Analytical Modelling for Quality of Service and Energy Efficiency of Small Scale Cellular Networks

Abstract

In recent years, with the rapid increase in the number of mobile-connected devices and mobile data traffic, mobile operators have been trying to find solutions to provide better coverage and capacity along with higher Quality of Service (QoS). One promising solution in this regard is deployment of small cells such as femtocells. This thesis presents performability analysis of small cells in terms of various performance metrics like throughput, Mean Queue Length (MQL), Response Time (RT), and energy consumption. The model developed in this thesis considers mobility of the users, multiple channels (servers) for the small cells as well as failure and repair behavior of the channels (servers) since failure may also occur in the system. Numerical results are presented for the developed model by applying the spectral expansion solution approach for a typical scenario in smart-cities towards more green future Heterogeneous Network (HetNets). In this scenario a hybrid wireless cellular HetNet consisting of a macrocell and several small cells is considered as a case study in smart-cities. In this work, simulations are also accomplished to confirm the accuracy of the findings obtained from the numerical solution approaches.

ÖZ: Son yıllarda mobil bağlantılı cihazarın ve mobil data trafiğinin hızlı artışıyla, mobil hizmet sağlayıcıları daha geniş yanyın alanı ve kapasite artışıyla birlikte hizmet kalitesinin (HK) de artırılması için çözüm üretmeye çalışıyorlar. Bu bağlamda en umut verici çözümler femtocell gibi small cell uygulamaları görünüyor. Small cell uygulamları veri hacmi, ortalama sıra uzunluğu (OSU), yanıt süresi (YS), ve enerji tüketimi gibi performans ölçütleri bağlamında bu tezde incelenmektedir. Bu tezde geliştirilen model kullanıcıların hareketini, small cell’ler için çok kanallılığı (sunucular), ve sistem’de de hata meydana geldiği için kanalların (sunucuların) hata ve onarım davranışını incelemektedir. Bu modelin spektral çözüm yöntemiyle gelecekteki yeşil heterojen ağlarda (HetAğ) tipik bir akıllı şehir senaryosuna uygulanıp nümerik sonuçları sunulumuştur. Sunulan senaryoda bir macro cell ve birkaç small cell den oluşan hibrid kablosuz hücresel HetAğ’ı akıllı şehirler için bir örnek çalışması yapılmıştır. Bu çalışmada, simülasyonlar nümerik çözüm yöntemiyle bulunan sonuçların doğrulğunu desteklemektedir.