No description available.

Information-theoretic arguments focus on modeling the reliability of information transmission, assuming availability of infinite data at sources, thus ignoring randomness in message generation times at the respective sources. However, in information transport networks, not only is reliable transmission important, but also stability, i.e., finiteness of mean delay in- curred by messages from the time of generation to the time of successful reception. Usually, delay analysis is done separately using queueing-theoretic arguments, whereas reliable information transmission is studied using information theory. In this thesis, we investigate these two important aspects of data communication jointly by suitably combining models from these two fields. In particular, we model scheduled communication of messages , that arrive in a random process, (i) over multiaccess channels, with either independent decoding or joint decoding, and (ii) over degraded broadcast channels. The scheduling policies proposed permit up to a certain maximum number of messages for simultaneous transmission. In the first part of the thesis, we develop a multi-class discrete-time processor-sharing queueing model, and then investigate the stability of this queue. In particular, we model the queue by a discrete-time Markov chain defined on a countable state space, and then establish (i) a sufficient condition for c-regularity of the chain, and hence positive recurrence and finiteness of stationary mean of the function c of the state, and (ii) a sufficient condition for transience of the chain. These stability results form the basis for the conclusions drawn in the thesis. The second part of the thesis is on multiaccess communication with random message arrivals. In the context of independent decoding, we assume that messages can be classified into a fixed number of classes, each of which specifies a combination of received signal power, message length, and target probability of decoding error. Each message is encoded independently and decoded independently. In the context of joint decoding, we assume that messages can be classified into a fixed number of classes, each of which specifies a message length, and for each of which there is a message queue. From each queue, some number of messages are encoded jointly, and received at a signal power corresponding to the queue. The messages are decoded jointly across all queues with a target probability of joint decoding error. For both independent decoding and joint decoding, we derive respective discrete- time multiclass processor-sharing queueing models assuming the corresponding information-theoretic models for the underlying communication process. Then, for both the decoding schemes, we (i) derive respective outer bounds to the stability region of message arrival rate vectors achievable by the class of stationary scheduling policies, (ii) show for any mes- sage arrival rate vector that satisfies the outer bound, that there exists a stationary “state-independent” policy that results in a stable system for the corresponding message arrival process, and (iii) show that the stability region of information arrival rate vectors, in the limit of large message lengths, equals an appropriate information-theoretic capacity region for independent decoding, and equals the information-theoretic capacity region for joint de-coding. For independent decoding, we identify a class of stationary scheduling policies, for which we show that the stability region in the limit of large maximum number of simultane-ous transmissions is independent of the received signal powers, and each of which achieves a spectral efficiency of 1 nat/s/Hz in the limit of large message lengths. In the third and last part of the thesis, we show that the queueing model developed for multiaccess channels with joint decoding can be used to model communication over degraded broadcast channels, with superposition encoding and successive decoding across all queues. We then show respective results (i), (ii), and (iii), stated above.

<p>In future mobile networks service quality might be poor. A new measure is needed to be able to assess services in terms of their effectiveness and usefulness despite their lacking visual appeal. Cognitive Quality of Service is a way to measure the effectiveness in use of a networked service.</p><p>This thesis introduces Cognitive Quality of Service and puts it in relation to other ways to measure quality in streaming media. Through four studies the concept is used to improve multicast performance in a WLAN, to assess the effectiveness of simple animations compared to video, to build an application that fuses video and animations and to assess the differences between various levels of streaming video quality.</p><p>Guidelines on how to measure Cognitive Quality of Service are introduced based on a review of available literature and later analyzed in light of the studies presented in the thesis. It turns out that the guidelines are sound and should be used as a basis for assessing Cognitive Quality of Service.</p><p>Finally, the usefullness of Cognitive Quality of Service is analyzed. It turns out that it is especially useful when comparing different media, e.g. animations and video. In the video only case even bit-rate might be a useful predictor of subjective quality.</p> / <p>I framtiden kommer användare att titta på videosekvenser i trådlösa apparater, exempelvis mobiltelefoner. På grund av tekniska faktorer som störningar och på grund av kostnaden för det kommer den kvalitet som de erhåller inte att vara jämförbar med till exempel den kvalitet som kan erhållas när man tittar på tv. Trots det kan man anta att sådan video kan vara intressant och upplysande.</p><p>I avhandlingen introduceras och används begreppet Cognitive Quality of Service (CQoS) - kognitiv servicekvalitet. Begreppet definieras av att den överföring som ger den bästa förståelsen och känslomässiga reaktionen också har bäst CQoS. För att mäta CQoS bör man följa vissa riktlinjer, särskilt som det är svårt att mäta förståelse i samband med att man tittar på video.</p><p>Författaren har tillsammans med medarbetare tittat på hur man kan förbättra förhållandena för själva radioöverföringen (studie I). Genom en algoritm som ger multicast-paket bättre skydd mot kollisioner visas att man kan erhålla förbättrad överföringskapacitet för strömmande video i ett trådlöst nätverk.</p><p>Animeringar är ett alternativ till video som kräver låg bandbredd. I ett experiment har man undersökt hur väl animeringar står sig mot video av olika kvalitet när det gäller att upplysa användaren och ge en bra upplevelse (studie II). Det visade sig att animeringar var bättre för förståelsen medan video gav en bättre känslomässig upplevelse. Vanare åskådare föredrog videon medan ovanare åskådare föredrog animeringarna.</p><p>Frågan som ställdes var då hur man kunde kombinera respektive mediums fördelar för att få en så bra blandning som möjligt. Å ena sidan var animeringarna billiga och lätta att förstå medan videon var dyrare och mer intressant. Ett prototypgränssnitt skapades. Där kunde användaren själv välja vilken mix mellan de två alternativen som skulle visas (studie III). Det visade sig att försökspanelen föredrog video och dessutom ville ha mer information om spelare och match.</p><p>Trots animationernas förträfflighet kan man anta att det ändå är video som kommer att dominera i framtiden. En sista studie genomfördes för att se om man kunde finna liknande resultat vid olika kvalitetsgrader i video som man tidigare hade funnit mellan video och animeringar (studie IV). Det visade sig att så länge man höll sig till ett format var sambanden enklare. Mer var helt enkelt bättre upp till en viss gräns där det inte tillförde mer att öka överföringsresurserna för videon.</p><p>Sammanfattningsvis visar studierna att CQoS kan ge värdefull designkunskap. I synnerhet när man jämför olika presentationsformer som i det här fallet animeringar och video. Nästa steg blir att gå vidare med att applicera CQoS i tvåvägskommunikation, särskilt i Conversational Multimedia (CMM)– ungefär bildtelefoni – där det är särskilt goda möjligheter att sammanställa en för omständigheterna anpassad mediamix.</p>

In future mobile networks service quality might be poor. A new measure is needed to be able to assess services in terms of their effectiveness and usefulness despite their lacking visual appeal. Cognitive Quality of Service is a way to measure the effectiveness in use of a networked service. This thesis introduces Cognitive Quality of Service and puts it in relation to other ways to measure quality in streaming media. Through four studies the concept is used to improve multicast performance in a WLAN, to assess the effectiveness of simple animations compared to video, to build an application that fuses video and animations and to assess the differences between various levels of streaming video quality. Guidelines on how to measure Cognitive Quality of Service are introduced based on a review of available literature and later analyzed in light of the studies presented in the thesis. It turns out that the guidelines are sound and should be used as a basis for assessing Cognitive Quality of Service. Finally, the usefullness of Cognitive Quality of Service is analyzed. It turns out that it is especially useful when comparing different media, e.g. animations and video. In the video only case even bit-rate might be a useful predictor of subjective quality. / I framtiden kommer användare att titta på videosekvenser i trådlösa apparater, exempelvis mobiltelefoner. På grund av tekniska faktorer som störningar och på grund av kostnaden för det kommer den kvalitet som de erhåller inte att vara jämförbar med till exempel den kvalitet som kan erhållas när man tittar på tv. Trots det kan man anta att sådan video kan vara intressant och upplysande. I avhandlingen introduceras och används begreppet Cognitive Quality of Service (CQoS) - kognitiv servicekvalitet. Begreppet definieras av att den överföring som ger den bästa förståelsen och känslomässiga reaktionen också har bäst CQoS. För att mäta CQoS bör man följa vissa riktlinjer, särskilt som det är svårt att mäta förståelse i samband med att man tittar på video. Författaren har tillsammans med medarbetare tittat på hur man kan förbättra förhållandena för själva radioöverföringen (studie I). Genom en algoritm som ger multicast-paket bättre skydd mot kollisioner visas att man kan erhålla förbättrad överföringskapacitet för strömmande video i ett trådlöst nätverk. Animeringar är ett alternativ till video som kräver låg bandbredd. I ett experiment har man undersökt hur väl animeringar står sig mot video av olika kvalitet när det gäller att upplysa användaren och ge en bra upplevelse (studie II). Det visade sig att animeringar var bättre för förståelsen medan video gav en bättre känslomässig upplevelse. Vanare åskådare föredrog videon medan ovanare åskådare föredrog animeringarna. Frågan som ställdes var då hur man kunde kombinera respektive mediums fördelar för att få en så bra blandning som möjligt. Å ena sidan var animeringarna billiga och lätta att förstå medan videon var dyrare och mer intressant. Ett prototypgränssnitt skapades. Där kunde användaren själv välja vilken mix mellan de två alternativen som skulle visas (studie III). Det visade sig att försökspanelen föredrog video och dessutom ville ha mer information om spelare och match. Trots animationernas förträfflighet kan man anta att det ändå är video som kommer att dominera i framtiden. En sista studie genomfördes för att se om man kunde finna liknande resultat vid olika kvalitetsgrader i video som man tidigare hade funnit mellan video och animeringar (studie IV). Det visade sig att så länge man höll sig till ett format var sambanden enklare. Mer var helt enkelt bättre upp till en viss gräns där det inte tillförde mer att öka överföringsresurserna för videon. Sammanfattningsvis visar studierna att CQoS kan ge värdefull designkunskap. I synnerhet när man jämför olika presentationsformer som i det här fallet animeringar och video. Nästa steg blir att gå vidare med att applicera CQoS i tvåvägskommunikation, särskilt i Conversational Multimedia (CMM)– ungefär bildtelefoni – där det är särskilt goda möjligheter att sammanställa en för omständigheterna anpassad mediamix.

We consider optimal power allocation policies for a single server, multiuser wireless communication system. The transmission channel may experience multipath fading. We obtain very efficient, low computational complexity algorithms which minimize power and ensure stability of the data queues. We also obtain policies when the users may have mean delay constraints. If the power required is a linear function of rate then we exploit linearity and obtain linear programs with low complexity. We also provide closed-form optimal power policies when there is a hard deadline delay constraint. Later on, we also extend single hop results to multihop networks. First we consider the case, when the transmission rate is a linear function of power. We provide low complexity algorithms for joint routing, scheduling and power control which ensure stability of the queues, certain minimum rates, end-to-end hard deadlines, and/or upper bounds on the end-to-end mean delays. Further we extend these results to the multihop networks where the power is a general monotonically increasing function of rate. For our algorithms, we also provide rates of convergence to the stationary distributions for the queue length process and also approximate end-to-end mean delays. Finally, we provide computationally efficient algorithms that minimize the total power when there is a end-to-end hard deadline delay constraint.