%0 Journal Article %A Pedreño López, Gaspar %T Contribución a la mejora del control de flujo en redes de acceso inalámbrico %D 2015 %U http://hdl.handle.net/10317/5320 %X [SPA] Esta tesis se enmarca en el estudio de la red de transporte de las redes de acceso radio (Radio Access Networks, RANs), también denominado Backhaul. En particular esta tesis aborda los problemas asociados a la congestión en el Backhaul mediante una aproximación basada en teoría de control y la optimización matemática. Los problemas causados por la congestión en el Backhaul son de distinta naturaleza dependiendo de la tecnología RAN a la que da soporte. En esta tesis elaboramos un recorrido histórico por la evolución de las tecnologías RAN durante las dos últimas décadas, en el que nos centramos en las funcionalidades que dependen del Backhaul, y en las diferentes y en general, más exigentes, demandas que éstas imponen en la infraestructura de Backhaul. Iniciamos nuestro recorrido en las redes 3G (Universal Mobile Telecommunication System, UMTS), proseguimos con 3.5G (High Speed Data Access, HSDA) y finalizamos con 4G (Long Term Evolution, LTE). Describimos el impacto que la congestión del Backhaul tiene en cada una de ellas y se proponen mecanismos de control para contrarrestar sus efectos negativos. Los objetivos de esta tesis son los siguientes: 1. Proponer y evaluar mecanismos de control que mejoren el rendimiento de la sincronización de canal de transporte en FP en situaciones de congestión del backhaul. El marco tecnológico de este objetivo son las redes 3G (UMTS). 2. Proponer y evaluar mecanismos de control de flujo que consideren conjuntamente el interfaz radio y en el backhaul. El marco tecnológico de este objetivo es 3.5G (HSPA). 3. Proponer y evaluar un scheduling radio que considere conjuntamente los recursos del interfaz radio y del backhaul. El marco tecnológico de este objetivo es 4G (LTE). 4. Proponer y evaluar mecanismos de asignación coordinada de recursos en el interfaz radio y el backhaul. El marco tecnológico de este objetivo es 4G (LTE). 5. Abordar los objetivos anteriores dentro de la compatibilidad con las especificaciones técnicas de los protocolos implicados. Con respecto al último objetivo, consideramos que no resulta realista plantear algoritmos que impliquen un cambio en sistemas ya estandarizados y de amplio despliegue. Sin embargo, las especificaciones del 3GPP no tienen vocación de definir el funcionamiento de todos los algoritmos involucrados ya que su objetivo último es determinar claramente las interfaces para facilitar la interconexión entre dispositivos y equipos de distintos fabricantes y operadores. Los mecanismos que internamente emplean muchos protocolos para realizar ciertas tareas, en particular algoritmos de gestión de recursos o scheduling, se dejan abiertos a la implementación de los fabricantes, de forma que estos pueden diferenciarse tecnológicamente unos de otros en un entorno de competencia. Esto permite que nuevos mecanismos como los propuestos en este trabajo tengan cabida en los sistemas considerados. El objetivo principal de la Sincronización de Canal de Transporte en redes UMTS es que las tramas enviadas por la RNC lleguen a tiempo a los Nodos B para su transmisión a través del interfaz radio. Para ello, el 3GPP especifica un algoritmo conocido como Timing Adjustment que se encarga de controlar el retraso que experimentan las tramas en el interfaz Iub sumando o restando una cantidad constante. Este algoritmo reacciona con demasiada lentitud ante variaciones abruptas del retardo del interfaz Iub y, además, se puede volver inestable en escenarios de alta demora. Son situaciones que pueden estar propiciadas, entre otros motivos, por la congestión en el backhaul. Aplicando teoría de control en tiempo discreto, proponemos un nuevo mecanismo que garantiza la estabilidad en cualquier situación y mejora el rendimiento del algoritmo clásico. Las medidas de rendimiento se realizan mediante un simulador de la red UTRAN (UMTS RAN) teniendo en cuenta condiciones reales de tráfico en el interfaz Iub. Con la incorporación de HSPA en las redes UMTS la función de scheduling se ha desplazado desde la RNC hasta el Nodo B, generando la necesidad de unos buffers en el Nodo B. A su vez, esta nueva distribución de la capacidad de almacenamiento entre la RNC y el Nodo B requiere de un mecanismo de control de flujo que regule la transferencia de datos entre ambos. En esta tesis realizamos un detallado estudio analítico de este control de flujo abordándolo como un problema de optimización cuadrática. Partiendo de este análisis desarramos un nuevo algoritmo de control de flujo que consigue minimizar el retardo extremo a extremo gracias a que incorpora como parámetro la ocupación de los buffers de la RNC (además de la ocupación en el backhaul en el algoritmo de gestión de recursos radio, o scheduling. Para ello consideramos un escenario sencillo compuesto por una sola celda y una infraestructura backhaul consistente en un enlace punto-a-punto de capacidad C. Mostramos que cuando el backhaul es el cuello de botella, el rendimiento del scheduler radio con consideraciones de backhaul es claramente superior al scheduler convencional. Haciendo uso de técnicas de optimización de la utilidad de la red (NUM), abordamos de forma conjunta la gestión de recursos radio y del backhaul. Empleando descomposición dual, proponemos un mecanismo distribuido y de baja carga computacional que permite generar decisiones de asignación de recursos en el backhaul y en el interfaz radio, de forma coordinada y subtrama a subtrama. Finalmente, incorporamos en nuestro algoritmo el control _optimo de colas tandem, mejorando aun más el rendimiento respecto a los schedulers no coordinados. el Nodo B), algo que no se había considerado en algoritmos anteriores. Se trata, por tanto, de un control de flujo consciente del backhaul (backhaul-aware). Desde la implantación de LTE (4G), las tasas máximas de transmisión alcanzables en el interfaz radio se han disparado con respecto a las anteriores generaciones de sistemas móviles. Por primera vez operadores, fabricantes y comunidad académica coinciden en la necesidad de optimizar el uso los recursos del backhaul además de los recursos radio. En esta tesis estudiamos el impacto que tiene el backhaul en el algoritmo de gestión de recursos radio, o scheduling. Para ello consideramos un escenario sencillo compuesto por una sola celda y una infreastructura backhaul consistente en un enlace punto-a-punto de capacidad C. Mostramos que cuando el backhaul es el cuello de botella, el rendimiento del scheduler radio con consideraciones de backhaul es claramente superior al scheduler convencional. Haciendo uso de t_ecnicas de optimización de la utilidad de la red (NUM), abordamos de forma conjunta la gestión de recursos radio y del backhaul. Empleando descomposición dual, proponemos un mecanismo distribuido y de baja carga computacional que permite generar decisiones de asignación de recursos en el backhaul y en el interfaz radio, de forma coordinada y subtrama a subtrama. Finalmente, incorporamos en nuestro algoritmo el control _optimo de colas tandem, mejorando aun más el rendimiento respecto a los schedulers no coordinados. %K Redes inalámbricas %K Radiocomunicaciones %K 3325 Tecnología de las Telecomunicaciones %~ GOEDOC, SUB GOETTINGEN