Gestión coordinada de recursos radio en sistemas heterogéneos de comunicaciones móviles

Resumen

Los futuros sistemas de comunicaciones móviles estarán caracterizados por la coexistencia de distintas tecnologías de acceso radio (RATs) con diferentes y complementarias características técnicas. En este nuevo entorno de comunicaciones, el nuevo reto que se plantea a la comunidad científica e investigadora es la definición de técnicas que garanticen la interoperabilidad de las distintas RATs de manera que se consiga un uso más eficiente de los escasos recursos radio del sistema. En este contexto, la presente tesis doctoral se centra en la investigación, diseño, evaluación y optimización de técnicas JRRM de gestión coordinada de los recursos radio en sistemas de comunicaciones móviles heterogéneos que garanticen niveles de satisfacción adecuados a los usuarios a la vez que se obtiene el máximo beneficio global del sistema. Para ello, las técnicas JRRM deben decidir para cada usuario activo en el sistema tanto la RAT óptima a la que debe ser asignado un usuario así como el número de recursos de dicha RAT necesarios para satisfacer sus requisitos de calidad de servicio (QoS). Mientras la mayoría de los estudios de técnicas JRRM en la literatura abordan por separado ambos dilemas, en la presente tesis doctoral se han propuesto técnicas de gestión coordinada de los recursos radio en sistemas heterogéneos abordando de forma conjunta ambas problemáticas. Aunque considerar ambos dilemas de manera simultánea aumenta considerablemente la complejidad del problema, la gestión de los recursos radio de manera global ofrece mayor flexibilidad para realizar una gestión más eficiente de los recursos radio disponibles en el sistema. Para lograr una gestión eficiente de los recursos radio en un sistema heterogéneo, las técnicas diseñadas consideran los distintos requisitos de QoS que presentan los usuarios en un entorno de tráfico multimedia. Las técnicas JRRM han sido diseñadas para aprovechar estas diferencias entre usuarios de forma que se puedan proporcionar soluciones adecuadas y adaptadas a las condiciones actuales de carga en el sistema y a la distribución de usuarios entre los distintos servicios. Además, su definición se ha realizado bajo una política de igualdad entre usuarios, según la cual todos los usuarios deben recibir el mismo nivel de satisfacción independientemente del servicio demandado. Para garantizar niveles de satisfacción adecuados a los usuarios, las técnicas JRRM propuestas consideran funciones de utilidad que expresan el nivel de satisfacción alcanzado por el usuario según la asignación de recursos radio obtenida y el servicio demandado. Con el objetivo de conseguir la solución más adecuada al problema JRRM en sistemas heterogéneos, el diseño y definición de las técnicas JRRM se ha basado en la aplicación de distintos principios y técnicas matemáticas. En primer lugar, se ha considerado el diseño de técnicas JRRM basadas en la teoría económica de bancarrota. Esta teoría define una serie de reglas de reparto que proporcionan soluciones justas a situaciones en las que un bien escaso debe ser repartido entre una serie de agentes que reclaman distintas cantidades de este bien, sobrepasando la suma de las cantidades reclamadas la cantidad disponible. Por otro lado, ha sido considerado el diseño de técnicas JRRM basadas en técnicas matemáticas de optimización con el objetivo de alcanzar la solución óptima al problema JRRM estudiado en esta tesis doctoral. En este enfoque, el problema JRRM ha sido modelado mediante una serie de ecuaciones lineales aplicando técnicas de programación lineal entera para obtener la solución óptima al problema modelado. Tras la implementación de ambas propuestas, en esta tesis doctoral se ha llevado a cabo la evaluación del rendimiento obtenido con cada una de las propuestas realizadas tanto en términos del nivel de satisfacción percibido por los usuarios como en términos de coste computacional. Debido a que las técnicas JRRM diseñadas deben tomar su decisión en tiempo real, el coste computacional es un factor determinante de la viabilidad de estas técnicas en sistemas de comunicaciones reales. Los resultados finales muestran el alto rendimiento e idoneidad de ambos enfoques para abordar el problema JRRM en sistemas móviles heterogéneos, ofreciendo cada enfoque considerado un compromiso distinto entre el coste computacional y el rendimiento en términos del nivel de satisfacción percibido por los usuarios. En resumen, esta tesis doctoral contribuye hacia un mejor entendimiento del funcionamiento y rendimiento de las redes de comunicaciones móviles heterogéneas, y en concreto, de las técnicas de gestión coordinada de los recursos radio. Las políticas de gestión propuestas apuestan por la consideración de los distintos requisitos de los servicios y de las distintas prestaciones de los recursos radio disponibles en el sistema para diseñar técnicas de gestión eficientes que obtengan el máximo beneficio del sistema mientras se garantizan adecuados niveles de satisfacción a los usuarios.