بخشی از مقاله
چکیده
در دنیای مخابرات سیار، تقاضا برای سرویسهای با نرخ بالا به سرعت در حال گسترش است. به همین منظور برای کاربرانی که در محیطهای داخلی نمیتوانند کیفیت مناسبی از سیگنال را که توسط ایستگاه ماکرو ارسال میشود، دریافت کنند، راه کار جدید به نام شبکههای فمتوسل ارائه شده است. از طرف دیگر با توجه به اینکه فمتوسلها در محدودهی فرکانسی مشترکی با ماکروسل و دیگر فمتوسلها کار میکنند، باعث ایجاد تداخل بین لایهای و درون لایهای میشود که مدیریت این موضوع را نیز میتوان به عنوان یکی از چالشهای شبکههای فمتوسل برشمرد. اکثر کارهایی که در مورد مدیریت تداخل در شبکههای فمتوسل مورد بررسی قرار گرفته است،
در مدلسازی رفتار ماکروسل ضعف دارند. این ضعف به این گونه بوده که ترافیک در ماکروسل را به صورت حالت اشباع در نظر گرفتهاند و فرض شده است ماکروسل در تمامی زمانها بر روی کانال، داده برای ارسال دارد. دراین پایان نامه رفتار ماکروسل بر روی هر زیر کانال،بصورت تصادفی و همچنین به صورت یک زنجیرهی مارکوف گسسته در زمان در نظر گرفته شده است. در این پایان نامه هدف تخصیص توان در هر زیرکانال به منظور به حداکثر رساندن نرخ گذردهی کاربران فمتوسل در فراسو است؛ از آنجاییکه فرمول سازی مسئلهی بدست آمده به صورت غیر محدب میشود، در این پایاننامه برای حل این مسئله از تعدادی الگوریتمهای فرا ابتکاری شامل ژنتیک، ازدحام ذرات، تبرید شبیه سازی شده و ترکیب اینها استفاده شده است .
.1 مقدمه
همزمان با پیشرفت سریع شبکههای سلولی بیسیم، پهنای باند مورد نیازکاربران، و همچنین تنوع روز افزون درخواستهای کاربران افزایش یافته است. یکی از موثرترین روشها برای بهتر شدن سطح پوشش کاربران، افزایش ظرفیت و افزایش نرخ داده در شبکههای بی سیم وهمچنین کوچک کردن محدودهی سلول و کم کردن فاصلهی انتقال است.[1] به همین منظور سلولهای کوچکی به نام فمتوسل راه اندازی می شود که درون ماکروسل ها قرار میگیرند تا ظرفیت سیستم را بالا برده و تحمل ترافیک دادهی بالا را حمایت کنند.
فمتوسلها یک سری ایستگاهای کوچک، ارزان و با توان پایین هستند که تقویت کننده سیگنالهای تلفن همراه بوده و برای استفاده در داخل ساختمان طراحی شدهاند، که توسط مشتری در خانه یا محطِی کار نصب میشوند، و از طریق شبکهی سیمی مانند فیبر نوری، ارتباط باند پهن - از قبیل - DSL ویا مانند اینها به شبکهی هستهی اپراتور ماکروسل متصل میگردد - شکل . - 1-1 فمتوسل ها در مناطقی که پوشش دهی امواج تلفن همراه ضعیف است، بسیار کارایی دارند. بررسیهای بعمل آمده درباره فعالیت کاربران ماکروسل نشان داده است که %70 ترافیک داده و %50 ترافیک مکالمات در داخل ساختمانها انجام میشود [ 2] و انتظار میرود که این مقدار در سالهای آینده بیشتر نیز شود.
از سوی دیگر در شبکههای بیسیم ماکروسل، برای اینکه بتوان به کیفیت مورد نیاز کاربران در محیط داخلی نظیر خانههارسید، و همچنین به دلیل وجود موانع سرراه، نیاز به ارسال سیگنال با توان بالا می باشد. افزایش توان ارسال منجر به کاهش عمر باتری دستگاههای کاربران و همچنین افزایش تداخل در گیرندهی مربوط به دیگر کاربران میشود که این امر بسیار نامطلوب است؛ و همچنین نگهداری و توسعهی زیرساخت شبکههای ماکروسل هزینههای بالایی را به همراه دارد.[3] یکی از ایدههای ساده به منظور حل مشکلاتی که برای شبکه های ماکروسل بیان شد، عبارت است از نزدیک کردن ایستگاهها به تجهیزات کاربران و یا قرار دادن آنها در ساختمان است. به همین منظور شبکههای فمتوسل معرفی شد که هدف آن پوشش دادن محیطهای خانگی و بهبود کارایی طیفی است.[4]
شکل 1-1
با توجه به خصوصیاتی که فمتوسلها دارند، استفاده از آنها در محیطهای بسته و محصور مانند محیطهای ساختمانی بسیار مناسب میباشد . حرکت به سمت استفاده از فمتوسلها چالشهای زیادی را با خود به همراه دارد. به طور کلی میتوان -1 چالشهای رادیویی و فیزیکی که شامل مدیریت تداخل بین فمتو و ماکروسل ها، مدیریت منابع رادیویی و تحرک است؛ و -2 چالشهای شبکه که شامل مسائل مربوط به پیاده سازی و اجرا - به عنوان مثال هماهنگ سازی، پردازش سیگنال و هزینه - ، معماری و تداخل، مقیاس پذیری و امنیت رابرای فتموسل ها برشمرد. [1] از آن جایی که سلولهای فمتو و سلول ماکرو همپوشانی زیادی با هم دارند، مدیریت تداخل و تنظیم توان در شبکههای ماکروسل و فمتوسل تاثیر زیادی به همراه دارد وجزء چالشهای مهم قرارمیگیرد و در صورتی که به درستی انجام شود، موجب افزایش نرخ داده و کیفیت سرویس برای کاربران میشود.[1] درشکل 2 - ؛ - 1 یک سناریو از نحوهی ایجاد تداخل در شبکه فمتوسل نشان داده شده است.
شکل - 1-2 -
تداخل در شبکههای فمتوسل به دو دسته بین لایهای1 و درون لایهای 2 تقسیم بندی میشود. استفاده مشترک کاربران فمتو و ماکرو از یک باند فرکانسی باعث بوجود آمدن تداخل بین لایهای و استفاده از سیگنال مشترک در میان فمتوسلها باعث بوجود آمدن تداخل درون لایهای شود. که این مسئلهی کلیدی در شبکههای فمتوسل و ماکروسل بحساب میآید .[5] از اینرو، به حداکثر رساندن نرخ گذردهی شبکه با در نظر گرفتن تداخل بین لایهای و درون لایهای، به یک زمینهی گسترده جهت تحقیق تبدیل شده است.
در [6]، به بررسی تکنیکهای مدیریت تداخل و مدیریت منابع در شبکههای فمتوسل پرداخته شده است. این تکنیکها با استفاده از روشهایی مانند: کنترل توان، طراحی سلول مناسب، استفاده مجدد از باند فرکانسی ، خود پیکربندی و خود بهینه سازی به بهتر شدن عملکرد مدیریت کمک زیادی میکنند و همچنین این روشها میتواند به صورت جداگانه و یا ترکیبی مورد استفاده قرار بگیرند. تکنیک های مدیریت تداخل و مدیریت منابع در سناریوهایی نظیر : متمرکز و غیر متمرکز ، بهینه و زیر بهینه ، تک سلولی و چند سلولی، همکارانه و غیر همکارانه و یا ترکیبی از اینها مورد استفاده قرار میگیرد .
تخصیص منابع با هدف کاهش تداخل در سناریوی »فراسو«3 در[7] مورد بررسی قرار گرفته است که تخصیص توان و طراحی شبکه را با توجه به روش OFDMA انجام داده است.
مهمترین منابعی که میتوان با کنترل آنها تداخل را کاهش، و نرخ گذرهی را افزاش داد به ترتیب : توان و »زیرحامل«4 است. در [8] تخصیص زیر حامل با توجه به روش OFDMA ارائه شده است. مطالعات زیادی در مورد زیر کانال و تخصیص توان در شبکههای فمتوسل انجام شده است؛ در[9] الگوریتم تخصیص مشترک توان و زیرکانال پیشنهاد شده است که هدف آن به حداکثر رساندن ظرفیت کل فمتوسل است.
با این حال کارهایی که تا کنون در مورد مدیریت تداخل صورت گرفته است، به این صورت بوده که رفتار کاربران ماکروسل را به صورت تصادفی در نظر نگرفته اند و همیشه به صورت اشباع در نظر گرفته اند. بهتر و واقع بینانهتر این است که این رفتار به صورت تصادفی در نظر گرفته شود، چرا که معمولا در سناریوهای واقعی کاربران ماکرو همیشه ترافیک برای ارسال نداشته ویا اینکه همواره یک حضور مداوم و قطعی برروی رسانه بیسیمندارند؛ و معمولاً با یک الگوی تصادفی حضور/عدم
