第五章 Petri net 與 分散式動態頻道配置系統
5.2 Petri net 分散式動態頻道配置系統
5.1 Petri net 基本介紹
1. 基本元素(1) Place (P) : 如圖 5.1 中的 A 與 B。 P={ A, B }。
(2) Transition (T) : 如圖 5.1 中的 C。 T={ C }。
(3) Token : 如圖 5.1 中 Place A 中的標記。以 X()表示 Place 中的標記數量。
如圖 5.1 中，X(A)=1, X(B)=0。圖 5.2 中，X(A)=0, X(B)=1
(4) Weight (w) : place 對 transition 或 transition 對 place 的箭頭數目。例如，
w(A,C)=1, w(C,B)=1。
Place A Place B
Transition C Place A Place B
Transition C
圖 5.1 Transition C 觸發前 圖 5.2 Transition C 觸發後
2. 動作規定
若 X(A) ≥ w(A,C)，則我們稱 Transition C 是可觸發的(enable)。如圖 5.1，
X(A)=1 ≥ w(A,C)=1。當 Transition C 被觸發(fire)，Place A 會射出 w(A)個 Token，Place B 會被射入 w(B)個 Token，如圖 5.2 為圖 5.1 觸發(fire)Transition C 後 Token 變動結 果。
5.2 Petri net 分散式動態頻道配置系統
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圖 5.3 為單一 cell 的頻道配置系統圖，cell 與 cell 會彼此連接而形成全網路動 態頻道配置系統。圖 5.4 為配置權判斷裝置。
5.2.1 單一 cell 基本元素介紹 1. Token :
(1) 無編號 token : 此類 token 可用以觸發任何編號的 token 進行 transition 的動作。place Q 與 place B 中的 token 種類就屬於無編號 token。
(2) 有編號 token : token 編號代表頻道編號，假如網路頻寬可分為 70 個頻 道，則 token 編號為 1 到 70。除了 place Q 與 place B 中的 token 之外，
其餘 place 中的 token 皆屬於有編號 token。相同編號的 token 可互相觸 發。
2. Place :
(1) Q : token 在 Q 中，表示該 cell 需要配置頻道。
(2) B : token 在 B 中，表示該 cell 發生 call blocked。
(3) 0 : token 在 0 中，表示該 token 所代表的頻道狀態為 0。
(4) C : token 在 C 中，表示該 cell 選擇了該 token 所代表的頻道進行 handshake。
(5) 1 : token 在 1 中，表示該 token 所代表的頻道狀態為 1。
(6) ‐1 : token 在‐1 中，表示該 token 所代表的頻道狀態為‐1。
(7) ‐2 : token 在‐2 中，表示該 token 所代表的頻道狀態為‐2。
(8) ‐3 : token 在‐3 中，表示該 token 所代表的頻道狀態為‐3。
(9) Nak : token 在 Nak 中，表示該 cell 所選擇的頻道無法進行配置工作。
(10) Ack : token 在 Ack 中，表示該 cell 所選擇的頻道可以進行配置工作。
(11) Re : token 在 Re 中，表示配置權取得失敗，系統必須重新選擇頻道。
(12) G : token 在 G 中，表示配置權取得成功，系統可以使用此頻道進行配置。
(13) T1 : token 在 T1 中，表示該 cell 正在對其周圍的 cell 進行被動限制的動作。
(14) T2 : token 在 T2 中，表示該 cell 正在對其周圍的 cell 進行被動還原的動作。
(15) C : 收到周圍 cell 所傳送來的 place C 的更新。
(16) !C : 與 place C 為反向訊號。
3. Transition :
(1) Call arrival and CAC and Count no. of calls in cell : Call arrival 發生且對 call 進行 Call admission control，並計算 cell 中 serving call 的數量。
(2) Update no. of calls in cell : 更新 cell 中 serving call 的數量。
(3) Call Blocked : call blocked 發生。
(4) Channel Select : 選擇頻道。
(5) Handshake : 執行 Handshake 動作。
(6) 重新選擇 : 配置權取得失敗後，必須重新選擇頻道進行 Handshake 動作。
(7) 主動配置 : 使用該頻道進行通訊。
(8) 被動限制 : 限制該頻道的使用。
(9) 被動還原 : 解除該頻道的限制。
(10) Call complete and Call reassignment and Update no. of calls in cell : call 結束 通話、執行 channel reassignment 並更新 cell 中 serving call 的數量。
5.2.2 系統環境假設
1. 每一個 cell 中，每一種有編號的 token 都會被置入 place 0 或 place C 或 place 1 或 place ‐1 或 place ‐2 或 place ‐3 中，以表示該 token 所代表的頻道於此 cell 是代表何種的頻道狀態。例如，token 27 被置入 cell 15 的 place 1 中表示頻道 27 於 cell 15 是處於正在通訊中的狀態。
2. 每一個 cell 與其相鄰 Cell 間的訊息傳遞時間為定值 Tp。
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3. 每一個 cell 中，當 place 0、place C、place 1、place ‐1、place ‐2、place ‐3 的 頻道狀態發生改變，會將變更結果立刻告知周圍的 cell，訊息傳遞時間為 Tp。
所以每一個 cell 中的基地台掌握其周圍 cell 的頻道配置狀態有著時間 Tp 的延 遲。
4. 每一個 cell 中，周圍頻道狀態暫存裝置由 Place C 與 Place !C 組成，每當其周 圍的 cell 一發生頻道狀態改變，會向此 2 個 place 進行更新。由於每一個 cell 周圍都會有 6 個相鄰的 cell，故每一個 cell 必須設有 6 組周圍頻道狀態暫存裝 置，分別儲存周圍 6 組 cell 的頻道使用狀態。
5. Transition 觸發種類 :
(1) Intra cell fixed time : 當 Transition 是 enable 時，必須維持一段固定時間才 予以觸發(fire)，屬於單一 cell 內的轉換動作。
(2) intra cell stochastic time : 當 Transition 是 enable 時，必須維持一段隨機 時間才予以觸發。
(3) Inter cell fixed time : 當 Transition 是 enable 時，必須維持一段固定時間才 予以觸發，屬於 cell 與 cell 間的 Transition。
(4) Instantaneous : 當 Transition 是 enable 時，立即觸發。
(5) Instantaneous by control : Transition 維持一段固定時間後立即觸發。
所有 Transition 的種類指定如圖 5.3 所示。
6. Transition 被動限制、被動還原與 Handshake 的轉換時間皆設定為一個 Tp 的 時間。
7. 條件選擇線路 : 規定附於其線路上的條件若滿足則線路會予以導通，若不滿 足則中斷線路。
8. RL : token 剩餘的存活時間。token 一被置入 place Q 後，RL 就會開始隨時間遞 減，最小值為 0。
9. 每一個 Cell 中，Petri Net 會對 serving call 的數量作控管(CAC)，當 no. of serving
calls < 70，token 被允許射入 place Q 中，而 call complete 與 call blocked 發生 後會更新 serving call 的數量。.
5.2.3 系統運作說明
1. Call arrival and CAC and Count no. of calls in cell
當 call arrival 發生時，配置系統會進行 call admission control，若該 cell 中的 serving call 數目小於 70，則允許 token 射入 place Q 中，而每當 call blocked 發生 後或 Call complete 發生後，cell 會即時更新 serving call 的數量。
2. Channel Select 與 Call Blocked
當 token 被射入 place Q 中，此時有兩個條件選擇線路，線路 1 : RL=0，連接 到 Transition Call Blocked、線路 2 : RL>0，連接到 Transition Channel Select。
(1) 情形 1 : RL>0，線路 2 導通，執行 Transition Channel Select，則該 cell 必 須從 place 0 中選擇一個頻道(token)進行配置，而被選擇的頻道 token 會 被射入 place C 中。
(2) 情形 2 : RL=0，線路 1 導通，執行 Transition Call Blocked，則 token 會由 place Q 射入 place B 中，表示 call blocked 發生。
3. Handshake 過程
頻道在使用配置之前必須先取得頻道配置權才可以執行主動配置的轉換動 作，如此即可確保頻道在選擇配置上不會有同頻干擾的現象發生。當 token 進入 place C 中，會等待一個訊息傳遞時間 Tp，然後分別觸發 6 組周圍頻道狀態偵測 裝置中 place 內的 token。只要在 Tp 時間內該組偵測裝置沒有被變更為 place C 的情形發生，則對於該 cell，token 會被射入 place Ack 中。成功取得配置權的情 形為對於其周圍的 6 個 cell 都擷取到 place Ack 的情形，見圖 5.4。若配置權判斷 成功，token 會被射入 place G 中，觸發 Transition 主動配置，將 token 射入 place
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1 中。若配置權判斷失敗，token 會被射入 place Re 中，觸發 Transition 重新選擇，
將 token 射回 place Q 中，此時再檢查該 token 所計錄的 RL 值，若 RL 值歸 0，則 call blocked 發生，token 會由 place Q 射入 place B 中。
4. Cells 之間頻道狀態轉換
當 cell 執行 Transition 主動配置的同時，token 會被射入 place T1 中，T1 會觸 發其周圍的 cell 執行 Transition 被動限制。當 cell 執行 Transition Call complete 的 同時，token 會被射入 place T2 中，T2 會觸發其周圍的 cell 執行 Transition 被動還 原。對於 reuse distance =2 cell units 的系統，每一個 cell 的 Transition 主動配置會 影響其 cell 周圍 6 個 cell 必須執行 Transition 被動限制，而 Transition 主動還原會 影響其 cell 周圍 6 個 cell 必須執行 Transition 被動還原，所以一個 cell 的 place T1 與 T2 各有 6 個，分別連接到其周圍 6 個 cell 中。當然 cell 自己本身也會受到其 周圍 6 個 cell 的 place T1 與 T2 的影響，而做出對應的 Transition 轉換動作。
整個頻道配置的過程，就像是 token 於各個 place 之間的轉移，而 cell 與 cell 之間，同編號的 token 會相互影響其 token 所在的 place。
5.2.4 其他動作規定 1. Channel Select
(1) 選擇配置頻道的方法為第三章的規定。
(2) Cell 所選擇的頻道，其周圍頻道狀態偵測裝置中的 place 必須為!C。
2. Channel reassignment
發生於 call complete。選擇釋放頻道的方法為第四章的規定。
Q CB
Call BlockedChannel Select 配置權判斷裝置Gre
0 1 -1 -2 -3
AckNak
C0 1 -1 -2 -3
T1 T2
被動限制 被動限制 被動限制 被動還原 被動還原 被動還原
被動限制 被動還原
被動限制 被動限制 被動還原 被動還原 圖 5.3 Petri Net 分散式動態頻道配系統
Call complete and Call reassign and Update no. of calls in cell
RL=0RL>0
ll fixed time ll stochastic time r cell fixed time neous HandshakeHandshake
主動配置
重新選擇
C
周圍頻道狀態偵測裝置 !C
Call arrival and CAC and count no. of calls in cell Update no. of calls in cell
stantaneous by control
Gre 失敗 Ack Nak Cell 1
6 5 4 3 2 1 Cell6 5 4 3 2 1 Cell6 5 4 3 2 1 Cell6 5 4 3 2 1 Cell Ack Nak Cell 2Ack Nak Cell 3Ack Nak Cell 4Ack Nak Cell 5k 圖5.4 配置權判斷裝置
…… 成功
第六章 動態頻道配置模擬
本章節分為兩部分，第一部分純粹以動態頻道選擇方法做模擬的比較。第二 部分加上 channel reassignment 的策略，進行整體性的頻道配置模擬。