FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKA NÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY OPTIMIZATION OF ACCESS TO CDMA NETWORKS

Transkript

1 VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKANÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY Ing. Petr Kejík OPTIMALIZACE PÍSTUPU DO CDMA SÍTÍ OPTIMIZATION OF ACCESS TO CDMA NETWORKS ZKRÁCENÁ VERZE PHD THESIS Studijní obor: Školitel: Oponenti: Elektronika a sdlovací technika prof. Ing. Stanislav Hanus, CSc. doc. Ing. Jií Masopust, CSc. doc. Ing. Vladimír Wieser, PhD.

2 KLÍOVÁ SLOVA CDMA, UMTS, ízení pístupu, UMTS simulátor, fuzzy logika, initel zatížení. KEYWORDS CDMA, UMTS, admission control, UMTS simulator, fuzzy logic, load factor. DIZERTANÍ PRÁCE JE ULOŽENA: Ústav Radioelektroniky Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií Vysoké Uení Technické v Brn Purkyova Brno Petr Kejík, 21 2

3 OBSAH 1 ÚVOD ÍZENÍ PÍSTUPU DO SÍT MODEL SYSTÉMU UMTS SIMULOVANÉ A NAVRŽENÉ ALGORITMY PRO ÍZENÍ PÍSTUPU DO SÍT Algoritmus využívající výpoet initele zatížení Algoritmy využívající fuzzy logiku Genetické algoritmy Fuzzy algoritmy s predikcí a automatickou regulací Návrh optimálního algoritmu ZÁVR VYBRANÁ LITERATURA VYBRANÉ PUBLIKACE PROFESNÍ ŽIVOTOPIS... 2 ABSTRAKT ABSTRACT

4 4

5 1 ÚVOD Penos informací prostednictvím bezdrátových komunikaních technologií patí k dynamicky se rozvíjejícím odvtvím. Bezdrátové mobilní systémy nejsou výjimkou. Požadovaný nárst penosových rychlostí, kvality služeb a kapacity systému z hlediska potu uživatel vedly k vývoji moderních mobilních systém, které používají složitjší modulace a pístupové metody než systémy pvodní. Systémy 3. generace využívají pístupovou metodu s kódovým dlením (CDMA, Code Division Multiple Access). U systém CDMA komunikují všichni úastníci ve stejném ase ve stejném rádiovém kanále. Kapacita CDMA systém závisí na velikosti interferencí v systému. Z tohoto dvodu jsou zapotebí složitjší algoritmy pro ízení pístupu uživatel do sít než nap. u GSM. Tyto algoritmy nejsou standardizovány, jejich konkrétní provedení je ponecháno na provozovatelích systém. Téma práce je pomrn obecné a obsáhlé. Vlastní práce je zamena na optimalizaci ízení pístupu do sít UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). ízení pístupu rozhoduje o pijetí/odmítnutí nových spojení (pípadn o nové konfiguraci stávajících spojení). Akoliv byla první specifikace systému UMTS vydána již v roce 1999 (Release 99), vývoj systému a jeho souástí stále pokrauje. Jednotlivé metody a algoritmy se liší pístupem k danému problému. Algoritmy mohou k rozhodnutí využívat nap. velikost interferencí v systému, velikost initele zatížení apod. Nkteré algoritmy se snaží odhadnout pohyb UEs (User Equipments) nebo teba velikost provozu v síti. Pro ízení pístupu do sít lze využít také fuzzy logiku a genetické algoritmy. Použití obou metod lze nalézt v nejnovjších publikacích, které se danou problematikou zabývají. Pro simulaci mobilních systém lze využít komplexní simulaní prostedí (nap. Matlab, Simulink, OPNET, NPSW, Network simulator 2), ale také bylo vyvinuto nkolik jednodušších simulaních program, nap. [13]. Problémem výše uvedených simulátor je jejich nedostupnost a navíc skutenost, že velká ást program je zamena pevážn na simulaci fyzické vrstvy (nap. Matlab, NPSW). Dizertaní práce se však zabývá algoritmy pracujícími na vrstvách vyšších. Z tchto dvod byl vytvoen vlastní simulaní program (i za cenu ásteného zjednodušení). Cíle pedložené dizertaní práce lze shrnout do následujících bod: Vytvoení komplexního modelu sít UMTS, který bude umožovat simulaci jednotlivých algoritm pro ízení pístupu do sít. Výhodou vytvoeného modelu sít bude jeho modifikovatelnost. Vytvoený model (jeho ásti: buková struktura, pohyb UEs, generování spojení, ) bude možné využít pro simulaci systém vyšších generací a také pro jiné celulární systémy. Ovení vlastností vybraných algoritm. Pozornost bude zamena na použití fuzzy logiky a také na genetické algoritmy. Optimalizace vybraného algoritmu. 5

6 2 ÍZENÍ PÍSTUPU DO SÍT Funkce ízení pístupu do sít (AC, Admission Control) rozhoduje o pijetí nebo odmítnutí nového spojení (pípadn o nové konfiguraci stávajících spojení). Rozhodnutí se provádí na základ analýzy stavu v systému. ízení pístupu se provádí zvláš pro uplink a zvláš pro downlink. Spojení mže být pijato pouze tehdy, jestliže jej algoritmus povolí v obou smrech penosu. Provedení jednotlivých RRM funkcí není standardizováno a každý operátor mže použít rzné algoritmy. V literatue lze najít celou adu metod na ešení AC v CDMA systémech. Jednotlivé metody a algoritmy se liší pístupem k danému problému. Rozdlení použitých algoritm se v rzných literaturách liší a jednotlivé pístupy se z velké ásti prolínají. Níže uvedené rozdlení nelze proto chápat jako jednoznané a jediné možné. Algoritmy lze rozdlit nap. podle kritéria, které používají pro rozhodování. Algoritmy mohou používat: poet uživatel v systému/kapacitu systému (number/capacity based) predikci pohybu uživatel (mobility based) úrove interferencí a uživatelských signál v systému (interference based): o rozhodování podle úrovn interferencí o rozhodování podle initele zatížení o rozhodování podle SIR (Signal to Interference Ratio) Pro ízení pístupu do sít lze využít také fuzzy logiku a genetické algoritmy. U CDMA systém se definuje a používá tzv. initel zatížení, který udává procentuální zatížení buky. initel zatížení pro uplink ul, viz [1]: K 1 ul (1 ji ), (2.1) i1 W 1 ( E / N R v b kde j I je pomr úrovní interferencí mezi okolními a sledovanou bukou, K je poet uživatel v buce, W je chipová rychlost (3,84 Mchip/s), (E b /N ) i je požadovaný pomr energie pipadající na jeden bit a spektrální výkonové hustoty šumu, R i je požadovaná penosová rychlost a v f,i je faktor definující aktivitu i-tého uživatele. initel zatížení pro downlink dl : i ) i K ( Eb / N ) i v f, i dl 1 i W i1 R i j f, i I, (2.2) kde i je faktor ortogonality. Ostatní promnné mají stejný význam jako v (2.1). 6

7 3 MODEL SYSTÉMU UMTS Jak již bylo zmínno v úvodu, pro simulaci mobilních systém lze využít komplexní simulaní prostedí nebo nkolik jednodušších simulaních program. Problémem výše uvedených simulátor je jejich nedostupnost a navíc skutenost, že jsou zameny pevážn na simulaci fyzické vrstvy. Dizertaní práce se však zabývá algoritmy pracujícími na vrstvách vyšších. Z tchto dvod byl vytvoen vlastní simulaní program. Simulátor byl vytvoen v programu MATLAB. Obr. 3.1 Blokové schéma vytvoeného simulátoru UMTS 7

8 Na Obr. 3.1 je blokov znázornn simulaní program. V první fázi jsou nastaveny parametry simulace, nap. délka simulace, délka iterací (délka simulaního kroku), maximální rychlost pohybu uživatel a nkteré další. Dále je pomocí Poissonova procesu vygenerován poet píchozích spojení pro každou iteraci (s definovanou intenzitou píchozích spojení). Pi vlastní simulaci jsou generovány (a následn aktualizovány) parametry pro každého uživatele. V každém kroku je zavolán píslušný AC algoritmus, který rozhodne o pijetí i odmítnutí nového spojení a (ízení handover) o zachování nebo perušení již akceptovaných spojení. Program umožuje implementovat, simulovat a zkoumat rzné algoritmy pro ízení pístupu do sít. Podle [6] jsou dopoítány výkony všech Node Bs a UEs a dále úrovn interferencí v místech píjmu. V programu je také implementováno jednoduché ízení zahlcení sít. Po skonení simulace jsou získané údaje statisticky zpracovány a jsou posouzeny jednotlivé algoritmy. Na Obr. 3.2 je znázornn vytvoený model, který se sestává z 19 hexagonálních bunk (program umožuje provádt simulace i pro 37 bunk). Sedm bunk v centrální oblasti (ohranieny modrou arou) je použito pro zkoumání vlastností simulovaných algoritm. Ostatních 12 bunk slouží pro vytvoení okrajových podmínek v síti (poloha a ostatní parametry UEs v tchto bukách jsou však stále aktualizovány a je na n také aplikována i AC). Na Obr. 3.2 jsou také znázornny trajektorie pohybu (erven) nkolika uživatel. 5 Vzdálenost [km] Vzdálenost [km] Obr. 3.2 Model systému se znázornnými trajektoriemi pohybu nkolika uživatel Na Obr. 3.3 jsou zobrazeny hodnoty (pravdpodobnost odmítnutí nového spojení) a (pravdpodobnost perušení již existujícího spojení, kap. 4) pi použití ízení pístupu do sít (algoritmus AC-L, kap. 4.1), pi použití ízení výkonu PC (Power Control) a pi použití ošetení interferencí (C/I). Dále je zde zobrazen prmrný initel zatížení ul-avg v buce. Na ose x jsou rzné prahové hodnoty initele zatížení ul-thr, které jsou použity algoritmem AC-L. Ze simulace je patrné, že se zvyšujícím se ul-thr, klesá pro AC-L (sí umožuje pijmout více spojení) a zárove narstá ul-avg. Pro ul-avg kolem hodnoty asi,5 zaínají být spojení 8

9 odmítána mechanismem pro ošetení interferencí v síti, který ul-avg udržuje na hodnot asi,6. Ze simulace je také patrné, že mechanismus pro ízení výkonu (PC) neperušil, ani neodmítnul žádné spojení. Jeho pípadnou úlohu pebral mechanismus pro ošetení interferencí. Pravdpodobnost a Prmrný initel zatížení ul-avg PC - PC - C/I - C/I ul-avg Prahová hodnota initele zatížení pro uplink ul-thr Obr. 3.3 Ovení ízení pístupu a ošetení interferencí 4 SIMULOVANÉ A NAVRŽENÉ ALGORITMY PRO ÍZENÍ PÍSTUPU DO SÍT U simulovaných algoritm byl zkoumán jejich vliv na pravdpodobnost odmítnutí nového spojení (poet odmítnutých spojení/poet žádostí o nová spojení), pravdpodobnost perušení již existujícího spojení (poet perušených spojení/poet žádostí o nová spojení), poet spojení v buce, poty dokonených spojení apod. V dizertaní práci byly uvažovány dva typy spojení: hlasová (v f =,5, viz (2.1)) a datová (v f = 1,). Ostatní parametry byly pro oba typy spojení stejné (R = 12,2 kb/s, E b /N = 7,5 db, W = 3,84 Mchip/s). 4.1 ALGORITMUS VYUŽÍVAJÍCÍ VÝPOET INITELE ZATÍŽENÍ V dizertaní práci byl (asto jako reference) simulován algoritmus (dále oznaovaný jako AC-L), založený na výpotu initele zatížení, (2.1) a (2.2). Vypoítané hodnoty ul a dl se porovnávají s rozhodovacími prahy, které jsou odlišné pro nová/stávající a hlasová/datová spojení. Použití mírn rozdílných prah umožuje piadit každému typu spojení jinou prioritu. Pro uplink a downlink jsou použité rozhodovací prahy stejné. Podobný pístup je použit nap. v [11]. 4.2 ALGORITMY VYUŽÍVAJÍCÍ FUZZY LOGIKU V pedložené dizertaní práci bylo navrženo a simulováno nkolik algoritm, založených na fuzzy logice (AC-Fx). Algoritmy vycházejí z [7-8]. Základní blokové schéma ptivrstvého algoritmu je na Obr Tato struktura byla použita u všech simulovaných algoritm. Všechny algoritmy používaly následující vstupní 9

10 promnné: faktor definující aktivitu uživatele v f, mobilitu uživatele (rychlost pohybu) SP a initel zatížení pro uplink v dané buce ul. V práci byly navrženy také algoritmy, které používaly 4 vstupní promnné. tvrtou promnnou byl poet UEs v blízkém okolí aktuální buky, prmrný initel zatížení v okolních 6 bukách, odhadovaný poet UEs, které se do dané buky pesunou v asovém úseku, nebo poet píchozích spojení v dané buce za asový úsek. Struktura algoritm pímo odpovídá Obr Obr. 4.1 Blokové schéma fuzzy AC Tab. 4.1 Ukázka nkolika fuzzy pravidel pro AC-F1 Pravidlo. v f SP ul Rozhodnutí 1 nízký nízký nízký urit pijmout 2 nízký nízký stední pijmout 3 nízký nízký vysoký asi pijmout 4 nízký stední nízký urit pijmout 5 nízký stední stední asi pijmout 15 vysoký stední vysoký asi odmítnout 16 vysoký vysoký nízký asi pijmout 17 vysoký vysoký stední asi pijmout 18 vysoký vysoký vysoký odmítnout 1

11 Ve vrstv 1 je pro všechny vstupní promnné vyjádena míra jejich píslušnosti, ve zvolených skupinách. Vrstva 2 postihuje všechny možné kombinace vstupních promnných (vytváí se souiny všech kombinací pro vstupní promnné, respektive pro jejich ). Ve vrstv 3 dochází k normování. Ve vrstv 4 je pro zjednodušení použito jednoduché váhování, které odpovídá aplikaci fuzzy pravidel, viz Tab Ve vrstv 5 dochází k prostému soutu. Výsledný signál D je porovnán s rozhodovacími prahy. Pravdpodobnost a AC-F2 - AC-F3 - AC-F2 - AC-F Obr. 4.2 Srovnání nkolika algoritm pro hlasová spojení Pravdpodobnost a AC-F2 - AC-F3 - AC-F2 - AC-F Obr. 4.3 Srovnání nkolika algoritm pro datová spojení Na Obr 4.2 a Obr. 4.3 je ukázka srovnání nkolika algoritm. Algoritmus AC-L je založený na výpotu initele zatížení (kap. 4.1). Algoritmus AC-F1 využívá vstupní promnné: faktor definující aktivitu uživatele v f, mobilitu uživatele (rychlost pohybu) SP a initel zatížení pro uplink v dané buce ul. Algoritmus AC-F2 využívá 4 vstupní promnné: ti jsou stejné jako u AC-F1, tvrtou vstupní promnnou je poet uživatel v blízkém okolí buky (pro vzdálenosti menší než 11

12 5 m od okraje buky). Algoritmus AC-F3 využívá 4 vstupní promnné: ti jsou stejné jako u AC-F1, tvrtou vstupní promnnou je poet uživatel v blízkém okolí buky (pro vzdálenosti menší než 5 m od okraje buky), kteí se k dané buce pibližují. Ze simulací je nap. patrné, že nejvýhodnjších vlastností (nízká hodnota ) dosahuje algoritmus AC-F3. Algoritmus AC-F1 dosahuje také dobrých výsledk. Algoritmus AC-F2 dosahuje nejnižší hodnoty, poet uživatel v systému a dosažená penosová rychlost však byly menší, než u ostatních fuzzy algoritm. Výsledky simulací byly prezentovány nap. v [14-15]. 4.3 GENETICKÉ ALGORITMY V práci byly navrženy a simulovány dva genetické algoritmy (AC-G1 a AC-G2). Výsledky simulací byly prezentovány nap. v [17]. Dle aktuální situace v buce je vytvoena struktura poáteního genu. Nová spojení jsou reprezentována log (spojení zatím nejsou pijata), stávající spojení jsou reprezentována log 1 (spojení jsou již v buce pijata). Z poáteního genu se následn vygeneruje (pomocí mutace, kížení ástí genu) sada nových gen (potomstvo). Z tchto nových gen se pomocí optimalizaní funkce vyhledá nejvhodnjší gen. Po vygenerování nkolika generací je zvolen nejvýhodnjší gen (pomocí optimalizaní funkce) a jeho struktura je použita pi procesu AC. Spojení, kterým v genu odpovídá log 1, jsou v systému ponechána (pijata), ostatní jsou perušena (odmítnuta). Na Obr 4.4 a Obr. 4.5 je ukázka srovnání nkolika algoritm. Algoritmus AC-G1 využíval dv optimalizaní funkce F F1/2,i : F F F1, i ul thr ul, i, (4.1) Nnew, i Nold, i F2, i a1 1/ v f, j a2 11/ j1 j1 1 v, (4.2) kde ul-thr je prahová hodnota initele zatížení, F F1,i a F F2,i jsou hodnoty použitých fit funkcí, N new,i je poet nových pijatých spojení, N old,i je poet stávajících ponechaných spojení a ul,i je hodnota initele zatížení v uplinku pro i-tý gen (potomka), a 1 a a 2 jsou vhodn zvolené konstanty. Jako optimální potomek je vybrán ten gen, pro njž je F F1,i minimální a zárove F F2,i je maximální. Algoritmus AC-G2 využíval jednu optimalizaní funkci F c,i : F a N a N a N a N f ) c, i 1 n _ v, i 2 o _ v, i 3 n _ d, i 4 o _ d, i ( ul thr ul, i, (4.3) kde F c,i je hodnota použité fit funkce (hledá se maximum), N n_v,i je poet nových pijatých hlasových spojení, N o_v,i je poet stávajících ponechaných hlasových spojení, N n_d,i je poet nových pijatých datových spojení, N o_d,i je poet stávajících ponechaných datových spojení pro i-tý gen (potomka), a 1 až a 4 jsou vhodn zvolené konstanty. Funkce f( ul-thr ul,i ) = 1 pro ( ul-thr ul,i ) >,1 a f( ul-thr ul,i ) = pro ( ul-thr ul,i ),1. Význam ostatních promnných je stejný jako u (4.1) a (4.2). Ze simulací je nap. patrné, že oba genetické algoritmy dosahují nízkých hodnot, ale zárove vysokých hodnot pro hlasová spojení. f, j 12

13 Pravdpodobnost a AC-G1.3 - AC-G2 p.25 D.2 - AC-G AC-G Obr. 4.4 Srovnání fuzzy a genetických algoritm pro hlasová spojení Pravdpodobnost a AC-G1 - AC-G2 - AC-G1 - AC-G Obr. 4.5 Srovnání fuzzy a genetických algoritm pro datová spojení 4.4 FUZZY ALGORITMY S PREDIKCÍ A AUTOMATICKOU REGULACÍ V dizertaní práci byly nkteré vybrané fuzzy algoritmy (kap. 4.2) rozšíeny o predikci pohybu UEs a nebo o predikci provozu v síti (rezervování kapacity v buce). Výsledky simulací byly prezentovány nap. v [16]. Na Obr. 4.6 a Obr. 4.7 je ukázka srovnání nkolika algoritm. Algoritmy AC-FPx jsou doplnny o rzné zpsoby predikce pohybu UEs (predikce jejich servisních Node Bs). Algoritmus AC-FP1 odhaduje budoucí polohy UEs bez zmny smru jejich pohybu. Algoritmy AC-FP2 a AC-FP3 uvažují také možnou zmnu smru pohybu UEs. 13

14 Pravdpodobnost a AC-F3 - AC-FP1 - AC-FP2 - AC-FP3 - AC-F3 - AC-FP1 - AC-FP2 - AC-FP Obr. 4.6 Srovnání algoritm s predikcí pohybu UEs (hlasová spojení) Pravdpodobnost a AC-F3 - AC-FP1 - AC-FP2 - AC-FP3 - AC-F3 - AC-FP1 - AC-FP2 - AC-FP Obr. 4.7 Srovnání algoritm s predikcí pohybu UEs (datová spojení) V dizertaní práci byly také simulovány dva zpsoby automatické regulace algoritm pro ízení pístupu. Cílem první regulaní metody bylo zajistit, aby nepekroila stanovenou prahovou hodnotu. Cílem druhé regulaní metody bylo zajistit konstantní pomr mezi a. Na Obr 4.8 a Obr. 4.9 je ukázka srovnání nkolika algoritm bez a s použitím první autoregulaní metody pro datová spojení (u Obr. 4.8 a Obr. 4.3 bylo použito rozdílné nastavení: R = 12,2 kb/s pro Obr. 4.3 a R = 32, kb/s pro Obr. 4.8). Automatická regulace umožnila udržet pod zvolenou prahovou hodnotou. Dsledkem bylo ástené zvýšení. 14

15 Pravdpodobnost a AC-F2 - AC-F3 - AC-F2 - AC-F Obr. 4.8 Srovnání algoritm pro datová spojení bez regulace.8 Pravdpodobnost a R1 R1 - AC-F2 R1 - AC-F3 R1 R1 R1 - AC-F2 R1 - AC-F3 R Obr. 4.9 Srovnání algoritm pro datová spojení s regulací 4.5 NÁVRH OPTIMÁLNÍHO ALGORITMU Na základ výsled simulací (kapitola 4.2 a 4.4), byl navržen algoritmus vycházející z AC-FP1 a AC-FP5. Navržený algoritmus, dále oznaovaný zkratkou AC-FP15, využívá 5 vstupních promnných. Ti promnné jsou stejné jako u AC-F1 ( ul, SP a v f ). tvrtou promnnou je predikovaný poet UEs, kteí se do uvažované buky pesunou v uvažovaném asovém úseku (doba odhadu) 1. Pátou promnnou je celkový poet píchozích spojení v dané buce za posledních 2 sekund ( 2 = 2 s). Algoritmus používá 72 fuzzy pravidel. Z provedených simulací (ukázka je na Obr. 4.1 až 4.13) je patrné, že algoritmy AC-F1 a AC-FP1 dosahují podobných výsledk. Algoritmus AC-FP5 dosahuje mírn nižší hodnoty pro datová spojení (ve srovnání s AC-F1 a AC-FP1), ale zárove nejvyšší hodnoty pro hlasová spojení. Algoritmus AC-FP15 dosahuje 15

16 nejnižších hodnot. Hodnoty jsou srovnatelné s ostatními algoritmy. Z toho pohledu se navržený AC-FP15 jeví jako nejlepší. Pravdpodobnost a AC-FP1 - AC-FP5 - AC-FP15 - AC-FP1 - AC-FP5 - AC-FP Obr. 4.1 Srovnání vybraných algoritm pro hlasová spojení Pravdpodobnost a AC-FP1 - AC-FP5 - AC-FP15 - AC-FP1 - AC-FP5 - AC-FP Obr Srovnání vybraných algoritm pro datová spojení Na Obr je znázornno srovnání prmrných initel zatížení pro uplink. Všechny algoritmy dosahují srovnatelných hodnot ul-avg (vytížení bunk je tedy pro všechny algoritmy podobné). Na Obr jsou znázornny prmrné poty úspšn dokonených spojení v buce. Algoritmus AC-FP15 dosahuje nejvtšího potu dokonených spojení (dosahuje nejvtšího potu dokonených datových spojení a zárove srovnatelného potu dokonených hlasových spojení). 16

17 .5 Prmrný initel zatížení ul-avg AC-F1.1 AC-FP1 AC-FP5 AC-FP Prmrný poet úspšn dokonených spojení v buce N F-SC-avg Obr Srovnání prmrných initel zatížení AC-F1 AC-FP1 2 AC-FP5 AC-FP Obr Srovnání prmrného potu úspšn dokonených spojení v buce 17

18 5 ZÁVR Pedložená dizertaní práce se zabývá algoritmy pro ízení pístupu do CDMA sítí. V dizertaní práci bylo prezentováno a simulováno nkolik verzí AC algoritm, které byly simulovány ve vytvoeném modelu systému UMTS. Algoritmus AC-L, založený na výpotu initele zatížení, je relativn jednoduchý algoritmus. Po rozšíení je však schopný vykonávat AC (a garantovat rznou prioritu pro rzné typy spojení) i v pípad nkolika typ spojení v systému. V dizertaní práci je ukázka pro 4 rzné typy spojení. Fuzzy algoritmy jsou sice výpoetn náronjší, umožují však zpracovat více systémových informací a (ve srovnání s AC-L) umožní snížit zejména pravdpodobnost perušení spojení, pípadn i pravdpodobnost odmítnutí spojení. Jak ukazují výsledky simulací, jednotlivé algoritmy jsou schopny se vypoádat s rznými situacemi v síti. Nap. v pípad pevahy datových spojení vykazují fuzzy algoritmy vtší poet úspšn dokonených datových spojení než AC-L. Fuzzy algoritmy lze rovnž jednoduše pizpsobit pro pípad více typ spojení v systému. U genetických algoritm bylo problematické nastavit rzné priority pro dva simulované typy spojení. Simulované genetické algoritmy byly znan výpoetn nároné (dlouho trvající simulace) a vykazovaly relativn velké kolísání initele zatížení pro uplink i kolísání potu spojení v buce. U zkoumaných algoritm s predikcí pohybu UEs se ukázalo, že algoritmus AC-FP1 (s jednoduchou lineární predikcí) dosahuje obdobných výsledk jako AC-FP2 a AC-FP3 (složitjší predikce pohybu), a zárove dosahuje lepších výsledk, než algoritmy bez predikce polohy UEs v síti. Algoritmy s predikcí provozu v síti také dosahují lepších výsledk než algoritmy bez predikce, píkladem je algoritmus AC-FP5. Slouením algoritm AC-FP1 a AC-FP5 byl navržen a vytvoen algoritmus AC-FP15, který využívá lineární predikci pohybu UEs a také predikci provozu v síti. Algoritmus dosahuje (ve srovnání s AC-F1, AC-FP1 a AC-FP5) velmi dobrých výsledk. V poslední ásti práce jsou prezentovány dva možné píklady automatické regulace parametr AC algoritm podle stavu v systému. Simulace ukazují, že ob metody umožní dosáhnout požadovaných hodnot a. Za klíové výsledky dizertaní práce lze považovat vytvoení modelu UMTS pro simulaci ízení pístupu (RRM funkcí) do sít a navržení algoritmu AC-FP15. Vytvoený simulaní program umožuje simulovat a zkoumat vlastnosti nkterých RRM algoritm a dále umožuje sledovat vybrané parametry v síti. Jádro programu lze využít pro simulace libovolné celulární sít. Navržený algoritmus AC-FP15 dosahuje, ve srovnání s (nkterými vybranými) ostatními algoritmy, nízkých hodnot a srovnatelných hodnot. Zárove dosahuje obdobný (nebo vyšší) poet dokonených spojení v buce, obdobné hodnoty initele zatížení, poet spojení v buce apod. Výsledky dizertaní práce byly publikovány na nkolika odborných konferencích a v impaktovaném asopise. 18

19 VYBRANÁ LITERATURA [1] AGUSTI, R.; SALLENT, O.; PEREZ, J.; GORIA, P.; MANGANI, N.; VAILLANT, A. First report on the evaluation of RRM algorithms by simulation [online]. 22, [cit ]. Dostupný z WWW: [2] SOLDANI, D. QoS Management in UMTS Terrestrial Radio Access FDD Networks. Dissertation for the degree of Doctor of Science in Technology, Helsinki University of technology, October, 25. ISBN [3] 3GPP, Technical Specification , Radio Resources Management Strategies, v. 7.1., March 27. [4] 3GPP, Technical Specification , Radio Resource Control (RRC); Protocol Specifications, v. 8.5., February 29. [5] ROMERO, J.; SALLENT, O.; AGUSTÍ, R.; DÍAZ-GUERRA, M. Radio Resources Management Strategies in UMTS. John Wiley & Sons, p. ISBN [6] NAWROCKI, M.; DOHLER, M.; AGHVANI, A. Understanding UMTS Radio Network Modelling, Planning and Automated Optimisation. Chichester: John Wiley & Sons, 26. ISBN [7] MALARKKAN, S.; RAVICHANDRAN, V. Performance Analysis of Call Admission Control in WCDMA Systems with Adaptive Multi Class Traffic Based on Fuzzy Logic. In IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security. Nov. 26, vol. 6, no. 11. [8] CHANG, CH.; KUO, L.; CHEN, Y.; SCHEN, S. Neural Fuzzy Call Admission and Rate Controller for WCDMA Cellular Systems Providing Multirate Services. In Proceedings of the 26 International Conference on Wireless Communications and Mobile Computing. Canada, p ISBN [9] RACHIDI, T.; BENKIRANE, M.; BOUZEKRI, H. QoS Provisioning in WCDMA 3G Networks Using Mobility Prediction. Innovative Algorithms and Techniques in Automation, Industrial Electronics and Telecommunications. Springer Netherlands. Sept. 27, p ISBN [1] SOLDANI, D.; LI, M.; CUNY, R. QoS and QoE Management in UMTS Cellular Systems. Chichester: John Wiley & Sons, 26. ISBN [11] AYYAPPAN, K.; KUMAR, R. Service Utilization Based Call Admission Control (CAC) Scheme for WCDMA Network. In International Journal of Research and Reviews in Computer Science (IJRRCS). June 21, vol. 1, no. 2, p ISSN [12] MALARKKAN, S.; RAVICHANDRAN, V. Performance Analysis of Call Admission Control in WCDMA Systems with Adaptive Multi Class Traffic Based on Fuzzy Logic. In IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security. Nov. 26, vol. 6, no. 11. [13] KHOJA, J; AL-SHALASH, M.; PRABHU, V. Dynamic System Simulator for the Modelling of CDMA Systems. In Proceedings of the International Mobility and Wireless Access Workshop. 22, p ISBN VYBRANÉ PUBLIKACE [14] KEJÍK, P.; HANUS, S. Fuzzy Logic Based Call Admission Control in UMTS System. In CD: Proceedings of the 29 1st International Conference on Wireless Communication, Vehicular Technology, Information Theory and Aerospace & Electronic System Technology. Aalborg, Denmark: 29. s ISBN: [15] KEJÍK, P.; HANUS, S. The Application of Fuzzy Logic for Admission Control in UMTS System. In Proceedings of the 19th International Conference Radioelektronika s ISBN [16] KEJÍK, P.; HANUS, S. Fuzzy Logic Based Call Admission Control with User Movement Prediction for UMTS System. In Proceedings of 2th International Conference Radioelektronika s ISBN: [17] KEJÍK, P.; HANUS, S. Admission Control Techniques for UMTS System. Radioengineering. 21, ro. 19,. 3, s ISSN: [18] KEJÍK, P.; HANUS, S. Comparison of Fuzzy Logic and Genetic Algorithm Based Admission Control Strategies for UMTS System. Radioengineering. 21, ro. 19,. 1, s ISSN:

20 PROFESNÍ ŽIVOTOPIS Ing. Petr Kejík Dláždná 1b, 641 Brno Telefon: Narozený: v Brn Národnost: eská Rodinný stav: svobodný Vzdlání Doktorský studijní program Elektronika a sdlovací technika, Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií, Vysoké uení technické v Brn, Dizertaní práce Optimalizace pístupu do CDMA sítí Magisterský studijní program Elektronika a sdlovací technika, Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií, Vysoké uení technické v Brn, Diplomová práce Potlaení interefencí u systém 2G a 3G Odborná praxe Ústav Radiolektroniky technicko-hospodáský pracovník 26 / 6 8 Honeywell výrobní operátor Jazyky Anglitina pokroilý Nmina základní znalost Oblasti vdeckého zájmu Mobilní komunikace, zpracování signál. 2

21 ABSTRAKT Cílem dizertaní práce je optimalizace pístupu do sítí CDMA (Code Division Multiple Access). Práce se konkrétn zabývá algoritmy pro ízení pístupu do sít pro systém UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). V úvodní ásti je pozornost zamena na popis dosavadního vývoje dané problematiky a následn je provedena analýza ízení pístupu do sít UMTS. V programu MATLAB byl vytvoen vlastní model systému UMTS, který umožuje implementovat vybrané algoritmy pístupu do sít. Pozornost byla zamena na algoritmy, které využívají initel zatížení, fuzzy logiku a genetické algoritmy. Všechny algoritmy byly s pomocí vytvoeného simulaního programu vzájemn porovnány. Cílem práce je vytvoit vhodný simulaní program, prozkoumat vlastnosti jednotlivých algoritm a pípadn provést jejich optimalizaci. ABSTRACT The aim of this dissertation thesis is an optimization of access to CDMA networks. To be more specific, this thesis deals with an optimization of admission control in UMTS network. The first part of the thesis deals with the present progress of the particular topic. Thereinafter there is an analysis of admission control in UMTS system. An own UMTS simulation program was created in MATLAB. This program enables implementation and simulation of the selected admission control algorithms. The thesis is focused on load factor based, fuzzy logic based and genetic algorithms. The created UMTS simulator was used for the mutual comparison of all algorithms. The aims of this thesis are the suitable UMTS model design, evaluation and possible optimization of selected algorithms. 21