Performance analysis of access control and resource management methods in heterogeneous networks

Abstract

El escenario actual de las redes móviles se caracteriza por la creciente demanda de los usuarios por los servicios de datos, circunstancia que se ha visto potenciada por la popularidad de los teléfonos inteligentes y el auge de aplicaciones que necesitan de una conexión permanente a internet, como aquellas que hacen uso de recursos "en la nube" o los servicios de streaming para vídeo. El consumo de datos crece exponencialmente, tanto para los países desarrollados como en los países en desarrollo, y esto ha llevado a los operadores a plantearse soluciones que permitan proveer dichas condiciones de acceso. Las redes heterogéneas se caracterizan por utilizar diferentes tecnologías de una manera coherente y organizada para proveer a los usuarios con la calidad de servicio requerida en sus comunicaciones, de tal manera que la comunicación sea para estos "transparente". Dicha heterogeneidad se puede dar a nivel de acceso, con la coexistencia de tecnologías como 802.11, WiMAX y redes móviles en sus diferentes generaciones, o incluso a nivel de capas dentro de las redes móviles con la coexistencia de macro, micro, pico y femto celdas. Haciendo un uso organizado de estos múltiples recursos, es posible optimizar las prestaciones de la red y proveer a los usuarios con una mejor calidad de servicio. Pero la posibilidad de mejorar las prestaciones de la red no se da sólo por el uso simultáneo de estas tecnologías de acceso. Para mejorar la eficiencia en el uso del espectro electromagnético, un recurso limitado y subutilizado según diferentes estudios, se propuso la tecnología de cognitive radio. Por medio de esta tecnología es posible que un usuario sea capaz de medir el instante en el que una parte del espectro electromagnético no esta siendo utilizado para enviar información, siempre evitando interferir en las comunicaciones de aquellos usuarios que usan dicho espectro regularmente.

En el presente trabajo se proveen diferentes soluciones dentro del contexto de las redes heterogéneas que buscan optimizar el uso de los recursos disponibles en la red para proveer a los usuarios con la calidad de servicio esperada, ya sea por medio del control de acceso o la gestión de recursos. Por un lado se estudia el efecto que la reserva de canales para realizar handoff espectral tiene sobre las prestaciones para los usuarios secundarios en un sistema de cognitive radio. Por otro lado se estudian políticas de acceso para una red en la que dos tecnologías de acceso están disponibles: TDMA y WCDMA, y los usuarios tienen acceso a los servicios de voz y datos. Por otro lado

Performance requirements on mobile networks are tighter than ever as a result of the adoption of mobile devices such as smartphones or tablets, and the QoS levels that mobile applications demand for their correct operation. The data traffic volume carried in mobile networks for 2012 is the same as the total internet traffic in 2000, and this exponential growth tendency will continue in years to come. In order to fulfill users¿ expectations, it is imperative for mobile networks to make the best use of the available resources. Heterogeneous networks (Hetnets) have the ability to integrate several technologies in a coherent and efficient manner in order to enhance users¿ experience. The first challenge of heterogeneous networks is to integrate several radio access technologies, which exist as a result of simultaneous technology developments and a paced replacement of legacy technology. A joint management of several RAT¿s enhances network¿s efficiency, and this influences user¿s experience. Another challenge of heterogeneous networks is the improvement of current macrocells through an efficient use of the electromagnetic spectrum. Some approaches aim to optimize the antennas or use higher-order modulation techniques, but a more disruptive approach is the use of dynamic spectrum techniques through a technology known as cognitive radio. Finally, heterogeneous networks should be able to integrate several layers. In addition to the well studied micro and pico cells, a new generation of cheaper and easily configurable small cell networks have been proposed. However, its success is attached to its ability to adapt to the current context of mobile networks.