Energy efficient resource allocation in mobile communications

Abstract

Η σημερινή εξέλιξη των δικτύων κινητών επικοινωνιών ίσως ήταν κάτι πολύ δύσκολο να προβλέψει ή και να φανταστεί κανείς πριν από 20 χρόνια. Ο ταχύτατα αναπτυσσόμενος τομέας των κινητών επικοινωνιών έχει ως αποτέλεσμα την διαρκή και αυξανόμενη απαίτηση για ασύρματη και πολυμεσική επικοινωνία. Σ’αυτό βέβαια συμβάλουν τα μέγιστα οι απαιτήσεις της σύγχρονης αγοράς μ’ ένα ενοποιημένο και λειτουργικό σύστημα κινητών επικοινωνιών, καθώς και η πληθώρα των πολυμεσικών εφαρμογών που πλέον είναι διαθέσιμες στους χρήστες και συνεχώς αυξάνονται με ταχύτατους ρυθμούς. Είναι γεγονός οτι την τελευταία δεκαετία τα δίκτυα επικοινωνιών τρίτης γενιάς (3G) – Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) γνωρίζουν μεγάλη ανάπτυξη και η χρήση τους έχει επεκταθεί παγκοσμίως. Τα δίκτυα αυτά αντικαθιστούν τα ήδη υπάρχοντα δίκτυα δεύτερης γενιάς, προσφέροντας συν τοις άλλοις μεγαλύτερες ταχύτητες πρόσβασης και προηγμένες υπηρεσίες προς τους κινητούς πελάτες-χρήστες. Το γεγονός αυτό οδήγησε στη περαιτέρω ανάπτυξη των 3G δικτύων και στην υιοθέτηση νέων τεχνολογιών με κυριότερο εκπρόσωπό τους τη τεχνολογία High Speed Packet Access (HSPA). Η τεχνολογία αυτή αποτελεί την φυσιολογική μετεξέλιξη του UMTS, η οποία στη βιβλιογραφία αναφέρεται κι ως 3.5G ή 3G+, δηλώνοντας την αναβάθμιση αυτή. Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι η τεχνολογία HSPA αναμένεται να προσφέρει τη δυνατότητα παροχής πληθώρας ευρυζωνικών υπηρεσιών, το 3rd Generation Partnership Project (3GPP), που αποτελεί τον οργανισμό που προτυποποιεί τις νέες τεχνολογίες και ορίζει τις προδιαγραφές τους, ήδη μελετά και επεξεργάζεται νέες τεχνολογίες που θα επικρατήσουν την αμέσως επόμενη δεκαετία στην αγορά των κινητών επικοινωνιών. Το νέο αυτό project αποκαλείται Long Term Evolution (LTE) και στοχεύει στην επίτευξη ακόμη υψηλότερων ρυθμών μετάδοσης σε συνδυασμό με την αξιοποίηση μεγαλύτερου εύρος ζώνης. Κύρια προοπτική του LTE αποτελεί η διασφάλιση της ανταγωνιστικότητας και η επικράτηση του προτύπου στο χρονικό ορίζοντα της επόμενης δεκαετίας. Ταυτόχρονα με την εκτεταμένη εξάπλωση των δικτύων κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς καθώς και τις αυξημένες δυνατότητες των κινητών συσκευών, οι πάροχοι πολυμεσικού περιεχομένου και υπηρεσιών ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για την υποστήριξη της πολυεκπομπής (multicasting) δεδομένων στα δίκτυα αυτά με σκοπό την αποτελεσματική διαχείριση και επαναχρησιμοποίηση των διαθέσιμων πόρων του δικτύου. Επιπρόσθετα, οι χρήστες των κινητών δικτύων έχουν πλέον την απαίτηση να προσπελαύνουν εφαρμογές και υπηρεσίες οι οποίες μέχρι σήμερα μπορούσαν να διατεθούν αποκλειστικά από τα συμβατικά ενσύρματα δίκτυα. Έτσι λοιπόν στις μέρες μας γίνεται λόγος για υπηρεσίες πραγματικού χρόνου όπως mobile TV, mobile gaming, mobile streaming κ.α. Ένα από τα σημαντικότερα βήματα των δικτύων κινητών επικοινωνιών προς την κατεύθυνση της παροχής νέων, προηγμένων πολυμεσικών υπηρεσιών είναι η εισαγωγή της υπηρεσίας Multimedia Broadcast / Multicast Service (MBMS). Η υπηρεσία MBMS έχει σαν κύριο σκοπό την υποστήριξη IP εφαρμογών επανεκπομπής (broadcact) και πολυεκπομπής (multicast), επιτρέποντας με αυτό τον τρόπο την παροχή υπηρεσιών υψηλού ρυθμού μετάδοσης σε πολλαπλούς χρήστες με οικονομικό τρόπο. Η multicast μετάδοση δεδομένων σε κινητά δίκτυα επικοινωνιών είναι μια σχετικά νέα λειτουργικότητα η οποία βρίσκεται ακόμη στο στάδιο των δοκιμών και της προτυποποίησης της. Ένας multicast μηχανισμός μεταδίδει τα δεδομένα μόνο μία φορά πάνω από κάθε ασύρματο σύνδεσμο που αποτελεί τμήμα των μονοπατιών προς τους κινητούς χρήστες.

Σημαντικό κατά την multicast μετάδοση δεδομένων στα κινητά δίκτυα επικοινωνιών είναι ο αποτελεσματικός έλεγχος ισχύος. Οι σταθμοί βάσης των κυψελωτών αυτών δικτύων διαθέτουν περιορισμένους πόρους ισχύος, γεγονός που περιορίζει τη χωρητικότητα της κυψέλης (cell) και επιβάλλει τη χρήση μίας βέλτιστης στρατηγικής για την όσο το δυνατόν καλύτερη αξιοποίηση των διαθέσιμων πόρων ισχύος. Ο έλεγχος ισχύος στοχεύει στη μείωση της εκπεμπόμενης ισχύος, στην ελαχιστοποίηση του θορύβου στο κυψελωτό δίκτυο και κατά συνέπεια στη διασφάλιση μεγαλύτερης χωρητικότητας επιπλέον χρηστών.