Study and development of algorithms for managing and optimizing wireless resources in environments of multiple technologies

Λόγω των ριζικών αλλαγών στην καθημερινότητα μας, μια απότομη αύξηση της παγκόσμιας ασύρματης συνδεσιμότητας έχει παρατηρηθεί τα τελευταία χρόνια. Επομένως, τα παραδοσιακά δίκτυα μεγάλης εμβέλειας (macro-cells) είναι πλέον ανεπαρκή να εξυπηρετήσουν αποτελεσματικά τις απαιτήσεις των χρηστών τους. Αυτό οδήγησε στην παράλληλη ανάπτυξη μικρότερων και πυκνότερων ετερογενών κυψελών (Heterogeneous networks), η οποία προτείνεται ευρέως στο πλαίσιο των δικτύων 5ης γενιάς (5G). Επιπρόσθετα, εκεί εμφανίζονται οι έννοιες του «softwarization» και «cloudification», επιτρέποντας έτσι την εκμετάλλευση όλων των διαθέσιμων δικτυακών πόρων (radio resources) με ενιαίο τρόπο. Εκ πρώτης όψεως, τα παραπάνω φαντάζουν ιδανική λύση για το φαινόμενο έλλειψης πόρων (capacity crunch). Παρόλα αυτά, αρκετή προσοχή πρέπει να δοθεί, καθώς η πλειοψηφία των πυκνά τοποθετημένων ετερογενών κυψελών (ultra-dense HetNets) στα δίκτυα 5G περιέχει τεχνολογίες και πρότυπα που χρησιμοποιούν τις ίδιες περιορισμένες ζώνες συχνοτήτων. Εκτός αυτού, ελάχιστος έως καθόλου συντονισμός υπάρχει μεταξύ αυτών των προτύπων στα επίπεδα προτεραιότητας μεταδόσεων και συνύπαρξης. Επομένως, μεγάλη ποσότητα απρόβλεπτων παρεμβολών δημιουργείται, γεγονός που οδηγεί σε αμφισβητήσιμη απόδοση σε αυτά τα περιβάλλοντα. Τέλος, αφενός μεν ο χειρισμός των ασύρματων δικτυακών πόρων ως υπηρεσία (radio as a service) μπορεί να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματική χρήση πόρων και σε σύγκριση με την στατική κατανομή φάσματος. Αφετέρου, αυτό αυξάνει κατά πολύ την πολυπλοκότητα όσον αφορά την ενορχήστρωση του δικτύου.Για να αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά η έλλειψη φάσματος, απαιτείται προσεκτικός δικτυακός σχεδιασμός και ευέλικτη διαχείριση πόρων. Στόχος αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη και παρουσίαση νέων μοντέλων και μηχανισμών, τα οποία βελτιώνουν την αξιοποίηση των πόρων σε σύγχρονα ασύρματα συστήματα πολλαπλών προτύπων. Αρχικά, η παρούσα διατριβή, ασχολείται με τον εντοπισμό και την αποφυγή παρεμβολών στα ευρέως διαδεδομένα συστήματα IEEE 802.11 (Wi-Fi). Δεδομένου ότι το πρότυπο Wi-Fi κατέχει σημαντικό ρόλο στα δίκτυα 5G, η διατριβή αυτή παρουσιάζει αναλυτικά πως η ορθή φασματική ανάλυση μπορεί να ενισχύσει την απόδοση του δικτύου κάτω από σχήματα επιλογής σταθμού βάσης, επιλογής καναλιών και πρόβλεψης παρεμβολών στο μέλλον. Επιπρόσθετα, η διατριβή αυτή εστιάζει και στην δυναμική μίσθωση και τιμολόγηση των ασυρμάτων πόρων δικτύωσης σε περιβάλλοντα 5G. Για τον λόγο αυτό, δημιουργούνται τα προσχέδια για μια οντότητα που έχει ως σκοπό την δυναμική τιμολόγηση του διαθέσιμου φάσματος. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί, ότι όλα τα μοντέλα και οι μηχανισμοί που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο αυτής της διατριβής έχουν αξιολογηθεί πειραματικά σε πραγματικές ασύρματες υποδομές (wireless testbeds).