Nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng vô tuyến băng rộng đa dịch vụ

Nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng vô tuyến băng rộng đa dịch vụ

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Đề đảm bảo được chất lượng dịch vụ với các tham số cụ thể,

mạng IP vô tuyến cần một thuật toán điều khiển đăng nhập thích hợp

để cho phép hoặc cắm các cuộc gọi dựa trên điều kiện lưu lượng

trong tế bào hoặc trong tế bào bên cạnh CÁC là lĩnh vực được nhiều

nhà nghiên cứu quan tâm

Mục đích nghiên cứu

Trong quyền luận văn này, chúng tôi tập trung đi sâu nghiên

cứu mô hình điều khiển đăng nhập hệ thống dựa trên các mức ưu tiên

đối với lưu lượng đa lớp để đảm bảo chất lượng dịch vụ Đồng thời

để xuất biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng lõi

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Cơ chế điều khiển đăng nhập đối với đầu cuối di động để đảm bao

chất lượng dịch vụ khi chuyển vùng Bên cạnh đó, kién tric Diffserv

dam bao QoS da duoc nhiéu nha khoa hoc nghiên cứu và có nhiều

ứng dụng, việc điều khiển các đáp ứng tại các nút mạng là rất quan

trọng, cơ chế điều khiển bộ đệm và biện pháp cân bằng lưu lượng

giữa các tham số QoS được tập trung nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng lý thuyết hàng đợi và mô hình dòng chảy Markov để giải

quyết bài toán chuyển vùng đối với các lớp dịch vụ kết hợp với các

tham số kỹ thuật được đưa ra trong SLA Lý thuyết fuzzy được sử

dụng để cân bằng giữa các tham số QoS

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Luận văn nghiên cứu với mục đích đề xuất phương pháp nâng cao

chất lượng dịch vụ mạng vô tuyến băng rộng, mô hình lưu lượng đa

lớp tương ứng với các dịch vụ băng rộng đang khai thác

Ngoài phần mở đầu và kết luận, cấu trúc quyền luận văn bao

gôm các phần chính sau

Chương 1: Hệ thống thông tin di động dựa trên chuyển mạch

gói Phân tích đặc điểm doi với lưu lượng da phương tiện, các dịch

vụ đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ, ánh xạ các yêu cầu

dịch vụ sang các thoả thuận chất lượng và các tham số mạng

-2-

Chương 2: Chuyển giao trong hệ thống thông tin di động Các phương pháp chuyển giao cũng như các mô hình toán học đang được các nhà khoa học quan tâm được trình bày trong chương này

Chương 3: Đề xuất mô hình điều khiển đăng nhập kết nối

trong mạng thông tin di động thế hệ sau Chương 4: Mô hình quản lý lưu lượng để cân bằng giữa các

tham số QoS và kết hợp với điều khiển đăng nhập

Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG 1: HE THONG THONG TIN DI DONG DUA TREN

CONG NGHE CHUYEN MACH GOI

1.1 Cac dich vu trong mang NGN

ITU-T có định nghĩa một số các dịch vụ đa phương tiện như sau: Dịch vụ hiển thị, Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, Dịch vụ hội nghị đa phương tiện, Dịch vụ quản lý nhóm

1.2 Lưu lượng đa phương tiện 1.2.1 Lưu lượng thoại

Mô hình lưu lượng đối với dịch vụ thoại dựa trên lý thuyết Erlang dựa trên 2 tham số Đó là tốc độ xuất hiện cuộc øọI và thời gian chiến giữ trung bình Phân bố thống kê đối với các xuất hiện cuộc gọi được coi là phân bố Poisson với thời gian giữa các lần xuất hiện thuân theo phân bố mũ

1.22 — Lưu lượng dữ liệu Đối với liên kết lưu lượng, một số các tham số điển hình được

sử dụng để đặc tính hóa nguồn lưu lượng như tốc độ dữ liệu đỉnh tốc

độ dữ liệu trung bình cũng như lưu lượng bùng n6, trong đó có một

số tham số quan trong phụ thuộc vào lớp dịch vụ và loại ứng dụng Các tham sô quan trọng nhất là: Tỷ lệ mất gói, Thông lượng (throughput), Tính sẵn có (availability ), Tré, Biến đổi trễ

1.2.3 Lưu lượng và liên kết không đối xứng Trong thực tế, nhu cầu sử dụng đữ liệu đối với người sử dụng

thường là không đối xứng.Thông thường nhu cầu tải dữ liệu theo hướng xuống nhiều hơn theo hướng lên

1.3 Chất lượng dịch vụ và các yếu tố liên quan 1.3.1 QoS Internet

Kién tric hé tro QoS trén Internet duoc phan loai thanh hai nhóm: Các dịch vụ tích hợp IntServ va dich vu vi phan DiffServ

-3-

1.3.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ)

Cốt lõi của IntServ là giao thức chuẩn bị tài nguyên RSVP

RSVP cho phép người sử dụng kết cuối báo hiệu mạng về các yêu

cầu QoS của người sử dụng và cho phép các node mạng gửi báo hiệu

đến nhau để định vị tài nguyên theo đường lưu lượng Tuy nhiên rất

khó triển khai IntServ diện rong

1.3.3 Cc dich vu phan biét (DiffServ)

Dịch vụ phân biệt DS hay DiffServ str dung mô hình phân biệt,

ở mô hình này các gói được phân loại thành nhóm nhỏ ở biên mạng

Các trạng thái lưu lượng chỉ được duy trì ở biên mạng Không duy trì

bất kỳ trạng thái dự trữ nào trong router tức thời Các router lõi trong

mạng chỉ cần sự tập hợp lưu lượng để thực hiện các kỹ thuật như là

lập lịch và quản lý bộ đệm Do đó DiffServ được sử dụng nhiều hơn

IntServ/RSVP

1.3.4 QoŠ trong mạng IP vô tuyến

Một vấn để lớn khi cung cấp QoS trong mạng IP vô tuyến là

cách xác định tài nguyên mạng có hiệu quá khi người sử dụng di

chuyển, các giao thức điều chỉnh QoS động

1.4 Chất lượng dịch vụ mức gói và mức cuộc gọi

1.4.1 Băng thông hiệu quả

Băng thông hiệu quả là dung lượng phục vụ được yêu cầu bởi

luông lưu lượng để thỏa mãn chất lượng dịch vụ của nó, dựa trên các

đặc điểm của nguôn lưu lượng, yêu cầu chất lượng dịch vụ của nguồn

và kích thước bộ đệm

1.4.2 Phân chia ao

Phân chia ảo là thuật toán sử dụng để cung cấp dich vu cho

khách hàng trên cùng một cơ sở hạ tần vật lý Có hai biện pháp

truyền thống để chia sẻ tài nguyên Một là phân chia hoàn toàn (CP),

trong đó việc phân chia mang tính thống kê giữa các SLA, cho phép

moi SLA sử dụng độc quyên dung lượng được cấp phát Hai là chia

sẻ hoàn toàn (CS), nó cho phép tất cả các SLA chia sẻ tài nguyên một

cách tự do

1.5 Kết luận

Chương này trình bày sơ lược về các dịch vụ trong mạng

â Gã và các bài toán đặt ra mà các nhà khoa học phải giải quyết

Kiến trúc Diffserv thuận lợi cho việc triển khai diện rộng và thích

hợp với bài toán đặt ra hiện nay Các van đề liên quan tới chất lượng

-4-

dịch vụ được các nhà nghiên cứu quan tâm và cũng như các tôn tại cần khắc phục làm cơ sở chọn hướng giải quyết và cách giải quyết

mà luận án sẽ đưa ra ở chương 3 và chương 4

CHUONG 2: CHUYEN GIAO TRONG HE THONG THONG

TIN DI DONG TE BAO

Thuật toán chuyển giao hiệu quả sẽ là cách rẻ nhất để đảm bao dung lượng hệ thống và chất lượng dịch vụ

2.1 Các kịch bản phát triển hệ thống thông tin di động tế bào

Một số các kiến trúc tế bào cơ bản: macrocell, microcell, hé thống chồng lân và các kiến trúc đặc biệt như hệ thống băng rộng đa kênh

2.2 _ Mức độ ưu tiên trong chuyển giao Hai phương pháp chính trong ưu tiên hóa chuyển giao đó là kênh bảo vệ và hàng đợi

e Kênh bảo vệ

e Hang doi trong chuyén giao 2.3 Chuyén giao va quan ly tai nguyén Một số nhiệm vụ quản lý tài nguyên trong hệ thống thông tin

di động tế bào bao gồm điều khiển đăng nhập, gán kênh, điều khiển

công suất, và chuyên giao

2.4 Các cơ chế điều khiến đăng nhập cho chuyển giao 2.4.1 Cơ chế giới hạn cuộc gọi mới

Hình 2.1: Sơ đồ chuyên đổi trạng thái trong cơ chế hạn chế đối với

cuộc gọI mới

=5-

Co ché hoat động như sau: nếu số các cuộc ØỌI mới vượt quá

một ngưỡng cho trước thì khi cuộc gọi mới xuất hiện, cuộc gọi mới

này sẽ bị khóa; ngược lại nó sẽ được chấp nhận Cuộc gọi chuyển

giao chỉ bị rơi khi tất cả các kênh trong tế bào đã được sử dụng

Gọi K là ngưỡng đối với cuộc gọi mới và Â, „„l/, |,

và C lần lượt là tốc độ đến của cuộc gọi mới, tốc độ xuất hiện cuộc

gọi chuyển giao, thời gian chiếm kênh trung bình của CuỘc gọi mới

và cuộc gọi cũ và số kênh trong tế bào Tính toán xác suất khóa cuộc

gọi mới „ và xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao p„„

“~K'!n! “<n! (C-n)!

Pyy = $a - v (2.1)

Hinh 2.2: So dé chuyén déi trạng thái của co chế ưu tiên hoàn toàn

-6-

Cơ chế được thực hiện như sau: Gọi m là ngưỡng, đối với cuộc gol xuat hién 4 éu tong số kênh bận nhỏ hơn m, cuộc gol moi duoc chap nhận; ngược lại cuộc gọi mới bị khóa Cuộc gọi chuyển giao luôn luôn được chấp nhận trừ khi không còn kênh rỗi Các tham số

 Â,.,./, và c tương tự như được định nghĩa trong cơ chế hạn chế cuộc gọi mới Gọi m là ngưỡng hạn chếTừ đó ta thu được xác suất khóa cuộc gọi mới gần đúng và xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao gần đúng:

ye ere

(p+ p,)" 2,”

we seta Ly (p+ p,)" 2}

2.4.3 Cơ chế kênh bảo vệ từng phần

Mô hình toán học của cơ chê này như sau: gọi 0<(=0,1, ,C—]I)<1, khi số các kênh bận trong tế bào là ¡ nếu một cuộc gọi mới xuất hiện thì nó sẽ được đăng nhập hệ thống với xác suất , Cuộc gọi chuyển giao luôn luôn được đăng nhập hệ

thống trừ khi không còn kênh rỗi, trong trường hợp đó thì tất cả các

cuộc gọi sẽ bị khóa Chúng ta cũng nhận thây răng nêu 8>/,> > Ø, lưu lượng cuộc gọi mới sẽ được điều chỉnh để ngày càng nhỏ hơn (mỏng đi) khi số lượng kênh bận tăng lên.) Chúng ta có thê tính được xác suât khóa của cuộc gọi mới và xác suất rơi cuộc gọi chuyên g1ao:

j=0

Tuy nhiên có thể nhận thấy là với các cơ chế trên còn nhiều

hạn chế, phương pháp toán học mới chỉ tính gần đúng xác suất cần

quan tâm

2.5 Kết luận

Chương 2 — Chuyễn giao trong hệ thống thông tin di động tế

bào nhằm giới thiệu cơ sở lý thuyết về chuyển giao trong hệ thống,

các yêu tố chuyển giao ảnh hưởng đến chất lượng mạng di động, điều

đó làm nên tảng cho những nghiên cứu của luận văn ở chương 3

CHUONG 3: DAM BAO CHAT LUONG DICH VU TRONG

MANG THONG TIN DI DONG THE HE SAU DUA TREN CO

CHE DIEU KHIEN DANG NHAP

Trong tam cua chuong nay dé xuat cơ chế điều khiển đăng

nhập dựa trên quyên ưu tiên đa lớp, mỗi lớp tương ứng với một loại

hình dịch vụ đồng thời kết hợp với các tham số liên quan tới chất

lượng dịch vụ được ánh xạ trong SUA để đưa ra cơ chế điều khiển

đăng nhập linh hoạt và nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng

3.1 Điều khiển đăng nhập cuộc gọi dựa trên quyền ưu tiên đa

lớp trong mạng thông tin di động

3.1.1 Mô hình hệ thống

Giả sử rằng mô hình hệ thông có tốc độ xuất hiện cuộc gọi mới

là phân bố đều trên toàn bộ khu vực cung cấp dịch vụ di động Chúng

ta xét mô hình lưu lượng có K lớp QoS và mỗi lớp có quyên ưu tiên

riêng QoS dựa vào quyên ưu tiên trong trường hợp này được mô tá

bởi 0< Øđ <1 (1<¡< K) với mỗi lớp ¡ và 0< Ø,< Ø, < Ø„ <L

Chọn các xác suât /Ø; theo QoS: dựa vào QoS chúng ta phân loại

quyên ưu tiên làm K mức và quyên ưu tiên cao hơn có xác suât cao

hơn đê chiêm kênh (hoặc băng thông) Cuộc gọi mới trong mỗi lớp

được châp nhận hoặc từ chôi dựa vào việc chiêm kênh và lớp dịch vụ

của nó Chúng ta giá sử răng tât cả lưu lượng được tạo ra theo phân

phôi Poisson với tốc độ trung bình mỗi tế bào là 4,, 4, cho mỗi cuộc

gọi mới của lớp i và cuộc gọi chuyên giao Quyên ưu tiên được cung

cap cho cuộc gọi chuyên giao băng cách phân bô kênh C, cho cuộc

gọi giữa các kênh Œ Chia xẻ kênh chung Œ — C, cho cả cuộc gọi mới

và cuộc gọi chuyên giao Khi bât kỳ lưu lượng nào đên, nó được phân

bổ một kênh cho đến khi số kênh bận lên tới C— C, Khi một cuộc gọi mới của lớp ¡ đến, tốc độ chấp nhận là /4, Khi số kênh bận

vượt quá C—C,, cuộc gọi mới bị chặn lại Cuộc gọi chuyển giao duoc chap nhận cho đến khi tất cả các kênh bận

3.1.2 Mô hình toán học A,, A, lần lượt là tốc độ xuất hiện trung bình cho cuộc gọi mới lớp ¡ và cuộc gọi chuyển giao như định nghĩa trong 3.1.1 Số cuộc gọi

mới đến trong mỗi giây với mỗi tế bao 2, = >) BA,

i=l

Xác suất nghẽn của cuộc gọi mới là tổng các xác suất ở trạng thái có số kênh bận ở trạm sốc lớn hơn hoặc bằng C-C,:

K

co (MBA FA OA EO

,

C—O, oy BA, +A," C O BA, +A, )o Ạj/ 6)

(3.1)

Xác suât rơi cuộc gọi chuyên giao là xác suât ở trạng thái có sô kénh ban 6 tram goc bang C:

K

(SBA +A OA

m

Clue

C-C, O BA, +4,)' C Oo BA +4,)o% AiG

(3.2)

-9-

3.1.3 Tính toán số cho hệ thống

Ta giả sử rằng =l6 và Œ, =4 Giả sử có hai lớp dịch vụ

QoS với /Ø=0,95 và Ø, =l Tốc độ cuộc gọi mới ở lớp 1 là

4, =1/20 và tốc độ cuộc gọi mới ở lớp 2 là 4; = 1/25, tốc độ cuộc

gọi chuyển giao là 4, =I/30 Băng công cụ mô phỏng, chúng ta giả

sử thời gian dịch vụ của tất cả các loại cuộc gol bang nhau va trong

khoang “= {0.04, ,0.5}

Dropping probability of handoff

call

Probability

Traffic loads

——O=—= wi hcss an d guard chann el v1 h0UE chss, guar d channel

—t vi hcbss an dwi hout gui d chan noi: ==M=—wi hout bot hchss and guard chann el

Hình 3.1: Xác suất rớt cuộc gọi chuyên giao theo tải lưu lượng

Blocking probability of new

call

Traffic loads

wt h chsses and guard chann eb wi hout chsses, wth guard chan n eb

—t———v hcbsses, wÌ houi guard chann eb wit hout_chsses an dwt hout guard chan neb

Hình 3.2: Xác suất khóa của cuộc gọi mới theo tải lưu lượng

-10-

Trong Hình 3.1, chúng ta quan sát thấy, khi tải lưu lượng tăng, xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao cũng tăng, nhưng cơ chế đề xuất dựa vào ưu tiên QoS có xác suất rơi nhỏ hơn Đó là bởi vì chúng ta

có nhiều kênh hơn cho cuộc gọi chuyển giao Trong Hình 3.2, khi tải lưu lượng nhỏ, xác suất nghẽn của cuộc gọi mới nhỏ nhất â hưng khi tải lưu lượng tăng, xác suất nghẽn tăng rất nhanh vì cuộc gọi chuyển giao có quyên ưu tiên cao hơn

Dropping probability of handoff call

Traffic loads

[0-16 —s— O=15 —œ— C=14 —x— C=13 |

Hình 3.3: Xác suất rớt cuộc gọi chuyên giao theo tải lưu lượng với C

khác nhau

Blocking probability of new call

Traffic loads

| —-—c-16 ——®——C-|5 ——k—— C-=l4 ——X— C=l3 |

Hình 3.4: Xác suất nghẽn cuộc gọi mới theo tải lưu lượng với C khác

nhau

Trong Hình 3.3 và Hinh 3.4, chúng ta thay rằng với các kênh

giống nhau và các lớp QoS giống nhau và sô kênh nhỏ đi, xác suất

rớt cuộc gọi của cuộc gọi chuyển giao và xác suất nghẽn của cuộc gọi

mới nhỏ đi

3.2 Cơ chế điều khiến đăng nhap theo SLA

3.2.1 Dinh nghia SLA (Service Level Agreements)

SLA là thoả thuận chính thức giữa hai hay nhiều phía đạt được

sau khi hoạt động thương thảo giữa các bên về đặc tính dịch vụ Các

điều khoản của SLA liên quan đến QoS được gọi là thỏa thuận QoS

3.2.2 Thóa thuận QoŠ

Các tham số QoS phải được định nghĩa rõ ràng khi xây dựng

một SLA, các tham số này chính là các thoả thuận QoS Các tham số

QoS thành loại trực tiếp và loại gián tiếp Các tham số QoS có thê

được kết hợp theo một thuật toán để đưa ra một chỉ số liên quan đến

QoS tổng thể để có thể đánh giá chất lượng dịch vụ khách hàng nhận

được phù hợp như thế nào so với dịch vụ đã được ký kết

3.2.3 Cơ chế kênh ưu tiên định sẵn với hàng đợi cho lưu lượng

chuyển giao dựa trên SLA

Để giảm xác suất rơi cuộc gol chuyén giao, một bộ đệm có

kích thước K được sử dụng Cũng giống như cơ chế ưu tiên hoàn toàn,

chúng ta sử dụng Œ, kênh dành riêng cho các cuộc gọi chuyền giao

(C—CŒ,) kênh còn lại được dùng chung cho cả các cuộc gọi mới và

các cuộc gọi chuyển giao 4 éu C kênh đã được sử dụng, cuộc gọi

chuyên giao sẽ được đưa vào đợi trong bộ đệm (có kích thước K)

â hư vậy, hệ thông sẽ bao gôm C kênh và bộ đệm kích thước K và

kích thước hệ vn sẽ là C+K

S@%eO@20

(CC +])/

Hình 3.5: So dé chuyển đổi trạng thái của Cơ chế kênh ưu tiên định

sẵn với hàng đợi cho lưu lượng chuyển giao dua trén SLA

Dựa trên các tham số SLA, các cuộc gọi chuyển giao được

phân làm hai loại ta tạm gọi là loại 1 và loại 2 Gọi 2 là tốc độ xuất

hiện của cuộc gọi mới, 4, là tốc độ xuất hiện của cuộc gol chuyén giao thoả mãn tham số SLA về độ trễ (cuộc gọi chuyển giao loại 1),

A, la tốc độ xuất hiên của cuộc gọi chuyển giao loại 2 Quá trình xuất hiện cuộc gọi trong hệ thống là quá trình Poisson do vậy tốc độ xuất hiện cuộc gọi chuyển giao trong hệ thống là 4„ = 4¡ + Â; và tốc

độ xuất hiện cuộc gọi trong hệ thông là A, =h, +4, Tất cả các cuộc gọi có cùng phân bó hàm mũ của thời gian phục vụ và có tốc độ phục vụ / Khi đó tông cường độ lưu lượng tải trên từng kênh của tê

bao la p, =4,/ Cu

Xác suất khoá cuộc gol cua cuộc gọi mới là tổng xác suất của các trạng thái trong hệ thông có sô các kênh bận lớn hơn hoặc băng C~-C,:

C+K

j=C-C,,

Xác suất rơi cuộc gọi của các cuộc gọi chuyên giao là tông của các xác suât trạng thái có sô các kênh bận trong hệ thông lớn hơn hoặc băng C :

C+K

j=C Xác suất rơi cuộc gọi của các cuộc gọi chuyển giao loại l:

Sử dụng công thức Little cho hệ thống hàng đợi có các trạng thái cân băng, chúng ta có thê tính được thời gian đợi trung bình trong hàng đợi của cuộc gọi chuyên giao loại Ï:

Q# (j—C)P,

3.2.4 Tính toán và phân tích số Trong quá trình phân tích chúng ta sử dụng các giá tri

C =1ó6,C, =4,K =4 Trong cơ chế ưu tiên hoàn toàn, chúng ta giả

=l3-

thiết tốc độ xuất hiện cuộc gọi mới trong tế bào là A, =1/15 va tốc

độ xuất hiện cuộc gọi chuyên giao là 4„ = I/20 Bên cạnh đó để cho

việc so sánh các giá trị chính xác, trong cơ chế kênh ưu tiên định sẵn

với hàng đợi dựa trên tham số SLA ta giả thiết A, =1/15 và tốc độ

xuất hiện các cuộc gọi chuyển giao loại 1 là 44 =1/25 và tốc độ

chuyển giao các cuộc gọi loại 2 là A, =1/100 Để đơn giản trong

tính toán, chúng ta coi thời gian phục vụ của tất cả các cuộc gọi là

như nhau và năm trong khoảng giá trị // = {0.04 ey 0.5}

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

-0.2

Traffic load {p)

[—e—without priority —=— with queue —.— with queue and priority |

Hình 3.6: Xác suất rơi cuộc gọi chuyên giao theo lưu lượng tải trên

từng kênh

Traffic load (p)

[—+—without priority —#— with queue with queue and priority |

Hình 3.7: Xác suất khoá cuộc gọi mới theo lưu lượng tải trên từng

kênh

-14-

Trong Hình 3.6, khi lưu lượng tải tăng thì xác suất rơi cuộc gol cting tang theo, co chế điều khién theo SLA có xác suất rơi cuộc gol

là nhỏ nhất Trong khi đó, Hình 3.7 cho chúng ta thấy xác suất khoá

cudc gol moi đối với tất cả các cơ thế là như nhau Hình 3.8 va Hình 3.9 cho chúng ta thấy, với số kênh bảo vệ và hàng đợi như nhau, khi tổng số kênh tăng lên thì xác suất rơi cuộc gọi mới và khoá cuộc gọi tăng lên, điều này cũng dễ dàng nhận được bởi vi khi đó tỷ lệ giữa số kênh bảo vệ dành cho cuộc gọi chuyển giao với tổng số kênh của hệ thống giảm đi

Traffic load (p)

[—e— 0=16, K=4 —=_ 0-15, K=4 4 0=14, K=4 |

Hình 3.8: Xác suất khoá cuộc gọi mới theo lưu lượng tải trên

từng kênh với C khác nhau

Traffic load (p)

[—e— C=16, K=4 = 0=15, K=4 4 G=14, K=4]

Hình 3.9: Xác suất rơi cuộc gọi chuyên giao theo lưu lượng tải trên

từng kênh với Œ khác nhau

3.3 Kétluan

Chương này đê cập tới các phương pháp điêu khiến đăng nhập

cuộc gọi dành cho mạng thông tin di động Phương pháp sử dụng

các mức ưu tiên cho các cuộc gọi đa phương tiện, kết nối cuộc gọi đa

phương tiện có thê ở mức ưu tiên cao hơn cuộc 901 thoal, va cudc gol

thoại có mức ưu tiên cao hơn cuộc gọi đữ liệu Bên cạnh đỏ, phương

pháp điêu khiên đăng nhập cuộc gọi dựa trên các tham sô SLA đề xử

lý đối với các cuộc gọi sử dụng dịch vụ đa phương tiện

CHUONG 4: GIAI PHAP DAM BAO CHAT LUONG DICH VU

TRONG MANG INTERNET

4.1 Kién tric hé thong

Mang dang ky

Mién dang ky DiffServ

Hình 4.1: Mô hình kiên trúc mạng di động vô tuyến Internet

Hệ thông chúng ta quan tâm được minh hoạ trong Hình 4.1 trong đó kiên trúc DiffServ dùng để giám sát QoS Trong hệ thống, tât cả các vùng đăng nhập là vùng quản lý DiffServ và trong đó tất cả các router là DiffServ IP router Gateway và trạm gốc là các router

biên và được nôi với router lõi Gateway là giao tiếp kết nối với

mạng Internet đường trục, tại đó một SLA được sử dụng dé xác định các tài nguyên được định vị bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet cho các lưu lượng tập trung đi và đên øateway

4.2 — Điêu khiến truy nhập cuộc gọi theo vùng Giả sử một vùng đăng nhập có M tế bào, trong đó việc xuất hiện các cuộc gọi mới với mỗi lớp dịch vụ là quá trinh Poisson với tốc độ 2 cuộc trên mỗi tê bào trong một đơn vị thời gian và thời gian cuộc goi là phân bô mũ với trung bình 1/ tu Mỗi tế bào có thể phục

vụ tôi đa C cuộc gọi, và phân trăm (ø#) của dung lượng tế bào, œC, là một tập hợp như kênh bảo vệ đề bảo vệ các Cuộc gol chuyền giao Thời gian chiếm giữ kênh trong một trạm sốc (thời gian cuộc gọi trong một trạm gôc trước khi chuyền giao sang trạm gôc khác) là phân bô mũ với trung bình 1/ñ (tôc độ chuyên giao là 0)

4.3 Tôi ưu hoá bộ đệm cho nguôn lưu lượng đa lớp Lớp lưu lượng được định nghĩa trong mạng vô tuyên thế hệ 3

có thể được hỗ trợ bởi dịch vụ đảm bao trong kién tric DiffServ Trong mang vo tuyên, do tài nguyên sẵn có luôn thay đôi theo sự di chuyền của người sử dụng và do biến đôi chất lượng kênh, vì vậy tôi

ưu hoá bộ đệm đâu vào rât quan trọng đề cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên Công việc quan trọng ở đây là tập trung vào tính di động

Đó là định vị băng thông chỉ thay đôi khi có một cuộc gọi mới xuất hiện, cuộc gọi kết thúc và cuộc GỌI chuyền 21a0

4.4 Mô hình hệ thông đa lớp

Xét bộ đệm được chia thành các phân với kích thước B, trong

đó lưu lượng đâu vào được tạo ra từ các nguôn modul theo Markov

và lưu lượng đâu ra được phục vụ bởi các kênh có dung lượng không đôi c Yêu câu chất lượng dịch vụ được biểu diễn bởi xác suat mat gói (PLP) £, đối với lớp thứ j, 7e {1,2 J} Gọi S là không gian trạng thái và M là ma trận tạo của chuỗi Markov của nguôn lưu lượng Tại trạng thải 1 (i C S) , nguôn tạo ra lưu lượng của lớp j (I <J< J)

với tốc độ Al Luật truy nhập dựa trên cơ chế đặt trước không gian,

sử dụng ngưỡng 1B,.I <j<J = 1h Goi X(t) 1a téng số các dòng

chay cua tất cả các lớp trong bộ đệm tại thời điểm t Khi

B_,<X(t)< B,(1<j<2J) chỉ có dòng chảy của các lớp

{js J+ J} được truy nhập vào bộ đệm

4.5 Tối ưu hóa phân chia bộ đệm

Khi nguôn điêu chê Markov tạo ra J lớp lưu lượng và được

phục vụ bởi bộ đệm được phân chia theo J-Ï ngưỡng, tỷ lệ ton that

của mỗi lớp có thê được tính gân đúng như sau:

G(B,)=| [exp[x((8,-B8,J)] <j<J) 4D

Trong đó để đơn giản coi L = 1 Biểu diễn giá trị riêng dưới

dạng z”(c) để nhắn mạnh chất lượng dịch vụ bị ảnh hưởng trực tiếp

bởi kênh c Mục tiêu trong phần này là tìm được một vector

=(Bị,B, B, 1) có dung lượng kênh c nhỏ nhất

4.6 Hệ thống ghép kênh hỗn hợp

Giả sử K nguồn lưu lượng được đặc tính hóa theo

(M*,Â*) (k=1,2 ,K) Gia sir déi voi méi k, nguồn k có W®

trạng thai va ma tran tao M 1a t6i gian Biéu dién rut gol chuẩn

cua M có dạng:

4.7 Cơ chế điều khiến bộ đệm

4.7.1 Cơ chế điều khiển dựa trên SLA, cân bằng giữa các tham

số ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ

Quản lý dựa trên các chính sách là một trong những kỹ thuật

được sử dụng để kết hợp các cấu hình thỏa mãn một sô các yêu cầu

trong mạng dựa trên thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) â hững chính

sách trừu tượng này khó có thể được diễn giải và triển khai theo các

yêu cầu mạng, những yêu cầu này đơn thuân là các giá trị, và logic

mờ được sử dụng để trình bày một cách hiệu quả các giá trị trừu tượng này Điều khiển mờ được triển khai như là một cơ chế giám sát động được sử dụng để thiết lập cấu hình cho các nút mạng tương ứng với lưu lượng đầu vào

4.7.2 Kiến trúc hệ thống và phương pháp luận

Lưu đồ phương pháp luận phát triển hệ thống được đưa ra

trong Hình 4.2, trong đó có các thủ tục thực hiện nhiệm vụ của hệ

thống và các khối kiểm tra, người điều hành mạng có thể làm hoàn

chỉnh các chỉ tiêu kỹ thuật được cam kết trong SLA

Hình 4.2: Lưu đồ điều khiển ứng dụng lôgic mờ

4.7.3 Cân bằng giữa độ trễ và tốn thất trong dịch vụ Dƒƒfšerv

Chúng ta xem xét một mạng có bốn loại hình địch vụ cơ bản

và được mã hóa như sau:

11: lưu lượng thời g1an thực với mức ưu tiên cao nhất (1) 10: lưu lượng thời gian thực với mức dịch vụ thông thường

(0)

01: lưu lượng không phụ thuộc thời gian thực với mức ưu tiên cao (1)

00: lưu lượng không phụ thuộc thời gian thực với mức dịch

vụ thông thường (0)

Với dịch vụ loại 10 và 01 tương đơi gân nhau và cĩ thê sử

dụng các biện pháp can băng cho chúng

Bộ đệm 10

Server

Bộ đệm 01

Gĩi đi

Hình 4.3: Hệ thơng hàng đợi cĩ điêu khiến

Cả hai bộ đệm này được hạn chế với các mức dung lượng

được tính tốn theo thuật toản băng thơng tơi ưu và kích thước tương

ứng la B,, va B,, voi B,, < Bo,

Trạng thái của hệ thơng cĩ thể biêu diễn bởi (s,,„sạ,) trong

d6 s,, =Ú,l, , Ba và sạ,=Ú,], , đả, lân lượt là sơ các gĩi trong

bộ đệm 10 va Ol Tổng số các gĩi trong hàng doi là

x=sa+sạ =0,L, ,B,„ + Bụ, Các quyết định được thực hiện khi

các øĩI đi và đên bộ đệm Chúng ta cĩ các luật điêu khiến sau:

(1) â êu trạng thái hệ thơng x= %ạ =9 =0, nêu khơng cĩ gĩi

nào trong hàng đợi thì sẽ khơng cĩ gĩi nào được gui di;

(2) âêu x=l thì nêu chỉ cĩ một gĩi trong hệ thơng thì gĩi này

sẽ được gui di

Do vậy chúng ta chỉ tập trung vào lập lịch cho các gĩi đang

năm trong hàng đợi khi cả hai bộ đệm đang cĩ gĩi và kênh truyền di

đang rơi (cĩ săn)

Chúng ta chọn đâu vào fuzzy cla cdc gĩi s,; và sạ, trong

các bộ đệm 10 và 01 với các giá trị ZO, PS, PM, và PB Dau ra fuzzy

là các quyêt định đ = 07 hoặc 7/0, nĩ cĩ nghĩa là các gĩi từ bộ đệm 0]

hoặc I0 được phục vụ (gửi đi) Chúng ta phát triên nguyên tặc điêu

khiến được dua ra trong Bang 4.1, trong do gia tri dau ra fuzzy d= *

cĩ nghĩa là khơng goi nao duoc lựa chon

Bang 4.1: 4 guyên tắc lựa chọn cân băng giữa các lớp

â uyên tặc 1-8 â uyên tặc 9-16 S10 01 D S10 01 d

ZO ZO * ZO PM 01

PA ZO 10 PS PM 01

PM ZO 10 PM PM 10

PB ZO 10 PB PM 10

ZO PS 01 ZO PB 01

PS PS 10 PS PB 01

PM PS 10 PM PB 01

PB PS 10 PB PB 01

Chúng ta xác định chính sách điều khiến hang đợi sử dụng lòIc fuzzy với thuật tốn được chỉ ra như sau:

1 Hệ sơ định cỡ cho dau vao s,, va Sp,

2 Bat dau tir trang thai khdi tao s,, = s,, =0

3 Xác định d dựa trên quá trình fuzzy hĩa, suy diễn fuzzy dua trên nguyên tặc mơ tả ở bảng trên, và sau đĩ giải fuzZV

4 âêu sạ, < Bụ, thì thiết lap s,, =s,,+1 và quay trở lại bước

(3); ngược lại thiết lập Sy, =O va tiên đên bước 5

5 ắu s, <B,, thiéet lap s,, =s,, +1 va quay trở lại bước

(3); ngugc lai “stop”

4.7.5 Tính tốn số

Sử dụng cơng cụ mơ phỏng â S2 (a etwork simulator), topo mạng được sử dụng để mơ phỏng gơm 15 nut mang trong mién Diffserv Topo mang nay đưa ra nút cơ chai giữa các nút mạng lõi

Su dụng 7 nguơn lưu lượng voi dich vu Diffserv voi ma DS 10 va 8

nguơn lưu lượng với mã DS 11 Thoi gian giam sat cho hoạt động là 160s øiám sát liên kết tại nút lõi Topoloey mạng được biêu diên trong Hình 4.4