Energy and data rate modeling in user provided networks with incentive mechanisms

Abstract

Mobil veri trafiği, internet erişimine ihtiyaç duyan mobil cihazların çoğalması nedeniyle hızla artmaktadır, diğer taraftan, mobil cihazlar teknolojik gelişmelerle birlikte daha yetenekli hale gelmiştir. Bu durum, kullanıcıların İnternet bağlantılarını paylaşmasına dayanan Kullanıcı Sağlayıcılı Ağ kavramını ortaya çıkarmaktadır. Bu yaklaşıma göre, hücresel bağlantıya sahip kullanıcılar, sınırlı bağlantıya sahip olan veya hiç bağlantısı olmayan kişilerle kendi bağlantılarını paylaşırlar. Ancak, bu tür hizmetlerde, en önemli konulardan biri kullanıcıların katkıda bulunma istekliliğidir. Enerji tüketimi ve veri kullanım maliyetleri kritik öneme sahiptir ve Kullanıcı Sağlayıcılı Ağ hizmetlerini talep eden ve sunan kullanıcıların kararları üzerinde önemli etkileri vardır. Son zamanlarda bu amaç için bazı teşvik mekanizmaları önerilmiştir, fakat bunlar genellikle enerji maliyeti ve fayda modellemesi açısından gerçekçi parametrelere dayanmaz. Bu çalışmada, amacımız hem enerji-duyarlı hücresel veri çizelgeleme hem de işbirlikçi İnternet erişim uygulamaları için bazı gerçekçi enerji ve veri hızı modelleri sunmaktır. Bu amaç doğrultusunda, çeşitli deneyler yaptık ve çeşitli regresyon yöntemlerini kullanarak enerji ve veri hızı tahminleri için formüller sunduk. Elde edilen modeller, mevcut uygulamalarda kullanılabilmelerinin yanı sıra yaklaşan 5G ağları ve sonrası bağlamındaki yeni çalışmaların enerji verimliliğini karşılaştırmak için bir referans noktası oluşturacaktır.

Mobile data traffic is rapidly growing due to the proliferation of the mobile devices that need the Internet access, on the other hand, the mobile devices have become more capable together with technological improvements. This reveals the concept of User Provider Network which is based on sharing the users' Internet connections. According to this approach, users with cellular connection share their own connections with others with limited or no cellular connection. However, in such services, one of the key issues is the users’ willingness to contribute. Energy consumption and data usage costs are of critical importance and have a large impact on users’ decisions for both requesting and offering UPN services. Recently, some incentive mechanisms are proposed for this purpose but they are usually not based on realistic parameters in terms of energy cost and utility modeling. In this work, our goal is to introduce some realistic energy and data rate models for both energy-aware cellular data scheduling and collaborative Internet access applications. In accordance with this purpose, we performed various experiments and provided several formulas for energy and throughput estimations by applying various regression methods. Resulting models could be utilized in current applications as well as they would provide a benchmark to compare energy efficiency of new studies in the context of upcoming 5G networks and beyond.