پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE

word
74
2 MB
32244
1394
کارشناسی ارشد
قیمت: ۷,۴۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE

    پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق – مخابرات

    چکیده

    با رشد سریع کاربران اینترنت و سرویس­های بلادرنگ نظیر صدا و تصویر و نیاز به برآورده کردن کیفیت سرویس مورد نیاز کاربران از نسل بعدی شبکه­های سلولی انتظار می­رود که دسترسی در همه نقاط را  برای کاربران موبایل فراهم کند.  LTE یک تکنولوژی دسترسی رادیویی جدید می­باشد که به منظور یک حرکت به سمت نسل بعدی سیستم­های بی­سیم پیشنهاد شده است.  از دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی عمود بر هم[1] در جهت [2]استفاده می­کند. دسترسی مالتی پلکس فرکانس عمود بر هم کل پهنای باند را به چندین زیرکانال با باند باریک تقسیم می­کند و به کاربران براساس نیازهایشان این زیرحامل­ها را تخصیص می­دهد. یکی از ویژگی­های اصلی LTE استفاده از روش­های مدیریت منابع رادیویی پیشرفته به منظور بهینه کردن عملکرد سیستم است به نحوی که بیشترین تعداد بیت ارسال گردد.

     

     برای فراهم کردن کیفیت سرویس کاربران، الگوریتم­های زمان­بندی برای رفع نیاز­های کاربران، طراحی شده­اند. زمان­بندی[3] در شبکه­هایLTE مسئول توزیع منابع میان کاربران فعال به منظور فراهم آوردن کیفیت سرویس مورد نیاز می­باشد.در این الگوریتم­ها، معمولا کاربرد سرویس­های بلادرنگ ودر بعضی دیگر از الگوریتم­ها کاربرد هر دو نوع سرویس بلادرنگ و غیربلادرنگ در نظر گرفته شده است. در مواردی هم که هر دو کاربرد بلادرنگ و
     غیر بلادرنگ در نظر گرفته شده، به سرعت های متفاوت کاربران هیچ توجه­ای نشده و فقط برای گروه کاربران با سرعت های حرکت پایین (حداکثر30 کیلومتر بر ساعت) توجه شده است. در صورتی که این مهم می­باشد که الگوریتم به گونه­ای عمل کند که با افزایش سرعت،کیفیت سرویس کاربر به مخاطره نیفتد. در این پایان نامه تلاش شده تا الگوریتمی طراحی شود که کیفیت سرویس را برای کاربران با سرعت های مختلف فراهم آورده و نرخ ارسال شبکه را افزایش دهد.  همچنین در سرعت­های پایین در مقایسه با سایر الگوریتم­هاعملکرد بهتری داشته باشد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های موجود نشان دهنده­ی آن است که نرخ ارسال شبکه در الگوریتم پیشنهادی  افزایش یافته و به دلیل انتخاب معیار مناسب برای تخصیص بلوک منبع  به کاربر، پارامترهای کیفیت سرویس بهبود یافته اند.

    کلمات کلیدی:  LTE، زمان­ بندی، مدیریت منابع رادیویی، کیفیت سرویس، OFDMA، سرویس ­های بلادرنگ و غیر بلادرنگ

    1-1مقدمه

    اولین شبکه­ های مخابراتی سلولی موسوم به G1 در اوایل سال 1980 معرفی شدند. این نسل از مخابرات سلولی از مدولاسیون آنالوگ استفاده می­کرد. در اوایل سال 1990 نسل دوم مخابرات سلولی معرفی شدند. این نسل، اولین نسلی بود که از تکنیک­های مخابرات دیجیتال استفاده می­کرد. اولین سیستم تجاری نسل دوم با نام (GSM)[1] گسترش یافت.  پس از چندی نسل سوم بعد از سال 2000 میلادی معرفی شد. نسل سوم افزایش سرعت اطلاعات را به همراه داشت. مهم­ترین اسم تجاری برای نسل سوم، (UMTS)[2] نام دارد. بعدها نسل 5/3 شبکه­های سلولی تحت عنوان(HSPA)[3]مطرح گردید ولی برای استفاده­ی بهینه از باند فرکانسی و نرخ ارسال بالای داده، به سمت نسل­های بعدی موبایل یعنی (LTE)[4]و(LTE-Advance)[5] گام برداشته شد.

    اولین سیستم تجاری LTE در دو کشور ناحیه­ی اسکاندیناوی، به نام­های نروژ و بلژیک در دسامبر سال 2009 توسط اپراتور TeliaSonera پیاده­سازی شد. این کار به کمک قطعات سخت­افزاری که توسط 3 شرکت بزرگ سامسونگ، اریکسون و هوآوی ساخته شده بود، انجام گرفت. در فوریه سال 2010 اپراتور EMT در کشور استونی تست LTE را انجام داد. سیستم مشابهی در جولای همان سال در کشور ازبکستان در شهر تاشکند توسط اپراتور MTS اجرا گردید. در آگوست همان سال اپراتور LMT سیستم LTE را به صورت آزمایشی در نیمی از کشور لتونی پیاده­سازی نمود. در 5 دسامبر 2010 اپراتور Verizon بزرگترین شبکه تجاری LTE را در آمریکای شمالی پیاده­سازی نمود. در سال 2011 اپراتورهای سعودی اعلام کردند که تا سال 2013 به کاربران خود خدمات شبکه LTE را ارائه خواهند داد. این روند همچنان ادامه یافته­است به­صورتی که تاکنون در کشورهایی نظیر آمریکا، برزیل، فیلیپین، عمان، استرالیا، رومانی، هلند و... شبکه LTE راه­اندازی شده است. طبق آمار تا سال 2012حدود 5 میلیاردکاربر مخابرات سلولی اعم از سیستم­های دسترسی چندگانه تقسیم کد پهن باند[6]، GSM، HSPA وLTE در دنیا وجود داشته­اند که سهم کاربران شبکه­ی LTE برابر 90.5 میلیون کاربر بوده است. با توجه به این­که نسل سوم تقریبا جوابگوی نیاز کاربران بوده ولی به دلایل زیر نسل چهارم بوجود آمده و نسل سوم به نسل چهارم تغییر یافته است]1[:

    بهبود نرخ داده

    بهبود بهره­ی طیفی

    کاهش توان مصرفی ترمینال

    افزایش نرخ داده در لبه­­های سلول

    کاهش تاخیر در ارسال و پایه­گذاری یک اتصال

    کاهش هزینه­ها

    1-2مشخصه­های اساسی LTE

     

    با توجه به افزایش کاربران استفاده کننده از شبکه­ی LTE ، محققان و مراکز صنعتی در تلاش برای یافتن
     راه­حل­های جدید و ابتکاری به منظور تجزیه و تحلیل و بهبود عملکردشبکه­هایLTE  می­باشند. همانطور که بیان گردید هدف از طراحی شبکه­­ی LTE فراهم آوردن نرخ بالای اطلاعات، کاهش تاخیر و مهیا نمودن کارایی طیف بالا می­باشد. برای رسیدن به این اهداف مدیریت منابع رادیویی، از عملکردهای لایه­ی فیزیکی و زیرلایه­ی کنترل دسترسی[7] استفاده می­کند. از جمله­ی این عملکردها می­توان به، اشتراک گذاشتن منابع، گزارش نشان­دهنده­ی کیفیت کانال[8] و روش AMC[9] اشاره نمود.

                     Supervisor: Mahdi Mahdavi

     

    Abstract

    Due to the rapid increase in internet users and quick development of real time services such as voice and video there is a high demand in quality of service given to the users. Therefore it seems it is necessary to go for next generations of cellular networks available all over the world. LTE is a new radio access technology suggested as a means to go for next generation of wireless systems. It uses an orthogonal frequency division multiplexing system. This system divides the bandwidth into several narrowband sub-channels and devotes the mentioned sub-carriers to the users regarding their needs. One of the main properties of LET is enjoying the advanced methods of radio resource management in order to optimize the performance of the system so that the number of the transmitted bits be the most. To give high quality of service to the users, there are scheduling algorithms designed to meet the user’s needs. scheduling in LTE networks is in charge of distributing the resources between active users to give proper quality of service. In these algorithms, the application of real time services are considered while in some of other algorithms applications of both real time and non-real time services are considered. In the latter algorithms, there is no emphasis on different velocities of users. In addition, these algorithms are only focused on users with slow velocities (Up to 30 km /h). However, it is important for an algorithm to give a proper quality of services even in high velocities. In this thesis, we have done our best to design an algorithm offering a proper quality of service to the users with different velocities and also increase the network throughput. Also, the algorithm is tried to have an acceptable performance comparing with other algorithms. Making a comparison between the results of simulations of the proposed algorithm with other algorithms reveals that the network throughput is increased in the proposed algorithm. Also, the quality of service parameters are enhanced. That’s mainly because of choose of proper

    Index for resource block allocation to the user.

    Keywords: LTE ,QoS ,Radio Resource Management 

  • فهرست و منابع پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE

    فهرست:

    فهرست مطالب.................................................................................................................................................................. هشت

    فهرست اشکال...................................................................................................................................................................... یازده

    چکیده........................................................................................................................................................................................... 1

    1                                    فصل اول : مقدمه  2

    1-1  مقدمه. 2

    1-2  مشخصه­های اساسی LTE.. 3

    1-3  چالشه­های  موجود و اهداف پایان­نامه. 4

    1-3-1  دو هدف مهم این پایان نامه. 5

    1-4  ساختار پایان­نامه. 5

    2                                    فصل دوم : معرفی LTE  6

    2-1  مقدمه. 6

    2-2  بررسی کلی ساختار شبکه LTE.. 6

    2-2-1  بخش هسته شبکه. 7

    2-2-2  بخش E-UTRAN.. 8

    2-3  ساختار فریم.. 9

    2-3-1  FDD    9

    2-3-2  TDD    10

    2-3-3  ساختار بلوک منبع. 12

    2-4  لایه­ی فیزیکی.. 12

    2-4-1  روش دسترسی OFDMA.. 13

    2-4-2  روش دسترسی SC-FDMA.. 14

    2-5  کیفیت سرویس  و کلاس‌های سرویس در LTE.. 15

    2-5-1  مدل حامل.. 15

    2-5-2  QCI  17

    2-5-3  ARP   18

    2-6  مدل ترافیکی.. 18

    2-6-1  مدل ترافیکی ارسال صدا از طریق اینترنت... 18

    2-6-2  مدل ترافیکی صفحات.. 19

    2-6-3  مدل ترافیکی ویدئو. 20

    3                                    فصل سوم زمانبندی در شبکه­های LTE  21

    3-1  مقدمه. 21

    3-2  روش های زمانبندی در زیرلایه­ی MAC شبکه­هایLTE در جهت فروسو. 22

    3-3  استراتژی­های زمانبندی برای شبکه­های LTE در جهت فروسو. 23

    3-3-1  استراتژی ناآگاه از کانال. 24

    3-3-2  استراتژی آگاه از کانال/ناآگاه از کیفیت سرویس.... 27

    3-3-3  استراتژی آگاه ازکانال /آگاه ازکیفیت سرویس.... 30

    3-4  الگوریتم­های مورد استفاده در مقایسه. 33

    3-4-1  الگوریتم زمانبندی در دوسطح.. 34

    3-4-2  الگوریتم M-EDF-PF.. 37

    3-4-3  الگوریتم  FBAQ... 38

    4                                    فصل چهارم الگوریتم پیشنهادی و شبیه­سازی  44

    4-1  مقدمه. 44

    4-2  بیان الگوریتم پیشنهادی برای تخصیص منابع. 45

    4-3  مقدمات و ملزومات الگوریتم.. 45

    4-4  نوآوری های انجام شده. 46

    4-5  پیش­نیازهای الگوریتم.. 47

    4-6  شرح الگوریتم پیشنهادی.. 50

    4-6-1  تقسیم بندی کاربران بر اساس سرعت حرکت آنها 51

    4-6-2  محاسبه­ی نرخ ارسال داده کاربران تا ایستگاه مبنا 51

    4-6-3  محاسبه­ی اولویت هر صف... 54

    4-6-4  ساختار جدید فریم.. 56

    4-6-5  محاسبه و تخصیص بلوک منابع مورد نیاز هر صف با توجه به تامین نیاز کیفیت سرویس کاربر. 57

    4-7  شبیه­سازی و نتایج.. 62

    4-7-1  نحوه­ی محاسبه­ی مقادیر محور افقی نمودارها 62

    4-7-2  ترافیک اعمالی به شبکه. 65

    4-8  بررسی  نتایج حاصل از شبیه­سازی.. 66

    5                                    فصل پنجم نتیجه­گیری و پیشنهادها 71

    5-1  خلاصه. 71

    5-1-1  روش­های تخصیص بلوک منابع. 72

    5-2  پیشنهادها 73

    منابع و مآخذ. 75

     

    منبع:

     

    [1] Cox, Christopher, "An introduction to LTE: LTE, LTE-advanced, SAE and 4G mobile communications" ,John Wiley & Sons, 2012

    [2] Rezaei, Fahimeh, "A Comprehensive Analysis of LTE physical layer", PhD thesis University of Nebraska-Lincoln ,  2010

    [3] Rezaei Fahimeh, Michael Hempel, and Hamid Sharif, "LTE PHY performance analysis under 3GPP standards parameters," IEEE International Workshop on Computer Aided Modeling and Design of Communication Links and Networks (CAMAD),
    pp.102-106, June 2011

    [4] Ali Yahiya, Tara, "Network Architecture and Protocols", Springer New York,
    pp. 17-39, 2011

    [5] Lucent Alcatel, "The LTE Network Architecture—A Comprehensive Tutorial", Strategic Whitepaper, http://webform.alcatel-lucent.com/ , 2009

    [6] 3GPP TS 36.211, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation", Physical layer procedure Release 8, 2007

    [7] Srikanth, S, Murugesa Pandian, and Xavier Fernando, "Orthogonal frequency division multiple access in WiMAX and LTE: a comparison", IEEE Communications  Magazine, Vol.50, Issue 9, pp. 153-161 , Sep 2012

    [8] Zyren, Jim, and Wes McCoy, "Overview of the 3GPP long term evolution physical layer" ,Freescale Semiconductor white paper, http://4g-portal.com/overview-of-the-3gpp-long-term-evolution-physical-layer, 2007

    [9] Khelifa, Fakhreddine, and Abdelaziz Samet, "A New Approach for Sub-Channels Assignment in Downlink Fourth Generation Mobile Systems", Journal of Computer Science ,Vol.7 , Issue.9, pp.1368-1374, 2011

    [10] Myung, Hyung G, Junsung Lim, and David Goodman, "Single carrier FDMA for uplink wireless transmission", IEEE Vehicular Technology Magazine, Vol.1, Issue 3, pp.30-38 ,Sep 2006

    [11] Chen, Yen-Wen, I-Hsuan Peng, and Chien-Yu Lai ,"Study of Radio Resource Allocation Scheme for Single Carrier FDMA in LTE Network", IEEE Vehicular Technology Conference (VTC Spring),pp.1-5, May 2012.

    [12] Ruiz de Temino, L., et al. "Channel-aware scheduling algorithms for SC-FDMA in LTE uplink", IEEE Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC) symposium, pp.1-6, Sep 2008

    [13] Alasti, Mehdi, et al. "Quality of service in WiMAX and LTE network," IEEE Communications Magazine,Vol.48, pp.104-111, May 2010 

    [14] Ekstrom, Hannes, "QoS control in the 3GPP evolved packet system" ,IEEE  Communications Magazine, Vol.47, Issue 2, pp. 76-83, Feb 2009

    [15] Khan, Farooq," LTE for 4G mobile broadband: air interface technologies and performance", Cambridge University, 2009

    [16] Capozzi, Francesco, et al, "Downlink packet scheduling in lte cellular networks: Key design issues and a survey", IEEE Communications Surveys & Tutorials, Vol.15, Issue 2, pp. 678-700 , May 2013

    [17] Assaad, Mohamad, and Alain Mourad, "New frequency-time scheduling algorithms for 3GPP/LTE-like OFDMA air interface in the downlink", IEEE Vehicular Technology Conference, pp.1964-1969 , May 2008

    [18] Wu, Shih-Jung, and Liou Chu, "A novel packet scheduling scheme for downlink LTE system" ,IEEE Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (IIH-MSP) Conference, pp.25-28, Oct 2011

    [19] AlQahtani, Salman Ali, and Mohammed Alhassany, "Comparing different LTE scheduling schemes",IEEE Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC), pp.264-269, July 2013

    [20] Kela, Petteri, et al, "Dynamic packet scheduling performance in UTRA long term evolution downlink" ,IEEE Wireless Pervasive Computing  International Symposium  , pp.308-313, May 2008

    [21] Liu, Deming, and Yann-Hang Lee, "An efficient scheduling discipline for packet switching networks using earliest deadline first round robin", IEEE Computer Communication and Networks Conference , pp. 453-474, Oct 2003

    [22] Stolyar, Alexander L, and Kavita Ramanan, "Largest weighted delay first scheduling: Large deviations and optimality" ,Annals of Applied Probability ,vol.11, pp.1-48,Nov 2001

    [23] Ramli, Huda Adibah Mohd, et al, "Performance of well known packet scheduling algorithms in the downlink 3GPP LTE system", IEEE Malaysia International Conference Communications (MICC),pp.815-820, Dec 2009

    [24] Lin, Yan, and Guangxin Yue, "Channel-adapted and buffer-aware packet scheduling in LTE wireless communication system", IEEE Wireless Communications, Networking and Mobile Computing(WiCOM)Conference, pp.815-820, Oct 2008

    [25] Zaki, Yasir, et al, "Multi-QoS-aware fair scheduling for LTE", IEEE Vehicular technology conference (VTC spring), pp.1-5, May 2011

    [26] Skoutas, Dimitrios N., and Angelos N. Rouskas, "Scheduling with QoS provisioning in mobile broadband wireless systems", IEEE European Wireless Conference (EW) ,pp.422-428, Avril 2010

    [27] Afroz, Farhana, Kumbesan Sandrasegaran, and Pantha Ghosal, "Performance analysis of PF, M-LWDF and EXP/PF packet scheduling algorithms in 3GPP LTE downlink", IEEE Telecommunication Networks and Applications Conference (ATNAC),pp.87-92, Nov 2014

    [28] Sadiq, Bilal, Seung Jun Baek, and Gustavo De Veciana, "Delay-optimal opportunistic scheduling and approximations: The log rule", IEEE/ACM Transactions on Networking (TON) , Vol. 19, pp.405-418, April 2011

    [29] Bilal, Sadiq, Madan Ritesh, and Sampath Ashwin, "Downlink scheduling for multiclass traffic in LTE", EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking , 2009

    [30] Sahoo, Biswapratapsingh, "Performance comparison of packet scheduling algorithms for video traffic in LTE cellular network", International Journal of Mobile Network Communications & Telematics ( IJMNCT) ,Vol.3,N0.3,June 2013

    [31] Piro, Giuseppe, et al, "Two-level downlink scheduling for real-time multimedia services in LTE networks" , IEEE Transactions on Multimedia,Vol.13,Issue 5, pp,
     1052-1065 ,Sep 2011

    [32] Liu, Bin, Hui Tian, and Lingling Xu, "An efficient downlink packet scheduling algorithm for real time traffics in LTE systems" ,IEEE Consumer communications and networking conference (CCNC),pp.364-369,  Jan 2013

    [33] Jang, Hung-Chin, and Chien-Piao Hu,"Fairness-based adaptive qos scheduling for LTE" ,IEEE international conference on convergence (ICTC) International Conference,
    pp.626-631, Oct 2013

     [34] Ali, Salman, and Muhammad Zeeshan, "A utility based resource allocation scheme with delay scheduler for LTE service-class support", IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC),pp.1450-1455,April 2012

    [35] Alexiou, Antonios, et al, "Modulation and coding scheme selection in multimedia broadcast over a single frequency network‐enabled long‐term evolution networks" ,International Journal of Communication Systems, pp.1603-1619,Aug 2012

    [36] Hatoum, Abbas, et al, "Cluster-based Resource Management in OFDMA Femtocell Networks with QoS Guarantees", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.63,
    pp. 2378-2391 ,June 2014

    [37] Khelifa, Fakhreddine, and Abdelaziz Samet, "A New Approach for Sub-Channels Assignment in Downlink Fourth Generation Mobile Systems", Journal of Computer Science , Vol.9, Issue.7, pp.1368-1374, 2011

    [38] T. Gholipur, M.Mahdavi, and A.Zeidaabadi Nezhad, "A novel scheduling algorithm for low and high mobility users in multi-hop WiMAX network", Wireless personal communications, pp. 1203-1228 ,March 2013

    [39] Liu, Qingwen, Xin Wang, and Georgios B. Giannakis, "A cross-layer scheduling algorithm with QoS support in wireless networks" , IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 55, pp. 839-847, May 2006



تحقیق در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, مقاله در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, پروپوزال در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, تز دکترا در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, پروژه درباره پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, گزارش سمینار در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE, رساله دکترا در مورد پایان نامه طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس