rcm

Reele de comunicaii mobile

1

Gestionarea resurselor radio n sistemele de comunicaii mobile de

mare capacitate Scopul lucrrii : a) Evaluarea performanelor unui sistem de comunicaii mobile ce utilizeaz un

algoritm de alocare dinamic a canalelor (bazat pe procedeul de mprumutare - borrowing). b) Studiul algoritmului LP-DDCA (Local Packing-Distributed Dynamic Channel Allocation) n condiiile existenei att a interferenei co-channel, ct i a celei ntre canalele adiacente.

1. Alocarea dinamic a canalelor bazat pe procedeul de mprumutare

n continuare, se va prezenta o metod de alocare flexibil a canalelor,

care se bazeaz pe procedeul de mprumutare a canalelor de la celulele vecine i pe anumite strategii de comutare, astfel nct s se minimizeze probabilitatea de blocare a sistemului. Iniial, un grup de canale este alocat fiecrei celule, conform metodei de asignare fix a canalelor radio.

Fiecrui apel i se aloc un canal radio (din grupul stabilit pentru celula respectiv), dac exist canale disponibile n celul; dac nu exist, se mprumut un canal de la una dintre celulele vecine. Pentru fiecare celul din sistem se construiete o list de canale radio, n modul urmtor: primele canale nscrise pe list sunt destinate n primul rnd apelurilor telefonice iniiate n celula respectiv, n timp ce ultimile canale nscrise pe list sunt destinate, cu prioritate, procesului de mprumutare pentru celulele vecine. n momentul iniierii unui apel ntr-o celul, canalele asignate acestei celule sunt testate n ordine (ncepnd cu primul de pe list), n scopul determinrii unui canal liber. Dac exist un canal liber, acesta este asignat apelului. Dac nici unul dintre canalele nscrise pe lista canalelor alocate celulei n care a fost iniiat apelul nu este liber, se va mprumuta un canal de la una dintre celulele adiacente (de la celula care are numrul cel mai mare de canale destinate procesului de mprumutare). Un canal poate fi mprumutat dac este liber att n celula

Gestionarea resurselor radio n sistemele de comunicaii mobile de mare capacitate

2

adiacent, ct i n celulele interferente (cele care utilizeaz acelai grup de

frecvene cu celula adiacent respectiv), aa cum se prezint i n Fig.1.

Fig. 1. Celula 1 mprumut canalul [x] de la celula adiacent 2. Canalul [x] este blocat n cele trei celule haurate

Se observ c se mprumut canalul [x] de la celula 2, pentru deservirea unui apel n celula 1. Canalul [x] este blocat n toate celulele care utilizez acelai grup de frecvene, fiind situate la distana minim acceptabil de reutilizare (n scopul reducerii interferenei). Canalul este blocat att pentru apelurile interne celulelor respective, ct i pentru procesul de mprumutare ctre alte celule.

n momentul mprumutrii unui canal de ctre o celul, se selecteaz ntotdeauna ultimul canal de pe lista canalelor destinate procesului de mprumutare (ultimele canale nscrise pe lista de frecvene a fiecrei celule sunt mprumutate cu prioritate).

Sunt utilizate diferite strategii de comutare, n scopul minimizrii traficului pe canalele mprumutate:

a. - n momentul terminrii unui apel desfurat pe unul dintre canalele radio mprumutate, canalul este eliberat n celula adiacent, precum i n celelalte celule interferente;

b. - n momentul terminrii unui apel desfurat pe unul dintre canalele radio nominale ale celulei, dac exist n aceeai celul un apel care se desfoar pe un canal mprumutat, acest apel este comutat pe canalul nominal eliberat; canalul mprumutat este eliberat n celula adiacent i n celulele interferente;

c. - n momentul terminrii unui apel care se desfoar pe unul dintre canalele nominale ale celulei, dac nu exist nici un apel care s se desfoare pe canale mprumutate, apelul care utilizeaz ultimul canal nominal de pe list


3

este comutat pe canalul nominal eliberat (se pstreaz astfel prioritatea de utilizare a primelor canale de pe list pentru apelurile nominale).

Strategiile de comutare prezentate pot fi utilizate pentru urmtoarele exemple:

- se consider 10 canale nominale pentru fiecare celul (canalele 1,2,3,...,10 sunt alocate celulei 1, canalele 11,12,13,...,20 sunt alocate celulei 2, canalele 21,22,23,...,30 sunt alocate celulei 3,..., canalele 61,62,...,70 sunt alocate celulei 7).

Exemplul 1: se presupune c exist 8 apeluri deservite de canalele

nominale 1,2,...,8 n celula 1 i c nu exist nici un canal mprumutat. Dac se termin apelul de pe canalul 5, apelul care se desfoar pe canalul 8 este comutat pe canalul 5, iar canalul 8 este eliberat (Fig.2.a).

Exemplul 2: se presupune c exist 12 apeluri n celula 1, deservite de canalele nominale 1,2,...,10 i de canalele 19 i 20 mprumutate de la celula 2.

Dac se termin apelul care se desfoar pe canalul 7, apelul de pe canalul 19 este comutat pe canalul 7, iar canalul 19 este eliberat (Fig.2.b). Exemplul 3: se presupune c exist 12 apeluri n celula 1, deservite de canalele nominale 1,2,...,10 i de canalele 19 i 20 mprumutate de la celula 2. Dac se termin apelul care se desfoar pe canalul 20, apelul de pe canalul 19 este comutat pe canalul 20, iar canalul 19 este eliberat (Fig.2.c).

n cazul sistemelor complexe n care apelurile telefonice sunt generate fie de

ctre abonai, fie de ctre un dispecerat, canalele radio sunt utilizate n comun pentru cele dou tipuri de apeluri.

Acest sistem este mai eficient dect un sistem n care s-ar utiliza grupuri de canale diferite pentru apelurile de la abonai i pentru cele iniiate de dispecerat.

Utiliznd asignarea fix a canalelor, dac toate canalele nominale sunt

ocupate ntr-o celul, orice nou apel iniiat de ctre un abonat este blocat i rejectat, n timp ce un apel iniiat de dispecerat este ntrziat prin introducerea sa ntr-o coad de ateptare (de tip First In First Out).


4

Algoritmul prezentat anterior este utilizat pentru tratarea att a apelurilor

iniiate de ctre abonaii telefonici, ct i a celor iniiate de dispecerat, prioritatea mai mare fiind alocat abonailor telefonici, astfel:

- dac exist un canal nominal liber i att dispeceratul, ct i un abonat

telefonic genereaz simultan un apel, canalul va fi alocat abonatului telefonic; - dac un canal destinat procesului de mprumutare este liber i att dispeceratul,

ct i un abonat telefonic genereaz simultan un apel, canalul va fi alocat abonatului telefonic.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

a)

b)

c)

comutare

x

incheiere apel

xincheiere apel

comutare

toate ocupate

ocupate"imprumut"

toate ocupate

ocupate

comutare

"imprumut"

Fig. 2. Strategii de comutare


5

2. Algoritmul de alocare LP-DDCA ("Local Packing-Distributed Dynamic Channel Allocation") n continuare, se va descrie algoritmul LP-DDCA, utilizat n condiiile existenei att a interferenei co-channel, ct i a celei ntre canalele adiacente. Selecia canalelor este realizat de ctre staiile de baz. Fiecare staie de baz asigneaz canalele noilor apeluri generate n conformitate cu un Tabel-de-Ocupare-a-Canalelor (TOC). Acest tabel reprezint o matrice care conine informaiile locale necesare i suficiente pentru ca fiecare staie de baz s poat realiza alocrile de canale necesare. n Fig.3 se prezint TOC asociat staiei de baz i, care acoper celula i, presupunnd c exist M canale n spectrul alocat i Ki celule nvecinate n cadrul distanei de reutilizare a frecvenelor (impus de constrngerea evitrii interferenei co-channel). Ca urmare, un canal utilizat n oricare dintre aceste Ki celule interferente, nu poate fi utilizat n celula i i reciproc. Nr. st. baz

1

2

3

4

Nr. 5

canal 6

7

8

...

M

Nr. can. asign

i X X ... 0 i1 X X X ... 0 i2 X ... X 2 i3 X X X ... 0 i4 X X ... X 5 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... iKi

X X ... 4

Fig. 3. TOC asociat staiei de baz i


6

n Fig.3, TOC este alctuit din Ki + 1 linii i M + 1 coloane. Primele M coloane corespund celor M canale. Semnele de marcare de pe prima linie reprezint canalele ocupate n celula i. Celelalte Ki linii indic planul de ocupare a canalelor n celulele nvecinate celulei i. Ca urmare, o coloan vid indic un canal liber care, dac se iau n considerare numai constrngerile impuse de evitarea interferenei co-channel, poate fi asignat celulei i. Pentru a fi nlturate i efectele datorate interferenei ntre canalele adiacente, trebuie s fie satisfcute i condiiile prezentate n continuare. Astfel, dac distana necesar ntre canalele de frecven este Nadj, Nadj-1 coloane adiacente la stnga i la dreapta canalului nominal nu trebuie s conin nici un semn de marcare n prima linie a tabelului TOC. Elementele ultimei coloane indic numrul de canale asignabile n celula corespunztoare, n cazul constrngerilor impuse de eliminarea interferenei ntre canalele adiacente. n momentul n care staia de baz i recepioneaz o cerere de acces, se caut n prima linie a tabelului TOC un grup de 2Nadj-1 intrri consecutive vide, n care coloana central a grupului respectiv este vid. Dac aceast cutare se ncheie cu succes, se aloc apelului pentru care a fost realizat cererea de acces, canalul indicat de coloana central vid. Altfel, staia de baz caut un grup de 2Nadj-1 intrri libere consecutive (n prima linie a tabelului), n care coloana central s conin un singur semn de marcare. n cazul ncheierii cu succes a cutrii, se verific dac celula respectiv (corespunztoare semnului de marcare) are sau nu canale asignabile (indicate printr-un numr N#0 n ultima coloan a tabelului). n cazul n care exist canale asignabile, se transmite o cerere (ctre staia de baz asociat celulei) de realocare a apelului curent unui alt canal. Apoi, canalul eliberat este asignat apelului pentru care a fost realizat cererea de acces ctre staia de baz i. De exemplu, fie Nadj=2. n acest caz, algoritmul LP-DDCA va iniia cutarea a trei intrri vide consecutive n prima linie a tabelului TOC. Dac se consider situaia n care staia i recepioneaz o cerere de acces, se ajunge la urmtoarele concluzii: - canalul 5 este utilizat de un numr n>1 de celule; - canalele 4 i 6 sunt ocupate de cte o singur celul (canalul 4 de celula i1 i canalul 6 de celula i4). Celula i1 are 0 canale asignabile, iar celula i4 are


7

5; ca urmare, staia de baz i1 va utiliza canalul 6 i va realiza o cerere de reasignare ctre staia de baz i4. Coninutul tabelului TOC este actualizat prin colectarea informaiilor de ocupare a canalelor de la toate celulele interferente, utiliznd urmtoarea procedur: fiecare staie de baz, n momentul atribuirii sau eliberrii unui canal, transmite aceast informaie de modificare a strii canalelor sale ctre toate celulele interferente. Staiile de baz vor realiza actualizarea tabelului TOC i n cazul n care starea intrrilor sale s-a modificat ca urmare a atribuirilor sau eliberrilor de canale, realizate de staiile de baz asociate celulelor nvecinate. 3. Programul de simulare a algoritmului de alocare dinamic bazat pe mprumut ntre celule Programul de simulare consider o zon de reutilizare cu N=7. Se evalueaz probabilitatea de blocare (definit ca raport dintre numrul de cereri refuzate i numr total de cereri) pentru celula din centru. Numrul de canale asociat fiecrei celule este 10. Celulele 2-7 pot cere un numr de canale de maxim 10, iar celula central, 1, poate cere un numr de canale pn la 99. Dac celulele vecine au canale libere atunci ele pot fi mprumutate celulei 1. Comutarea canalelor se realizeaz ca n seciunea 3. Programul calculeaz o probabilitate de blocare curent i o probabilitate de blocare cumulat. Probabilitatea de blocare curent este dat de raportul dintre numrul de cereri de canal refuzate i numrul de cereri la un moment dat. Probabilitatea de blocare cumulat este calculat ca raport ntre numrul de cereri de canal refuzate total i numrul de cereri total. Probabilitatea de blocare curent reflect performana sistemului la momentul curent (pe termen scurt), iar probabilitatea cumulat indic performana global a sistemului ( pe termen lung).


8

Programul de simulare are urmtorul meniu :

Mod de lucru automat/manual [a/m]: a - programul funcioneaz fr a necesita comenzi, m - fiecare pas de calcul este iniiat prin apsatea tastei SPACE Descriere comutare canale/Evaluare performanta [d/e]: d - se exemplific startegiile de comutare a canalelor (se va cere numrul

celulei care elibereaz un canal i numrul canalului care se va elibera); tasta 0 asigur ieirea din acest meniu; tasta SPACE asigur funcionarea pas cu pas; se modific imaginea grafic indicnd modul n care s-a realizat comutarea

e - se calculeaz i se afieaz probabilitatea de blocare curent sau cumulat

Numarul de canale cerute de celula 1 fixat sau aleator [f/a]: f - se cer de la tastatur numrul de canale pentru fiecare celul a - se genereaz aleator numrul de canale cerute pentru fiecare celul

(ntre 0 i o valoare maxim cerut iniial) Probabilitate de blocare acumulata/curenta [a/c]: a - se calculeaz probabilitatea de blocare cumulat c - se calculeaz probabilitatea de blocare curent Tasta q asigur ieirea din programul de simulare. n figurile 4,5 i 6 este exemplificat funcionarea programului de simulare alocdin.exe.


9

Fig. 4. Comutarea canalelor


10

celula 1 este "blocata"

probabilitatea de blocare curenta

canale ocupate

Fig. 5. Calculul probabiltii de blocare curente


11

celule care au imprumutat canale

canale imprumutate

canale libere

probabilitatea de blocare cumulata

Fig.6. Calculul probabilitii de blocare cumulate

4. Programul de simulare a algoritmului LP-DDCA Programul de simulare genereaz Tabloul-de-Ocupare-a-Canalelor (TOC) asociat staiei de baz i, pornind de la urmtoarele date iniiale (se cer de la tastatur): - numrul canalelor de frecven (M=max.20);


12

- numrul de celule interferente cu celula i (Ki=max.20); - distana ntre canalele de frecven (Nadj=max.5). Pentru fiecare dintre cele Ki celule, se stabilete numrul de canale asignabile (se introduce de la tastatur n tabelul TOC). Programul realizeaz alocarea, marcnd explicit canalul asignat cererii recepionate de ctre staia de baz i. 5. Desfurarea lucrrii 5.1. Se vor studia algoritmii de alocare prezentai n seciunile 1-2. 5.2. Se va rula programul de simulare pentru algoritmul de alocare bazat pe mprumut pentru diferite valori ale probabilitilor de cerere a canalelor pentru celulele 1-7. Se vor analiza : - mecanismul de comutarea a canalelor; - probabilitatea de blocare; - probabilitatea de blocare cumulat. 5.3. Se va rula programul de simulare pentru algoritmul LP-DDCA. 6. ntrebri 6.1. Precizai condiiile n care algoritmul de alocare dinamic a canalelor bazat pe mprumut are performane superioare. 6.2. Precizati cnd sistemul ilustrat de programul de simulare are performane bune : a- atunci cnd probabilitatea de blocare cumulat este constant; b- atunci cnd probabilitatea de blocare cumulat este descresctoare; c- atunci cnd probabilitatea de blocare curent are valori mici. Argumentai rspunsul. 6.3. Care este condiia principal pentru ca algoritmul LP-DDCA s funcioneze cu performane bune?

rcm

Documents