Modeling and analysis of multi-tier cellular networks with different queuing schemes

Abstract

Hücresel şebekelerde aktif konuşmanın devamlılığının sağlanması en önemli kaliteölçütlerinden biridir. Hücresel şebekelerde konuşmanın devamlılığı konuşmayı birhücreden diğer bir hücreye aktarmak ile mümkündür. Bu aktarıma handoff işlemi adıverilir. Handoff işlemini değerlendirmek için kullanılan ana parametreler şunlardır:Zorunlu bitirme olasılığı, bloklama olasılığı ve düşürme olasılığı. Daha iyi bir handoffişlemi için değişik yaklaşımlar önerilmiş ve uygulanmıştır. Koruma kanalları ve handoffaramalarını kuyrukta bekletmek gibi mekanizmalar zorunlu bitirme olasılığınıdüşürürlerken arama bloklama olasılığını çok az arttırırlar. Sistem performansınıarttırmak için birinci katmanın (microcell) üzerine ikinci bir katman (macrocell)eklenebilir.Bu tez çalışmasında, bir ve iki katmanlı hücresel şebekeler Markov zincirlerikullanılarak modellenmiştir. Herbir modelde, microcell katmanında veya macrocellkatmanında FIFO (ilk giren ilk çıkar) kuyrukları veya koruma kanalları kullanılmıştır.Kullanıcılar katmanlara hızlarına göre atanırlar; yavaş kullanıcılar microcell'e, hızlıkullanıcılar macrocell'e atanır. Herbir network FIFO kuyrukları ve korumakanallarının etkilerini ortaya çıkarmak için aralarında karşılaştırılmıştır. Ayrıca, FIFOkuyruğunun veya koruma kanallarının microcell'de veya macrocell'de kullanımınınetkileri de araştırılmıştır.

The continuation of an active call is one of the most important qualitymeasurements in cellular systems. Handoff process enables a cellular system to providesuch a facility by transferring an active call from one cell to another. The principalparameters used to evaluate handoff techniques are: Forced termination probability,call blocking probability and call dropping probability. Different approaches areproposed and applied in order to achieve better handoff service. Mechanisms such asguard channels and queuing handoff calls decrease the forced termination probabilitywhile increasing the call blocking probability slightly. In order to increase systemperformance a second tier (macrocell layer) can be added on the top of existing tier(microcell layer) which utilizes the QoS parameters better.In this thesis, one-tier and two-tier cellular networks are modeled using singledimensional and 2-D Markov chains. In each model, a FIFO queue or a number ofguard channels is presented either in the microcell or the macrocell. The users areassigned to the appropriate layer due to their speeds, where the low speed users areassigned to the microcell and high speed users are assigned to the macrocell. Eachnetwork is then compared with the corresponding network to determine the effects ofthe queue and guard channels. Also, the effect of presenting the queue or guardchannels in the microcell or macrocell is investigated.