[論文レビュー] Handover Control for WCDMA Femtocell Networks

Mostafa Zaman Chowdhury, Yeong Min Jang|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2010

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、階層的マクロ・フェムトセル環境における不要な handover とシグナリングオーバーヘッドを最小限に抑えるために、WCDMA フェムトセルネットワーク向けに新規の handover 制御メカニズムを提案する。小規模および中規模の展開に適した2つのネットワークアーキテクチャを提示するとともに、M/M/N/N キューイングモデルに基づく呼許可制御（CAC）方式を導入し、数値解析およびシミュレーションによる検証により、改善された handover 性能とピングパン効果の低減を示している。

ABSTRACT

The ability to seamlessly switch between the macro networks and femtocell networks is a key driver for femtocell network deployment. The handover procedures for the integrated femtocell/macrocell networks differ from the existing handovers. Some modifications of existing network and protocol architecture for the integration of femtocell networks with the existing macrocell networks are also essential. These modifications change the signal flow for handover procedures due to different 2-tier cell (macrocell and femtocell) environment. The handover between two networks should be performed with minimum signaling. A frequent and unnecessary handover is another problem for hierarchical femtocell/macrocell network environment that must be minimized. This work studies the details mobility management schemes for small and medium scale femtocell network deployment. To do that, firstly we present two different network architectures for small scale and medium scale WCDMA femtocell deployment. The details handover call flow for these two network architectures and CAC scheme to minimize the unnecessary handovers are proposed for the integrated femtocell/macrocell networks. The numerical analysis for the proposed M/M/N/N queuing scheme and the simulation results of the proposed CAC scheme demonstrate the handover call control performances for femtocell environment.

研究の動機と目的

• 階層的マクロ・フェムトセルネットワークにおける頻発する不必要な handover の課題に対処すること。
• 統合フェムトセルおよびマクロセルネットワークにおける handover 手続きにおけるシグナリングオーバーヘッドを最小限に抑えること。
• 小規模および中規模の WCDMA フェムトセル展開に適したスケーラブルなネットワークアーキテクチャを設計すること。
• ピングパン handover 効果を低減する呼許可制御（CAC）方式を開発すること。
• キューイング理論およびシミュレーションを用いて、提案された handover 制御メカニズムの性能を評価すること。

提案手法

• 小規模および中規模の WCDMA フェムトセル展開に適した2つの明確に異なるネットワークアーキテクチャを提案し、異なる展開シナリオに適合させる。
• 両アーキテクチャ用の詳細な handover 呼び出しフローを設計し、既存プロトコルを2段階のマクロ・フェムトセル環境に適応させる。
• M/M/N/N キューイングモデルに基づく呼許可制御（CAC）方式を導入し、handover の許可を制御し、不必要な handover を低減する。
• M/M/N/N キューイングモデルに対して数値解析を適用し、さまざまなトラフィック負荷下でのシステム安定性および性能を評価する。
• シミュレーションを実施し、提案された CAC 方式が handover シグナリングを最小限に抑える有効性を検証する。
• 解析的モデリングとシミュレーションの組み合わせを用いて、現実的なフェムトセル展開シナリオにおける handover 制御性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合マクロ・フェムトセル WCDMA ネットワークにおける handover シグナリングオーバーヘッドをどのように最小限に抑えることができるか？
• RQ2 小規模および中規模のフェムトセル展開において、効率的な handover 制御を実現するためのアーキテクチャ設計は何か？
• RQ3 M/M/N/N キューイングモデルに基づく CAC 方式は、階層的フェムトセルネットワークで不必要な handover をどの程度低減できるか？
• RQ4 提案された handover 制御メカニズムは、さまざまなトラフィックおよび負荷条件下でどのように動作するか？
• RQ5 CAC 方式はピングパン handover の低減およびシステム安定性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 提案された CAC 方式は、キュー状態および負荷状態に基づく許可制御により、不必要な handover を効果的に低減している。
• M/M/N/N キューイングモデルの数値解析により、さまざまなトラフィック負荷下でもシステムの安定性および予測可能な性能が確認された。
• シミュレーション結果は、従来手法と比較して handover 手続きにおけるシグナリングオーバーヘッドが顕著に低減されていることを示している。
• handover 制御メカニズムは、2段階のフェムトセル／マクロセル環境においてピングパン効果を効果的に最小限に抑えることに成功している。
• 提案された2つのネットワークアーキテクチャは、小規模および中規模シナリオにおける WCDMA フェムトセルネットワークのスケーラブルかつ効率的な展開を可能にしている。
• CAC と handover 制御の統合により、全体的なネットワーク性能およびリソース利用効率が向上している。