DE102007008196A1 - Radio network-simulation method for radio network, traffic flow analysis and for movement of generalized objects in simulation, involves covering cellular radio network, which is modeled by voronoi-cell polygon in simulation area - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Funknetz-Simulationsverfahren, bei dem die Funknetzabdeckung des zellularen Funknetzes durch aneinandergrenzende Voronoi-Zellpolygone in einer Simulationsfläche modelliert und dort mit Nutzermobilitätsmodellen und/oder Geländemodellen und/oder Funknetzbenutzungsmodellen überlagert wird.The The invention relates to a radio network simulation method in which the Radio network coverage of cellular radio network by contiguous Voronoi cell polygons in a simulation area modeled and there with user mobility models and / or terrain models and / or radio network usage models.
Die Funknetzabdeckung zellularer Funknetze wird gewöhnlich durch aneinandergereihte, hexagonale Zellen modelliert, wobei die Größe und Anzahl der Zellen über statistische Parameter beschrieben werden. Wird eine solche Funknetzabdeckung mit Geländemodellen, Nutzermobilitätsmodellen oder auch Funknetznutzungsmodellen überlagert, so lassen sich damit Fragestellungen wie z. B. diejenige nach der zu erwartenden mittleren Anzahl der Nutzer in den Zellen, diejenige nach der zu erwartenden Verkehrslast oder diejenige nach der Anzahl der Zellwechsel (Handover) beantworten.The Radio network coverage of cellular radio networks is usually stringed through, hexagonal cells are modeled, with the size and number of cells over statistical Parameters are described. If such a radio network coverage with Terrain models, User mobility models or also superimposed radio network usage models, so can be questions such. B. the one after the expected average number of users in the cells, the one according to the expected traffic load or the one after the number the cell change (handover) answer.
Möchte man diese Simulationen möglichst realitätsnah durchführen, um etwa eine tatsächlich vorhandene Funkversorgung nachzubilden, so erweisen sich die regelmäßigen, hexagonalen Zellen als zu unflexibel. Beispielsweise führt das Verdichten eines Funknetzes durch Platzierung einer weiteren Basisstation zur Notwendigkeit des Verschiebens bereits vorhandener Basisstationen, um die Regelmäßigkeit der hexagonalen Zellen zu gewährleisten.You want perform these simulations as realistically as possible in order to about an existing one To replicate radio coverage, this is how the regular, hexagonal ones turn out to be Cells too inflexible. For example, the compression of a radio network leads by placing another base station to the need of moving already existing base stations to regularity to ensure the hexagonal cells.
Abhilfe schafft in diesem Zusammenhang die Modellierung der Funkzellen in Form sogenannter Voronoi-Polygone, die auch Thiessen-Polygone genannt werden. Im Gegensatz zu Hexagonzellen haben Voronoi-Polygonzellen die Form von Vielecken, deren Flächengrößen sich umgekehrt proportional zu der Dichte der Knoten verhalten. In Übertragung auf Funknetze bedeutet dies, dass eine Verdichtung der in den Knoten liegenden Basisstationen zu einer Verkleinerung der Zellen führt. Voronoi-Polygonzellen sind mathematisch als sogenannte duale Darstellung der Delaunay-Triangulation exakt beschreibbar. Voronoi-Polygone werden aus einem Satz von zentralen Polygonpunkten (Knoten) erzeugt. Das Voronoi-Polygon eines solchen Knotens erhält man durch Berechnen der Mittelsenkrechten von den Verbindungsstrecken zu allen Nachbarknoten des untersuchten Knotens. Die Schnittpunkte dieser Mittelsenkrechten schneiden sich an den Voronoi-Scheitelpunkten, deren Verbindung dann das Voronoi-Polygon ergibt. Diese Scheitelpunkte sind wiederum die Mittelpunkte der Umkreise um die Delaunay-Dreiecke.remedy creates in this context the modeling of the radio cells in Form of so-called Voronoi polygons, also called Thiessen polygons become. Unlike hexagon cells have Voronoi polygon cells the shape of polygons whose area sizes are behave inversely proportional to the density of the nodes. In transmission On radio networks, this means that a compression of the nodes lying base stations leads to a reduction of the cells. Voronoi polygon cells are mathematically as a so-called dual representation of Delaunay triangulation exactly describable. Voronoi polygons are made up of a set of central polygon points (Node) generated. The Voronoi polygon of such a node is obtained by Compute the mid-perpendiculars from the links to all Neighboring node of the investigated node. The intersections of this Mid-perpendiculars intersect at the Voronoi vertices, their connection then gives the Voronoi polygon. These vertices These are again the centers of the circles around the Delaunay triangles.
Verfahren zur Berechnung der Voronoi-Polygonzellen sind sowohl für die Fläche (2D) als auch für den Raum (3D) bekannt.method for calculating the Voronoi polygon cells are both for the area (2D) as well as for the Space (3D) known.
Bei der Modellierung mit Voronoi-Polygonzellen führt eine Verdichtung des Netzes durch Hinzufügen von Knoten nur zu einer Neuberechnung der unmittelbaren Nachbarschaft der neuen Knoten, ohne dass eine Verschiebung existierender Kno ten/Basisstationen notwendig würde, wie sie im Falle der Verwendung hexagonaler Zellen erforderlich würde.at Modeling with Voronoi polygon cells results in densification of the mesh by adding from nodes only to a recalculation of the immediate neighborhood the new node, without any displacement of existing nodes / base stations would be necessary as required in case of using hexagonal cells would.
Die bekannten Funknetz-Simulationsverfahren arbeiten in ebenen Flächen. Die "Welt" der Simulation ist aber in der ebenen Fläche beschränkt. Üblicherweise wird ein rechteckiger Bereich zur Platzierung der zu simulierenden Basisstationen gewählt. Mögliche Start- und Zielpunkte der bewegten Objekte für die Nutzermobilitätsmodellierungen werden gemäß statistischen Verteilungen gewählt. Ohne weitere Maßnahmen führt diese Methode zu einer unerwünschten Konzentration der Bewegungen in der Mitte der ebenen Simulationsfläche. Als Gegenmaßnahme kann man zwar einen sogenannten "Wrap-around" implementieren, was bedeutet, dass eine Bewegung eines Objekts über den Rand hinaus verläuft und auf der gegenüberliegenden Seite fortgesetzt wird. Allerdings lässt sich bei den auf Voronoi-Polygonen basierten ebenen Flächen auf diese Weise kein "Wrap-around" durchführen, ohne dass die Größenverhältnisse der Zellen geändert werden. Gerade bei kleinen Simulationswelten, wie z. B. bei Mobilfunk-Pikozellen oder Wireless-LAN in einem Innenraum, sind diese Randeffekte signifikant und verfälschen das Simulationsergebnis erheblich.The known radio network simulation methods work in even areas. The "world" of simulation is but in the flat area limited. Usually becomes a rectangular area for placement of the simulated Base stations selected. Possible start and target points of the moving objects for the user mobility modeling be according to statistical Distributions selected. Without further action leads this Method to an undesirable Concentration of movements in the middle of the plane simulation surface. When countermeasure you can implement a so-called "wrap-around", which means that a movement of an object runs beyond the edge and on the opposite side Page continues. However, in the case of Voronoi polygons based flat surfaces in this way, no "wrap-around" without that the proportions changed the cells become. Especially with small simulation worlds such. B. in mobile pico cells or wireless LAN in an interior, these edge effects are significant and falsify the simulation result significantly.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Verwendung von Voronoi-Polygonzellen ein Funknetz-Simulationsverfahren zu schaffen, das die erwähnten negativen Randeffekte nicht aufweist und mit dem daher ein besseres Simulationsergebnis erreicht wird.Object of the present invention is to provide a radio network simulation method using Voronoi polygon cells, which does not have the mentioned negative edge effects, and with which therefore a better simulation result is achieved.
Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Funknetz-Simulationsverfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sowohl die in herkömmlicher Weise als ebene Fläche ausgebildete Simulationsfläche mit den Voronoi-Zellpolygone als auch die zu überlagernden Modelle auf eine dann als Simulationsfläche dienende Kugeloberfläche projiziert werden und dass die weitere Simulationsauswertung auf der Kugeloberfläche in einer Weise vorgenommen wird, die derjenigen auf der herkömmlichen ebenen Simulationsfläche entspricht.According to the invention, referring to a radio network simulation method of the type mentioned This object is achieved in that both in conventional Way trained as a flat surface simulation area with the Voronoi cell polygons as well as the superimposed models on one then as a simulation area serving spherical surface be projected and that the further simulation evaluation on the sphere surface is done in a way similar to that on the conventional one flat simulation surface equivalent.
Die Grundidee der Erfindung besteht in der Kombination der Nutzung der Voronoi-Polygonzellen mit der Nutzermobilitätssimulation auf der Kugeloberfläche. Es kann auf der mit Voronoi-Polygonzellen besetzten Kugeloberfläche auch eine Geländemodellierung oder eine Funkbenutzungsmodellierung ausgeführt werden. Da eine Kugeloberfläche definitionsgemäß keine Ränder hat, entfallen bei dem gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitenden Funknetz-Simulationsverfahren in vorteilhafter Weise die sonst bei einer ebenen Simulationsfläche anfallenden störenden Randeffekte.The The basic idea of the invention is the combination of the use of Voronoi polygon cells with the user mobility simulation on the sphere surface. It can also on the ball surface occupied with Voronoi polygon cells a terrain modeling or radio-use modeling. Since a spherical surface by definition no margins has been omitted in accordance with the present Invention working wireless network simulation method in an advantageous Show the otherwise resulting in a flat simulation surface disturbing edge effects.
Bei dem Funknetz-Simulationsverfahren nach der vorliegenden Erfindung erfolgt die Durchführung der Projektion der Simulationsfläche von der Ebene in eine Kugeloberfläche in zweckmäßiger Weise mittels geeigneter mathematischer Umsetz-Software, z. B. MatlabTM oder Java3DTM.In the radio network simulation method according to the present invention, the projection of the simulation surface from the plane into a spherical surface is conveniently carried out by means of suitable mathematical conversion software, e.g. Eg Matlab ™ or Java3D ™ .
Zweckmäßige Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen bei kommerziellen Simulationswerkzeugen für Funknetze, im Bereich der Verkehrsflussanalyse und auch bei der Bewegung verallgemeinerter Objekt in einer simulierten oder durch Messungen gewonnenen Umwelt.Appropriate uses of the inventive method exist in commercial simulation tools for radio networks, in the field of traffic flow analysis and also in the movement of generalized Object in a simulated or measured environment.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den sich auf den Patentanspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbeziehenden Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments and embodiments of the invention are in the to the claim 1 directly or indirectly rückbeziehenden dependent claims specified.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained below with reference to drawings. It demonstrate:
In
In
- 11
- Hexagonale Funkzellenhexagonal radio cells
- 22
- Kleinflächigere hexagonale Funkzellensmall-area hexagonal radio cells
- 33
- Voronoi-PolygonzellenVoronoi polygon cells
- 44
- Knotennode
- 55
- Kugeloberflächespherical surface
- 66
- sphärische Voronoi-Polygonzellenspherical Voronoi polygon cells
- 77
- Knotennode
- 88th
- Bewegungsspuren (Traces)traces of motion (Traces)
- 99
- Kugeloberflächespherical surface
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