Спосіб збалансованого розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями у мережах стандарту іеее 802.16

Реферат: Спосіб збалансованого розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями у мережах стандарту IEEE 802.16 дозволяє забезпечити розподіл підканалів із жорстко закріпленою кількістю піднесних в кожному з них та забезпечує максимальну продуктивність безпровідної мережі, який відрізняється тим, що дозволяє вирішувати задачу збалансованого розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями за рахунок врахування вимог користувачів щодо пропускної здатності в безпровідній мережі, що сприяє проведенню більш повного обліку технологічних особливостей стандарту IEEE 802.16 та визначає режим роботи, кількість підканалів в частотному каналі, тривалість кадру, схеми модуляції та кодування сигналу. UA 108915 U (54) СПОСІБ ЗБАЛАНСОВАНОГО РОЗПОДІЛУ ЧАСТОТНИХ ПІДКАНАЛІВ МІЖ КЛІЄНТСЬКИМИ СТАНЦІЯМИ У МЕРЕЖАХ СТАНДАРТУ ІЕЕЕ 802.16 UA 108915 U UA 108915 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до технологій управління мережними ресурсами (частотним ресурсом) безпровідних мереж стандарту IEEE 802.16 і може знайти застосування на вузлах (клієнтських станціях, маршрутизаторах та ін.) безпровідної мережі. Відомий спосіб (див. Andrews J.G., Ghosh Α., Muhamed R. Fundamentals of WiMAX Understanding Broadband Wireless Networking //Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series., 2007. - 449 p.) використовує розподіл частотного ресурсу з максимізацією пропускної здатності виділеної мережі клієнтських станцій шляхом розподілу піднесних одного частотного каналу. Основним недоліком даного способу є невідповідність технологічним особливостям мереж WiMAX, тому, відповідно до стандарту IEEE 802.16, між клієнтськими станціями розподіляються не окремі піднесних, а підканали, що містять фіксоване число таких піднесних. Найбільш близьким по сукупності ознак є спосіб (Гаркуша С.В. Разработка и анализ модели распределения подканалов в беспроводной сети стандарта IEEE 802.16 //Вісник національного університету "Львівська політехніка": Радіоелектроніка та телекомунікації. - Львів, 2012. - № 738. - С. 177-185.), який дозволяє забезпечити розподіл підканалів із жорстко закріпленою кількістю піднесних в кожному з них та забезпечує максимальну продуктивність безпровідної мережі. Однак даний спосіб не відповідає технологічним особливостям мереж WiMAX, тому що, відповідно до стандарту IEEE 802.16, між клієнтськими станціями розподіляються не окремі піднесні, а підканали, що містять фіксоване число таких піднесних, що, взагалі, є важливим фактором при побудові безпровідної мережі. В основу корисної моделі поставлена задача збалансованого розподілу частотних підканалів між станціями користувачів в мережах стандарту IEEE 802.16 при використанні математичної моделі розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями з урахуванням вимог користувачів щодо пропускної здатності та ефективним використанням частотного ресурсу. Такий технічний результат може бути досягнутий тим, що в способі збалансованого розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями, який здійснюють в мережах стандарту IEEE 802.16, реалізують на базовій станції мережі стандарту IEEE 802.16 та здійснюють розподіл частотних підканалів із жорстко закріпленою кількістю піднесних в кожному з них, згідно з корисною моделлю, збалансування розподілу частотних підканалів виконують з врахуванням пріоритету клієнтських станцій та вимог користувачів щодо пропускної здатності в мережі стандарту IEEE 802.16, параметрів низхідного каналу, а саме ширини та кількості піднесних, тривалості кадру, схеми модуляції та кодування сигналу. Спосіб можна реалізувати таким чином. При застосуванні способу використовувалась математична модель збалансованого розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями в мережах стандарту IEEE 802.16, в основу якої було включено наступні моделі забезпечення якості обслуговування: - негарантований сервіс (Best Effort Service), при якому деякі клієнтські станції ніколи не отримають доступ до частотного ресурсу; - диференційований сервіс (Differentiated Service), при якому частотний ресурс виділяється в залежності від встановленого на клієнтській станції пріоритету; - гарантований сервіс (Guaranteed Service), при якому частотний ресурс виділяється для кожної станції в повному обсязі. У рамках запропонованої моделі передбачаються відомими такі дані: характеристики використовуваного низхідного радіоканалу зв'язку, наприклад його пропускна здатність, яка може змінюватися від 1,25 до 20 МГц; N - загальне число клієнтських станцій у мережі; K кількість підканалів, використовуваних у низхідному каналі зв'язку; R n - необхідна пропускна req здатність для обслуговування n-ї клієнтської станції (Мбіт/с); R n,k - швидкість коду, що c використовується при кодуванні сигналу k-го підканалу, виділеного для n-ї клієнтської станції; 50 k n,k - бітове завантаження символу k-го підканалу, виділеного для n-ї клієнтської станції;  s b число піднесних, використовуваних для передачі даних в одному підканалі; b  89,6 мкс тривалість корисної частини символу; g - тривалість захисного інтервалу між символами; 55 TTG  105,7 мкс - тривалість інтервалу перемикання з передачі на прийом (Transmit/Receive Transition Gap, TTG); RTG  60 мкс - тривалість інтервалу перемикання з прийому на передачу (Receive/Transmit Transition Gap, RTG); BLER - ймовірність блокової помилки, одержувана гібридною системою автоматичних перезапитів. 1 UA 108915 U   Пропускна здатність k-го підканалу, виділеного для n-ї клієнтської станції R n,k , являє собою кількість переданих біт за одиницю часу (секунду), виключаючи пілотні біти, і може бути розрахована з виразу: R n,k  R n,k k n,k  s 1  BLER  c b b  g  RTG  TTG  , (1) 5 У результаті виконання задачі розподілу підканалів в рамках запропонованої моделі   клієнтським станціям мережі необхідно забезпечити розрахунок мулевої керуючої змінної x k : n , 1 якщо k  й підканал виділений n  ї клієнтської станції; xk   n  0, в протилежно му випадку . 10 15 Загальна кількість змінних (2), які визначають порядок розподілу підканалів, залежить від кількості клієнтських станцій у мережі, числа використовуваних підканалів і, відповідно, буде визначатися виразом Ν×Κ. Результатом розрахунку змінних (2) повинно бути закріплення підканалів за клієнтськими станціями, за якими будуть передаватися дані в низхідному напрямку від базової станції. У зв'язку з цим при розрахунку шуканих змінних необхідно виконати ряд важливих умов-обмежень. Умова закріплення k-го підканалу не більше ніж за однією клієнтською станцією має вигляд:    xk n   1, k  1,  , n1 20 (2) (3) Як параметр, що визначає для n-ї клієнтської станції рівень гарантій за якістю обслуговування, в рамках моделі буде використана наступна змінна: 1 , якщо для n  ї клієнтської станції гарантується задоволенн я вимог   n   щодо якостіобслуговування 0 , в протилежно му випадку .  У зв'язку з цим в модель має бути введена умова виділення n-ї клієнтської станції необхідної пропускної здатності при врахуванні вимог щодо рівня гарантій за якістю обслуговування: rn  Rn n , req (4) 25 де rn - пропускна здатність каналу, що виділятиметься у n-ій клієнтській станції в результаті вирішення задачі розподілу частотних підканалів, що розраховується з використанням наступного виразу і залежить від кількості виділених підканалів та їх характеристик: rn    x k R n,k n k 1 , n 1,   , (5) 30 Використовуючи вирази (1) і (5), умова-обмеження (4) може бути представлена у вигляді:   xk n k 1 35 R n,k k n,k  s 1  BLER  c b n , b  g  RTG  TTG   Rreqn , n  1,  (6) Для забезпечення збалансованого розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями в структуру моделі вводяться умови виду:  pr n rn   1R n req    , n  1,  , (7) 2 UA 108915 U pr де  n - пріоритет запиту на обслуговування n-ї клієнтської станції;  - нижній динамічно керований поріг, що характеризує ступінь задоволення вимог по пропускній здатності. На змінні балансування  накладаються обмеження виду: 0, (8) 5 10 при цьому, якщо у виразі (7)   1, то вимоги щодо якості обслуговування виконуються для всіх клієнтських станцій, а якщо   1 - в інших випадках. Розрахунок керуючих змінних (2) в рамках запропонованої моделі буде здійснюватися в ході вирішення оптимізаційної задачі, відповідно до умов-обмежень (2), (3), (6) - (8), при використанні критерію оптимальності: max  , 15 20 25 (9) Сформульована задача з математичної точки зору належить до класу задач змішаного цілочисельного лінійного програмування (Mixed Integer Linear Programming, MILP), тому що шукані змінні є як булевими (2), так і дійсними (8), а обмеження (2), (3), (6) - (8), що накладаються на шукані змінні, носять лінійний характер. Таким чином, запропоновано математичну модель розподілу частотного ресурсу в мережах стандарту IEEE 802.16, новизна якої полягає у формулюванні задачі збалансованого розподілу частотного ресурсу низхідного каналу зв'язку, представленого у вигляді підканалів із закріпленим числом піднесних в кожному з них, щодо необхідних значень для клієнтських станцій по пропускній здатності. Використання запропонованої моделі дозволило зробити понад повний облік технологічних особливостей стандарту IEEE 802.16 (кількості піднесних в підканалі, кількості підканалів в частотному каналі, схеми модуляції й кодування сигналу) в порівнянні з відомими рішеннями, заснованими на розподілі піднесних, а також гарантувати необхідну пропускну здатність для кожної з клієнтських станцій шляхом виділення, необхідної кількості підканалів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб збалансованого розподілу частотних підканалів між клієнтськими станціями, який здійснюють в мережах стандарту IEEE 802.16, реалізують на базовій станції мережі стандарту IEEE 802.16 та здійснюють розподіл частотних підканалів із жорстко закріпленою кількістю піднесних в кожному з них, який відрізняється тим, що збалансування розподілу частотних підканалів виконують з врахуванням пріоритету клієнтських станцій та вимог користувачів щодо пропускної здатності в мережі стандарту IEEE 802.16, параметрів низхідного каналу, а саме ширини та кількості піднесних, тривалості кадру, схеми модуляції та кодування сигналу. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3