Gestió Centralitzada/Descentralitzada de xarxes denses

Abstract

Wireless communications have evolved quickly in the recent years due to the exponential growth of the capacity required by the users, mainly for the introduction of the smartphones. The widespread use of these devices has had a direct impact on networks from the technical point of view. Basically, network operators have adopted new standards, with higher data speed and different network planning, in order to provide coverage for all these users. The ultra-densified deployments of low-power base stations, called Small Cells are the key to enable this increase in speed without increasing the consumption due to greater proximity between these cells. Additionally, the reuse of frequencies allows increasing the capacity and spectral efficiency. Moreover, these strategies have to deal with unplanned deployments that cause an increase of the interference and therefore the network must be efficiently managed to achieve high performance versus flexibility and scalability problems. This project investigates the influence that has the radio resource management in a centralized or distributed way among the various Small cells on the performance of the network. In particular, our study will focus on different allocation strategies of carrier frequency (Centralized/Partially Centralized/Distributed) to each of these base stations. For the analysis of each strategy, you must first establish neighbourly relations, which will establish the interference produced by each base station to the other. Once achieved this result, we know which Small Cells interfere with others and that is remarkable because you should try to avoid assigning the same channel to these if we want to minimize such interference, which is our goal. Otherwise, we will only worsen the quality of the service users who are served by this base station. Analysing the results that we have obtained with the implementation of various strategies, we concluded that a centralized management should provide better performance since all the necessary information is available to make the best decisions, even if this means an increase to the transmitting information (overhead) and the delay in distributing all this information to the central node that manages the assignment. However, there are situations in which a distributed management, in a very simple way, can provide a performance comparable to centralized management, depending on how the Small Cells are distributed throughout a region and the degree of densification of them.

Las comunicaciones inalámbricas han evolucionado muy rápidamente durante los últimos años debido al crecimiento exponencial de la capacidad requerida por los usuarios, principalmente por la introducción de los teléfonos inteligentes (Smartphones). El uso generalizado de estos dispositivos ha provocado un impacto en las redes desde el punto de vista técnico. Básicamente, los operadores de red han tenido que adoptar nuevos estándares, con velocidades de datos muy superiores y planificaciones de red distintas, con tal de poder proporcionar cobertura a todos estos usuarios. Los despliegues ultra densificados de estaciones base de baja potencia, llamadas Small Cells, son la llave para permitir este incremento de la velocidad sin aumentar el consumo debido a la mayor cercanía entre estas celdas. Además, el reúso de frecuencias permite incrementar la capacidad y la eficiencia espectral. Por otro lado, estas estrategias deben afrontar despliegues no planeados, en los cuáles no se tiene en cuenta la interferencia que pueden provocar al distribuir los puntos de acceso. Por lo tanto, el mayor desafío recaerá en gestionar eficientemente la red para conseguir un alto rendimiento ante la flexibilidad, así como la escalabilidad de estos despliegues. En este proyecto se investigará la influencia que provoca en las prestaciones de la red el hecho de gestionar los recursos radio de forma centralizada o distribuida entre las distintas Small Cells. En concreto, centraremos nuestro estudio en distintas estrategias de asignación de frecuencia portadora (Centralizada/Parcialmente Centralizada/Distribuida) a cada una de estas estaciones base. Para realizar el análisis de cada estrategia, primero se debe establecer las relaciones de vecindad, que establecerán la interferencia producida por cada estación base hacia las demás. Una vez conseguido este resultado, ya sabremos qué Small Cells se interfieren con cuales otras y eso es destacable por el hecho que se debe intentar evitar la asignación del mismo canal a éstas si queremos minimizar la interferencia, que es nuestro objetivo. De otra forma, solo empeoraremos la calidad del servicio de aquellos usuarios que estén servidos por esta estación base. Analizando los resultados que se han obtenido con la aplicación de las distintas estrategias, llegamos a la conclusión que una gestión centralizada debe proporcionar un mayor rendimiento, debido a que se dispone de toda la información necesaria para tomar las mejores decisiones, aunque eso implique un aumento de la información a transmitir (overhead) y del retardo al distribuir toda esta información al nodo centralizado que gestiona la asignación. De todas formas, existen situaciones en las cuáles una gestión distribuida, de una forma mucho más sencilla, puede proporcionar unas prestaciones comparables a la gestión centralizada, dependiendo de cómo se distribuyan las Small Cells en una región y del grado de densificación de éstas.

Les comunicacions sense fils han evolucionat molt ràpidament durant els últims anys degut al creixement exponencial de la capacitat requerida pels usuaris, principalment per la introducció dels telèfons intel·ligents (Smartphones). L’ús generalitzat d’aquests dispositius ha tingut un impacte directe en les xarxes des del punt de vista tècnic. Bàsicament, els operadors de xarxa han hagut d’adoptar nous estàndards, amb velocitats de dades molt superiors i planificacions de xarxa diferents, per tal de poder proveir cobertura a tots aquests usuaris. Els desplegaments ultra densificats d’estacions base de baixa potència, anomenades Small Cells, són la clau per a permetre aquest increment de la velocitat sense augmentar el consum degut a la major proximitat entre aquestes cel·les. Addicionalment, la reutilització de freqüències permet incrementar la capacitat i l’eficiència espectral. Per altra banda, aquestes estratègies han d’afrontar desplegaments no planejats que provoquen un increment de la interferència i, per tant, caldrà gestionar eficientment la xarxa per tal d’assolir un alt rendiment enfront la flexibilitat, així com els problemes d’escalabilitat. En aquest projecte investigarem la influència que provoca en les prestacions de la xarxa el fet de gestionar els recursos radio de forma centralitzada o distribuïda entre les diferents Small cells. En concret, centrarem el nostre estudi en diferents estratègies d’assignació de freqüència portadora (Centralitzada/Parcialment Centralitzada/Distribuïda) a cada una d’aquestes estacions base. Per a realitzar l’anàlisi de cada estratègia, primer s’ha d’establir les relacions de veïnatge, que establiran la interferència produïda per cada estació base a les demés. Un cop aconseguit aquest resultat, ja sabem quines Small Cells s’interfereixen amb quines altres i això és remarcable pel fet que s’ha d’intentar evitar assignar el mateix canal a aquestes si volem minimitzar la interferència, que és el nostre objectiu. Altrament, només farem que empitjorar la qualitat del servei dels usuaris que estiguin servits per aquesta estació base. Analitzant els resultats que hem obtingut amb l’aplicació de les diferents estratègies, arribem a la conclusió que una gestió centralitzada ha de proporcionar millor rendiment, ja que es disposa de tota la informació necessària per prendre les millors decisions, tot i que això impliqui un augment de la informació a transmetre (overhead) i del retard al distribuir tota aquesta informació al node centralitzat que gestiona l’assignació. De totes formes, existeixen situacions en les quals una gestió distribuïda, d’una forma molt més senzilla, pot proporcionar unes prestacions comparables a la gestió centralitzada, depenent de com es distribueixin les Small Cells al llarg d’una regió i del grau de densificació d’aquestes.