Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)14558ArticlesСтатьиResearch ArticleMultiservice Queuing System with Elastic and Streaming Flows and Markovian Arrival Process for Modelling LTE Cell with M2M TrafficМодель соты LTE с межмашинным трафиком в виде мультисервисной системы массового обслуживания с эластичными и потоковыми заявками и марковским входящим потокомVishnevskyV MВишневскийВладимир МироновичRussian Academy of Sciencesvishn@inbox.ruSamouylovK EСамуйловКонстантин Евгеньевичksam@sci.pfu.edu.ruNaumovV AНаумовВалерий Арсеньевичvaleriy.naumov@pfu.fiYarkinaN VЯркинаНаталья Владимировнаnat.yarkina@mail.ruV.A. Trapeznikov Institute of Control SciencesИнститут проблем управления им. В.А. Трапезникова РАНRUDN University (Peoples’ Friendship University of Russia)Российский университет дружбы народовService Innovation Research Institute (PIKE)Исследовательский институт инноваций151220164NO4 (2016)№4 (2016)263614122016Copyright ©; 2016, Вишневский В.М., Самуйлов К.Е., Наумов В.А., Яркина Н.В.2016Вишневский В.М., Самуйлов К.Е., Наумов В.А., Яркина Н.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/14558Internet of Things (IoT) is thought to become the third wave of the Internet and to bring important changes into both technological and business aspects of telecommunications. However, for this to happen, an infrastructure should be developed in order to provide network access and management functions to millions, if not billions of IoT-enabled devices. LTE networks could play the key role in the IoT communications landscape, provided that their capabilities are enhanced to efficiently support IoT devices and provide massive machine-to-machine connections without hampering human-to-human communications. Our paper addresses resource allocation in an LTE cell with both human-to-human and machine-to-machine connections. The cell is modeled as a multiservice queuing system with streaming and elastic jobs flows. Resources for machine-to-machine connections are allocated in batches of fixed size; requests for them arrive according to a Markovian arrival process. We obtain the stationary probability distribution of the system and formulas for request blocking probabilities.Интернет вещей (ИВ) имеет все шансы стать “третьей волной” в развитии Интернета и существенно поменять лицо отрасли связи как в технологическом, так и в экономическом отношении. Однако для того чтобы это стало реальностью, должна быть создана инфокоммуникационная инфраструктура, обеспечивающая функции сетевого доступа и управления миллионам, а то и миллиардам ИВ-устройств. Сети LTE займут центральное место в этой инфраструктуре при условии, что соответствующие стандарты будут доработаны для обеспечения массового межмашинного взаимодействия без ущерба для предоставления традиционных услуг абонентам. Настоящая работа посвящена построению модели распределения радиоресурсов в соте сети LTE, обслуживающей два типа трафика: телефонии и межмашинного взаимодействия. Модель построена в виде мультисервисной системы массового обслуживания с потоковыми и эластичными заявками. Ресурсы для пропуска трафика межмашинного взаимодействия выделяются диапазонами фиксированного размера, а поступление запросов на его передачу описывается с помощью марковского входящего потока (Markovian Arrival Process, MAP). В работе получены стационарное распределение вероятностей состояний системы и формулы для стационарных вероятностей потерь заявок.LTEInternet of Thingsmultiservice queuing systemMarkovian arrival processMAPИнтернет вещейсеть LTEмультисервисная система массового обслуживаниямарковский входящий потокMAP-поток1.Vermesan O. et al. Internet of Things Strategic Research Roadmap. - 2011. - Accessed 30 Oct. 2016. http://www.internet-of-things-research.eu/pdf/IoT_ Cluster_Strategic_Research_Agenda_2011.pdf, accessed 30 Oct. 2016.2.International Telecommunication Union. - 2005.3.Guibene W., Nolan K.E., Kelly M.Y. Survey on Clean Slate Cellular-IoT Standard Proposals // 2015 IEEE International Conference on Computer and Information Technology. IEEE Computer Society. 2015. Pp. 1596-1599.4.Cheng M., Lin G., Wei H. Overload Control for Machine-Type-Communications in LTE-advanced System // IEEE Communications Magazine. 2012. Vol. 50(6). Pp. 38-45.5.Cellular Architecture and Key Technologies for 5G Wireless Communication Net- works / C.-X. Wang, F. Haider, X. Gao, Y.Y. Xiao-Hu You, D. Yuan, H. Aggoune, H. Haas, S. Fletcher, F. Hepsaydir // IEEE Communications Magazine. - 2014. - Vol. 52(2). Pp. 122-130.6.Influence of M2M Communication on the Physical Resource Utilization of LTE / C. Ide, B. Dusza, M. Putzke, C. Mu¨ller, C. Wietfeld // Proc. of the 11th Wireless Telecommunications Symposium (WTS 2012). London. - 2012. - Pp. 1-6.7.Lien S.-Y., Chen K.-C. Massive Access Management for QoS Guarantees in 3GPP Machine-to-Machine Communications // IEEE Communications Magazine. - IEEE Communications Letters. Vol. 15(3). P. 2011.8.Radio Resource Allocation in LTE-Advanced Cellular Networks with M2M Communications / K. Zheng, F. Hu, W. Wang, W. Xiang, M. Dohler // IEEE Communications Magazine. 2012. Vol. 50(7). Pp. 184-192.9.Кучерявый А.Е., Футахи А., Кучерявый Е.А. LTE и беспроводные сенсорные сети // Мобильные телекоммуникации. 2012. С. 38-41.10.Analyzing the Overload of 3GPP LTE System by Diverse Classes of Connected-Mode M2M Devices / O. Dementev, O. Galinina, M. Gerasimenko, T. Tirronen, J. Torsner, S. Andreev, Y. Koucheryavy // Proc. of the IEEE World Forum on Internet of Things. 2014. Pp. 309-312.11.Бутурлин И.А., Гайдамака Ю.В., Самуйлов А.К. О задачах максимизации функции полезности для двух алгоритмов межуровневой оптимизации в сети OFDM // T-Comm - Телекоммуникации и транспорт. 2012. № 7. С. 30-32.12.Beale M. Future Challenges in Efficiently Supporting M2M in the LTE Standards // Proceedings of the 10th Wireless Communications and Networking Conference WC- NCW 2012. Paris: 2012. Pp. 186-190.13.Shin S.Y., Triwicaksono D. Radio Resource Control Scheme for Machine-to-Machine Communication in LTE Infrastructure // Proc. of the 3rd International Conference on ICT Convergence ICTC 2012. Jeju Island, Korea: 2012. Pp. 1-6.14.Бутурлин И.А., Гудкова И.А., Чукарин А В. Модель распределения радиоресурсов с фиксированным диапазоном для трафика межмашинного взаимодействия в сети LTE // T-Comm - Телекоммуникации и транспорт. 2014. № 8. - С. 14-18.15.Башарин Г.П., Штатнов С.В. Мультисервисная модель обслуживания эластичного трафика с конечным числом источников // T-Comm - Телекоммуникации и транспорт. 2010. № 7. С. 4-7.16.Яшков С.Ф. Математические вопросы теории систем обслуживания с разделением процессора // Итоги науки и техники. Серия «Теория вероятностей. Математическая статистика. Теоретическая кибернетика». 1990. Т. 29. С. 3-82.17.Basharin G.P., Naumov V.A. Simple Matrix Description of Peaked and Smooth Traffic and its Applications // Proc. of the 3 Int. Seminar on Teletraffic Theory “Fundamentals of Teletraffic Theory”. Moscow: VINITI, 1984. Pp. 38-44.18.Наумов В.А. Марковские модели потоков требований // Сб. «Системы массового обслуживания и информатика». Москва: Изд-во УДН, 1987. С. 67-73.19.Naoumov V.A., Basharin G.P. Losungsmethoden fur lineare algebraische Gleichun-ssysteme stationarer charakteristiken // Handbuch der Bedienungstheorie, I. Berlin: Academie-Verlag, 1983. Pp. 387-430.