Έλεγχος Αποδοχής Κλήσεων, Κατανομή Πόρων Και Διαχείριση Κινητικότητας Σε Ασύρματα Δίκτυα

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει αναπτυχθεί πληθώρα συστημάτων ασύρματωνεπικοινωνιών με ποικίλα χαρακτηριστικά. Μια ανασκόπηση των συστημάτων αυτών καιτων σχετικών τεχνολογικών προκλήσεων παρουσιάζεται στο πρώτο κεφάλαιο τηςδιατριβής. Για την αποτελεσματική διαχείριση του διαθέσιμου φάσματος παράλληλα με τηνπαροχή του επιθυμητού επιπέδου ποιότητας υπηρεσιών στους χρήστες του δικτύου έχειεπινοηθεί και υλοποιηθεί μια σειρά από λειτουργίες διαχείρισης ραδιοπόρων, όπως οιαλγόριθμοι αποδοχής κλήσεων.Στο σύγχρονο περιβάλλον επικοινωνιών που έχει δημιουργηθεί από την ανάπτυξη τωννέων ασύρματων δικτύων και την ανάγκη παροχής καινοτόμων υπηρεσιών πολυμεσικούπεριεχομένου απαιτούνται νέες τεχνικές αντιμετώπισης των προβλημάτων που ανακύπτουναπό τους τεχνολογικούς περιορισμούς, όπως η αποδοτική χρήση του διαθέσιμου φάσματοςκαι η διαδικασία αποδοχής εισερχόμενων κλήσεων όπως περιγράφεται στο δεύτεροκεφάλαιο. Στο ίδιο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι ορισμοί και η ανάλυση των βασικώνεννοιών της ποιότητας παροχής υπηρεσιών καθώς και οι θεμελιώδεις αρχές της διαχείρισηςραδιοπόρων και γίνεται εκτενής ανάλυση του τρόπου λειτουργίας και των κριτηρίων τωναλγόριθμων αποδοχής κλήσεων. Τα κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την περιγραφή τουτρόπου ταξινόμησης των αλγόριθμων αποδοχής κλήσεων σε κατηγορίες σύμφωνα με ταιδιαίτερα χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής τους.Αποσκοπώντας στη βελτίωση της επίδοσης των ασύρματων δικτύων, στο τρίτοκεφάλαιο προτείνεται ένας νέος αλγόριθμος αποδοχής κλήσεων, ο πιθανοτικός αλγόριθμοςαποδοχής κλήσεων, που επιτυγχάνει βελτιωμένα αποτελέσματα σε σχέση με αντίστοιχουςαλγόριθμους που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία. Για την επιβεβαίωση τηςβελτιωμένης επίδοσης του προτεινόμενου πιθανοτικού αλγόριθμου παρουσιάζονται τρειςκατηγορίες αριθμητικών αποτελεσμάτων που συνοδεύονται από αντίστοιχα αποτελέσματαπου έχουν προκύψει από προσομοιώσεις. Εκάστη των τριών κατηγοριών αποτελεσμάτωνεξετάζει από διαφορετική θεώρηση τον τρόπο λειτουργίας του αλγόριθμου ώστε ναδιερευνηθεί πλήρως η επίδοσή του.Η παροχή διαφορετικών επιπέδων ποιότητας υπηρεσιών ανάλογα με την κλάσηυπηρεσιών έχει ως άμεσο αποτέλεσμα τη διαφοροποίηση της συμπεριφοράς του δικτύουαντίστοιχα προς τα χαρακτηριστικά κάθε εισερχόμενης κλήσης. Για το λόγο αυτό, στουςαλγόριθμους αποδοχής κλήσεων χρησιμοποιούνται διαφορετικά επίπεδα προτεραιότητας, που αντιστοιχούν στις υποστηριζόμενες κλάσεις υπηρεσιών. Η εφαρμογή μηχανισμώναπόδοσης προτεραιότητας στις διάφορες κλάσεις εισερχόμενων κλήσεων έχει ωςαποτέλεσμα τη μη ισότιμη αντιμετώπιση των διαφόρων κλάσεων υπηρεσιών από το δίκτυο,γεγονός που καθίσταται ιδιαίτερα έντονο όταν το δίκτυο λειτουργεί σε υψηλά επίπεδαφορτίου. Ο τρόπος μέτρησης του επιπέδου δικαιοσύνης που παρέχει ένας αλγόριθμοςαποδοχής κλήσεων καθώς και οι απαραίτητοι ορισμοί παρουσιάζονται στο τέταρτοκεφάλαιο. Στη συνέχεια, προτείνεται ένας αλγόριθμος απονομής δικαιοσύνης μεταξύκλήσεων διαφορετικών κλάσεων υπηρεσιών ο οποίος ενσωματώνεται στους αλγόριθμουςαποδοχής κλήσεων. Για την πληρέστερη κατανόηση της αποτελεσματικότητας τουπροτεινόμενου σχήματος απονομής δικαιοσύνης αναπτύσσεται η ενσωμάτωσή του στονπιθανοτικό αλγόριθμο αποδοχής κλήσεων. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η δυναμικήαπόκριση του πιθανοτικού αλγόριθμου αποδοχής κλήσεων στις μεταβολές τηςτηλεπικοινωνιακής κίνησης που εξυπηρετεί η κυψέλη. Τα αποτελέσματα του ενοποιημένουαλγόριθμου, που παρουσιάζονται στο τέλος του τέταρτου κεφαλαίου, καταδεικνύουν τηβελτιωμένη επίδοση του δυναμικού πιθανοτικού αλγόριθμου αποδοχής κλήσεων καθώς καιτην επιτυχία του με κριτήριο τη δίκαιη αντιμετώπιση των εισερχόμενων κλήσεωνδιαφορετικών κλάσεων υπηρεσιών.Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η βελτιστοποίηση και επέκταση του πιθανοτικούελέγχου αποδοχής κλήσεων μέσω της ενσωμάτωσης ενός κατάλληλου δυναμικούμηχανισμού κατανομής πόρων μεταξύ των κλήσεων των διαφόρων κλάσεων υπηρεσιώνπου υποστηρίζονται από το δίκτυο. Η επέκταση του πιθανοτικού αλγόριθμου ελέγχουαποδοχής κλήσεων βασίζεται στη θεωρία παιγνίων για τη διαπραγμάτευση των μεριδίωντων πόρων που λαμβάνει κάθε χρήστης κατά την κατανομή των πόρων της κυψέλης μεταξύτων χρηστών. Για τον υπολογισμό της κατανομής των πόρων χρησιμοποιείται αρχικά έναπαίγνιο ανταγωνισμού μεταξύ δύο παιχτών. Στη συνέχεια, διατυπώνεται το παίγνιο μεκατάλληλο τρόπο ώστε να είναι εφικτή η επέκτασή του για πολλούς παίκτες με διαφορετικόσυντελεστή υποβάθμισης ώστε να περιγράφονται χρήστες με διαφορετικά χαρακτηριστικά.Ακολουθεί η απόδειξη της ύπαρξης σημείου ισορροπίας του παιγνίου και η εύρεσή του.Η συμπεριφορά των χρηστών περιγράφεται βάσει των μεριδίων των πόρων τουδικτύου που αντιστοιχούν στις εισερχόμενες κλήσεις και της κατάστασης της κυψέλης τουδικτύου. Κατ’ αυτόν τον τρόπο υπολογίζονται οι πιθανοτικές παράμετροι τουπροτεινόμενου αλγόριθμου αποδοχής κλήσεων. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τησημαντική βελτίωση της επίδοσης του πιθανοτικού ελέγχου αποδοχής κλήσεων μέσω της βελτιστοποίησης των πιθανοτικών παραμέτρων αποδοχής κλήσεων. Επιπλέον,επιτυγχάνεται η κατανεμημένη συμπεριφορά του ενοποιημένου σχήματος αποδοχήςκλήσεων και κατανομής πόρων του δικτύου.