Statyczna alokacja kanałów (FCA)

Transkrypt

1 Przydzał kanałów 1

2 Zarys wykładu Wprowadzene Alokacja statyczna a alokacja dynamczna Statyczne metody alokacj kanałów Dynamczne metody alokacj kanałów Inne metody alokacj kanałów Alokacja w strukturach systemów specjalzowanych Modelowane kanałów Modelowane dla zgłoszeń typu przenesene regonu 2

3 Wprowadzene Czym jest przydzał (alokacja) kanałów? Dostępne radowe spektrum częstotlwośc mus być podzelone na pewną lczbę rozłącznych kanałów, które mogą być używane jednocześne w tak sposób, aby mnmalzować nterferencję przyległych kanałów poprzez ch odpowedną alokację (szczególne kanałów roboczych) Technk alokacj kanałów można podzelć na Statyczne (Fxed Channel Allocaton (FCA) schemes); Dynamczne (Dynamc Channel Allocaton (DCA) schemes); Hybrydowe (Hybrd Channel Allocaton (HCA) schemes: łączące technk FCA oraz DCA 3

4 Statyczna alokacja kanałów (FCA) Technk statycznej alokacj zakładają, że dany zbór kanałów jest na stale przydzelony do każdej komórk w sec Jeżel całkowta lczba dostępnych kanałów w systeme S jest podzelona na zbory, to mnmalna lczba N zborów tych kanałów wymagana, aby obsłużyć całkowty obszar pokryca jest zwązana z odległoścą D wykorzystana częstotlwośc w sposób następujący: N = D 2 / 3R 2 W wynku krótkotermnowych fluktuacj ruchu secowego, schematy FCA często ne są w stane podtrzymywać wysokej jakośc obsług. Jedną z możlwośc rozwązana tego problemu jest pożyczane wolnych kanałów z sąsednch komórek 4

5 Proste pożyczane (Smple Borrowng (SB)) komórka (acceptor cell), która zużyła wszystke swoje nomnalne kanały może pożyczyć wolne kanały z sąsednej komórk (donor cell), po to aby obsłużyć nowe zgłoszena Pożyczene może nastąpć z przyległej komórk, np. z tej, która ma najwększą lczbę wolnych kanałów (pożyczane od najbogatszego) Wyberz perwszy wolny kanał odnalezony przez algorytm poszukwana (pożycz perwszy dostępny kanał) Zwróć pożyczony kanał gdy on staje sę wolny w komórce (basc algorthm wth reassgnment) Aby kanał nadawał sę do pożyczena ne może on nterferować z obsługwanym aktualne zgłoszenam (patrz, następny slajd) 5

6 Proste schematy pożyczana kanałów Komórk donory dla sektora X 1 komórka 3 2 X Y Z zgłoszene zancjowane w sektorze X komórk 3 może pożyczyć kanał z przyległych komórek 1 lub 2. 6

7 Konsekwencje pożyczana kanałów w systemach bezprzewodowych z sektorowanym komórkam A 7 c a A 2 b c b a A 6 c b a A 1 c a x A 3 b c b a A 5 c b a A 4 c b a X pożycza pewne kanały z a 7

8 Metody prostego pożyczana kanałów (CB) Metoda Proste pożyczane (CB) Pożycz od najbogatszego (SBR) Ops Nomnalny zbór kanałów przyznaje sę komórce, tak jak w przypadku FCA. Po wykorzystanu wszystkch nomnalnych kanałow, dostępny kanał z sąsednej komórk jest pożyczany Kandydatam do pożyczana są dostępne nomnalne kanały przypsane do jednej z przyległych komórek komórk akceptora. Jeżel węcej nż jedna z przyległych komórek ma dostępne dla pożyczana kanały to jest pożyczany kanał z komórk z najwększą lczbą dostępnych kanałów Algorytm podstawowy (BA) Algorytm podstawowy ze zwrotem (BAR) Pożycz perwszy dostępny (BFA) Jest to ulepszona wersja strateg SBR, która wybera kanał badając stan podczas wyboru kanału kandydata na pożyczene. Ta metoda próbuje mnmalzować prawdopodobeństwo przyszłej blokady zgłoszena w komórce, która jest najbardzej dotknęta pożyczanem Ta metoda transferuje zgłoszene z pożyczonego kanału do kanału nomnalnego jak tylko kanał nomnalny staje sę dostępny Zamast próby optymalzacj podczas pożyczana, ten algorytm wybera do pożyczena perszwszego znalezonego kandydata 8

9 Dynamczna alokacja kanałów (Dynamc Channel Allocaton-(DCA)) W metodach DCA wszystke kanały trzymane są w centralnej pul są przypsywane dynamczne do nowych zgłoszeń podczas ch napływu do systemu Po zakończenu obsług zgłoszena kanał jest zwracany do centralnej pul. Wybór odpowednego kanału dla pojawającego sę zgłoszena jest zadanem prostym odbywa sę na podstawe beżącej alokacj beżącego ruchu, w tak sposób aby mnmalzować nterferencję Metoda DCA potraf sprostać problemom zwązanym z metodą FCA. Różne odmany metod DCA są skupone wokół różnych funkcj kosztów używanych podczas selekcj jednego z kanałów kandydatów do przydzelena 9

10 Dynamczna alokacja kanałów (Dynamc Channel Allocaton-(DCA)) Metody DCA mogą być zcentralzowane lub rozproszone Metoda zcentralzowanego DCA polega na używanu jednego kontrolera wyberającego kanał dla każdej komórk Metoda rozproszonego DCA wykorzystuje pewną lczbę kontrolerów rozmeszczonych w sec (MSCs). Metody zcentralzowanego DCA mogą teoretyczne zapewnć najlepszą wydajność. Jednak, ogromna lczba oblczeń komunkacj mędzy BS-m prowadz do nadmernych systemowych opóźneń powoduje, że zcentralzowane DCA są nepraktyczne. Tym nemnej, zcentralzowane DCA często służą jako pożyteczny benchmark umożlwający porównane z praktycznym zdecentralzowanym DCA 10

11 Zcentralzowane DCA Przy pojawenu sę nowego zgłoszena, wyberany jest z centralnej pul wolny kanał w tak sposób, aby maksymalzować rozmar zboru współkanałów, który będze można przypsać komórkom znajdującym sę w odległośc wykorzystana Inna modyfkacja: mnmalzować średnokwadratową odległość mędzy komórkam używającym tego samego kanału 11

12 Zcentralzowane metody DCA Metoda Perwszy dostępny (Frst Avalable- (FA)) Lokalne optymalzowany dynamczny przydzał (LODA)) Wybór na podstawe maksymalnego użyca (RING) Ops Stratega FA jest najprostrzą metodą spośród metod DCA. W FA, perwszy dostępny kanał spełnający kryterum odległośc wykorzystana jest przypsywany zgłoszenu. Ta stratega mnmalzuje czas oblczenowy systemu. Wybór kanału oparty jest na prawdopodobeństwe przyszłej blokady w sasedztwe tej komórk gdze pojawło sę zgłoszene Jako kandydat wyberany jest kanał, który jest w użycu w najwększej lczbe komórek w zborze wspólkanałów. Jeżel węcej nż jeden kanał ma tę własność to wyberany jest w sposób arbtralny jeden z nch, aby obsłużyć zgłoszene. Jeżel żaden z nch ne jest dostepny to wybór dokonuje sę metodą FA 12

13 Zcentralzowane metody DCA Metoda średnokwadratowy (MSQ), 1-clque Ops metoda MSQ wybera dostępny kanał tak, aby mnmalzować średnokwadratową odległość mędzy komórkam używającym tego samego kanału Metoda oparta na teror grafów. Wykorzystuje zbór węzłów grafu, jeden węzeł dla kanału połączene krawędzą dwóch węzłów jeżel ne ma ma mędzy nm współkanałowej nterferencj. Maksymalzacja lczby krawędz wskazuje na dostępność węzłów (kanałów) po wykonanu beżącej selekcj 13

14 Rozproszone metody DCA Operają sę na jednym z trzech parametrów: współkanałowej odległośc - współkanałowych komórkach w sąsedztwe neużywających danego kanału - czasam nterferencja przyległych kanałow jest brana pod uwagę Pomar sły sygnału - przewdywany współczynnk współkanałowej nterferencj (CIR) ponad zadany pozom Współczynnk sygnału do szumu - spełna wymaganą welkość wspólczynnka CIR 14

15 Porównane mędzy FCA DCA FCA lepsza przy dużym ruchu nska elastycznośc podczas przydzału kanału Maksymalne powtórne wykorzystane kanałów czuła na zmany w czase przestrzen Nestablny pozom obslug komórk z grupy nterferujących komórek wysoke wymuszone prawdopodobeństwo zakończena rozmowy Stosowna dla dużych sec komórkowych nska elastyczność DCA lepsza przy małym/umarkowanym ruchu elastyczna alokacja kanałów Ne zawsze maksymalne powtórne wykorzystane kanałów neczuła na zmany w czase przestrzen Stablny pozom obsług komórk z grupy nterferujących komórek nske lub umarkowane wymuszone prawdopodobeństwo zakończena rozmowy Stosowana w secach mkrokomórkowych wysoka elastyczność 15

16 Porównane mędzy FCA DCA FCA urządzena radowe pokrywają wszystke kanały przyznane komórce nezależne zarządzane kanałów nske koszty oblczenowe małe opóźnena podczas ustanowena połączena nska złożoność mplementacj planowane częstotlwośc złożone pracochłonne nske obcażene sygnalzacyjne zarządzane zcentralzowane DCA urządzena radowe pokrywają chwlowy kanał przyznany komórce od całkowce zcentralzowanego do całkowce rozproszonego zarządzana w zależnośc od przyjętej metody wysoke koszty oblczenowe opóźnene od umarkowanego do dużego podczas ustanowena połączena złożoność mplementacj od umarkowanej do wysokej ne ma żadnego planowana częstotlwośc obcążene sygnalzacyjne od umarkowanego do wysokego zarządzane zcentralzowane, rozproszone w zależnośc od metody 16

17 Inne metody alokacj kanałów Na podstawe różnych kryterów używanych w celu optymalzacj wydajnośc zaproponowano wele nnych metod alokacj kanałów Hybrydowa alokacja kanałów (HCA) Elastyczna alokacja kanałów (FCA) Alokacja kanałów z przenesenem (HCA) 17

18 Hybrydowa alokacja kanałów (HCA) Technk HCA są kombnacją technk FCA DCA W HCA całkowta lczba dostępnych kanałów jest dzelona na zbory stałe dynamczne Zbór stały zawera lczbę nomnalnych kanałów, które są przydzelane do komórek podobne jak w metodach FCA; te kanały są preferowane do użyca podczas pojawana sę kolejnych zgłoszeń Zbór dynamczny jest współdzelony przez wszystkch użytkownków systemu w celu zwększena elastycznośc systemu Przykład: gdy pojawa sę zgłoszene w komórce jej wszystke nomnalne kanały są zajęte to wówczas przydzelany jest kanał ze zboru dynamcznego 18

19 Hybrydowa alokacja kanałów (HCA) Zapotrzebowane na kanał ze zboru dynamcznego jest ncjalzowane tylko wtedy gdy komórka jest przecążona zużywając wszystke kanały ze zboru stałego Optymalna proporcja (stosunek lczby kanałów stałych kanałów dynamcznych) zależy od obcążena systemu 3:1 (stałe do dynamcznych) zapewna lepszą obsługę nż metoda stała dla obcążena do 50% Dla obcążena powyżej 50% metoda stała jest lepsza Dla metod dynamcznych, przy obcążenu od 15% do 32%, lepsze wynk daje HCA 19

20 Elastyczna (flexble) alokacja kanałów (FCA) Podobne jak w technce hybrydowej kanały są dzelone na zbory stałe elastyczne (dla sytuacj nadzwyczajnych) Zbory stałe są używane do obsług lżejszego obcążena Zmany obcążena (pk w czase przestrzen) aktywzują uruchomene poltyk wykorzystana kanałów nadzwyczajnych Dwe stratege: harmonogramujące oraz przewdujące harmonogramujące: na podstawe oceny a pror oczekwanych zman ruchu przewdujące: na podstawe beżącego montorowana w każdej komórce ntensywnośc ruchu secowego oraz prawdopodobeństwa blokowana 20

21 Struktury specjalzowane: alokacja kanałów w 1D systeme Incjowane połączene a b c d e Odległość wykorzystana D Nowe połączene jest ncjowane w komórce 1 beżąca lokalzacja kanałów a, b, c, d, e jak pokazano na rysunku. Zakłada sę, że MS w komórce 1 porusza sę w kerunku komórk 2, MS w komórce 7 porusza sę w kerunku komórk 8. Lepej przypsać kanał e do urządzena moblnego w komórce 1. 21

22 Struktury specjalzowane: alokacja kanałów oparta na partycjonowanu odległośc wykorzystana Każda komórka jest dzelona na koncentryczne strefy Wewnętrzna strefa blższa do BS wymaga mnejszej mocy aby osągnąć nezbędną welkość współczynnka CIR or SIR

23 Dzęk nższemu SIR możlwe jest korzystane z mnejszych wartośc parametru odległośc wykorzystana lepsze wykorzystane spektrum Grupom MS-ow z najlepszym SIR przydzela sę kanały charakteryzujące sę najmnejszą wartość odległośc wykorzystana podobną strategę stosuje sę przydzelając kanały z najwększą wartoścą odległośc wykorzystana najnższym SIR koneczna modyfkacja grup kanałów gdy zmena se SIR dla MS-ow 23

24 Struktury specjalzowane: alokacja oparta na nakładających sę komórkach 7 komórka Mkrokomórka

25 Alokacja oparta na nakładających sę komórkach Komórkę dzel sę na pewną lczbę mnejszych komórek (pco, mkrokomórk), aby zarządzać zwększonym ruchem Jedna z alternatyw: przydzał kanałów przez mkrokomórk bądź komórk zależy od tego czy dany MS należy do grupy szybko czy wolno poruszających sę urzadzeń Dla wolno poruszających sę komórek kanały przydzelane są przez mkrokomórk (lub pco) na podstawe beżącej lokalzacj jeżel kanały przydzelane byłyby z mkrokomórk dla szybko poruszających sę MS to zwększyłoby częstotlwość regonu przenoszena połączena Dlatego dla MS-ow szybko przemeszczających sę kanały przydzelane są przez komórk 25

26 Inna alternatywa: logczna struktura komórk zmena sę dynamczne w zależnośc od welkośc obcążena Na początku, przy małym obcążenu, tylko główna komórka jest włączona, a mkrokomórk są wyłączone Gdy obcążene rośne w jednej lub klku częścach komórk to odpowedne mkrokomórk są włączane jeżel jest neakceptowalny pozom mędzykanałowej nterferencj lub jeżel nedostępność zasobów prowadz do wymuszonego blokowana komórek Włączane mkrokomórek położonych najblżej od MS-ow żądających kanału powoduje, że BS-y tych mkrokomórek zapewnają odpowedn pozom CIR Gdy obcążene maleje to komórka wyłącza odpowedne mkrokomórk automatyczne adoptując sę do aktualnego obcążena 26

27 Wykorzystane nakładających sę obszarów komórek Jeżel nowe zgłoszene w komórce A ne znajduje w nej wolnego kanału to realzowane aktualne w współdzelonej strefe nne połączene może być zmuszone do przenesena połaczena do komórk B zwolnena w ten sposób kanału jeżel MS w współdzelonej strefe ne może znaleźć wolnego kanału w A, to może on użyć wolny kanał z komórk B C A B 27

28 Modelowane kanału Przyjmuje sę następujące założena w celu uzyskana przyblżonego modelu systemu Przyjmuje se, że MS-sy są równomerne rozlokowane w komórce każdy MS porusza sę z losową prędkoścą oraz w dowolnym losowym kerunku Średna lczba napływających nowych zgłoszeń - λo. Średna lczba przeneseń regonu połączeń - λh. Średna lczba obsłużonych zgłoszeń - µ 28

29 Model systemu S λ H.. µ λ O 2 1 kanały Generyczny model systemu modelującego komórkę 29

30 Analza modelu Stany komórk mogą być reprezentowane przez (S+1) stanów modelu Markowa. Dagram przejść modelu M/M/S/S pokazano nżej: (A/B/C/D : A-rozkład odcnków czasu mędzy kolejnym pojawającym sę użytkownkam, B-rozkład czasów obsług, C-lczba serwerów, D- maksymalna lczba użytkownków w systeme; M rozkład wykładnczy) λ O + λ H 0 µ λ O + λ H µ λ O + λ H (+1)µ λ O + λ H Sµ S Dagram przejść stanów 30

31 Analza modelu (cd.) Następujące parametry są określone w modelu analzy: P(): prawdopodobeństwo, że kanał jest zajęty λ O : średna lczba napływu nowych zgłoszeń w komórce λ H : średna lczba pojawana sę przeneseń regonu połączeń z sąsednch komórek B O : prawdopodobeństwo blokowana pojawających sę zgłoszeń S : całkowta lczba kanałów przydzelonych komórce µ: średna lczba obsługwanych zgłoszeń µ c : średn czas obsług pojedyńczego zgłoszena µ c-dwell : średna lczba wychodzących z systemu MS-ow 31

32 32 Analza modelu (cd.) Równane równowag stanu dla danego stanu można określć jako suma dla wszystkch stanów mus wynosć 1: Prawdopodobeństwo blokowana gdy wszystke S kanałów jest zajętych można wyrazć jako:. 0 1), ( ) ( O S P P H + = µ λ λ = = S P 0 1. ) ( ( ) = + + = = S H O S S H O O S S P B 0!! ) ( ) ( µ λ λ µ λ λ

33 Modelowane zgłoszeń typu przenesene regonu Dlaczego pownnsmy zapewnć wyższy prorytet dla zgłoszeń typu przenesene regonu? Z punktu wdzena użytkownka przerwane połączena typu przenesene regonu jest sprawą bardzej poważną rytującą nż blokada nowych połączeń. Jak zapewnć wyższy prorytet dla połączeń typu przenesene regonu? Jedno z podejść opera sę na rezerwacj spośród S kanałów komórk S R kanałów przeznaczonych wyłączne dla połączeń typu przenesene połączena 33

34 Model systemu S λ H. S R S C.. µ λ O 2 1 kanały Model systemu z rezerwacją kanałów dla połączeń typu regon przenesena (Ne ma blokady dopók mnej nż S C kanałów jest 34 zajętych)

35 Model analzy λ O + λ H 0 µ λ O + λ H S C µ λ H S C (S C +1)µ λ H Sµ S dagram przejść stanów 35

36 36 Model analzy (cd.) Równana równowag stanów:. S 1), ( ) ( 0 1), ( ) ( ) ( C = + = S P P S P P H C H O λ µ λ λ µ = = S P 0 1. ) (

37 Model analzy (cd.) Prawdopodobeństwo blokady BO dla nowych zgłoszeń (conajmnej S C kanałów jest zajętych): S B = P( ). o = S C Prawdopodobeństwo blokady BH zgłoszena typu przenesene regonu (wszystke S kanałów jest zajętych): B H = ( λ + λ ) C S SC O H λh P( S) = P(0). S S! µ S 37