Procedura náhodného přístupu k médiu založená na distribuované frontě v mobilních sítích

Abstract

Procedura náhodného přístupu je způsob řízení soutěžení velkého množství zařízení typu stroj (Machine Type Communication, MTC) o přístup k radiovým prostředkům v mobilních sítích LTE. Během procedury náhodného přístupu vyšlou MTC zařízení požadavek na přístup ke konkrétním radiovým prostředkům v prvním možném okamžiku. Zařízení, která vybrala pro přístup stejné radiové prostředky jsou v přístupu neúspěšná a musí svůj požadavek opakovat. V případě velkého množství MTC zařízení soutěžících o radiové prostředky ve stejný čas může být efektivita přístupu výrazně snížena z důvodu vysoké pravděpodobnosti kolize žádostí o stejné prostředky. Výzvou tedy je vývoj procedury náhodného přístupu zajištující nízkou pravděpodobnost kolize pro velké množství MTC zařízení a zároveň garantující spravedlivý přístup pro všechna zařízení. Jedno z možných řešení pro velké množství přistupujích MTC zařízení je distribuovat zařízení, která neuspěla v přístupu k radiovým prostředkům do více front. Tento mechanismus je znám jako tzv. Procedura náhodného přístupu s distribuovanou frontou (Distributed Queueing Random Access Procedure, DQRAP). Metoda DQRAP zlepšuje efektivitu přístupu MTC zařízení bez ohledu na jejich počet a tím umožňuje komunikaci velkého množství MTC zařízení. Cílem této diplomové práce je vetvoření analytických modelů pro odhad průměrného maximálního zpoždění přístupu k radiovému kanálu a průměrného počtu přístupů ve vícekanálovém systému ALOHA pomocí DQRAP. Jak ukazují výsledky numerické analýzy a simulací, navržené modely přesně aproximují simulační výsledky.

Random access procedure is an access mechanism to radio resources in Long Term Evolution (LTE) mobile networks to handle a competition for radio resources of Machine Type Communication (MTC) devices. In the random access procedure, the MTC devices transmit a request for radio resources in the first available opportunity. The devices which select the same resource fail the access and need to compete again. Thus, in the case that massive number of MTC devices are competing at the same time and transmit the access request simultaneously, the system performance may degrade for the high collision probability. Thus, a challenge is to develop a solution ensuring low collision probability for massive number of MTC devices while guaranteeing fairness. A suitable extension of a conventional random access procedure towards support of massive MTC access is to distribute colliding devices into parallel queues. This approach is known as Distributed Queueing Random Access Procedure (DQRAP). The DQRAP improves the performance regardless of the number of MTC devices and thus enables massive MTC communication. This thesis aims to development of analytical models to estimate the performance of the average maximum access delay and the average number of transmissions in a multi-channel slotted ALOHA system using DQRAP. As the results of a numerical analysis and simulations show, the proposed models accurately approximate the simulations.