Метод оценки времени установления соединения по радиоканалу случайного доступа

В настоящее время наблюдается стремительный рост числа устройств, обменивающихся между собой информацией в сети связи LTE (Long-Term Evolution), а также увеличение объёма передаваемых данных. Актуальной является задача уменьшения нагрузки, как сигнальной, так и пользовательской, которую обслуживают сети связи. Для этого разрабатывают и внедряют алгоритмы упрощённого взаимодействия между пользовательскими устройствами и сетью с целью минимизации затраченных ресурсов сети. В статье исследуется процедура установления соединения между устройством и базовой станцией LTE. Вопрос передачи малых данных, образуемых межмашинными соединениями (M2M, Machine-To-Machine), может быть решён с помощью использования радиоканала случайного доступа RACH (Random Access Channel) для установления соединения. Такое решение было предложено в техническом отчёте TR 37.868 консорциума 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Для процедуры установления соединения по радиоканалу случайного доступа необходимо оценить предварительные вероятностно-временные характеристики, такие как время установления соединения, вероятность успешного установления соединения, вероятность коллизии, статистика по числу преамбул при успешном установлении соединения. В данной статье приведены формулы для расчёта всех необходимых характеристик. Численные результаты показывают точность предложенной аналитической модели в виде Марковской цепи.

Performance and Modeling of Session Setup Procedure Using Random Access Channel

We observe nowadays increasing the number of devices using Internet for data transmission in LTE network. Researchers offer their algorithms and methods for base station load reduction. Our approach allows minimizing network resources using Random Access Channel for session setup procedure. We obtain all performance measures for this procedure between user equipment and LTE base station. Procedure includes four messages: preamble transmission on the physical random access channel (Msg1), random access response of existing RACH procedure (Msg2), connection request, a.k.a. Hybrid automatic repeat request on the physical uplink shared channel (Msg3) and connection resolution (Msg4). This approach is used for small data transmission. If two or more devices select the same preamble, then collision occurs, and it is necessary to retransmit another preamble. Similarly, Msg3 may be blocked due to lack of resources. Our analytical model includes the dependence on collision probability. This solution has been proposed by 3GPP technical report 37.868. We obtain such performance measures as collision probability, dependent upon the number of attempts and the overall number of attempts in the period; access success probability; statistics of number of preamble transmissions; statistics of access delay. Numerical experiment demonstrate the accuracy of the proposed analytical model in the form of Markov chains.