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)1516010.22363/2312-9735-2017-25-1-9-18Mathematical Teletraffic Theory and Telecommunication NetworksМатематическая теория телетрафика и сети телекоммуникацийResearch ArticlePerformance and Modeling of Session Setup Procedure Using Random Access ChannelМетод оценки времени установления соединения по радиоканалу случайного доступаZaripovaE RЗариповаЭльвира РинатовнаDepartment of Applied Probability and InformaticsКафедра прикладной информатики и теории вероятностейezarip@sci.pfu.edu.ruArdila PintoAАрдила ПинтоАльдемарDepartment of Applied Probability and InformaticsКафедра прикладной информатики и теории вероятностейaldemar.ardila@gmail.comRUDN University (Peoples’ Friendship University of Russia)Российский университет дружбы народов15122017251ТОМ 25, №1 (2017)91808022017Copyright ©; 2017, Зарипова Э.Р., Ардила Пинто А.2017Зарипова Э.Р., Ардила Пинто А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/15160We observe nowadays increasing the number of devices using Internet for data transmission in LTE network. Researchers offer their algorithms and methods for base station load reduction. Our approach allows minimizing network resources using Random Access Channel for session setup procedure. We obtain all performance measures for this procedure between user equipment and LTE base station. Procedure includes four messages: preamble transmission on the physical random access channel (Msg1), random access response of existing RACH procedure (Msg2), connection request, a.k.a. Hybrid automatic repeat request on the physical uplink shared channel (Msg3) and connection resolution (Msg4). This approach is used for small data transmission. If two or more devices select the same preamble, then collision occurs, and it is necessary to retransmit another preamble. Similarly, Msg3 may be blocked due to lack of resources. Our analytical model includes the dependence on collision probability. This solution has been proposed by 3GPP technical report 37.868. We obtain such performance measures as collision probability, dependent upon the number of attempts and the overall number of attempts in the period; access success probability; statistics of number of preamble transmissions; statistics of access delay. Numerical experiment demonstrate the accuracy of the proposed analytical model in the form of Markov chains.В настоящее время наблюдается стремительный рост числа устройств, обменивающихся между собой информацией в сети связи LTE (Long-Term Evolution), а также увеличение объёма передаваемых данных. Актуальной является задача уменьшения нагрузки, как сигнальной, так и пользовательской, которую обслуживают сети связи. Для этого разрабатывают и внедряют алгоритмы упрощённого взаимодействия между пользовательскими устройствами и сетью с целью минимизации затраченных ресурсов сети. В статье исследуется процедура установления соединения между устройством и базовой станцией LTE. Вопрос передачи малых данных, образуемых межмашинными соединениями (M2M, Machine-To-Machine), может быть решён с помощью использования радиоканала случайного доступа RACH (Random Access Channel) для установления соединения. Такое решение было предложено в техническом отчёте TR 37.868 консорциума 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Для процедуры установления соединения по радиоканалу случайного доступа необходимо оценить предварительные вероятностно-временные характеристики, такие как время установления соединения, вероятность успешного установления соединения, вероятность коллизии, статистика по числу преамбул при успешном установлении соединения. В данной статье приведены формулы для расчёта всех необходимых характеристик. Численные результаты показывают точность предложенной аналитической модели в виде Марковской цепи.LTE-advancedmachine-type communicationsrandom access channelMarkov chainaccess success probabilityaverage access delayмежмашинные соединенияканал случайного доступа (RACH)вероятность коллизийматематическая модельсреднее время установления соединения1.3GPP LTE Release 10 & beyond (LTE-Advanced), MTC Enhancements. Study on RAN Improvements for Machine-type Communications. Release 11. - TR 37.868. - 2011.2.Study on enhancements to Machine-Type Communications and other mobil edata applications; RAN Aspects. Release 12. - TR 37.869. - 2013.3.Modelling a Random Access Channel with Collisions for M2M Traffic in LTE Net-works / V. Borodakiy, K. Samouylov, Yu. Gaidamaka, P. Abaev, I. Buturlin, Sh. Etezov // NEW2AN/ruSMART / Ed. by S. Balandin et al. - Springer, Heidelberg. LNCS 8638, 2014. - Pp. 301-310.4.Analyzing the Overload of 3GPP LTE System by Diverse Classes of Connected-Mode MTC Devices / O. Dementev, O. Galinina, M. Gerasimenko, T. Tirronen, J. Torsner, S. Andreev, Y. Koucheryavy // IEEE World Forum on Internet of Things. - 2014. - Pp. 309-312.5.Baseline Analytical Model for Machine-type Communications over 3GPP RACH in LTE-advanced Networks / K. Samouylov, Yu. Gaidamaka, I. Gudkova, E. Zaripova, S. Shorgin // ISCIS 2016: Communications in Computer and Information Science. - Vol. 659. - Springer, 2016. - Pp. 203-213.6.Wei C.-H., Bianchi G., Cheng R.-G. Modelling and Analysis of Random Access Channels with Bursty Arrivals in OFDMA Wireless Networks // IEEE Trans. on Wireless Communication. - 2015. - No 14. - Pp. 1940-1953.7.RACH Collision Probability for Machine-Type Communications / R.-G. Cheng, C.-H. Wei, S.-L. Tsao, F.-C. Ren. - 2012. - Pp. 1-5.8.Virtual Code Resource Allocation for Energy-Aware MTC Access over 5G Systems / M. Condoluci, G. Araniti, M. Dohler, A. Iera, A. Molinaro // Ad Hoc Networks. - 2016. - Vol. 43. - Pp. 3-15.