Диссертация (1154395), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Ожидается, что D2D-технология также станет востребованной наперегруженных сегментах беспроводной сети с большим скоплением людей спользовательскими устройствами, например, на стадионах, площадях, в парках,офисных зданиях или крупных торгово-развлекательных центрах.Одним из важнейших факторов, влияющих на качество предоставленияуслуг в сетях беспроводной связи, является интерференция, как один изсущественных источников помех при передаче данных, приводящих кснижению скорости передачи данных в канале, и как следствие, к снижениюспектральнойэффективностиипропускнойспособностисети.Подинтерференцией понимается взаимодействие сигналов, передаваемых разнымиисточниками на одном и том же или на близких радиоканалах.

Интерференциявызывает искажение сигнала рассматриваемого источника под воздействиемсигналов сторонних источников. Эта характеристика учитывается при оценкеотношения сигнала к интерференции плюс шум (Signal to Interference plus NoiseRatio, SINR ) между взаимодействующими устройствами, которое являетсяодним из основных показателей качества функционирования беспроводнойсети. ОтношениехарактеризуетSINR определяется для принимающего устройства икачествобеспроводногоканаламеждупередающимипринимающим устройствами SINR  S  2  I , где S мощность «полезного»сигнала от рассматриваемого передатчика, I мощность интерферирующегосигнала от других передатчиков,  2 мощность шума.Набор услуг, предоставляемых пользователям, и качество обслуживанияпользователей определяется максимальной достижимой скоростью C передачицифровых данных в канале.

Согласно теореме Шеннона-Хартли эта скорость вбеспроводном канале между передающим и принимающим устройствамизависит от ширины полосы пропускания канала w [Гц] и отношения SINR- 58 -следующим образом: C=w log2 (1+SINR) . Отношение скорости передачицифровых данных в беспроводном канале к ширине используемой полосычастот определяет еще одну ключевую характеристику беспроводных сетейLTE-A - спектральную эффективность системы беспроводной связи, котораяпоказывает скорость передачи, приходящуюся на 1 Гц, и измеряется в[бит/с/Гц]. Спектральная эффективность технологии беспроводного доступаявляется параметром, от которого зависит количество пользователей, которыебудут обеспечены услугами связи.

Для оценки SINR на практике применяетсяэлектронное измерительное оборудование с логарифмической шкалой вдецибелах, где величина 0 дБ означает, что мощность полезного сигнала ипомех равны, положительное значение SINR соответствует случаю, когдасигналсильнеепомех,отрицательное–сигналслабеепомех.Дляпринимающего устройства SINR показывает, насколько уровень полезногосигнала превосходит уровень помех [190].Помехи разделяются на шумы, имеющие естественное (космическаярадиация, атмосферные шумы, тепловой шум в цепях приемников и т.д.) иискусственное (шумы от работы двигателей, искрящих контактов, дуговыхпереключателей и т.д.) происхождение, и на интерференцию – помехи,вызванные неблагоприятным взаимодействием двух или более радиосигналов.Всовременныхбеспроводныхсетяхинтерференцию,какоднуизразновидностей помех, следует отличать от шума, ввиду отличия методикоценки влияния этих явлений на показатели качества обслуживания.

Стоитотметить, что сигналы от передатчиков, мощность которых не превосходитнекий порог, относят к шумам ввиду сопоставимой мощности.Целью выполненного в диссертационной работе исследования являетсяоценка влияния интерференции на качество передачи данных в беспроводномканале, поэтому далее анализ проводим в предположении об отсутствии шума(  2 =0). В таких условиях исследуется показатель SIR (Signal to InterferenceRatio), выражение для расчета которого имеет видSIR  S I .(1.5)При анализе интерференции следует учитывать особенности современныхсетей, которые сегодня, по сути, стали гетерогенными сетями (HeterogeneousNetwork, HetNet), например, относительно небольшие расстояния между- 59 -источниками сигнала в беспроводных сетях HetNet по сравнению срасстояниями между мобильными устройствами и базовыми станциями в сетяхсотовой подвижной связи.

В беспроводных сетях HetNet интерференция отсоседних источников сигнала начинает играть определяющую роль при оценкеSINR в радиоканале между приемником и передатчиком.Отношение сигнала к интерференции плюс шум существенно зависит отрасстояний между интерферирующими устройствами, которые определяютсярасположением мобильных устройств в зоне покрытия. В этом случаерасстояние между источниками сигнала становится одним из ограничений прирешении задачи эффективного распределения ресурсов сети для обеспечениятребуемой скорости передачи данных и поддержания необходимого уровнякачества предоставления услуг [140].

Принцип повторного использованиячастот (frequency reuse) в беспроводных сетях связи поколения 4G и 5Gпозволят назначать одну и ту же единицу ресурса сети (например, один и тот жересурсный блок LTE) нескольким парам взаимодействующих устройств, еслиинтерференциянакаждомприемникенепревосходитопределенногостандартами уровня [197].

В разделе 5.4 диссертационной работы построенабазовая модель для оценки отношения сигнал к интерференции в беспроводнойD2D-сети с двумя парами взаимодействующих устройств, а в разделе 5.5 с еепомощью проведен анализ интерференции в беспроводной D2D-сети снесколькими парами взаимодействующих устройств.Таким образом, изложение особенностей построения исследованных вдиссертационной работе моделей мультисервисных сетей закончено и вследующих главах изложены результаты для каждого из введенных в главе 1классов моделей.- 60 -ГЛАВА 2.АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙC МУЛЬТИПЛИКАТИВНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ2.1. Замечания о мультипликативных решенияхВ этой главе, следуя [91], кратко излагается подход к анализу моделимарковского процесса мультисервисной сети c потерями (loss network),известной по работам Ф.

Келли [193, 194] и К. Росса [222]. В первом разделеглавы в виде многомерного м.п. построена модель мультисервисной сети, вявном мультипликативном виде получены стационарное распределение, а такжевыражения для вероятностей блокировки установления соединений. Во второмразделеизложеныметодыанализамоделиотдельногозвенасети,функционирование которой описывается мультисервисной моделью Эрланга сявными потерями [14], и приведен алгоритм типа Кауфмана–Робертса [192,221].Построение модели проводим для сети с конечным числом узлов,соединенных звеньями, имеющей произвольную топологию. Перенумеруемзвенья сети от 1 до L и обозначим множество звеньев L  {1, 2,..., L} , а емкостьl-звена Cl условных единиц.

Для соединений типа «точка-точка» введемпонятие класса соединений, который определяется двумя параметрами: т.н.«маршрутом», то есть множеством звеньев сети, через которые устанавливаетсясоединение, и требованием к емкости, которую необходимо выделитьсоединению на каждом звене соответствующего маршрута. Множество классовсоединений обозначим K  {1, 2,..., K} , и пусть Lk  L – маршрут, а d k –требование к емкости, выделяемой на каждом звене маршрута для соединенияk-класса. Пусть в систему поступают запросы пользователей на установлениесоединений различных классов.

Введем предположения о пуассоновском потокеинтенсивности  kсоединенияпоступления запросов пользователей на установлениеk-класса,онезависимостивсовокупностидлительностисоединений, которые к тому же не зависят от моментов установлениясоединения и одинаково распределены по произвольному закону со средним1  k . Интенсивность предложенной нагрузки обозначим ak   k  k .Соединение требуемого класса, который определяется узлами подключенияпользователя, отправившего запрос на предоставление услуги, и источника,- 61 -содержащего данные, соответствующие запрошеной услуге, будет установлено,если на всех звеньях соответствующего маршрута число свободных единицемкости звена не меньше требования этого класса. Если хотя бы на одном иззвеньев маршрута не окажется требуемого числа свободных единиц ресурса,произойдет блокировка, и запрос буде потерян.

Пусть емкости всех звеньев сетинеограничены:Cl   ,l  L . В этом случае запрос пользователя наустановление соединения любого класса будет принят на обслуживание, ипотери не произойдет. Обозначим N k (t ) число установленных в момент tсоединений k-класса. Тогда состояние системы можно описать с помощьюмногомерного случайного процесса N(t )  ( N1 (t ), N2 (t ),..., N K (t )), t  0 , каждаякомпонента которого соответствует одному классу соединений. Посколькуемкости звеньев неограниченны, то множество состояний случайного процессаN(t ), t  0 имеет вид N  {0,1, 2,...}K .

Известно, что м.п. Nk (t ), t  0 являетсяпроцессом размножения и гибели (п.р.г.) со стационарным распределениемpk (nk )  P{N k (t )  nk } aknk  ake , nk {0,1, 2,...} .nk !Поскольку, в силу неограниченной емкости звеньев, компоненты м.п.N(t ), t  0независимы, он является обратимым (о.м.п.) и его стационарноераспределение имеет мультипликативный вид:aknk  ak (n)  P{N(t )  n}  e , nN .kK nk !Пусть теперь емкости звеньев снова ограничены: Cl   , l  L . ВведемK l  {k  K : l  Lk }множествоклассов соединений, маршруты которыхпроходят через l-звено, и функциюdl (n)  dk nk ,kK(2.1)lсоответствующую числу единиц емкости, занятых на l-звене, когда системанаходится в состоянии n  N .

Теперь пространство состояний системы сограниченной емкостью звеньев можно представить в видеN  {n  N : dl (n)  Cl , l  L } .(2.2)Обозначим {N(t ), t  0} сужение о.м.п. {N(t ), t  0} на множество состояний- 62 -N  N . Из известных свойств обратимости [195] вытекает следующая теорема.Теорема 2.1.Марковскийпроцесс{N(t ), t  0}являетсяо.м.п.,иеестационарное распределение имеет мультипликативный вид:nak k1 (n)  , nN ,G( N ) kK nk !(2.3)где G( N ) нормировочная константа:G(N ) nNaknk .kK nk !(2.4)Из формул (2.3) и (2.4), можно получить выражения для многиххарактеристик модели, в том числе для вероятности блокировкиBkустановления соединения:Bk   (n),k K ,(2.5)nBkгде Bk множество состояний, в которых запрос на установление соединенияk-класса блокируется:Bk  n  N : l  Lk : dl (n)  Cl  dk  , k  K .(2.6)Количество возможных состояний модели зависит от числа и емкостизвеньев сети, что приводит к экспоненциальному росту числа возможныхмаршрутов при увеличении любого их этих показателей.

Характеристики

Список файлов диссертации