Titelaufnahme

Der Datenverkehr in drahtlosen Zugangsnetzen hat sich in den letzten Jahren erheblich vervielfacht, sowohl im Bezug auf die gesamte Verkehrslast, als auch im Bezug auf die geforderte Datenrate pro Benutzer. Dies führt dazu, dass sehr dichte, heterogene drahtlose Zugangsnetze notwendig sind. Dieses Wachstum an Datenverkehr, das auch verschiedene Studien für die Zukunft vorhersagen, kann nicht einfach nur durch ein Verdichten der drahtlosen Zugangspunkte gehandhabt werden, da dadurch mehrere Probleme durch begrenzte Backhaulkapazitäten, erhöhten Energieverbrauch und verstärkt nötige Signalisierung im Netzwerk entstehen. Deshalb müssen zudem die drahtlosen Übertragungen koordiniert werden und die zur Verfügung stehenden drahtlosen Ressourcen effizienter genutzt werden. Weiterhin muss auch das Backhaulnetzwerk dynamisch an die Anforderungen des drahtlosen Zugangsnetzwerks angepasst werden.In dieser Arbeit stelle ich zwei verschiedene Ansätze vor, um das drahtlose Zugangsnetz effizienter zu betreiben:Als erstes stelle ich anticipatory download scheduling vor, einen Ansatz zur Koordination von effizienten Segment-Downloads für hochauflösendes Video-Streaming, basierend auf der Vorhersage von zukünftig zur Verfügung stehenden Datenraten. Ich untersuche diesen Ansatz in Bezug auf die Dienstgüte für die Nutzer und stelle zudem eine Erweiterung vor, um die Energieeffizienz des drahtlosen Zugangsnetzes zu erhöhen.Als zweites stelle ich backhaul network reconfiguration vor, um die Ressourcen des Backhaulnetzes effizient, auf Basis der Anforderungen des drahtlosen Zugangsnetzes, zuzuteilen. Dieser Ansatz basiert auf Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network (WDM-PON) Backhaul-Netzen und erhöht die Realisierbarkeit von drahtloser Koordination. Zudem verringert dieser Ansatz den Energieverbrauch des Backhaulnetzwerks.

Traffic in wireless access networks has been growing substantially in recent years, both in terms of total volume and of data rate required by individual users. This leads to the deployment of very dense and heterogeneous wireless networks. This growth cannot only be addressed by simply scaling existing networks by orders of magnitude, to fulfill traffic forecasts, due to limited backhaul capacity, increased energy consumption, and explosion of signaling traffic. Thus wireless transmissions have to be coordinated and available wireless resources have to be utilized more efficiently. Furthermore backhaul networks have to be dynamically adapted to the requirements of wireless access networks.In this thesis, I present two different approaches for the efficient operation of wireless access networks:First, I introduce anticipatory download scheduling, an approach to efficient download scheduling for video segments in high demand video streaming, based on prediction of future available data rates. I investigate this approach with respect to the quality of experience (QoE) for users and also present an extension to use this approach to increase the energy efficiency of mobile access networks.Second, I introduce backhaul network reconfiguration to efficiently allocate backhaul resources based on requirements from wireless coordination. This approach is based on Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network (WDM-PON) backhaul networks and increases the feasibility of wireless coordination while reducing the power consumption of the backhaul network.For both approaches I present a system architecture to integrate the approaches into the existing infrastructure of mobile access networks. Based on these architectures, I also present prototype implementations for both approaches.