The emerging technologies in the field of telecommunications enable us to access high speed data services through mobile handsets and portable modems over the mobile networks. The recent statistics also shows the use of mobile broad band services are increasing and gaining popularity. In this thesis we have investigated the impact of payload size and data rate on one-way delay and packet loss in operational 3G mobile networks, through network level measurements. To collect the network level traces an experimental testbed is developed. For accurate measurement Endace DAG cards together with GPS synchronization is implemented. Results are gathered from three different commercial mobile operators in Sweden. From the results it is concluded that the combination of maximum payload size and data rate resulted in minimum one-way delay. It is also observed within the big payload size category, that the percentage of packet loss is less as compared to the smaller payload sizes. Such findings will improve efficiency of application developers to meet the challenges of UMTS network conditions.

L'évolution technologique de RAN dans le contexte de la 5G n'est pas seulement guidée par l'amélioration de la qualité de service du réseau mais aussi par la nécessité de transformer toutes les technologies par des systèmes dynamiques intelligents. La nouvelle technologie de la 5G est plus que flexible et pourra satisfaire chaque utilisateur de façon équitable sans que son type (mobile ou statique) ou sa demande de service (service temps réel et non réel) n'affecte. Tous les cas d'utilisation seront intelligemment dimensionnés et gérés dans le réseau. L'objectif principal de cette thèse est d'analyser et d'améliorer les performances radio en tenant compte de la mobilité des véhicules en gérant dynamiquement et intelligemment les ressources disponibles. A cette fin, nous présentons différents modèles de mobilité des utilisateurs dans le cas discret et continu. Le modèle discret utilisant le modèle bien connu du car following est bien adapté pour les simulations. La méthode continue est utile pour obtenir des indicateurs analytiques de performance clés (KPI). La nouveauté de cette partie de la thèse est la formulation analytique de KPIs qui tiennent compte de la mobilité physique dans le trafic radio. A titre d'exemple, l'impact d'un feu rouge sur les indicateurs de performance dans une cellule est étudié. Il est montré qu'une congestion physique périodique du trafic due au feu de circulation détériore périodiquement la performance de la cellule. La première solution considérée consiste à améliorer l'allocation et le contrôle des ressources dans le contexte du réseau hétérogène LTE-Advanced. Une small cell est ensuite déployée à proximité du feu rouge pour diminuer la congestion périodique et la dégradation de la qualité de service. Trois systèmes d'allocation et de contrôle des ressources sont étudiés: une réutilisation de fréquence complète, un algorithme de division de fréquence statique et dynamique qui sont optimisés par rapport à une utilité alpha -fair basé sur les débits reçus. En outre, il est montré que le système de commande dynamique est particulièrement intéressant pour le trafic non stationnaire comme celui introduit par un feu de circulation périodique. Par souci de réduction des coûts financiers et énergétiques, et de suivi d'utilisateurs mobiles, une autre solution est fournie en utilisant un nouveau réseau d'antennes afin de gérer efficacement le trafic hétérogène, fixe et mobile. On considère trois technologies différentes de réseau d'antennes permettant de décharger les zones de congestion ainsi que la congestion mobile dynamique: Virtual Small Cell (VSC), petite cellule virtuelle avec réseau auto-organisateur (VSC-SON) et rayons focalisant avec un multiniveau global codebook qui gère le système d'antenne hétérogène à la station de base. Les deux premières technologies améliorent la performance de la cellule en raison de leur capacité de focaliser le signal à la concentration du trafic au niveau de la congestion physique. La nouvelle solution de faisceaux focalisants avec le global codebook améliore de manière significative les performances en raison de la capacité de focaliser le signal le long de la route et d'équilibrer implicitement le trafic entre les différentes antennes. Nous comparons toutes ces technologies et leur impact sur les performances du réseau. La question de la sélection d'un utilisateur pour lui allouer une partie (en temps ou en bande passante) de la ressource disponible est étudiée. Le contexte de la gestion des ressources et de la performance du réseau dans la mobilité est un des défis futurs pour la 5G. Grâce à la technologie MDT, les réseaux peuvent avoir une idée, ou plus précisément une moyenne du SINR grâce à la GLM. Nous introduisons le concept de Forecast Scheduling pour les utilisateurs en mobilité à vitesse élevée. On suppose que la REM peut fournir des valeurs interpolées du SINR le long des trajectoires des utilisateurs. / The technology evolution of Radio Access Network (RAN) in the context of 5th Generation (5G) is not only guided by improving the network performance but also by the need to transform all the technologies into intelligent dynamic ones. The new 5G is a flexible technology that will be able to satisfy at the same time each user of any type of mobility (static or mobile) or service request (real and non-real time service) without modifying any models or algorithms in networks. All physical use cases will be able to be considered by the network intelligently and resource managed automatically. The objective of this thesis is to analyse and enhance radio performance taking into account vehicular mobility by managing dynamically and intelligently the available resources. To this end, we describe different users mobility models for discrete and continuous modeling. The discrete model using the well-known car following model is well adapted for simulations. The continuous one is useful to derive analytical key performance indicators (KPI). The novelty of the thesis is the analytical formulation of KPIs that take into account the physical mobility in the radio traffic which is not necessary stationary. As an example, the impact of a traffic light on performance indicators in a cell is investigated. It is shown that a periodical physical traffic congestion due to the traffic light deteriorate periodically the cell performance. A first given solution is to improve resource allocation and control in the context of LTE-Advanced heterogeneous network. A small cell is deployed near the traffic light to relieve periodic congestion and QoS degradation. Three resource allocation and control schemes are investigated: a full frequency reuse, a static and a dynamic frequency splitting algorithm that are optimized with respect to a throughput based alpha-fair utility. For sake of financial and energy costs decreasing, another solution is provided using new antenna array technologies in order to manage efficiently heterogeneous, fixed and mobile traffic. A heterogeneous antenna system with different large antenna array technologies is considered to ooad static congestion areas and also the dynamical mobile congestion: Virtual Small Cell (VSC), virtual small cell with Self-Organizing Network (VSC-SON) and beamforming with multilevel global codebook that manages the heterogeneous antenna system at the Base Station (BS). The first two technologies improve the cell performance due to the capability to focus the signal at the traffic concentration. The novel beamforming solution with global codebook can further and significantly improve performance due to the capability to focus the signal along the road and to implicitly balance the traffic between the different antennas. We compare all these technologies and their impact on the network performance. The issue of user selection to allocate a portion (in time or in bandwidth) of the available resource is also analyzed. Moreover the context of resource management and network performance for 5G in high mobility is one of the future challenges. Thanks to the Minimization of Drive Testing (MDT) technology, networks can have Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR) information with Geo-Localized Measurements (GLM).We introduce the concept of Forecast Scheduler for users in high mobility. It is assumed that a Radio Environment Map (REM) can provide interpolated SINR values along the user trajectories. Mobile users experience in their trajectories different mean SINR values. In mobile networks, schedulers exploit channel quality variation by giving the signal to the user experiencing best channel conditions while remaining fair. Nevertheless, we cannot record data rates of users with high mobility due to a very small time coherence. The Forecast Scheduling will exploit the SINR variation during users' trajectories.

Examensarbetet är en studie i felsökning och optimering av IP-telefonisystem i ett befintligt nät. Här beskrivs hur ett IP-telefoninät bör byggas och konfigureras för optimal prestanda utifrån Ciscos rekommendationer. Det aktuella nätet är IT-Partners nät som drivs av Nortel när det gäller IP-telefonidelen. I dagsläget har de vissa återkommande problem när det gäller IP-telefonin t.ex. att samtalet bryts då och då. Det är nämnt vad problemet kan vara och vilka lösningar som skulle passa nätet. I allmänt brister kunskaperna i IP-telefoni vilket medför att problem kan uppstå med att få ett IP-telefonisystem att fungera som det ska. Vidare berättas varför ett IP-telefonisystem inte optimeras redan från första stadiet.

The prime objective is to investigate how technology and work organization can support the workflow in handling time critical emergency calls, having the prerequisites of giving the highest priority to saving human lives and minimizing the effects of emergency situations. The challenge is to maintain and improve the quality of service (QoS) during and after a proposed technology driven organizational change. This thesis is based on empirical work including extensive ethnographical studies of emergency call handling at Swedish Emergency Service Centres, SOS centres. Today the SOS centres are basically organized as independent centres. The proposed technology enabled organization concerns the contingency of handling emergency calls nationwide, in SOS clusters. One of the desired outcomes of this reorganization is that peaks and falls in the handling of emergency calls will be levelled out. It is assumed that any operator will be able to handle the call independent of the location of the emergency situation, opening up for a more efficient handling of incoming calls. In principle, introducing new information technologies enables this reorganization of SOS centres. However, the basic claim of our investigation is that a transition to the new organization has to take into account systemic requirements, to support a non-disruptive change. The first of the three main results concerns essential aspects of technology based organizational changes. From the empirical work, we have concluded that the tasks constituting the workflows at SOS centers are conducted in parallel, and that the coordination of the tasks can be modeled using a risk-driven blackboard-based spiral model. We have also concluded that there is a rich face-to-face communication and body language situation within the centers supporting coordination of workflows. This coordination is context-dependent thus the means of creating awareness of the overall situation in the centre support the acquisition of important extra information in the specific case. The second result concerns methods and models to increase the quality of the requirement specification process. The principal approach is to specify assessments and systemic requirements. Furthermore, issues such as how to validate empirically based workflow models, as well as how to measure groupware usability and how to support the information sensitive change are considered. Suggestions concerning methods and models that could provide means to that end are presented. The third result concerns identification of relevant research and development challenges coupled with new insights about combining ethnographical approaches with system modeling. Identification and suggestion of suitable experimental platform design, enabling testing of service qualities, including a suggested role for agent technologies are presented. / Utmaningen är att säkerställa och förbättra kvalitén i hanteringen av nödsamtal vid en eventuell förändring från enskilda SOS centraler till SOS cluster.

The demand for network resources (e.g. forwarding capacity, buffer space) by increasingly used real-time multimedia applications is growing. Moreover, their stringent performance requirements (e.g. delay and jitter bounds) pose challenges on network resource management (RM). RM determines how available resources are modeled and distributed to achieve a performance goal such as assuring forwarding quality to real-time multimedia applications. Improvements to existing RM mechanisms can avoid performance limitations of networks by facilitating more efficient use of scarce resources. For example, in a vehicular to infrastructure (V2I) communication scenario that uses IP Multimedia Subsystem (IMS) lacking RM support for multicast, the 3G downlink quickly becomes a bottleneck although some information is addressed to multiple receivers. The main goal of this thesis is to develop RM algorithms and protocols that improve forwarding capacity utilization and remove performance bottlenecks. An additional goal is to improve the scalability of existing RM mechanisms. Three architectural paradigms are covered to demonstrate the advantages of efficient and systematic network RM: open access networks (OAN), next generation networks (NGN), and heterogeneous access networks (HAN). For OAN, a cross-layer signaling technique called parameter injection was developed. It reduces the signaling overhead and update time for real-time multimedia sessions over Wi-Fi while autonomously selecting the format and CODEC that best match the current resource settings. Within NGN, a resource management protocol is proposed for extending unicast signaling in IMS with multicast capabilities. The contribution uses adaptive and dynamic group size selection to improve resource utilization on the 3G downlink for the signaling and data planes. For HAN, an algorithm is proposed that predicts the best access network for achieving the highest QoE of a real-time multimedia session with the available QoS resources based on regression and statistical learning. In all three paradigms, the provided core contributions serve the common goal of achieving a performance edge in terms of efficiency and systematic operation with a limited amount of network resources. / <p>Godkänd; 2011; 20110207 (ysko); DISPUTATION Nedanstående person kommer att disputera för avläggande av teknologie doktorsexamen. Namn: Muslim Elkotob Ämnesområde: Mobila system/Mobile Systems Avhandling: Efficient and Systematic Network Resource Management Opponent: Professor Anna Brunström, Institutionen för datavetenskap, Karlstads universitet Ordförande: Docent Christer Åhlund, Institutionen för system- och rymdteknik, Luleå tekniska universitet Tid: Fredag den 18 mars 2011, kl 10.00 Plats: A1514, Luleå tekniska universitet</p>

Diploma thesis is focused on the supporting of Quality of Services in wireless networks, especially in the Linux operation systems. The topic is connected not only with OS, but also with the wireless standard, which supports QoS in wireless networks called IEEE 802.11e. QoS is needed especially for time-consuming data transfers in real time. The theoretical part deals with the theoretical analysis of the issue of the QoS support. There are described parameters, which occurred in quality of services support. This section also deals with the division of services that are used to transmit data across computer networks. It also describes the QoS support in wireless networks according 802.11e, its implementation and methods of accessing a medium with a without possibility of traffic. This part is followed by a description of QoS support in UNIX operating systems. The chapter describes how is the QoS support designed in these operating systems. There are also characterized concrete tools which are used for control the data flow in the operating systems using Linux. At the end the theoretical part deals with different types of queues and methods used in linux OS. In the practical part of the thesis, there are various designed topologies and scenarios to verify the functionality of QoS support in wireless networks using a Unix system. These chapters show the results of different tests at selected transmission data streams that are sensitive to transmission time. There is also verified cooperation of QoS support between devices operating on the network and data link layers. The output of this work is to design a laboratory exercise for the subject Network Architecture. This exercise is focused on familiarization with the QoS support functionality in wireless networks and in Unix-like operating systems. This chapter also describes the devices and programs that are needed to measure this task. The last part of the chapter describes the procedure for the preparation of the measuring station. For this laboratory task, there is an inserted manual in the annex.

This thesis discusses wireless network standards 802.11a/b/g/n. First part explains basic principles of networks and media access. Next the standard IEEE 802.11, general QoS parameters and their application in wireless networks, according to standard 802.11e are analyzed. Second part of the thesis verifies the acquired knowledge in simulating program Opnet - effects of the delay, jitter and packet loss on VoIP call are tested. In the last part of the thesis a network for video streaming has been designed. The video was streamed in different qualities and the influence of other network traffic (with and without the support of QoS) on the video streaming was tested.

Für die Implementierung von Hochgeschwindigkeits-LANs bieten sich gegenwärtig zwei Technologien an. Dies ist zunächst der verbindungsorientiert arbeitende Asynchronus Transfer Mode (ATM), welcher u.a. garantierte Bandbreiten ermöglicht und auch für WAN-Anwendungen einsetzbar ist. Ein Nachteil von ATM ist die Inkompatiblität zu den verbreitetsten LAN- Technologien, Ethernet und Token Ring. Für die Kopplung mit solchen LANs müssen spezielle Server herangezogen werden. Im Gegensatz dazu steht Gigabit Ethernet (GE) als Weiterentwicklung des Ethernet-Standards (IEEE 802.3). GE arbeitet verbindungslos und ist kompatibel zur Ethernet-Familie und anderen IEEE 802 konformen Technologien. Mit der Verfügbarkeit der IEEE-Standards 802.1p, 802.1x, 802.1Q und 802.1D sowie proprietären Mechanismen können mit Gigabit Ethernet LANs aufgebaut werden, die ATM-ähnliche Eigenschaften besitzen. Durch den Einsatz des TCP/IP Protokolls, welches traditionell in Netzen zur wissenschaftlichen Datenverarbeitung Verwendung findet, bleiben Eigenschaften, vor allem von ATM, verborgen. Dies betrifft insbesondere die dynamische Anforderung von Bandbreitengarantien (QoS).

Das Chemnitzer StudentenNetz (CSN) setzt seit mehreren Jahren ein System zur automatischen Regelung der Bandbreite ("DynShaper") basierend auf den Grundlagen der Diplomarbeit von Jan Horbach "Dynamische Bandbreitenbeschränkung mit QoS" ein. Aufgrund der weiterhin bestehenden Notwendigkeit zum Einsatz dieses Systems, ist es nötig die DynShaper-Software zu überarbeiten, um ihre Implementierung an die Standards des CSN anzupassen und die unvollständige Dokumentation zu ergänzen. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Integration des Systems in die bestehende Softwarearchitektur des CSN und der Schaffung einer modularen Implementierung zur Evaluierung anderer Berechnungsverfahren.

Das Anbieten, die Vermittlung und der Konsum von Softwarekomponenten nach dem Paradigma „Software-as-a-Service“ über das Internet wird zunehmend populärer. Diese so genannten elektronischen Dienstleistungen unterschiedlicher Komplexität werden auf Netzwerkservern zur Verfügung gestellt und können von anderen Anwendungen eingebunden werden. Damit können Ressourcen für die Entwicklung und das Betreiben eigener Dienste eingespart werden. Traditionelle Beispiele solcher Dienste sind Währungsumrechnungen oder Wettervorhersagen , aber auch komplexere Geschäftsprozesse, wie z.B. Rechnungsprüfdienste , werden vermehrt als elektronische Dienste bereitgestellt. Voraussetzung für die Akzeptanz der elektronischen Dienstleistungen ist die Absicherung deren Dienstgüte (engl. Quality of Service). Die Dienstgüte gibt Auskunft darüber, wie gut ein Dienst seine Funktion erbringt. Klassische Parameter sind Antwortzeit oder Verfügbarkeit. Die Betrachtung der Dienstgüte hat für den Dienstnutzer als auch für den Dienstanbieter Vorteile: Durch die Angabe der Dienstgüte kann sich der Dienstanbieter von seiner Konkurrenz abgrenzen, während der zukünftige Dienstnutzer in der Lage ist, die Performanz seiner Systeme, welche den Dienst integrieren, abzuschätzen. Beide Parteien streben eine möglichst hohe Dienstgüte an. Die Bestimmung der Dienstgüte in zusammengesetzten Dienstleistungen wurde in den letzten Jahren viel diskutiert. In diesem Zusammenhang ist besonders die Dienstgütezuverlässigkeit eines Dienstes wichtig. Die Dienstgütezuverlässigkeit gibt an, wie sicher es einem Dienst gelingt, seine Qualitätsversprechen einzuhalten. Je nach Kontext spricht man von relativer oder absoluter Dienstgütezuverlässigkeit. Die relative Dienstgütezuverlässigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Dienstes seine Dienstgütegarantien während der nächsten Interaktion einzuhalten, während sich die absolute Dienstgütezuverlässigkeit auf den Zeitraum der nächsten n Interaktionen bezieht. Verletzt ein Dienst eine Dienstgütegarantie, weil er beispielsweise nicht in der vorgegebenen Zeit antwortet, so gefährdet der Dienstnutzer die Performanz seiner Systeme, während der Dienstanbieter mit Strafzahlungen zu rechnen hat. Die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit einer zusammengesetzten Dienstleistung hat verschiedene Vorteile. Sie gestattet dem Dienstanbieter z.B. drohende Qualitätsverschlechterungen vorherzusagen und auf diese geeignet zu reagieren. Auch der Dienstnutzer profitiert von der Existenz der Dienstgütezuverlässigkeit. Er kann z.B. das Risiko für seine Systeme besser kalkulieren. Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit in zusammengesetzten Dienstleistungen. Zu diesem Zweck wird die Dienstgütezuverlässigkeit von Teildiensten auf Basis ihrer Monitoring-Historie vorhergesagt. Die Monitoring-Historie protokolliert für jeden Dienst und jede Dienstgütegarantie, ob in vergangenen Interaktionen Dienstgüteverletzungen stattgefundenen haben. Die Dienstgütezuverlässigkeit eines Teildienstes wird als Verletzungswahrscheinlichkeit gemessen, die angibt, wie wahrscheinlich eine Dienstgüteverletzung durch den Teildienst ist. Für die Vorhersage der relativen Verletzungswahrscheinlichkeit kommt eine Markov-Kette erster Ordnung zum Einsatz. Die Bestimmung der absoluten Verletzungswahrscheinlichkeit beruht auf den Prinzipien der allgemeinen Stochastik. Die Berechnungszeit beträgt in beiden Fällen wenige Millisekunden. Beide Verfahren liefern äußerst zuverlässige Vorhersagewerte. Auf Basis der Verletzungswahrscheinlichkeiten der Teildienste wird die Dienstgütezuverlässigkeit der zusammengesetzten Dienstleistung bestimmt. Sie kann detailliert in Form der Verletzungsmatrix oder als einfacher numerischer Wert in Form der Verletzungszahl angegeben werden. Die Verletzungsmatrix einer Dienstgütegarantie enthält die Eintrittswahrscheinlichkeit für jede mögliche Anzahl von Dienstgüteverletzungen. Ihre Aufstellung erfordert exponentiellen Aufwand. Demgegenüber besitzt die Verletzungszahl eine lineare Berechnungszeit. Sie gibt die Belastung einer Dienstleistung mit Dienstgüteverletzungen an. Die Dienstgütezuverlässig ist dabei umso geringer je kleiner die Werte der Verletzungsmatrix und Verletzungszahl sind.