Energy Efficient Radio Resource Management for Heterogeneous Networks

La continua y rapida evolucion de los sistemas de comunicacion actuales presenta diversas lineas de actuacion, con aspectos muy diversos como el despliegue e implementacion eficiente de redes celulares. En este ambito, el mayor desafio se presenta en como aprovechar los recursos disponibles, principalmente en cuanto al espectro RF, para satisfacer los requisitos asociados a los servicios o aplicaciones especificas ofrecidas al usuario final. La eficiencia energetica tambien se ha convertido en un aspecto importante, dentro de los mencionados requisitos, debido al impacto que tiene para los operadores con respecto al coste operacional de las redes, y para el usuario final, debido al efecto en la autonomia de los dispositivos moviles. Esta tesis aborda las crecientes preocupaciones con respecto a la eficiencia energetica en la industria de las TIC, centrandose especificamente en las redes inalambricas celulares. Ademas, teniendo en cuenta el panorama actual y los desarrollos en este campo, es decir, en relacion con los sistemas y redes de comunicacion 5G emergentes, el concepto de red heterogenea (HetNet) tambien es parte del nucleo del trabajo que se ha llevado a cabo y se presenta en esta tesis. Este trabajo toma en consideracion los dos extremos del sistema de redes considerado. Los primeros son los usuarios finales nomadas que deberian poder moverse libremente en dicho sistema, siempre con un servicio continuo, ininterrumpido y proporcionado de manera fluida, y el segundo es la red central administrada por el operador de telecomunicaciones. Para lograr esto, el trabajo realizado se centro en abordar dos desafios clave en HetNets, especificamente, optimizar la eficiencia energetica asociada a los traspasos verticales (VHO) y los mecanismos y enfoques de gestion de recursos de radio (RRM) para permitir una comunicacion eficiente desde un punto de vista energetico. El trabajo aborda la eficiencia energetica en dos perspectivas diferentes, cada una utilizando una solucion diferente que explota los distintos mecanismos disponibles especificados de las redes inalambricas celulares. Uno considera que los dispositivos moviles integran multiples interfaces RAT e involucran una solucion basada en VHO que explota el estandar IEEE 802.21, y el otro apunta a las redes de acceso radio y nucleo de red, explotando una solucion basada en RRM. La primera solucion de eficiencia energetica propuesta aprovecha las caracteristicas proporcionadas por IEEE 802.21 (MIH / MIIS) y VHO para obtener un ahorro de energia en los dispositivos moviles modernos multi-RAT, y puede eventualmente reducir el consumo de energia en sus interfaces RAT en aproximadamente un 30% en promedio, con una sencilla implementacion, de acuerdo con los resultados de la simulacion. Sin embargo, el esquema propuesto actualmente tambien conlleva una perdida de paquetes adicional vinculada a la velocidad de los UE, que es causada principalmente por la latencia en la re-asociacion de la red. En la segunda solucion, para el sistema OFDMA HetNet de enlace descendente, el algoritmo de optimizacion de eficiencia energetica propuesto para la asignacion de recursos de radio, teniendo en cuenta un dado requisito de velocidad de datos, asociado a QoS, presento una convergencia rapida, lo cual es clave en el diseno de sistemas EE HetNet. El algoritmo considera no solo la potencia radiada, sino tambien los dos tipos de potencia del circuito. Los resultados de la simulacion pueden aprovecharse para disenar redes de consumo de energia optimas basadas en el metodo HetNet orientado a QoS con una potencia total fija.