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Enhanced resource utilization in the evolved packet core network for 4G/LTE mobile broadband services

Albasheir, Suliman Khaled (2016). Enhanced resource utilization in the evolved packet core network for 4G/LTE mobile broadband services. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Over the past years, digital communication and telecommunication have played a significant role in people’s life through introducing several innovative services (e.g. video conferencing, online banking, e-Health, etc) that are continuously enhancing the people interaction with the rest of the world. With years to come, the telecommunication industry will gain more importance and more telecom related services will be introduced considering that human, machines, cars, banks, hospitals, and other things will be all connected. The whole world is getting closely connected seeking to serve the human in every detail in this life. Consequently, telecom systems/ networks will be more complicated, require more resources and involve more challenging requirements.

The 4G LTE technology (Long Term Evolution) has been introduced and the 5G technology is being planned to ensure that the needed infrastructure/technology is present to meet any requirements of the mobile services. To ensure high performance, throughput and scalability, efficient resource allocation and network optimization are very crucial in all 4G/LTE & 5G communication systems that would help to avoid wasting the resources and ensure service availability and systems/networks efficiency. Considering the improvements introduced in the 4G/LTE radio access and the enhancements planned for the 5G technology, the mobile core network "EPC" (Evolved Packet Core network) should evolve accordingly to cope with the big improvements at the radio access network. Hence, the EPC systems should provide higher throughput and less latency to ensure the end-to-end performance and quality of the newly introduced mobile services.

The real-time and conversational LTE services require guaranteed resources to be strictly allocated for the whole lifetime of the service call. The LTE Evolved Packet Core network (EPC) internal design is inadequate with regards to the resources reservation techniques used to carry out the guaranteed dedicated services. In fact, EPC does not have the capabilities to utilize properly the unused bandwidth of the guaranteed bearer when the reserved bandwidth is not fully used by the mobile service. The unused guaranteed bandwidth is considered as wasted resources and consequently the whole LTE/EPC network efficiency gets affected. In this work, we will propose an adaptive technique which enhances the resource reservation for the LTE Mobile guaranteed services. In our research work, we provide techniques to; analyze the ongoing mobile guaranteed traffic usage, provide time-series models that mathematically represent the conducted data, forecast the mobile service guaranteed resource consumption, identify the wasted/unused resources and utilize these resources by other services. Our experiments were conducted on several datasets captured on emulated LTE environment. The experimental results show that our approach is feasible and beneficial as it enhances the resource allocation for the LTE mobile services and increases the overall throughput of the LTE/EPC networks.

Titre traduit

Améliorer utilisation des ressources dans le paquet Evolved réseau central pour 4G/LTE mobile services à large bande

Résumé traduit

Au cours des dernières années, la communication numérique et de télécommunication ont joué un rôle important dans la vie des gens grâce à l’introduction de plusieurs services innovants (par exemple de vidéoconférence, des services bancaires en ligne, e-santé, etc.) qui sont en permanence l’amélioration de la personne interaction avec le reste du monde. Avec les années à venir, l’industrie des télécommunications va gagner plus d’importance et plus de services de télécommunications liés sera introduit considérant que les droits, les machines, les voitures, les banques, les hôpitaux, et d’autres choses seront tous connectés. Le monde entier devient étroitement lié à la recherche au service de l’humain dans les moindres détails dans cette vie. Par conséquent, les systèmes de télécommunications/réseaux seront plus compliqués, nécessiter plus de ressources et d’impliquer des exigences plus difficiles. La technologie 4G ÉLT (évolution à long terme) a été introduite et la technologie 5G est prévue d’assurer que l’infrastructure/technologie nécessaire est présente pour répondre à toutes les exigences des services mobiles. Pour assurer une haute performance, le débit et l’évolutivité, une allocation efficace des ressources et l’optimisation du réseau sont très cruciales dans tous les systèmes 4G/ÉLT & 5G communication qui permettraient d’éviter de gaspiller les ressources et d’assurer la disponibilité et les systèmes de service/réseaux efficacité. Compte tenu des améliorations apportées dans le/accès radio ÉLT 4G et les améliorations prévues pour la technologie 5G, le coeur de réseau mobile EPC (Evolved Packet Core network) devrait évoluer en conséquence pour faire face aux grandes améliorations au niveau du réseau d’accès radio. Par conséquent, les systèmes EPC devraient fournir un débit plus élevé et moins de latence pour assurer la performance de bout en bout et la qualité des services mobiles nouvellement introduits. Le temps réel et des services ÉLT conversation nécessitent garantie de ressources pour être strictement allouées pour toute la durée de l’appel de service. La conception interne réseau ÉLT Evolved Packet Core (EPC) est insuffisante en ce qui concerne les techniques de réservation des ressources utilisées pour effectuer les services dédiés garantis. En fait, EPC n’a pas les capacités nécessaires pour utiliser correctement la bande passante inutilisée du porteur garanti lorsque la bande passante réservée n’est pas entièrement utilisée par le service mobile. La largeur de bande garantie utilisée est considérée comme un gaspillage de ressources et par conséquent l’efficacité du réseau ÉLT ensemble/EPC se touchés. Dans ce travail, nous allons proposer une technique adaptative qui améliore la réservation de ressources pour les services ÉLT mobiles garantis. Dans notre travail de recherche, nous fournissons des techniques pour: analyser le mobile garanti l’utilisation du trafic en cours, fournir des modèles de séries chronologiques qui représentent mathématiquement les données menées, prévoir la garantie de la consommation de services mobiles des ressources, identifier les ressources inutilisées/-gaspillées et utilisent ces ressources par d’autres services. Nos expériences ont été menées sur plusieurs jeux de données capturées sur l’environnement ÉLT émulé. Les résultats expérimentaux montrent que notre approche est possible et bénéfique, car elle accroît l’allocation des ressources pour les services mobiles ÉLT et augmente le débit global des réseaux ÉLT/EPC.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 101-105.
Mots-clés libres: Ressources radio Gestion. Technologie d'évolution à long terme (Norme) Systèmes de télécommunications à large bande. Optimisation mathématique. Série chronologique. Vidéos sur Internet. Temps réel (Informatique) Performance des réseaux (Télécommunications) 4G, 5G, core, Evolved, packet, ÉLT, EPC, série chronologique, prévisions, ressources garanties, IoT
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Kadoch, Michel
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 06 oct. 2016 19:24
Dernière modification: 10 déc. 2016 17:07
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1737

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