In this dissertation, we are concerned with the issues on mobility and traffic analyses in three-dimensional (3-D) indoor environments considering in-building structures such as outer walls, gates, staircases, and elevators.
First, we propose a 3-D mobility model on the intermediate floors of buildings by extending our two-dimensional model suggested in [34],[36]. We here assume that users move horizontally or vertically in the staircase region and they move horizontally in the floor region. We extend the Engset blocking probability model and suggest a blocking probability model with mobility when the blocking probability constraint is given. We first obtain mobility associated with the mean number of handoffs for each cell and then separately evaluate the blocking probability of each cell because mobility and the number of users for each cell depend on cell types.
Second, we propose a 3-D mobility model in multi-story buildings by considering the proper boundary conditions caused by outer walls and a gate and by extending horizontal/vertical motions. We model mobility more realistically with these boundary conditions and horizontal/vertical motions. We extend the Engset blocking probability model and suggest a blocking probability model with mobility including boundary conditions. Third, we propose a moving elevator cell system in high-rise buildings providing seamless handoffs and eliminating inter-floor handoffs. Also the required number of channels can be reduced under the heavy traffic conditions by combining a waiting region on every floor into an elevator cell in a FCA scheme. We model the movements of an elevator and users, and both the S- and the P-systems are compared using traffic analysis with mobility during a heavy traffic period. The performance of both the S- and P-systems is compared in terms of a cost function which considers both handoff failures due to unavoidable delays prior to handoff completions and blockings/handoff failures due to insufficient channels. Result shows that the P-system requires less cost than the S-system. Finally, we propose a 3-D mobility model in high-rise buildings considering the proper boundary conditions on each floor and vertical motions through elevators. We model mobility with these boundary conditions on each floor and vertical motions through elevators. We extend the Engset blocking probability model and suggest a blocking probability model with mobility including boundary conditions.'
본 연구는 3차원 옥내 환경에서 동일층에서의 평면 운동과 계단, 승강기를 통한 상하 운동을 고려하여 가입자의 이동성을 모델링하고 그 모델을 기반으로 트래픽을 해석함으로써 이동성이 무선망에 미치는 영향을 분석한다.
첫번째로, 본 논문에서는 도심지 구조를 고려하여 직각 운동을 가정한 기존 2차원 모델을 확장하여 건물 내의 중간층에서의 3차원 이동성 및 트래픽 모델을 제안한다. 여기서 한 층을 계단을 포함한 계단 영역과 나머지 마루 영역으로 나누고 가입자가 계단 영역에서는 평면 운동 또는 상하 운동을 하고 마루 영역에서는 평면 운동만을 한다고 가정한 후 평균 핸드오프 수를 평가한다. 다음으로 위에서 구한 이동성을 기반으로 기존의 Engset 분포를 변형한 호손율 모델을 제안한다. 가입자의 이동성은 앞에서 구한 평균 핸드오프 수를 이용하여 구하고 평균 셀 별 가입자 수를 추가로 구함으로써 각 셀 별로 변형된 Engset 호손율 모델을 평가할 수 있다.
두번째로, 첫번째에서 구한 중간층에서의 3차원 이동성 및 트래픽 모델에 경계 조건을 추가하여 다층 건물에서의 3차원 이동성 및 트래픽 모델을 제안한다. 여기서 경계 조건이란 가입자들이 외벽에 도달하면 핸드오프하지 않고 돌아온다는 것, 최상위 층과 최하위 층에서는 각각 상하 운동 중 하향과 상향으로만 운동한다는 것, 그리고 1층에서는 정문을 통해 외부와 출입을 한다는 것이다. 이러한 경계 조건을 추가하고 평균 핸드오프 수와 호손율을 평가한다.
세번째로, 고층 건물에서 승강기를 출입하면서 끊김이 없는 통화를 보장하고 핸드오프를 대폭 줄여 주는 이동 승강기 셀 시스템을 제안한다. 먼저 기존 승강기 시스템(N-시스템과 S-시스템)에서 통화하는 가입자가 승강기를 출입하면서 통화 중 많은 핸드오프를 겪거나 끊김이 발생할 수 있음을 보여 준다. 또한 승강기와 가입자의 운동을 모델링하여 제안된 P-시스템과 기존 S-시스템을 해석한 결과 출퇴근 시간 같이 승강기의 수요가 많은 시간대를 대비하고 고정 할당 방식을 채용할 경우 P-시스템이 S-시스템에 비해 요구 채널 수를 줄일 수 있음을 보여 준다. 그리고 승강기를 통해 출입하면서 통화의 끊김을 유발하는 피할 수 없는 핸드오프 지연에 기인한 핸드오프 실패와 채널 부족에 기인한 새호 손실, 핸드오프 실패를 동시에 고려한 비용함수를 정의하여 제안된 P-시스템이 S-시스템에 비해 비용을 대폭 줄일 수 있음을 보여 준다.
마지막으로, 고층 건물에서의 3차원 이동성 및 트래픽 모델을 제안한다. 여기서는 두 번째에서 제안한 모델에 승강기를 출입하는 가입자 운동을 추가하여 모델링하였다. 즉 한 층을 승강기를 포함한 승강기 영역과 나머지 마루 영역으로 나누고 가입자가 승강기 영역에서는 평면 운동을 하거나 상하 운동을 선택하고 마루 영역에서는 평면 운동을 한다. 또 건물 내 나머지 영역인 승강기 대기 영역과 복수의 승강기들은 하나의 승강기 셀이 관리한다고 가정한다. 복수의 승강기들은 하나의 승강기 셀이 관리한다고 가정한다. 그리고 주어진 가정하에서 평균 핸드오프 수와 호손율을 평가한다.
