CC BY
42
23 декабря 2011 r. 11:51
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Алгоритм адаптивного формирования луча диаграммы направленности, с учетом предсказания перераспределения абонентской нагрузки
Щучкин В.М.
За последние десятилетия темпы развития сетей абонентского беспроводного доступа не только усилились, а испытывают иасюяший взрыв, в святи с появлением и развитием новых услуг, а так же совершенствование методов доступа, которые обеспечивают «доставку» услуги до конечного мобильного пользователя. Причсчт развитие сети обуславливается, как модернизацией опорной сети (NSS), так н сети беспроводного доступа (RAN. UTRAN. E-UTRAN).
Обе данные проблемы требуют особого внимание со стороны поставщика услуг (оператора), но главной все же. остается проблема нехватки радиоканалов, так как полоса частот, закрепленная за оператором мобильной связи, жестко ограничена. Вследствие зтого кампании, предоставляющие свои услуги абонентам, для получения максимальной прибыли, вынуждены оптимизировав и совершенствовать архитектуру своих сетей радиодоступа.
Существует два подхода, используя которые, возможно увеличить объем максимально обслуживаемого трафика в сети, имея о1раннчснный частотный ресурс: увеличивать число присмопсрслающих устройств, при этом сокращать средний радиус соты, или оптимизировать алгоритмы доступа. Первый метод решения данной проблемы является наиболее дорогостоящим и ттс всегда пригодным к использованию, так как при маленьком радиусе соты, движущиеся абоненты, будут испытывать регулярное ухудшение качества связи, а объем служебной информации из-за частою срабатывания процедуры «эстафетной передачи» будет возрастать. Необходимо также отметить, что для уже функционирующих сетей сотовой связи, а далее речь пойдет именно о них. увеличение приемопередающего оборудования (TRX). следовательно, и увеличение числа базовых станций (BS) может привести к увеличению уровня помех в системе. Следовательно, оператору придется перепланировать сеть, например, полностью изменить план частотно территориального покрытия, что приведет к колоссальным денежным затратам.
На этом фоне, более привлекательным выглядит второй метод: оптимизация алгоритмов множественною доступа. В том числе управление радиочастотным ресурсом, адаптивное перераспределение покрытия, применение алгоритмов борьбы с помехами и др. Для описания таких интеллектуальных радиосистем Д. Митоллой был предложен термин когнитивное радио.
Смысл данного подхода может быть различный, например применение оптимальной обработки сигналов ттли оптимального алгоритма доступа, который будет наиболее подходящим для конкретного вида абонентской нагрузки. Данный метод незаменим даже тля правильно спроектированных сетей, то есть рассчитанных (с запасом) под некую общую абонентскую натру жу. Например, в системах подвижной связи довольно часто возникают ситуации появления «горячих точек» - сот, где число блокированных абонентов превышает предельно допустимые нормы. Самым неприятным в данной ситуации является то, что предсказать появление перегрузок на тех или иных участках при проектировании сети практически невозможно, что говорит о необходимости создания алатгтив-ных алгоритмов управления ресурсами в радиосети, кото-
рые позволяли устранять данные ситуации в оперативном режиме.
Анализа существующих методов увеличения обслуживаемою трафика (1|. представленных в (2]. [3]. [4] и др.. показал, что предлагаемые алгоритмы, судя но анализу зарубежной тт отечественной литерату ры, до сттх пор тте реализованы на практике. '>то объясняется либо их чрезмерной обобщенностью, либо слишком сложной технической реализацией. Поэтому проблема создания алгоритма множественного доступа позволяющего перераспределить нагрузку между различными сотами при появлении «горячих точек» (перетруженных участков) на сегодняшний день остается актуальной.
В разрабатываемо алгоритме предлагается использовать ААР с целью перераспределение нагрузки между сскюрами/сотами сети связи, при вошикновении «горячих точек». Данного эффекта можно достичь, путем изменения лиатраммы направленности ААР. Например, изменение ширины или угла наклона ДН. позволит уменьшить или увеличить, в зависимости от необходимости, зону обслуживания данного ТИХ, что в свою очередь приведет к увеличению или снижению числа активных абонентов. При данном подходе необходимо учитывать распределение абонентской натрузке по площади обслуживания сети.
2. Алгоритм адаптивною формировании луча
диаграммы направленности, с учетом прелскатания
перераспределения абонентской нагрузки
2. / Основные принципы
Существующие и разрабатываемые проекты сотовых сетей традиционно ориентируются на расчет ные значения уровня средней натрузки. приходящейся на абонента, мною меньшие единицы. Одновременно с этим организация службы поддержки мобильности предполагает полный контроль межзоновых перемещении абонентов, вне зависимости от того в каком режиме (активном или в пассивном) они находятся. В результате на каждой базовой станции оказывается доступным котпроль не только уровня нагрузки в соте, но и числа абонентов, располагающихся на обслуживаемой территории. Количество активных пользователей в процентном представлении от общего числа абонентов всегда невелико.
Указанное обстоятельство позволяет утверждать, что статистические процедуры, построенные на основе данных о мобильности, имеют существенно более высокие характеристики качества, поскольку оперируют с выборками. объем которых значительно превосходит объемы выборок данных, связанных с нагрузкой. Кроме того, как показывает опыт эксплуатации, и как подтверждает приведенный в (5| анализ, динамика переходных процессов, описывающих изменение числа абонентов в соте/зоне, существенно ниже динамики переходных процессов, описывающих установление средней натрузки согы. Поэтому, если перетрузка в соте происходит по причтите скопления абонентов, то ее можно предсказать тта более ранннх этапах с помощью анализа изменений параметров процессов, описывающих потоки мсжсотовых перемещений абонсн-
146
T-Comm, #9-2011
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
тов. Для корректного решения поставленной чадами нужно век пользоваться соответствующими алгоритмами об-нарчжения/идешификанни динамического поведения мобильных потоков и предложить процедуры для расчета новых устойчивых состояний, в которые будет переходить система на уровне соты/зоны после изменений параметров мобильности. Сопоставление времени переходного процесса для числа абонентов в сотс/зоны с задержкой, необходимой для завершения алгоритмов обнаружения/идентификации. должно показать, в каких ситуациях у операторов связи будет время на перераспределение дополнительного ресурса с целью парирования локальной перегрузки, а в каких нет. В случаях, когда будет иметь место определенный запас времени, необходимо вводить офаннченный но длительности режим промежуточного контроля с непосредственным наблюдением за числом абонс1ггов (еще лучше за текущей нагрузкой в зоне/соте), с целью своевременной активизации процедуры перераспределения ресурсов для парирования локальных перегрузок.
2.2 Предсказание перегрузок
Предсказание перегрузок на основе сбора парамечров мобильности абонентов было изучено в [5]. В данной работе прогнозирование перегрузок разделялось на два этапа:
1) 11срвый этап раннего пропюзнрования нсрсфузкн.
Наиболее ранний этан предсказания перегрузок, организуется на основе обнаружения и опенки параметров изменившейся модели потоков, описывающей перемещения абонентов на 1раннце соты.
В случае скачка интенсивности решение о возможной перегрузке должно выноситься на основе сравнения от-
Я'1 -
ношения ----- (Xм - опенка интенсивности возникновения
Г
вызовов; //' - оценка интенсивности обслуживания вызовов) с критическим уровнем р2п • задаваемым (3.10) или (3.30) см. [5|. Использование критического уровня в виде (3.10) или (3.30) зависит от формы задания целевой характеристики качества. Для случая с уровнем (3.10) - это максимальное число абонентов в соте /ят , а для случая с уровнем (3.30) - допустимый уровень вероятности перегрузки Рч, .
В случае обнаружения согласно правилу (3.58) или (3.67) см. [5) линейного характера изменения интенсивности потока входящих регистраций или выходящего потока. обеспечивающих рост числа абонентов, всегда должно выносится решение о возможности перегрузки. После завершения первого этапа оператор (система) имеет решение о том. ожидается или нет перефузка по причине обнаруженной смены состояния мобильности абонентов. Если перегрузка не ожидается, то продолжается режим контроля состояния мобильное и! на перекрывающихся интервалах. В противном случае осуществляется переход ко второму этапу.
2) Второй этап пропюзнрования перегрузки на базе контроля заполнения абонентами территории соты.
Со вторым этапом прогноза связаны задачи оценки задержки до возникновения перегрузки, формирования длительности интервала дополнительного контроля и порога срабатывания, а также задача вывода соотношений для расчета вышеперечисленных параметров на основе оценок характеристик мобильности.
Среднюю задержку до возникновения нсрсфузкн естественно связать с расчетным моментом времени /^,, в
который предсказываемый (по экстраполяционным соотношениям (5|) уровень натрузки (абонентской или информационной) достигнет критического значения. Определение /А7>, гак же важно с точки зрения требований,
предъявляемых к быстродействию работы алгоритма оптимизации.
Поро1 срабатывания будем связывать с уровнем, достигаемым трендом в момент — Т . который насту пает
раньше на длительность Т.. равную минимально необходимому времени для перераспределения ресурсов в сети.
В случаях, когда расчетный момент tкr — Т будет
позже окончания интервала обработки, на котором обнаружено изменение состояния мобильности, приводящее к перегрузке, потребуется введение интервала дополнительного контроля. Длительность интервала дополнительною контроля согласно |5| вполне допустимо выбрать равной с) * (/^, — /0)— /, . Здесь /, - момент времени свершения первого этапа прогноза. (0 - оценка момента возникновения изменения состояния мобильности,
- оговоренный выше расчетный момент наступления
перефузки, 6 = (1.25 - 1.35) - масштабный множитель, при котором обеспечивается высокая (>0.99) вероятность запуска процедуры перераспределения дополнительных ресурсов в ситуациях, приводящих к регулярным перегрузкам, н одновременно с этим вероятность ЛОЖНОГО срабатывания практически остается на уровне, отвечающем интервалу дополнительного контроля с длительность» -'о)-',-
2.3 Определение распределения абонентской нагрузки на заданной территории
После проведения алгоритмов предсказания перегрузок и вычисления порога срабатывания, необходимо задаться функцией распределения абонентской нафузки по территории обслуживания. ’>го необходимо для корректною формирования луча лиафаммы направленности, с целью оптимального распределения доступного ресурса.
Можно привести пример реализации данного подхода: пусть вероятность блокировке абонеша, в следствии перегрузки в секторе/соте определяется формулой Эрланга В, т.с. используется дисциплина обслуживания «с потерями».
Р*
Р =____а!__
•й. ~ .
!• о *
Р1п - вероятность блокировки. р*‘ - нафузка, п - число канатов. Если исходить из того, что число канатов изменить нельзя, нагрузка растет, а вероятность блокировки не должна превышать определенною порога, например 5 %, то очевидно, что единственный параметр, который мы можем изменять это р*‘. Согласно теории массового об-
Д"
служивания =------------, где общая интенсивность
Т-Сотт, #9-2011
147
