Ανάπτυξη μοντέλων για τη διασύνδεση, διαλειτουργικότητα & την παροχή ποιότητας υπηρεσίας σε σύγχρονα ασύρματα δίκτυα

Abstract

Next Generation Networks will try to combine various technologies in order to build large heterogeneous networks; thus providing users with better services. Several issues have to be considered and addressed before designing and building such a network. Among them, issues concerning session control, authorisation, authentication, Quality of Service (QoS), charging, personal mobility, etc., for which different mechanisms are used by the existing network technologies but also energy efficiency. In the current Thesis we study the interconnection, interworking and the quality of service provision in next generation networks. The usage of IP Multimedia Subsystem in the implementation of heterogeneous network environments is analysed and an Interworking Architecture is proposed that integrates Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) and Wireless Local Area Network (WLAN) in an IMS compatible architecture. It incorporates a UMTS Core network, a WiMAX and a WLAN network interconnected with the UMTS Core through specific functional entities and an IMS in charge of sessions’ control. Our primary focus for the proposed architecture was to replace the Radio Access Network (RAN) part of the UMTS network with a WiMAX network and to place an IMS core on top of both technologies to manage sessions. This novel approach was driven by the fact that the WiMAX if it is interworked with the already established 3G cellular networks (e.g. UMTS), it is foreseen that it will form an important part of a future 4G network.As regards energy efficiency and Next Generation Networks, an extensive research has been undertaken on power conservation mechanisms and more specifically on routing algorithms applied in wireless sensor networks with scope to identify the best practices in energy efficiency and validate their applicability in Next Generation Networks. Our research resulted a proposal for improvement of an existing TDMA scheduling algorithm by improving the routing mechanism applied at the network level which achieves better results in power consumption among the network’s nodes.

Τα Ασύρματα Δίκτυα Επόμενης Γενιάς, μια εκ των σημαντικότερων κατηγοριών Σύγχρονων Δικτύων, θα συνδυάζουν διαφορετικές τεχνολογίες πρόσβασης στον πυρήνα του δικτύου με σκοπό να προσφέρουν στους χρήστες όσο το δυνατόν πιο βελτιωμένες υπηρεσίες. Οι πάροχοι υπηρεσιών από την πλευρά τους θα προσπαθήσουν να εκμεταλλευτούν τα πλεονεκτήματα κάθε τεχνολογίας ώστε να χτίσουν μεγάλα σύγχρονα και ενεργειακά αποδοτικότερα ετερογενή δίκτυα πρόσβασης και άρα να προσφέρουν στους τελικούς χρήστες καλύτερες υπηρεσίες καλύπτοντας αδυναμίες και ανεπάρκειες των επιμέρους δικτυακών τεχνολογιών πρόσβασης.Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή μελετάται η διασύνδεση, διαλειτουργικότητα & η παροχή ποιότητας υπηρεσίας σε Δίκτυα Επόμενης Γενιάς. Αναλύεται η χρήση του IP Multimedia Subsystem (IMS) στην υλοποίηση ετερογενών δικτύων και προτείνεται ένα αρχιτεκτονικό μοντέλο διασύνδεσης, διαλειτουργικότητας και παροχής ποιότητας υπηρεσίας WiMAX-UMTS και WiMAX-WLAN. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική, ενσωματώνει ένα UMTS δίκτυο πυρήνα, ένα δίκτυο WiMAX και ένα WLAN, τα οποία συνδέονται με το δίκτυο πυρήνα του UMTS μέσα από συγκεκριμένες λειτουργικές οντότητες. Το μοντέλο ολοκληρώνεται με την προσθήκη του IMS για τον έλεγχο των συνόδων. Ο πρωταρχικός στόχος της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής, ήταν η αντικατάσταση του RAN κομματιού του UMTS δικτύου με ένα WiMAX δίκτυο, καθώς και η εγκατάσταση του πυρήνα του IMS στην «κορυφή» των δύο αυτών τεχνολογιών για την διαχείριση των συνόδων. Όσον αφορά την εξοικονόμηση ενέργειας σε δίκτυα επόμενης γενιάς, πραγματοποιείται εκτενής έρευνα στους υπάρχοντες μηχανισμούς διαχείρισης και διατήρησης ενέργειας με επικέντρωση στους αλγόριθμους δρομολόγησης των ασύρματων δικτύων αισθητήρων ώστε να καταγραφούν οι πρακτικές που ακολουθούνται και να αναλυθεί η εφαρμοσιμότητά τους στα Δίκτυα Επόμενης Γενιάς. Αποτέλεσμα της έρευνας ήταν η πρόταση βελτίωσης υπάρχοντος αλγορίθμου χρονοπρογραμματισμού TDMA με βελτιωμένη δρομολόγηση με στόχο την μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας και την καλύτερη κατανομή αυτής μεταξύ των κόμβων του δικτύου.