Κατανομή των πόρων και έλεγχος αποδοχής κλήσεων σε δορυφορικά δίκτυα επικοινωνιών

Abstract

The present thesis deals with problems related to Radio Resource Management, particularly to Resource Allocation and Call Admission Control In Satellite Networks. The relevant research is compliant with the specifications concerning the technical standards that have been proposed over the last years for Satellite Networks. Chapter 1 provides an overview of satellite networks referring to their inherent characteristics and the multiple access schemes used. Emphasis is given on IP services and their Quality of Service requirements. In Chapter 2 a presentation of the technical standards that have been proposed by the DVB project for satellite networks is given. Special attention is given on the specifications of the standards concerning the optimal bandwidth utilization aiming at supporting continually evolving IP services. In Chapter 3, a thorough survey of the algorithms that have been proposed in the literature to deal with resource allocation in satellite networks is provided. Next, a proposed resource allocation scheme is presented. The resource allocation problem is distinguished into two distinct phases: the resource calculation and the resource assignment. In the resource calculation phase, a multiple subset sum algorithm is introduced to specify the instants for the dynamic structure of superframes that takes into account the dynamic channel properties under fading conditions. In the resource assignment phase a novel Hybrid Bin-packing scheme is introduced to map requests onto the frame, which achieves maximization of system throughput. The rest of the chapters deal with call admission control in wireless networks. Specifically, in Chapter 4 the algorithms proposed in the literature are classified. An overview of the relevant categories is provided. In the rest of the chapter centralized call admission control algorithms are proposed that take into account the dynamic channel properties under fading conditions aiming at guaranteeing certain Quality of Service requirements for the applications supported. In Chapter 5, distributed algorithms based on game theory are introduced. The performance of the proposed algorithms is evaluated based on Markov model analysis and analytical expressions for call blocking probability are provided.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη των προβλημάτων Κατανομής Πόρων και του Ελέγχου Αποδοχής Κλήσεων σε Δορυφορικά Δίκτυα. Η έρευνα που παρουσιάζεται στην παρούσα διατριβή λαμβάνει υπόψη τις προδιαγραφές των τεχνικών προτύπων που δημιουργήθηκαν τα τελευταία χρόνια για τα Δορυφορικά Δίκτυα. Το 1o Κεφάλαιο της Διατριβής παρέχει μια γενική επισκόπηση των δορυφορικών δικτύων με αναφορά στα εγγενή προβλήματα των δικτύων αυτών και τα σχήματα πολλαπλής προσπέλασης που χρησιμοποιούνται. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις υπηρεσίες IP και τις παραμέτρους ποιότητας υπηρεσίας που προδιαγράφουν. Στο 2ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται ανάλυση των τεχνικών προτύπων που έχουν προταθεί από την κοινοπραξία DVB για Δορυφορικά Δίκτυα. Ιδιαίτερη έμφαση αποδίδεται στις προδιαγραφές που θέτουν τα ανωτέρω πρότυπα για τη βέλτιστη εκμετάλλευση του εύρους ζώνης με στόχο την υποστήριξη των διαρκώς αναπτυσσόμενων υπηρεσιών IP. Στο Κεφάλαιο 3 πραγματοποιείται εκτενής επισκόπηση των αλγορίθμων που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία για την επίλυση του προβλήματος κατανομής των πόρων σε δορυφορικά δίκτυα επικοινωνιών. Στη συνέχεια, προτείνεται ένα νέο σχήμα κατανομής των πόρων. Το πρόβλημα διαιρείται σε δύο διακριτά επιμέρους προβλήματα: τον υπολογισμό των πόρων και την εκχώρηση των πόρων. Στο πρώτο προτείνεται ένας αλγόριθμος μερικών πολλαπλών αθροισμάτων για τη δυναμική οργάνωση των υπερπλαισίων, ο οποίος λαμβάνει υπόψη τις δυναμικές ιδιότητες του διαύλου παρουσία διαλείψεων. Στη φάση της εκχώρησης των πόρων εισάγεται ένας υβριδικός αλγόριθμος τοποθέτησης σε δοχεία (Bin-packing) για την οργάνωση των αιτήσεων στο πλαίσιο, ο οποίος επιτυγχάνει τη μεγιστοποίηση της διέλευσης του συστήματος. Στα υπόλοιπα κεφάλαια μελετάται το πρόβλημα του ελέγχου αποδοχής κλήσεων σε ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται επισκόπηση των κατηγοριών των αλγορίθμων ελέγχου αποδοχής κλήσεων που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία. Στη συνέχεια του κεφαλαίου προτείνονται κεντρικά ελεγχόμενοι αλγόριθμοι ελέγχου αποδοχής κλήσεων για δορυφορικά δίκτυα οι οποίοι λαμβάνουν υπόψη τις διαλείψεις του διαύλου και αποσκοπούν στην εξασφάλιση ενός επιπέδου ποιότητας υπηρεσίας των παρεχόμενων υπηρεσιών. Στο Κεφάλαιο 5 προτείνονται αντίστοιχοι κατανεμημένοι αλγόριθμοι με χρήση της θεωρίας παιγνίων. Η επίδοση των προτεινομένων αλγορίθμων πραγματοποιείται με χρήση Μαρκοβιανού μοντέλου και παρέχονται αναλυτικοί τύποι για την πιθανότητα μη αποδοχής κλήσεων.