kỹ thuật điều khiển và giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông trong mạng 3g

Độ tin cậy, hiệu quả, tính tối ưu và tính tương hợp là các hàm mục tiêu trong bài toán tối ưu hóa được sử dụng để xây dựng các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong ít năm gần đây, chúng ta đã và đang chứng kiến sự bùng nổ của cácdịch vụ viễn thông Thành công của các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ phụ thuộcrất mạnh vào hạ tầng truyền dẫn mà còn bị chi phối bởi độ tin cậy của hệ thống điềukhiển chất lượng dịch vụ (QoS) Vấn đề QoS xuất hiện rất tự nhiên và đồng hànhvới mạng viễn thông ngay từ khi các mạng còn ở trình độ sơ khai Cùng với quátrình phát triển các công nghệ mạng, kỹ thuật điều khiển QoS đã có những bướcphát triển nhảy vọt trong vài thập kỷ gần đây Ngày nay hầu như không một khíacạnh nào của quá trình vận hành và khai thác mạng viễn thông lại không ít nhiềudính líu tới kỹ thuật điều khiển, điều khiển là trong khi xét cho cùng mục tiêu củađiều khiển là nhắm tới thỏa mãn các yêu cầu về QoS Điều này có nghĩa rằng, điềukhiển QoS là một trong các tác vụ cốt lõi cấu thành quá trình vận hành tin cậy củamột mạng Bảo đảm QoS không chỉ có nghĩa các thuê bao sử dụng mạng viễn thôngđược hưởng lợi, mà chính những nhà quản trị và khai thác mạng lại là những người

trước tiên thu được lợi nhuận do các thuộc tính tin cậy, hiệu quả, tối ưu và tương

hợp của điều khiển QoS mang lại Có thể nói không quá rằng QoS là một nửa hữu

cơ cấu thành mạng viễn thông Sở dĩ chúng ta chưa thấy được hết nửa này bởi nó ẩnsâu đằng sau những gì chúng ta thấy Tuy nhiên ảnh hưởng của nó lên toàn cục đã làhiển nhiên và rất to lớn

Quá trình đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông chủ yếu liênquan tới việc thiết lập các chính sách chia sẻ tài nguyên mạng, bao gồm băng thông,

dung lượng bộ đệm rồi tự động thực thi các chính sách đó Độ tin cậy, hiệu quả,

tính tối ưu và tính tương hợp là các hàm mục tiêu trong bài toán tối ưu hóa được sử

dụng để xây dựng các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông.Hay nói cách khác, một hệ thống viễn thông được áp dụng điều khiển chất lượngdịch vụ luôn là một hệ thống tối ưu theo ít nhất một trong các chỉ tiêu nói trên Một

hệ thống như vậy rõ ràng sẽ đem lại giá trị gia tăng và hiệu quả kinh tế rất to lớnngay trên nền các công nghệ viễn thông hiện hữu

Trong bối cảnh như thế, kỹ thuật điều khiển và nâng cao chất lượng dịch vụtrong mạng viễn thông, đặc biệt trong mạng 3G là một hướng nghiên cứu đang dànhđược sự quan tâm của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Và do đó em chọn đề

tài tôt nghiệp là: “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAOCHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIỄN THÔNG TRONG MẠNG 3G”

Trên cơ sở những kiến thức đã tích lũy được qua những năm học tập tại

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-THÔNG TIN trường VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀNỘI tôi đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.Để hoàn thành bản đồ án này tôi xin

chân thành cảm ơn thầy giáo TS HOÀNG MẠNH THẮNG đã tận tình hướng dẫn

tôi trong suốt quá trình hoàn thiện đồ án này

Đồ án tốt nghiệp hẳn không tránh khỏi những sai sót, em rất hy vọng nhậnđược những lời góp ý bổ ích từ phía Thầy, Cô và Các bạn

TÓM TẮT

Đề tài tốt nghiệp "Kỹ thuật điều khiển và các giải pháp nâng cao chất lượngdịch vụ viễn thông trong mạng 3G" tập trung làm sáng tỏ hai vấn đề:

Vấn đề thứ nhất, nghiên cứu các kỹ thuật điều khiển chất lượng dịch vụ, đề

tài khai thác các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ trong các môi trường viễnthông tốc độ cao, băng rộng như mạng không dây, chế độ truyền tải dị bộ ATM,mạng giao thức Internet (IP), mạng chuyển nhãn đa giao thức MPLS, mạngUMTS đó là những loại mạng chính cấu thành mạng viễn thông hiện nay

Vấn đề thứ hai, đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ: QoS

trong mạng 3G, yêu cầu QoS nói chung, yêu cầu QoS tại End-User, kiến trúc QoSEnd-to-End và những giải pháp khả thi cho mục đích nâng cao chất lượng dịch vụ

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương:

Chương 1 Lộ trình lên 3G của mạng viễn thông, chương này phác lại con

đường lên 3G của mạng viễn thông toàn cầu

Chương 2 Bản chất lưu lượng và công nghệ mạng, chương 2 trình bày bản

chất của lưu lượng (một đối tượng của điều khiển QoS), các công nghệ mạng khôngdây, ATM, mạng IP, MPLS, mạng phi thể thức

Chương 3 Điều khiển QoS tại mạng lõi, chương 3 đưa ra các phương pháp

điều khiển QoS như: điều khiển chấp nhận cuộc nối, điều khiển dẫn nạp lưu lượng,lập lịch gói, triển khai hàng chờ gói công bằng, quản trị bộ đệm, điều khiển luồng

và điều khiển nghẽn, định tuyến QoS Các vấn đề về đảm bảo QoS trong mạng lõiđược trình bày trong chương này

Chương 4 Điều khiển QoS tại các giao diện vô tuyến, chương 4 là chương

trọng tâm Chương này giải quyết các vấn đề điều khiển và nâng cao QoS tại các kếtnối UE-BS trên cơ sở peer-to-peer, các kỹ thuật điều khiển công suất hay các kỹthuật chuyển giao trong mạng WCDMA Các vấn đề về nâng cao dung lượng mạng

và chất lượng cuộc nối cũng sẽ được phân tích cụ thể

Secondly, give out resolutions to raise quatily of service This sectionpresents QoS problems in 3G network, QoS requirements in common, QoSrequirement at end-user, QoS End-to-End architecture, and possible resolution forpurpose to raise quality of service.

This plan consits of four chapters:

Chapter 1 The road to 3G of telecommunication network, this chapter

sketches the road to 3G of global telecommunication network

Chapter 2 Throughput essence and network technologies, chapter 2

mentions on the essence of throughput (one obiect of QoS control), wirelessnetwork technologies, ATM, IP network, MPLS

Chapter 3 QoS control mechanisms at core network, chapter 3 give out

methods to control QoS, such as connection admission control, packet scheduling,packet fair queuing deployment, buffer management, flow control, congestioncontrol, QoS routing QoS guarantee problems in core network is represented in thischapter

Chapter 4 QoS control mechanisms at radio interface, this is the main

chapter which resolves problems of QoS raise an control at UE-BS connection onpeer-to-peer basis, techniques of power control and handover in WCDMA network.Problems of network capacity improvement and quality of connection will bespecifically analysed

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC BẢNG x

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT x

CHƯƠNG 1 LỘ TRÌNH LÊN 3G CỦA MẠNG VIỄN THÔNG 1

1.1 Lộ trình lên 3G 1

1.1.1 Tổng quan 1

1.1.2 FDMA, TDMA và CDMA 3

1.1.3 Hướng về 3G 4

1.1.4 Từ GSM lên 3G 4

1.1.5 Từ IS-95 đến cdma2000 6

1.1.6 Kết luận 6

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 7

1.2.1 Hệ thống viễn thông di động Quốc tế IMT-2000 7

1.2.2 Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS 8

CHƯƠNG 2 BẢN CHẤT LƯU LƯỢNG VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG 11

2.1 Bản chất của lưu lượng 11

2.2 Các công nghệ mạng 12

2.2.1 Mạng không dây 12

2.2.2 ATM 13

2.2.3 Intserv 15

2.2.4 Diffserv 16

2.2.5 Chuyển nhãn đa giao thức MPLS 17

2.2.6 Mạng phi thể thức Ad Hoc 18

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN QoS TRONG MẠNG LÕI 19

3.1 Điều khiển chấp nhận 20

3.1.1 Nguyên lý điều khiển chấp nhận 20

3.1.2 Chiến lược điều khiển chấp nhận dựa trên công suất băng rộng 21

3.2 Điều khiển dẫn nạp lưu lượng 22

3.3 Lập lịch gói 22

3.3.1 Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) 23

3.3.2 RTT 27

3.4 Triển khai hàng chờ gói công bằng PFQ 30

3.5 Quản trị bộ đệm 30

3.6 Điều khiển luồng và điều khiển nghẽn 31

3.7 Định tuyến QoS 31

3.8 Kết luận 32

CHƯƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN QoS TRONG MẠNG TRUY NHẬP 34

4.1 Đo tải giao diện vô tuyến 34

4.1.1 Tải hướng lên 34

4.1.1.1 Ước lượng tải dựa trên công suất thu băng rộng 34

4.1.1.2 Ước lượng tải dựa trên thông lượng 35

4.1.1.3 So sánh các phương pháp ước lượng tải hướng lên 36

4.1.2 Tải hướng xuống 38

4.1.2.1 Ước lượng tải dựa trên công suất 38

4.1.2.2 Ước lượng tải dựa trên thông lượng 38

4.2 Dự tính mạng vô tuyến 39

4.2.1 Tài nguyên kết nối vô tuyến 40

4.2.2 Hệ số tải 46

4.2.2.1 Hệ số tải hướng lên 46

4.2.2.2 Hệ số tải hướng xuống 49

4.2.3 Phương pháp nâng cấp dung lượng 54

4.2.4 Dung lượng trên km2 55

4.2.5 Nhiễu giữa các nhà cung cấp 56

4.2.5.1 Giới thiệu 56

4.2.5.2 Ảnh hưởng của hướng lên và hướng xuống 57

4.2.5.3 Các giải pháp để tránh nhiễu kênh lân cận 58

4.3 Điều khiển công suất 59

4.3.1 Điều khiển công suất mạch vòng kín 59

4.3.2 Điều khiển công suất nhanh 61

4.3.2.1 Độ lợi của điều khiển công suất nhanh 61

4.3.2.2 Điều khiển công suất và phân tập 63

4.3.2.3 Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm 67

4.3.3 Điều khiển công suất vòng ngoài 70

4.3.3.1 Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài 72

4.3.3.2 Ước lượng chất lượng thu 73

4.3.3.3 Giải thuật điều khiển công suất vòng ngoài 74

4.3.3.4 Dịch vụ chất lượng cao 75

4.3.3.5 Động lực điều khiển công suất giới hạn 76

4.3.3.6 Đa dịch vụ 76

4.3.3.7 Điều khiển công suất vòng ngoài hướng xuống 77

4.4 Chuyển giao 77

4.4.1 Chuyển giao mềm 78

4.4.1.1 Nguyên lý chuyển giao mềm trong WCDMA 79

4.4.1.2 Độ lợi và ảnh hưởng của chuyển giao mềm tới hệ thống 79

4.4.1.3 Giải thuật chuyển giao mềm 80

4.4.1.4 Quyết định ngưỡng chuyển giao mềm 86

4.4.2 Chuyển giao mềm hơn 87

4.4.3 Chuyển giao mềm và mềm hơn 88

KẾT LUẬN 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 : Lộ trình lên 3G .2

Hình 1.2 : Họ các hệ thống Radio của IMT-2000 .8

Hình 3.1 : Đường cong tải hướng lên và sự ước lượng độ tăng tải khi thêm một UE .22

Hình 3.2 : Ánh xạ của các lớp lưu lượng UMTS tới lập lịch và các kênh vận tải .24

Hình 3.3 : Các giao thức gói điển hình trong WCDMA 24

Hình 3.4 : Chồng giao thức kế hoạch người dùng cho duyệt Web HTTP .25

Hình 3.5 : Ví dụ của lợi thế cửa sổ TCP .26

Hình 3.6 : Ví dụ về cửa sổ tắc nghẽn trong bắt đầu chậm và chuyển giao nhanh 27

Hình 3.7 : Sự thiết lập (a) và giải phóng (b) kết nối TCP 29

Hình 4.1 : Ước lượng tải dựa trên thông lượng và công suất băng rộng .38

Hình 4.2 : Quá trình dự tính mạng vô tuyến WCDMA .41

Hình 4.3 : Tính toán khoảng cách tế bào 47

Hình 4.4 : Độ tăng tạp âm hướng lên là hàm của thông lượng dữ liệu hướng lên .51

Hình 4.5 : Mô hình chuyển giao mềm với hai cell 53

Hình 4.6 : Tổn hao đường truyền cực đại và trung bình trong các cell lớn 54

Hình 4.7 : Cung cấp dung lượng cho site macro 3 sector .56

Hình 4.8 : Dung lượng trên km2 cho một nhà cung cấp UMTS với các lớp lớn và nhỏ 57

Hình 4.9 : Điều khiển công suất mạch vòng kín trong WCDMA .61

Hình 4.10: Điều khiển công suất mạch vòng kín chống lại Fading .63

Hình 4.11: Công suất phát và thu trong kênh Fading Rayleigh hai đường tại 3km/h 66

Hình 4.12: Công suất phát và thu trong kênh Fading Rayleigh ba đường tại 3km/h .66

Hình 4.13: Sự tăng công suất trong kênh Fading với điều khiển công suất nhanh .67

Hình 4.14: Ảnh hưởng của công suất thu và phát đến các mức nhiễu 68

Hình 4.15: Độ dịch công suất hướng xuống trong chuyển giao mềm .69

Hình 4.16: Kiểm tra tính chân thực của các lệnh điều khiển công suất hướng lên trong UE, chuyển giao mềm 71

Hình 4.17: Độ lệch công suất để nâng cao chất lượng báo hiệu hướng xuống 71

Hình 4.18: Điều khiển công suất vòng ngoài .73

Hình 4.19: Điều khiển công suất vòng ngoài hướng lên trong RNC 74

Hình 4.20: Thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài chung 74

Hình 4.21: Ước lượng chất lượng thu vòng ngoài trong RNC 76

Hình 4.22: Mã giả ngẫu nhiên của một thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài .77

Hình 4.23: Đích Eb/N0 trong kênh ITU Pedestrian A, mã hóathoại AMR, kích thước bước 0.5dB, đích BLER 1%, tốc độ 3km/h 77

Hình 4.24: Điều khiển công suất vòng ngoài hướng lên đa dịch vụ trên một kết nối 79

Hình 4.25: Giải thuật chuyển giao mềm .83

Hình 4.26: Báo cáo định kì tạo ra bởi sự kiện 1A, 1B .86

Hình 4.27: Báo cáo tạo ra bởi sự kiện 1C .87

Hình 4.28: Chuyển giao mềm hơn 91

Hình 4.29: Chuyển giao mềm 92

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 : So sánh các phương pháp ước lượng tải hướng lên 37

Bảng 4.2 : Các giả thiết cho MS 42

Bảng 4.3 : Các giả thiết cho BS 43

Bảng 4.4 : Ngân sách liên kết tham chiếu của dịch vụ thoại 122kbps AMR .43

Bảng 4.5 : Ngân sách liên kết tham chiếu của dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144kbps 44

Bảng 4.6 : Ngân sách liên kết tham chiếu của dịch vụ dữ liệu thời gian không thực 384kbps 45

Bảng 4.7 : Các tham số sử dụng trong tính toán hệ số tải hướng lên .50

Bảng 4.8 : Các tham số sử dụng trong tính toán hệ số tải hướng xuống 52

Bảng 4.9 : Các giá trị Eb/N0 yêu cầu có và không có điều khiển công suất nhanh .64

Bảng 4.10: Các công suất truyền dẫn tương đối yêu cầu có và không có điều khiển công suất nhanh .64

Bảng 4.11: Độ tăng công suất được mô phỏng Kênh ITU người đi bộ A đa đường với phân tập Anten .67

Bảng 4.12: Các đích Eb/N0 trung bình trong các môi trường khác nhau 75

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

B-ISDN Broadband Integrated Services

Digital Network

Mạng số đa dịch vụ tích hợp băng rộng

CDVT Cell Delay Variation Tolerance Dung sai biến động trễ cell

DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

Standards Institue

Viện tiêu chuẩn viễn thông châuÂu

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số

GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầuHSCSD High Speed Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch vòng tốc độ cao

HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ hướng xuống tốc độ cao

ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp

ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế

nrt-VBR non-real-time Variable Bit Rate Tốc độ bít khả biến không thời

gian thực

PDCP Packet Data Converge Protocol Giao thức hội tụ gói dữ liệu

rt-VBR real time Variable Bit Rate Tốc độ bít khả biến thời gian thực

gianTDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTD-SCDMA Time Division Synchronous

UMTS Universal Mobile Telecommunication Services Dịch vụ viễn thông di động toàncầu

VoIP Voice over Internet Protocol Thoại trên nền giao thức Internet

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access CDMA băng rộng

Wifi Wireless Fidelity Công nghệ mạng cục bộ không dây chuẩn IEEE 802.11

Chương 1.

LỘ TRÌNH LÊN 3G CỦA MẠNG VIỄN THÔNG

Điện thoại di động là một trong những thành tựu nổi bật về công nghệ vàthương mại trong những năm gần đây Kể từ khi có sự ra đời của điện thoại di động,

vị trí của nó trong thị trường đã phát triển một cách chóng mặt từ một thiết bị mangtính chuyên biệt, rồi trở thành vật dụng thiết yếu đối với cuộc sống và kinh doanh.Qua hai thập lỷ gần đây, kết hợp với sự giảm đáng kể chi phí cho hoạt động và sựphát triển của những ứng dụng, dịch vụ mới lạ, thị trường công nghệ ngày càng lớnmạnh Vào khoảng giữa năm 2000, ở châu Âu có trên 220 triệu thuê bao di động, vàtrên toàn cầu, con số này là 580 triệu Ở Vương Quốc Anh, cứ hai người thì mộtngười có máy điện thoại di động, trong khi đó ở Phần Lan, số lượng máy điện thoại

di động tính theo đầu người đã vượt quá số hộ sử dụng điện thoại cố định

Sự phát triển của truyền thông di động đã trải qua hai thế hệ và hiện tạichúng ta đang bước vào thế hệ thứ ba (3G) Chương này sẽ phác thảo lại con đườngtiến lên 3G của mạng viễn thông toàn cầu, từ thế hệ thứ nhất (1G) với công nghệtương tự và loại hình dịch vụ chủ yếu là truyền thoại, tới thế hệ thứ hai (2G) vớicông nghệ số, và hiện tại là thế hệ 3G Với hệ thống truyền thông di động 3G, khảnăng cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ và ứng dụng tốc độ cao đã thỏa mãnnhu cầu của người sử dụng

đa truy nhập phân chia theo tần số Đến đầu thập niên 1990, công nghệ TDMA

được dùng cho hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM ở Châu Âu Đến giữa thập

kỷ 1990, đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) trở thành loại hệ thống 2G thứhai khi Hàn Quốc đưa ra công nghệ CDMA (năm 1990) và sau đó Mỹ đưa ra Tiêuchuẩn nội địa IS-95, nay gọi là cdmaOne

Hình 1.1: Lộ trình lên 3G

Tất cả các hệ thống 2G đều có khả năng cung cấp chất lượng và dung lượngcao hơn Chuyển vùng trở thành một phần của dịch vụ và vùng phủ sóng cũng ngàymột rộng hơn, nhưng vẫn phải đối mặt với các vấn đề hạn chế về dung lượng trênnhiều thị trường Thông tin di động ngày nay đang tiến tới một hệ thống thế hệ thứ

ba hứa hẹn dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ liệu di động tốc độ cao hơn và sửdụng các ứng dụng đa phương tiện Các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ 3 (3G) cầncung cấp dịch vụ thoại với chất lượng tương đương các hệ thống hữu tuyến và dịch

vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144Kbps đến 2 Mbps Hiện đang có 2 hệ thống tiêuchuẩn hoá: một chuẩn dựa trên hệ thống CDMA băng hẹp IS-95, được gọi làcdma2000 Chuẩn kia là sự kết hợp của các tiêu chuẩn Nhật Bản và châu Âu do Dự

án Hợp tác Thế hệ thứ 3 (3GPP) tổ chức 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn vô tuyếntên là truy nhập vô tuyến mặt đất (UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access)UMTS Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô tuyến Một trong số đó sắp xếp cáccặp dải tần thông qua ghép song công phân chia theo tần số (FDD) - thường gọi làCDMA băng thông rộng (WCDMA) Hình vẽ dưới đây mô tả sơ lược con đườngtiến lên 3G của hệ thống thông tin di động

TDMA(GSM - Châu Âu)

TDMA(GSM - Châu Âu)

CDMA/IS-95(Hàn Quốc/Mỹ)

CDMA/IS-95

WCDMA(UMTS)

WCDMA(UMTS)FDMA

1.1.2 FDMA, TDMA và CDMA

Trước khi xem xét tương lai 3G, cũng cần khảo sát hoạt động của từng giaodiện nói trên Thứ nhất, các kênh này được ghép cặp sao cho một kênh đi từ trạm diđộng đến trạm gốc và kênh kia đi từ trạm gốc đến trạm di động, tạo điều kiện choliên lạc song công Thứ hai, có một tập các kênh điều khiển 2 chiều dùng để điềukhiển các kênh thoại Cuối cùng, giao diện không gian cần một quy trình mà ở đó,các kênh thoại được phân bổ cho nhiều người dùng đồng thời Chúng ta gọi FDMA,TDMA và CDMA là các phương thức phân bổ kênh của giao diện không gian

FDMA là phương thức phân bổ đầu tiên và ra đời sớm nhất Một thuê baomuốn tạo một cuộc gọi sẽ phải nhập số điện thoại cần gọi và nhấn phím gửi Nếucòn dung lượng thoại cho tế bào, một cặp kênh sẽ được phân bổ cho trạm di động

để phục vụ đàm thoại - mỗi kênh cho một chiều thoại Xét trên một sơ đồ phân bổ tếbào điển hình, số chiều thoại tối đa của một tế bào bất kỳ là khoảng 60 Rõ ràng làkhông thể phục vụ hàng triệu người dùng với một dung lượng hạn chế như thế

Các hệ thống TDMA khắc phục vấn đề dung lượng kênh bằng cách chiakênh vô tuyến đơn thành các khe thời gian và phân bổ 1 khe thời gian cho mỗi thuêbao Ví dụ, hệ thống TDMA của Hoa Kỳ có 3 khe thời gian trên mỗi kênh trong khi

hệ thống GSM có 8 khe thời gian trên mỗi kênh Để sử dụng các khe thời gian, tínhiệu thoại tương tự cần được chuyển sang dạng số Một bộ mã hoá thoại, được gọi

là vocoder, thực hiện công việc này Dung lượng có được ban đầu hơi nhỏ song vớiviệc dùng các vocoder tốc độ bít thấp, số kênh thoại trên mỗi kênh vô tuyến có thểđược tăng lên đáng kể

Các hệ thống CDMA giải quyết vấn đề dung lượng theo một cách hoàn toànkhác Nó cũng dùng vocoder để số hoá tín hiệu thoại nhưng không phân bổ khe thờigian mà gán cho mỗi chiều thoại một mã duy nhất trước khi đưa lên kênh vật lý.Quá trình này còn được gọi là điều chế tạp âm vì tín hiệu đầu ra của nó giống nhưtạp âm nền Điều này có nghĩa là số tối đa các cuộc gọi trong hệ thống CDMA làmột phương trình của tạp âm nền cộng với các tạp âm do mỗi cuộc gọi tạo ra Sosánh với TDMA, CDMA có dung lượng cao hơn với chất lượng bằng hoặc tốt hơn.Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ

là cdma2000

1.1.3 Hướng về 3G

Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc pháttriển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động Kết quả là một sảnphẩm được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000) Con số 2000 cónghĩa là sản phẩm này sẽ có mặt vào khoảng năm 2000, nhưng thực tế là chậm đến

2, 3 năm IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất

cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tíchhợp các mạng mặt đất và/hoặc vệ tinh Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đếnInternet không dây, hội tụ các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyểnvùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng

Như đã nói, các hệ thống 3G cần phải hoạt động trên một dải phổ đủ rộng vàcung cấp được các dịch vụ thoại, dữ liệu, đa phương tiện Đối với một thuê bao hoạtđộng trên một ô siêu nhỏ (picocell), tốc độ dữ liệu có thể đến 2,048 Mbps Với mộtthuê bao di động với tốc độ chậm hoạt động trên một ô cực nhỏ (microcell), tốc độ

dữ liệu có thể đạt tới 348 Kbps Với một người dùng di động trên phương tiện giaothông hoạt động trên một ô lớn (macrocell), tốc độ dữ liệu có thể đạt tới 144 Kbps.Một phần quan trọng của hệ thống này là dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu Conđường tiến lên 3G từ 2G bắt đầu từ sự ra đời của các dịch vụ dữ liệu bùng nổ vàtheo gói

1.1.4 Từ GSM lên 3G

Con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng(WCDMA) Trên thị trường châu Âu, WCDMA được gọi là Hệ thống viễn thông diđộng toàn cầu (UMTS) Trong cấu trúc dịch vụ 3G, cần có băng thông rất lớn vànhư thế cần nhiều phổ tần hơn Các nhà cung cấp dịch vụ châu Âu dùng hơn 100 tỷUSD để mua phổ tần cho các dịch vụ 3G; các nhà cung cấp dịch vụ khác trên thếgiới cũng đã phân bổ phổ 3G ở Hoa Kỳ, FCC chưa thể nhanh chóng phân bổ bất cứphổ nào cho các dịch vụ 3G Hoa Kỳ có khoảng 190MHz phổ tần phân bổ cho cácdịch vụ vô tuyến di động trong khi phần còn lại của thế giới chỉ được phân bổ 400MHz Vì thế có thể tin rằng sự phát triển lên 3G ở Hoa Kỳ sẽ rất khác với phần cònlại của thế giới

Để đến 3G có lẽ cần phải đi qua giai đoạn 2.5G Nói chung, 2.5G bao gồmmột hoặc tất cả các công nghệ sau: Dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD),Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triểnGSM hay toàn cầu (EDGE)

HSCSD là phương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ Thay vì một khethời gian, một trạm di động có thể sử dụng một số khe thời gian để kết nối dữ liệu.Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng tối đa 4 khe thờigian, một khe thời gian có thể sử dụng hoặc tốc độ 9,6kbit/s hoặc 14,4Kbps Đây làcách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nâng cấp phầnmềm của mạng (dĩ nhiên là cả các máy tương thích HSCSD) Nhưng nhược điểmlớn nhất của nó là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến Bởi đây là hình thức chuyểnmạch kênh, HSCSD chỉ định việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậmchí ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền

Giải pháp tiếp theo là GPRS và dường như là giải pháp được nhiều nhà cungcấp lựa chọn Tốc độ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2kbit/s bằng việc dùng 8 khethời gian Nó được quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nó không sửdụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái gì đó đểgửi đi GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng dụng phi thời gian thực như email, lướtWeb Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kém hơn hệ thống HSCSD Mạng này cầncác thành phần mới, cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có nhưng nó đượcxem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ Một mạng GSM màkhông có khả năng GPRS sẽ không tồn tại lâu trong tương lai

Bước tiếp theo là cải tiến GSM thành Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự pháttriển GSM hay toàn cầu (EDGE), tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384Kbps với 8 khe thờigian Thay vì 14,4Kbps cho mỗi khe thời gian, EDGE đạt tới 48Kbps cho một khethời gian ý tưởng của EDGE là sử dụng một phương pháp điều chế mới được gọi là8PSK EDGE là một phương thức nâng cấp hấp dẫn đối với các mạng GSM vì nóchỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc Nó không thay thế hay nói đúng hơncùng tồn tại với phương pháp điều chế khóa dịch tối thiểu Gaussian (GMSK), được

sử dụng trong GSM, nên các thuê bao có thể tiếp tục sử dụng máy di động cũ củamình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn Xét trên khía cạnh

kỹ thuật, cũng cần giữ lại GMSK cũ vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng hẹp, với vùngrộng vẫn cần GMSK Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này

được gọi là GPRS nâng cấp (EGPRS), còn sự kết hợp của EDGE và HSCSD đượcgọi là ECSD.

WCDMA thực sự là một dịch vụ vô tuyến băng thông rộng sử dụng băng tần5MHz để đạt được tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbit/s Hiện tại cả châu Âu và Nhật Bảnđều đang thử nghiệm/triển khai WCDMA và công nghệ này đang tiến triển nhanhtrên con đường thương mại hoá

1.1.5 Từ IS-95 đến cdma2000

CDMA không chuyển ngay sang 3G do thiếu phổ tần trên thị trường Hoa

Kỳ Thị trường Hàn Quốc đã thử nghiệm cdma2000 trên phổ tần 3G của mình.Cũng như đối với GSM, Hoa Kỳ và phần còn lại của thế giới có những con đườngrất khác nhau để đi đến 3G cdma2000 được cấu trúc theo cách để cho phép nhiềumức dịch vụ 3G trên kênh IS-95 1,25MHz truyền thống Các dịch vụ này làcdma2000 1xRTT (một thời được gọi là công nghệ truyền dẫn vô tuyến kích thướckênh IS-95) Với công suất 3G tối đa, cdma2000 sử dụng một kênh 3,75 MHz, lớngấp 3 lần kênh truyền thống, gọi là 3xRTT Hệ thống 1xRTT sử dụng một sơ đồđiều chế hiệu quả hơn để tăng gấp đôi số lượng thuê bao thoại và tạo ra các kênh dữliệu lên tới 144Kbps Tốc độ này đã cho phép một số nhà cung cấp dịch vụ cho rằngmình đang thực hiện 3G Trong thực tế, tốc độ người dùng sẽ ở trong khoảng 50-60Kbps Dữ liệu theo sơ đồ 1xRTT sẽ được chuyển mạch gói để đảm bảo sử dụngkênh hiệu quả Tốc độ lên tới 2,4Mbps có thể đạt được bằng cách triển khai 1xEV-

DO tức là dịch vụ chỉ có dữ liệu - không có thoại trên kênh này Khi 1xEV-DVđược triển khai thì ta sẽ có kênh đa phương tiện thực sự Xa hơn 1xEV-DV, 3xRTT

là một kênh 3,75MHz trên phổ 5MHz - 1,25 MHz còn lại được dùng cho dải tầnbảo vệ trên và dưới Có một số kịch bản hoạt động cho phổ 10MHz, 15MHz, và 20MHz

1.1.6 Kết luận

Rõ ràng là sẽ có không chỉ một con đường đi tới các hệ thống vô tuyến diđộng 3G Và cũng rõ ràng là IMT-2000 đã được đông đảo chấp nhận Tuy nhiên,tính không tương thích của các công nghệ 3G, việc thiếu phổ tần, thiếu các ứngdụng và thiết bị 3G đặt ra một số vấn đề cần giải quyết

Từ quan điểm công nghệ, cả WCDMA và cdma2000 đều sử dụng các kỹthuật trải phổ rộng Tuy nhiên, chúng có cấu trúc kênh, mã chip, tốc độ chip và thủtục đồng bộ hoá khác nhau Cần có thời gian để hài hoà các trở ngại công nghệ này.

Để giải quyết được vấn đề phổ trên toàn cầu sẽ tốn kém và mất nhiều thời gian

Cuối cùng, cần có nhiều dịch vụ hơn nữa để thu hút khách hàng Chúng ta đãthấy sự phổ biến của email và tin nhắn đối với PDA và điện thoại di động Giờ đâychúng ta cần một loạt các ứng dụng đa phương tiện đòi hỏi phải có tốc độ dữ liệucủa 3G

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

1.2.1 Hệ thống viễn thông di động Quốc tế IMT-2000

IMT-2000 ra đời vào năm 1985, cùng với sự cải tên vào những năm 1990,IMT-2000 đã trưởng thành nhưng vẫn giữ nguyên rất nhiều nguyên lí ban đầu vàcăn bản vốn có của Hệ thống viễn thông di động đất liền công cộng FPLMTS

Thay vì tạo ra một giải pháp sóng Radio đơn lẻ, IMT-2000 bao gồm một họcác giao diện sóng Radio xung quanh những hệ thống 2G đang tồn tại cũng nhưnhững hệ thống 3G cải tiến hiện đang chuẩn hóa Tháng 6 năm 1998 có 15 đề xuất

về giao diện sóng Radio IMT-2000 được đệ trình lên ITU chờ đánh giá kỹ thuật baogồm các đề xuất về giao diện sóng Vệ tinh và giao diện sóng Mặt đất Các đề xuất

về giao diện sóng mặt đất đáng chú ý có Truy nhập sóng Radio mặt đất UMTS(UTRA) của ETSI, WCDMA của Nhật Bản, một đệ trình TD-SCDMA từ TrungQuốc cộng với TDMA UWC-136 và cdma2000 của Mỹ Sau khi đánh giá, ITU kếtluận cả hai phương pháp CDMA và TDMA sẽ được sử dụng như là sự kết hợp giữahai thành phần này

Cả FDD (Frequency Division Duplexing – song công phân chia theo tần số)

và TDD (Time Division Duplexing – song công phân chia theo thời gian) đều đượcchọn để tối ưu hóa tính hiệu quả trải phổ Do đó IMT-2000 sẽ cho phép lựa chọncác chuẩn đa truy nhập bằng một chuẩn đơn lẻ và mềm dẻo, có mục tiêu tối thiểuhóa số lượng các giao diện sóng radio mặt đất trong khi tối đa hóa số lượng các đặctính chung bằng việc hài hòa các chuẩn riêng biệt Đệ trình TD-SCDMA từ phíaTrung Quốc đưa ra phương pháp sử dụng một băng tần đơn lẻ trên một cơ sở TDDcho thu và phát, hài hòa với phiên bản TDD của UTRA

Hình 1.2: Họ các hệ thống sóng Radio của IMT-2000

Đối với WCDMA, một chuẩn toàn cầu đơn lẻ bao gồm ba dạng hoạt động đã

được xác định: Chuỗi trực tiếp IMT-DS, Đa sóng mang IMT-MC, và TDD Chuẩn

IMT-DS được dựa trên cơ sở của WCDMA UTRA FDD Nó được xác định bởi

3GPP và hoạt động trên các băng tần kép IMT-2000 với một tốc độ chip 3.84Mchip/s trải rộng qua gần 5MHz Dạng thức hoạt động này sẽ được sử dụng trong

các môi trường vĩ tế bào và vi tế bào UMTS Đa sóng mang IMT-MC đồng thời

cũng có tên gọi là cdma2000, được xác định bởi 3GPP2 và có thể hoạt động nhưmột trùm phổ độn quang phổ IS-95 Đa sóng mang hoạt động trên đường liên kết

downlink với tốc độ chip cơ sở 1.2288 Mchip/s, chiếm 1.25 MHz băng thông TDD

dựa trên một giải pháp UTRA TDD/ TD-SCDMA hòa hợp, xác định bởi 3GPP hoạtđộng ở các băng tần quang phổ không theo cặp với tốc độ chíp là 3.84 Mchip/s trảirộng trên 5 MHz Người ta hy vọng định dạng TDD sẽ được sử dụng cho môitrường ô tế bào rất nhỏ cỡ picocell Hình vẽ dưới đây cho thấy họ các hệ thống sóngRadio của IMT-2000

1.2.2 Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS

UMTS là hệ thống viễn thông di động 3G của Châu Âu và sẽ là một thànhphần trong họ của các giao diện sóng Radio hình thành nên IMT-2000, hoạt độngttreen các băng tần phân cấp cho FPLMTS tại WARC92 và cho IMT-2000 tại

Mã thời gianIMT-DS

Tần số/

Thời gianIMT-FT

Tần số/

Thời gianIMT-FT

Đơn sóng mangIMT-DS

Đơn sóng mangIMT-DS

Đa sóng mangIMT-MC

Đa sóng mangIMT-MC

IMT-2000

WRC2000 Giống như IMT-2000, UMTS sẽ bao gồm cả hai thành phần vệ tinh vàmặt đất Thoạt đầu người ta có ý định thực hiện thành lập UMTS cho đến cuối thế

kỉ 20 Tuy nhiên nó đã được kểm duyệt lại cho tới năm 2002 Giống như GSM, thời

kì đầu, UMTS dự định được thiết kế hoàn toàn từ vạch xuất phát tuy nhiên đếnquãng thời gian mà UMTS được đặt mục tiêu cho việc thực hiện các dịch vụ kiểuGSM thì GSM đã đạt được mức chiếm lĩnh thị trường đáng kể Thực tế thì thấyUMTS sẽ cải tiến từ các mạng GSM và ISDN Lộ trình từ GSM đến UMTS là tiêuđiểm trong giai đoạn đầu của công cuộc thực hiện UMTS của 3GPP 3GPP đượcthành lập vào năm 1998 với mục đích cung cấp toàn cầu những chỉ tiêu kỹ thuậtứng dụng cho một hệ thống Mobile 3G Những chỉ tiêu kỹ thuật này được dựa trênmột công nghệ của GSM cải tiến và UTRA Nhìn chung UMTS phải thực hiện haichức năng sau: 1/ Hỗ trợ các dịch vụ phương tiện và các ứng dụng đang được cungcấp bởi các hệ thống 2G đang tồn tại và càng đi xa hơn càng tốt, thuộc một QoStương đương với mạng cố định; 2/ Cung cấp một loạt các ứng dụng đa phương tiệnbăng rộng, những ứng dụng này sẽ có mặt phổ biến với tốc độ bit trong khoảng từ64Kbps đến 2048Kbps, cung cấp việc truyền hình ảnh, truy nhập cơ sở dữ liệu từ

xa, truyền Fax độ nhạy cao, video phân giải thấp, lướt Web Cả hai loại dịch vụcuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ được hỗ trợ bởi UMTS Một số dịch vụ sẽbắt buộc phải có nhu cầu về băng thông theo yêu cầu, đó là phân cấp băng thôngđộng tới người sử dụng phía cuối khi cần thiết

Người ta đòi hỏi UMTS phải hoạt động trên một tổ hợp phong phú các môitrường truyền dẫn trong đó từng loại môi trường sẽ có một tác động lên loại dịch vụ

đã được cung cấp Trên tinh thần này 5 loại tế bào căn bản đã được xác định để hỗtrợ môi trường truyền dẫn UMTS:

Tế bào vệ tinh: Cung cấp vùng phủ sóng tới những nơi dân cư thưa thớt, là

những nơi không đủ điều kiện đáp ứng cho việc phủ sóng mặt đất

Tế bào cỡ lớn: Phục vụ vùng có mật độ dân số thấp, đặc biệt là vùng nông

thôn Chúng có bán kính lên tới 35km hoặc có thể lớn hơn nếu như Anten có hướngđược sử dụng Ngoài ra còn được dùng để cung cấp vùng phủ sóng cho các máyMobile đang di chuyển với vận tốc lớn

Tế bào cỡ nhỏ: Phục vụ những vùng có mật độ giao thông cao Tiêu biểu,

các bán kính tế bào thường vào cỡ 1km, được tiến hành ở những đô thị có mật độcông trình xây dựng dày đặc

Tế bào cỡ rất nhỏ: Phục vụ phần lớn ttrong các tòa nhà, cung cấp một tập

hợp đầy đủ các dịch vụ tốc độ bit cao Bán kính các tế bào kiểu này vào khoảng100m

Tế bào cho hộ gia cư: phục vụ vùng cư ngụ cung cấp một tập đầy đủ các

dịch vụ tốc độ bit cao

Tóm lại, tùy thuộc môi trường hoạt động thông qua các mạng truy nhập mặtđất, UMTS có mục đích cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit như sau: 144Kbps vớimột mục tiêu cuối cùng là đạt được 384Kbps ở các môi trường ngoài trời vùng nôngthôn, với tốc độ di chuyển tối đa là 500km/h; 384Kbps với một mục đích cuối cùng

là đạt được 512Kbps với tính di chuyển bị hạn chế ở các môi trường ngoài trờingoại thành tế bào vĩ mô và vi mô vói vận tốc di chuyển tối đa là 120km/h; 2Mbpsvới tính di chuyển tốc độ thấp trong các môi trường trong nhà thuộc khu hộ gia đình

và tế bào siêu nhỏ, hoặc môi trường ngoài trời mật độ thấp với vận tốc di chuyển tối

đa 10km/h

Chương 2.

BẢN CHẤT LƯU LƯỢNG VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG

Các mạng số dịch vụ liên kết băng rộng (B-ISDN) với ATM được thiết kếkhông chỉ để hỗ trợ các dịch vụ hiện hữu, mà còn hỗ trợ các dịch vụ mới với nhữngđặc trưng lưu lượng và các yêu cầu QoS rất khác nhau Trong các điều kiện đơngiản, ATM là một kỹ thuật ghép và chuyển hướng kết nối, sử dụng các cell ngắn cókích thước cố định, để truyền tải thông tin qua một mạng B-ISDN Kích thước cellngắn của ATM cộng với tốc độ truyền dẫn cao được mong đợi sẽ đem lại khả năng

sử dụng băng thông một cách linh hoạt và hiệu quả, đồng thời tạo một khuôn khổ cơbản để bảo hành các yêu cầu QoS của các ứng dụng trên một lớp rộng các độ đohiệu năng, như độ trễ, độ tổn thất

Sự ra đời của công nghệ mạng băng rộng đã làm gia tăng vượt bậc dunglượng của các mạng chuyển mạch gói, từ một vài Mbps cho tới hàng trăm thậm chíhàng nghìn Mbps Điều này dẫn đến việc gia tăng dung lượng thông tin dữ liệu chophép tại các ứng dụng mới, chẳng hạn như video, conferencing, điện thoạiInternet Những ứng dụng như vậy có những đòi hỏi QoS rất khác nhau Một số đòihỏi nghiêm ngặt về giới hạn trễ toàn trình, số khác lại đòi hỏi đơn giản về khả năngthông qua Khi việc sử dụng Internet được đa dạng hóa và mở rộng tới các tốc độkhác thường thì vấn đề bằng cách nào để cung cấp các QoS cần thiết cho một lớprất rộng các ứng dụng người dùng khác nhau nhanh chóng trở thành rất quan trọng

Nói cách khác QoS phụ thuộc vào bản chất thống kê của lưu lượng Một môhình dịch vụ thích hợp sẽ được định nghĩa và một vài phương pháp điều khiển QoStrên mạng sẽ được thiết lập để thỏa mãn một phạm vi nào đó của các yêu cầu hiệunăng QoS như khả năng thông qua, độ trễ, độ tổn thất, tất cả những cái đó thườngđược mô tả dưới dạng một tập các tham số QoS liên quan tới một mô hình dịch vụ

2.1 Bản chất của lưu lượng

Như đã nói ở trên, QoS phụ thuộc vào bản chất thống kê của lưu lượng,và

tồn tại hai loại lưu lượng chính là lưu lượng nhạy cảm trễ và lưu lượng nhạy cảm

tổn thất Lưu lượng nhạy cảm trễ được đặc trưng bởi tốc độ và khoảng thờigian diễn ra quá trình truyền tải lưu lượng, cũng có thể đòi hỏi truyền tải thời gian

thực Những lưu lượng kiểu này có thể nói đến thoại, video conferencing,audio/video theo yêu cầu Những ứng dụng này thường đòi hỏi nghiêm khắc về độtrễ nhưng có thể chấp nhận một độ tổn thất nào đó.Lưu lượng nhạy cảm tổn thấtđược đặc trưng bởi lượng thông tin đã được truyền tải như web, tệp tin, thư điện tử.Chúng thường yêu cầu nghiêm khắc về độ tổn thất dữ liệu nhưng không đặt giới hạncho thời gian truyền tải.Ngoài ra còn có các loại lưu lượng khác như lưu lượng phátlại, lưu lượng multicast (trong dịch vụ hội thảo từ xa, DIS và trò chơi) và lưu lượngkết tập (từ các mạng LAN tương kết).

2.2 Các công nghệ mạng

Công nghệ mạng liên quan mật thiết tới quá trình cung cấp QoS tới người sửdụng Trong mạng ATM, công nghệ được sử dụng rộng rãi trên các mạng trục, cóthể dự trữ băng thông và bộ đệm cho từng cuộc nối ảo Tương tự Intserv cũng cungcấp QoS cho từng luồng trong các mạng giao thức Internet (IP) Diffserv cung cấpcác đối xử khác nhau thay vì trên cơ sở một luồng, do đó khả năng thích ứng hơnIntserv Chuyển nhãn đa giao thức (MPLS) cho phép các nhà khai thác mạng có khảnăng điều khiển và thực thi QoS tốt hơn thông qua các chính sách về lưu lượng

2.2.1 Mạng không dây

Trong các mạng thông tin di động vùng, phục vụ được chia thành các cell,mỗi cell được trang bị một số kênh Có hai loại cuộc gọi cùng chia sẻ tần số kênhnày, đó là cuộc gọi mới và cuộc gọi dạt Các cuộc gọi mới là các cuộc gọi đượckhởi tạo bởi người sử dụng trong cell hiện tại, còn các cuộc gọi dạt là những cuộcgọi được khởi tạo ở cell khác và bàn giao cho cell hiện tại Khi một cuộc gọi đếnmột cell, tại đó kênh không khả dụng, thì nó có thể bị chặn hoặc đưa vào hàng chờ,tùy theo cơ chế điều khiển chấp nhận cuộc nối được sử dụng Xác suất để một cuộc

gọi mới bị chặn được gọi là xác suất chặn cuộc gọi mới (P nb), xác suất để một cuộc

gọi dạt bị chặn là xác suất chặn cuộc gọi dạt (P hb), và xác suất để một cuộc gọi hoặc

bị chặn hoặc chấp nhận nhưng bị hủy giữa chừng được gọi là xác suất rớt cuộc gọi.

Những đại lượng như vậy là do QoS quan trọng nhất trong các mạng thông tin diđộng Bởi vì mỗi cuộc gọi đến, bất kể là cuộc gọi mới hay cuộc gọi dạt, nếu dượcchấp nhận phục vụ, nó sẽ chiếm một kênh, do đó chúng sẽ cùng tranh sử dụng một

lượng kênh hữu hạn trong cell Như vậy, xác suất chặn cuộc gọi mới và xác suấtchặn cuộc gọi dạt không thể giảm đồng thời và quá trình thỏa hiệp xảy ra.

Từ góc độ người sử dụng, một cuộc gọi bị kết thúc giữa chừng khó chịu hơnrất nhiều so với một cuộc gọi bị chặn ngay khi nó mới bắt đầu khởi tạo, do đó xácsuất chặn cuộc gọi dạt sẽ được khiểm soát nghiêm ngặt hơn nhiều so với xác suấtchặn một cuộc gọi mới Cũng vì thế các cuộc gọi dạt thường nhận mức ưu tiên caohơn trong quá trình truy cập các kênh không dây Do tính khan hiếm băng thôngtrong các liên kết không dây/di động, cho nên việc dành riêng tài nguyên trong cácmạng không dây và di động cũng đặt ra nhiều vấn đề thách thức hơn so với trongcác mạng hữu tuyến Các mạng không dây thế hệ kế tiếp được thết kế để thỏa mãnnhững đòi hỏi tốn kém về mặt băng thông của các ứng dụng đa phương tiện Khi đó,băng thông (không dây) cấp phát cho một MS sẽ không phải cố định trong suốt thờigian tồn tại cuộc gọi, như trong các mạng không dây truyền thống mà các trạm cơ

sở BS sẽ cấp phát băng thông một cách linh động tới người dùng

2.2.2 ATM

Diễn đàn ATM và liên minh viễn thông quốc tế ITU có các tên gọi khácnhau cho một vài lớp dịch vụ Ở đây sẽ sử dụng thuật ngữ của diễn đàn ATM.Trong mạng ATM, những tham số lưu lượng sau đây được sử dụng:

Phạm trù dịch vụ tốc độ bit bất biến (CBR) được áp dụng cho các cuộc nói

yêu cầu bảo hành độ trễ và độ tổn thất cell Tài nguyên băng thông cung cấp chocuộc nối luôn luôn khả dụng trong suốt thời gian tồn tại cuộc nối, và nguồn có thể

gửi dữ liệu tại tốc độ cell đinh (PCR) hoặc nhỏ hơn, nhưng không phải cả hai Một

cuộc nối CBR cần phải đặc tả các tham số, bao gồm PCR hoặc khoảng phát đinh(T=1/PCR), dung sai biến động trễ cell (CDVT), độ trễ chuyển cell cực đại và suấttổn thất cell Chuẩn định nghĩa dưới dạng một thuật toán tạo ra một sự thừa nhậncần thiết cho biến động trễ cell (jitter) phát sinh trong khoảng giữa một htieets bịđầu cuối và giao diện mạng Thuật toán được chọn, gọi là thuật toán lập lịch ảohoặc phễu trạng thái liên tục, hiện đã được chuẩn hóa thành thuật toán tốc độ cellphổ quát GCRA

Phạm trù dịch vụ tốc độ bit khả biến (VBR) sử dụng cho một lớp rộng các

cuộc nối, gồm cả các cuộc nối thời gian thực (rt-VBR) và không ràng buộc thời gianthực (nrt-VBR) Lưu ý rằng CBR thường là một dịch vụ thời gian thực Về cơ bản

VBR được định nghĩa bởi PCR, tốc độ cell xác nhận được (SCR), và kích thước loạtcực đại (MBS) của nó SCR chỉ ra giới hạn trên của tốc độ dữ liệu trung bình, cònMBS chỉ ra số lượng cell liên tiếp được tải đi tại tốc độ đỉnh.

Chuẩn tốc độ bít khả dụng (ABR) chỉ rõ người dùng có thể hành động ra sao

trong việc gửi dữ kiệu và quản lý tài nguyên (RM) để đáp lại những phản hồi từphía mạng dưới dạng những chỉ thị nghẽn và/hoặc tốc độ bit hiện Một ứng dụng sửdụng ABR để chỉ ra một PCR mà nó sẽ sử dụng và một tốc độ cell cực tiểu (MCR)

mà nó yêu cầu mạng sẽ cấp phát tài nguyên sao cho tất cả các ứng dụng ABR đềunhận được ít nhất dung lượng MCR của chúng Sau đó dung lượng chưa dùng đến

sẽ được chia sẻ công bằng và có điều khiển trong số tất cả các nguồn ABR Cơ chếABR sử dụng phản hồi hiện tới các nguồn và bảo đảm rằng dung lượng được cấpphát công bằng

Tại thời điểm cho trước bất kì, một lượng băng thông nào đó của một mạngATM được sử dụng để tải lưu lượng CBR và hai loại lưu lượng VBR Dung lượngcộng thêm có thể khả dụng vì một hoặc cả hai lý do sau đây: (1) không phải toàn

bộ tổng tài nguyên đã cấp phát hết cho lưu lượng CBR và VBR; (2) bản chất loạtcủa lưu lượng VBR có nghĩa là, đôi khi khi nó chỉ sử dụng một phần dung lượngđược cấp phát Dung lượng không sử dụng bởi các nguồn ABR vẫn còn khả dụng

cho các lưu lượng tốc độ bit không xác định (UBR) như sẽ trình bày dưới đây.

Dịch vụ UBR thích hợp cho các ứng dụng có khả năng dung hòa các biếnđộng trễ và các tổn thất cell nào đó, đây chính là thuộc tính của lưu lượng TCP VớiUBR, các cell tiếp tới theo trình tự FIFO và nó sử dụng phần dung lượng khôngđược sử dụng bởi các dịch vụ khác, trễ và tổn thất là có thể Không một cam kết banđầu nào được thiết lập cho một nguồn UBR, cũng không có phản hồi liên quan tớitình trạng nghẽn được cung cấp Một dịch vụ như vậy gọi là dịch vụ cố gắng nhất cóthể

Tốc độ khung bảo hành (GFR) được dùng để cải tiến UBR bằng cách bổ

sung thêm một dạng bảo đảm QoS nào đó Thuê bao GFR cần phải chỉ ra một kíchthước gói cực đại mà họ muốn đưa vào mạng ATM và một khả năng thông qua(thông lượng) tối thiểu mà họ muốn được bảo hành, tức là một MCR Thuê bao cóthể gửi các gói vượt quá giá trị MCR, nhưng chúng sẽ được phân phối trên nền cốgắng nhất có thể Nếu thuê bao vẫn còn nằm trong phạm vi thông lượng và kíchthước gói giới hạn, thì họ có thể mong đợi rằng, mức độ tổn thất gói sẽ rất thấp Nếu

họ gửi vượt quá MCR, họ có thể mong đợi rằng, nếu tài nguyên là khả dụng thì họ

sẽ được chia sẻ công bằng trong số tất cả các thuê bao cạnh tranh

2.2.3 Intserv

Internet theo khái niệm nguyên thủy, chỉ hỗ trợ phân phối dữ liệu điểm tớiđiểm trên nền cố gắng nhất có thể Các router sử dụng một chính sách phục vụFIFO đơn giản dựa trên quản trị bộ đệm, hủy gói được sử dụng như một phươngtiện để điều khiển nghẽn Do đó, một ứng dụng không thể biết khi nào dữ liệu củamình được phân phối tới đầu bên kia Trong bối cảnh như vậy, một cấu trúc dịch vụmới là rất cần thiết để hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực với các đòi hỏi QoS đa

dạng Cấu trúc này hiện được gọi là Internet các dịch vụ đồng đẳng (ISI).

Khái niệm luồng được định nghĩa như một dòng đơn công và có khả năngphân biệt của các gam dữ liệu có liên quan, xuất phát từ một hoạt động người dùngđơn và có cùng các yêu cầu QoS Việc hỗ trợ các lớp dịch vụ khác nhau đòi hỏimạng và đặc biệt là các router phải quản lý hiện tài nguyên băng thông và bộ đệm

của chúng để cung cấp QoS cho các luồng riêng biệt Điều này ám chỉ rằng, dự

phòng tài nguyên, điều khiển chấp nhận, lập lịch gói, và quản trị bộ đệm cũng là

những khâu cấu thành chủ yếu của cấu trúc ISI

Hơn nữa, điều này yêu cầu một trạng thái đặc tả luồng tại các router, đóchính là thay đổi quan trọng và căn bản của mô hình Internet cổ điển Và bởi vì

Internet là phi kết nối, cho nên một phương pháp trạng thái mềm đã được chấp nhận

để định kỳ làm tươi các trạng thái luồng thông qua một hệ thống báo hiệu, chẳnghạn như giao thức dành tài nguyên (RSVP) Bởi vì ATM là hướng kết nối, cho nên

nó có thể đơn giản sử dụng một cơ chế trạng thái cứng, theo đó mỗi trạng thái cuộc

nối được thiết lập trong thời gian thiết lập cuộc nối vẫn còn tác dụng cho đên khicuộc nối bị xóa Tức là người dùng dù chọn dịch vụ đặc quyền thì quá trình dành tàinguyên cũng vẫn phải tiến hành dưới các thủ tục điều khiển Hiện nay có hai lớp

dịch vụ được định nghĩa trong phạm vi ISI: dịch vụ bảo hành (GS) và dịch vụ điều

hòa tải (CLS) GS là một dịch vụ được đặc trưng bởi giới hạn trần tin cậy hoàn toàn

trên độ trễ gói toàn trình Lưu lượng GS được đặc tả bởi tốc độ đỉnh, các tham sốphễu tín chỉ (tốc độ tín chỉ - token, kích thước phễu), và kích thước gói cực đại GScần đến điều khiển dẫn nạp lưu lượng (thông qua phễu tín chỉ), tại phía người dùng

và hàng chờ gói công bằng (PFQ), tại các router để cung cấp một băng thông tối

thiểu Bởi vì các giới hạn trần này dựa trên các giả định nguy hiểm nhất trong hành

vi của các luồng khác, cho nên có thể cung cấp các cơ chế đệm thích hợp tại mỗirouter để đảm bảo không mất gói

CLS cung cấp luồng dữ liệu khách hàng với một mức QoS xấp xỉ chặt tớinhững mà một luồng tương tự sẽ nhận được từ một router không bị chất tải hoặcnghẽn Nói cách khác, nó được thiết kế cho những ứng dụng có thể dung hòa biếnđộng trong các độ trễ gói cũng như chịu đựng được một độ tổn thất tối thiểu xấp xỉmức sai số gói cơ bản của môi trường truyền dẫn Lưu lượng CLS cũng được đặc tảbởi tố độ đỉnh (tùy chọn), các tham số phễu tín chỉ và kích thước gói cực đại CLSkhông chấp nhận hoặc sử dụng các giá trị mục tiêu riêng biệt cho các tham số điềukhiển, chẳng hạn như độ trễ hoặc độ tổn thất Nó sử dụng các cơ chế điều khiểnchấp nhận lỏng và hàng chờ đơn giản, và về cơ bản nó được dùng cho các kết nốithời gian thực thích nghi Do đó nó không cung cấp giới hạn trễ nguy hiểm nhất như

GS Intserv yêu cầu cơ chế lập lịch gói và quản trị bộ đệm trên nền từng luồng Do

đó, khi số lượng luồng và tố độ liên kết tăng nó sẽ trở nên rất khó khăn và tốn kémcho các router Một giải pháp, gọi là các dịch vụ phân lớp (Diffserv), có thể cungcấp điều khiển QoS trên nền một lớp dịch vụ Nó khả thi và hiệu quả kinh tế hơnIntserv

2.2.4 Diffserv

Phân lớp dịch vụ được mong đợi để thỏa mãn các yêu cầu ứng dụng hỗn tạpcủa người dùng và cho phép phân biệt giá cước trong các dịch vụ Internet Các dịch

vụ phân lớp được trù tính để cung cấp cơ chế phân biệt dịch vụ quy mô trên Internet

mà không cần tới trạng thái từng luồng và báo hiệu tại mọi bước nhảy như trongIntserv Để cung cấp QoS trong các mạng, phương pháp DS triển khai một bộ nhỏnhưng được định nghĩa đầy đủ các khối chức năng, để từ đó có thể tổ chức nên cácdịch vụ khác nhau Những dịch vụ có thể là toàn trình hoặc nội vùng Một lượng lớncác dịch vụ sẽ được cung cấp trên cơ sở một tổ hợp của:(1) Các bit thiết lập trongoctet "loại dịch vụ" (TOS) tại các biên mạng và tại các ranh giới quản trị, (2) sửdụng các bít đó để xác định gói nào sẽ được đối xử bởi các router bên trong mạng

và (3) điều hòa các gói đã đánh dấu tại các ranh giới mạng phù hợp với các yêu cầucủa từng dịch vụ Theo mô hình này, lưu lượng trên mạng được phân loại và điềuhòa tại lối vào một mạng rồi gán tới các kết tập ứng xử khác nhau Mỗi kết tập như

vậy được gán một điểm mã DS duy nhất (tức là, một trong các tổ hợp có thể là từcác bit DS) Các điểm mã DS khác nhau biểu thị rằng gói sẽ được quản lý khácnhau bởi các router bên trong mạng Mỗi loại xử lý khả dĩ cung cấp tới các gói được

gọi là ứng xử từng bước nhảy (PHB) Trong lõi mạng, các gói được chuyển tiếp

theo các PHB liên quan tới các điểm mã PHB được biểu thị bởi nột điểm mãDiffserv (DSCP) chứa trong tiêu đề IP của mỗi gói Các nhãn DSCP được áp dụngbởi một người dùng thực sự hoặc bởi các router biên nằm trên lối vào của một mạngDiffserv

Điểm tiến bộ của một cơ chế như vậy thể hiện ở chỗ, nhiều dòng lưu lượng

có thể kết tấp thành một trong số ít các kết tập ứng xử (BA) Mỗi BA dùng chungmột PHB tại các router, do đó đơn giản hóa quá trình xử lý và lưu trữ có liên quan.Bởi vì QoS được triển khai trên cơ sở từng gói, cho nên không đòi hỏi báo hiệu gìhơn ngoài những thông tin tải trong DSCP của mỗi gói, và cũng không đòi hỏi các

xử lý liên quan khác trong lõi mạng Diffserv

2.2.5 Chuyển nhãn đa giao thức MPLS

MPLS nổi lên trong một công nghệ mới quan trọng cho Internet Nó biểuhiện sự hội tụ của hai phương pháp khác nhau một cách cơ bản trong kĩ thuật mạngtruyền dữ liệu, đó là gam dữ liệu và mạch ảo Theo truyền thống, mối gói IP đượcchuyển tiếp độc lập bởi từng router trên từng bước nhảy dựa trên địa chỉ đích của

nó, và mỗi router cập nhật bảng định tuyến của mình bằng cách trao đổi thông tinđịnh tuyến với các router khác Mặt khác, do ATM và frame relay (FR) là các côngnghệ hướng kết nối, cho nên một mạch ảo phải được thiết lập hiện, thông qua mộtgiao thức báo hiệu, trước khi các gói được gửi vào mạng MPLS sử dụng một nhãnngắn có chiều dài cố định, chèn vào trong tiêu để gói ,để chuyến tiếp các gói Mộtrouter có khả năng MPLS, gọi là router chuyển nhãn (LSR), sử dụng nhãn trong tiêu

đề gói như một chỉ mục để tìm bước nhảy kế tiếp của nó sau khi đã thay thế nhãnhiên tại bằng một nhãn mới được gán cho bước nhảy này Lộ trình mà một gói trảiqua một vùng MPLS được gọi là một lộ trình chuyển nhãn (LSP) Do ánh xạ giữacác nhãn là cố định tại mỗi LSR, cho nên một LSP được xác định bởi giá trị nhãnkhởi tạo tại LSR đầu tiên của nó

Ý tưởng chính ẩn sau công nghệ MPLS là sử dụng một mô hình chuyển tiếpdựa trên quá trình trao đổi nhãn có thể kết hợp với dãy các module điều khiển khác

nhau Mỗi module điều khiển có trách nhiệm gán và phân phối một tệp các nhãncũng như duy trì các thông tin điều khiển khác Bởi vì MPLS cho phép các modulekhác nhau có thể gán nhãn cho các gói, cho nên nó tách việc chuyển tiếp một góikhỏi nội dung của tiều đề gói IP Thuộc tính này là cần thiết cho các tính chất như

hỗ trợ phân hoạch luư lượng và hỗ trợ mạng riêng ảo (VPN)

2.2.6 Mạng phi thể thức Ad Hoc

Một mạng phi thể thức (Ad Hoc) được tạo ra bởi hai hay nhiều hơn các thiết

bị không dây để thiết lập động một mạng tạm thời mà không cần phải sử dụng bất kì

cơ sở hạ tầng mạng hữu ích nào Các hệ thống sử dụng mạng phi thể thức, chẳnghạn như BluetoothTM và WiFi Chuẩn IEEE 802.11 sử dụng mạng phi thể thức (AdHoc) như một hạ tầng cơ bản trong các mạng cục bộ không dây (WLANs) Cácmạng phi thể thức di động bao gồm một tập các nút tự quản liên kết với nhau quamột môi trường không dây Quá trình điều khiển hệ thống diễn ra phân tán qua việctừng nút đóng vai trò chủ thể ra quyết định trong một thủ tục quản lí tổng thể Cácnút muốn chuyển tải dữ liệu trong một mạng phi thể thức sẽ phải gia nhập WLAN

và sẽ gửi dữ liệu bằng cách cạnh tranh với các nút hoạt động khác Do bản chấtphân tán của các mạng phi thể thức, việc quản lí tài nguyên tập trung là ko hợp lí.Tất cả các nút trong một mạng phi thể thức sẽ xứ lí đồng thông trong quá trình cấpphát băng thông và phân chia tài nguyên

Chương 3.

ĐIỀU KHIỂN QoS TRONG MẠNG LÕI

Xét quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai thuê bao trong một mạng Các thuêbao này được phân tách bởi một mạng các router hoặc các chuyển mạch gói, gọi tắt

là các nút Nếu nguồn có một thông điệp dài hơn kích thước gói cực đại, thì nó sẽphân thông điệp này thành các gói và gửi các gói đó, mỗi lần một gói vào mạng

Mỗi gói bao gồm một phần chứa thông tin và một vài thông tin điều khiểntrong tiêu đề gói Thông tin điều khiển, tối thiểu gồm có thông tin định tuyến (địachỉ IP đích cho internet, hoặc bộ chỉ định kênh ảo cho các mạng FR và ATM) màmột mạng yêu cầu để có thể phân phối gói tới đích mong muốn

Các gói thoạt tiên được gửi tới nút nằm trên bước nhảy đầu tiên có quan hệtrực tiếp với nguồn Khi mỗi gói tới nút này, nút sẽ lưu gói trong bộ đệm lối vàocổng tương ứng, xác định bước nhảy kế tiếp trong lộ trình bằng cách tra bảng địnhtuyến (bảng này được tạo ra qua một giao thức định tuyến) theo thông tin điều khiểnđịnh tuyến chứa trong tiêu đề gói, rồi sau đó chuyển gói tới bộ đệm lối ra thích hợp

có liên quan tới liên kết lối ra Khi liên kết khả dụ, từng gói sẽ được tải nhanh nhất

có thể đến nút kế tiếp trong lộ trình, trên thực tế đây chính là ghép thống kê theothời gian Cuối cùng tất cả các gòi, theo lộ trình riêng của chúng, xuyên qua mạng

sẽ được phân phối tới đích mong muốn Định tuyến là hoạt động cơ bản của mộtmạng chuyển gói Một vài loại kĩ thuật định tuyến thích nghi cũng thường được sửdụng Các quyết định định tuyến được thiết lập sẽ thay đổi khi các điều kiện trênmạng đã thay đổi Ví dụ khi một nút hoặc một nút hoặc một trung kế gặp trở ngại nókhông thể còn được sử dụng như một phần của lộ trình, hoặc khi một phần củamạng xảy nghẽn, cần phải định tuyến các gói đi vòng thay vì đi xuyên qua vùngnghẽn Để cực đại hóa độ tận dụng tài nguyên mạng (chẳng hạn, băng thông và bộđệm) đồng thời thỏa các yêu cầu QoS của từng người dùng cá biệt, cần phải có các

cơ chế điều khiển QoS đặc biệt để ưu tiên hóa quá trình tiếp cận tài nguyên tại cácnút mạng Thí dụ, các hệ thống xếp hàng thời gian thực hiên là thành phần cốt lõicủa nhiều triển khai các dịch vụ mạng hướng điều khiển QoS Việc triển khai mộtlớp các dịch vụ mạng hướng điều khiển QoS yêu cầu phải sử dụng kết hợp các kĩthuật điều khiển chấp nhận, điều khiển dẫn nạp lưu lượng, lập lịch gói, và quản trị

bộ đệm Các kĩ thuật khác, gồm định tuyến QoS, điều khiển luồng và điều khiểnnghẽn cũng sẽ được trình bày ngắn gọn dưới đây.

3.1 Điều khiển chấp nhận

Điều khiển chấp nhận hạn chế tải trên hệ thống xếp hàng bằng cách xác địnhxem liệu có thể thỏa một yêu cầu kết nối mới mà không xâm hại tới các bảo đảmdịch vụ đã thiết lập cho các luồng dữ liệu hiện hữu hay không Về cơ bản, khi nhậnđược một yêu cầu kết nối mới, điều khiển chập nhận cuộc nối (CAC) sẽ được kíchhoạt để quyết định chấp nhận hay từ chối yêu cầu Người sử dụng phải cung cấpmột nhãn đặc tả lưu lượng nguồn – gồm một tập các tham số lưu lượng nguồn ATM(chẳng hạn, PCR, SCR, MBS, và MCR), các yêu cầu QoS( chẳng hạn, độ trễ, biếnđộng trễ, mức tổn thất cell), và định nghĩa tương hợp (chẳng hạn, GCRA hoặcDGCRA cho ABR) Sau đó mạng sẽ cố gắng kiểm tra xem liệu có đủ tài nguyênmạng (bộ đệm và băng thông) để thỏa các yêu cầu QoS hay không Thấy rằng, đa sốcác hệ thống xếp hàng thời gian thực không thể cung cấp các dịch vụ hướng điềukhiển QoS tại các mức tải tùy ý Khi đó điều khiển chấp nhận sẽ quyết định khi nàophát ra một "tín hiệu bận" Các tài nguyên thích đáng có thể được dành cho một yêucầu đã được chấp nhận dựa trên đặc tả QoS của nó, chẳng hạn như một băng thông

và một khoảng đệm tối thiểu

3.1.1 Nguyên lý điều khiển chấp nhận

Nếu tải giao diện vô tuyến được phép tăng lên cực đại, vùng bao phủ của tếbào sẽ giảm xuống dưới giá trị tính toán trước (planned), và chất lượng dịch vụ củacác kết nối đang tồn tại không thể được đảm bảo Trước khi chấp nhận một UE mới,điều khiển chấp nhận cần kiểm tra xem sự chấp nhận sẽ không hi sinh vùng bao phủtính trước hoặc các kết nối đang tồn tại Điều khiển chấp nhận hoặc từ chối một yêucầu để thiết lập một lượng mang truy cập vô tuyến trong mạng truy cập vô tuyến.Giải thuật điều khiển chấp nhận được thực thi khi một lưu lượng mang được khởitạo hoặc sửa chữa Chức năng của điều khiển chấp nhận được ấn định trong RNCnơi mà thông tin tải từ một vài tế bào có thể nhận được Thuật toán điều khiển chấpnhận ước lượng tải tăng lên mà sự ước lượng của lưu lượng mang sẽ xảy ra trongmạng vô tuyến Nó có thể được ước lượng một cách riêng rẽ cho hướng lên và

hướng xuống Lưu lượng mang yêu cầu có thể chỉ được chấp nhận nếu cả điềukhiển chấp nhận hướng lên và hướng xuống chấp nhận nó, nếu không nó bị từ chốibởi vì nhiễu quá mức mà nó sẽ tạo ra trong mạng Các giới hạn cho điều khiển chấpnhận được thiết lập bởi kế hoạch mạng vô tuyến.

Việc sử dụng công suất tổng thu được bởi nút B được hỗ trợ như tiêu chuẩnquyết định điều khiển chấp nhận hướng lên chính, tỉ lệ với mức nhiễu Tỉ số giữacông suất băng rộng thu được tổng và mức nhiễu thường được tham chiếu như là độtăng nhiễu Một giải thuật điều khiển chấp nhận hướng xuống dựa trên công suấttruyền dẫn hướng xuống tổng được giới thiệu

3.1.2 Chiến lược điều khiển chấp nhận dựa trên công suất băng rộng

Trong chiến lược điều khiển chấp nhận dựa trên nhiễu, UE mới không bị giớihạn bởi giải thuật điều khiển chấp nhận hướng lên nếu mức nhiễu tổng thu đượcmới (I I) thấp hơn giá trị ngưỡng (IN)

N

I I

Giá trị IN là tương tự như độ tăng nhiễu hướng lên cực đại và có thể đượcthiết lập bởi kế hoạch mạng vô tuyến Độ tăng nhiễu này phải được gồm trong cácquỹ liên kết như giới hạn mức nhiễu Giải thuật điều khiển chấp nhận hướng lênước lượng độ tăng tải bằng việc sử dụng một trong hai phương thức sau đây Cácphương thức ước lượng độ tăng công suất hướng lên diễn ra trong số lượng đườngcong tải hướng lên

Hai phương thức ước lượng độ tăng công suất hướng lên khác nhau đượcgiới thiệu sau đây Chúng có thể được sử dụng trong chiến lược điều khiển chấpnhận dựa trên nhiễu Ý tưởng là để ước lượng độ tăng ∆I của công suất nhiễu băngrộng thu được hướng lên Itotal bởi một UE mới Sự chấp nhận của UE mới và sựước lượng độ tăng công suất là được kiểm soát (handed) bởi chức năng điều khiểnchấp nhận

Hình 3.1 Đường cong tải hướng lên và sự ước lượng

độ tăng tải khi thêm một UE

3.2 Điều khiển dẫn nạp lưu lượng

Điều khiển dẫn nạp lưu lượng (chẳng hạn, GCRA) định dạng hành vi của cácluồng dữ liệu tại lối vào và tại các điểm đặc biệt trong phạm vi mạng Mỗi khi cuộcnối đã được chấp nhận vào mạng, lưu lượng dẫn nạp vào mạng cúa nó phải tuân thủtheo nhãn đặc tả lưu lượng Nếu không, lưu lượng dẫn nạp vào mạng của nó phảituân thủ theo nhãn đặc tả lưu lượng Nếu không, lưu lượng vượt quá có thể hoặc bịrớt, hoặc bị đưa xuống mức ưu tiên thấp hơn, hoặc bị trễ, tức là bị định dạng

Các cơ chế lập lịch và điều khiển chấp nhận khác nhau có những hạn chếkhác nhau trên các đặc trưng (chẳng hạn, tốc độ, tính loạt) của lưu lượng để nó cóthể được dẫn nạp vào mạng Các thuật toán điều khiển dẫn nạp lưu lượng lọc cácluồng lưu lượng để làm cho nó tương hợp với những mong đợi của các thuật toánlập lịch

3.3 Lập lịch gói

Lập lịch gói xác định các quy tắc phục vụ hàng chờ tại một nút, tức là xácđịnh thứ tự, tại đó các gói sẽ được tải đi trong thực tế Bởi vì các gói từ nhiều ngườidùng có thể cúng xuất phát từ cùng một giao diện lối ra, cho nên quá trình lập lịch

Độ tăng tạp âm

dự kiến lớn nhất

gói cũng phải áp một tập các quy tắc trong chia sẻ băng thông của liên kết Thí dụ,nếu một thuê bao nhận mức ưu tiên cao nhất để tiếp cận liên kết, thì các gói của nócũng phải luôn luôn được tải đi trước, trong khi các gói từ các thuê bao khác sẽ bịtrễ; và các gói của thuê bao đặc quyền này phải được đánh dấu qua một vài thuậttoán điều khiển dẫn nạp lưu lượng vào khi chúng nhập mạng Nói cách khác, thủ tụclập lịch gói ưu tiên hóa một lưu lượng người dùng trong hai phạm trù: ưu tiên trễcho các lưu lượng thời gian thực và ưu tiên tổn thất cho các lưu lượng thuộc loại dữliệu Một mối quan tâm chính là, làm sao để đảm bảo rằng băng thông của liên kếtđược chia sẻ một cách công bằng giữa các cuộc nối và bảo vệ mức chia sẻ của mộtthuê bao cụ thể khỏi bị sửa đổi bởi các thuê bao ác ý khác, tức là, đặt một bức tườnglửa giữa các cuộc nối Trong khía cạnh này, cơ chế PFQ có rất nhiều triển vọng.Mục này giới thiệu các thuật toán truy nhập vô tuyến cho hỗ trợ các dịch vụ chuyểnmạch gói và phân tích hiệu suất của chúng Như các dịch vụ, ví dụ, tin nhắn, email,duyệt web, luồng video hoặc VoIP Tất cả 4 lớp lưu lượng UMTS - từ cơ sở tớicam kết – có thể được hỗ trợ bởi các mạng vô tuyến WCDMA Các lớp lưu lượngtương tác và cơ sở không yêu cầu bất kỳ tốc độ bít nhỏ nhất đảm bảo và chúng đượctruyền thông qua bộ lập lịch gói Các lớp luồng (streaming) yêu cầu một tốc độ bítnhỏ nhất đảm bảo nhưng cho phép có một lượng trễ, và lập lịch gói có thể được sửdụng cho luồng lớp cam kết được truyền không cần lập lịch trên kênh dành riêngDCH Các lớp lưu lượng và ánh xạ của chúng tới các kênh vận tải Trọng tâm chínhtrong chương này là các dịch vụ mà lập lịch gói có thể được áp dụng.

3.3.1 Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP)

Các đặc điểm của dữ liệu tới phụ thuộc vào các đặc điểm của giao thứctruyền tải Lưu lượng không thời gian thực một cách điển hình được truyền tải sửdụng giao thức điều khiển truyền dẫn, TCP, và lưu lượng thời gian thực dựa trêngói, như luồng, một cách điển hình sử dụng giao thức thời gian thực, RTP, trên giaothức dữ liệu người dùng, UDP Các giao thức được trình bày trên hình

Hình 3.2 Ánh xạ của các lớp lưu lượng UMTS tới lập lịch và các kênh vận tải

Hình 3.3 Các giao thức gói điển hình trong WCDMA

Chồng giao thức kế hoạch người dùng cho ứng dụng duyệt web cho trên hình3.4 Nó có thể được nhìn như điều khiển truy nhập phương tiện (MAC), điều khiểnliên kết vô tuyến (RLC) và lớp giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP) được tính trongRNC, trong khi giao thức mạng (IP), TCP và giao thức truyền siêu văn bản (HTTP)được tính toán trong một máy chủ (server) MAC, RLC và PDCP Giao thức triểnkhai bởi các ứng dụng duyệt Web nhe HTTP, nhưng các giao thức và ứng dụngkhác như giao thức truyền file (FTP), và các giao thức mail, như giao thức thư mạng(IMAP) hoặc Telnet sẽ sử dụng một kiến trúc tương tự trên TCP/IP Trong mỗi thựcthể kiến trúc giao thức của mộ lớp cụ thể sử dụng các dịch vụ cung cấp bởi lớp dưới

để thông tin với phần ngang hàng với nó

Video

Luồng Video Duyệt Web Tin nhắn đa phương tiện

Tin nhắn đa phương tiện

luồng

Phân luồng Ảnh hưởngẢnh hưởng NềnNền

TCP

Hình 3.4 Chồng giao thức kế hoạch người dùng dữ liệu cho duyệt web HTTP

Một kết nối TCP được thiết lập giữa UE và một server, hoặc các proxy trunggian Server có thể được định vị kín tới UE hoặc xa hơn Nó cũng có khả năng chomột UE ở Châu Âu thiết lập một kết nối TCP với một server ở Mỹ TCP đã đượcthiết kế để cung cấp sự trao đổi thông tin từ đầu cuối tới đầu cuối tin cậy trên mộtmạng Internet không tin cậy khi giao thức mạng IP không đảm bảo và tin cậy TCP

sử dụng truyền dẫn lại và điều khiển luồng để cung cấp sự tin cậy TCP là sự kết nốihướng giữa hai điểm cuối và yêu cầu sự tính toán và thiết lập kết nối Từ một điểmquan sát hiệu suất vô tuyến, một đặc điểm quan trọng nhất của TCP là điều khiểnluồng Đầu cuối thu chỉ cho phép bộ phát gửi nhiều dữ liệu khi bô thu có đủ bộđệm Hơn nữa, bên phát thích ứng tốc độ truyền dẫn với dung lượng/tải mạng bởi sựtrung bình của các giải thuật như slow start, và tránh tắc nghẽn Điều khiển luổngtrong TCP được hoàn thành bởi trung bình của hai cửa sổ: cửa sổ tắc nghẽn và cửa

sổ cung cấp Cửa sổ tắc nghẽn được điều khiển thuật toán bắt đầu chậm (slow start)

và tránh tắc nghẽn, trong khi đó cửa sổ cung cấp là một cửa sổ với kích thước bộ

WCDMA L1

HTTP

TCP

IP

thu có bộ có đủ bộ đệm, và bộ thu thông báo nó trong mọi đoạn truyền dẫn tớiserver Cửa sổ cung cấp theo lý thuyết điều khiển luồng bị áp đặt bởi bộ thu Tạimọi thời điểm, sự tối thiểu hóa của cửa sổ tắc nghẽn và cửa sổ cung cấp tính toán sốlượng dữ liệu lớn nhất server có thể truyền Do đó, số lượng của truyền dẫn nhưngkhông phải dữ liệu không phúc đáp (các đoạn trên fly) có thể không bao giờ lớn hơngiá trị nhỏ nhất của hai cửa sổ này Cửa sổ, là cái nhỏ nhất của hai cửa sổ nêu ởtrên, được thích ứng sử dụng một cách tiếp cận cửa sổ trượt:

1 Truyền các đoạn mới trong cửa sổ

2 Đợi phúc đáp từ máy thu

3 Nếu phúc đáp không thu được, tăng kích thước cửa sổ lên, nếu cửa sổ cung cấpkhông bị vượt quá

4 Nếu phúc đáp không thu được trước khi hết thời gian, truyền lại các đoạn khôngphúc đáp và giảm kích thước cửa sổ

Một ví dụ của quá trình xử lý cửa sổ, trong trường hợp của một ACK chínhxác có thể được quan sát trong hình 3.5 Trong ví dụ này cửa sổ cung cấp lớn hơn 3đoạn

Hình 3.5 Ví dụ của lợi thế cửa sổ TCP

Cách tiếp cận điều khiển luồng này hoàn toàn hữu dụng cho băng thông cóthể dùng bằng cách hiệu chỉnh kích thước cửa sổ theo các phúc đáp thu được Kíchthước của cửa sổ tắc nghẽn được thiết lập gấp một, hai, bốn lần kích thước đoạn lớnnhất khi thiết lập kết nối Giá trị điển hình của kích thước đoạn lớn nhất là 256, 512,

536 hoặc 1460 byte

Mỗi lần một đoạn TCP được phúc đáp chính xác, kích thước của cửa sổ tắcnghẽn được gấp đôi: khi phúc đáp đầu tiên thu được và cửa sổ tắc nghẽn thiết lậpbằng kích thước đoạn tối đa, cửa sổ tắc nghẽn được tăng lên hai lần so với kíchthước đoạn cực đại, và hai đoạn có thể được gửi Kết quả này làm tăng số lượng của

dữ liệu lớn nhất mà người giửi có thể truyền Cách tiếp cận này được gọi là bắt đầuchậm bởi vì cửa sổ tắc nghẽn ban đầu bằng kích thước đoạn ngắn nhất Khi cửa sổ

n n+4

tắc nghẽn đạt thới ngưỡng, được gọi là ngưỡng bắt đầu chậm, nó được tăng lêntuyến tính tại sự thu của các phúc đáp.

3.3.2 RTT

Sự truyền lại đoạn trong TCP có thể thực hiên bằng hai kiểu sự kiện: sự thucủa một vài phúc đáp kép (duplicated) (thường là 3 phúc đáp kép), hoặc kết thúcthời gian (time out) Bộ đếm được sử dụng để tách tắc nghẽn trong mạng Mỗi đoạnđược định thời trong tất cả các chu kỳ, và nếu phúc đáp tương ứng của nó khôngđược thu trước khi hết thời hạn, sự truyền lại của các đoạn không được phúc đápđược tiến hành phụ thuộc vào một sự thiết lập cửa sổ mới Để tránh sự tắc nghẽn xahơn, ngưỡng bắt đầu chậm được thiết lập một nửa của cửa sổ hiện tại Cửa sổ tắcnghẽn được thiết lập tới kích thước đoạn tối đa và bắt đầu chậm được bắt đầu lại

Nó được thể hiện trên phía phải của hình 3.6 Time out truyền dẫn lại (RTO) đượctính toán từ trung bình và độ lệch trung bình của round trip time (RTT)

D4A

Ở đây A xem như là trung bình RTT trơn và D là độ lệch trung bình củaRTT Độ lệch trung bình là một xấp xỉ tốt tới độ lệch chuẩn, và nó nằm trong sựtính toán RTO nhằm mục đích cung cấp tốt hơn đáp ứng cho các thăng gián rộngtrong RTT Điều đó có nghĩa là những thay đổi lớn trong trễ của các gói TCP tronggiao diện vô tuyến sẽ có thể tránh được nhằm giới hạn số lượng của TCP timeouts

Trên sự thu nhận của một lượng các phúc đáp kép, như là đa phúc đáp vớicùng số đoạn trông đợi tiếp theo n, vượt quá một ngưỡng (thường thiết lập là 3),đoạn 3 được giả thiết là bị mất Chú ý rằng TCP yêu cầu phía thu phát ra một phúcđáp ngay lập tức khi một đoạn không đúng thủ tục thu được Có một vài kiểu triểnkhai TCP mà hoạt động một cách khác nhau trong truyền lại nhanh và hồi phụcnhanh Ở đây, hai trong số đó được đề cập tới: TCP-Tahoe và TCP-Reno

Khi tổn thất gói được phát hiện TCP-Tahoe thiết lập ngưỡng bắt đầu chậmbằng nửa cửa sổ hiện tại, và cửa sổ tắc nghẽn được thiết lập bằng kích thước đoạncức đại mà nó đáp ứng cái xuất hiện tại kết thúc định thời TCP-Reno thiết lậpngưỡng bắt đầu chậm và cửa sổ tắc nghẽn bằng nửa cửa sổ hiện tại mà bắt đầu chậmtránh được Trong khi các kết quả TCP-Reno ít bùng nổ lưu lượng hơn TCP-Tahoe