Energy efficient offloading techniques for heterogeneous networks

• Autores: Vasileios Miliotis
• Directores de la Tesis: Luis Gonzaga Alonso Zarate (dir. tes.), Christos Verikoukis (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Juan José Olmos Bonafe (presid.), Antonio Valdovinos Bardaji (secret.), Jonathan Rodríguez González (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de las telecomunicaciones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  UPCommons  TDX 
• Resumen

  • La derivación del tráfico de datos móviles (en inglés data offloading) ha sido propuesta como una solución al problema de la congestión de la red, un problema que empeora continuamente debido al incremento de la demanda de datos móviles. El concepto de offloading se entiende como la explotación de la heterogeneidad de la red con el objetivo de mitigar la carga de la infraestructura de las redes celulares. En esta tesis se presenta un protocolo multicast para redes de corto alcance (short range networks) que explota las características de la codificación de red en la capa física (physical layer network coding). En el protocolo propuesto, llamado CooPMC, se implementa una solución cooperativa que permite la resolución de colisiones mediante la utilización de un esquema indirecto de cooperación entre redes. Gracias a este esquema, se consigue un protocolo multicast fiable i con poco overhead de control para redes de corto alcance parcialmente solapadas. Se demuestra que el protocolo CooPNC consigue una mayor tasa de transmisión neta (throughput) y una mejor eficiencia energética, a la vez que el retardo se mantiene por debajo del obtenido con los protocolos multicast del estado del arte. La tesis ofrece una descripción detallada del protocolo propuesto, tanto para un escenario simple de redes solapadas como también para un escenario general escalable. Se demuestra mediante análisis matemático y simulaciones que CooPNC ofrece mejoras significativas en comparación con los protocolos multicast para redes de corto alcance del estado del arte. Con el objetivo de encontrar los límites de la codificación de red en la capa física (physical layer network coding), se estudia el llamado Cross Network bajo distintas técnicas de Network Coding (NC). Se proporciona el impacto de la equidad (fairness) de la capa de control de acceso al medio (Medium Access Control, MAC), para los casos de repetidor puro (pure relaying), NC digital con y sin escucha del medio, y NC en la capa física con y sin escucha del medio. En la segunda parte de la tesis se investiga el offloading en el enlace ascendente mediante IP Flow Mobility (IFOM). El IFOM permite a los usuarios móviles de LTE mantener dos flujos de datos concurrentes, uno a través de LTE y el otro a través de la tecnología de acceso WiFi, que presenta limitaciones en el enlace ascendente debido a la equidad (fairness) inherente del diseño de IEEE 802.11 DCF. Para superar estas limitaciones, se propone un algoritmo proporcional ponderado de asignación de banda para el volumen de datos derivado a través de WiFi, junto con un algoritmo de asignación de tasa de transmisión basado en pricing para el volumen de datos del enlace ascendente de LTE. Con la solución propuesta, se mejora la eficiencia energética de los usuarios móviles, y se incrementa el volumen de datos que se pueden derivar gracias a la utilización concurrente de tecnologías de acceso que permite IFOM. En el algoritmo proporcional ponderado de asignación de banda de WiFi, se toman en consideración tanto las distintas necesidades de los usuarios en el enlace ascendente como su eficiencia espectral en LTE, y se propone un mecanismo de acceso que mejora el uso de WiFi para el tráfico derivado en el enlace ascendente. En cuanto a la parte de LTE, se propone un algoritmo en dos etapas de asignación de tasa de transmisión basada en pricing (con propuestas de pricing exponencial y lineal) con el objetivo de satisfacer el enlace ascendente de los usuarios en LTE. También se contempla la existencia de usuarios maliciosos, que pretenden utilizar el ancho de banda WiFi contra sus iguales para transmitir menos datos a través del enlace ascendente de LTE (menos eficiente energéticamente). Para ello se propone un método basado en la reputación que combate el funcionamiento egoísta (selfish).