Zugl.: Dresden, Techn. University, Diss., 2008.

Zugl.: Würzburg, Universiẗat, Diss., 2008.

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2007

Master-Arbeit Univ. St. Gallen, 2007.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Darmstadt.

Techn. University, Diss., 2004--Darmstadt.

Techn. University, Diss., 2004--Berlin.

Gemeinsamer Workshop von Universitaetsrechenzentrum und Professur "Rechnernetze und verteilte Systeme" der Fakultaet fuer Informatik der TU Chemnitz. Workshop-Thema: Mobilitaet Technik und Anwendungsmöglichkeiten des Mobilfunkstandards der 3. Generation unter Einbeziehung von Vorgänger-, Alternativ-, sowie Nachfolgesystemen.

The fifth generation (5G) of mobile communication networks is envisioned to enable a variety of novel applications. These applications demand requirements from the network, which are diverse and challenging. Consequently, the mobile network has to be not only capable to meet the demands of one of these applications, but also be flexible enough that it can be tailored to different needs of various services. Among these new applications, there are use cases that require low latency as well as an ultra-high reliability, e.g., to ensure unobstructed production in factory automation or road safety for (autonomous) transportation. In these domains, the requirements are crucial, since violating them may lead to financial or even human damage. Hence, an ultra-low probability of failure is necessary. Based on this, two major questions arise that are the motivation for this thesis. First, how can ultra-low failure probabilities be evaluated, since experiments or simulations would require a tremendous number of runs and, thus, turn out to be infeasible. Second, given a network that can be configured differently for different applications through the concept of network slicing, which performance can be expected by different parameters and what is their optimal choice, particularly in the presence of other applications. In this thesis, both questions shall be answered by appropriate mathematical modeling of the radio interface and the radio access network. Thereby the aim is to find the distribution of the (end-to-end) latency, allowing to extract stochastic measures such as the mean, the variance, but also ultra-high percentiles at the distribution tail. The percentile analysis eventually leads to the desired evaluation of worst-case scenarios at ultra-low probabilities. Therefore, the mathematical tool of queuing theory is utilized to study video streaming performance and one or multiple (low-latency) applications. One of the key contributions is the development of a numeric algorithm to obtain the latency of general queuing systems for homogeneous as well as for prioritized heterogeneous traffic. This provides the foundation for analyzing and improving end-to-end latency for applications with known traffic distributions in arbitrary network topologies and consisting of one or multiple network slices. / Es wird erwartet, dass die fünfte Mobilfunkgeneration (5G) eine Reihe neuartiger Anwendungen ermöglichen wird. Allerdings stellen diese Anwendungen sowohl sehr unterschiedliche als auch überaus herausfordernde Anforderungen an das Netzwerk. Folglich muss das mobile Netz nicht nur die Voraussetzungen einer einzelnen Anwendungen erfüllen, sondern auch flexibel genug sein, um an die Vorgaben unterschiedlicher Dienste angepasst werden zu können. Ein Teil der neuen Anwendungen erfordert hochzuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz, um beispielsweise unterbrechungsfreie Produktion in der Fabrikautomatisierung oder Sicherheit im (autonomen) Straßenverkehr zu gewährleisten. In diesen Bereichen ist die Erfüllung der gestellten Anforderungen besonders kritisch, da eine Verletzung finanzielle oder sogar personelle Schäden nach sich ziehen könnte. Eine extrem niedrige Ausfallwahrscheinlichkeit ist daher von größter Wichtigkeit. Daraus ergeben sich zwei wesentliche Fragestellungen, welche diese Arbeit motivieren. Erstens, wie können extrem niedrige Ausfallwahrscheinlichkeiten evaluiert werden. Ihr Nachweis durch Experimente oder Simulationen würde eine extrem große Anzahl an Durchläufen benötigen und sich daher als nicht realisierbar herausstellen. Zweitens, welche Performanz ist für ein gegebenes Netzwerk durch unterschiedliche Konfigurationen zu erwarten und wie kann die optimale Konfiguration gewählt werden. Diese Frage ist insbesondere dann interessant, wenn mehrere Anwendungen gleichzeitig bedient werden und durch sogenanntes Slicing für jeden Dienst unterschiedliche Konfigurationen möglich sind. In dieser Arbeit werden beide Fragen durch geeignete mathematische Modellierung der Funkschnittstelle sowie des Funkzugangsnetzes (Radio Access Network) adressiert. Mithilfe der Warteschlangentheorie soll die stochastische Verteilung der (Ende-zu-Ende-) Latenz bestimmt werden. Dies liefert unterschiedliche stochastische Metriken, wie den Erwartungswert, die Varianz und insbesondere extrem hohe Perzentile am oberen Rand der Verteilung. Letztere geben schließlich Aufschluss über die gesuchten schlimmsten Fälle, die mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit eintreten können. In der Arbeit werden Videostreaming und ein oder mehrere niedriglatente Anwendungen untersucht. Zu den wichtigsten Beiträgen zählt dabei die Entwicklung einer numerischen Methode, um die Latenz in allgemeinen Warteschlangensystemen für homogenen sowie für priorisierten heterogenen Datenverkehr zu bestimmen. Dies legt die Grundlage für die Analyse und Verbesserung von Ende-zu-Ende-Latenz für Anwendungen mit bekannten Verkehrsverteilungen in beliebigen Netzwerktopologien mit ein oder mehreren Slices.

Um laut BfS gesundheitliche Wirkungen bei der Handynutzung auszuschließen, sollte die SAR eines Handys 2 W/kg nicht überschreiten. Dieser Höchstwert wurde von der ICNIRP seit 1998 empfohlen. Die deutsche Strahlenschutzkommission und die EU-Kommission schlossen sich dem 1998 bzw. 1999 an und es wurden Normen entworfen, um die Einhaltung des Grenzwertes zu prüfen. Laut Herstellerangaben unterschreiten alle Handys, die im Handel erhältlich sind, den von der ICNRP empfohlenen Grenzwert von 2 W/kg. Nationale und internationale Forschungen haben gezeigt, dass durch elektromagnetische Strahlung keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu erwarten sind. Explizit für die Nutzung von Mobiltelefonen zeigen jüngste Ergebnisse, dass die Häufigkeit von Hirntumoren nicht erhöht ist. Wer trotzdem seine individuelle Strahlenexposition verringern möchte, kann dies durch die aufgezeigten Beispiele im Alltag leicht realisieren.:Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 1 Aufgabe 2 Elektromagnetische Felder 2.1 Überblick 2.2 Hochfrequente elektromagnetische Felder 3 Funktionsweisen von Mobilfunk, WLAN und LAN 3.1 Mobilfunk 3.2 WLAN und LAN 4 SAR-Werte und Gefahren für den menschlichen Organismus 5 Bestimmungen zum Arbeits- und Gesundheitsschutz 6 Maßnahmen, um individuelle Strahlenexposition zu senken 7 Das Wichtigste im Überblick Literaturverzeichnis / According to the BfS, in order to rule out health effects when using a mobile phone, the SAR of a mobile phone should not exceed 2 W/kg. This maximum level has been recommended by ICNIRP since 1998. The German Radiation Protection Commission and the EU Commission followed suit in 1998 and 1999 respectively and standards were drafted to check compliance with the limit value. According to the manufacturer, all mobile phones that are commercially available fall below the limit of 2 W/kg recommended by the ICNRP. National and international research has shown that no health impairments are to be expected from electromagnetic radiation. Explicitly for the use of mobile phones, recent results show that the incidence of brain tumors is not increased. If you still want to reduce your individual radiation exposure, you can easily do this in everyday life using the examples shown.:Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 1 Aufgabe 2 Elektromagnetische Felder 2.1 Überblick 2.2 Hochfrequente elektromagnetische Felder 3 Funktionsweisen von Mobilfunk, WLAN und LAN 3.1 Mobilfunk 3.2 WLAN und LAN 4 SAR-Werte und Gefahren für den menschlichen Organismus 5 Bestimmungen zum Arbeits- und Gesundheitsschutz 6 Maßnahmen, um individuelle Strahlenexposition zu senken 7 Das Wichtigste im Überblick Literaturverzeichnis