تعویض کانال در شبکه های سلولی موبایل

دسته: تاریخ انتشار: ۲۷ آذر ۱۳۹۶تعداد بازدید: 8
قیمت محصول

200,000 تومان

جزئیات بیشتر

تعداد صفحات مقاله:     ۱۰۰    –    فایل پروژه : Word

قوانین استفاده

توضیحات محصول
تعویض کانال در شبکه های سلولی موبایل

چکیده:

در یک شبکه بی سیم، هنگامی که یک کاربر موبایل از محدوده تحت پوشش یک ایستگاه پایه خارج می شود، مسئولیت های این ایستگاه پایه به ایستگاه پایه ای که کاربر موبایل به طرف آن می رود منتقل می شود. به این عملیات تعویض کانال یا Hand Over یا به طور خلاصه HO می گویند. تعویض کانال فرایندی است که نقاط دسترسی یک ارتباط در شبکه را تغییر می دهد. الگو های تعویض کانال را می توان به دو گروه عمده: الگو های تعویض کانال افقی والگو های تعویض کانال عمودی تقسیم کرد.

الگو های عمودی بر پایه مفاهیم الگوهای افقی طراحی شده اند. الگو های افقی هم به طور کلی به شناخت ایستگاه های پایه جدید و مناسب (از طریق کار بر روی سیگنال دریافتی و نوعی تخمین) می پردازند. ارتباطات سیار در حال پیش روی به سمت مشتری مداری و تضمین کیفیت سرویس است. از سوی دیگر در یک شبکه سلولی بیشترین درخواست ها مربوط به تعویض کانال است. در این گزارش به بررسی الگو های تعویض کانال از دید کیفیت سرویس در شبکه های سلولی کنونی و نسل آینده می پردازیم.

۱-۱- مقدمه:

ساختار سلولی زمانی ابداع شد که کاربران مخابرات سیار رو به افزایش گذاشت. از آن جایی که از طرف انجمن مخابرات فدرال آمریکا پهنای باند معینی به شبکه های بی سیم اختصاص داده شده بود، می بایست روشی پر بازده برای استفاده از فرکانس های اختصاص داده شده به کار گرفته می شد ]۱[.

 در الگوی سلولی منطقه به چند سلول تقسیم می شود. هر سلول تحت پوشش یک ایستگاه پایه یا BSکه در مرکز همان سلول است قرار دارد. گروه هایی از ایستگاه های پایه نیز تحت پوشش مرکز سوئیچینگ سیار یا MSC  هستند. MSC معمولاً ارتباط بین شبکه سلولی و شبکه های با سیم را فراهم می کند.

هر کاربر موبایل یا MH به جز زمان های تعویض کانال در هر لحظه با یک ایستگاه پایه ارتباط دارد. برای دانستن اینکه کاربر موبایل با کدام ایستگاه پایه ارتباط دارد، ایستگاه های پایه سیگنال Beacon را می فرستند. کاربر موبایل می تواند به وسیله سیگنال های دریافتی ایستگاه پایه مذکور را پیدا کند. این ایستگاه پایه همان ایستگاه پایه سرویس دهنده به کاربر موبایل است.

اختصاص کانال به کاربر موبایل برای هر ارتباط می تواند به صورت کانال تقسیم بندی فرکانسی (مثل FDMA ]2[) ، کانال تقسیم بندی زمانی (مثل TDMA ]2[) و کانال کد شده (مثل CDMA ]3[)یا ترکیبی از این سه باشد.  لینک ارتباطی بی سیم بین ایستگاه پایه و کاربر موبایل دارای خصوصیاتی چون پهنای باند کم، نرخ خطای بیت بالا و محو شدگی است. برای بهینه سازی در استفاده از طیف های فرکانسی موجود، این طیف ها در سلول های غیر همسایه به صورت هم کانال دوباره مورد استفاده قرار می گیرند. این فاصله با نرخ CIR معینی انتخاب می شود.

هنگامی که یک کاربر موبایل از محدوده تحت پوشش یک ایستگاه پایه خارج می شود، مسئولیت های این ایستگاه پایه به ایستگاه پایه ای که کاربر موبایل به طرف آن می رود منتقل می شود. به این عملیات تعویض کانال یا Hand Over یا به طور خلاصه HO می گویند. تعویض کانال فرایندی است که نقاط دسترسی یک ارتباط در شبکه را تغییر می دهد.

الگو های تعویض کانال را می توان به دو گروه عمده: الگو های تعویض کانال افقی والگو های تعویض کانال عمودی تقسیم کرد. الگو های عمودی بر پایه مفاهیم الگوهای افقی طراحی شده اند. الگو های افقی به طور کلی به شناخت BSهای جدید و مناسب (از طریق کار بر روی سیگنال دریافتی و نوعی تخمین) می پردازند.

 با توجه به تضعیف توان سیگنال های رادیویی با توان دوم، تعویض کانال امری لازم می نماید. هنگامی که کاربر موبایل از ایستگاه پایه خود دور می شود، به دلیل افزایش نرخ خطای بیت و تداخل هم فرکانس کیفیت سیگنال افت می کند. در همین لحظه قدرت سیگنال های دریافتی از سلول های مجاور نیز بیشتر می شود. برای جلوگیری از افت شدید سیگنال و تضمین کیفیت سرویس یا QOS سیستم باید کنترل کاربر موبایل را به ایستگاه پایه دیگری بسپارد.

 در مورد اهمیت تعویض کانال همین بس که بگوییم: در یک شبکه سلولی بیشترین درخواست ها مربوط به تعویض کانال است.

تعویض کانال مراحل مختلفی نظیر محاسبه و مقایسه سیگنال از ایستگاه پایه کنونی و ایستگاه های پایه همسایه، شروع عملیات تعویض کانال، اختصاص منابع برای ایستگاه پایه جدید، به روز کردن اطلاعات در سیستم مدیریت ِ موقعیت و مسیریابی جدید برای مبادله داده بین کاربر موبایل وایستگاه پایه جدید را شامل می شود. در یک شبکه سلولی کانال ها و منابع محدودی وجود دارد که تعویض های کانال برای آن ها به رقابت می پردازند. یکی از راه های بهبود عملکرد سیستم در شبکه های سلولی به کار بردن الگوهای تعویض کانال مناسب در حین حرکت کاربر بین دو سلول است.

در ادامه این فصل ساختار شبکه های کنونی و شبکه های نسل بعدی موبایل از دیدگاه تعویض کانال بررسی خواهند شد.

۲-۱- ساختار سیستم UMTS:

ساختمان شبکه های نسل سوم موبایل یعنی UMTS از یک شبکه مرکزی یا همان CN و یک شبکه دسترسی رادیویی یا RAN تشکیل شده است]۴[ .

 

CN شبکه UMTS را به شبکه های خارجی نظیر PLMN و  PSTNو اینترنت (با روش های دسترسی متفاوت) متصل می کند.

 شبکه UMTS زمانی ارتباط سوئیچینگ مداری (CS)ایجاد می کند که طرف دیگر رابطه هم CS باشد. شبکه های PSTN و PLMN از این قبیل هستند. به طور مشابه شبکه UMTS با شبکه های با قابلیت سوئیچینگ بسته ای (PS)به همین صورت ارتباط برقرار می کند.

CN خود به دو قسمت تقسیم می شود. قسمت اول شامل MSC/VLR-GMSC است که برای ارتباطات CS به کار می رود و قسمت دوم که شامل SGSN-GGSN است و برای ارتباط PS به
 کار می رود.

قسمت RAN که دسترسی رادیویی و ارسال در آن صورت می گیرد، از سیستم W-CDMA در واسط هوایی استفاده می کند. قسمت RAN شامل دو قسمت ِ RNCو Node-B است. Node-B ها همان ایستگاه های پایه هستند.

ایستگاه های پایه در این سیستم عملیات کد کردن کانال، لا به لا کردن، تطبیق نرخ، گسترش طیف توان و کنترل توان را برعهده دارند.

RNCعملیات مدیریت حرکت و مدیریت منابع رادیویی را که شامل زمان بندی و کنترل اجازه ورود می شود، را انجام می دهد.

۳-۱- ساختار شبکه های نسل جدید:

شبکه های نسل چهارم موبایل  بسیار علاقمند هستند که IP را به عنوان یک تکنولوژی انتقال در هر دو قسمت CN وRAN مورد استفاده قرار دهند[۵]،[۶]. در شکل ۲ که در همین ارتباط است، CN که مبتنی بر IP است ۴G RAN را به سایر شبکه های دسترسی از قبیل WLAN ، PSTN و اینترنت متصل می کند. در ۴G RAN باید توپولوژی کنونی که به صورت سلسله مراتبی ِ درختی است با مجموعه ای از توپولوژی های حلقه، درخت و مش جایگزین شود.

ایستگاه های پایه در۴G RAN به دو قسمت ِ Core-BS و Leaf-BS تقسیم می شوند. Core-BS ها عملیات مدیریت و کنترل را بر عهده داشته [۶]، که نیاز به حجم محاسبات بالا (مانند به روز کردن مسیر یابی ها) دارند. همان طور که در[۷] پیشنهاد شده، تعدادی ایستگاه پایه به صورت گروهی در یک خوشه قرار می گیرند تا در موقع تعویض کانال درون یک خوشه موقعیت یابی بهتری صورت بگیرد. در این حالت Core-BS ها می توانند نقش سردسته در یک خوشه را بازی کنند. ارتباط Leaf-BS ها با یکدیگر و با Core-BS ها از طریق لینک پر سرعت نوری یا رادیویی صورت می گیرد. در شبکه نسل چهارم موبایل که مشابه شکل ۲ است، ایستگاه های پایه عملیات مسیر یابی ِ مبتنی بر IP نظیر ارجاع ، مسیر یابی ِ ترافیک و مدیریت ِ حرکت را انجام می دهند.

شکل ۲٫ ساختار شبکه های نسل آینده موبایل، ]۴[

در فصل های بعد به بررسی الگوهای تعویض کانال افقی موجود ِ طراحی شده برای سیستم های کنونی و سیستم های نسل آینده می پردازیم. معایب ومزایا و نحوه ارائه کیفیت سرویس هر یک از این الگوها در هر قسمت بررسی خواهد شد.

 

فهرست

فصل اول- مقدمه ای بر شبکه های سلولی و HO

۱-۱- مقدمه:         ۱

۲-۱- ساختار سیستم UMTS:    ۳

۳-۱- ساختار شبکه های نسل جدید:   ۴

۴-۱- الگوهای مدیریت حرکت در شبکه های نسل آینده: ۶

فصل دوم- دسته بندی الگوهای HO در شبکه های سلولی:

۱-۲- الگو های مبتنی بر مسیریابی دوباره: ۹

۱-۱-۲- الگوی HO ی سخت: ۹

۲-۱-۲- الگوی HO ی یکپارچه : ۹

۳-۱-۲- الگوی HO ی نرم :   ۱۰

۱-۳-۱-۲-   HOِی نرم در CDMA:11

۱-۱-۳-۱-۲- HOِی نرم در IS-95A:12

۲-۱-۳-۱-۲- HOِی نرم در IS-95B/CDMA 2000 :12

۲-۳-۱-۲- HOِی نرم در UMTS و سیستم های دیگر:۱۳

۳-۳-۱-۲- الگوی OPD مبتنی بر توزیع بهینه توان برای تضمین QOS:15

۴-۳-۱-۲- معرفی یک الگوی پیشنهادی توزیع توان:۱۸

۱-۴-۳-۱-۲- توزیع اولیه توان :۱۹

۲-۴-۳-۱-۲- تنظیم توزیع توان :۲۰

۳-۴-۳-۱-۲- بررسی عملکرد الگوی پیشنهادی توزیع توان:۲۱

۵-۳-۱-۲- توزیع توان برای ترافیک بهترین تلاش:۲۴

۶-۳-۱-۲- الگوی قرض کانال برای HO :24

۴-۱-۲-  الگوی پیش بینی برای تعویض مسیر:۲۵

۲-۲-  الگو های اختصاص کانال:۲۶

۱-۲-۲- الگوی رزرو کانال:۲۶

۱-۱-۲-۲- الگوهای دینامیک رزرو کانال:۲۷

۱-۱-۱-۲-۲- الگوی DVR :28

۱-۱-۱-۱-۲-۲- الگوریتم DVR:29

۲-۱-۲-۲- مقایسه عملکرد بین الگو های GC:29

۲-۲-۲- الگو های صف بندی درHO:30

۱-۲-۲-۲-  الگوی صف بندی HO مبتنی برFIFO:32

۲-۲-۲-۲- الگوی تقدم دهی مبتنی بر محاسبات برای HO :33

۳-۲-۲-۲-  الگوی تقدم دهی HO بر پایه کاهش نرخ توان دریافتی :۳۴

۳-۲-۲- الگوهای حفظ کانال: ۳۵

۱-۳-۲-۲- توضیحی در مورد الگوهای حفظ کانال مبتنی بر زنجیره مارکوف :۳۷

۲-۳-۲-۲- الگو های حفظ کانال به صورت هیبرید:۳۸

۱-۲-۳-۲-۲- بررسی عملکرد الگوی هیبرید:۳۹

۴-۲-۲- الگوی تقسیم درون کانالی:۴۱

۵-۲-۲-  الگوهای تقدم دهی وفقی برای HO:42

۱-۵-۲-۲- الگوهای تقدم دهی وفقی HO بر پایه تضمین QOS:43

۱-۱-۵-۲-۲- بررسی یک الگوی تقدم دهی وفقی بر پایه تضمین QOS:44

۱-۱-۱-۵-۲-۲-  مقایسه الگو با الگوهای قبلی:۴۵

۲-۱-۵-۲-۲- الگوی MAQOS :50

۱-۲-۱-۵-۲-۲- بررسی عملکرد الگوی MAQOS:51

فصل ۳- بررسی الگوهای HO در شبکه های نسل جدید:

۱-۳- مقدمه:۵۲

۲-۳- معرفی یک رویه HO در شبکه های مبتنی بر IP:53

۳-۳- مشخصات واسط هوایی در شبکه های نسل جدید:۵۵

۴-۳-  ارائه یک ساختار گره و مدل صف در شبکه های نسل جدید:۵۶

۵-۳-  معرفی دو الگوریتم  زمان بندی برای شبکه های نسل جدید:۶۱

۱-۵-۳- الگوریتم زمانبندی برای کانال اشتراکی درDownlink در لایه رادیویی:۶۲

۲-۵-۳-  الگوریتم زمان بندی برای زمان بند IP:64

۶-۳- بررسی نتایج اعمال مسئله تقدم دهی برای HO در الگو های زمان بندی مختلف:۶۶

 

فهرست اشکال

شکل۱٫ ساختارسیستم UMTS  ۳

شکل۲٫ ساختار شبکه های نسل آینده موبایل     ۶

شکل۳٫ احتمال قطع تماس در  IS95A-SHO      ۲۲

شکل۴٫ احتمال قطع تماس در  IS95B-SHO          ۲۲

شکل۵٫ احتمال قطع تماس در SHO-UMTS     ۲۳

شکل۶٫ مقایسه الگوی پیشنهادی درسیستمهای IS95A-SHO، IS95B-SHO وUMTS-SHO  ۲۳

شکل۷٫ اختصاص r-کانال در سیستم سلولی  ۲۵

شکل۸٫ مقایسهGOSدر الگوهای DCA و DVR  ۳۰

شکل۹٫ نرخ توان دریافتی در ناحیه همپوشانی بین دو سلول ۳۱

شکل۱۰٫ احتمال قطع اجباری تماس در الگوی MBPS 34

شکل۱۱٫ تاخیر در تعویض کانال در الگوی MBPS 34

شکل۱۲٫ عملکرد الگوی تقدم دهی تعویض کانال بر پایه کاهش نرخ توان دریافتی ۳۵

شکل۱۳٫ سیستم سلولی خطی ۳۷

شکل۱۴٫ احتمال از بین رفتن تعویض کانال در الگوی حفظ کانال ۳۸

شکل۱۵٫ احتمال مسدود شدن تماس جدید در الگوی حفظ کانال ۳۸

شکل۱۶٫ یک مدل ترافیکی غیر یکنواخت ۴۱

شکل۱۷٫ عملکرد الگوی هیبرید حفظ کانال ۴۱

شکل۱۸٫ مدل مارکوف در الگوی تقدم دهی وفقی بر پایه کیفیت سرویس ۴۵

شکل۱۹٫ مدل مارکوف در الگوی تعویض کانال بدون تقدم دهی ۴۶

شکل۲۰٫ مدل مارکوف در الگوی کانال محافظ برای تعویض کانال ۴۷

شکل۲۱٫ عملکرد الگوی AQOS 47

شکل۲۲٫ تاخیر بسته ها در الگویAQOS  (سناریوی اول) ۴۸

شکل۲۳٫ تاخیر نرمالیزه شده در الگویAQOS  (سناریوی اول) ۴۹

شکل۲۴٫ تاخیر بسته ها در الگوی AQOS (سناریوی دوم) ۵۰

شکل۲۵٫ یک رویه تعویض کانال در شبکه های IP  ۵۳

شکل۲۶٫ یک ساختار گره در شبکه های نسل جدید ۵۷

شکل۲۷٫ یک مدل صف بندی در Downlink در شبکه های IP 58

شکل۲۸٫ احتمال از بین رفتن تعویض کانال در الگوهای MCIR،PF  وMLDROP  ۶۷

شکل۲۹٫ نرخ ارجاع بسته در الگوهای MCIR،PF  وMLDROP 69

شکل۳۰٫ تاثیر آستانه بافر بر نرخ ارجاع بسته

نمایش بیشتر
دیدگاه های کاربران
دیدگاهتان را با ما درمیان بگذارید
0
بر اساس 0 خرید
0
0
0
0
0

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تعویض کانال در شبکه های سلولی موبایل”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *