発表(グループB)

Report
ネットワークアーキテクチャ特論発表
グループB
船越(尾家・塚本)
東島(川原)
松永(尾知)
濱田(尾知)
目次
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
課題論文について
背景
目的
提案手法
通信経路決定アルゴリズム
シミュレーション環境
シミュレーション結果
まとめ
1.課題論文について

論文名


著書


Energy-Efficient User Association in Cognitive
Heterogeneous Networks
IEEE Communications Magazine July 2014
関連項目



モバイルネットワーク
セルラーネットワーク
コグニティブ
2.背景(1)

日本のモバイルトラヒックの増加
2.背景(2)

ネットワーク機器の消費電力
消費電力量の推計増加シナリオケース
[億kWh]
消費電力が
13倍に!
8
6
4
2
80
2006年
総
発
電
比
率
概
算
)
0
1033
(
ネ 1000
ッ
ト 800
ワ
ー 600
ク
機 400
器
電 200
力
[%]
10
2025年
0
出所:「情報通信機器の革新的省エネ技術への期待」 経済産業省、グリーンITシンポジウム、2007年を元に作成
2.背景(3)

現在のモバイルネットワーク

セルラーネットワーク
基地局
マクロセル
コアネット
ワーク
ユーザ端末
バックホール
3.目的

環境


トラヒック増加対策


セルラーネットワーク
モバイル端末の通信効率向上によるトラヒックの削減
消費電力増加対策

通信効率向上による消費電力削減
4.提案手法(1)

現在のモバイルネットワーク

セルラーネットワーク
基地局
マクロセル
コアネット
ワーク
ユーザ端末
バックホール
4.提案手法(2)

スモールセルを利用したセルラーネットワーク
スモールセル
コアネット
ワーク
ユーザ端末
バックホール
4.提案手法(3)

特徴
1. SINR(信号対干渉雑音比)の向上


通信距離が短いため
基地局あたりのユーザ数が少ないため
SINR=
受信信号電力
干渉信号電力+雑音電力
2. 高周波数の有効活用


高周波数は低周波数よりも多くのデータを送れる
高周波数は減衰が大きく,遠くまで届かない
3. 様々な周波数帯の利用

マクロセルの通信とスモールセルの通信があるため
4. スモールセルによるマクロセルのオフロード
4.提案手法(4)

提案手法における課題

ユーザの通信経路の選択方法




異なる周波数帯を扱う基地局間の通信方法


ネットワークの通信効率が高くなる通信
通信効率増加による消費電力の削減
各基地局がネットワークの状況を把握
マクロセル,スモールセル
提案セルラーネットワーク


Heterogeneousな性質 :異種基地局間の通信
Cognitiveな性質
:各基地局のネットワーク環境把握
Cognitive Heterogeneous Networks
(コグニティブHetNets)
4.提案手法(4)

提案手法における課題

ユーザの通信経路の選択方法




異なる周波数帯を扱う基地局間の通信方法


ネットワークの通信効率が高くなる通信
通信効率増加による消費電力の削減
各基地局がネットワークの状況を把握
マクロセル,スモールセル
電力効率最大化の定義

送信可能データ量が最大 + 総消費電力量が最小
5.通信経路決定アルゴリズム(1)

既存アルゴリズム




REFERENCE SIGNAL RECEIVED POWER
RANGE EXPANSION
MINIMUN PATH LOSS(MPL)
提案アルゴリズム

CONTEXT-AWARE ALGRITHM(CA)
5.通信経路決定アルゴリズム(1)

既存アルゴリズム




REFERENCE SIGNAL RECEIVED POWER
RANGE EXPANSION
MINIMUN PATH LOSS(MPL)
提案アルゴリズム

CONTEXT-AWARE ALGRITHM(CA)
5.通信経路決定アルゴリズム(2):既存手法1
REFERENCE SIGNAL RECEIVED POWER(RSRP)
 仕様

ユーザ端末は最も強い信号(RS)をもつ基地局に接続


SINRが高く,通信効率が良い
問題

スモールセルに接続するユーザ数が少ない

マクロセルが強い信号を持つため
スモールセルによるオフロード効果が限定

バックホールの負荷を考慮しない
電力効率を保証しない
5.通信経路決定アルゴリズム(3):既存手法2

RANGE EXPAMSION(RE)
仕様

スモールセルへの接続ユーザ数の増加

スモールセルのRSにオフセット値を付加
スモールセルの範囲を拡大


スモールセルによるオフロード効果向上
問題

RSRPと同様にバックホールの負荷を考慮しない
5.通信経路決定アルゴリズム(4):既存手法3

MINIMUM PATH LOSS(MPL)
仕様

ユーザ端末はMPL(最小経路損失)を持つ基地局に接続する


フェージングの無い環境



ユーザ端末は最も近い基地局に接続する
スモールセルへの接続端末数が最大


MPL:フェージング(天候や障害物による減衰)が最小
多くのユーザ端末は近くのスモールセルに接続する
アップリンクでユーザ端末の電力消費を最小化
問題


SINRは考慮されず,通信効率は低い
バックホールの負荷を考慮しない
5.通信経路決定アルゴリズム(5):提案手法


CONTEXT-AWARE ALGORITHM(CAアルゴリズム)
仕様

各端末がネットワークの通信状況を把握

1.
2.
3.
4.
5.
Context-aware informationの共有
接続経路候補を調査
接続経路をホップ数でソート
ホップ数が最小の経路を候補に選択
候補が複数ある場合,現在の通信負荷が小さい経路を選択
候補経路においてBHリンクに与える負荷が閾値を下回る場
合,候補経路で通信する
 特徴
 ネットワーク全体の通信頻度が少ない(通信効率の向上)
 バックホールの負荷分散が可能
6.シミュレーション環境(1)

トポロジ構成



各アルゴリズムがBHに及ぼす影響の調査のため,以下の環境を想定する
ユーザ端末数:60~100
評価指標:電力効率,負荷分散
図1:トポロジ1
図2:トポロジ2
6.シミュレーション環境(2)

ユーザ端末設定


シナリオ1
半径450mの領域で一様に分布
シナリオ2
SC3から半径60mに40%分布,SC4から半径40mに40%分布
上記以外の範囲に20%分布
40%ユーザが分布
40%ユーザが分布
範囲内でユーザが一様に分布
図3:シナリオ1
残りの範囲で20%ユーザが分布
図4:シナリオ2
7.シミュレーション結果(1)

シミュレーション環境



トポロジ1
シナリオ1(ユーザの一様分布)
シミュレーション結果

図5,図6
図 5: シミュレーション結果(電力効率)
図 6: シミュレーション結果(各BHの負荷)
7.シミュレーション結果(2)

シミュレーション環境



トポロジ1
シナリオ2(ユーザの偏り分布)
シミュレーション結果

図7,図8
図 7: シミュレーション結果(電力効率)
図 8: シミュレーション結果(各BHの負荷)
7.シミュレーション結果(3)

シミュレーション環境



トポロジ2
シナリオ1(ユーザの一様分布)
シミュレーション結果

図9,図10
図 9: シミュレーション結果(電力効率)
図 10: シミュレーション結果(各BHの負荷)
7.シミュレーション結果(4)

シミュレーション環境



トポロジ2
シナリオ2(ユーザの偏り分布)
シミュレーション結果

図11,図12
図 9: シミュレーション結果(電力効率)
図 10: シミュレーション結果(各BHの負荷)
8.まとめ

シミュレーション結果まとめ


トポロジ構成やユーザ分布の偏りに関わらず,
CAアルゴリズムはネットワーク状況に応じた通信が可能
CAアルゴリズムの電力効率は他の既存アルゴリズムに比べ
て最大で2.5倍
CAアルゴリズムにより電力効率向上の達成
ネットワークアーキテクチャ特論発表
グループB
船越(尾家・塚本)
東島(川原)
松永(尾知)
濱田(尾知)

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