يك روش ديناميكي در مديريت موقعيت شبكه هاي سيار سلولي

حميد رضا نوريان ، كمال محامد پور

دانشكده مهندسي برق، دانشگاه صنعتي خواجه نصير الدين طوسي

hrnoorain @ yahoo.com :پست الكترونيك

چكيده

باعث مي شود، رويه هاي بهنگام سازي موقعيت و فراخواني مرسوم، بخش عمده اي از افزايش روزافزون كاربران شبكه هاي مخابرات سيار در آينده بنابراين روش مديريت موقعيت در شبكه هاي سيار از . ترافيك سيگنالينگ و همچنين پهناي باند راديوئي اين شبكه ها را به خود اختصاص دهند

كه ارائه مي گردد، مناطـق موقعيت و فراخواني كاربـران بر اساس پروفايل آنها در روش جديد مديريت موقعيت . مباحث مهم و بحراني خواهد بود پروفايل مورد نظر با استفاده از ثبت تعداد حركتهاي بين سلولي و متوسط زمان اقامت كاربر در هر سلول، به شكل . بصورت ديناميكي استخراج مي شود

دهد كه نرخ بهنگام ه سازي روش پيشنهادي با استفاده از يك مدل تحرك مناسب نشان مي نتايج شبي . يك گراف در سيستم گوشي وي ذخيره مي شود سازي موقعيت كاربران و تعداد متوسط سلولهاي فراخواني شده، نسبت به روش استاتيك تقليل يافته و در نتيجه، هزينه كلي ناشي از سيگنالينگ شبكه

و سيستم همراه مي باشد كه به نظر مي رسد با توجه به مزاياي اين شبكه صرف هزينه هايي در پياده سازي روش پيشنهادي، مستلزم . كاهش مي يابد .روش، توجيه پذير و مقرون بصرفه خواهد بود

مديريت موقعيت، مدل تحرك، بهنگام سازي موقعيت، فراخواني، شبكه مخابرات سيار :كلمات كليدي

مقدمه. ١

اربران يك شبكه مخابرات سيار الزم است كه اين شبكه از موقعيت كاربران خود اطالع داشته برقراري ارتباط با ك براي اساساً و جستجوي كاربران در بين سلولها براي ايجاد ارتباط، ١بهنگام سازي موقعيت اطالع از موقعيت كاربران توسط رويه . باشد

نيل به اهداف مورد نظر در . شوند قعيت شناخته مي انجام و هر دو رويه بعنوان اركان مديريت مو ٢فراخوانيبوسيله رويه . گيرد انجام مي ) PAs (٤ مناطق فراخواني و) LAs (٣مناطق موقعيت مديريت موقعيت با استفاده از گروه بندي سلولها، بصورت

هزينه . اند ، هر منطقه فراخواني منطبق بر يك منطقه موقعيت است و هر دو يكسان GSM5در اكثر سيستمهاي سلولي، از جمله ن ـي دارد، اي ـگتسبا ـم بندي آنه تقسي اطق موقعيت و ـدازه من ـشبكه، به ان در كلي سيگنالينگ براي انجام مديريت موقعيت

١ Location Updating ٢ Paging ٣ Location Area ٤ Paging Area

٥Global System for Mobile

شود كه هدف آن، يافتن تركيبي از منطقه بندي است كه ضمن مطرح مي ١بهينه سازي تركيبي تقسيم بندي بصورت يك مسئله اين تقسيم بندي . ، كمترين ميزان نرخ تردد در بين مناطق موقعيت را دارا باشد LAر رعايت ظرفيت نهائـي فراخواني براي ه

تواند بر اساس آمار دسته جمعي كاربران، بصورت استاتيك و يا مبتني بر الگوي حركتي هر يك از آنها بطور جداگانه، ميهاي بهنگام سازي موقعيت و فراخواني نوع مديريت موقعيت، بر اساس رويه وبدين ترتيب د . بصورت ديناميك انجام شود

تواند براي هر يك از كاربران بطور جداگانه بهينه باشد، اما اگر چه منطقه بندي هاي استاتيك نمي . شود فوق الذكر انجام مي .حسن اين روش پياده سازي ساده آن مي باشد

دوديت باند فركانسي تخصيص يافته، براي افزايش هاي سلولي و با توجه به مح از طرفي با افزايش روز افزون كاربران شبكه در نتيجه حجم ترافيك حاصل از . اي جز كوچكتر كردن سلولها و استفاده مكرر از پهناي باند وجود ندارد ظرفيت سيستم چاره

علت، همينه ب]. ١[بهنگام سازي موقعيت و فراخواني با روش استاتيك مشكل بزرگي براي شبكه هاي سيار بوجود مي آورد دسته اي از اين روشها مبتني بر استفاده از . بكارگيري روشهاي مديريت موقعيت ديناميك مورد توجه قرار گرفته است

بطور كلي در اين روشها اطالعات توپولوژي سلولهاي شبكه و تخمين ]. ٢-٤[باشد مختصات مكاني سلولهاي شبكه مي از آنجا كه بخش . سازد سازي آنها را بسيار مشكل و تقريباً غير ممكن مي سرعت كاربران مورد نياز است كه اين امر، پياده

اعظم فعاليتهاي روزانه بسياري از افراد، منظم و تكراري است دسته ديگري از روشهاي ديناميك كه متكي بر استفاده از پروفايل روشها براي افرادي كه رفتاري كامالً بديهي است كه اين . حركتي روزمره كاربران مي باشد، مورد توجه قرار گرفته است

كه ) LAs(مي توان مناطق موقعيت استاتيكي ] ٦،٥[در روشهاي ارائه شده در . تصادفي و غير منظم دارند قابل استفاده نيست ي كاربر طبق عادت روزمره خود از آنها عبور مي كند را در يك گروه قرار داده و بعنوان يك منطقه موقعيت ديناميك براي و

مشكل روش اخير اين است كه براي . در نتيجه انجام بهنگام سازي موقعيت در بين آن مناطق منتفي خواهد شد . در نظر گرفت بنابراين بعلت . پيدا كردن موقعيت هر كاربر الزم است روي همه منطقه موقعيتهاي مزبور عمل فراخواني، به نوبت انجام شود

تأخيري زياد ايجاد خواهد شد، ضمن اينكه تلفات آن در بكارگيري برقراري مكالمات بزرگ بودن مناطق فراخواني در روند .كانالهاي فراخواني نيز بزرگ خواهد بود

. استفاده از پروفايل تحرك سلولي كاربران، يك راهكار مناسب براي حل مشكل هزينه و تأخير زياد در فراخواني خواهد بود اطالعات حركتهاي بين سلولي هر كاربر توسط شبكه، منطقه موقعيت ديناميك وي را بدين ترتيب مي توان پس از گردآوري

اي و توپولوژيك از سلولها و همچنين تخمين در اين روش اين است كه اطالعات منطقه اما مشكل عمده ]. ٧[تعيين نمود ارائه ] ٨[روش ديگري در . نمايد سرعت كاربران مورد نياز است و مشخص نيست كه شبكه چگونه بايد اين مقادير را تعيين

شده است كه در آن از اطالعات حركتهاي بين سلولي هر كاربـر كه توسـط سيستـم همراه وي جمع آوري مي شود،استفاده و مبتني برمدلي بصورت زنجيره تحليليمدل تحرك و الگوريتم استخراج منطقه موقعيت در اين مقاله بصورت . مي گردد

ين مدل حركتها بصورت يك طرفه فرض شده و مسيرهاي برگشتي را نمي توان بطور همزمان در بين در ا . ماركوف است سلولها منظور كرد، بعبارت ديگر احتمال انتقال در حين برگشت يك كاربر به مبدأ خود، با احتمال انتقال در مسير رفتن به

. ربوط به آن نيز كاربرد عملي نخواهد داشت در نتيجه الگوريتم م،مقصد، متفاوت و وابسته به زمان خواهد بود

سپس . در اين مقاله ابتدا الگوريتم مديريت موقعيت ديناميك پيشنهادي مبتني بر پروفايل تحرك سلولي كاربران ارائه مي شود .با استفاده از شبيه سازي، روش مطرح شده با روش استاتيك مقايسه مي گردد

١Combinatorial Optimization

كالگوريتم مديريت موقعيت دينامي. ٢

از آنجا كه روش پيشنهادي، مبتني بر سابقه تحرك بين سلولي كاربران است، الزم است پروفايل تحرك هر كاربر ذخيره شود تا با استفاده از آن بتوان منطقه موقعيت ديناميك و مناطق فراخواني وي را استخراج نموده و در رويه هاي بهنگام سازي موقعيت

. بخش به تشريح هر يك از موارد ذكر شده پرداخته مي شوددر اين. و فراخواني بكار گرفت

ذخيره پروفايل كاربران . الف

رفتار حركتي افراد در شبكـه هاي سلولـي را مي توان بـصورت يك گراف جهت دار به نحوي ثبت و ذخيره نمود كه گره جابجائـي بين سلولها باشند و زمان متوسط هاي گراف، متناظر با سلولها و وزن لينكهاي بين گره ها نشانگر تعداد دفعات

پس از ورود كاربر به سلول جديد، مقدار وزن لينك بين دو . اقامت در هر سلول نيز به عنوان وزن آن گره در نظر گرفته شود ، سلول مبدأ و مقصد، يك واحد افزايش يافته و در همان لحظه يك زمان سنج فعال مي شود تا پس از خروج از سلول مقصد

درنتيجه با در دست داشتن زمان اقامت اندازه گيري شده، مقدارقبلي متوسط زمان . زمان اقامت در آن را اندازه گيري نمايد .اقامت درسلول و تعداد دفعات ورود به سلول، مقدار جديد متوسط زمان اقامت محاسبه شده و در حافظه مربوطه بهنگام مي شود

تالگوريتم بهنگام سازي موقعي. ب

كاربر بصورت گراف تحرك در سيستم همراه، سلولهائـي كه فركانس ورود به آنها بيش از ديگر هر با داشتن پروفايل . ايجاد مي شود DLA يا منطقه موقعيت ديناميك يك دسته، يك بود كه با قرار دادن آنها در خواهند سلولهاست، قابل تشخيص

انجام شود كه توسط آن هر يك از گره greedyبر مي تواند با استفاده از روش روند تعيين منطقه موقعيت مناسب براي هر كار هاي موجود در پروفايل تحرك كاربر طي يك عمليات تكرار شونده، در صورتي به مجموعه منطقه ديناميك اضافه مي شود كه

، از DLA تعداد دفعات خروج از بعبارت دقيقتر در اين روش بازاي هر گره اضافه شده، . هزينه كلي مفروض را كاهش دهد روي مدل تحرك و با استفاده از تخمين سرعت كاربر و مسافت طي شده توسط او مشخص شده و با بكارگيري مقدار آن و

اما سربار حاصل از الگوريتم فوق، به علت ]. ٧ ، ٨[همچنين نرخ متوسط مكالمات دريافتي وي، هزينه كلي تعيين مي گردد Oت تكرار شونده، زياد بوده و پيچيدگي زماني براي نمونه اي از اين نوع الگوريتم بصورت استفاده از عمليا m( مرتبه (4(

خمين سرعت كاربران ت ، تعداد سلولهاي طي شده توسط كاربر است، ضمن اين كه مشكل mمي باشد كه در آن پارامتر ) چهار ]. ٩[در اين روش نيز وجود دارد

ه، يكي از روشهاي اكتشافي قالبه مطالب فوق، الگوريتم انتخاب شده براي استخراج منطقه موقعيت ديناميك در اين م با توجه ري ـط گي ـ، با معيار متوس )BFS Breadth First Search ( يا جستجوي عرضي براي جستجو و پيمايش گرافها، بنام الگوريتم

كل گراف ضمن داشتن كمترين پيچيدگي زماني، نتيجه بسيار مناسبي را مي باشد كه با گسترش همزمان و چند جانبه خود در مراحل الگوريتم پيشنهادي براي استخراج منطقه موقعيت ديناميك ازگراف تحرك در سيستم همراه به ]. ١٠[ارائه مي نمايد : شرح زير است

روز، با تعيين بيشترين زمان اقامت ١٤ت پس از گذشت مدت زمانـي كافـي براي شـكل گيري پروفــايل هر كـاربربه مد .١ .در سلولها، محل سكونت كاربر تعيين مي شود

سپس آن تعداد از لينكهائـي . مي ناميم، محاسبه مي شود nw ابتدا متوسط وزن همه لينكهاي ورودي و خروجي كه آن را . ٢ . ملحق مي گردندDLAاست، انتخاب شده و سلولهاي متصل به آنها به مجموعه nw كه وزنشان بزرگتر يا مساوي

بدين ترتيب بررسي و پيمايش گراف . مجدداً در هر يك از گره هاي جديد، الگوريتم جستجو و انتخاب انجام مي شود . ٣ .بصورت عرضي و چند جانبه ادامه مي يابد

ب شده باشند، بايد آنها را از مجموعه گره هاي مرحله بعدي پيمايش گراف اگر به گره هايي برخورد شود كه قبالً انتخا . ٤ .حذف نمود

تا جائـي تكرار مي شوند كه هيچ گره واجد شرايطي در ميان گراف باقي نمانده باشد و يا اينكه ظرفيت ٤ و ٣مراحل . ٥ .نهائـي منطقه موقعيت ديناميك پر شده باشد

درحقيقت nwمتوسط وزن لينكها يعني. ه ايست كه با توجه به هزينه كلي تعيين خواهد شد ظرفيت ياد شده، عامل محدود كنند يك معيار براي شناسائـي و انتخاب مسيرهاي پر تردد است، به نحوي كه اثر وزن لينكهاي انتخاب شده در مرحله قبل را در

. جلوگيري مي كندDLAايش بي مورد گزينش لينكهاي جديد دخيل كرده و در نتيجه از افز

ليست همه سلولهاي آن با گروه بندي خاصي كه بعداً توضيح داده مي شود، از طريق كانال سيگنالينگ به ، DLAپس از تعيين VLR )Visitor Location Register( از . مربوطه ارسال و ذخيره مي شود تا عمل فراخواني كاربر با استفاده از آن انجام گيرد

در اين حالت، نحوه انجام رويه . ، كاربر وشبكه مي توانند آنرا مورد استفاده قرار دهند VLR توسط DLAمان دريافت ليست زبهنگام سازي موقعيت به اينصورت است كه وقتي كاربر وارد يك سلول جديد مي شود، اگر شماره آن در محدوده ليست

DLA يت نخواهد داشت و اگر آن شماره در ليست موجود نباشد، حركت انجام باشد، نيازي به هيچگونه بهنگام سازي موقع. به شبكه ارسال شود ) SLU( تلقي شده و بايد يك پيام بهنگام سازي موقعيت از نوع استاتيك DLAشده به منزله خروج از

شبكه سلولي انجام شده و در بنابراين پيش فرض الگوريتم پيشنهادي اين است كه قبالً دسته بندي منطقه موقعيت استاتيك در بعبارت ديگر منطقه . نتيجه موقعيت يابي كاربران در خارج از منطقه ديناميك با استفاده از مناطق استاتيك صورت مي گيرد

. بندي استاتيك هميشه در دسترس كاربران قرار دارد و منطقه موقعيت ديناميك مثل اليه اي جديد روي آن قرار خواهد گرفت بري دربين مناطق موقعيت استاتيك كه خارج از ليست ديناميك اوست جابجا شود، باز هم پيام ايجاد شده از نوع وقتي كار

) DLU(اما زماني كه وي وارد محدوده ديناميك شود، پيام بهنگام سازي موقعيت او از نوع ديناميك . استاتيك خواهد بود جود است، كافي است كه پيام فوق بوسيله يك ميدان كوتاه يك بيتي مو VLR از قبل در DLAخواهد بود و از آنجا كه ليست

، )LAI) LA Identityاز پيام استاتيك متمايز و قابل تشخيص شود، ضمن اين كه طول اين نوع پيام به علت عدم نياز به ارسال اض مي توان اندازه دو پيام فوق را بنابراين به منظور ساده شدن محاسبات، با اندكي اغم . كوتاهتر از پيام استاتيك خواهد بود

. فرض نمودGSMيكسان و برابر با پيام بهنگام سازي در شبكه

الگوريتم فراخواني. ج

بوده كه كاربر را در سلولهايي كه احتمال اقامت او بيشتر است، جستجو كرده و تعداد ١انتخابيالگوريتم فراخوانـي بصورت در هر سلول از trپارامتر تعيين كننده در اين الگوريتم، مقدار زمان اقامت يا . مي رساند سلولهاي تحت فراخواني را به حداقل

DLA احتمال حضور . است كه در مبدأ و مقصد، مقداري بزرگ و در سلولهاي مسير حركت، مقداري بسيار كوچكتراستبنابراين با . بدست مي آيد DLAمت در از تقسيم مقدار زمان اقامت در آن سلول، بر زمان كل اقا DLAكاربر در هر سلول

استفاده از اين فاكتور ابتدا سلولهاي با احتمال حضور باالتر و پس از آن، سلولهاي با احتمال حضور پائين تر، تحت عمل از طرفي . در نظر گرفته مي شود منطقه فراخواني هر يك از مجموعه سلولهاي هم گروه بعنوان يك . فراخواني قرار مي گيرند

تعداد مناطق فراخواني، بسته به تأخير حاصله در برقراري ارتباط با كاربر و تأثير آن بر كيفيت سرويس، مي تواند به چندين .خاطر داشتن كمترين تأخير، از فراخواني دو مرحله اي استفاده مي گردده عدد برسد اما در اينجا ب

١ Selective

ا جمع كردن احتمال حضور كاربر در سلولهاي واقع در هر يك از احتمال حضور در هريك از دو منطقه فراخواني مي تواند ب مي توان تعداد متوسط سلولهاي PAآنها بدست آيد، در نتيجه با توجه به دو احتمال بدست آمده و تعداد سلولهاي هر

n ، يعنيDLAفراخواني شده در طول مدت زمان كل اقامت در pنمود را بصورت زير محاسبه :

)١( n n tr T n tr Tp PA ii PA

PA ii PA

= ⋅ + ⋅∈ ∈∑ ∑1

1

2

2

( / ) ( / )

زمان T و i ، زمان اقامت در سلول tri به ترتيب تعداد سلولهاي واقع در منطقه فراخواني اول و دوم و nPA2و nPA1كه در آن، ، PA2وPA1توجه به توضيحات فوق مناسب ترين تركيب انتخاب شده براي دو مجموعه با . مي باشد DLAكل حضور در

nداراي كمترين مقدار p ،خواهد بود، لذا الگوريتم پيشنهادي براي تعيين مناطق فراخواني، طي يكسري عمليات تكرار شونده nبه نحوي انجام مي دهد كه تعداد متوسط سلولهاي فراخواني شده، يعني PA2 و PA1 را به DLAلهاي عمل تخصيص سلو p ،

:مراحل انجام اين الگوريتم به شرح زير است. كمينه شود

١ .tr براي همه سلولهاي DLAمحاسبه مي گردد .

nمتغير. ٢ preمحتوي يك عدد بسيار بزرگ و nnextبرابر با صفر، تعريف مي شود .

بعنوان مجموعه هاي مناطق فراخواني راPA2وPA1 و دو آرايه DLA را برابر مجموعه P2 را بصورت تهي، آرايه P1آرايه. ٣ .تعريف مي كنيم

٤ .P1و P2 را بترتيب در PA1وPA2قرار مي دهيم .

. انتقال مي دهيمP1 را انتخاب كرده و به است tr، گره اي كه داراي بزرگترين مقدار P2از بين مجموعه. ٥

را nextn، آنگاه pren <nextn، اگر nnextپس از محاسبه تعداد متوسط سلولهاي فراخواني شده و قراردادن آن در متغير . ٦nبجاي preباز مي گرديم٤ قرار داده و به مرحله .

nاگر. ٧ pre> nnextبرنامه متوقف مي شود ،.

ارسال و در VLRبه بدست آمده و با همين گروه بندي PA2 و PA1به اين ترتيب پس از انجام الگوريتم فوق تركيب بهينه .آنجا ذخيره مي شود تا در موقع دريافت تماس، عمل فراخواني مطابق با آن، توسط زير سيستم راديوئي شبكه صورت گيرد

شبيه سازي وتحليل. ٣

.دتحليل و ارزيابي الگوريتم پيشنهادي با روش شبيه سازي كامپيوتري انجام گرديده كه در زير به تشريح آن پرداخته مي شو

مدل تحرك . الف

يا سابقه حركتي روزمره افراد است، به يك مدل تحرك پروفايلبا توجه به اين كه روش مديريت موقعيت پيشنهادي، بر مبناي بدين . كه به رفتارها و فعاليتهاي واقعي كاربران نزديك باشد نياز بوده تا ارزيابي دقيقتري از الگوريتم پيشنهادي بعمل آيد

شبيه سازي پروفايل تحرك كاربران، از مدل سازي زنجيره فعاليتهاي روزانه افراد استفاده شده است كه هر يك از منظور براي ، رفتن به محل كار، خريد، تفريح، بازگشت به منزل حالتهاي آن همراه با شماره مخصوص به خود نشان دهنده يك فعاليت مثل

عالوه بر ماتريس . نيز احتمال حركت بين حالتهاي مختلف را نمايش مي دهد و كارهاي متفرقه مي باشد و يك ماتريس انتقال انتقال فعاليت، عامل ديگر درمدل تحرك، ماتريس مدت زمان فعاليت مي باشد كه مدت زمان الزم براي رسيدن به مقصد و

نشانگر يك الگوي رفتاري مجموعه اطالعات فوق مي تواند . پايان فعاليت و يا زمان شروع فعاليت بعدي را مشخص مي كند بنابراين براي شبيه سازي پروفايل تحرك يك كاربر فرضي با يك . خاص باشد كه كاربران متعددي از آن تبعيت مي كنند

الگوي رفتاري خاص، كافي است پس از تعيين محل هاي سكونت، كار، خريد و تفريح براي وي، زنجيره فعاليتهاي روزانه او

ها در واقع اين پروفايل . سهاي مربوطه بطور تصادفي طي شده و اطالعات الزم در پروفايل وي ذخيره شود با استفاده از ماتري ليستي از سلولهاي پيموده شده توسط كاربران فرضي در طي يك دوره چند روزه هستند كه تعداد دفعات حضور و مدت زمان

.اقامت متوسط در هر سلول را نيز در بر دارند

با انجام نمونه گيري از فعاليت اشخاص مختلف و تعيين فركانس تقريبي رخداد فعاليتهاي روزمره آنها در به همين منظور طول هر هفته، احتماالت انتقال فعاليت هر يك جمع آوري و با توجه به آنها چهار نوع ماتريس احتمال انتقال فعاليت و مدت

و دوم براي اشخاص با كار تمام وقت و ماتريسهاي نوع سوم و زمان فعاليت استخراج شده است كه ماتريسهاي نوع اول در نظرگرفته شده است، با اين تفاوت كه الگوهاي دوم و چهارم پرتحرك تر ) دو شغل (چهارم براي اشخاص با كار پاره وقت

].١١[از الگوهاي اول و سوم خواهند بود

شبيه سازي. ب

تائـي از سلولهاي مربعي يكسان با ضلع يك كيلومتر تشكيل مي شود كه با ١٢٠ساختار سلولي مورد استفاده از يك گراف به . سلول را بوجود مي آورند ١٠ و عرض ١٢ قرار دارند، يك شبكه به طول MSCفرض اينكه همگي تحت مديريت يك

و بارديگر ) SLA20( تائـي ٢٠منظور ارزيابي روش پيشنهادي، شبكه سلولي مفروض يك بار بصورت مناطق موقعيت استاتيك همچنين ظرفيت نهائـي منطقه موقعيت ديناميك، هفت اندازه متفاوت از . تقسيم بندي مي شوند ) SLA30( تائـي ٣٠بصورت

مدت زمان . نشان داده مي شوند DLA40 تا DLA10اختصار بصورت ه تائـي منظور مي گردد كه ب ٥ با پرشهاي ٤٠ تا ١٠پس از ذخيره پروفايل تحرك . نفري از كاربران است ٢٠٠ز تحرك يك جمعيت مورد نظر براي شبيه سازي، چهار هفته ا

متناظر با هر يك از آنها در روز چهاردهم PA2 و PA1كاربران در دو هفته اول، مناطق موقعيت ديناميك و دومنطقه فراخواني يناميك و همچنين استاتيك، استخراج شده و مديريت موقعيت در دو هفته بعدي، بطور همزمان براساس روش پيشنهادي د

نيز بطور جداگانه و درحين حركت كاربر از DLAنرخ بهنگام سازي موقعيت تحت هريك از ظرفيتهاي . پياده سازي مي شود ثبت مي گردد كه نتيجه آن چهارده كميت SLA30 و SLA20يك سلول به سلول ديگر، در دو حالت از دسته بندي استاتيك

و زمان اقامت كل در منطقه nPDز پايان روز بيست وهشتم، تعداد متوسط سلولهاي فراخواني شده پس ا . مختلف خواهد بود .در دو هفته دوم محاسبه شده و به همراه همه متغيرهاي مهم برنامه ذخيره مي شود TSLA، و استاتيكTDLA،موقعيت ديناميك

محاسبه هزينه كلي. پ

، براي هر كاربر در يك بازه زماني معين بر حسب بايت هاي رد و بدل شده در CTهزينه كلي نرماليزه شده مديريت موقعيت :قسمت هاي مختلف شبكه، اعم از راديوئـي و شبكه سيگنالينگ بصورت زير محاسبه مي شود

)٢( C n N n C CT LU CA P P LU= + ⋅ ⋅ ( )

LUP دريافتي، تعداد سلولهاي فراخواني شده بازاي هر مكالمه Pn مجموع تعداد بهنگام سازي هاي موقعيت، nLUكه در آن CC در. اشندـي ب ـي مورد نظر م مجموع تعداد مكالمات دريافتي در محدوده زمان NCAنسبت هزينه فراخواني به بهنگام سازي و

ضريب. برابر با تعداد كل سلولهاي موجود در يك منطقه موقعيت استاتيك مي باشد Pnهزينه يابي براي روش استاتيك، C CP LU شبيه سازي بازاي مجموع تعداد مكالمات دريافتي در برنامه . فرض مي شود ١/٠برابر با ] ٧[و ] ٢[ نيز مطابق

: محدوده زماني سپري شده، بصورت زير محاسبه مي شود

)٣( N TCA = ⋅λ

) Call/Hour( نرخ متوسط مكالمات دريافتي بر حسب تعداد مكالمه در ساعت λ مدت زمان بر حسب ساعت و Tكه در آن، ٠٥/٠ هشت مقدار بين λ ساعت، يعني چهارده روز است و ١٤٤٠٠ با براي ارزيابي به روش استاتيك برابر Tمقدار . خواهد بود

نيز با توجه به نتيجه شبيه سازي در فايل خروجي هر LUnضمناً مقدار . مكالمه در ساعت را بخود اختصاص خواهد داد ٣تا وقعيت در خارج از منطقه موقعيت چون در روش ديناميك پيشنهادي، مديريت م . كاربر مشخص و در دسترس مي باشد

صورت تركيبي بوده و با رابطه زير بيان ه ديناميك بصورت استاتيك انجام مي شود، در نتيجه محاسبه هزينه براي اين روش ب :مي شود

)٤( C n n n T n C T n CTþ DSLU SDLU SSLU SLA PS S DLA PD D= + + + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅( ) ( ) ( )λ λ

و حركت DLA، ورود به DLAترتيب تعداد بهنگام سازي موقعيت در حين خروج از ه بSSLUn و DSLUn ،SDLUnكه در آن LUP، نسبت DC و SCدو ضريب . در منطقه استاتيك مي باشند CC براي روشهاي استاتيك و ديناميك را نشان مي دهند .

]. ٨[ فرض مي شود ٢٥/٠، برابر با DC مي باشد اما مقدار ١/٠ برابربا SC اشاره شد، مقدار انتخاب شده براي همانطور كه قبالً با استفاده از زمانهاي اقامت در آنها ) ٣(تعداد متوسط مكالمات دريافتي براي دو ناحيه استاتيك و ديناميك، مطابق رابطه

تعداد متوسط PDn تعداد سلولهاي موجود در يك منطقه موقعيت استاتيك بوده و PSn. محاسبه مي شود DLAT و SLATييعن .حاسبه و ذخيره شده است مي باشد كه توسط برنامه شبيه سازي براي هر كاربر مDLAسلولهاي فراخواني شده در هر

نتايج شبيه سازي. ج

د سلولهاي فراخواني شده ودر نهايت هزينه كلي حاصل از دو روش نتايج شبيه سازي براساس نرخ بهنگام سازي موقعيت، تعدا ، SLA20 مشاهده مي شودبا تقسيم بندي ١همانطور كه در شكل . مديريت موقعيت استاتيك و ديناميك بررسي مي شود

و در ، باعث افزايش نرخ كلي بهنگام سازي موقعيت ديناميك نسبت به روش استاتيك شده DLA10كوچكترين ظرفيت يعني ، نرخ بهنگام سازي ٤٠ تا ١٥نتيجه هيچگونه بهره اي با بكارگيري آن بدست نخواهد آمد، درحالي كه هريك از اندازه هاي

باعث افزايش ١٠، ظرفيت ٢ نيز مطابق شكل SLA30در مورد تقسيم بندي . درصد كاهش مي دهند ٢٧ تا ١١موقعيت را بين بأزاي هر . درصد در نرخ بهنگام سازي كاهش ايجاد مي كنند ٢٣ تا ٦ بين ٤٠ تا ١٥نرخ بهنگام سازي مي شود و اندازه هاي

به يك حد اشباع رسيده و DLA25دو نوع تقسيم بندي استاتيك، ميزان كاهش نرخ بهنگام سازي بازاي ظرفيتهاي بزرگتراز .تغيير چشم گيري نخواهد داشت

87269284

7811

68666546 6414 6380 6380

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Tot

al N

O. o

f Loc

atio

n U

pdat

es

SLA20 DLA10 DLA15 DLA20 DLA25 DLA30 DLA35 DLA40

DLA و اندازه هاي مختلف SLA20 تحت LUمجموع كل : ١شكل

7375

8125

6987

61545848 5712 5682 5682

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Tota

l No.

of L

ocat

ion

Upd

ates

SLA30 DLA10 DLA15 DLA20 DLA25 DLA30 DLA35 DLA40

DLA و اندازه هاي مختلف SLA30 تحت LUمجموع كل : ٢ شكل

تعداد متوسط سلولهاي فراخواني ٣با توجه به شكل شده در مقايسه با روش استاتيك كاهش بسيار مناسبي يافته است، بطوري كه بعنوان نمونه، ميزان اين كاهش

SLA20 نسبت به دو اندازه استاتيك، يعني DLA25براي . درصد خواهد بود ٩١ و ٨٧ بترتيب برابر با SLA30و

تحت دو DLA40 و DLA10هزينه كلي براي دو ظرفيت ، بر حسب مقادير مختلف SLA30 و SLA20منطقه بندي

λ نيز ٥ و ٤ مكالمه در ساعت، در شكلهاي ١ تا ٠٥/٠ از نشان مي دهد كه بكارگيري روش ديناميك، هزينه كلي را

٦٠ تا ٤٠ ، تقريباً بين DLA و ظرفيت λبسته به نرخ را به عنوان ظرفيت نهائي مناسب در محيط مفروض، DLA25با توجه به نتايج بدست آمده، مي توان . درصد كاهش مي دهد

DLA انتخاب نمود و بدينوسيله هزينه كمتري براي نگهداري و ارسال ليست SLA30 و SLA20براي هر دو نوع منطقه بندي

. متحمل شدMSدر شبكه و

نگهداري و ارسال ليستها. د

٦٥ تا ٦٠ل شبيه سازي نشان مي دهد، اين كميت حداكثر در حدود بررسي طول پروفايل كاربران مفروض در دو هفته او سلول رشد خواهد داشت، لذا مي توان با اندازه حافظه بيشينه اي متناسب با همين محدوده، عمده ترين مسيرهاي تحرك

رفيت محدود حافظه اما با توجه به ظ . ذخيره نمود ) SIM) Subscriber Identity Moduleكاربران را بصورت فشرده در كارت پروفايل بايد شاخه ها و گره هاي كم اهميت در گراف تحرك بصورت دوره اي هرس شود تا از رشد بي فايده آن جلوگيري

در نتيجه . به عنوان مثال مي توان در دوره هاي متناوب، كليه مقادير لينكهاي گراف را به يك ضريب خاص تقسيم نمود . شود دوره بعدي، افزايش و رشدي بيشتر از مسيرهاي كم رفت و آمد خواهند داشت به شكل واضحي اوزان مسيرهاي مهم كه در

قابل تشخيص خواهند بود و در عوض اوزان مسيرهاي كم اهميت كه رشد كمتري دارند، همچنان در حدي ناچيز باقي نظور انجام فراخواني توسط شبكه بايد مطابق الگوريتم مطرح شده، بم . خواهند ماند، بنابراين مي توان آنها را حذف نمود

، حداكثر حجمي DLA براي ٢٥ انتقال يابد، كه با فرض اندازه بيشينه VLR به PA2 و PA1 در قالب دو گروه، DLAليست

1.65 2.1 2.36 2.49 2.51 2.51 2.51

20

30

0

5

10

15

20

25

30

Ave

rage

No.

of P

aged

Cel

ls

DLA10 DLA15 DLA20 DLA25 DLA30 DLA35 DLA40 SLA20 SLA30 تعداد متوسط سلولهاي فراخواني شده بأزاي هر مكالمه دريافتي : ٣شكل

0

50000

100000

150000

200000

250000

0.05 0.1 0.3 0.5 0.7 1

Call Arrival rate(Calls/Hour)

Tot

al N

orm

aliz

ed C

ost

for S

LA30

SLA30 DLA10 DLA40

SLA30تغييرات هزينه كلي بر حسب نرخ مكالمات دريافتي، تحت : ٥شكل

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

0.05 0.1 0.3 0.5 0.7 1

Call Arrival rate(Calls/Hour)

Tot

al N

orm

aliz

ed C

ost f

or S

LA20

SLA20 DLA10 DLA40

SLA20تغييرات هزينه كلي برحسب نرخ مكالمات دريافتي، تحت : ٤شكل

، براي بهنگام ]٥[با توجه به مقادير حجم بايتهاي نمونه روي رابطهاي مختلف مندرج در . بايت خواهد داشت ١٠٠برابر با تائـي از نظر حجم پيامهاي ٢٥ به آنها ميتوان گفت ارسال هر ليست DLAموقعيت و اضافه كردن مقدار حجم بايتهاي سازي

بنابراين هزينه كلي ارسال ليست و بهنگام . مبادله شده، تقريباً هزينه اي معادل دو تا سه برابر هزينه بهنگام سازي خواهد داشت بعبارت بهتر هزينه هر بار ارسال . يماً بستگي به فركانس تغيير رفتار وي خواهد داشت براي هر كاربر، مستق VLRكردن آن در

بايد بكار گرفته VLR در DLAمقدار حافظه اي كه براي ذخيره هر . به مقدار زمان پايبند بودن به آن سرشكن مي شود ،ليست . مگا بايت خواهد بود١٠، معادل VLR نفر بأزاي يك ١٠٠٠٠٠ و جمعيتي برابر DLA25 نهائيشود با فرض ظرفيت

نتيجه گيري. ٤

در اين مقاله يك روش مديريت موقعيت ديناميك براي شبكه هاي مخابرات سيار كه مبتني بر پروفايل حركتهاي بين سلولي رخ دهد كه ن نتايج شبيه سازي روش پيشنهادي نشان مي . ارائه شد مدل سازي تحرك كاربران است و همچنين روشي براي

بهنگام سازي موقعيت كاربران و تعداد متوسط سلولهاي فراخواني شده، تقليل يافته و به دنبال آن هزينه كلي سيگنالينگ در پياده سازي اين روش، مستلزم صرف هزينه هايي براي افزايش حافظه در . شبكه نسبت به روش استاتيك كاهـش مي يابد

VLR و كارت SIM مي توان گفت هزينه كردن براي اين منابع، توجيه پذير و ،جه به نتايج بدست آمده نيز خواهد بود كه با تو از آنجائـي كه الگوريتم مطرح شده براي افرادي كه رفتار تصادفي دارند قابل استفاده نيست لذا . مقرون بصرفه خواهد بود

از فاكتورهائـي كه . يه كاربران، مهم خواهد بودتعيين معيار يا معيارهاي مناسب براي تشخيص كاربران تصادفي و پرتحرك از بق باال بايد در اين رابطه مورد بررسي قرار گيرد، رشد اندازه پروفايل تحرك كاربران در يك محدوده زماني مي باشد، چرا كه

نظم از كاربر نرخ پر شدن حافظه پروفايل و يا لبريز شدن زود هنگام ظرفيت نهائـي آن نشان دهنده تحرك زياد و غير م بودن همچنين نحوه بهنگام سازي هر چه بهتر پروفايل . براي او شود DLAخواهد بود و بايد منجر به عدم اجراي الگوريتم محاسبه

امكان استفاده از پروفايل هاي كاربران در . كاربران نيز از مواردي است كه بايد در مطالعات آتي، تحت بررسي دقيقتر قرار گيرد و اشكاالت مربوط به Hand overل، بررسي نقاط ضعف پوشش راديوئي شبكه و همچنين اولويت بندي هاي زمينه هائـي مث

. آن، به نوبه خود جالب توجه مي باشند

:فهرست مراجع[1] K. S. Meier-Hellstern, E. Alonso, and D. R. O’ Neil, “ The Use of SS7 and GSM to Support High Density Personal Communiction”, in

PROC. ICC’92, Chicago, IL, paper 356.2, June 1995. [2] H. Xie, S. Tabbane & D. Goodman,” Dynamic Location Area Management And Performance Evaluation”, Proc. 42, IEEE VTC, 1993,

pp.536-539. [3] A. Bar-Noy, I. Kessler, M. Sidi, “Mobile users : to Update or not to Update?”, IEEE INFOCOM, 1994,

pp. 570-576. [4] U. Madhow, M. L. Honig, K. Steiglitz,” Optimization of Wireless Resources for Personal Communication Mobility Tracking “, IEEE

Trans. on Networking, Vol. 3, No.6, Dec.1995, pp. 698-707. [5] S. Tabbane, ”An alternative strategy for location tracking”, IEEE J. Select. Areas Commun.,

vol 13, 1995, pp. 880-822. [6] G. P. Pollini, C.-Lin I ,”A Profile-Based Location Strategy and Its Performance”, IEEE J. Select. Areas Commun. ,vol 15, Oct. 1995,

pp. 1415-1424. [7] S. J. Kim, C. Y. Lee, “Modeling and Analysis of the Dynamic Location Registration and Paging in Microcellular Systems“, IEEE Trans.

on VTC, Vol. 45, No. 1, Feb 1996. [8] D. Gu, S. S. Rappaport, “A Dynamic Location Tracking Strategy for Mobile Communication Systems”, Proc. IEEE VTC, 1998,

pp. 259-263. [9] R.-F. Chang, K.-T. Chen, “Dynamic Mobility Tracking for Wireless Personal Communication Networks”, Proc. IEEE VTC, 1997,

pp. 448-452. [10] J. A. McHugh, Algorithmic Graph Theory, McGraw Hill, 1990.

، پايان نامه كارشناسي ارشد ” مطالعـه و شـبيه سـازي مديـريت موقعيت در شبكه هاي سلولي “حميـد رضـا نوريـان، دكـتركمال محـامدپور، ] ١١[ .١٣٨٠مهندسي مخابرات، دانشگاه صنعتي خواجه نصير الدين طوسي،