Řízení mobility pro D2D komunikaci s využitím radiového pásma a pásma pro komunikaci ve viditelném spektru

Abstract

Požadavky na propustnost se značně zvyšují s každou novou generací mobilních sítí. Proto je zapotřebí zlepšovat spektrální efektivitu existujících rádio frekvenčních (RF) systémů a zároveň implementovat nové doplňující technologie. V této práci je zkoumám koncept kombinace RF a komunikace s využitím spektra viditelného světla (VLC) pro Device-to-Device (D2D) komunikaci. VLC je schopno poskytnout vyšší propustnost než RF, zároveň je ovšem VLC velice citlivé na blokování signálu a rušení. Proto je zapotřebí vyvinout rychlý a efektivní vertikální handover (VHO) algoritmus pro přepínaní mezi RF a VLC módy komunikace. Tento VHO algoritmus rozhoduje, zda je pro uživatelské zařízení výhodné přepnout z VLC do RF a naopak. Pokud se zařízení rozhodne zůstat ve VLC, je zapotřebí určit čas, který v tomto blokovaném stavu stráví. V této práci je tento čas počítán na základě počtu D2D párů přítomných v systému. Analytický hierarchický proces, kooperativní hra a stupeň racionality jsou využity pro rozhodnutí o VHO. Dále jsou v této práci diskutovány aplikace, výzvy a problémy, které je nutné vyřešit pro plnohodnotné využití zvažovaného systému. Navržený VHO algoritmus je porovnán se dvěma základními přístupy a dvěma dalšími řešeními VHO, které nezvažovali využití D2D komunikace. Výsledky provedených simulací prokázali, že navržený algoritmus navyšuje průměrné přenosové rychlosti ve většině testovaných scénářů.

The requirements on throughput are increased significantly with every new generation of mobile networks. Therefore it is necessary to improve the spectral efficiency of existing radio frequency (RF) systems as well as implement new complementary technologies. The concept of combining RF and Visible Light Communication (VLC) in Device-to-Device (D2D) scenario is investigated in this work. VLC can provide much higher throughput than RF, but VLC is also very sensitive to signal blockage and shadowing events. Therefore, it is important to develop fast and effective vertical handover (VHO) algorithm in RF/VLC network. This VHO algorithm decides whether or not it is beneficial for a user equipment (UE) to switch from VLC to RF, or vice versa. If the UE decides to stay in VLC it needs to set a dwell timer which will determine the time UE waits in a blocked state. In this work, the dwell timer is calculated in relation to the number of D2D pairs in the system. The Analytic Hierarchy Process, Cooperative Game and Rationality Degree are then combined to make a decision about VHO. Further, the challenges for a practical application of the proposed communication system are discussed in this work. The VHO algorithm proposed in this work is compared to basic approaches and two other solutions that did not consider D2D. The results of the performed simulations show that the proposed algorithm increases the average bit-rate in the majority of tested environments.