3-2….. روش های زمانبندی در زیرلایهی MAC شبکههایLTE در جهت فروسو 22
3-3……………… استراتژیهای زمانبندی برای شبکههای LTE در جهت فروسو 23
3-3-1…………………………………………………………….. استراتژی ناآگاه از کانال 24
3-3-2………………….. استراتژی آگاه از کانال/ناآگاه از کیفیت سرویس 27
3-3-3………………………… استراتژی آگاه ازکانال /آگاه ازکیفیت سرویس 30
3-4……………………………………………….. الگوریتمهای مورد استفاده در مقایسه 33
3-4-1………………………………………………………… الگوریتم زمانبندی در دوسطح 34
3-4-2……………………………………………………………………………… الگوریتم M-EDF-PF 37
3-4-3…………………………………………………………………………………… الگوریتم FBAQ 38
4 فصل چهارم الگوریتم پیشنهادی و شبیهسازی 44
4-1……………………………………………………………………………………………………………… مقدمه 44
4-2……………………………………… بیان الگوریتم پیشنهادی برای تخصیص منابع 45
4-3…………………………………………………………………… مقدمات و ملزومات الگوریتم 45
4-4……………………………………………………………………………… نوآوری های انجام شده 46
4-5……………………………………………………………………………….. پیشنیازهای الگوریتم 47
4-6……………………………………………………………………………. شرح الگوریتم پیشنهادی 50
4-6-1………………………… تقسیم بندی کاربران بر اساس سرعت حرکت آنها 51
4-6-2……………… محاسبهی نرخ ارسال داده کاربران تا ایستگاه مبنا 51
4-6-3…………………………………………………………………….. محاسبهی اولویت هر صف 54
4-6-4……………………………………………………………………………… ساختار جدید فریم 56
4-6-5 محاسبه و تخصیص بلوک منابع مورد نیاز هر صف با توجه به تامین نیاز کیفیت سرویس کاربر 57
4-7……………………………………………………………………………………… شبیهسازی و نتایج 62
4-7-1……………………………. نحوهی محاسبهی مقادیر محور افقی نمودارها 62
4-7-2…………………………………………………………………… ترافیک اعمالی به شبکه 65
4-8………………………………………………………….. بررسی نتایج حاصل از شبیهسازی 66
5 فصل پنجم نتیجهگیری و پیشنهادها 71
5-1………………………………………………………………………………………………………………… خلاصه 71
5-1-1………………………………………………………………. روشهای تخصیص بلوک منابع 72
5-2……………………………………………………………………………………………………… پیشنهادها 73
منابع و مآخذ 75
فهرست اشکال
عنـــوان صفحه
شکل 2‑1 ساختار شبکهی LTE 7
شکل 2‑2 ساختار E-UTRAN 9
شکل2‑3 ساختار فریم در حالت FDD 9
شکل2‑4 ساختار
فریم در حالتTDD 11
شکل2‑5 ساختار یک بلوک منبع 12
شکل2‑6 مثالی از نحوهی تخصیص بلوک منابع در حالت چندگانگی فرکانسی 14
شکل2‑7 حامل و پارامترهای کیفیت سرویس اختصاص یافته 15
شکل2‑8 مدل ترافیکی ارسال صدا از طریق اینترنت 18
شکل2‑9 مدل ترافیکی صفحات اینترنت 19
شکل2‑10 مدل ترافیکی ویدئو 20
شکل 3‑1بلوک منابع و بازههای زمانی ارسال 22
شکل3‑2 ساختار مصور الگوریتمTLS 34
شکل 3‑3 نحوهی تخصیص بلوک منبع در الگوریتم FBAQ 42
شکل4‑1 ساختار گستردهی فریم 48
شکل4‑2 محور زمان در ساختار 51
شکل4‑3بازههای ارسال سیگنال به نویز به ایستگاه مبنا 53
شکل4‑4 مدل سیستم درنظرگرفته شده 54
شکل4‑5 شبهکد مربوط به تعیین اولویت هر صف 56
شکل4‑6 یک زیر فریم از ساختار جدید فریم در جهت فراسو 57
شکل4‑7 شبه کد مربوط به تخصیص بلوک منبع برای بیتهای ضروری 60
شکل4‑12 تاخیر بستههای وب نسبت به بیشینه تاخیر 68
چکیده
با رشد سریع کاربران اینترنت و سرویسهای بلادرنگ نظیر صدا و تصویر و نیاز به برآورده کردن کیفیت سرویس مورد نیاز کاربران از نسل بعدی شبکههای سلولی انتظار میرود که دسترسی در همه نقاط را برای کاربران موبایل فراهم کند. LTE یک تکنولوژی دسترسی رادیویی جدید میباشد که به منظور یک حرکت به سمت نسل بعدی سیستمهای بیسیم پیشنهاد شده است. از دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی عمود بر هم[1] در جهت [2]استفاده میکند. دسترسی مالتی پلکس فرکانس عمود بر هم کل پهنای باند را به چندین زیرکانال با باند باریک تقسیم میکند و به کاربران براساس نیازهایشان این زیرحاملها را تخصیص میدهد. یکی از ویژگیهای اصلی LTE استفاده از روشهای مدیریت منابع رادیویی پیشرفته به منظور بهینه کردن عملکرد سیستم است به نحوی که بیشترین تعداد بیت ارسال گردد.
برای فراهم کردن کیفیت سرویس کاربران، الگوریتمهای زمانبندی برای رفع نیازهای کاربران، طراحی شدهاند. زمانبندی[3] در شبکههایLTE مسئول توزیع منابع میان کاربران فعال به منظور فراهم آوردن کیفیت سرویس مورد نیاز میباشد.در این الگوریتمها، معمولا کاربرد سرویسهای بلادرنگ ودر بعضی دیگر از الگوریتمها کاربرد هر دو نوع سرویس بلادرنگ و غیربلادرنگ در نظر گرفته شده است. در مواردی هم که هر دو کاربرد بلادرنگ و
غیر بلادرنگ در نظر گرفته شده، به سرعت های متفاوت کاربران هیچ توجهای نشده و فقط برای گروه کاربران با سرعت های حرکت پایین (حداکثر30 کیلومتر بر ساعت) توجه شده است. در صورتی که این مهم میباشد که الگوریتم به گونهای عمل کند که با افزایش سرعت،کیفیت سرویس کاربر به مخاطره نیفتد. در این پایان نامه تلاش شده تا الگوریتمی طراحی شود که کیفیت سرویس را برای کاربران با سرعت های مختلف فراهم آورده و نرخ ارسال شبکه را افزایش دهد. همچنین در سرعتهای پایین در مقایسه با سایر الگوریتمهاعملکرد بهتری داشته باشد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های موجود نشان دهندهی آن است که نرخ ارسال شبکه در الگوریتم پیشنهادی افزایش یافته و به دلیل انتخاب معیار مناسب برای تخصیص بلوک منبع به کاربر، پارامترهای کیفیت سرویس بهبود یافته اند.
کلمات کلیدی: LTE، زمانبندی، مدیریت منابع رادیویی، کیفیت سرویس، OFDMA، سرویسهای بلادرنگ و غیر بلادرنگ
1 فصل اول
: مقدمه
1-1 مقدمه
اولین شبکههای مخابراتی سلولی موسوم به G1 در اوایل سال 1980 معرفی شدند. این نسل از مخابرات سلولی از مدولاسیون آنالوگ استفاده میکرد. در اوایل سال 1990 نسل دوم مخابرات سلولی معرفی شدند. این نسل، اولین نسلی بود که از تکنیکهای مخابرات دیجیتال استفاده میکرد. اولین سیستم تجاری نسل دوم با نام (GSM)[4] گسترش یافت. پس از چندی نسل سوم بعد از سال 2000 میلادی معرفی شد. نسل سوم افزایش سرعت اطلاعات را به همراه داشت. مهمترین اسم تجاری برای نسل سوم، (UMTS)[5] نام دارد. بعدها نسل 5/3 شبکههای سلولی تحت عنوان(HSPA)[6]مطرح گردید ولی برای استفادهی بهینه از باند فرکانسی و نرخ ارسال بالای داده، به سمت نسلهای بعدی موبایل یعنی (LTE)[7]و(LTE-Advance)[8] گام برداشته شد.
اولین سیستم تجاری LTE در دو کشور ناحیهی اسکاندیناوی، به نامهای نروژ و بلژیک در دسامبر سال 2009 توسط اپراتور TeliaSonera پیادهسازی شد. این کار به کمک قطعات سختافزاری که توسط 3 شرکت بزرگ سامسونگ، اریکسون و هوآوی ساخته شده بود، انجام گرفت. در فوریه سال 2010 اپراتور EMT در کشور استونی تست LTE را انجام داد. سیستم مشابهی در جولای همان سال در کشور ازبکستان در شهر تاشکند توسط اپراتور MTS اجرا گردید. در آگوست همان سال اپراتور LMT سیستم LTE را به صورت آزمایشی در نیمی از کشور لتونی پیادهسازی نمود. در 5 دسامبر 2010 اپراتور Verizon بزرگترین شبکه تجاری LTE را در آمریکای شمالی پیادهسازی نمود. در سال 2011 اپراتورهای سعودی اعلام کردند که تا سال 2013 به کاربران خود خدمات شبکه LTE را ارائه خواهند داد. این روند همچنان ادامه یافتهاست بهصورتی که تاکنون در کشورهایی نظیر آمریکا، برزیل، فیلیپین، عمان، استرالیا، رومانی، هلند و… شبکه LTE راهاندازی شده است. طبق آمار تا سال 2012حدود 5 میلیاردکاربر مخابرات سلولی اعم از سیستمهای دسترسی چندگانه تقسیم کد پهن باند[9]، GSM، HSPA وLTE در دنیا وجود داشتهاند که سهم کاربران شبکهی LTE برابر 90.5 میلیون کاربر بوده است. با توجه به اینکه نسل سوم تقریبا جوابگوی نیاز کاربران بوده ولی به دلایل زیر نسل چهارم بوجود آمده و نسل سوم به نسل چهارم تغییر یافته است]1[:
بهبود نرخ داده
بهبود بهرهی طیفی
کاهش توان مصرفی ترمینال
افزایش نرخ داده در لبههای سلول
کاهش تاخیر در ارسال و پایهگذاری یک اتصال
کاهش هزینهها
1-2 مشخصههای اساسی LTE
با توجه به افزایش کاربران استفاده کننده از شبکهی LTE ، محققان و مراکز صنعتی در تلاش برای یافتن
راهحلهای جدید و ابتکاری به منظور تجزیه و تحلیل و بهبود عملکردشبکههایLTE میباشند. همانطور که بیان گردید هدف از طراحی شبکهی LTE فراهم آوردن نرخ بالای اطلاعات، کاهش تاخیر و مهیا نمودن کارایی طیف بالا میباشد. برای رسیدن به این اهداف مدیریت منابع رادیویی، از عملکردهای لایهی فیزیکی و زیرلایهی کنترل دسترسی[10] استفاده میکند. از جملهی این عملکردها میتوان به، اشتراک گذاشتن منابع، گزارش نشاندهندهی کیفیت کانال[11] و روش AMC[12] اشاره نمود. در حقیقت استفادهی موثر از منابع رادیویی برای نایل آمدن به اهداف عملکرد سیستم و راضی کردن نیازهای کاربر مطابق با کیفیت سرویسشان مهم میباشد. به صورت خلاصه مشخصات شبکهی LTE در جدول1-1 آمده است]2[:
جدول 1‑1 اهداف طراحی شبکه LTE
ویژگی مشخصه
مشخصات
فروسو:100مگا بیت بر ثانیه، فراسو:50 مگا بیت بر ثانیه
حداکثر نرخ اطلاعات
2تا 4 برابر سیستمهای نسل سوم
کارایی پهنای باند
– برای تحرک پایین تا 15 کیلومتر بر ساعت بهینه شده است
– برای سرعتهای تا 120 کیلومتر بر ساعت عملکرد بالایی دارد
تحرک
از 4/1مگاهرتز تا 20 مگاهرتز
پهنای باند قابل مقیاس
– ضمانت برای کیفیت سرویس انتها به انتها افزایش یافته است
مدیریت منابع رادیویی
در واقع نرخ داده بالا در LTE با پوشش خوب و قابلیت تحرک پذیری همراه میباشد. در شبکه LTE نه تنها نرخ ارسال و دریافت داده برای کاربران عادی افزایش پیدا کرده، بلکه برای کاربرانی که در لبهی سلول قرار دارند نیز این افزایش مشاهده میشود. منظور از تحرکپذیری برقراری ارتباط برای موبایل در حال حرکت است که در استاندارد تا سرعت km/h350 و حتی با کمی افت کیفیت، تا سرعت km/h 500 قابلیت برقراری ارتباط وجود دارد. استاندارد LTE در مقایسه با استانداردهای دیگر این ویژگی را دارد که رنج وسیعی از پهنای باندهای فرکانسی را پوشش میدهد.
1-3 چالشهای موجود و اهداف پایاننامه
[دوشنبه 1398-07-29] [ 07:37:00 ب.ظ ]
|