Radio resource management for efficient multicast service provision in 3rd generation mobile cellular networks

Abstract

Με τη χρήση των αλγορίθμων διαχήρης ασύρματων πόρων, όπως έχουν καθοριστεί στα επίσημα έγγραφα της 3GPP για την παροχή multicast (MBMS) υπηρεσιών, περισσότερο από το 30% της ολικής ισχύος του Node-B πρέπει να δεσμευτεί για μια 64 Kbps MBMS υπηρεσία αν απαιτείται πλήρης κάλυψη της κυψέλης. Αυτό μπορεί να κάνει τις MBMS υπηρεσίες να κοστίζουν πολύ ακριβά αφού η χωρητικότητα του UMTS δικτύου περιορίζεται από την ολική ισχύ του Node-B. Επομένως, για να γίνει εφικτή η παροχή των MBMS υπηρεσιών και επίσης για να επιτευχθούν πιο ψηλές ταχύτητες από 64 Kbps, κάποιες άλλες λύσεις εξοικονόμησης ισχύος πρέπει εισαχθούν. Για το λόγο αυτό, ο γενικός στόχος αυτής διδακτορικής διατριβής είναι η να μελετήσουμε και να προτείνουμε αποδοτικούς, κλιμακωτούς και αποτελεσματικούς αλγόριθμους διαχείρισης ασύρματων πόρων οι οποίοι θα διευκολύνουν την αποδοτική παροχή multicast υπηρεσιών στο ασυρματο μέρος των UMTS δικτύων, όπου οι ασύρματοι πόροι είναι περιορισμένοι. Πιο συγκριμένα, αναλύσαμε τα καινούρια χαρακτηριστικά τα οποία παρουσιάζονται με το MBMS, προσδιορίσαμε τους παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την χωρητικότητα και την απόδοση του δικτύου κατά τη διάρκεια της παροχής MBMS υπηρεσιών, διατυπώσαμε τα προβλήματα, και προτείναμε καινούριες λύσεις για τον έλεγχο μεταφοράς σύνδεσης από μια κυψέλη σε άλλη και τον έλεγχο ισχύος και για την παροχή των MBMS υπηρεσιών. Οι αλγόριθμοι που προτείναμε, ελέγχουν δυναμικά παραμέτρους όπως την ισχύ εκπομπής, δέσμευση καναλιών, επιλογή κατάστασης της κυψέλης και κριτήρια για μεταφορά σύνδεσης από μια κυψέλη σε άλλη, οι οποίοι διευκολύνουν αποφάσεις οι οποίες επιτυγχάνουν αύξηση της χωρητικότητας του δικτύου, βελτίωση της απόδοσης του όλου συστήματος και βελτίωση της ποιότητας υπηρεσίας για τους χρήστες, κατά την διάρκεια της παροχής των MBMS υπηρεσιών.

Adopting the Radio Resource Management (RRM) algorithms currently specified in the 3GPP documents to provide MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service) services in the UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), more than 30% of the Node-B’s total power has to be allocated to a single 64 Kbps multicast service if full coverage is needed. This can make multicast services too expensive since the overall UMTS network capacity is limited by the Node-B’s power source. Thus, in order to make multicast services feasible and also achieve higher bit rates than 64Kbps, some power saving schemes have to be introduced. Motivated by the aforementioned, the general objective of this Ph.D. dissertation is to investigate and propose efficient, scalable and effective Radio Resource Management (RRM) algorithms that will facilitate efficient multicast service provisioning within the radio access part of the UMTS networks where the radio resources are limited. In particular, we analyze the new features introduced with MBMS, identify factors that can influence the overall network capacity and performance during the MBMS service provisioning, formulate the problems, and propose new handover control and multicast service provision solutions. Our proposed solutions dynamically control parameters such as transmit power, channel allocation, cell mode selection, and handover criteria, facilitating decisions achieving increased network capacity and overall system performance (thus benefiting both the users and the network operators alike), as well as acceptably good Quality of Service (QoS) for the MBMS users, during the multicast service provisioning.