با رشد سریع کاربران اینترنت و سرویسهای بلادرنگ نظیر صدا و تصویر و نیاز به برآورده کردن کیفیت سرویس مورد نیاز کاربران از نسل بعدی شبکه های سلولی انتظار میرود که دسترسی در همه نقاط را برای کاربران موبایل فراهم کند. LTE یک تکنولوژی دسترسی رادیویی جدید میباشد که به منظور یک حرکت به سمت نسل بعدی سیستمهای بیسیم پیشنهاد شده است. از دسترسی چندگانه تقسیم فرکانسی عمود بر هم[1] در جهت [2]استفاده می کند. دسترسی مالتی پلکس فرکانس عمود بر هم کل پهنای باند را به چندین زیرکانال با باند باریک تقسیم می کند و به کاربران براساس نیازهایشان این زیرحاملها را تخصیص میدهد. یکی از ویژگیهای اصلی LTE استفاده از روشهای مدیریت منابع رادیویی پیشرفته به منظور بهینه کردن عملکرد سیستم است به نحوی که بیشترین تعداد بیت ارسال گردد.

برای فراهم کردن کیفیت سرویس کاربران، الگوریتمهای زمانبندی برای رفع نیازهای کاربران، طراحی شده اند. زمانبندی[3] در شبکه هایLTE مسئول توزیع منابع میان کاربران فعال به منظور فراهم آوردن کیفیت سرویس مورد نیاز میباشد.در این الگوریتمها، معمولا کاربرد سرویسهای بلادرنگ ودر بعضی دیگر از الگوریتمها کاربرد هر دو نوع سرویس بلادرنگ و غیربلادرنگ در نظر گرفته شده است. در مواردی هم که هر دو کاربرد بلادرنگ و
غیر بلادرنگ در نظر گرفته شده، به سرعت های متفاوت کاربران هیچ توجهای نشده و فقط برای گروه کاربران با سرعت های حرکت پایین (حداکثر30 کیلومتر بر ساعت) توجه شده است. در صورتی که این مهم میباشد که الگوریتم به گونه ای عمل کند که با افزایش سرعت،کیفیت سرویس کاربر به مخاطره نیفتد. در این پایان نامه تلاش شده تا الگوریتمی طراحی شود که کیفیت سرویس را برای کاربران با سرعت های مختلف فراهم آورده و نرخ ارسال شبکه را افزایش دهد. همچنین در سرعتهای پایین در مقایسه با سایر الگوریتمهاعملکرد بهتری داشته باشد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های موجود نشان دهنده آن است که نرخ ارسال شبکه در الگوریتم پیشنهادی افزایش یافته و به دلیل انتخاب معیار مناسب برای تخصیص بلوک منبع به کاربر، پارامترهای کیفیت سرویس بهبود یافته اند.

کلمات کلیدی: LTE، زمانبندی، مدیریت منابع رادیویی، کیفیت سرویس، OFDMA، سرویسهای بلادرنگ و غیر بلادرنگ

1 فصل اول
: مقدمه

1-1 مقدمه

اولین شبکه های مخابراتی سلولی موسوم به G1 در اوایل سال 1980 معرفی شدند. این نسل از مخابرات سلولی از مدولاسیون آنالوگ استفاده میکرد. در اوایل سال 1990 نسل دوم مخابرات سلولی معرفی شدند. این نسل، اولین نسلی بود که از تکنیکهای مخابرات دیجیتال استفاده میکرد. اولین سیستم تجاری نسل دوم با نام (GSM)[4] گسترش یافت. پس از چندی نسل سوم بعد از سال 2000 میلادی معرفی شد. نسل سوم افزایش سرعت اطلاعات را به همراه داشت. مهمترین اسم تجاری برای نسل سوم، (UMTS)[5] نام دارد. بعدها نسل 5/3 شبکه های سلولی تحت عنوان(HSPA)[6]مطرح گردید ولی برای استفاده بهینه از باند فرکانسی و نرخ ارسال بالای داده، به سمت نسلهای بعدی موبایل یعنی (LTE)[7]و(LTE-Advance)[8] گام برداشته شد.

اولین سیستم تجاری LTE در دو کشور ناحیه اسکاندیناوی، به نامهای نروژ و بلژیک در دسامبر سال 2009 توسط اپراتور TeliaSonera پیاده سازی شد. این کار به کمک قطعات سختافزاری که توسط 3 شرکت بزرگ سامسونگ، اریکسون و هوآوی ساخته شده بود، انجام گرفت. در فوریه سال 2010 اپراتور EMT در کشور استونی تست LTE را انجام داد. سیستم مشابهی در جولای همان سال در کشور ازبکستان در شهر تاشکند توسط اپراتور MTS اجرا گردید. در آگوست همان سال اپراتور LMT سیستم LTE را به صورت آزمایشی در نیمی از کشور لتونی پیاده سازی نمود. در 5 دسامبر 2010 اپراتور Verizon بزرگترین شبکه تجاری LTE را در آمریکای شمالی پیاده سازی نمود. در سال 2011 اپراتورهای سعودی اعلام کردند که تا سال 2013 به کاربران خود خدمات شبکه LTE را ارائه خواهند داد. این روند همچنان ادامه یافتهاست به صورتی که تاکنون در کشورهایی نظیر آمریکا، برزیل، فیلیپین، عمان، استرالیا، رومانی، هلند و… شبکه LTE راه اندازی شده است. طبق آمار تا سال 2012حدود 5 میلیاردکاربر مخابرات سلولی اعم از سیستمهای دسترسی چندگانه تقسیم کد پهن باند[9]، GSM، HSPA وLTE در دنیا وجود داشته اند که سهم کاربران شبکه LTE برابر 90.5 میلیون کاربر بوده است. با توجه به اینکه نسل سوم تقریبا جوابگوی نیاز کاربران بوده ولی به دلایل زیر نسل چهارم بوجود آمده و نسل سوم به نسل چهارم تغییر یافته است]1[:

بهبود نرخ داده
بهبود بهرهی طیفی
کاهش توان مصرفی ترمینال
افزایش نرخ داده در لبههای سلول
کاهش تاخیر در ارسال و پایهگذاری یک اتصال
کاهش هزینه ها

1-2 مشخصههای اساسی LTE

با توجه به افزایش کاربران استفاده کننده از شبکه LTE ، محققان و مراکز صنعتی در تلاش برای یافتن
راه حلهای جدید و ابتکاری به منظور تجزیه و تحلیل و بهبود عملکردشبکه هایLTE میباشند. همانطور که بیان گردید هدف از طراحی شبکهی LTE فراهم آوردن نرخ بالای اطلاعات، کاهش تاخیر و مهیا نمودن کارایی طیف بالا میباشد. برای رسیدن به این اهداف مدیریت منابع رادیویی، از عملکردهای لایهی فیزیکی و زیرلایهی کنترل دسترسی[10] استفاده می کند. از جمله این عملکردها میتوان به، اشتراک گذاشتن منابع، گزارش نشاندهنده کیفیت کانال[11] و روش AMC[12] اشاره نمود. در حقیقت استفاده موثر از منابع رادیویی برای نایل آمدن به اهداف عملکرد سیستم و راضی کردن نیازهای کاربر مطابق با کیفیت سرویسشان مهم میباشد. به صورت خلاصه مشخصات شبکه LTE در جدول1-1 آمده است]2[:

جدول ‏1‑1 اهداف طراحی شبکه LTE

ویژگی مشخصه	مشخصات
فروسو:100مگا بیت بر ثانیه، فراسو:50 مگا بیت بر ثانیه	حداکثر نرخ اطلاعات
2تا 4 برابر سیستمهای نسل سوم	کارایی پهنای باند
– برای تحرک پایین تا 15 کیلومتر بر ساعت بهینه شده است – برای سرعتهای تا 120 کیلومتر بر ساعت عملکرد بالایی دارد	تحرک
از 4/1مگاهرتز تا 20 مگاهرتز	پهنای باند قابل مقیاس
– ضمانت برای کیفیت سرویس انتها به انتها افزایش یافته است	مدیریت منابع رادیویی

در واقع نرخ داده بالا در LTE با پوشش خوب و قابلیت تحرک پذیری همراه میباشد. در شبکه LTE نه تنها نرخ ارسال و دریافت داده برای کاربران عادی افزایش پیدا کرده، بلکه برای کاربرانی که در لبهی سلول قرار دارند نیز این افزایش مشاهده می شود. منظور از تحرکپذیری برقراری ارتباط برای موبایل در حال حرکت است که در استاندارد تا سرعت km/h350 و حتی با کمی افت کیفیت، تا سرعت km/h 500 قابلیت برقراری ارتباط وجود دارد. استاندارد LTE در مقایسه با استانداردهای دیگر این ویژگی را دارد که رنج وسیعی از پهنای باندهای فرکانسی را پوشش میدهد.

1-3 چالشهای موجود و اهداف پایان نامه

سیستم OFDMA از تقسیم محور زمانی و زیرحاملها در حوزه فرکانس ایجاد میگردد. در نتیجه این تقسیم روی محور زمان و فرکانس، بخشهایی به نام بلوک تشکیل میگردد. در واقع بلوک کوچکترین واحد
تشکیلدهنده سیستم OFDMA میباشد. با توجه به اینکه در لایهی فیزیکی شبکه های LTE از OFDMA استفاده می شود. باید به طریقی بلوکهای این سیستم بین کاربران تقسیم شود تا دو هدف مهم یعنی تامین کیفیت سرویس کاربران و افزایش نرخ ارسال شبکه برآورده شود. نحوه تخصیص بلوک و زمانبندی در شبکه های LTE به این صورت است که در هر یک میلیثانیه مطابق با الگوریتم زمانبندی یک و یا چندین کاربر انتخاب شده و به یکی از دو روش چندگانگی چندکاربره[13] که برای کاربرانی مناسب است که در طول این یک میلیثانیه همبستگی کانالشان حفظ میگردد و بلوک را در به صورت پیوسته به کاربر تخصیص میدهد و روش چندگانگی فرکانسی[14] که برای کاربرانی مناسب است که در این مدت یک میلیثانیه همبستگی کانالشان تغییر می کند و بلوک را به صورت توزیعیافته به کاربران تخصیص میدهد، بلوک دریافت می کنند. برای تخصیص بلوک همانطور که بیان خواهد گردید دو روش MUD و FD وجود دارد. با توجه به اینکه شرایط کانال کاربران با سرعت تغییر می کند ولی در الگوریتمهای
زمانبندی موجود بدون توجه به سرعت حرکت کاربران تخصیص بلوک فقط به روش MUD صورت گرفته است. ولی در این پایان نامه کاربرانی که سرعت بالای 135کیلومتر بر ثانیه دارند (مانند قطار سریعالسیر) و در مدت یک میلیثانیه شرایط کانال یکسانی ندارند نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. تفاوت الگوریتم پیشنهادی با دیگر الگوریتمها در روش تخصیص بلوک میباشد و این امر با ارائه فریم جدید مهیا شده است. لازم به ذکر است که این عمل باعث افزایش نرخ ارسال شبکه شده است.

1-3-1 دو هدف مهم این پایان نامه

استفاده از مزایای لایهی فیزیکی و زیر لایهی MAC: در این پایان نامه الگوریتمی ارائه می شود که کاربرانی که در مدت زمان یک میلیثانیه دارای کانال همبستهای نیستند، به نحوی بلوک دریافت می کنند که نرخ ارسال شبکه برای این گروه از کاربران نسبت به الگوریتمهای دیگر بیشتر است. نتایج شبیهسازی در فصل چهارم دلیلی بر این ادعا است.
تامین کیفیت سرویس کاربران: تامین کیفیت سرویس کاربران نیز بوسیله الگوریتم زمانبندی ارائه شده صورت میگیرد. در همین راستا پارامترهای کیفیت سرویس نظیر تاخیر شبکه و نرخ از دست رفتن بسته نسبت به الگوریتمهای دیگر بهبود مییابد.

1-4 ساختار پایان نامه

با توجه به مطالب فوق ساختار پایان نامه باید به گونه باشد که مطالب بیان شده را پوشش دهد. همچنین باید مطالب دیگری ابتدا برای فهم بیشتر بیان گردد. در همین راستا ساختار پایان نامه به اینگونه است که در فصل دوم ساختار شبکه LTE، لایهی فیزیکی، روشهای تخصیص بلوک منبع به کاربر، کیفیت سرویس و ترافیکهای مورد استفاده در شبیهسازی بیان شده اند. در فصل سوم زمانبندی در شبکه های LTE و انواع استراتژیها و نمونه هایی از الگوریتمهای زمانبندی موجود در هر استراتژی بیان شده اند و در بخش آخر این فصل نیز الگوریتمهایی که با الگوریتم پیشنهادی مقایسه شده اند به صورت مفصل بیان شده اند. در فصل چهارم الگوریتم پیشنهادی بیان شده و در بخش آخر این فصل نیز نتایج شبیهسازی آورده شده است. در نهایت نیز در فصل پایانی این پایان نامه نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای ادامه کار بیان شدهاست.

2 فصل دوم
: معرفی LTE

2-1 مقدمه

از عوامل مهم در شبکه میتوان به، ساختار شبکه و اجزای بهکار رفته در شبکه و عملکرد این اجزا اشاره کرد. به همین علت آگاهی از ساختار شبکه و نحوه عملکرد اجزای شبکه از اهمیت زیادی برخوردار است. در همین راستا در این فصل ساختار شبکه و اجزای آن و عملکردشان بیان خواهد شد. برای بیان این موضوعات ساختار فصل به این صورت شکل میگیرد که در بخش 2-2 بررسی کلی ساختار شبکه LTE، در بخش 2-3 ساختار فریم، در بخش 2-4 لایهی فیزیکی، در بخش 2-5 کیفیت سرویس در شبکه های LTE و در نهایت در بخش 2-6 مدل ترافیکی مورد استفاده در شبیهسازی بیان خواهد شد.

2-2 بررسی کلی ساختار شبکه LTE

شکل 2-1 مدل مرجع شبکه LTE که را نشان میدهد. معماری شبکه دارای دو قسمت به نامهای دسترسی شبکه و هستهی شبکه میباشد. قسمت دسترسی شبکه E-UTRAN [15]و قسمت هستهی شبکه، EPC[16] نامیده می شود. E-UTRAN تنها از یک گره یعنی ایستگاه مبنا تشکیل شده است و کاربران که در اطراف ایستگاه مبنا در حرکتند. ساختار EPC تماما IP بوده و به صورت سوییچ بستهای عمل می کند. ساختار مبتنی بر IP بدین معناست که انتقال ترافیک از کاربر به مقصد مورد نظر بوسیله پروتکل IP انجام می شود. EPC برای ضمانت دسترسی به
شبکه های non-3GPP طراحی شده است. نکتهی مهم این میباشد که EPCو E-UTRAN با یکدیگر EPS یعنی ساختار کلی شبکه را تشکیل می دهند. به صورت کلی هر دو بخش E-UTRAN و EPC عملکردهای زیادی نظیر موارد زیر را دارا میباشند:

عملکردهای کنترل دسترسی شبکه
عملکردهای انتقال و مسیریابی بسته
عملکردهای مدیریت تحرک
عملکردهای امنیت
عملکردهای مدیریت منابع رادیویی
عملکردهای مدیریت شبکه

شکل ‏2‑1 ساختار شبکه LTE ]3[

2-2-1 بخش هسته شبکه

همانطور که از شکل 2-1 مشخص است، بخش هستهی شبکه از قسمت های( PDN-GW ، S-GW ^{^[18]}، MME ، HSS ، PCRF ) تشکیل شده است]4[.

وظایف واحدهای بیان شده به این صورت است که، واحد PCRF وظیفهی کنترل مدیریت کیفیت سرویس و ایجاد سیاست های مربوط به کیفیت سرویس را دارا است.

واحد HSS وظیفهی ذخیرهسازی اطلاعات کاربران نظیر شناسه کاربران و اطلاعات ثبت کاربران را برعهده دارد. واحد MME وظیفهی برقراری ارتباط با HSS به منظور تایید هویت کاربر و بارگزاری پروفایل کاربر و کنترل تمامی عملیات مربوط به ذات متحرک بودن کاربر را بر عهده دارد. واحد S-GW ، تمام داده های کاربر از این واحد عبور می کنند و این واحد موظف است بستههای ارسالی کاربر را مسیریابی کند همچنین وظیفهی برقراری ارتباط با دیگر شبکه ها که براساس استاندارد 3GPP نیستند را نیز بر عهده دارد. واحد PDN-GW وظیفهی تخصیص آدرس IP به کاربران و ارتباط با شبکه های دیگر که بر اساس استاندارد 3GPP را بر عهده دارد]4[.

[1] Orthogonal Frequency Division Multiple Access(OFDMA)

[2] downlink

[3] Scheduling

[4] Global system of mobile communication

[5] Universal Mobile Telecommunications System

[6]High-Speed Packet Access

[7]Long-Term Evolution

[8]Long-Term Evolution Advanced

[9] Wideband Code Division Multiple Access(WCDMA)

[10] media access control (MAC)

[11]Channel-Quality Indicator (CQI)

[12]Adaptive Modulation and Coding (AMC)

[13] Multi User Diversity(MUD)

[14] Frequency Diversity(FD)

[15] Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)

[16] Evolve Packet Core

[17]Packet Data Network Getway(PDN-GW)

[18]Service Getway(S-GW)

[19]Mobility Management Entity(MME)

[20]Home Subcarier Service(HSS)

[21]Policy Control and Charging Rules Function(PCRF)

ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تعداد صفحه :100

قیمت : 14700 تومان

—-

**پشتیبانی سایت : * parsavahedi.t@gmail.com**

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

— — —

14,700 تومانافزودن به سبد خرید

—-

پشتیبانی سایت :

* parsavahedi.t@gmail.com

سایت سبز فایل بزرگترین و جامع ترین سایت مرجع فروش و دانلود پایان نامه های مقطع کارشناسی ارشد می باشد. با امکان دانلود رایگان دمو (فهرست و فصل اول همه پایان نامه ها در سایت به صورت رایگان در دسترس است تا کاملا با محتویات آن آشنا شوید) سایت سبز فایل امکان خرید پایان نامه را برای دانشجویان و محققان محترم برای استفاده در تحقیقات فراهم نموده است. برای پیدا کردن پایان نامه مورد نظرتان عبارت مورد نظر خودتان را در کادر زیر جستجو کنید:

لینک رشته های پربازدید : مدیریت حقوق روانشناسی حسابداری جغرافیا جامعه شناسی معماری برق عمران صنایع کامپیوتر مکانیک تربیت بدنی کشاورزی و زیست شناسی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش برق-مخابرات

با عنوان :طراحی الگوریتم جدید زمان بندی برای کاربران بلادرنگ و غیربلادرنگ در شبکه های LTE

1 فصل اول : مقدمه