بخشی از مقاله
چکیده -
دست به دست شدن یکی از مهم ترین فرآیندها در شبکه های ناهمگن سلولی میباشد که برای ارائه ارتباط پایدار به کاربران حیاتی است. یک جنبه کلیدی در این فرایند، تنظیم لیست سلول همسایگی است. این لیست برای همهی سلولها در شبکه تعریف میشود و شامل سلولهای همسایه نامزد برای فرایند دست به دست شدن میباشد. بعنوان یک راهحل اولیه، این لیستها به صورت دستی توسط اپراتور شبکه تنظیم میشوند اما به علت پویا بودن شرایط محیط رادیویی، امکان انطباق سریع این لیست با تغییرات محیط وجود ندارد.
بنابراین باید این لیست به صورت خودکار و بر اساس اطلاعاتی که بیانگر محیط رادیویی واقعی باشد، ایجاد شود. در این مقاله راهکاری مبتنی بر ترکیب اطلاعات مکانی سلول ها و نسبت سیگنال به نویز و تداخل جهت طراحی الگوریتم خود پیکربندی لیست سلول همسایگی ارائه شده است. نتایج شبیهسازی در یک شبکه LTE نشان میدهد الگوریتم پیشنهادی توانسته است لیستی را ایجاد کند که قابلیت انطباق با تغییرات موجود در محیط شبکه را داشته باشد و همچنین باعث کاهش سربار سیستم و بهبود تاخیر در وقوع فرایند دست به دست شدن و شاخصهای کلیدی عملکرد شود.
-1 مقدمه
بهبود در عملکرد و پوشش و ظرفیت شبکههای سلولی از طریق شبکههای ناهمگن1 امکانپذیر خواهد بود. این شبکهها با استقرار سلولهای کوچک با توان کم مثل میکروسلها و پیکوسلها و فمتوسلها در منطقهی تحت پوشش ماکروسلها باعث ایجاد بهبود در شبکههای سلولی میشوند
در منطقه-ی تحت پوشش ماکروسلها ممکن است دهها یا صدها سلولهای کوچک وجود داشته باشد، بنابراین مفهوم خودکارسازی باید مورد توجه قرار گیرد تا نگهداری و نصب سیستم و انطباق با تغییرات محیط شبکه به سادگی انجام پذیرد
شبکه-های خودسازمانده یا 2SON، مفهومی است که برای خودکار کردن برنامهریزی، مدیریت، پیکربندی، بهینهسازی در شبکههای سلولی معرفی شده است .[4] فرایند SON، به سه دسته تقسیم می شود: خودپیکربندی3، خود بهینه سازی4 و خود درمانی5.
فرایند دست به دست شدن یکی از مهم ترین مسائل در شبکه-های سلولی است که با استفاده از آن می توان یک ارتباط پایدار برای کاربران، در زمانی که در حال حرکت هستند ایجاد نمود
برای اطمینان از این که فرایند دست به دست شدن کاربران تلفن همراه بی عیب و نقص انجام شود هر سلول در شبکه باید یک لیست همسایگی یا NCL 6 را ایجاد کند. NCL، شامل سلولهای همسایهای است که امکان فرایند دست به دست شدن به آن ها وجود دارد
در روش سنتی برای تنظیم NCL، اپراتورهای شبکه به صورت دستی این لیستها را پیکربندی میکردند که در این حالت NCL قادر نخواهد بود به سرعت با تغییرات شبکه به روز شود و فرایند دست به دست شدن بهینه را تحویل دهد
همچنین با افزایش استقرار سلولهای کوچک در شبکه، روشهای سنتی که به صورت دستی NCL را ایجاد و نگهداری میکردند دیگر قابل استفاده نمیباشند، بنابراین خودکارسازی باید مورد توجه قرار گیرد. در صورت استفاده از خودکارسازی، ایجاد و نگهداری NCL به صورت خودکار بدون نیاز به مداخله اپراتور انجام می شود
خودسازماندهی NCL می تواند به دو مرحله تقسیم شود: .1خودپیکربندی.2 خودبهینه سازی. در مرحلهی اول سلولهای مجاور مناسب که در اطراف سلول جدید قرار گرفته اند، انتخاب می شوند و NCL اولیه را تشکیل می دهند. بعد از آن در مرحله دوم، این لیست از سلولها به صورت مستمر مطابق با نیازمندیهای شبکه تغییر و اصلاح می شوند
در این مقاله بر خودپیکربندی اولیه NCL، تمرکز شده است. اغلب راهکارهای ارائه شده جهت تشکیل NCL، یا براساس اطلاعات جغرافیایی یا براساس اندازهگیریهای برخط در محیط رادیویی بوده است و توجهی به شرایط پویا محیط رادیویی و اثرات پراکندگی1 متغیر این محیط نداشتهاند. بنابراین در این مقاله الگوریتمی جهت پیکربندی خودکار NCL پیش از حالت عملیاتی شبکه با هدف ایجاد NCL که قابلیت انطباق با تغییرات موجود در شبکه را داشته باشد و نیز بتواند با وجود اثر پراکندگی متغیر محیط رادیویی، پایداری بیشتری را نسبت به راهکارهای قبلی ایجاد کند، پیشنهاد شده است که از روش SON و یک تابع آزمون جهت ترکیب اطلاعات مکانی سلولها و اندازهگیریهای برخط نسبت سیگنال به تداخل و نویز - - SINR2 استفاده میشود. الگوریتم پیشنهادی برای تشکیل NCL توانسته است در حالت عملیاتی شبکه شاخصهای کیفی را برای کاربرانی که به سلول جدید متصل هستند، بهبود دهد که این نیز منجر به افزایش رضایت کاربران می شود.
-2 پژوهشهای مرتبط
یکی از کاربردهای SON در شبکههای سلولی پیکربندی خودکار NCL است. تنظیم بهینه خودکار NCL، باعث کاهش احتمال حذف تماس وکاهش هزینههای عملیاتی اپراتور میشود. در [ 10] الگوریتمی برای تولید خودکار NCL ارائه شده است. در این روش برای تعریف NCL، روابط همپوشانی3 از طریق تخمین مناطق تحت پوشش سلولها با استفاده از اطلاعات جغرافیایی و اطلاعات آنتن محاسبه میشود. دو سلول، همسایه در نظر گرفته میشوند اگر مناطق تحت پوشش آنها باهم، هم پوشانی داشته باشند.
روش دیگر برای تعریف NCL در [11] بیان شده که در این روش ایستگاه ثابت، که در شبکههای سلولی نسل چهار eNB4 نامیده میشود، و به تازگی نصب شده است منطقهی تحت پوشش را با استفاده از مختصات، الگوی آنتن، توان ارسال eNBهای دیگر پیشبینی کرده و سلولهای همسایه را مشخص میکند. اگرچه این روش مدلی که در [10] معرفی شده بود را بهبود میدهد اما این روش با توجه به تخمینی که انجام میدهد نمیتواند محیط رادیویی واقعی را نشان دهد.
در [12] و [1] نویسندگان با ارائهی یک روش دقیقتر برای تولید NCL، مشکلات روشهای قبلی را بهبود دادهاند. در این روش پیشنهاد تولید NCL براساس پویش 5 بر خط نسبت توان سیگنال به-نویز و تداخل سلول های مجاور است،که توسط eNB که به تازگی نصب شده است انجام میشود. این روش اطلاعاتی را که منعکس کنندهی محیط رادیویی واقعی است، از طریق دادههای SINR که از سلول های مجاور منتقل می شود، جمع آوری می-کند.
میتوان گفت این روش یکی از بهترین روشهای معرفی شده SON میباشد. اما هنوز یک راهحل کامل نیست زیرا در مورد محیطهای رادیویی اثر پراکندگی متغیر به دلیل ثابت نبودن محیط، باعث میشود که گاهی اوقات در لحظهی اندازه-گیری SINR، به طور موقت روی سلولهای همسایه سایه ایجاد شده باشد در این صورت ممکن است این همسایهها در NCL قرار نگیرند و بنابراین برای فرایند دست به دست شدن در نظر گرفته نمیشوند. در بخش بعد، الگوریتمی ارائه میشود که با ترکیب روش معرفی شده در [1] و راهکارهایی که فقط بر اساس اطلاعات جغرافیایی سلولها، NCL را تشکیل میدهند مثل مراجع [10] و [11] توانسته است مشکلاتی که هرکدام از این راهکارها به تنهایی داشتهاند را برطرف نماید و NCL کارآمدی را ایجاد کند.
-3 پیکربندی خودکار NCL اولیه
-1-3 فرایند پویش eNB
در طی فرایند پویش، eNB سیگنالهایی را که از سلولهای مجاور دریافت کرده است اندازهگیری میکند. زمانی که یک eNB جدید در شبکه مستقر می شود، شبکه در حالت پیش عملیاتی6 قرار میگیرد در این حالت eNB نمیتواند به هیچ کاربر - UE 7 - خدماتی را ارائه دهد و گزارشی هم از اندازهگیری UE دریافت نمیکند. چون در تکنولوژیLTE، مدیریت فرایند دست به دست شدن توسط eNB انجام میشود، فرایند پویشی که توسط eNB برای شناسایی سلولهای همسایه استفاده میشود می تواند به طور موثر منعکس کنندهی محیط رادیویی واقعی باشد
-3-2 الگوریتم پیشنهادی
در این روش برای سلول جدید، فاصله و SINR دریافتی از هر eNB بعنوان دو متغیر یک تابع آزمون تعریف میشود. مقدار این تابع با یک آستانه مناسب مقایسه شده و در صورت تجاوز از آستانه، آن eNB جزو NCL سلول جدید قرار میگیرد. مساله مهم، شکل مناسب تابع و مقدار سطح آستانه است. جدول 1 گامهای الگوریتم را نشان میدهد. تابع آزمون سلول -iام یا FL با 7 L و سطح آستانه با نشان داده شده است. 6,15LM و GLM به ترتیب SINR دیده شده در eNB سلول -iام ناشی از -jامین eNB و فاصله این دو eNB است.
در الگوریتم پیشنهادی از ترکیب وزنی SINR و اطلاعات مکانی سلولها استفاده می شود. بنابراین تعیین مقدار آستانه و ضرایب نقش کلیدی را در الگوریتم ایفا میکنند. اگر مقدار بیش از حد زیادی برای آستانه در نظر گرفته شود ممکن است باعث مفقودشدن سلولهای نامزد برای فرایند دست به دست شدن شود. بالعکس اگر مقدار کمی برای آستانه در نظر گرفته شود، علاوه بر سلولهای همسایه، سلولهای غیر همسایه نیز در NCL قرار خواهند گرفت که باعث افزایش سربار سیستم میشود
از سوی دیگر نوع سلول جدید و نوع سلولهای اطراف بر روی انتخاب آستانه و ضرایب تاثیرگذار هستند . در حقیقت به علت متفاوت بودن توان ارسال و تضعیف سیگنال ماکروسلها نسبت به سلولهای کوچک، SINR دریافتی از این سلولها نیز متفاوت خواهد بود. بنابراین در شبکههای ناهمگن برای تعیین مقدار آستانه و ضرایب باید به نوع سلولها نیز توجه داشت. در این صورت شبکه ناهمگن به سناریوهای مختلفی تقسیم میشود که مقادیر آستانه و ضرایب برای هر سناریو به علت شرایط متفاوت ماکروسلها و سلولهای کوچکتر متفاوت خواهد بود.
جدول .1 مراحل الگوریتم پیشنهادی
1. طی فرایند پویش، eNB اطلاعاتی از جمله SINR و شناسه فیزیکی سلولها - PCI1 - ، از سلول های مجاور خود جمعآوری می کند.
2. براساس PCI، نوع سلولهایی که در اطراف خود دارد - ماکروسل، پیکوسل و ... - را تشخیص می دهد.
3. بر اساس SINR دریافتی وفاصله از سلولهای اطراف، با استفاده از رابطهی زیر همسایه های خود را تشخیص می دهد:
.4 سلولهای انتخابی از مرحلهی3 در NCL قرار گرفته و NCL اولیه پیکربندی می شود.
-3-3 تعیین مقادیر مناسب آستانه و ضرایب:
در یک محیط واقعی باید از اندازهگیریهای میدانی و روشهای آماری مناسب برای تنظیم ضرایب و سطح آستانه استفاده نمود. در این قسمت از یک محیط شبیه سازی شده، که سعی شده حداکثر تشابه با محیط واقعی را داشته باشد، برای این منظور استفاده شده است. شکل1 نشاندهندهی محیط شبیهسازی شده است. این محیط به صورت ناهمگن در نظر گرفته شده و شامل ماکروسل ها و پیکوسل ها می باشد.
شکل:1 سیستم سلولی ناهمگن
چهار سناریو در این شبکه در نظر گرفته شده است: - 1 سناریو MM - سلول جدید ماکروسل و سلولهای اطراف ماکروسل باشد - ، -2 سناریو MP - سلول جدید ماکروسل و سلولهای اطراف پیکوسل باشد - ، -3 سناریو PM - سلول جدید پیکوسل و سلولهای اطراف ماکروسل باشد - و -4 سناریو PP - سلول جدید پیکوسل و سلولهای اطراف پیکوسل باشد - . جدول 2 پارامترهای استفاده شده در شبیه سازی را نشان می دهد.
جدول.2پارامترهای شبکه سلولی
همانگونه که گفته شد برای تشکیل NCL در راه حل پیشنهادی، از یک آزمون فرضیه آماری استفاده میشود. تابع آزمون برای سلول جدید -iام - 7 L - 6,15LM 'GLM نام دارد.
