بلوكه شدن مكالمه

«آنالیز عملكرد حداقل احتمال بلوكه شدن مكالمه برای تخصیص كانال دینامیك (پویا) در شبكه های سلولی موبایل »

چكیده : در این مقاله ،مسئله اختصاص كانال پویا (DCA) در شبكه سلولی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. ما نتایجی را درباره آن ترسیم می كنیم كه بهبود عملكرد سیستم بوسیله DCA اینست كه DCA ، كاركرد و كارآمدی خط اصلی را افزایش می دهد، اما روش ساده و مفید را برای محاسبه حد پایین احتمال بلوكه شدن مكالمه DCA توسعه می دهد، با استفاده از این روش ،می توانیم عملكرد اختصاص كانال ثابت (FCA) را با هر نوع طرحهای DCA به سادگی و بهتر ، مورد مقایسه قرار دهیم.

ما همچنین عملكرد DCA را در موارد مختلف مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد.

كلمات كلیدی: اختصاص كانال ثابت ،اختصاص كانال پویا، نظریه خط اصلی ، ارتباط سلولی موبایل.

استخراج آسان ارز دیجیتال جدید Pi Network بدون نیاز به برق و اینترنت

مقدمه

با پیشرفت فناوری ارتباطی ،ارتباط پرسنل بسرعت رشد می كند و شبكه های ارتباط جهانی نیز تحت تحقیقات فعالی قرار می گیرند. در آینده ، سیستم های ارتباط جهانی ،ثابت متحرك می تواند با همدیگر در هر زمانی و جایی و در هر شرایطی ارتباط برقرار نماید،آنها می توانند اطلاعات را بوسیله این نسل از سیستم های جدید ارتباط پرسنل، مبادله نمایند.

سیستم های متحرك ترن MTS ،اغلب برای پوشش حوزه پرتردد مثل شهرهای بزرگ به كار می روند ، جائیكه ساختارهای سلولی كوچك و بزرگ نیز اغلب به كار گرفته می شوند. خصوصاً در ساختمانی بزرگ ، ساختار میكروسلولی سه بعدی اغلب به كار خواهند رفت كارایی استفاده از منابع فركانس (كانال در پوشش معینی، با نسبت استفاده مجدد از كانال د رسلولهای معین، مشخص می شود. این مقاله به بررسی طرح اختصاص منابع كانال رادیویی در شبكه های سلول متحرك (موبایل ) زمینی ، می پردازد. در اینجا،بطور كلی به منابع كانال رادیویی برای CDMA,TDMA,FDMA بدون ملاحظه خواص هر یك از كانال های فیزیكی خواهیم پرداخت.

طرحهای اختصاص كانال ،نقش مهمی را در سیستم های ارتباطی موبایل برای ایجاد ثابت و پایداری وكارآمدی شبكه ایفا می كنند. هدف روش اختصاص كانال پویا DCA ارائه و ایجاد امكان استفاده از شبكه های موبایل در شرایط منابع محدود كانال و بار تردد خاص شبكه می باشد. با استفاده از DCA ، كارایی كانال و كیفیت خدمات می تواند بهبود یابد. DCA نیز می تواند توانایی سازگاری برای تغییرات ناگهانی بار تردد را ارائه دهد. در سیستم موبایل سلولی منابع كانال محدود باند محدود رادیویی است كه به سیستم موبایل اختصاص دارد. در شبكه های مورد بحث در تحقیقات باند رادیویی به چند كانال تقسیم می شود. این كانالها به تصدیق كنندگان آن برطبق تقاضای مكالمه شان اختصاص می یابد . قطعاً ،تقاضای مكالمه كه بوسیله تایید كننده خاص انجام می شود كنار گذاشته می شود،اگر كانالهای سالم در طرح منابع كانال موجود نباشد . یك راهبرد DCA كه دارای عملكرد مطلوبی است می تواند ،احتمال این كنار گذاشتن را برای كاهش احتمال بلوكه شدن كاهش دهد.

جدای از محدودیت منابع كانال در سیستم های موبایل تداخل كانال نیز ، راهبرد اختصاص كانال را محدود می كند، همان كانال نمی تواند ،در این سلولها مجدداً به كار گرفته شود كه دارای خوشه تداخل بین كانالی می باشد و در غیر اینصورت ،ارتباط نمی تواند بعلت تداخل نامطلوب صورت گیرد.

در تحقیقات ، الگوریتم های اختصاص كانال بطور وسیعی به كار برده می شوند و چندین نوع الگوریتم DCA مطرح شده اند. این نوع الگوریتم های DCA برای عملكردشان در فرضیات خاص با همدیگر مقایسه می شوند. به هر حال ، همانطوریكه می دانیم به هر الگوریتم DCA نمی تواند ظرفیت تردد سیستم را بهبود بخشد. علاقه زیادی به محدودیت بهبود عملكرد بوسیله الگوریتم DCA و شرایط تحت آن وجود دارد كه الگوریتم DCA بزرگترین نقش را ایفا می كند. گفته می شود كه عملكرد DCA در شرایط مختلف كانال ،بار مختلف تردد و مدل مختلف سلولی، متفاوت است ما نیازی به توسعه روش برای سنجش عملكرد هر نوع الگوریتم DCA داریم.

در این مقاله ،این مشكلات رابررسی خواهیم كرد و سپس روش ساده ای را برای محاسبه حد پایین احتمال بلوكه شدن مكالمه درسیستم سلولی با استفاده از الگوریتم DCA ارائه می دهیم. با این روش ،می توانیم عملكرد هر الگوریتم DCA را در همان مدل سلولی مورد مقایسه قرار دهیم.

در بخش دوم این مقاله ،آنالیز مدل، توصیف و مدل ارائه خواهد شد. در بخش سوم، روش ساده ای را برای محاسبه حد پایین احتمال بلوكه شدن مكالمه با استفاده از الگوریتم DCA توسعه خواهیم داد. در بخش آخر نتایج عددی و نتیجه گیری درباره انتخاب الگوریتم DCA در طرح سیستم عملی ارائه می شود.

« 2 - فرضیه و مدل ریاضی »

در این مقاله ، مباحثی درباره فرضیات ذیل ارائه می شود:

1)مقدار كل كانال های دوبلكس موجود در سیستم سلولی ، M است . مقدار كل مجموعه بصورت (GH)….CHM) است و سیستم موبایل سلولی دارای كانال های دوبلكس M برای كاربرد و استفاده بیشتر می باشد.

اگر هر سلول به گروهی از كانالهای (K<M)K اختصاص یابد و اگر كانال های M در بین سلولهای N تقسیم شود، گروههای كانال واحد و مجزا دارای همان تعداد كانال خواهند بود و كل تعداد كانالهای رادیویی می تواند بصورت ذیل ارائه شوند.

1) M=KN سلولهای N ،مجموعه كاملی از فراوانی ها را به كار می برند كه بصورت خدشه ای (C₁….CN) تعریف می شوند. CN اندازه خدشه یا عامل استفاده و كاربرد مجدد سلول است.

2) هر سلول دارای همان شعاع R است AS در تصویر یك نشان داده می شود.

3) فرض كنید كه موج رادیویی در همان روش و در فضای آزاد منتقل می شود.

اگر فاصله بین سلولها بزرگتر از مقدار ثابت D باشد ، منابع كانال می تواند در این دو سلول به كار گرفته شود و تداخل بین كانال می تواند نادیده گرفته شود. برای هندسه چند ضلعی ،اندازه خوشه N ،شعاع سلولی R و حداقل فاصله استفاده مجدد از كانال D ، معادله 2 را در بردارد.

4) برای تصریح تداخل كانال مجاور نیز نادیده گرفته می شود.

5) فرض كنید،تایید كننده های زیادی در هر سلول وجود دارد. یعنی ،میزان رسیدن مكالمه و تعداد مكالمه ها،مستقل از یكدیگر است .

6) فرض كنید كه مكالمه برطبق توزیع پوسیون می رسد،در هر مكالمه از سیستم فرض می شود كه میزان رسیدن مكالمه مشابه است كه بوسیله l ارائه می شود و ما می توانیم توزیع احتمال را بدست آوریم . Pr=

جائیكه a(f) تعداد پیام های رسیده است كه t=0 و t ، زمان رسیدن مكالمه است

7) اگر مكالمه بلوكه شود،فوراً پاك خواهد شد.

یعنی هیچگونه علامتی در مدل خطی وجود ندارد جائیكه فرمول Erlang B به كار می رود. A فرض می شود زمان مدت مكالمه ، شاخص مدت میانگین مكالمه H است M=1/H,- میزان میانگین خدمات است، كاركرد تراكم احتمال زمان خدمات به صورت ذیل است : P(S_n)=m-e^m(4)

جائیكه s_n، زمان خدمات كاربرد n است.

9-خروج از دوره مكالمه، خارج از بحث ماست.

30-حد پایین احتمال بلوكه شدن مكالمه اختصاص كانال دینامیك

ما با مورد اختصاص كانال ثابت fca شروع می كنیم، كانال های دو بلكی m است، و راهبرد FCA، هر سلول به گروهی از كانال های K اشاره و تخصیص می یابد. بار تردد در هر سلول بصورت ذیل تبیین می شود . (Erlang) = cell A per

در هر سلول، در سیستم، فرض می شو د مشابه باشد، احتمال بلوكه شدن مكالمه برای هر سلول، مشابه است و می تواند با فرمول Erlang بصورت ذیل بدست آید ALC)) Erlang= p_bc جائیكه n كل بار تردد سلول است و k، تعداد كل كانال های دوپكلس قابل استفاده است كه بوسیله راهبرد FCA در سلول اختصاص می یابد.

اكنون- مورد سیستمی را بحث می كنیم فقط دارای خوشه سلولی است و اندازه خوشه، n است و تعداد كل سلولهای سیستم n است و كانال های سیستم نمی توانند مجددا مورد استفاده قرار گیرند. در نتیجه كل بار تردد در داخل خوشه بصورت ذیل است (v) A=N تعداد كل كانال های موجود در خوشه M است كه K برابر N است. برطبق اصل اختصاصی كانال دینامیك، هر كاربر از هر سلول در خوشه، حق تقاضا در هر كانال در مجموعه كل كانال را ندارد.

اگر كانال سالم باشد، سیستم، كانال را به كاربر اختصاص خواهد داد، در غیراینصورت ، مكالمه درخواستی بدون اثرود، بلوكه خواهد شد. در طول دوره ی مكالمه، هر كاربر در خوشه نمی تواند كانال را مجددا استفاده كند. این مسئله به معنای بار كل تردد در خوشه است كه دارای مجموعه كانال (H_M). … CH₁) با استفاده از فرمول Erlang B می باشد. (8)

جائیكه A بار متوسط تردد در هر سلول است، N، اندازه خوشه و K، تعداد كل كانال های موجود و هر سلول و در اختصاص كانال ثابت است. (9)

یعنی، در سیستم یك خوشه وجود دارد، بهبود بلوكه شدن مكالمه با راهبرد DCA بدین معناست كه DCA، اثر كارآمدی خط اصلی را آزاد می كند. اگر نوعی از راهبرد DCA، اصل اساسی DCA را علیرغم نوع راهبرد DCA برآورده سازد، نتیجه احتمال بلوكه شدن با كاربرد dca همیشه مشابه است كه با معادله 8 محاسبه می شود . در واقع بهبود الگوریتم در طرح DCA، معنایی ندارد و چون، كل سیستم دارای یك خوشه است و هر كانال نمی تواند مورد استفاده مجدد قرار گیرد ما می توانیم همان نتایج را از معادله ی 8، برای هر طرح dca در سیستم سلولی خوشه ای بدست آوریم.

به هرحال، برای سیستم های كلی سلولی، آن همیشه دارای چندین خوشه و منابع كانال است كه می تواند در هر دو سلول مجددا استفاده شود كه به همان خوشه تعلق ندارد. در مورد كلی، فرض می كنیم كه هر سلول دارای همان بار تردد Aاست و تعداد كل سلولها در سیستم، C است همچنین كانال های دوپلكس M وجود دارد كه به مجموعه (CH_M … CH₁) تعلق دارد. فرض می كنیم كه احتمال متوسط بلوكه شدن مكالمه طبق راهبرد PCA، بصورت P_N(DCA)C است.

فرضیه دیگری تغییر نمی یابد. بنابراین در سیستم جدید، متوسط احتمال بلوكه شدن مكالمه بصورت (cells C+1 / (CDCA P_B) است.

فرض كنید كه مجموعه سلولها در سیستم جدید، C‌است. (C+1. … C₁)

جائیكه (C₁…(C) سلولهای سیستم قدیمی است. سلول C_C+1 ، سلول اضافه شده است. ما خوشه سلولی Q‌ را می سازیم كه شامل سلول اضافه شده C_C+1 است. بطور واضح، سلول C_C+1 ، در منابع كانال با سایر سلولها در خوشه سیستم می باشد. بعنوان نتیجه ، تقاضای مكالمه در سلول C_C+1 ، متوسط احتمال بلوكه شدن را در سلولها افزایش می دهد و موجب افزایش بلوكه شدن سلول می شود. بنابراین ، افزایش بلوكه شدن سلول به سیستم كامل پراكنده می شود. (10) p_h(dc…

درواقع، اگر منابع كانال به كانال m محدود شود، و به سلول جدیدی برای تداخل سیستم افزوده شود. كل بار تردد از مقدار قبلی افزایش می یابد، یعنی، C برابر A‌است و به مقدار جدید (C+1) برابر A‌است . این عمل منجر به افزایش احتمال بلوكه شدن مكالمه در كل سیستم می شود و نتایج ذیل بدست می آید.

اگر سیستم سلولی ، فرضیه را در بخش 2 تایید كند، حد پایین احتمال بلوكه شدن مكالمه با استفاده از طرح DCA می تواند بصورت ذیل باشد. (11) P_N…

جائیكه N ، اندازه خوشه است، A، بار متوسط تردد در هر سلول است و K=M/N، تعداد كانال های اختصاص یافته به هر سلول با استفاده از طرح FCA

«4-نتایج آماری و نتیجه گیری»

تصویر 3، حد پایین تر احتمال بلوكه شدن PCA را در مورد اندازه ی خوشه N=3 و N=1 با احتمال بلوكه شدن FCA ارائه می دهد كه كانال های (K=10)10 به هرسلول اختصاص می یابد. دیده می شود كه حد پایین احتمال بلوكه شدن DCA به اندازه خوشه N مربوط می شود، اگر K، ثابت باشد. حد پایین تر احتمال بلوكه شدن DCA كاهش خواهد یافت، اگر N افزایش یابد. بدین معنا كه سیستم ها دارای اندازه خوشه بزرگتر مثل سیستم های موبایل آنالوگ و CMS هستند. كاربرد راهبرد DCA، كارآمدی سیستم را بهبود خواهد داد. در صورتیكه در نسل جدید سیستم های موبایل مثل سیستم های CDMA ، N كمتر از 3 است كه بوسیله DCA بهبود نمی یابد.

كانال های 10 به هر سلول اختصاص می یابد در تصویر دیده می شود كه حد پایین احتمال بلوكه شدن DCA به اندازه خوشه مربوط می شود اگر 2 / 0 ثابت باشد حد پایین احتمال بلوكه شدن DCA كاهش خواهد یافت اگر N افزایش یابد بدین معنا كه سیستم های دارای اندازه خوشه بزرگتر مثل سیستم های موبایل آنالوگ و C5M هستند كاربرد راهبرد DCA كارآمدی سیستم را بهبود خواهد داد در صورتی كه در نسل جدید سیستم های موبابل مثل سیستم های DDMA N ;ljv hc 3 hsj ;I fi ,sdgi ِ‍َ بهبود نمی یابد.

تصویر 4 - احتمال بلوكه شدن مكالمه FCA و حد پایین احتمال بلوكه شدن DCA را در مورد اندازه خوشه 7= N و سلول – كانال 60 = K ارائه می دهد فضای بین دو منحنی DCA – FCA در مقایسه با دو منحنی تصویر 3 باریك است . تصویر 4 و 3 وقتی كه احتمال بلوكه شدن FCA 10 % است حد پایین DCA احتمال بلوكه شدن 4 % و 1/0 % است حداكثر بهبودی به وسیله DCA در حدود 9/9 % و 6/6 % است این مسئله نشان می دهد كه DCA به هنگام كوچكتر شدن k قابل استفاده می باشد .

تصویر 5- مقایسه بین حد پایین احتمال بلوكه شدن DCA و احتمال بلوكه شدن الگوریتم DCA را در تحقیقات نشان می دهد می توان دید كه الگوریتم DCA در تحقیقات عملكرد را در مقایسه با روش الگوریتم FCA بهبود می بخشد بهبودی قابل ملاحظه ای در مقایسه با حد پایین احتمال بلوكه شدن DCA وجود دارد كه به وسیله معادله (1) محاسبه می شود.

تقدیر و سپاس

در اینجا تلاشهای پروفسورگانگ مینگ چاو از دانشگاه علوم و فنون الكترونیك چینی تقدیر به عمل می آید