[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种新型的WCDMA家庭小基站网络切换控制机制，旨在最小化不必要的切换并降低分层宏蜂窝-家庭小基站环境中的信令开销。针对小型和中型规模的部署，提出了两种网络架构，并设计了一种基于M/M/N/N排队模型的呼叫准入控制（CAC）方案，通过数值分析和仿真验证，结果表明该方案在切换性能方面有所改善，并有效减少了乒乓切换现象。

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.

研究动机与目标

• 解决分层宏蜂窝-家庭小基站网络中频繁且不必要的切换问题。
• 在融合的家庭小基站与宏蜂窝网络中，最小化切换过程中的信令开销。
• 为小型和中型规模的WCDMA家庭小基站部署设计可扩展的网络架构。
• 开发一种可减少乒乓切换效应的呼叫准入控制（CAC）方案。
• 利用排队论和仿真评估所提出的切换控制机制的性能。

提出的方法

• 提出两种不同的网络架构——适用于小型和中型规模的WCDMA家庭小基站部署——并根据不同的部署场景进行定制。
• 为两种架构设计详细的切换呼叫流程，将现有协议适配至两级宏蜂窝-家庭小基站环境。
• 提出一种基于M/M/N/N排队模型的呼叫准入控制（CAC）方案，用于调节切换准入并减少不必要的切换。
• 对M/M/N/N排队模型进行数值分析，以评估在不同流量负载下系统的稳定性与性能。
• 通过仿真验证所提出的CAC方案在最小化切换信令开销和提升控制性能方面的有效性。
• 结合分析建模与仿真，评估在真实家庭小基站部署场景下切换控制性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在集成的宏蜂窝-家庭小基站WCDMA网络中最小化切换信令开销？
• RQ2 哪些架构设计能够支持小型和中型规模家庭小基站部署中的高效切换控制？
• RQ3 基于M/M/N/N排队模型的CAC方案在分层家庭小基站网络中能在多大程度上减少不必要的切换？
• RQ4 所提出的切换控制机制在不同流量和负载条件下表现如何？
• RQ5 CAC方案对乒乓切换减少和系统稳定性有何影响？

主要发现

• 所提出的CAC方案通过根据队列状态和负载条件调节准入，有效减少了不必要的切换。
• 对M/M/N/N排队模型的数值分析证实了系统在不同流量负载下的稳定性与可预测性能。
• 仿真结果表明，与传统方法相比，该方案在切换过程中显著降低了信令开销。
• 切换控制机制在两级家庭小基站/宏蜂窝环境中成功最小化了乒乓切换效应。
• 所提出的两种网络架构支持小型和中型规模场景下WCDMA家庭小基站网络的可扩展与高效部署。
• 将CAC与切换控制相结合，显著提升了整体网络性能与资源利用率。