علوم رایانش و فناوری اطلاعات

ارائه روشی پویا جهت بهبود نرخ دسترسی موفق و متوسط تاخیر دسترسی در شبکه‌های LTE به کمک فریم مجازی

نویسندگان

دانشکده مهندسی ﻛﺎﻣﭙﻴﻮﺗﺮ، دانشگاه ﺻﻨﻌﺘی ﺧﻮاﺟﻪ ﻧﺼﻴﺮاﻟﺪﻳﻦ ﻃﻮﺳی، ﺗﻬﺮان، اﻳﺮان

چکیده

دسترسی گسترده به ماشین‌های هوشمند و افزایش روزافزون تقاضا در ارتباطات ماشینی بر بستر شبکه‌های نسل چهارم مخابراتی، سرویس‌دهی و مدیریت درخواست‌ها را با چالش‌های اساسی روبرو کرده است. محدودیت منابع فیزیکی، تعدد کاربران و ارسال درخواست‌های انبوه همزمان می‌تواند منجر به بروز ازدحام شود. روش‌های متعددی به منظور کاهش دسترسی انبوه با ایجاد محدودیت در زمان دسترسی و یا توزیع زمان درخواست دسترسی مطرح شده‌اند. در روش فریم مجازی درخواست‌ها در فریم‌های متوالی پخش می‌شوند تا متوسط میزان درخواست‌های موفقیت‌آمیز را افزایش دهند. طول فریم مجازی که از کنار هم قرار گرفتن چندین زیرفریم متوالی بوجود می‌آید، باید با توجه به میزان بار شبکه و به طور مناسب انتخاب شود تا متوسط میزان تاخیر نامطلوب را در شبکه کاهش دهد. در این مقاله روشی پویا بر پایه روش‌های دسترسی تصادفی و پروتکل گسترش کد و با استفاده از روش فریم مجازی جهت حل مساله ازدحام در ارتباطات ماشینی بر بستر شبکه‌های نسل چهارم ارایه شده و مصالحه میان نرخ دسترسی موفق و متوسط تاخیر دسترسی استخراج شده است. در این راستا و به منظور حفظ بهره‌وری شبکه، طول فریم مجازی و فضای کدگذاری طی دو فاز تخمین و تصمیم‎‌گیری تعیین شده و متناسب با بار ورودی به شبکه تغییر می‌کند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌ها و مقایسه این روش با یکی از متداولترین روش‌های پیاده‌سازی شده در شبکه‌های نسل چهارم موسوم به DACB نشان می‌دهد که در زمان ازدحام و شرایطی که تعداد آغازگر‌های مجاز سیستم اندک است، استفاده از این روش بهره‌وری و متوسط زمان تاخیر در شبکه را بهبود می‌بخشد.

کلیدواژه‌ها

  • [1]The LTE Network Architecture. [Online]. Available: http://www.alcatel-lucent.com.
  • [2]LTE PHY Fundamentals. [Online]. Available: http://www.ee.columbia.edu/~roger/
  • [3]A. Laya, L. Alonso, and j.Zarate, "is the random accesschannel of LTE and LTE-A suitable for M2Mcommunication? A surveyof alternatives,"IEEECommunication.Surveys Tutorials, vol. 16, no. 1, pp. 4–16,Feb. 2014.
  • [4]N. Nikaein, and S. Krco, "Latency for Real TimeMachine-to-Machine Communication in LTE-Based System Architecture,"Sustainable Wireless Technologies (European th Wireless), 11European Wireless Conference,pp 1-6,Vienna Austria, 27-29 April 2011.
  • [5]S. Gharbi, and N. zangar, "Adaptive multiple AccessClass Barring factors for M2M communications in LTE-ANetworks,"IEEE Consumer Communications andNetworking Conference (CCNC), pp. 605-606, Jan. 2015.
  • [6]Y. Pang, G. Lin, and H. Wei, "Context Aware DynamicResource Allocation for cellular Communication,"IEEEInternet of Tings Journal, Vol. PP, No. 99, pp. 1, Nov. 2015.
  • [7]P. Si, Y. Yang, S. Chen, and H. Xi, "Adaptive MassiveAccess Management for QoS Guarantees in M2MCommunications,"IEEE Transaction on VehicularTechnology,pp. 3152-3166, July. 2015.
  • [8]P. Si, Y. Yang, S. Chen, and H. Xi, "Optimal AccessClass Barring for StationaryMachine Type CommunicationDevice With Timing Advance Information,"IEEETransaction on Wireless Communication,pp. 5374-5388,Oct. 2015.
  • [9]A. Molisch, "3GPP Long-Term Evolution,"WirelessCommiunication, Second Edition, 2011.
  • [10]LTE in a Nutshell: The physical Layer. [Online].Available:https://www.telecomsource.net.
  • [11]M. Chang, G. Lin, and H. Wei, "Overload Control forMachine-type-Communicationsin LTE-Advanced System," IEEE Communication MAgazine, vol. 50, Issue. 6, pp 38-45,June 2012.
  • [12]R. Liu, W. Wu, H. Zhu, and D. Yang, "M2M-orientedqoscategorization in cellular network," Proc.IEEE WirelessCommunications, Networking and Mobile Computing (WiCOM), 2011.
  • [13]3GPP TS 36.321 V10.2.0 (2011-06): Medium AccessControl (MAC) Protocol Specification, June 2011.
  • [14]ETSI TS 36.212 V8.8.0 (2010-01), LTE evolvedUniversal Terrestrial Radio Access Multiplexing and channelcoding, Jan 2010.
  • [15]T. Taleb, and A. Ksentini, "On alleviating MTCoverload in EPS," Elsevier Ad Hoc Networks, vol. 18, pp24-39, July 2014.
  • [16]ETSI TS 102 689 V1.1.1 (2010-08): Machine-to-Machine Communications, MTC Service Requirements,Aug. 2010.
  • [17]A. Amokrane, A. Ksentini, Y. Hadjadi, and T. Taleb, "Congestion Control for Machine Type Communication," IEEE International Conference in Communications (ICC),pp. 778-782, June 2012.
  • [18]3GPP TR 37.868 V11.0, Study on RAN Improvementsfor Machine-type Communications, Oct. 2011.
  • [19]O. Arouk, A. Kestini, Y. Hadjadj-Aoul, and T. Taleb, "On Improvement the Group Paging method For Machine –type-Communications,"IEEE International Conference onCommunications (ICC),Sydney Australia, pp. 484-489, june.2014.
  • [20]D. Lee, S. Kim, and B. Yi, "Throughput Comparison ofRandom Access Methods for M2M Service over LTENetworks," in2011 IEEEGLOBECOM Workshops (GC Wkshps), pp. 373 –377, Dec. 2011.
  • [21]S.-Y. Lien, K.-C. Chen, and Y. Lin, "TowardUbiquitous Massive Accessesin 3GPP Machine-to-machineCommunications,"IEEE Comm unication. Mag., vol. 49,no. 4, pp. 66 74, April 2011.
  • [22]F. Zhou, and H. Zhang, "A New Dynamic FramedSlotted ALOHA for RFID,"International CommuincationsCircuits and Systems,ICCCAS, pp. 47-50, 2007.
  • [23]C. Stefanovic, K. F. Trilingsgaard, N. K. Pratas, andP. Popovski, "Joint estimation and contention-resolutionprotocol for wireless random access,"IEEE ICCin Proc.2013.
  • [24]J.-P. Cheng, C. han Lee, and T.-M. Lin, "Prioritizedrandom access with dynamicaccess barring for RANoverload in 3gpp LTE-A networks,"GLOBECOMWorkshops, pp. 368 –372, Dec. 2011
  • [25]F. Ghavimi, and H. Chen, "M2M Communications in3GPP LTE/LTE-A Networks: Architecture, ServiceRequirements, Challenges, and Applications,"IEEECommunication. Surveys Tutorials, vol. 17, no. 2, pp.525–549, May. 2015.
  • [26]S.-Y. Lien, T.-H. Liau, C.-Y. Kao, and K.-C. Chen, "Cooperative Access Class Barring for Machine-to-MachineCommunications,"Wireless Communications,IEEETransactions on, vol. 11, no. 1, pp. 27-32, Jan. 2012.
  • [27]K. Pratas, H. Thomas, C.Stefanovic, P. Popovski, "Code-Expanded Random Access for Machine-TypeCommunications,"in IEEE Globcome Workshop, pp. 1681-16862012.
  • [28]B. Hassanpour, and A. Ghasemi, "Online LoadEstimation for Efficient Random Access of Machine TypeCommunications in LTE Networks,"Iranian Conference onElectrical Engineering (ICEE), Shiraz, Iran, pp. 732-737,May 2016.

 

علوم رایانش و فناوری اطلاعات
دوره 15، شماره 1
بهار و تابستان
اردیبهشت 1396