The unrelenting increase in the population of mobile users and their traffic demands drive cellular network operators to densify their network infrastructure. Network densification shrinks the footprint of base stations (BSs) and reduces the number of users associated with each BS, leading to an improved spatial frequency reuse and spectral efficiency, and thus, higher network capacity. However, the densification gain come at the expense of higher handover rates and network control overhead. Hence, users mobility can diminish or even nullifies the foreseen densification gain. In this context, splitting the control plane (C-plane) and user plane (U-plane) is proposed as a potential solution to harvest densification gain with reduced cost in terms of handover rate and network control overhead. In this article, we use stochastic geometry to develop a tractable mobility-aware model for a two-tier downlink cellular network with ultra-dense small cells and C-plane/U-plane split architecture. The developed model is then used to quantify the effect of mobility on the foreseen densification gain with and without C-plane/U-plane split. To this end, we shed light on the handover problem in dense cellular environments, show scenarios where the network fails to support certain mobility profiles, and obtain network design insights

چکیده

افزایش شدید کاربران متحرک و ترافیک مورد تقاضای آنها باعث شده است اپراتورهای شبکه سلولی، زیر ساخت­ های خود را متراکم ­تر کنند. متراکم سازی شبکه تاثیر ایستگاه­ های اصلی (BSها)، و تعداد کاربران مرتبط با هر BS را کاهش می ­دهد، که منجر به افزایش استفاده مجدد از فرکانس مکانی و بهره ­وری طیفی و در نتیجه، ظرفیت بیشتر در شبکه می­ شود. اما افزایش تراکم باعث افزایش نرخ تبادل و سربار کنترل شبکه می­ شود. به همین دلیل تحرک کاربر ممکن است منافع پیش­ بینی شده ­ی متراکم ­سازی را کاهش داده یا حتی بی ­اثر کند. در این زمینه، پیشنهاد شده است که سطح کنترل (سطح C) و سطح کاربر (سطح U) تفکیک شوند تا از مزایای متراکم سازی بهره ­مند شویم و هزینه نرخ تبادل و سربار کنترل شبکه کاهش یابد. ما در این مقاله، از هندسه غیرقطعی برای توسعه یک مدل استفاده می­ کنیم که کنترل آن آسان است و تحرک را در نظر می­ گیرد. این مدل برای یک شبکه سلولی downlink دولایه با سلول­ های کوچک فوق-متراکم و معماری تفکیک سطحC/سطحU ارائه می­ شود. سپس از مدل پیشنهادی برای بررسی کیفی تاثیر تحرک بر منافع مورد انتظار از افزایش تراکم، با تفکیک سطحC/سطحU و بدون آن، استفاده می­ کنیم. ما برای این کار، مساله تبادل در محیط­ های سلولی متراکم را بررسی می ­کنیم، سناریوهایی را نشان می ­دهیم که در آنها شبکه نمی ­تواند از برخی از تحرک­ ها پشتیبانی کند، و مسائلی را در مورد طراحی شبکه درک می ­کنیم.

1-مقدمه

نسل پنجم (5G) شبکه­ های سلولی در افزایش رضایت کاربران، پشتیبانی از خدمات جدید، و تامین جمعیت روز افزون کاربران متحرک و ترافیک مود تقاضای آنها با مشکل مواجه شده است. انتظار می ­رود ظرفیت شبکه­ های 5G در مقایسه با سیستم ­های سلولی مدرن 4G، هزار برابر بیشتر، بیشترین نرخ داده در آن حداقل صد برابر، و کاهش تاخیر آن از مرتبه یک باشد [1]. محققان دانشگاه و صنعت تقریباً توافق دارند که تراکم شبکه از طریق گسترش ایستگاه اصلی، جزء راه­ حل­ های اصلی برای دستیابی به این هدف بزرگ است [1]...