Analysis of Quality of Service in Heterogeneous Wireless Networks

Abstract

The dissertation investigates wireless access network performance, ability to control and enforce quality of service (QoS) and track it at user device. The objective of presented research is to investigate wireless access network performance parameter impact on quality of service and develop reference model of QoS monitor, applied for end-user device. In order to reach the objective, the following tasks had to be solved: - To analyze existing measures of QoS evaluation, actual achieved, perceived QoS monitoring and Service Level Agreement (SLA) enforcement. - To analyze performance properties of contemporary wireless user access network technologies in order to determine their capabilities providing data services and employing soft and hard QoS mechanisms. - To analyze network performance characteristics in order to determine factors, influencing quality of service in wireless access networks. - To design principles of evaluation of actually achieved quality of service. - To develop a reference model of QoS requirement composition and monitoring system. - To develop and experimentally test QoS monitor for web browsing service. First chapter of the dissertation reviews QoS definitions, categories, existing methods of QoS evaluation and formulates the problem of QoS and service level agreement enforcement measures. Second chapter presents analysis of various access networks applicable to data and voice services. The analysis is focused on available bit rate, referred to capacity of the access network, capabilities to sustain real time and data services. This chapter presents modelling and experimental results for wireless user access networks. Third chapter introduces the design of perceived QoS monitoring system, including monitoring agents residing at user device, tools for composing SLA, measures for tracking QoS impairments. The concept of QoS monitoring tool is proposed. The last chapter is dedicated to presenting reference design of individual quality evaluation algorithm application to web browsing services backed up with experimental results. Dissertation includes 112 pages of text, 37 equations, 8 tables, 54 figures and 106 references. 8 scientific articles have been published by the author on the topic of the dissertation.

Disertacijoje nagrinėjama belaidės prieigos tinklų savybės, gebėjimas kontroliuoti ir užtikrinti paslaugos kokybę (QoS) bei stebėti ją vartotojų įrenginiuose. Darbo tikslas – ištirti belaidės prieigos tinklų darbo parametrų įtaką paslaugos kokybei ir sukurti apibendrintą paslaugos kokybės stebėsenos priemonių, taikomų galutinio vartotojo įrenginyje, modelį. Šiam tikslui pasiekti, sprendžiami tokie uždaviniai: - Išanalizuoti esamas paslaugos kokybės vertinimo, realiai patirtos ir suvokiamos kokybės stebėsenos bei paslaugų lygmens susitarimų (SLA) užtikrinimo priemones. - Išanalizuoti dabartinių belaidžių vartotojo prieigos technologijų savybes teikiant duomenų perdavimo paslaugas ir taikant griežtus bei švelnius paslaugos kokybės užtikrinimo mechanizmus. - Išanalizuoti belaidžių prieigos tinklų charakteristikas siekiant nustatyti faktorius, įtakojančius paslaugos kokybę belaidžiuose prieigos tinkluose. - Suformuluoti realiai pasiektos paslaugos kokybės vertinimo principus. - Sukurti apibendrintą paslaugos kokybės reikalavimų sudarymo ir stebėsenos sistemos vartotojo įrenginyje modelį. - Sukurti ir eksperimentiškai įvertinti paslaugos kokybės stebėsenos sistemą interneto naršymo paslaugai. Pirmajame disertacijos skyriuje pateikiama žinomų paslaugos kokybės vertinimo ir valdymo procesų apžvalga, koncentruojantis į vartotojo perspektyvą ir galimybes įvertinti realiai gaunamą ir vartotojo suvokiamą paslaugų kokybę. Antrajame skyriuje pateikiama paplitusių belaidės prieigos tinklų technologijų analizė, siekiant nustatyti kokybę įtakojančius faktorius. Tiriami specialieji kokybės valdymo atvejai – balso perdavimas lokaliaisiais belaidžiais tinklais, taip pat perdavimas grandine. Šie scenarijai paryškina kiekybinių faktorių svarbą, kai turi būti užtikrinamos griežtos paketų delsos ribos. Trečiajame skyriuje pateikiama galimybių sukurti tikralaikę patirtos paslaugos kokybės stebėsenos sistemą, įskaitant stebėsenos agentus vartotojo įrenginyje, SLA sudarymo bei kokybės pokyčių stebėjimo priemones, formuluojami reikalavimai ir pasiūlomas apibendrintas sistemos prototipas. Paskutiniame skyriuje aprašomas pasyvios stebėsenos sistemos, skirtos interneto tinklalapių naršymo paslaugos kokybei vertinti vartotojo įrenginyje, modelis bei jo testavimas. Disertacijos apimtis yra 112 puslapių, tekste panaudotos 37 numeruotos formulės, 54 paveikslai ir 8 lentelės. Rašant disertaciją buvo panaudoti 106 literatūros šaltiniai, disertacijos tema publikuoti 8 autoriaus straipsniai.