Mobility and Resource Management for 5G Small Cell Networks

Addali, Khaled (2020). Mobility and Resource Management for 5G Small Cell Networks. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Today, the deployment of moving and fixed small cells is becoming popular. However, to achieve the Quality of Service (QoS) required by the ever-increasing services in telecommunications, many issues must be considered. The main issues are user association, resource, and mobility management of the network. In our thesis, we focus on handling those issues separately and then combine them to enhance the QoS provided to each User Equipment (UE).

In the first part, a novel Chance-Based Deferred Acceptance Matching (CBDAM) algorithm is proposed. A matching game-based user association scheme is introduced for solving the assignment problem. The new proposed approach maximizes the number of users admitted in the system (handoff and new user association request) and the total system through put by assigning each user (macro or vehicular) to the stations based on negotiations between eNBs and UEs. It also significantly decreases the handover failure rate for vehicular users (VUEs).

In the second part, another aspect is investigated in order to enhance the small cell network performance, which is the mobility load balancing technique. A Utility-Based Mobility Load Balancing (UMLB) algorithm is introduced to balance the load across a small-cell network by considering the operator utility and the user utility for the handover process. The operator utility is calculated for each potential handover based on the load of the neighbouring small cells. Whereas, the user utility calculation is based on the sigmoid function by considering different criteria. Also, we presented a new term named load balancing efficiency factor (LBEF). The LBEF considers a load of neighbouring cells and the edge-UEs for each overloaded cell. This factor specifies the sequence of overloaded cells for the UMLB algorithm operation.

In the third part, the problem of increasing number of handovers, which are performed in the small cell networks as a result of adopting a Mobility Load Balancing (MLB) algorithm, is studied. The handover decision of UEs is based on the classification of the candidate UEs within an overloaded cell. Some handovers are completely avoided; others are made to the macro cell to minimize the frequent handovers. The UMLB-HO aims to minimize the standard deviation with a minimum number of handovers compared to UMLB algorithm.

Finally, the proposed solutions are evaluated using extensive simulations, and a comparison with related works found in the literature is introduced.

Titre traduit

Gestion de la mobilité et des ressources pour les réseaux de petites cellules 5G

Résumé traduit

Aujourd'hui, le déploiement de petites cellules mobiles et fixes devient populaire. Cependant, pour atteindre la qualité de service (QoS) requise par les services sans cesse croissants dans les télécommunications, de nombreux problèmes doivent être pris en compte. Les principaux problèmes sont l'association des utilisateurs, les ressources et la gestion de la mobilité du réseau. Dans notre thèse, nous nous concentrons sur la gestion de ces problèmes séparément, puis les combinons pour améliorer la qualité de service fournie à chaque équipement utilisateur (UE).

Dans la première partie, un nouvel algorithme CBDAM (Chance-Based Deferred Acceptance Matching) est proposé. Un schéma d'association d'utilisateurs basé sur le jeu correspondant est introduit pour résoudre le problème d'affectation. La nouvelle approche proposée maximise le nombre d'utilisateurs admis dans le système (transfert et demande d'association de nouveaux utilisateurs) et le débit total du système en affectant chaque utilisateur (macro ou véhicule) aux stations en fonction des négociations entre les eNB et les UE. Il diminue également de manière significative le taux d'échec de transfert pour les utilisateurs de véhicules (VUE).

Dans la deuxième partie, un autre aspect est étudié afin d'améliorer les performances du réseau de petites cellules, qui est la technique d'équilibrage de charge de mobilité. Un algorithme UMLB (Utility-Based Mobility Load Balancing) est introduit pour équilibrer la charge sur un réseau à petites cellules en considérant l'utilitaire opérateur et l'utilitaire utilisateur pour le processus de transfert. L'utilité de l'opérateur est calculée pour chaque transfert potentiel en fonction de la charge des petites cellules voisines. Alors que le calcul de l'utilité utilisateur est basé sur la fonction sigmoïde en considérant différents critères. Nous avons également présenté un nouveau terme appelé facteur d'efficacité de l'équilibrage de charge (LBEF). Le LBEF considère une charge de cellules voisines et les UE de périphérie pour chaque cellule surchargée. Ce facteur spécifie la séquence de cellules surchargées pour l'opération de l'algorithme UMLB.

Dans la troisième partie, le problème de l'augmentation du nombre de transferts, qui sont effectués dans les réseaux de petites cellules à la suite de l'adoption d'un algorithme d'équilibrage de la charge de mobilité (MLB), est étudié. La décision de transfert des UE est basée sur la classification des UE candidats dans une cellule surchargée. Certains transferts sont complètement évités; d'autres sont effectués dans la macro-cellule pour minimiser les transferts fréquents. L'UMLB-HO vise à minimiser l'écart type avec un nombre minimum de transferts par rapport à l'algorithme UMLB.

Enfin, les solutions proposées sont évaluées à l'aide de simulations approfondies et une comparaison avec les travaux connexes trouvés dans la littérature est introduite.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 111-116).
Mots-clés libres:	noeud de relais mobile, équipement utilisateur de véhicule, transfert, agrégation de porteuses, réseau à petites cellules, équilibrage de charge de mobilité, rapport de mesure, décalage individuel de cellule, débit
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kadoch, Michel
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	11 sept. 2020 15:59
Dernière modification:	11 sept. 2020 15:59
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2523

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