efficiency comparison of channel allocation schemes for digital mobile communication network ieee...
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EFFICIENCY COMPARISON OF CHANNEL ALLOCATION SCHEMES FOR
DIGITAL MOBILE COMMUNICATION NETWORK
IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.49, No. 3, May 2000
Dave - [email protected]
23 de Agosto de 20000
INTRODUÇÃO
Considera apenas os sistemas que utilizam a combinação TDMA/FDMA como método de acesso
Para cada célula é alocado um certo número de freqüências portadoras que são divididas em vários canais TDMA.
1 ou mais canais TDMA são utilizados pelas ERBs como canais de controle e broadcasting
INTRODUÇÃO
FCA (Fixed Channel Allocation) : utilizada na maioria dos sistemas celulares atuais
DCA (Dynamic Channel Allocation) : suportada atualmente pelo GSM, PHS (Japonês) e será incorporada aos atuais sistemas como avanço para os sistemas 3G.
Objetivo principal: aumentar a capacidade dos sistemas através da utilização eficiente dos recursos
INTRODUÇÃO
Compara as seguintes técnicas de alocação: FUCA (Fixed Uniform Channel Allocation FUNCA (Fixed Nonuniforme Channel Allocation) DCA (Dynamic Channel Allocation) DFTCA (Dynamic Frequency/Time Channel
Allocation)
MODELOS
N células : 1, 2, 3 ..., N tm,i tempo de residência de um móvel na célula i:
distribuição exponencial com média mi
tc tempo de ocupação do canal: distribuição exponencial com média
Chegada de chamadas na célula i: distribuição de Poisson com média i
!)(
k
ekXP
ki
i
xme
mxf
11)(
x > 0
MODELOS
Pij : probabilidade do móvel se deslocar da célula i para a cél. j após o seu tempo de residência na célula i
[Pij] - Handover Probability Matrix
c total de canais por portadorab canais de controle/broadcasting por célulaKi No. de portadoras alocadas para a cél. i
No. De canais de tráfego por célula:
bKck ii
Algoritmos
FUCA : mesmo número de portadoras para todas as células
FNCA : número de portadoras por célula depende do tráfego da célula
DCA : número de portadoras varia para tentar se adaptar às mudanças no tráfego em cada célula. Assume o menor valor possível para suportar todas as chamadas em andamento
modelo de filas M/M/ n - No. de chamadas ativas na cél. i
c
bnK i
Algoritmos
DFTCA : mesma características da técnica DCA + time slots podem ser alocados de acordo com o tráfego.
Duas cél. vizinhas podem utilizar time slots diferentes de uma mesma freqüência.
Análise dos algoritmos
Prob. de que o móvel que entra na célula i passará para cél. j no seu próximo deslocamento:
taxa efetiva de saída da célula i:
ij
i
iij P
m
mP
1
1ˆ
ijimicij PttPP )(ˆ,,
tc,i : tempo entre a chegada do móvel à célula i e a ligação ser
completada
ii m
1ˆ
Análise dos algoritmos
taxa efetiva de chegada na célula i:
Eficiência (i): razão entre o No. médio de canais utilizados e o No. médio de canais alocados para a célula.
ij
jijii Pˆˆ
Análise dos algoritmos
FUCA, para cada célula i assume-se:Modelo de filas M/M/k/k, com parâmetros ePB: prob. de bloqueio exigida, deve ser mantida
para todas as células Para cada célula i, calcula-se o menor No. de
portadoras (Ki) que satisfaz PB
K : No. de portadoras p/ célula é dado por:
K = max(K1, K2, ...Kn)
(canais de tráfego para cada cél.)bKck
i i
Análise dos algoritmos
No. médio de canais utilizados na célula i é dado por:
onde Px(i) , x = 1, 2, 3, ...k é a prob. de termos x canais sendo utilizados na célula i. É obtida resolvendo-se as eqs. do sistema M/M/k/k
Eficiência:
k
xxPxinE
0
)]([
kb
inEi
)]([)(
)]([1
kbN
inEN
i
Análise dos algoritmos
FNCAMesmo sistema de filas M/M/k/k ( , )Calculam-se o conjuntos para garantir PB:
{K1, K2, K3, ..., KN}
{k1, k2, k3, ..., kN}
Eficiência:
ii kb
inE
)]([
N
ii
N
i
kb
inE
1
1
)(
)]([
i i
Análise dos algoritmos
DCA, para cada célula assume-se:Modelo de filas M/M/ com parâmetros eNo. médio canais ocupados por célula i:
No. médio de canais alocados por célula i:
onde,
i
iinEˆ
ˆ)]([
0
]/[)(][n
ini naEipaE
c
bncKcnaE ii ]/[
i i
Análise dos algoritmos
Eficiência:
][
)]([
ii aE
inE
N
ii
N
i
aE
inE
1
1
][
)]([
Análise dos algoritmos
DFTCAModelo de filas M/M/ com parâmetros e
binEaE i )]([][
binE
inEi
)]([
)]([
N
i
N
i
binE
inE
1
1
)]([
)]([
i i
RESULTADOS
Parâmetros: 49 células divididas em 7 clusters c = 8 e b=1 PB = 1%
Tráfego simétricoavaliação de 1 clusterdistância de reuso : 1 cél.
1
2
3 4
5
6
7
RESULTADOSEfeitos da taxa de chegada (calls/min)Pij = 1/6 i, j
mi = 2 min
i= 1/2 calls/min
holding time = 3 min =1/3 calls/min
RESULTADOS
Deficiências do modelo analítico:Para os algoritmos FCA, não considera os efeitos
do handoff.Nos algoritmos DCA e DFTCA não prevêem a
possibilidade de ligações serem bloqueadas. (Assumem um número de canais infinito)
RESULTADOS
Para uma carga total de tráfego fixa, a medida que a distribuição do tráfego se torna mais desigual, temos os seguintes desempenhos para os algoritmos:
FCADCADFTCA (desempenho é independente
da distribuição do tráfego)
RESULTADOS
RESULTADOS
Efeitos da taxa de handoff (1/mi)
RESULTADOSArterial Highway TrafficAnálise sob condições de tráfego mais realistas,
onde células dentro de um determinado caminho, recebem um tráfego mais intenso que outras células.
35 23
25
21
31
47
48
RESULTADOS