Contribución a la selección de acceso en redes inalámbricas heterogéneas

Abstract

La Tesis realiza una contribución a la problemática de la selección de acceso, proponiendo una metodología que permite analizar, desde una perspectiva global e integral, los diferentes escenarios que puedan presentarse en las futuras redes de comunicación inalámbricas. Para ello hace uso de dos enfoques diferentes, pero complementarios entre sí. El primero modela el proceso de selección de acceso desde la perspectiva del usuario, en base a los eventos que se producen en su contexto, proporcionando en todo momento la mejor alternativa de acceso. Aunque esto permite dotar al usuario con la mejor calidad de experiencia en sus comunicaciones, incluso estando en movilidad, no se puede asegurar si dicha solución contribuye a alcanzar el rendimiento óptimo que se podría obtener en todo el sistema bajo estudio. Debido a ello se puede decir que este modelo tiene una naturaleza “local”, esto es, limitada al usuario, en tanto en cuanto éste no puede conocer las posibles consecuencias de su decisión sobre los demás usuarios o elementos de la red.<br/><br/>

Con el objetivo de responder apropiadamente a la anterior incógnita, se propone un segundo modelo, que permite estudiar el mismo escenario mediante un análisis discreto en el tiempo, para establecer el límite superior del rendimiento que puede alcanzar el sistema, mediante el uso de técnicas de optimización. A diferencia del anterior, este enfoque no busca la mejor alternativa para un usuario específico, sino que se centra en el rendimiento óptimo de todo el sistema, por lo que se podría decir que este modelo hace uso de una perspectiva más “global”. Los resultados obtenidos al aplicarlo se utilizarán para determinar en qué medida el rendimiento de las estrategias analizadas con el enfoque anterior es mejorable, evitando las comparaciones con otros estudios con objetivos similares, pero claramente diferentes en los escenarios utilizados.<br/><br/>

Ambas aproximaciones proponen un modelado que pretende reflejar las características más relevantes de los despliegues de red reales, mimetizando su comportamiento en la mayor medida posible, mediante entidades que emulan las propiedades y funcionalidades de los elementos correspondientes: estaciones base, operadores, usuarios, terminales, servicios, entre otros. Todos ellos constituyen el escenario sobre el cual se pueden realizar diversos análisis en función de un conjunto de parámetros, como las preferencias del usuario, características del servicio, o los requisitos provenientes de la red y de los operadores que la gestionan.<br/><br/>

En base a los dos modelos propuestos, se realiza el diseño e implementación de sendas herramientas de simulación, correspondientes a cada uno de ellos. Se desarrollan entornos flexibles, escalables y de fácil configuración, con el objetivo de acometer la evaluación de los procesos de selección de acceso en entornos heterogéneos. A diferencia de otras plataformas similares, las herramientas de simulación que se describen en este documento permiten realizar despliegues de red altamente configurables, facilitando la tarea de reflejar la diversidad que caracterizará las redes inalámbricas en un futuro cercano.<br/><br/>

Finalmente, se lleva a cabo la evaluación de un conjunto de escenarios, analizando diversas estrategias de selección de acceso, mediante las herramientas de simulación implementadas. En cada uno de ellos se plantean objetivos concretos, buscando en todo momento proporcionar la mejor alternativa de acceso para el usuario en entornos de red multi-acceso, multi-interfaz, multi-servicio y multi-operador.

This PhD Thesis contributes to the problem of access selection, proposing a methodology that allows the global and generic analysis of the various scenarios that can spring in the future wireless communication networking realm. For that, it fosters two different, yet complementary, approaches. The first one models the access selection process from the user perspective, based on the events that may happen within her environment, providing the best access alternative. Although this provides the user with the best quality of experience for her own communications, even when she is moving, it such solution cannot be said to contributes to the global optimum behaviour (considering the whole system under analysis). We can therefore state that this model has a ``local'' character, i.e. focused on the end-user, since she could not be aware of the potential consequences of her decision over the remaining users or network elements.<br/><br/>

In order to appropriately answer the aforementioned question, this PhD proposes a second model, which allows studying the very same scenario by means of a discrete-time analysis, to establish the upper performance limit that can be provided by the whole system, using optimization techniques. As opposed to the previous model, this approach does not seek the best alternative for a specific user, but it focuses on the overall system performance; it can be therefore said that this second model fosters a more ``global'' approach. The results that are obtained with this model will be used to determine whether the performances of the strategies studied by means of the previous approach might be improved or not, avoiding the comparison with other studies with the same objectives, but carried out over rather distinct scenarios.<br/><br/>

Both approaches propose a model that aims at reflecting the most relevant characteristics of real network deployments, mimicking their behaviour as closely as possible, by using entities that emulate the properties and functionalities of the corresponding elements: base stations, operators, users, terminals, services, etc. All of them jointly create a scenario over which different analysis can be carried out, considering a number of different parameters, such as user preferences, service characteristics, or the requirements from the network and the operators managing it. Based on the proposed models, the PhD also tackles the design and implementation of two simulation tools. The corresponding frameworks are flexible, scalable and enable an easy configuration, to foster the analysis of multiple scenarios and access selection strategies. As opposed to other similar platforms, the two simulation tools that are described within this document allow the deployment of highly configurable network scenarios, mimicking the large heterogeneity of the forthcoming wireless networks.<br/><br/>

Last, the PhD tackles the evaluation of a number of access selection strategies, exploiting the two aforementioned simulation platforms. Each of them would address particular objectives, aiming at offering the end-user with the best access alternative, considering multi-access, multi-interface, multi-service and multi-operator network scenarios.