγματικού χρόνου με πολλαπλά και συχνά αλληλοσυγκρουόμενα κριτήρια ποιότητας υπηρεσίας, μέσω της υιοθέτησης «ευκαιριακών» πολιτικών διαχείρισης πόρων δικτύου. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στην ικανοποίηση των κριτηρίων ποιότητας υπηρεσίας χρηστών με υπηρεσίες πραγματικού χρόνου, οι οποίες απαιτούν την τήρηση αυστηρών βραχυπρόθεσμων κριτήριων καθυστέρησης και ρυθμού μετάδοσης δεδομένων. Λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω ιδιαιτερότητες, πραγματοποιείται θεωρητική μελέτη του τρόπου εξυπηρέτησης υπηρεσιών πραγματικού χρόνου υπό ευκαιριακές πολιτικές CDMA δικτύων, καλύπτοντας το μέχρι τώρα ερευνητικό κενό στη διεθνή βιβλιογραφία. Αρχικά εισάγεται ένα καινοτόμο αναλυτικό μαθηματικό μοντέλο, μέσω του οποίου αναλύονται τα βραχυπρόθεσμα κριτήρια καθυστέρησης μετάδοσης και αντίστοιχης ρυθμαπόδοσης των χρηστών πραγματικού χρόνου υπό το πρίσμα ευκαιριακών αλγορίθμων ανάθεσης πόρων ομογενούς CDMA δικτύου. Τα παραγόμενα αποτελέσματα αναδεικνύουν ότι τα έως τώρα ευρέως υιοθετούμενα πιθανοτικά κριτήρια καθυστέρησης μετάδοσης χρηστών δεν αποτελούν ικανοποιητικούς δείκτες κριτηρίων ποιότητας υπηρεσίας χρηστών πραγματικού χρόνου, ενώ αποδεικνύεται η καταλληλότητα των προτεινόμενων νέο-εισαχθέντων πιθανοτικών βραχυπρόθεσμων κριτήριων ρυθμαπόδοσης. Με βάση τα παραπάνω προτείνονται νέες πολιτικές ευκαιριακής κατανομής πόρων χρηστών, που υποστηρίζουν αποτελεσματικά υπηρεσίες πραγματικού και μη πραγματικού χρόνου σε ομογενή ασύρματα CDMA δίκτυα, μέσω της χρήσης συναρτήσεων ευχαρίστησης χρηστών. Εν συνεχεία, θεωρώντας μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση του φυσικού (εναέριου) στρώματος, εξετάζεται το πρόβλημα της βέλτιστης κατανομής πόρων ετερογενούς CDMA συστήματος στους χρήστες αυτού και κατά τη ζεύξη καθόδου και κατά τη ζεύξη ανόδου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνει, αναλύει, τεκμηριώνει θεωρητικά και επιβεβαιώνει μέσω προσομοίωσης, βέλτιστες λύσεις και αντίστοιχες ευκαιριακές πολιτικές διαχείρισης πόρων ασύρματου ετερογενούς CDMA δικτύου. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων υιοθετείται η θεωρία μεγιστοποίησης απόδοσης δικτύων μέσω συναρτήσεων ευχαρίστησης χρηστών (Network Utility Maximization, NUM Theory) βάσει της οποίας μοντελοποιούνται τα προτεινόμενα προβλήματα βελτιστοποίησης, η λύση των οποίων πραγματοποιείται είτε μέσω μη τετριμμένων αναλυτικών μεθόδων (non-convex optimization), στην περίπτωση της ζεύξης καθόδου, είτε μέσω της θεωρίας παιγνίων (game theory), στην περίπτωση της ζεύξης ανόδου. Παράλληλα, και στις δύο περιπτώσεις, προτείνονται κατάλληλα κριτήρια αποδοχής κλήσεων χρηστών και μελετάται η στοχαστική (μακροπρόθεσμη) συμπεριφορά του δικτύου, με σκοπό τη βαθύτερη κατανόηση της σχέσης μεταξύ της μεγιστοποίησης της συνολικής απόδοσης/ρυθμαπόδοσης του συστήματος και της διασφάλισης των κριτηρίων ποιότητας υπηρεσίας των χρηστών σε αυτό.