Rozmístění létajících základnových stanic pro mimořádné události

Abstract

V mimořádných situacích, jako jsou přírodní či jiné katastrofy, je zajištění flexibilního a spolehlivého mobilního připojení pro všechny uživatele nacházející se v zasažené oblasti klíčovým prvkem pro úspěšnost záchranných akcí. Jelikož není v takové situaci obecně možné klasifikovat uživatele na základě důležitosti či hrozícího nebezpečí, je nezbytné zajistit dostatečnou přenosovou kapacitu pro všechny uživatele bez výjimky. Za účelem zajištění dostatečně flexibilní přístupové sítě vhodné pro mimořádné situace je zkoumána především možnost nasazení létajících základnových stanic (FlyBS), jejichž úkolem je přepojovat komunikaci mezi uživateli a páteřní sítí. Nicméně, většina dosavadního výzkumu se zaměřuje především na maximalizaci celkové kapacity, což je v případě mimořádných událostí nevhodné, jelikož tak dochází k zanedbávání uživatelů s horší kvalitou kanálu. Tato práce za účelem zajištění dostatečné a férové přenosové kapacity navrhuje způsob nasazení létajících základnových stanic v konvenční buňkové síti, který zajišťuje maximalizaci minimální kapacity mezi všemi uživateli (UE). Navržené řešení alokuje vysílací výkon pro všechny spoje v rámci buňky tak, aby byla výsledná kapacita pro všechny UE stejná, a zároveň představuje algoritmus, který na základě této alokace hledá vhodné polohy FlyBS a asociaci UE. Finální simulace ukazují, že v maximalizaci minimální kapacity návrh výrazně překonává všechny konkurenční řešení, a to téměř o 53% – 244% v závislosti na různých počtech UE a FlyBS v buňce. Nicméně, tohoto výsledku je dosaženo za cenu celkové kapacity buňky, která tímto klesá přibližně o 5% – 30% z důvodu omezení celkového dostupného výkonu.

In general emergency scenarios like natural or other disasters, a highly flexible network providing reliable connectivity to all critical users within the disaster area is crucial for successful search and rescue. Therefore, as in such scenario it is not possible to classify individual users in terms of urgency, it is important to secure sufficient capacity for each of them. To provide a scalable and flexible radio access network suitable for emergency scenarios, the utilization of mobile flying base stations (FlyBS), which forward communication between the users and the network, has already been proposed in recent research. However, the majority of the works focus only on the sum capacity maximization, neglecting the users with low channel quality. Thus, to address the sufficient capacity requirement, a framework for FlyBS deployment that maximizes the minimal channel capacity among all users in the cell is proposed in this thesis. The framework adopts a novel power allocation scheme that equalizes end-to-end channel capacities among all the user equipments (UEs), and at the same time, finds the FlyBS positions and UE associations jointly via a proposed heuristic algorithm. The results of the final simulations show that the proposed scheme significantly increases the minimal channel capacity compared to the competitive schemes, and that is by approximately 53% – 244% based on the varying number of UEs and FlyBSs in the cell. However, this is achieved at the cost of sum capacity, which decreases by about 5% – 30% due to limited power resources.