Έλεγχος αποδοχής κλήσεων, κατανομή πόρων και διαχείριση κινητικότητας σε ασύρματα δίκτυα
Authors: Τσιρόπουλος Γεώργιος 
Published: August 2021

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει αναπτυχθεί πληθώρα συστημάτων ασύρματων επικοινωνιών με ποικίλα χαρακτηριστικά. Μια ανασκόπηση των συστημάτων αυτών και των σχετικών τεχνολογικών προκλήσεων παρουσιάζεται στο πρώτο κεφάλαιο της διατριβής. Για την αποτελεσματική διαχείριση του διαθέσιμου φάσματος παράλληλα με την παροχή του επιθυμητού επιπέδου ποιότητας υπηρεσιών στους χρήστες του δικτύου έχει επινοηθεί και υλοποιηθεί μια σειρά από λειτουργίες διαχείρισης ραδιοπόρων, όπως οι αλγόριθμοι αποδοχής κλήσεων. Στο σύγχρονο περιβάλλον επικοινωνιών που έχει δημιουργηθεί από την ανάπτυξη των νέων ασύρματων δικτύων και την ανάγκη παροχής καινοτόμων υπηρεσιών πολυμεσικού περιεχομένου απαιτούνται νέες τεχνικές αντιμετώπισης των προβλημάτων που ανακύπτουν από τους τεχνολογικούς περιορισμούς, όπως η αποδοτική χρήση του διαθέσιμου φάσματος και η διαδικασία αποδοχής εισερχόμενων κλήσεων όπως περιγράφεται στο δεύτερο κεφάλαιο. Στο ίδιο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι ορισμοί και η ανάλυση των βασικών εννοιών της ποιότητας παροχής υπηρεσιών καθώς και οι θεμελιώδεις αρχές της διαχείρισης ραδιοπόρων και γίνεται εκτενής ανάλυση του τρόπου λειτουργίας και των κριτηρίων των αλγόριθμων αποδοχής κλήσεων. Τα κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την περιγραφή του τρόπου ταξινόμησης των αλγόριθμων αποδοχής κλήσεων σε κατηγορίες σύμφωνα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής τους. Αποσκοπώντας στη βελτίωση της επίδοσης των ασύρματων δικτύων, στο τρίτο κεφάλαιο προτείνεται ένας νέος αλγόριθμος αποδοχής κλήσεων, ο πιθανοτικός αλγόριθμος αποδοχής κλήσεων, που επιτυγχάνει βελτιωμένα αποτελέσματα σε σχέση με αντίστοιχους αλγόριθμους που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία. Για την επιβεβαίωση της βελτιωμένης επίδοσης του προτεινόμενου πιθανοτικού αλγόριθμου παρουσιάζονται τρεις κατηγορίες αριθμητικών αποτελεσμάτων που συνοδεύονται από αντίστοιχα αποτελέσματα που έχουν προκύψει από προσομοιώσεις. Εκάστη των τριών κατηγοριών αποτελεσμάτων εξετάζει από διαφορετική θεώρηση τον τρόπο λειτουργίας του αλγόριθμου ώστε να διερευνηθεί πλήρως η επίδοσή του. Η παροχή διαφορετικών επιπέδων ποιότητας υπηρεσιών ανάλογα με την κλάση υπηρεσιών έχει ως άμεσο αποτέλεσμα τη διαφοροποίηση της συμπεριφοράς του δικτύου αντίστοιχα προς τα χαρακτηριστικά κάθε εισερχόμενης κλήσης. Για το λόγο αυτό, στους αλγόριθμους αποδοχής κλήσεων χρησιμοποιούνται διαφορετικά επίπεδα προτεραιότητας, που αντιστοιχούν στις υποστηριζόμενες κλάσεις υπηρεσιών. Η εφαρμογή μηχανισμών απόδοσης προτεραιότητας στις διάφορες κλάσεις εισερχόμενων κλήσεων έχει ως αποτέλεσμα τη μη ισότιμη αντιμετώπιση των διαφόρων κλάσεων υπηρεσιών από το δίκτυο, γεγονός που καθίσταται ιδιαίτερα έντονο όταν το δίκτυο λειτουργεί σε υψηλά επίπεδα φορτίου. Ο τρόπος μέτρησης του επιπέδου δικαιοσύνης που παρέχει ένας αλγόριθμος αποδοχής κλήσεων καθώς και οι απαραίτητοι ορισμοί παρουσιάζονται στο τέταρτο κεφάλαιο. Στη συνέχεια, προτείνεται ένας αλγόριθμος απονομής δικαιοσύνης μεταξύ κλήσεων διαφορετικών κλάσεων υπηρεσιών ο οποίος ενσωματώνεται στους αλγόριθμους αποδοχής κλήσεων. Για την πληρέστερη κατανόηση της αποτελεσματικότητας του προτεινόμενου σχήματος απονομής δικαιοσύνης αναπτύσσεται η ενσωμάτωσή του στον πιθανοτικό αλγόριθμο αποδοχής κλήσεων. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η δυναμική απόκριση του πιθανοτικού αλγόριθμου αποδοχής κλήσεων στις μεταβολές της τηλεπικοινωνιακής κίνησης που εξυπηρετεί η κυψέλη. Τα αποτελέσματα του ενοποιημένου αλγόριθμου, που παρουσιάζονται στο τέλος του τέταρτου κεφαλαίου, καταδεικνύουν τη βελτιωμένη επίδοση του δυναμικού πιθανοτικού αλγόριθμου αποδοχής κλήσεων καθώς και την επιτυχία του με κριτήριο τη δίκαιη αντιμετώπιση των εισερχόμενων κλήσεων διαφορετικών κλάσεων υπηρεσιών. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η βελτιστοποίηση και επέκταση του πιθανοτικού ελέγχου αποδοχής κλήσεων μέσω της ενσωμάτωσης ενός κατάλληλου δυναμικού μηχανισμού κατανομής πόρων μεταξύ των κλήσεων των διαφόρων κλάσεων υπηρεσιών που υποστηρίζονται από το δίκτυο. Η επέκταση του πιθανοτικού αλγόριθμου ελέγχου αποδοχής κλήσεων βασίζεται στη θεωρία παιγνίων για τη διαπραγμάτευση των μεριδίων των πόρων που λαμβάνει κάθε χρήστης κατά την κατανομή των πόρων της κυψέλης μεταξύ των χρηστών. Για τον υπολογισμό της κατανομής των πόρων χρησιμοποιείται αρχικά ένα παίγνιο ανταγωνισμού μεταξύ δύο παιχτών. Στη συνέχεια, διατυπώνεται το παίγνιο με κατάλληλο τρόπο ώστε να είναι εφικτή η επέκτασή του για πολλούς παίκτες με διαφορετικό συντελεστή υποβάθμισης ώστε να περιγράφονται χρήστες με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Ακολουθεί η απόδειξη της ύπαρξης σημείου ισορροπίας του παιγνίου και η εύρεσή του. Η συμπεριφορά των χρηστών περιγράφεται βάσει των μεριδίων των πόρων του δικτύου που αντιστοιχούν στις εισερχόμενες κλήσεις και της κατάστασης της κυψέλης του δικτύου. Κατ’ αυτόν τον τρόπο υπολογίζονται οι πιθανοτικές παράμετροι του προτεινόμενου αλγόριθμου αποδοχής κλήσεων. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τη σημαντική βελτίωση της επίδοσης του πιθανοτικού ελέγχου αποδοχής κλήσεων μέσω της βελτιστοποίησης των πιθανοτικών παραμέτρων αποδοχής κλήσεων. Επιπλέον, επιτυγχάνεται η κατανεμημένη συμπεριφορά του ενοποιημένου σχήματος αποδοχής κλήσεων και κατανομής πόρων του δικτύου.