К ПРИБЛИЖЕННОМУ АНАЛИЗУ МОДЕЛИ ОДНОЙ СОТЫ СЕТЕ LTE С ПРИОРИТЕТНОМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ
Российский университет дружбы народов, e-mail: *****@***ru
Проведен анализ соты сети LTE с двумя классами услуг – голосовая и видео телефония – и с управлением доступом, основанном на вытеснении менее приоритетных запросов. Предложено одно из возможных приближенных решений.
Ключевые слова: LTE, управление доступом, приоритетное обслуживание, приближенное решение.
Введение
В сетях подвижной связи 4-го поколения LTE [1,2] для дифференцирования услуг, предоставляемых пользователям, используется система классов (QoS Class Identifier, QCI), определяемых на уровне логического соединения (Evolved Packet System, EPS Bearer) [3]. Выделяют 9 классов QCI. Услуги различных классов, в первую очередь, отличаются друг от друга приоритетами в обслуживании (Allocation and Retention Priority, ARP), например, приоритет у голосовой телефонии выше, чем у видео телефонии. Параметр ARP отвечает за прием или блокировку запроса на предоставление пользователю услуги в зависимости от наличия свободных ресурсов, а также управляет перегрузкой сети за счет вытеснения соединений с наименьшим приоритетом. Также услуги отличаются допустимыми задержками, количеством потерянных пакетов и типом требования к ресурсам сети. По типу требования выделяют две категории соединений: соединения с гарантированной побитовой скоростью передачи (Guaranteed Bit Rate, GBR) и соединения без гарантированной скорости передачи (Non-GBR). Причем услуги типа GBR могут предоставляться как с гарантированной GBR, так и с максимальной MBR (Maximum Bit Rate) скоростью, в случае доступности сетевых ресурсов.
В докладе рассматривается модель соты сети емкостью 
, пользователям которой предоставляются две услуги типа GBR: голосовая (QCI=1) и видео (QCI=2) телефония [3,4]. Для предоставления голосовой телефонии зарезервирована индивидуальная емкость 
, для видео телефонии используется оставшаяся емкость 
. Управление доступом к ресурсам сети основано на возможности вытеснения менее приоритетных соединений более приоритетными, т. е., в случае необходимости, соединения голосовой телефонии могут занимать часть ресурсов, уже используемых соединениями видео телефонии.
Математическая модель соты сети с вытеснением заявок
Предположим, что входящий поток является пуассоновским с параметрами 
, 
для голосовой и видео телефонии соответственно и со средним экспоненциальным временем соединения 
, 
. Отметим, что требование к ресурсам сети для предоставления голосовой телефонии является гарантированным (GBR) 
, а требование для видео телефонии может быть не только гарантированным (GBR) 
, но при наличии свободных сетевых ресурсов и максимальным (MBR) 
.
Обозначим 
число установленных соединений голосовой телефонии, использующих ресурс , 
число соединений голосовой телефонии, использующих за счет вытеснения ресурс 
, 
число соединений видео телефонии, установленных с максимальным/минимальным требованием соответственно. Состояние модели описывает вектор 
в пространстве состояний
. (1)
Введем динамическую стратегию доступа [3] 
, компоненты которой – функции доступа –
формируют пространство состояний 
для рассматриваемой модели, 
.
Диаграмма интенсивностей переходов и соответствующая система уравнений равновесия (СУР) представлены в [6]. Следует отметить, что для моделей с вытеснением [4] решение не может быть получено в аналитическом виде, а также не представляется возможным разработка рекуррентного алгоритма его расчета. В связи с этим необходимо получение приближенных решений.
Приближенное решение
Поскольку исследование данной модели находится на начальном этапе, в докладе представлен лишь один из способов нахождения приближенного решения.
(2)
Приближенное решение (2) получено для модели соты сети, пользователям которой также предоставляются голосовая и видео телефония, однако управление доступом организовано без возможности вытеснения менее приоритетных соединений. В отличие от модели, рассмотренной в предыдущем разделе, соединения голосовой телефонии не вытесняют менее приоритетные соединения видео телефонии, а в случае необходимости используют оставшиеся свободными сетевые ресурсы. Пространство состояний модели определяется формулой (1).
Отметим, что стационарное распределение вероятностей (2) имеет мультипликативный вид, который позволяет уменьшить сложность вычислений, проводимых для решения СУР [5], возрастающую экспоненциально при увеличении ресурсов сети (рис. 1). Как видно из рис.1 с помощью приближенного решения возможно выполнение расчетов для соты существенно большей емкости, т. к. для моделей с вытеснением даже при незначительном росте сетевых ресурсов вычислительная сложность возрастает в несколько раз.
Рис. 1. Зависимость сложности вычислений, потребовавшихся для решения СУР, от емкости соты
Заключение
Результаты численного эксперимента показывают, что для анализа моделей с приоритетным обслуживанием необходимо использование приближенных методов, применение которых значительно уменьшает сложность вычислений. В дальнейшем предполагается провести анализ точности приближенного решения (2), а также разработка других приближенных решений.
Литература
1.Тихвинский В. О., Терентьев С. В., Юрчук А. Б. Сети мобильной связи LTE. Технологии и архитектура. – М.: Эко-Трендз, 2010. – 284 с.
2.Гайдамака Ю., Ефимушкина Т., Самуйлов А., Самуйлов К. Обзор задач оптимального планирования межуровневого интерфейса на базе ортогонального частотного мультиплексирования в беспроводных сетях // Distributed Computer and Communication networks. Theory and Applications DCCN-2011. – Moscow, R&D Company «Information and Networking Technologies». – 2011. – C. 180–187.
3.ETSI 3GPP TS 36.300: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2: V. 11.0.0. – ETSI 3GPP. – 2011. – 194 p.
4.Qian M., Huang Y., Shi J., Yuan Y., Tian L., and Dutkiewicz E. A novel radio admission control scheme for multiclass services in LTE systems // Proc. of the 7th IEEE Global Telecommunications Conference GLOBECOM-2009 (November 30 – December 4, 2009, Honolulu, Hawaii, USA). – IEEE. – 2009. – P. 1–6.
5.Башарин Г. П. Лекции по математической теории телетрафика: Учеб. пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. – М.: РУДН, 2009. – 342 с.
6.Гудкова И.А., Маркова Е.В., Матвейчук И.В. Анализ одной схемы управления доступом к радиоресурсам сети LTE // T-Comm – Телекоммуникации и Транспорт. – М.: Издательский дом Медиа Паблишер. – 2012. – №7 – (в печати).
ON APPROXIMATE ANALYSIS FOR MODEL OF ONE CELL LTE NETWORK WITH PRIORITY SERVICE
E. V. Markova
Peoples’ Friendship University of Russia, *****@***ru
We analyze a cell network with two classes of services - voice and video telephony - and with access control based on the extrusiont of low-priority requests. And one of possible approximate solutions is considered.
Кеу words: LTE, access control, priority service, approximate solution.
