Next-generation wireless networks are expected to support a wide variety of data services. In interactive data applications such as Web browsing, the time elapsed between a service request and the completion of the service is one of important QoS (Quality of Service) metrics. In wireless networks, the actual data transmission rate for a mobile terminal varies according to its wireless channel condition, and its service quality depends on the number of mobile terminals that share wireless channels of the same cell. Therefore, while predicting the values of QoS metrics such as the response time of interactive service, we need to take into account the aforementioned characteristics of wireless networks. Since mobile users want to be served without call dropping, we also need call admission control (CAC) that keeps call dropping probability below a target threshold.
In this thesis, we analyze the user-perceived performance in wireless networks and propose a call admission control scheme to keep call dropping probability below a given threshold in non-uniform traffic load. The thesis is composed of two topics. Firstly, the user-perceived performance of interactive data applications in a shared wireless packet access network is analyzed. For interactive data users with different channel conditions, elaborate analytical results for the mean page delay, the Equivalent Circuit Rate (ECR), and the system saturation point are given. ECR for a user in a shared access network is the channel rate that a dedicated connection would need in order to offer an equivalent user experience. The system saturation point is the maximum number of users that can be served without incurring a service delay longer than a given tolerance limit in a shared packet access system. These analytical results provide useful metrics in the performance prediction of a real wireless environment with multiple user groups that are served with different service rates due to multiple channel conditions. Therefore, our analytical results can be utilized in the network planning, admission control, and service differentiation for different user groups. We demonstrate that our analysis is in good agreement with computer simulations performed on model systems based on EDGE TDMA and IEEE 802.16 OFDMA.
Secondly, we propose an adaptive call admission control scheme in wireless cellular networks. When a mobile terminal moves from one cell to another cell, the call is dropped if a sufficient number of channels are not available to support the mobile terminal's channel request. Because the call-dropping is less desirable than new call blocking from the user's point of view, call-dropping probability is one of the most important QoS metrics in wireless cellular networks.
Per-user mobility CAC schemes monitor individual mobile terminals and predict their future movement to reserve channels for prospective handoffs. The effectiveness of the schemes rests on the accuracy of mobility prediction, and they are not practical to implement since they incur large computational and memory overhead. On the other hand, there are several CAC schemes called aggregate mobility schemes which do not need the mobility prediction for individual mobile terminals and thus are simple to implement. This paper proposes a distributed call admission control scheme that adapts the number of guard channels to traffic variation. Our scheme efficiently prevents the overload of hot-spot cells with the correlation information between adjacent cells. It runs without user mobility information so that it can be readily implemented in real networks.
무선 통신 기술의 급속한 발전과 휴대용 컴퓨팅 장비들의 개발은 이동 중에도 무선으로 컴퓨터를 사용할 수 있는 환경을 앞당기고 있다. 차세대 무선망에서는 기존의 유선망에서와 같이 다양한 데이터 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 특히 인터넷에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 서비스 중 하나인 웹 서비스와 같은 대화형 데이터 서비스에서는 사용자가 서비스를 요구한 후 응답을 받는 데까지 걸리는 지연 시간이 중요한 서비스 품질 중 하나이다. 무선 패킷망에서는 사용자의 채널 상태에 따라 사용자 별 전송율이 다르며, 여러 사용자가 동일 셀의 무선 자원을 공유하므로 무선 자원을 공유하는 사용자의 수에 따라 서비스 품질이 달라진다는 특징을 갖는다. 따라서 이러한 무선망의 특징을 반영하여 무선 패킷망에서 대화형 데이터 서비스의 응답 시간과 같은 서비스 품질을 예측하는 것은 매우 중요하며 이러한 서비스 품질 예측에 기반한 호 수락 제어가 필요하다. 또한 사용자는 이동 중에도 호의 중단 없이 서비스를 받고자 하므로 호의 중단율을 일정 수준 이하로 유지하는 구현 가능한 호 수락 제어 기법이 필요하다.
본 논문에서는 무선망에서 사용자 관점에서 느끼는 성능을 분석하고 사용자의 서비스 품질을 만족시키기 위한 호 수락 제어 기법을 제안한다. 본 논문의 연구는 크게 두 가지 주제로 이루어진다. 첫번째 주제는 무선패킷망에서 대화형 서비스에 대한 사용자 관점의 성능 분석이다. 본 연구에서는 서로 다른 채널 조건을 갖는 대화형 데이터 사용자에 대해서 평균 페이지 지연시간, 동등 회선 속도 (Equivalent Circuit Rate, ECR), 시스템 포화 사용자 수에 대한 분석 결과를 제시한다. 공유 억세스 망에서 사용자에 대한 ECR은 전용 채널이 동등한 사용자 체험을 제공하기 위해 필요로 하는 채널 속도로 정의된다. 시스템 포화 사용자 수는 패킷 공유 억세스 시스템에서 허용 지연 시간 이상 서비스 지연을 발생시키지 않으면서 서비스 제공이 가능한 최대 사용자의 수이다. 실제 무선 환경에서는 사용자들이 다른 채널 조건으로 인해 다른 서비스율로 서비스받고 있다. 본 논문에서 제시된 분석 결과들은 실제 무선 환경의 성능 예측에 있어서 유용한 측정 기준을 제공한다. 본 논문에서 제공하는 분석 결과들은 무선망 구성, 호 수락 제어, 다른 사용자 그룹에 대한 서비스 차별화에 이용될 수 있다. 본 논문에서는 분석 결과가 EDGE TDMA와 IEEE 802.16 OFDMA에 기반한 모델 시스템에서 수행된 컴퓨터 시뮬레이션 결과와 일치하는 것을 보여준다.
본 논문의 두 번째 주제는 무선 셀룰러 망에서 사용자 이동성을 고려한 호 수락 제어이다. 무선망에서 사용자가 한 셀에서 인접셀로 이동할 때 인접셀에 사용자의 호를 서비스할 수 있는 충분한 대역폭이 없다면 호는 끊어진다. 서비스 중인 호의 중단은 사용자의 입장에서 바람직하지 못하기 때문에 무선 셀룰러 망에서의 호 수락 제어에서 호의 중단율은 중요한 QoS 측정 기준 중의 하나이다. 호 수락 제어 기법 중 개별 사용자의 이동성을 추적하고 예측하여 이웃셀의 대역폭을 예약하는 기법은 이동성 예측의 정확도에 따라 호 수락 제어의 성능이 좌우되며, 오버헤드가 커서 현실적으로 구현하기가 어렵다. 이에 반해 핸드오버 성공 및 실패와 같은 셀 단위의 사건에 기반한 호 수락 제어는 개별 사용자에 대한 이동성 예측을 필요로 하지 않기 때문에 현실적으로 구현하기 쉽다.
본 논문에서는 트래픽 변화에 따라 예비 채널 (guard channel)의 수를 조정하는 호 수락 제어 기법을 제안한다. 제안한 기법은 인접셀 간의 상관 정보를 이용하여 핫-스팟 (hot-spot) 셀에서의 과부하를 효율적으로 방지한다. 제안한 방법은 개별 사용자의 이동 정보 없이 셀 단위의 정보에 기반해서 동작하므로 실제 무선망에서 쉽게 구현이 가능하다.
