Queuing-Based Dynamic Multi-Guard Channel Scheme for Voice/Data Integrated Cellular Wireless Networks

Abstract

ABSTRACT: In voice/data integrated cellular wireless networks where handoffs occur more often than earlier mobile networks, it’s important to introduce a scheme that gives priority to handoff calls over new calls. From the user’s perspective dropping a handoff call is less desirable than blocking a new one. Furthermore, from the service provider’s point of view the objective is to improve the utilization of the wireless channel. Motivated with these arguments, a new scheme named as (QDCRS) is proposed which combines the features of Dynamic Channel Reservation Scheme (DCRS) and Handoff Queuing Scheme (HQS). The design goal is to maintain a low dropping probability while decreasing the blocking probability and improving the system performance. Traffic is divided into four classes and priority is given in the following order: (1. handoff voice calls, 2. handoff data calls, 3. new voice calls, 4. new data calls). The boundary between traffic classes is dynamically adjusted according to the mobility of calls and status of the network. Moreover, there is a queue (Q) with capacity (K) for handoff data calls. There is no similar queue for other classes of traffic. The proposed scheme is modeled by a two-dimensional Markov chain in order to obtain the steady state probabilities of the system. Performance of the proposed scheme is investigated in terms of blocking/dropping probabilities and channel utilization. Results obtained analytically and through simulation indicate that the proposed scheme exhibits the best Grade of Service (GoS) cost function and performance/cost (Z) function values, compared to the well-known Fully Shared Scheme (FSS) and the Guard Channel Scheme (GCS) and it maintains its superiority under heavy load and variant mobility.

Keywords: Voice/data integrated cellular networks, Dynamic channel reservation, Handoff queuing, Quality of Service (QoS).

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Entegre ses/veri hücresel kablosuz ağlarda, hücreler arası transferi daha sık oluştuğu için, hücreler arası transfer çağrıları yeni çağrılardan daha öncelik veren bir tasarı önermek çok önemlidir. Kullanıcı açısından devam eden bir çağrı kesmek yeni bir çağrı engellemekten daha az tercih edilmektedir. Ayrıca, hizmet sağlayıcının açısından bakıldığında kablosuz kanallar kullanımını artırmak en önemli amacı olduğunu belinmektedir. Yukarıdaki düşüncelerden motive edilerek, dinamik kanal ayırma yöntemi (DCRS) ve hücreler arası transfer çağrıları sıralama yonteminin (HQS) birleştiren yeni bir yöntem (QDCRS ) önerilmiştir. Bu yöntemin ana hedefi düşük çağrı bırakma olasılığı korumakla birlikte yeni çağrı engelleme olasılığı azaltmak ve sistem performansını iyileştirmektir. Bu yontemede trafik dört sınıfa ayrılmıştır ve aşağıdaki sıraya göre öncelik verilir: 1. hücreler arası transfer ses çağrıları, 2. hücreler arası transfer veri çağrıları, 3. yeni ses çağrıları, 4. yeni veri çağrıları. Trafik sınıfları arasındaki sınır arama hareketliliği ve ağ durumunu göre dinamik olarak ayarlanılmaktadır. Ayrıca, hücreler arası transfer veri çağrıları için (K) kapasiteli bir kuyruk (Q) vardır. Diğer trafik sınıflar için öyle bir sıra yoktur. Önerilen tasarı, sistemin kararlı-durum olasıkları değerlerini elde etmek için, iki boyutlu bir Markov zinciri ile modellenmiştir. Önerilen QDCRS yönteni performans engelleme/bırakma olasılıklar ve kanal kullanımı açısından incelenmiştir. Kapsamlı benzetim ve analitik çalışmaları sonucunda elde edilen performans değerlendirme sonuçları, önerilen tasarının, literatürde önerilen diğer yöntemlerden (FSS ve GCS) daha iyi olduğunu göstermektedir, ve bu üstünlüğü değişken hareketlilik ve ağır yük altında sürdürmektedir. Anahtar Kelimeler: Ses/veri bütenleşmiş hücresel ağları, Dinamik kanal ayırma, hücreler arası transfer sıralama, hizmet kalitesi (QoS).