This thesis investigates three problems in related with call admission control in wireless multimedia networks. We present formulation of the problems and the algorithms, and study the capacity analysis and derive the admission criterion.
First, under wireless ATM networks we propose a new handoff scheme called Enhanced Anchor Rerouting (EAR) scheme, which is a modification of AR scheme. Our scheme reserves periodically wired bandwidth between each pair of neighboring switches for future possible inter-switch handoffs. If an inter-switch handoff actually becomes necessary, then we use the reserved bandwidth for the wired path to the new switch and follow the usual AR scheme. Since a wired path already determined is used and no path setup procedure is needed, we can save preparation time of the inter-switch handoff. We expect that this procedure can significantly reduce handoff latency of the inter-switch handoff. The amount of reserved wired bandwidth between each pair of switches is determined based on the inter-switch handoff rate and the available bandwidth of the wired path between the neighboring switches, which are measured at each switch periodically. Our simulation tests show that our proposed handoff scheme has much better performance than the existing schemes especially in terms of handoff latency.
Second, we study the bandwidth adaptation process. When some bandwidth becomes available due to the termination of an ongoing call, the bandwidth is optimally allocated to ongoing calls which need more bandwidth. If a call is allocated with more bandwidth, then the user of the call feels more satisfaction. Bandwidth allocation is performed in a way to maximize the satisfaction degree of users. This optimization problem can be formulated as a binary linear integer program. Since the optimization should be performed in real time, we present a computationally efficient algorithm for the integer program based on the Lagrangean relaxation procedure. With limited number of iterations, the computational effort required is small enough for this algorithm to be used in real time situations. Our simulation test shows that our algorithm finds a sub-optimal solution within 0.5 % in average from the optimal solution. The solutions of our scheme show better performance than other scheme in both handoff call dropping and new call blocking probabilities.
Finally, we study the capacity analysis and derive the admission criterion in DS-CDMA networks considering multiple traffic classes. Under assumptions that the power control procedure is perfectly executed on decision of call admission, we derive two theorems meaning admission criterion. First theorem is related with a case neglecting the thermal noise and represents a static capacity. Second theorem is related with the case considering the thermal noise and represents a dynamic capacity. When the network determines a connection request call, the power level of the call can be set to a specific value by the help of second theorem. From many simulations, we derive the system capacity under multiple class environments.
본 논문에서는 무선 멀티미디어 네트워크에서 효율적인 호 수락 제어 기법에 관한 문제들을 다룬다.
첫번째로, 무선 ATM 네트워크에서 개선된 anchor rerouting 방식의 새로운 핸드오프 방식으로 기존의 anchor rerouting 방식을 개선한 것이다. 우리가 제안한 이 방식은 장래에 발생할 서로 다른 스위치간에 핸드오프를 위해 인접한 스위치들간에 정기적으로 유선 대역폭을 예약하는 방식이다. 만약 서로 다른 스위치간에 핸드오프가 필요하다면, 우리는 새로운 스위치까지 예약된 경로를 사용하여 일반적인 anchor rerouting 방식을 수행하면 된다. 이미 유선 경로는 결정되어 있고 경로 설정 과정이 필요 없기 때문에 우리는 서로 다른 스위치간의 핸드오프를 위한 준비시간을 줄일 수 있게 된다. 이 방식을 사용하게 되면 서로 다른 스위치간에 발생하는 핸드오프 지연시간을 상당히 줄일 수 있게 된다. 이러한 대역폭을 예약하는 양은 서로 다른 스위치간에 발생하는 핸드오프 발생율과 이용가능한 유선 대역폭의 양, 그리고 서로 다른 스위치간에 발생하는 핸드오프 증가율을 주기적으로 측정하여 결정하게 된다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 우리가 제안한 핸드오프 방식은 기존의 방식보다 핸드오프 지연 및 신규호 절단율 및 핸드오프 절단율을 효율적으로 줄일 수 있음을 보였다.
두번째로, 우리는 대역폭 적응 과정을 연구하였다. 현재 진행중인 호가 통화가 종료되거나 핸드오프되어서 인접한 셀로 이동하는 경우 그 호가 사용하던 대역폭이 이용가능 해지고, 이럴 때 그 대역폭을 더 많은 대역폭을 필요로 하는 호들에게 최적으로 분배하는 것이 아이디어의 핵심이다. 그렇게 되면, 추가적으로 대역폭을 할당 받는 호들의 만족도는 더 증가하게 될 것이다. 따라서, 대역폭 적응과정은 사용자들의 총 만족도의 합을 증가시키는 방향으로 진행해야 한다. 이러한 문제는 이진 정수형 문제로 최적화될 수 있다. 이러한 최적화문제는 실시간으로 풀어야만 하므로 우리는 라그랑지 완화기법을 이용한 휴리스틱 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 적은 반복횟수로 주어진 문제를 효율적으로 풀어내므로 실제 응용에서 사용할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 우리가 제안한 알고리즘은 최적해로부터 평균적으로 0.5% 이내의 좋은 해를 100ms 이내에 구해낼 수 있으므로 매우 효과적이라고 할 수 있다. 또한, 구해진 해는 기존의 알고리즘에 비해 신규호 및 핸드오프호 절단율을 더 낮추는 결과를 보여주고 있다.
마지막으로 우리는 다중의 트래픽을 고려한 CDMA 네트워크하에서 호 수락 제어를 위한 조건을 유도하였고, 이를 통해 용량 분석을 수행하였다. 여기서 우리는 출력 제어는 완전하게 수행될 수 있다는 가정하에서 호 수락 조건을 의미하는 2가지의 공식을 유도하였다. 첫번째 공식은 잡음이 없다는 가정하에서 구해낸 것으로 이는 정적인 용량을 알아보는데 사용할 수 있다. 두번째 공식은 열 잡음을 고려할 때 유도해낸 것으로 이는 동적인 용량을 알아보는데 사용할 수 있다. 따라서, 네트워크가 새로운 호의 연결을 요청 받았을 때, 이러한 2가지의 공식을 이용하여 그 호의 수락여부를 판단함과 동시에 그 호가 통화하는데 필요한 출력 레벨을 구해낼 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션에서 우리는 2가지 종류의 트래픽이 있다는 가정하에서 시뮬레이션을 수행하였고, 이를 통하여 시스템 전체의 용량을 알아낼 수 있었다.
