Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Слотовый ALOHA с итерационной процедурой разрешения коллизий. Стабильность и нестабильность


https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2018.3.89

Полный текст:


Аннотация

Постановка проблемы: в настоящее время в сотовых сетях нового поколения рассматриваются сценарии крупномасштабных систем межмашинной связи (Massive Machine Type Communication) и класс алгоритмов случайного множественного ррступа слоговый ALOHA с итерационной процедурой разрешения коллизий (Coded Random Access). Алгоритмы этого класса позволяют поддерживать большое число устройств, но являются нестабильными. Нестабильность приводит к увеличению времени доставки сообщения от абонента до базовой станции в процессе работы крупномасштабных систем межмашинной связи.

Цель: обоснование нестабильности класса алгоритмов слогового ALOHA с итерационной процедурой разрешения коллизий при любой интенсивности входного потока; предложение метода его стабилизации; определение интенсивности, до которой система будет стабильна.

Результаты: введена модель системы случайного множественного доступа для класса алгоритмов Coded Random Access и пуассоновского входного потока. Функционирование модели описано с помощью марковской цепи со счетным числом состояний. Доказано, что марковская цепь является невозвратной при любой отличной от нуля интенсивности входного потока. Таким образом доказана неста бильность системы множественного доступа для любого алгоритма из класса Coded Random Access и предложена модификация этих алгоритмов. Функционирование модели для предложенной модификации описано с помощью двумерной марковской цепи со счетным числом состояний. Если интенсивность входного потока не превышает некоторое предельное значение, то двумерная марковская цепь является эргодической. Это предполагает, что предложенная модификация алгоритмов обеспечивает стабильную работу системы. Для любого алгоритма из рассматриваемого класса предложен способ определения численного значения предельной интенсивности входного потока, до которого система будет стабильна.

Практическая значимость: предложенная модификация алгоритмов может быть использована при разработке протоколов, ориентированных на сценарий с большим числом устройств, низкой интенсивностью появления сообщения в расчете на одно устройство и большой входной суммарной интенсивностью в расчете на систему в целом.


Об авторах

Н. В. Матвеев
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
Россия

МАТВЕЕВ Николай Валентинович, ассистент кафедры инфокоммуникационных  систем 

Б. Морская ул., 67, Санкт-Петербург, 190000



А. М. Тюрликов
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
Россия

ТЮРЛИКОВ Андрей Михайлович, доктор технических наук, профессор, директор Института информационных систем и защиты информации, заведующий кафедрой инфокоммуникационных систем 

Б. Морская ул., 67, Санкт-Петербург, 190000



Список литературы

1. Recommendation ITU-R M.2083-0 (09/2015). IMT Vision Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for 2020 and Beyond. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.2083-0-201509-I!!PDF-E.pdf (дата обращения: 18.04.2018).

2. ICT-317669-METIS/D2.4. Proposed Solutions for New Radio Access. https://www.metis2020.com/wp-content/uploads/deliverables/METIS_D2.4_v1.pdf (дата обращения: 18.04.2018).

3. Liva G. Graph-based Analysis and Optimization of Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA // IEEE Transactions on Communications. 2011. N 59. P. 477–487. doi:10.1109/TCOMM.2010.120710.100054

4. Paolini E., Stefanovic C., Liva G., Popovski P. Coded Random Access: Applying Codes on Graphs to Design Random Access Protocols // IEEE Communications Magazine. 2015. N 53 Р. 144–150. doi:10.1109/MCOM.2015.7120031

5. Apanasenko N., Matveev N., Turlikov A. Stability and Delay of Algorithms of Random Access with Successive Interference Cancellation // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. Springer, Cham, 2017. P. 510– 518. doi:10.1007/978-3-319-67380-6_47

6. Апанасенко Н. В., Матвеев Н. В., Тюрликов А. М. Метод стабилизации алгоритмов множественного доступа с последовательным погашением интерференции // Научная сессия ГУАП: сб. докл. 2017. С. 260–266.

7. Meloni А., Murroni M. CRDSA, CRDSA and IRSA: Stability and Performance Evaluation // 2012 6th Advanced Satellite Multimedia Systems Conference (ASMS) and 12th Signal Processing for Space Communications Workshop (SPSC), Baiona, 2012. P. 220– 225. doi:10.1109/ASMS-SPSC.2012.6333080

8. Kissling С. On the Stability of Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA (CRDSA) // Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2011), Kathmandu, 2011. P. 1–6. doi:10.1109/GLOCOM.2011.6134329

9. Foster F. G. On the Stochastic Matrices Associated with Certain Queuing Processes // The Annals of Mathematical Statistics. 1953. N 24. Р. 355–360. doi:10.1214/aoms/1177728976

10. Цыбаков Б. С., Михайлов В. А. Свободный синхронный доступ пакетов в широковещательный канал с обратной связью // Проблемы передачи информации. 1978. Т. 14. № 4. С. 32–59.

11. Михайлов В. А. Геометрический анализ устойчивости цепей Маркова в R n и его приложение к вычислению пропускной способности адаптивного алгоритма случайного множественного доступа // Проблемы передачи информации. 1988. Т. 24. Вып. 1. С. 61–73.

12. Galinina O., Turlikov A., Andreev S., Koucheryavy Y. Stabilizing Multi-СhannelSlotted ALOHA for Machine-Type Communications // 2013 IEEE Intern. Symp. on Information Theory, Istanbul, 2013. P. 2119– 2123. doi:10.1109/ISIT.2013.6620600


Дополнительные файлы

Для цитирования: Матвеев Н.В., Тюрликов А.М. Слотовый ALOHA с итерационной процедурой разрешения коллизий. Стабильность и нестабильность. Информационно-управляющие системы. 2018;(3):89-97. https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2018.3.89

For citation: Matveev N.V., Turlikov A.M. Slotted ALOHA with Iterative Procedure for Resolving Collisions. Stability and Non-Stability. Information and Control Systems. 2018;(3):89-97. (In Russ.) https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2018.3.89

Просмотров: 118


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-8853 (Print)
ISSN 2541-8610 (Online)