6G网络中的空中细胞克隆协议：新ACC协议的系统级仿真及性能分析

阵列10（2021）100061ACC：空中细胞克隆协议，用于在6G网络中实现有效的会话连续性Tushar Vrinda，*，Lalit Pathaka，Debabrata Dasba三星电子，印度bDebabrata Das是印度A R T I C L E I N F O索引术语：-空中通信克隆网络管理A B S T R A C T基于低空平台（Low Altitude Platform，简称低空平台）的空中小区动态地提高了蜂窝网络的性能。然而，LAPs的小外形限制了电池的大小，限制了其悬停时间。当可用功率或可用容量低于阈值时，除了机械故障等原因外，还应更换LAP替换需要来自所有连接的用户设备（UE）的数据会话从旧的RNC转移到新的RNC。像（i）UE切换和（ii）载波链路管理的经典方案支持UE移动性和负载平衡。经典方案具有更高的时延，如果存在许多连接的UE，则其缩放中断导致在游戏和多媒体消费期间降级的用户体验在本文中，尽我们所知的第一次，我们提出了一种新的空中细胞克隆（ACC）协议的网络管理过程中的替代品。通过调用流分析和数学建模支持广泛的系统级仿真，我们表明，建议的ACC协议减少了会话传输延迟超过68%，并带来了可忽略不计的值（99%的减少）时，与现有的经典计划相比，更换时间1. 介绍由于全球社交和丰富多媒体趋势的兴起，对互联网连接的需求激增，这将随着未来十年机器类型通信的大量采用而呈指数 尽管来自用户设备（UE）的数据需求快速增长，但是需求通常是动态的，并且在地理区域中在空间上和时间上变化，这取决于用户密度和用户活动。例如，在体育和文化活动期间，道路交通拥堵等，某些地区的需求增加。通过蜂窝网络中的地面基站等固定资产来满足这种动态数据需求对运营商来说是一个挑战，因为它在高需求期间无法扩展到一个点第三代合作伙伴计划（3GPP）正在考虑称为非地面网络（NTN）部署的空中网络[1]，以解决如以上在下一代网络中所讨论的缩放场景。 NTN可能需要长达5- 10年的时间才能标准化和部署。因此，2030年是预期的时间轴，与第六代（6G）时间轴重叠。NTN是一个基本的推动者，在超过5G和第六代（6G）网络中的动态扩展[2，3]。然而，对6G的研究有限NTN使用了携带细胞的空中或机载平台的概念这些空中小区根据业务需求为UE服务空中蜂窝可以部署在不同的高度，并面临多种挑战。作者在Ref.[28]讨论不同海拔高度的空中小区的分层架构以及它可以为地面网络带来的好处空中小区和地面小区之间的频谱共享方案在参考文献[1]中进行了探索[29]. 低空平台（LowAltitude Platform，缩写为ETM）可以在几百米的高空盘旋，为扩展覆盖范围和提高地面小区的容量提供了一个很好的选择。可以动态地调整天线的高度和位置，以最大化网络中的覆盖范围和容量利用率[6]。无人机通常基于四旋翼无人机，有效载荷有限（仅超过几公斤）。然而，由于携带小有效载荷的能力，电池尺寸有限，因此它的飞行和悬停时间限制仅为几个小时[4，7]。由这种基于天线的空中小区提供的无线网络容量与有效载荷的重量成正比，有效载荷包括其可以机载的紧凑天线和通信系统。作为有效载荷* 通讯作者。电子邮件地址：tusharv@ieee.org（T. Vrind），pathak. samsung.com（L. Pathak），d.das.in @ ieee.org（D. Das）。https://doi.org/10.1016/j.array.2021.100061接收日期：2020年11月12日;接收日期：2021年2月9日;接受日期：2021年3月20日2021年4月1日网上发售2590-0056/©2021作者。爱思唯尔公司出版这是一篇CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表阵列期刊主页：www.elsevier.com/journals/array/2590-0056/open-access-journalT. Vrind等人阵列10（2021）1000612由于容量有限，因此在提供的容量和电池大小之间存在折衷。 在空中，无人机可以利用太阳能，尽管它是有限的，由于无人机的形状因子上的小空间（太阳能电池板需要大的表面积）和日落后自然光的不可用[5]。因此，3GPP正在研究将无人机系统支持为空中小区（也称为UX NB），其中空中小区替换是在5G（版本17和版本18）规范中支持的关键要求[27]。可用的文献讨论了更换无人机电池或更换能量耗尽的无人机以延长使用寿命然而，上述在实施期间的可应用性方面具有若干缺点。作者在Refs。[8(i)使用坞站的无人机中的电池交换机制，或（ii）通过用充满电的电池替换新的无人机来替换无人机。关于上述两个，（i）电池更换需要很长时间（超过15秒[10]）。该较长的电池交换时间将通过GPRS断开所有正在进行的UE会话。因此，第（ii）点中提到的与用新无人机替换有关的其他替代方案可以成为空中通信中采用的强有力的候选方案。然而，它也面临着重大挑战，即，如果新无人机的替换可以为所有UE提供无缝会话连续性，则如下所述在替换期间从服务（例如，源）空中小区到新的（例如，目标）空中小区的会话转移的问题不能像陆地网络中的切换或重定向那样被考虑，因为存在如下所述的若干新挑战关于UE从源空中小区到目标空中小区的切换的当前可用文献已经在与陆地网络中的切换器的可用方案相同的线路上进行了讨论[20然而，它没有处理当在UE替换场景中使用时用于UE的正在进行的通信会话因此，使用文献中描述的可用切换方案，在蜂窝替换的情况下，由空中小区服务的UE的通信将存在显著中断。每次更换航空电池时，预计会出现中断，并且基于基于无人机的航空电池设计的可行性，预计每小时一次（一小时是无人机的电池寿命）。 中断严重降低了游戏和多媒体的容量和最终用户体验播放.关于上述内容，NTN中基于LAP的空中小区的替换是无线通信中的独特且新的场景，其不存在于陆地网络中据我们所知，有关处理无人机（亦称为无人机）更换的现有文献并未解决无缝连续性的关键挑战，特别是航空通信，如下所述：1. 目标空中蜂窝定位（高度和位置）的延迟2. 管理UE从源空中小区到目标空中小区的具有最小HO延迟的切换（HO）3. 使得能够用具有不同能力的目标空中小区来替换源空中小区，即，被一个异构的目标空中蜂窝所捕获4. 目标空中小区和回程地面节点（基站或核心网络）之间通过无线信道的回程同步时间的最小化。在本文中，最好的现有的最先进的文献，第一次，我们提出了一种新的空中细胞克隆（ACC）协议的网络管理，以解决更换的空中细胞的基础上。所提出的想法提供了用于复制源空中小区的协议，其中新的目标空中小区在源空中小区的相同位置（位置坐标）处 这确保了上行链路和下行链路同步以及空中小区与所服务的UE之间以及空中小区与地面小区之间的空对地（A2G）信道特性被保持。 它还确保空中小区和UE之间的无线电配置保持相同。目标空中小区的物理小区标识符（PCID）的变化是通知给UE并避免任何额外的消息传递。使用所提出的ACC协议首次在通信中带来以下优点a) 协调镜像，导致目标空中单元定位的零延迟b) 在UE和目标空中小区之间的无随机接入小区（RACH）切换，具有非常低（接近零）的延迟。c) 在更换过程中快速暂停和恢复，将会话中断时间减少到接近零的值。通过在3GPP新无线电（NR），5G系统上构建的网络模拟器-3（NS-3）中的呼叫流程分析，数学建模和系统仿真，我们表明，所提出的ACC协议在每个UE的数据会话中断延迟方面优于经典的基于交换机的替换方案，平均约为68%所提出的方案还将替换延迟降低到20 ms（ms）的可忽略值，与文献中提供的经典的基于缓存的方案相比，这是超过99%的改进。我们还分析表明，所提出的机制也优于经典的空中链路管理方案的数据会话中断大幅减少。本文的其余部分组织如下。第二节介绍了航空电池更换计划。第三节讨论了文献中基于切换的经典方案中的呼叫流替代第四节讨论了使用另一种可能的经典方案的具有呼叫流的空中链路管理的解决方案第五节讨论了建议的ACC协议与呼叫流程。第六节和第七节讨论了评估这些方案的分析和模拟模型。第八节讨论了拟议的行政协调会计划的成果和收益。第九节是工作的结论 在剩下的论文中，基于无线电的空中小区、空中小区、无人机小区和LAP可互换地使用。2. 空中小区更换方案在空中通信中，有两种方式来服务UE。（i）E专门由空中小区为它们服务，或者（ii）空中小区和地面小区都通过应用载波聚合（CA）或双连接（DC）技术为它们服务[16]，如图所示。1.一、在这种情况下，地面小区和空中小区都在不同载波上向UE提供资源分配空中小区和地面网络之间的无线回程链路可以在点对点（P2P）专用载波链路上，或者可以在使用与UE和地面小区之间使用的相同载波的集成接入回程（IAB）链路上[17]。如图1所示，网络管理空中小区的队列（具有不同的能力），被描绘为空中小区队列管理器，其确保空中小区被带到并定位在正确的位置和高度以服务网络中的UE在这项工作中，我们讨论了部署的目标空中细胞取代源空中细胞。作为Fig. 1. 用于能量耗尽小区的空中小区替换场景。T. Vrind等人阵列10（2021）1000613一旦源航空单元能量耗尽（由源航空单元中的低电池电平指示器示出），信息就被转发到调度器管理器，调度器管理器将充满电的航空单元调度到源航空单元的位置通过使用相同的方法，管理容量耗尽和无人机故障的情况第三节和第四节讨论了现有的经典方案1和方案2及其局限性。第五节提出了拟议的ACC协议，以克服上述挑战。这些方案的设计基于3GPP新无线电（NR）空中接口的过程，即使在基于超越5G和6G的3GPP系统（版本17、版本18和更高版本）中，该过程也可能保持类似3. 经典方案I基于替换方案I，一旦目标空中小区接近能量耗尽的源空中小区，就执行经典的切换过程切换过程针对由源空中小区服务的所有UE被触发，以首先将UE与目标空中小区同步，然后将它们与目标空中小区连接。参考文献11.1中的经典空中小区切换方案[20]非常类似于5G新无线电（NR）[18]中通过Xn接口的下一代节点B（gNB）切换的定义过程 图2，捕获了基于经典scheme-1的调用流程[15，18，20]，它显示了三个阶段。步骤1到步骤5是新的部署的第一阶段在开始时，源空中小区被部署在网络中以服务UE。如在步骤1中所捕获的，其经由回程链路（其可以通过地面小区）与核心网络周期性地共享MBMS的能量水平一旦核心网络检测到源RNC的能量水平低于阈值（即，低电池水平），则在步骤2中，它与空中单元车队管理器通信以请求其调度新的空中单元。源路由器的当前位置也与Fleet Manager共享。 在步骤3中，车队管理员从其可用的调度集中选择一个调度员，并请求它调度到源调度员所在的位置;该单元成为目标调度员。一旦在步骤4中接收到来自所选RNC的确认，则在步骤5中利用目标RNC的凭证来确认核心网络步骤6至步骤9捕获两个（源和目标）LAP之间的空中到空中（A2A）链路建立的第二阶段。 目标对象导航到源对象的位置。一旦目标小区进入源小区附近，它就尝试在步骤6中建立与源空中小区的链路（如gNB之间的Xn接口在步骤7中，源RNC将该请求与它在Xn链路请求中接收的目标RNC的CRE一起返回给核心网络。在步骤8中，核心网络在认证目标小区凭证之后确认请求Xn链路在步骤9中建立图二. 用 于 空中小区切换的呼叫流程（经典方案-1）。T. Vrind等人阵列10（2021）1000614步骤10至步骤16捕获UE转移（切换）到目标RNC的第三阶段。在步骤10中，连接到源UE的UE接收测量控制消息。在步骤10中，UE发送测量报告（具有目标UE的参考信号功率和质量，如事件-4A [25]）。在步骤11中，源RNC决定切换并向目标RNC发送HO请求。在步骤12中，目标RNC确认HO请求然后，在步骤13中，源RNC向UE触发HO请求接下来，在步骤14中，与目标PDSN共享数据链路层的序列号（SN）和在步骤15中在源PDSN处缓冲的分组在步骤16中，UE发起与目标RNC的上行链路同步过程，并在随机接入信道（RACH）上执行2步或4步随机接入源小区停止与UE以及回程链路上的地面小区通信。存在从地面小区到目标小区的回程链路的路径切换。数据传输在UE和目标UE之间开始 在该阶段开始时与源UE处于连接状态的所有UE经历步骤10至16。在第17步，源电池返回到Fleet Manager基地，并通过在扩展坞中充电或更换充满电的电池来恢复损失的能量[10]。从上述步骤可以明显看出，由于第三阶段，即，步骤10至16，从而在UE和目标RNC之间的数据会话中造成成比例的中断[26]。如以上经典方案中所示，第V节中提出的ACC协议大大减少了切换和数据会话中断4. 经典方案II中的空中链路管理在该方案中，在替换双工器之间，通过如载波聚合（CA）或双连接（DC）去激活或释放过程的过程来拆除空中链路。然而，这导致在该替换期间用户吞吐量的损失。在图3中，捕获了基于经典scheme- 2的调用流程，它显示了四个阶段。步骤1到步骤5，捕获了新部署的第一阶段，这就像经典的基于部署的方案1（图1）。 2）。但是，其余的步骤是不同的。步骤6至步骤9捕获UE与源RNC之间的空中链路去激活第二阶段，同时UE继续由充当锚的地面小区服务一旦源UE在步骤6中通过Xn接口通知地面小区其不可用，则在步骤7中，与UE共享空中链路去激活请求。在步骤8中，在UE和源RNC之间发起释放过程，之后在步骤9中RNC返回到基站在该阶段开始时与源UE处于连接状态的所有UE经历步骤6至9。步骤10至步骤13，捕获在目标基站和锚陆地小区之间建立Xn链路的第三阶段一旦目标小区导航到源小区的邻域，在步骤10中，它建立与锚陆地小区的Xn接口如步骤11，地面小区将该请求与其在Xn链路请求中接收的目标小区的证书一起返回核心网络。在步骤12中，核心网络在认证目标小区认证之后确认请求在步骤13中建立Xn链路。链路管理的最后阶段覆盖UE与目标RNC之间的空中链路在步骤14中，地面链路请求UE经由CA或DC添加空中链路，并且在步骤15中，UE触发基于随机接入信道（RACH）的UL同步以获得与空中小区的定时提前（TA）空中链路通过UL和DL数据业务激活。在第二阶段开始时与源UE处于连接状态的所有UE经历步骤14至15。从上述步骤中可以明显看出，由于第二阶段和第四阶段，对于所有UE，在整个链路管理过程[26]中存在相当大的延迟在步骤6和步骤15之间，由于UE不能由RNC服务，执行步骤的延迟导致数据吞吐量的成比例除了切换和会话中的延迟之外，第V部分中提出的思想还减少了空中小区链路管理的经典方案中的吞吐量的降级图三. 呼叫空中小区链路管理的Cockow（经典方案-2）。T. Vrind等人阵列10（2021）1000615中断.5. 建议的气生细胞克隆（ACC）方案表1空中小区链路信息元素（IE）参数。参数详细信息在所提出的想法中，我们讨论了在目标节点接近能量耗尽的源节点之后，它们都经历了我们定义的用于网络管理的空中细胞克隆（ACC）协议。图 4，所提出的ACC协议被捕获为呼叫流。有三个阶段，目前在代表性。蓝色虚线捕获了在图2中的阶段2和3中带来优化的关键信令差异。 4，与图相比。 2和.3步骤1到步骤5，捕获新的部署的第一阶段，这就像经典的基于部署的方案1（图1）。 2）。步骤6至步骤9，捕获两个LAP之间的空中链路建立的第二阶段一旦目标RNC导航到源RNC的附近，它就尝试在步骤6中建立与源RNC的对等链路（例如，设备到设备（D2D）侧链路）在步骤7中，源RNC将该请求与其在对等链路请求中接收到的目标RNC的证书一起转回到核心网络在每个UE空中小区到地面小区（A2T链路）空中小区定位信息源空中小区处的IE，如每个UE的数据会话所需的物理信道、传输信道、逻辑信道配置、状态和子状态相关参数。IE类似于物理层、无线电资源控制（RRC）、介质访问控制（MAC）、无线电链路控制（RLC）、分组数据汇聚协议（PDCP）和服务发现应用协议（SDAP）层处的状态和数据值，其将有助于在每个UE与目标空中小区之间的相应协议层处恢复3GPP相关过程。IE，如物理信道、传输信道、逻辑信道配置、状态以及空中小区和地面网络之间的会话（P2P链路或IAB链路）所需的子状态相关变量。IE包含源空中小区的精确位置，目标空中小区在链路复制后开始操作之前必须重新定位到该位置。步骤8，核心网对目标小区证书进行鉴权后，确认请求在步骤9中建立对等链路步骤10至步骤16，捕获UE向目标UE转移的第三阶段在步骤10中，目标RNC继续请求在源RNC和UE之间以及在源RNC和地面网络的回程链路之间传送所有链路相关参数 表1捕获了包括针对每个UE的MBMS的参数的信息元素（IE），即， 空对地（A2G）链路和到地面小区的GPRS，即，空中对地面（A2T）链路。 在步骤11中，源空中小区传输所有这些IE，然后由目标空中小区应用这些IE来复制A2G和A2T链路。目标空中单元通过复制其链路中的参数来完成链路复制过程数据库中，并且在步骤12中，其通知源空中小区关于完成。源空中小区在步骤S102中将针对所有UE的缓冲的数据分组从源空中小区传送到目标空中小区。13. 在步骤14中，源空中小区向所有被服务的UE通知空中小区物理小区标识符（PCID）的变化，以及激活时间和附加参数，如新小区无线电网络临时标识符（C-RNTI）和目标空中小区的安全算法标识符。此外，在步骤15中，源空中小区请求切换到目标空中小区，停止与UE以及回程链路上与地面小区的通信操作，并且漂移离开先前位置。目标小区移动到与在IE（空中小区定位信息）中接收到的源小区相同的精确位置见图4。 使用建议的ACC协议的空中小区替换的呼叫流程。T. Vrind等人阵列10（2021）1000616XXXðÞðÞðÞðÞðÞðÞX....Σk¼1管理员请求管理员确认在表1中给出。然后，在步骤16中，它向源小区发出切换确认，并在激活时间之后开始与UE通信。 激活时间非常短（几毫秒（ms）;见结果第VII节）。因此，UE被无缝地和隐式地切换到目标UE。作为链接参数，步骤i.γL模拟了在第二阶段中从所提出的ACC方案获得的改进。第二阶段的共同步骤，可以忽略两种方案，并且该模型关注两种方案（方案1- ACC）中的步骤之间的差异. TLinkReq A2 AT LinkReq A2 TTLink Proc-. TLinkReq D2 DT LinkReqA 2 T LinkReq A2 TLinkProcA2TA2TBCD（三）TLinkReqA2ATLinkReqA2TTLinkProcTLinkCnfA2TTLinkCnfA2A由于UE的位置被复制，所以对于空中小区和UE之间的数据会话，将不会有感知到的ACC协议也适用于容量耗尽或故障的电池。随着连接的UE的数量增加，源RNC可以被具有更高容量的目标RNC替换 在这种情况下，图1的步骤1中的触发器被触发。 4个变化，而不是能量水平，电池组报告可用容量。 在这种异构（源和目标小区的不同能力）CDMA替换的情况下，在步骤16之后，通过物理信道重新配置（PCR）过程[25]重新配置A2G链路参数。虽然额外的信令增加了一些步骤，但ACC协议中的克隆效应仍然大大减少了与目标网关连接时的延迟和争用。6. ACC协议分析了a）基于路由器的经典方案-1、b）基于链路管理的经典方案-2和c）提出的ACC方案在替换路由器时的延迟在以下子部分中对经典方案和ACC方案进行建模，其中从相应的呼叫流程分析所有UE开始与目标UE的数据会话的总时间，然后以分析形式呈现所提出的ACC方案的延迟减少6.1. scheme-1和ACC协议方案的分析模型如第III节和第V节所述，方案1和ACC方案各有三个阶段，第一阶段与方案1和ACC方案相似（如图2和图3所示）。 2和4）。因此，分析集中在方案1和ACC中的最后两个阶段，以找出方案1和ACC之间的性能差异。第二阶段的模型如下，1升ClassicalHOLink步骤i（1）1/1对于，a）经典方案-1：（在图1中）。 2），TLinkReq A2 A指的是步骤6（从目标网络到源网络的Xn链路请求）所花费的时间，TLinkReqA2TA指的是步骤7（从源网络到核心网络的Xn链路请求）所花费的时间。T LinkProc指的是在核心网络处用于确认在步骤7中共享的目标RNC的凭证的处理TLinkCnfA2T是指步骤8所花费的时间（从核心网络的Xn链路确认T LinkCnfA2A是指步骤9所用的时间（从源链路到目标链路的Xn链路对于，c）提出的ACC方案（在图中。 4）：TLinkReq D2D是指步骤6（从目标RNC到源RNC的D2D链路请求）所花费的时间，TLinkReqA2T是指步骤7（从源RNC到核心网络的D2D链路请求）所花费的时间。TLinkProc指的是在核心网络处用于确认在步骤7中共享的目标RNC的凭证的处理时间 T2LinkCnfA2T2Link是指步骤8（来自核心网络的D2D链路确认）所花费的时间。T LinkCnf D2 D指的是步骤9（从源RNC到目标RNC的D2D链路确认）所花费的时间。在分析模型中，方案1的最后一个相位和ACC方案的最后一个相位可以概括为两个部分。i) 第1部分：源RNC和目标RNC之间通信的总时间，用于使后者准备好处理来自前者的传入ii) Part-2：为所有UE执行从源UE到目标UE的会话转移的总时间。最后一个阶段的第1部分建模如下。i¼N1P经典HO制备步骤i（4）1/11/4N2PACC制备步骤i（5）1/1ACC1/4N2L1/4步（二）ClassicalHOPrep对目标队列准备就绪所需的时间进行建模，链路我1/1在方案1中处理UE切换 ACC Prep对目标UE准备好在ACC中处理UE传输所 需 的 时 间 进 行 建模ClassicalHOLink对方案-1中目标节点与源节点建立Xn链路所需的时间进行ACC链路对所提出的ACC方案中目标基站与源基站建立D2D链路所需的时间进行对于第二阶段，经典方案1和ACC方案分别有N1L和N2L步对于各个方案，完成呼叫流程中第i步的时间表示为阴谋对于第一部分，经典方案1和ACC方案分别有N1P和N2P步γP模拟了从第1部分的建议ACC方案获得的改进，即，在上述a）点中两种方案的共同步骤可以忽略，并且该模型关注两种方案中的步骤之间的差异，由（6）给出。. . Pk¼M。TMea sCnT.MeasRpt北京-北京-北京-北京γP¼k¼1管理员请求管理员确认Pk¼MT测量值计数器T测量值报告BAUNATBAUNAT决定ΣΣΣ（六）LT. Vrind等人阵列10（2021）1000617ðÞ[19]这是一个非常复杂的问题，因此必须重新尝试该过程。如果消息1（Msg.1）前导码已成功解码模拟为γACC1 公司简介ðð ðð KPK¼M4¼1Þþð9ÞÞÞ-ðð5Þþð10ÞÞÞ ;as（14）ðk149千分之一米00。Xk¼MT 米亚斯 河CntrlTMeas T.RPTΣHO决定Þþ T HO.请Bγ¼B。@....快！Xk¼1 þT ðAdmCntrl ÞþTðHOAck ÞΣΣC一1ACC1Bþ千分之一米k¼1不RRC过程延迟BTMeasTMeasTB@P千分之四MCntrl.Σ-我是说...ðTðAeria lCnt x ÞÞþ.UPlaneLatency电子邮件电子邮件IU消息延迟δ电子邮件RPT我的朋友决定.请Σ管理员Cntrlk¼1THO...X千分之四MΣCC（十四）þk¼1不RRC过程延迟þT þTþTIU消息延迟δΣΣAckCCAðÞðÞXXð- -千分之一米千-U平面延迟（十一）对于，a）经典方案-1（在图1中）。 2）：T_Meas_cnc_mind和T_Meas_Rpt_mind指的是在步骤10（分别为测量控制和测量报告）中花费的时间，T_meas_Rpt_mind指的是在源UE处做出切换决定所花费的时间。T_HO_Req_Request是指在步骤11中将HO_Request传递到目标UE所花费的时间。T管理中心是指在目标RNC处进行接纳控制所花费的时间。 T HOAck指的是在步骤12中将HO确认传递到源RNC所花费的时间。在目标小区中的信道（PRACH）时机。在UE和目标UE处发送、接收和处理消息的总延迟由T MsgDelay表示。对目标天线进行精细时间跟踪并获取完整定时信息的时间用Tδ表示。对于，c）所提出的ACC方案（在图中）。 4）：第14步是有效的在ACC延迟的分析中需要考虑的延迟。由于连接的UE可以使用HARQ以90%的概率成功解码下行链路（DL），所以所有连接的UE可以并行地获得消息对于，c）所提出的ACC方案（在图中）。 4）：T Aerial Cntx是源信标和目标信标之间的消息交换所花费的时间在步骤10、11和12中。总共有M个用户由ACC潜伏期1/4U平面延迟（十）源代码最后阶段的第2部分建模如下，k<$Mi<$N5γh模拟了从第2部分的建议ACC方案获得的改进，即，在上述B点中如前所述，两种方案中的共同步骤可以忽略不计，并且该模型侧重于以下差异：两个方案中的步骤，由（11）给出，ClassicalHO延迟1/4X X步骤i（7）k¼11/1. . P.γ延迟你好！IUMsgDelayδk<$Mi<$N6ACC潜伏¼步骤我h¼.Pk¼M。不电子邮件电子邮件þTΣΣClassicalHO延 迟对经典切换方案-1中UE切换到目标RNC的时间进行建模，并且ACC延迟对所提出的ACC方案中克隆链路和会话参数第二部分在最后一个阶段经典方案1和建议的ACC方案中分别有N5和N6步对于，E）经典方案-1（在图1中）。 2）：步骤13和步骤16之间花费的时间是在ClassicalHO延迟的分析中考虑的有效接入延迟。一旦UE在步骤13中接收到HO命令，它就执行RACH过程。 如果两个或更多个UE选择相同的前导码和相同的时间、频率（资源），则RACH过程可能经历冲突，从而目标UE将不能够为了计算所提出的ACC方案所获得的总改善，我们应用了一些优化，以简化分析模型。考虑到经典方案-1（3）中的Xn链路建立和所提出的ACC（4）中的D2D链路所花费的时间将由于相应呼叫流程中的相似步骤而相似的事实，因此应用（12）和（13）。ClassicalHOLinkACCLink（12）γL≥0（13）从所提出的ACC方案的总改进是由小区，UE可能不接收随机接入响应（RAR）或消息。 如果j是UE重传前导码的次数，则2是1 e-j。此外，如果存在4步RACH过程，MSG. 3、Msg。4可以利用混合自动重传请求（HARQ）和重传以及功率斜坡以90%的概率成功发送接入延迟与冲突概率成比例，冲突概率与必须从源UE传送到目标UE的连接的UE（及其前导码冲突）的这同样被建模为5G NR中的切换延迟[26]，如（9），经典HO延迟1/4。TRRCPROCEDUREDELAYTlU（ 9）TRRC过程信息延迟时间k¼1（八）1/1k¼1RRC过程延迟T. Vrind等人阵列10（2021）10006186.2. scheme-2和ACC协议方案的分析模型第四节讨论了b）经典方案2中的四个阶段，而c）建议的ACC方案中的三个阶段因此，为了逐阶段比较它们，在模型中采用了以下方法：a) 第一阶段，两者相同，将没有差异可供比较，因此无需推导。b) 比较ACC方案中的第二阶段（建立D2D链路TRRC程序是RRC过程延迟，TIU是中断未中断，对于经典方案-2中的阶段三（建立与锚定陆地小区的Xn链路），并且就像（12）和（13）一样，因为确定获得第一个可用的物理随机接入信道，延迟T. Vrind等人阵列10（2021）1000619@¼×¼表2系统仿真参数。参数详细信息频率3.3 GHz（FR1，TDD）通道带宽100 MHz用户数连接用户数序言总数A2 G信道密集城市; LOSSENLOS（具有多径） [24]A2A通道LOS流量模型满缓冲区在呼叫流程中的步骤是相同的（图（3和4）这个比较也被忽略了。c) 将经典方案2中的第二阶段和第四阶段与建议的ACC方案的最后一阶段进行了比较，以获得改进。与经典方案1和建议的ACC不同，在经典方案2中，目标节点的部署与源节点的替换不同步。因此，该模型考虑了附加的持续时间TDeploy，即与源WLAN的空中链路的去激活（步骤7）和与目标WLAN的空中链路的激活（步骤14）之间的部署延迟TDeploy是目标对象开始操作所花费的时间，其值是不确定的，因为对象到所需位置所花费的时间是特定于实现的，其范围可以从几秒到几秒。通过所提出的ACC方案获得的总改进可以被给出为γACC2。基于3GPP NR系统。由于仿真需要分析消息序列的改进，我们对现有5G NR空中接口上的消息进行了建模，其中UE与空中小区之间以及空中小区与gNB之间的冲突，退避和重传具有随机性对于每种方案，获得步骤i（时间），并利用第6节中捕获的（1）、（2）、（4）、（5）、（7）或（9）和（8）或（10）中的潜伏期分析模型获得（14）中的γACC1经典方案-1的步骤的潜伏期基于在4步RACH以及2步RACH上。在系统仿真中忽略了空中小区和核心网络之间的信令和消息交换的初始步骤，因为这对于两种方案都是共同的。消息传递延迟是通过在呼叫流程中的每一步运行系统计时器获得的。从γACC2（15）的分析模型中可以明显看出，TDeploy值很协议将总是以巨大的余量优于空中链路管理的经典方案-2因此，经典的shcheme-2不是我们模拟中的候选者。8. 结果和讨论基于第7节中的系统模拟，从NS-3获得每个步骤中的延迟，并评估结果以改善（11）和（14）。图5捕获了UE所经历的数据会话中断，该UE使用这些方案经历源UE的改变X轴示出了由UE服务的连接的UE的数量，范围从50到500。Y轴捕获UE在通信链路中经历切换的持续时间的以毫秒（ms）为单位的时间。经典方案-1从（9），并为持续时间时，它收到的0 00TRRCPROCEDUREDELAYRRC_DEACT111在所提出的ACC方案中，空中小区通知的改变，来自（10）。BBXk¼MB。不电子邮件电子邮件公司简介对于由RNC服务的连接的UE的数量的每个场景B@k¼1@RRC过程延迟IUMsgDelayδ AAC图5显示延迟或数据会话中断时间。显然γB@RRC过程延迟 美国联邦贸易委员会链接法案 CBT部署-我是说...ðTðAeria lCnt xÞÞþ.UPlaneLatency随着UE数量的增加，基于RACH的经典切换方案-1，即，四阶和二阶均呈上升趋势ACC20Pk¼M0TR.RC程序和延迟链接失效Σ11在UE经历的平均延迟这种上升趋势是由于前导码（Msg-1）冲突的增加，因为UE的数量k/1RRC过程延迟 简体中文 发送消息延迟发送消息延迟RRC过程延迟 CBT链接 行动部署（十五）折痕所提出的ACC协议方案不受内部的影响UE的数量增加，因为在上行链路中存在信令的UE经历的平均延迟约为64 ms（95%置信度T型环失效和T链接行为[26 ]第26话，是一种解脱，一种解脱。间隔-1.36ms），以及2步RACH中约35 ms（95%置信区间-1.57 ms）在经典方案-2中，分别与源信标（步骤7）和目标信标（步骤14）的链路的延迟。7. 系统仿真模型使用NS-3平台，基于表2中的参数，对UE、空中小区和地面小区基于经典方案-1，然而对于所提出的ACC方案，其在20 ms以下（95%置信区间-0.18 ms），从而在每个UE处观察到的数据会话中断时间中从（11）显示出图在图6中，对于考虑目标空中小区上的数据会话恢复的所有UE，从（4）、（5）、（9）和（10）评估MBMS替换的端到端延迟。X轴显示了一个C@AAT. Vrind等人阵列10（2021）10006110图五. 经典方案和所提出的ACC协议方案之间的延迟比较（如UE所经历的）。T. Vrind等人阵列10（2021）10006111¼×图第六章 经典方案和建议的ACC协议方案之间的延迟比较（总的队列替换时间）。由基于WLAN的空中小区服务的连接的UE，范围从50到500. Y轴捕获在经典方案-1和所提出的方案中的UE替换（目标空中小区的准备就绪以及所有连接的UE的切换）的很明显，随着UE数量的增加，基于4步RACH经典切换方案-1和基于2步RACH的经典切换方案-1都显示出MBMS替换的总持续时间的增加趋势。所提出的ACC协议方案不受UE数量增加的影响在具有500个UE的基于4步RACH的经典方案-1中，延迟约为30秒，并且在具有500个UE的基于2步RACH的经典方案-1中，延迟约为20秒所提出的基于ACC协议的方案仅花费大约20 ms，当与经典方案-1（即，比（14）提高了99%（30-20/1000）/30）100），其中因子1000表示从毫秒到秒的转换。9. 结论基于GPRS的空中小区可以向地面网络提供动态扩展。LAP具有有限的覆盖时间，并且因此这种空中小区的替换此外，由于容量不足或电池故障等原因，也需要更换。然而，由新的RNC进行替换需要将所有UE会话转移到目标空中小区，这导致UE处的数据会话中断现有的文献中，基于天线的电池没有有效地分析更换问题。经典的方案，如路由器或通过去激活和激活的链路管理被设计用于支持用户移动性或用于网络中在本文中，我们提出了一种新的空中细胞克隆（ACC）协议，用于替换源克隆与目标克隆。提出的方案减少了切换延迟、数据会话中断和吞吐量损失，这是空中通信的关键指标。通过呼叫流程评估、分析模型和仿真，我们将所提出的ACC与现有文献中讨论的经典方案进行了比较。通过使用NS-3的系统级仿真，我们表明，与经典方案相比，所提出的ACC将数据会话中断提高了约68%，并且将替换的总延迟降低到可以忽略的值，即，改善率超过99%。作为未来的扩展，我们将分析失败的情况下，在建议的ACC计划的每 一 步 我 们 将 分 析 和 提 供 机 制 ， 以 处 理 和 管 理 在 通 信 链 路establishment，准入和身份验证，在一个多网络交换机的情况下的问题信用作者声明Tushar Vrind：概念化，方法论，软件，数据编辑，写作Lalit Pathak：数据策展，写作-审查和编辑。 DebabrataDas：监督，写作-审查和编辑。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用[1] 3GPP的标准。技术报告。38.811：“支持非地面网络的新无线电（NR）研究“2018;15. Release.[2] TariqF，et al. 关于6G的研究2019年。arXiv：1902.06700。[3] 拉特瓦·阿霍·马蒂莱普·阿嫩·卡莉。6G无处不在的无线智能的关键驱动因素和研究挑战，ISBN 9789526223544。[4] [10]吴晓波，李晓波.无线网络中的无人机：应用，挑战和开放问题。第三季度。在：IEEE通信调查&Tuesday，21; 2019。p. 2334-60https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2902862.号3.[5] 孙燕，荣德瑞克，吴坤，肖伯罗伯特，等。太阳能无人机通信系统的资源分配。IEEE第19届无线通信信号处理国际研讨会。SPAWC）; 2018年。[6] Al-Hourani A，Kandeepan S，Laravan S.最大覆盖范围的最佳飞行高度。In：IEEE Wireless Communications Letters，3; Dec. 2014.第569- 572页。https://doi.org/10.1109/LWC.20