ارائه مکانیسمی برای کمینه کردن هزینه‌های اپراتور سلولی در فرآیند برون‌سپاری ترافیک

نویسندگان

دانشگاه ارومیه - دانشکده فنی و مهندسی

چکیده

برون‌سپاری ترافیک از شبکه سلولی به شبکه مکملبه‌عنوان یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه در مقابله با ازدحام روزافزون شبکه‌های سلولی، مطرح شده است. چالش اصلی در این مورد کاهش هزینه‌های ثابت و متغیر این فرآیند برای اپراتور سلولی و همچنین حفظ رضایت کاربران است. در این مقاله، مسئله برون‌سپاری ترافیک تحمل‌پذیر تأخیر کاربران و چگونگی تشویق آن‌ها برای شرکت در این فرآیند بررسی شده و یک مکانیسم جدید مشتمل بر دو بخش برای حل چالش ذکرشده پیشنهاد می‌شود. در بخش اول با بهره‌گیری از پیش‌بینی الگوی تحرک کاربران، مسئله جایابی نقاط دسترسی شبکه مکمل و تخصیص پهنای باند به آن‌ها و در بخش دوم کاهش هزینه‌های متغیر شبکه به‌صورت مسائل بهینه‌سازی فرموله شده‌اند. هزینه‌های تشویق کاربران در ازای پذیرش تأخیر در تبادل داده، بخشی از هزینه‌های متغیر است که برای کمینه‌کردن آن از یک روش مبتنی بر حراج معکوس استفاده می‌شود. در انتها با توجه به پیچیدگی بالای مدل‌های پیشنهادی، الگوریتم‌های ابتکاری با پیچیدگی خطی ارائه شده است. نتایج حاصل از حل عددی مدل‌ها و شبیه‌سازی الگوریتم‌ها نشان می‌دهد که مکانیسم پیشنهادی از لحاظ ایجاد تعادل بار در شبکه و کاهش هزینه‌های اپراتور سلولی نسبت به سایر روش‌ها عملکرد بهتری دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Proposing a Mechanism for Minimizing Cellular Operator Costs in Traffic Offloading

نویسندگان [English]

  • R. Nazari
  • S. Yousefi
  • B. Ghalebsaz Jeddi
Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Traffic offloading (transferring a share of cellular network traffic to complementary network technologies such as Wi-Fi) is an economic and efficient mitigation for the ever-increasing congestion in cellular networks. In this regard, reducing fixed and variable costs of cellular operators in one side and providing some incentives for the users to participate in the offloading in the other side are among the main challenges to be addressed. In this way, delay tolerant offloading (in which users may tolerate some delay before receiving their needed data) is investigated and a new optimization mechanism in two stages is proposed. First, by utilizing user motion pattern prediction, a model is formulated to obtain the optimal placement of complementary WiFi networks and their bandwidth allocation. Second, cellular operator's overall variable cost (including data exchange and user incentive costs) is minimized. Minimizing the latter is performed using a reverse auction framework. Moreover, due to nonlinearity and high complexity of proposed models, heuristic algorithms are proposed to solve them. A numerical study and simulations of the algorithms show that the proposed mechanism outperforms previous methods in terms of balancing the load of cellular network and reducing overall cost of the cellular operators.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Traffic offloading
  • cellular network
  • complementary network
  • incentive cost
  • reverse auction