Về một phương pháp mới điều khiển mượn, khóa kênh tần số mạng di động tế bào

NFDCBS Neural-Fuzzy Controller for the Dynamic Borrowing Scheme Channel-Mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ ñiều khiển Nơ ron – Mờ NFS Noron- Fuzzy- Subsethood Bộ ñiều khiển mạng nơ ron – mờ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Thái Quang Vinh

HÀ NỘI – 2011

L Ờ I CAM ð OAN

Tác giả xin cam ñoan tất cả các kết quả ñược trình bày trong luận án là của riêng tác giả, không sao chép từ bất kỳ một công trình nào khác

L Ờ I C Ả M Ơ N

Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn và biết ơn sâu sắc nhất ựến Thầy hướng dẫn: PGS TS Thái Quang Vinh ựã tận tình dày công hướng dẫn và giúp ựỡ tác giả hoàn thành luận án này

Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy GS TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh, các Thầy và bạn ựồng nghiệp Viện Nghiên cứu điện tử, Tin học, Tự ựộng hóa; Viện Công nghệ Thông tin ựã giúp ựỡ và tạo ựiều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn Giáo sư Yao- Tien Wang, Trường đại học Kainan, đài Loan ựã cung cấp thông tin hữu ắch ựể trên cơ sở ựó tôi hoàn thành luận án

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia ựình và những người thân ựã luôn chia sẻ mọi khó khăn cùng tác giả và là chỗ dựa vững chắc về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án

Hà Nội, tháng 10 năm 2011

MỤC LỤC

Lời cam ñoan 1

Lời cảm ơn 2

MỤC LỤC 3

Danh mục các từ viết tắt 6

Danh sách hình vẽ 9

Danh sách bảng 11

MỞ ðẦU 12

Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG DI ðỘNG TẾ BÀO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MƯỢN KHÓA KÊNH 20

1.1 Mở ñầu 20

1.2 Mô hình mạng di ñộng tế bào 23

1.2.1 Khái niệm tế bào 23

1.2.2 Kênh, cấp phát kênh, tái sử dụng kênh 25

1.3 Quá trình chuyển giao (handoff) 37

1.4 Các thuật toán mượn khóa kênh 39

1.4.1 Mượn, khóa kênh 39

1.4.2 Thuật toán mượn, khoá kênh ñơn giản 40

1.4.3 Các thuật toán mượn, khóa kênh lai ghép 42

1.4.4 Thuật toán thử trực tiếp 43

1.4.5 Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc 43

1.4.6 Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc phân tán 45

1.4.7 Thuật toán mượn, khóa kênh thích nghi 46

1.5 Nhận xét các thuật toán mượn, khóa kênh 47

1.6 Kết luận 47

Chương 2 MƯỢN, KHÓA KÊNH ðỘNG TRÊN CƠ SỞ BỘ ðIỀU KHIỂN LOGIC MỜ VÀ MẠNG NƠ RON 49

2.1 Mở ựầu 49

2.2 Thuật toán mượn kênh FDCBS và NFDCBS 50

2.2.1 Mô hình hệ thống mạng di ựộng tế bào 50

2.2.2 Bộ ựiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ 52

2.2.3 Pha ra quyết ựịnh trạng thái tải tế bào 53

2.2.4 Pha thỏa thuận với tế bào liên quan 60

2.2.5 Sự di chuyển ựa kênh 61

2.2.6 Thuật toán mượn kênh NFDCBS 62

2.3 đánh giá các thuật toán FDCBS và NFDCBS 65

2.4 Một số cải tiến thuật toán mượn kênh NFDCBS 66

2.4.1 Sử dụng bộ ựiều khiển ANFIS thay cho bộ ựiều khiển NFC 66

2.4.2 Tối ưu tập luật mờ ANFIS 70

2.5 Kết luận 73

Chương 2 MƯỢN, KHÓA KÊNH đỘNG PHÂN TÁN TRÊN CƠ SỞ BỘ đIỀU KHIỂN NƠ RON - MỜ - SUBSETHOOD 75

3.1 Mở ựầu 75

3.2 Xây dựng bộ ựiều khiển mượn kênh DDBNFS 76

3.2.1 Mô hình mạng di ựộng tế bào 76

3.2.2 Bộ ựiều khiển mượn kênh mạng nơ ron mờ-subsethood(DDBNFS) 78

3.2.3 Thuật toán ựiều khiển mượn kênh cân bằng tải ựộng phân tán 100

3.3 Kết luận .102

Chương 4 MÔ PHỎNG, đÁNH GIÁ KẾT QUẢ .104

4.1 Mô tả mạng di ựộng mô phỏng 104

4.2 Cài ựặt và huấn luyện NFS 107

4.2.1 Cài ựặt bộ ựiều khiển NFS bằng Matlab 107

4.2.2 Phát sinh tập dữ liệu huấn luyện và huấn luyện ANFIS, NFS, NFC 108

4.2.3 Kết quả huấn luyện ANFIS, NFS, NFC 109

4.3 Kết quả mô phỏng 109

4.4 đánh giá kết quả và so sánh 112

4.5 Kết luận .112

KẾT LUẬN 114

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

PHỤ LỤC 126

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ABC Always Best Connected concept Khái niệm luôn kết nối tốt nhất

AC Available Channels Số kênh cho phép ( còn rỗi)

AMPS Advanced Mobile Phone

System

Hệ thống ñiện thoại di ñộng AMPS

ANFIS Adaptive Neuro-Fuzzy

Mượn với sắp xếp kênh

BS Base Station Trạm cơ sở

BP Back Propagation Thuật truyền ngược

CBWL Channel Borrowing Without

Locking

Mượn kênh không khoá

CD Code Division Phân chia theo mã

CDMA Code Division Multiplexing ða truy nhập phân chia theo mã

CP-Based-DCA

Compact Pattern Based Dynamic Channel Assignment

Phân cụm dựa trên gán kênh ñộng

CNIR Carrier to Noise plus

Interference Ratio

Tỉ số công suất sóng mang trên tạp

âm và nhiễu

CS Channel Segregation Chia tách kênh

DAB/DVB Digital Audio Broadcast/Digital

Mượn kênh ñộng phân tán trên cơ

sở mạng nơ ron mờ- subsethood

EV-DO EVolution-Data Optimized Phát triển – tối ưu hóa dữ liệu

ETACS European Total Access

Communications System

FCA Fixed Channel Assignment Gán kênh cố ñịnh

FCM Fuzzy C-Means clustering Thuật toán gom cụm C-Mean mờ

FD Frequency Division Phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division

Multiplexing Access

ða truy nhập phân chia theo tần số

FDCBS Fuzzy-based Dynamic

Channel-Borrowing Scheme

Mượn kênh ñộng trên cơ sở logic

mờ

FIFO First In First Out Hàng ñợi FIFO

FIS Fuzzy Inference System Hệ thống suy diễn mờ

FlCA Flexible Channel Assignment Gán kênh linh hoạt

FLC Fuzzy Logic Controller Bộ ñiều khiển logic mờ

GA Generic Algorithm Thuật gen

GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di ñộng toàn

cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

ICA Independent Component

Analysis

Phân tích thành phần ñộc lập

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm ñặc trách kỹ thuật Internet

IMT-A International Mobile

Telecommunication- Advance

Di ñộng quốc tế nâng cao

IMT-2000 International Mobile

Telecommunication at 2000 MHz

Di ñộng quốc tế hoạt ñộng ở băng tần 2000 MHz

IS-95 Interim Standard 95 Chuẩn IS-95

IP Internet Protocol Giao thức Internet

JTACS Japanese Total Access

Communications System

Hệ thống truy cập tổng Nhật Bản

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LBSB Load Balancing with Selective

Borrowing

Cân bằng tải với mượn chọn lọc

LODA Locally Optimised Dynamic

Assignment Strategy

Chiến lược gán kênh ñịa phương

ñộng

LSE Least Square Error Sai số bình phương tối thiểu

MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di

ñộng

MS Mobile Station Thiết bị di ñộng

MIMO Multi Input- Multi Output Hệ thống nhiều ñầu vào – nhiều

NFDCBS Neural-Fuzzy Controller for

the Dynamic Borrowing Scheme

Channel-Mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ

ñiều khiển Nơ ron – Mờ

NFS Noron- Fuzzy- Subsethood Bộ ñiều khiển mạng nơ ron – mờ -

PDC Personal Digital Cellular di ñộng cá nhân tế bào số

PSTN Post Switch Telephone Network Mạng ñiện thoại chuyển mạch

công cộng

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RSS Received Signal Strengh Cường ñộ tín hiệu thu ñược

RMSE Root Mean Square Error Sai số bình phương trung bình

SB Simple Borrowing Mượn kênh ñơn giản

SHCB Simple Hybrid Channel

Borrowing Scheme

Thuật toán mượn kênh lai ghép

ñơn giản

Subsethood Phép ño subsethood mờ

TACS Total Access Communication

System

Hệ thống truy nhập tổng

TD Time Division Phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Multiplexing

Access

ða truy nhập phân chia theo thời

gian

TL Traffic Load Tải lưu lượng

TSK Takagi-Sugeno-Kang Model Mô hình TSK

xG x Generic Thế hệ x (x=1,2,3,4,5)

UMTS Universal Mobile Telephone

System

Hệ thống di ñộng UMTS

UWB Ultra-WideBand Công nghệ không dây UWB

WCDMA Wideband Code Division

Multiple Access

ða truy cập phân chia mã băng

thông rộng

WISDOM Wireless Innovative System for

Dynamic Operating Mega communications concept

Hệ thống phát minh vô tuyến ñể truyền thông Mega ñộng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sự phát triển qua các thế hệ của mạng di ñộng tế bào 20

Hình 1.2: Mạng di ñộng tế bào 23

Hình 1.3: Các phương pháp ña truy cập N kênh cơ bản 26

Hình 1.4: Cách xác ñịnh các tế bào ñồng kênh với tham số shift i=3, j=2 28

Hình 1.5: Nhóm kênh 29

Hình 1.6: Chuyển giao cứng giữa MS và các BS 38

Hình 1.7: Cường ñộ tín hiệu và hiện tượng trễ giữa hai BS liền kề ñể chuyển giao có thể xẩy ra 38 Hình 1.8: Mượn kênh và khoá kênh 41

Hình 1.9: Phân loại tế bào lạnh, tế bào trung bình, tế bào nóng 46

Hình 2.1: Mạng tế bào với tế bào hình lục giác .51

Hình.2.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ .52

Hình 2.3: a) Hàm liên thuộc số kênh cho phép;b) Hàm liên thuộc tải lưu lượng 56

Hình 2.4: Hàm liên thuộc ñầu ra mờ .60

Hình 2.5: Bộ ñiều khiển NFC với luật mờ singleton .63

Hình 2.6: Hàm liên thuộc hình tam giác 64

Hình 2.7: a) Hệ thống suy diễn mờ ANFIS; b) Cấu trúc ANFIS .68

Hình 2.8: Mạng nơ ron huấn luyện tìm hệ số γ của toán tử mờ .72

Hình 3.1: Phân vùng mạng di ñộng tối ưu 77

Hình 3.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh ñộng DBNFS .78

Hình 3.3: Mờ hoá tín hiệu kênh cho phép AC 80

Hình 3.4: Mờ hoá tính hiệu tải lưu lượng TL .81

Hình 3.5: Các tập mờ ñầu ra với hàm liên thuộc Gauss .82

Hình 3.6: Cấu trúc mạng nơ ron mờ sử dụng subsethood(NFS) 83

Hình 3.7: Trường hợp 1: , m C OL k ν =Ck .87

Hình 3.8: Trường hợp 2: m , C k OL k C ν > .88

Hình 3.9: Trường hợp 3: m ,

C

k

ν < .92

Hình 3.10: Cơ chế suy diễn NFS của DBNFS 96

Hình 3.11: Thuật toán ñiều khiển mượn, khoá kênh DBNFS 101

Hình 4.1: PDF thời gian giữ cuộc gọi 110

Hình 4.2: Sai số huấn luyện mạng NFC, ANFIS, NFS 111

Hình 4.3: Xác xuất khóa cuộc gọi của các thuật toán khác nhau 112

Hình 4.4: Xác xuất dớt cuộc gọi của các thuật toán khác nhau 112

Hình 4.5: Sự phức tạp truyền thông ñiệp của các thuật toán khác nhau .113

Hình 4.6: Thời gian trễ thu kênh của các thuật toán khác nhau .113

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các luật mờ ñể ñiều khiển mượn/cho mượn kênh 60

Bảng 3.1: Bảng ñịnh nghĩa giá trị biến ngôn ngữ 81

Bảng 3.2: Mạng ñầu vào và ra của các lớp của NFS 84

Bảng 3.3: Bảng luật và ε của NFS 2 ñầu vào, 1 ñầu ra 96

Bảng 4.1: Cài ñặt bộ ñiều khiển NFS bằng Matlab 109

MỞ ðẦU

Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước, mạng di ñộng tế bào ñã và ñang phát triển mạnh mẽ, nhất là mạng di ñộng tế bào thế hệ mới 3G và 4G ðồng thời các nước cũng ñang ñầu tư nghiên cứu phát triển mạng di ñộng thế hệ thứ 5 (5G) [1] ðặc ñiểm nổi bật của các hệ thống mạng di ñộng thế hệ mới là tốc ñộ truyền dữ liệu lớn, khả năng di ñộng cao và cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng ngày càng phong phú hơn

Một bài toán quan trọng xuyên suốt qua mọi thế hệ mạng di ñộng tế bào là làm thế nào sử dụng phổ tần số (kênh) cấp cho mỗi mạng hiệu quả trong ñiều kiện phổ tần

số là hạn chế Từ ñó nâng cao khả năng phục vụ, chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ thống mạng di ñộng tế bào ðiều này ñòi hỏi phải có một chiến lược gán kênh phù hợp [5][6][7] Bài toán gán kênh là một trong các bài toán quan trọng nhất trong hệ thống di

ñộng tế bào Và nó là một bài toán có ñộ phức tạp theo thời gian mũ (NP-Hard) nên

khó tìm ñược lời giải chính xác

Mục ñích của bài toán gán kênh chủ yếu là ñể khai thác khả năng tái sử dụng lại kênh dưới ñiều kiện ràng buộc nhiễu, như nhiễu ñồng kênh, nhiễu kênh liền kề, nhiễu kênh tại cùng chỗ sử dụng Các thuật toán gán kênh ñược ñề xuất từ nhiều tác giả khác nhau rất phong phú, nhưng có thể chia làm 3 loại khác nhau là: Gán kênh cố ñịnh (FCA), gán kênh ñộng (DCA) và gán kênh lai ghép (HCA)

Ưu ñiểm của FCA là ñơn giản Tuy nhiên, nó không thể phù hợp ñối với tình

huống thực tế của mạng mà có tải tế bào biến ñổi bất thường và thay ñổi từ tế bào sang

tế bào khác Phương pháp DCA cho phép gán/ tái gán lại kênh và do ñó linh hoạt hơn DCA tùy theo cách quản lý kênh mà chia làm 2 loại: DCA tập trung và DCA phân tán

Trong DCA tập trung, tất cả các kênh ñược ñặt trong một nguồn chung và ñược gán cho các cuộc gọi mới khi cần thiết, và tất cả các công việc gán kênh ñược thực hiện bởi MSC Trong DCA phân tán, các BS sẽ tham gia thực hiện công việc này ðể có

ñược ưu ñiểm của FCA và DCA, kỹ thuật HCA ñược ñề xuất sử dụng Trong HCA,

các kênh ñược chia thành hai tập riêng biệt: một tập các kênh ñược gán cho mỗi tế bào trên cơ sở FCA, trong khi tập kênh còn lại ñược giữ trong nguồn chung dành cho việc gán ñộng Một vấn ñề quan trọng của các phương pháp cấp phát kênh là cân bằng tải trong mạng di ñộng tế bào có tải phân bố không ñều Cân bằng tải là quá trình phân bố lại các kênh của mạng di ñộng tế bào ñể tránh tình huống mà một số tế bào ñang nhàn rỗi trong khi một số tế bào khác ñang ở trạng thái bị tắc nghẽn (nóng) [29][30][31] Do

sự nóng của các tế bào biến ñổi theo cả không gian và thời gian, cho nên trong thực tế,

ñể giải quyết vấn ñề này có thể tăng ñộ rộng băng thông cho tế bào ñể tăng dung lượng

hệ thống Nhưng giải pháp tăng băng thông lại không hiệu quả ñối với mạng mà lưu lượng mất cân bằng mà biến ñổi theo thời gian Có giải pháp hiệu quả hơn ñể giải quyết vấn ñề này là thực hiện chuyển các kênh rỗi từ các tế bào tải nhẹ (lạnh) sang tế bào tải nặng (nóng) hoặc từ vùng tải nhẹ sang vùng tải nặng trong các mạng thế hệ mới Hay nói cách khác, ñó là quá trình thực hiện mượn kênh trong mạng di ñộng tế bào ðây là phương pháp ñược sử dụng phổ biến trong mọi mạng tế bào và mọi thế hệ mạng tế bào, thậm chí cả mạng vệ tinh [51]

Các chiến lược mượn kênh truyền thống thường mượn kênh ñể cân bằng tải bằng cách sử dụng một số ngưỡng cố ñịnh ñể phân biệt trạng thái tải của mỗi tế bào Một tải tế bào ñược gọi là "nóng", nếu tỷ số giữa số kênh còn rỗi với tổng số kênh cấp cho tế bào ñó nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị ngưỡng, ngược lại nó là "lạnh" Hạn chế trong các thuật toán này chính là do sử dụng các giá trị ngưỡng cố ñịnh nên có thể gây

ra một chuỗi các biến ñổi bất thường, như hiệu ứng quả bóng bàn (ping-pong), do tải dao ñộng xung quanh ngưỡng ðiều này dẫn ñến lãng phí một lượng ñáng kể tài nguyên mạng do việc chuyển kênh qua lại giữa các tế bào Mặt khác, việc thu thập các thông tin tải tế bào không chỉ ñể ước lược tải lưu lượng mạng biến ñổi theo thời gian,

mà còn cung cấp các thông tin hữu ích ñể ra quyết ñịnh gán lại kênh mạng di ñộng tế bào Việc thu thập thông tin tải tốt cho phép phản ánh chất lượng ước lượng tải hiện thời của tế bào, dự báo ñược tải trong tương lai gần, ñảm bảo sự ổn ñịnh tương ñối và

có một quan hệ ñơn giản với các chỉ số tài nguyên của mạng Trong hệ thống di ñộng,

số các cuộc gọi xuất hiện là không biết trước, cũng như thời gian thực hiện cuộc gọi là

mơ hồ, không chắc chắn (bất ñịnh) Chính vì những lý do như vậy, ñể giải bài toán này cần có một cơ chế dự báo phù hợp hơn, hiệu quả hơn Gần ñây, ña số các phương pháp giải quyết vấn ñề gán kênh cho mạng tế bào nói chung, phương pháp ñiều khiển mượn kênh nói riêng ñều sử dụng công cụ tính toán thông minh, hoặc kết hợp các phương pháp truyền thống với các phương pháp tính toán thông minh ñể giải quyết bài toán mạng di ñộng tế bào (hệ thống lai) [47][48][50]

Trong phương pháp tính toán thông minh, nền tảng cốt lõi của nó là bộ ñiều khiển logic mờ, mạng nơ ron, thuật gen Ngoài ra còn có lý thuyết trò chơi, tính toán dựa trên bầy ñàn, dựa trên tình huống (case), Automata Các bộ ñiều khiển thông minh có thể ñược xây dựng từ các công nghệ thông minh riêng rẽ hoặc tích hợp các công nghệ này, tuỳ từng bài toán cụ thể Mạng nơ ron có ưu ñiểm nổi bật là khả năng học, khả năng khái quát hoá và khả năng xấp xỉ hàm phi tuyến bất kỳ với ñộ chính xác yêu cầu Còn bộ ñiều khiển logic mờ ñược phát triển trên cơ sở lý thuyết tập mờ có ưu

ñiểm là tích hợp ñược tri thức chuyên gia và phỏng theo cách tư duy của con người với

cơ chế suy diễn trên cơ sở tập luật IF-THEN mờ Thuật gen (GA) cho phép giải bài toán tối ưu toàn cục dựa trên các toán tử lai ghép, ñột biến, chọn lọc tự nhiên ñể tìm lời giải tối ưu trong không gian lời giải của bài toán Automata cho phép tạo ra khả năng

tự trị, thích nghi với môi trường Sự kết hợp các công nghệ này cho phép tạo ra các bộ

ñiều khiển mạnh, mềm dẻo và giải quyết hiệu quả các bài toán phức tạp, nhiều yếu tố

bất ñịnh, không rõ ràng hoặc nghèo thông tin Chính vì những ưu ñiểm như vậy, bộ

ñiều khiển thông minh ñã ñược nhiều tác giả nghiên cứu sử dụng trong các thuật toán

mượn kênh, cân bằng tải ñộng, lập lịch gán mã trong mạng di ñộng tế bào với các cơ chế ña truy cập khác nhau Nổi bật là nghiên cứu của tác giả Harilaos G Sandalidis, Peter P Stavroulakis’, J Rodriguez-Tellez [37], ñã sử dụng mạng nơ ron Hopfield và các chiến lược tiến hoá ñể thực hiện mượn kênh trong mạng tế bào (BCA) Somnath

Sinha Maha Patra, Kousik Roy, Sarthak Banerjee, and Deo Prakash Vidyarthi [40], ñã

sử dụng GA ñể cải tạo thuật toán mượn kênh nhằm tối ưu số trạm bị khoá kênh Sitao

Wu, Tommy W S Chow, Kai Tat Ng [41] ñã sử dụng bản ñồ tự tổ chức thực hiện chiến lược mượn kênh hiệu quả Yao-Tien Wang [47][48][49] ñã ñề xuất thuật toán mượn kênh sử dụng bộ ñiều khiển logic mờ, bộ ñiều khiển mạng nơ ron- mờ và bộ ñiều khiển nơ ron-mờ- GA ñể thực hiện mượn kênh ñộng ñể cân bằng tải ñộng mạng di

ñộng tế bào

Trong [47] Yao-Tien Wang ñề xuất bộ ñiều khiển mờ (FDCBS) gồm bốn khối thành phần: (1) cơ sở luật mờ, (2) ñộng cơ suy diễn mờ, (3) khối mờ hóa, và (4) khối giải mờ FDCBS gồm 3 pha hoạt ñộng: (1) ra quyết ñịnh tải tế bào, (2) trao ñổi thỏa thuận giữa các tế bào liên quan, và (3) di chuyển ña kênh Cấu trúc của bộ ñiều khiển mượn kênh của mạng di ñộng tế bào gồm ba pha thiết kế bằng cách áp dụng ñiều khiển logic mờ cho các pha ñó Pha ra quyết ñịnh tải tế bào cho chỉ thị một lượng thông tin liên quan ñến tế bào cũng như các luật thu thập thông tin sẽ ñược sử dụng khi thực hiện

ra quyết ñịnh phân bố lại tải tế bào Mục ñích là ñể thu ñược ñầy ñủ thông tin ñể ñưa ra quyết ñịnh trạng thái tải tế bào mà có thể là rất nóng, nóng, trung bình, FDCBS sử dụng số kênh cho phép và tải lưu lượng tế bào như là các biến ñầu vào cho tập mờ và xác ñịnh một tập các hàm liên thuộc mờ Khái niệm số mờ ñóng một vai trò quan trọng trong xây dựng các biến ñịnh lượng mờ và xác ñịnh các giá trị ngôn ngữ biểu diễn trạng thái của tải tế bào, chẳng hạn như “rất nóng”, “nóng”, “vừa phải”, “lạnh” hoặc

“rất lạnh” Pha thực hiện thỏa thuận giữa các tế bào liên quan nhằm mục ñích lựa chọn các tế bào hoặc các kênh sẽ ñược di chuyển khi các sự kiện cấp phát lại tải diễn ra Các cách tiếp cận cấp phát kênh truyền thống có thể ñược phân loại thành loại cập nhật và tìm kiếm Ý tưởng cơ bản là một tế bào phải tham chiếu tất cả các tế bào liên quan trong phạm vi khoảng cách tái sử dụng kênh tối thiểu trước khi nó có thể thu ñược một kênh Cả hai phương pháp này ñều có những ưu và nhược ñiểm Cách tiếp cận cập nhật

có thời gian trễ thu kênh ngắn nhưng ñộ phức tạp thông ñiệp cao hơn, trong khi

phương pháp tìm kiếm có ñộ phức tạp thông ñiệp thấp nhưng thời gian trễ thu kênh dài hơn FDCBS thực hiện thỏa thuận giữa tế bào hiện thời với các tế bào liên quan như sau: Khi trạng thái tải tế bào hiện thời là nóng, nó ñóng vai trò mượn kênh, ngược lại, khi trạng thái tải của nó là lạnh nó ñóng vai trò cho mượn kênh Trong trường hợp tế bào có trạng thái tải trung bình thì nó không ñược phép mượn bất kỳ kênh nào từ bất cứ một tế bào khác, và cũng không cho bất kỳ tế bào nào mượn kênh từ nó Pha di chuyển

ña kênh liên quan ñến việc quản lý sự di chuyển của các kênh từ một tế bào tới tế bào

khác Trong các thuật toán truyền thống khi một tế bào yêu cầu và một tế bào ñích

ñược xác ñịnh, số kênh cấp phát chỉ là một kênh trong mỗi lần lặp ðiều này không

hiệu quả nếu tải lưu lượng của hai tế bào là rất khác nhau Ý tưởng của FDCBS là mượn một số kênh một lần thay vì chỉ có một giữa hai tế bào Ví dụ, trong các mạng truyền thông ña phương tiện thế hệ mới, một cuộc gọi có thể cần nhiều kênh khác nhau tại một thời ñiểm Ngoài ra, FDCBS cũng cho phép một tế bào yêu cầu có thể mượn nhiều kênh khác nhau tại một thời ñiểm, dựa trên tải lưu lượng của các tế bào, các kênh

có khả năng và giảm thiểu chi phí mượn kênh

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu ñiểm thu ñược, FDCBS còn có nhiều hạn chế do bản chất của tập mờ: (1) cần chuyên gia con người ñể xác ñịnh trước hàm liên thuộc

mờ ban ñầu, tức là, các phương pháp này không thể xây dựng các hàm liên thuộc mờ từ tập dữ liệu huấn luyện một cách hoàn toàn tự ñộng; (2) quá phức tạp và cần rất nhiều thời gian tính toán; 3) tạo ra quá nhiều luật mờ ðể khắc phục hạn chế của FDCBS, Yao-Tien Wang ñã ñề xuất bộ ñiều khiển mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ ñiều khiển mạng nơ ron – mờ (NFDCBS) [48] Bộ ñiều khiển này gồm bốn khối của bộ ñiều khiển logic mờ và mạng nơ ron-mờ Hoạt ñộng của NFDCBS cũng gồm 3 pha như FDCBS Mục ñích chính của bộ ñiều khiển nơ ron-mờ sử dụng trong NFDCBS là phát sinh tập luật mờ tự ñộng bằng cách áp dụng các kỹ thuật học ñể tìm và ñiều chỉnh các tham số trên cơ sở tập dữ liệu huấn luyện

Các phương pháp mượn kênh thông minh ñã ñược ñề xuất nói chung, thuật toán FDCBS, NFDCBS của Yao-Tien Wang nói riêng, ñều tồn tại một số hạn chế do bản chất của mạng nơ ron, logic mờ Các thuật toán này hoặc là quá phức tạp, hoặc là số lượng tính toán quá nhiều Riêng thuật toán FDCBS phù thuộc mạnh vào tri thức chuyên gia, số luật quá lớn Trong NFDCBS thì hạn chế: 1) khả năng xấp xỉ với dữ liệu

ñầu ra mong muốn hạn chế về mức ñộ chính xác, 2) số luật phát sinh tự ñộng còn lớn,

3) sử dụng phép toán t-norms, t-cornom mà có nhiều sự lựa chọn khác nhau cho cùng một bài toán

Từ quá trình phân tích, luận án sẽ tập trung nghiên cứu các vấn ñề sau:

1) Thực hiện một số cải tiến ñối với thuật toán NFDCBS ñể nâng cao chất lượng của mạng di ñộng tế bào

2) ðề xuất phương pháp mượn kênh ñộng phân tán DBNFS trên cơ sở bộ ñiều khiển mạng nơ ron mờ có tích hợp phép ño subsethood NFS [33][57][58] ñể khắc phục các hạn chế của các thuật toán ñề xuất bởi Yao-Tien Wang [47][48] Bộ ñiều khiển này

sử dụng liên kết mờ cho phép ño mức ñộ ñóng góp của các phần ñiều kiện của tập luật lên phần kết luận sử dụng phép ño subsethood ñược ñề xuất bởi Kosko [33], cho nên

ñầu ra xấp xỉ với dữ liệu mong muốn tốt hơn ðồng thời NFS không bỏ qua thông tin

kích cỡ số chiều của véc tơ ñầu vào bộ ñiều khiển logic mờ, mà cũng không làm cường

ñộ của các luật mờ giảm nhanh chóng khi số chiều ñầu vào tăng như ñã xẩy ra do dùng

toán tử min hoặc toán tử tích trong các bộ ñiều khiển NFDCBS Cuối cùng NFS loại bỏ

ñược việc sử dụng các phép toán số học khoảng ñối với các tập mức –α và cho phép

giải thích rõ ràng hơn tác ñộng của các luật mờ lên phần kết luận của tập luật mờ NFS cũng loại bỏ ñược việc sử dụng toán tử mờ t-norms hoặc t-cornom trong các bộ ñiều khiển nơ ron –mờ truyền thống, ñồng thời cho tín hiệu ñầu ra số là một tổ hợp tuyến tính của các phần kết luận ñã ñược giải mờ, cho nên tín hiệu ñầu ra cũng “mịn” hơn so với các bộ ñiều khiển khác

Phương pháp DBNFS thực hiện mượn kênh phân tán kết hợp với các chiến lược khóa kênh, nên vấn ñề cân bằng tải của mạng ñược ñáp ứng ñộng hơn, hiệu quả hơn so với NFDCBS (sử dụng phương pháp quản lý kênh tập trung và thực hiện cân bằng tải theo chu kỳ)

3) Thông qua mô phỏng, chúng tôi ñánh giá xác suất khóa cuộc gọi, xác suất rớt cuộc gọi, sự cập nhật thông ñiệp, thời gian trễ thu kênh của phương pháp ñề xuất Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp mượn, khóa kênh trên DBNFS cho kết quả tốt hơn so với các phương pháp thông thường và các thuật toán FDCBS, NFDCBS của Yao-Tien Wang [47][48]

Mục tiêu của luận án tập trung nghiên cứu ba vấn ñề chính Vấn ñề thứ nhất là

so sánh và ñánh giá các phương pháp mượn khóa kênh truyền thống, phương pháp mượn kênh FDCBS, NFDCBS ñể vạch ra những ñiểm hạn chế của các phương pháp

này, từ ñó ñề xuất phương pháp cải tiến Vấn ñề thứ hai là ñề xuất phương pháp mới

sử dụng phép ño subsethood và chứng minh phương pháp mới hiệu quả hơn các

phương pháp cũ và cải tiến Vấn ñề thứ ba là ñề xuất mô hình mô phỏng và thu kết

quả, ñánh giá phương pháp mới

ðối tượng nghiên cứu của luận án là nghiên cứu phương pháp mới với các

thuật toán mượn, khóa kênh sử dụng mạng nơ ron mờ, phép ño subsethood sử dụng tập

dữ liệu huấn luyện trong chế ñộ online và batch ñể tăng dung lượng số cuộc gọi ñược phục vụ, thực hiện cân bằng tải hiệu quả và kịp thời, từ ñó cải thiện và nâng cao các chỉ số chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ thống di ñộng tế bào

Phạm vi nghiên cứu của luận án là nghiên cứu phương pháp mượn khóa kênh

trên mô hình mạng di ñộng tế bào ñề xuất

Phương pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu

thực nghiệm Về nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu các thuật toán, các phương pháp mượn khóa kênh dựa vào các kiến thức cơ bản và các kết quả nghiên cứu lý thuyết ñã công bố Về nghiên cứu thực nghiệm, luận án thực hiện cài ñặt các thuật toán, chạy thử

nghiệm thuật toán với các bộ số liệu ñã ñược công bố, so sánh và ñánh giá kết quả thực nghiệm, từ ñó kết luận tính ưu việt của phương pháp mới

Bố cục của luận án gồm phần mở ñầu và bốn chương nội dung, phần kết luận,

danh mục công trình công bố và danh mục các tài liệu tham khảo Chương 1 trình bày các khái niệm cơ bản về mô hình mạng di ñộng tế bào và một số khái niệm quan trọng

ðồng thời chương 1 cũng trình bày tổng quan các phương pháp gán kênh, mượn khóa

kênh truyền thống và chỉ ra những hạn chế của các phương pháp này

Các ñóng góp chính của luận án ñược trình bày trong chương 2, chương 3 và chương 4 Chương 2 thực hiện khảo sát các phương pháp mượn kênh FDCBS trên cơ sở logic mờ, mà tập luật mờ ñược xây dựng sử dụng tri thưc chuyên gia; NFDCBS trên cơ

sở mạng nơ ron mờ mà tập luật mờ ñược phát sinh và tối ưu tự ñộng sử dụng tập dữ liệu huấn luyện Chương 2 cũng chỉ ra những hạn chế của các phương pháp này và ñề xuất một số cải tiến ñối với NFDCBS

Chương 3 trình bày phương pháp mượn khóa kênh mới sử dụng bộ ñiều khiển nơ ron mờ với phép ño subsethood Trong chương này trình bày mô hình bộ ñiều khiển mượn khóa kênh phân tán, xây dựng bộ ñiều khiển mạng nơ ron mờ- subsethood và thuật toán huấn luyện online, huấn luyện batch ðề xuất thuật toán mượn khóa kênh

mờ, qui trình thực hiện mượn, khóa kênh và di chuyển ña kênh ñể cân bằng tải ñộng mạng di ñộng tế bào

Chương 4 trình bày xây dựng mô hình mô phỏng, thực hiện phát sinh tập dữ liệu huấn luyện, huấn luyện mạng nơ ron, thực hiện chạy mô phỏng các thuật toán mượn, khóa kênh với các tham số giả ñịnh, sau ñó phân tích, ñánh giá kết quả thu ñược Cuối cùng, phần kết luận nêu những ñóng góp của luận án, hướng phát triển và những vấn ñề quan tâm của tác giả

Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG DI ðỘNG TẾ BÀO

VÀ CÁC THUẬT TOÁN MƯỢN, KHOÁ KÊNH

Chương này trình bày tổng quan về mạng di ñộng tế bào, ñặc biệt là các vấn ñề gán kênh, tái sử dụng kênh, mượn, khoá kênh; ñánh giá hiệu suất hoạt ñộng của các thuật toán gán kênh, mượn, khoá kênh ðây là những vấn ñề liên quan ñến nội dung nghiên cứu chính của luận án

1.1 Mở ñầu

Mạng thông tin di ñộng tế bào ñã trải qua nhiều thế hệ: 1G, 2-2.5G, 3G, 4G và hiện nay ñang nghiên cứu 5G [1] Hình 1.1 cho thấy sự tiến hóa của các thế hệ ñều nhằm tăng tốc ñộ dữ liệu, tăng khả năng di ñộng và khả năng dịch vụ

Hình 1.1: Sự phát triển qua các thế hệ của mạng di ñộng tế bào

• Thế hệ 1G: là công nghệ ñiện thoại không dây thế hệ thứ nhất ðặc ñiểm của 1G

là chỉ có dịch vụ thoại và sử dụng tín hiệu tương tự (thoại ñược ñiều chế và

truyền với kỹ thuật tương tự) với tốc ñộ 14,4kbps và sử dụng công nghệ ña truy cập FDMA Các chuẩn tiêu biểu của họ 1G là:

NMT (Nordic Mobile Telephone)

AMPS (Advanced Mobile Phone System)

TACS (Total Access Communications System)

ETACS (European Total Access Communications System)

JTACS (Japanese Total Access Communications System)

• 2G: là công nghệ ñiện thoại không dây thế hệ 2 ðặc trưng của 2G là nó cải tạo chuẩn 1G với thoại ñược truyền số, dịch vụ nhắn tin SMS và tốc ñộ truyền là 144kbps Chuẩn 2G phân làm 2 loại dựa vào phương pháp ña truy cập kênh:

TDMA: tiêu biểu là chuẩn GSM

CDMA: tiêu biểu là chuẩn IS-95

• 3G: Thế hệ thứ 3 của viễn thông di ñộng ñược biết như là họ chuẩn IMT-2000 3G thể hiện phạm vi dịch vụ rộng rãi: voice/video/data (truyền hình IP, video theo nhu cầu, hội thảo trực tuyến, dịch vụ y tế từ xa, ), tốc ñộ cao từ 2M-5Mbps/348Kbps trong trường hợp di ñộng tốc ñộ thấp/cao, khối mã hóa và chức năng xác thực tốt hơn Các chuẩn 3G tiêu biểu gồm:

- Họ chuẩn CDMA 2000 mà tiêu biểu EV-DO với ñặc trưng là truy cập Internet băng thông rộng

- W-CDMA hoặc UMTS

• 4G: Thế hệ này có họ chuẩn là IMT-A (IMT-A/4G) IMT-A/4G mang lại khả năng giá trị gia tăng hơn 3G [1] và thể hiện một vài khác nhau cơ bản: Theo ñịnh nghĩa [1] “4G là hệ thống của các hệ thống, mạng của các mạng mà tích hợp hoàn toàn dựa trên IP” Nếu 3G sử dụng cả 2 phương pháp truyền thông chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh ñể truyền dữ liệu thì 4G là công nghệ chỉ dựa trên chuyển mạch gói 4G cũng thể hiện khả năng: 1) hội tụ và tích hợp các mạng truy cập không thuần nhất, 2) hội tụ ñầu cuối người sử dụng Kiểu hội tụ thứ nhất qui về khả năng

truy cập mạng 4G qua vô số các mạng vô tuyến khác nhau như DAB/DVB, GSM, IMT-2000, WLAN, kết nối khoảng cách ngắn với Bluetooth, IR, UWB, xDSL…; Kiểu hội tụ thứ 2 (hội tụ ñầu cuối) tiến tới ý tưởng ñầu cuối thông minh, cho phép kết nối mạng 4G (bằng cách chọn mạng truy cập phù hợp) mọi nơi, mọi lúc và cho phép truyền và nhận mọi kiểu nội dung ðặc ñiểm và các yêu cầu nổi bật của mạng 4G là [1]:

• Khả năng di ñộng rất cao

• Tốc ñộ truyền dữ liệu lớn: 100Mbps khi di chuyển tốc ñộ cao, 1Gbps khi

di chuyển chậm

• Sự phong phú của các ứng dụng và các dịch vụ khác nhau

• Thể hiện sự phối hợp hoạt ñộng giữa các mạng/ hệ thống truy cập khác nhau như một kiến trúc thống nhất

ðến nay, 4G ñã trở thành thế hệ tiên phong của công nghệ mới Trên cơ sở 4G,

thế hệ mới tiên tiến hơn nữa cho phép liên kết toàn bộ thế giới truyền thông hiện nay cũng ñang ñược triển khai nghiên cứu và nó ñược biết như là thế hệ thứ 5 (5G) ða số các nghiên cứu hiện nay ñều ñịnh nghĩa khái niệm 5G, các thuộc tính, yêu cầu và mô tả công nghệ 5G qua công nghệ 4G Ngoài ra 5G còn ñược ñề xuất (2009) [1] lần ñầu tiên trong lý thuyết qua khái niệm WISDOM với công thức:

Nguyên tắc của WISDOM là mang lại sự kết nối thế giới vô tuyến không hạn chế, hội tụ và liên kết các thành phố, các quốc gia, các châu lục và cuối cùng toàn thế giới với nhau mà thể hiện một sự ña dạng phong phú của các dịch vụ ña phương tiện với tốc ñộ dữ liệu rất cao

1.2 Mô hình mạng di ñộng tế bào

1.2.1 Khái niệm tế bào

Khái niệm tế bào xuất phát từ các hệ thống mạng của Bell theo chuẩn AMPS [2][3][4], ñó là một kiến trúc mạng ñược tổ hợp từ các tế bào hình lục giác (Hình 1.2)

Hình 1.2: Mạng di ñộng tế bào Mỗi ô hình lục giác còn ñược gọi là một tế bào Các tế bào biểu diễn cho các vùng ñịa lý khác nhau Kích thước mỗi tế bào thay ñổi tùy theo vùng Bên trong các tế bào: máy tính, PDA, Pocket PC, ñiện thoại, … gọi chung là thiết bị di ñộng(MS) có

khả năng yêu cầu truy nhập hoặc duy trì các giao dịch, phiên liên lạc khi di chuyển bên trong mạng tế bào Mỗi tế bào có một trạm cơ sở (BS) cung cấp các kênh cho các thiết

bị di ñộng Mỗi tế bào ñược liên kết với trung tâm chuyển mạch (MSC) còn ñược gọi là MTSO có vai trò ñiều khiển các cuộc gọi và hoạt ñộng như là một cổng ñể kết nối với mạng khác Với các mạng di ñộng tế bào thế hệ mới cũng có cấu trúc tương tự Khi người sử dụng di chuyển (ví dụ trạm di ñộng ñang sử dụng một kênh) tới gần biên của

tế bào, nó cần phải thay ñổi kênh hiện thời sang kênh khác của tế bào lân cận Quá trình này gọi là quá trình chuyển giao (Handoff) [25][26][27][28]

Mục tiêu của mạng di ñộng tế bào là cung cấp dịch vụ có khả năng:

- Thực hiện phiên liên lạc với số lượng lớn

- Sử dụng hiệu quả kênh truyền

- Tính tương thích cao

- Phục vụ trên một vùng rộng lớn

- Thích ứng với mật ñộ lưu lượng cao

- Phục vụ cho các phương tiện giao thông hoặc cố ñịnh

- Cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu, âm thanh, hình ảnh, internet

- Cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng với chất lượng dịch vụ tốt

ðể hệ thống tế bào có các khả năng trên trong ñiều kiện tài nguyên hạn chế,

trong mạng di ñộng tế bào sử dụng khả năng tái sử dụng kênh vô tuyến và thực hiện phân chia thành tập tế bào

Tái sử dụng kênh là việc sử dụng cùng kênh ñó ở những vùng khác nhau mà khoảng cách vừa ñủ ñể nhiễu gây ra không ảnh hưởng Có 2 lý do của việc tái sử dụng kênh là:

- Giảm giá thành của việc thiết lập một máy thu phát công suất lớn có vùng phủ sóng rộng bằng việc lắp ñặt các máy thu phát có công suất nhỏ hơn tại các ñịa ñiểm khác nhau

- Gia tăng số lượng cuộc gọi ñược thực hiện ñồng thời trên cùng phổ tần số mà

ñã cấp cho mạng

Phân chia tế bào là việc phân hoạch một vùng ñịa lý thành các tế bào, ñây là

ñiểm căn bản tạo ra khả năng cùng một mạng có thể phục vụ các yêu cầu kênh khác

nhau Tế bào lớn phục vụ vùng có mật ñộ cuộc gọi thấp hơn và các tế bào nhỏ phục vụ các vùng có mật ñộ cuộc gọi cao [1][2][3][4]

1.2.2 Kênh, cấp phát kênh và tái sử dụng kênh

1.2.2.1 Kênh truyền thông

Kênh truyền thông trong mạng di ñộng tế bào, có thể sử dụng các phương pháp truy cập mạng khác nhau hoặc kết hợp các phương pháp truy cập mạng với nhau (Hình 1.3) Với hệ thống 1G: Phổ tần số ñược chia thành tập các kênh vô tuyến riêng biệt (FD), tập các kênh này có thể ñược sử dụng một cách ñồng thời với mức tín hiệu thu là chấp nhận ñược; trong hệ thống 2G, kênh truyền thông sử dụng là các khe phân chia theo thời gian (TD), hoặc phân chia theo mã (CD) ñược sử dụng Trong hệ thống 3G, kênh sử dụng là các mã OVSF ñược gán cho mỗi cuộc gọi Trong hệ thống 4G sử dụng kết hợp cả phân chia phổ thành các sóng mang thành phần với phân chia mỗi phổ sóng mang thành phần ñó theo thời gian (OFDMA) Yếu tố chính ñể xác ñịnh các kênh

di ñộng với chất lượng dịch vụ nhất ñịnh có thể sử dụng ñược chính là mức tín hiệu

ñiện thu ñược trong mỗi kênh ñó Trong luận án này chúng tôi gọi tất cả các kênh sử

dụng các phương pháp truy cập khác nhau trong các thế hệ khác nhau với một tên chung là kênh truyền thông hay kênh

Hình 1.3: Các phương pháp ña truy cập kênh cơ bản với N người sử dụng di ñộng

Gọi S i (k) là tập thứ i các thuê bao mà có thể liên lạc với nhau bằng việc cùng sử

dụng tần số k Do những ñặc tính vật lý của môi trường truyền sóng vô tuyến, cũng tần

số k này có thể ñược tái sử dụng ñồng thời bởi tập thứ j khác nếu thuê bao của tập i và j

cách nhau một khoảng ñáng kể Tất cả các thuê bao mà sử dụng cùng tần số như vậy

ñược coi là các tập ñồng kênh hoặc gọi theo cách ñơn giản là ñồng kênh Khoảng cách

nhỏ nhất mà các tập ñồng kênh có thể ñược tái sử dụng với nhiễu gây ra có thể chấp nhận ñược gọi là “khoảng cách tái sử dụng ñồng kênh” Khoảng cách nhỏ nhất ñảm

bảo rằng mức tỉ số tín hiệu trên nhiễu ở mỗi tập ñồng kênh lớn hơn một ngưỡng xác

ñịnh Tín hiệu ở ñây biểu diễn công suất tín hiệu thu ñược của một kênh và nhiễu biểu

diễn tổng công suất tín hiệu ñã thu ñược của tất cả các tập ñồng kênh Do ñặc tính tổn hao ñường truyền sóng trong môi trường vô tuyến, công suất thu ñược sẽ giảm dần khi khoảng cách giữa thuê bao và trạm phát tăng

Ở khoảng cách d công suất trung bình nhận ñược từ máy phát là P T d -α , trong ñó

P T là công suất phát trung bình, α gọi là hằng số suy giảm nhận giá trị trong khoảng từ

3 ñến 5, tuỳ thuộc vào môi trường vật lý (lưu ý rằng, ñiều này không áp dụng khi có

ảnh hưởng của sự che bóng hoặc fading ña ñường, nghĩa là các giá trị này sẽ là 0, do

vậy công suất trung bình thu ñược chỉ phụ thuộc vào khoảng cách d và công suất phát

P T ), do vậy, CNIR trung bình mà thuê bao thu ñược ñược xác ñịnh bởi công thức:

0 1

t t N

i i i

P d

C N IR

α α

P t là trung bình công suất phát của trạm phát T mà thuê bao R sẽ thu tín hiệu và

có khoảng cách d t so với trạm phát này N là số các trạm phát S i khác mà sử dụng cùng

kênh giống như kênh ñể liên lạc với MS P i là trung bình công suất phát của trạm phát

S i , d i là khoảng cách giữa MS và trạm phát S i (i=1, 2…, N), N 0 là hằng số tạp âm môi trường

Khi số tế bào trong mỗi cụm ñã ñược xác ñịnh thì cần thiết phải xác ñịnh tập kênh nào sẽ ñược gán cho mỗi tế bào Thuật toán sau ñây cho phép dễ dàng tìm ñược các tế bào ñồng kênh gần nhất của bất kỳ tế bào nào trong mạng

Giả sử hai tham số i và j ñược gọi là các tham số dịch (shift), ñược xác ñịnh trước Bắt ñầu từ bất kỳ tế bào nào, di chuyển i tế bào theo hướng bất kỳ một trong sáu

hình lục lăng bên cạnh của tế bào ñó, ñổi hướng ngược chiều kim ñồng hồ 60 ñộ và di

chuyển j tế bào (Hình 1.4) Tế bào ñích là tế bào ñồng kênh gần nhất với tế bào ban

ñầu Bằng cách lặp lại mô hình này, các cụm các tế bào ñược hình thành, trong ñó mỗi

tế bào ñược cấp phát một tập các kênh tần số khác nhau Một cụm các tế bào như vậy

ñược gọi là một nhóm Compact Số tế bào N trong nhóm Compact ñược tính bởi công

thức:

N=i 2 + ij + j 2 (1.3)

Tế bào ñồng kênh cũng có thể ñược xác ñịnh bằng cách sau khi di chuyển i tế bào thì ñổi hướng theo chiều kim ñồng hồ và di chuyển j tế bào

Hình 1.4: Cách xác ñịnh các tế bào ñồng kênh với tham số shift i=2, j=1

Bước thứ hai là nhóm kênh ñể xác ñịnh mỗi tập sẽ bao gồm những kênh nào (Hình 1.5) Bước này ñòi hỏi phải chú ý ñến nhiễu kênh lân cận Một cách tổng quát,

bộ lọc tần số cần một băng tần bảo vệ ñủ ñể các tần số liền kề không bị loại bỏ Với khoảng cách 30 kHz và ñộ lệch tối ña 12 kHz trong AMPS là không ñủ ñể làm ñiều này Các kênh ñược ñánh số theo thứ tự tăng dần bắt ñầu từ 1, các kênh có số thứ tự

khác nhau thì có tần số khác nhau Giả sử có N tập kênh phân biệt, tập thứ n sẽ bao gồm các kênh n, n+N, n+2N, …Ví dụ với N=7, tập ñầu tiên sẽ gồm các kênh 1, 8, 15 ;

tế bào thứ 2 sẽ gồm kênh 2, 9, 16 …(Hình 1.5)

Nhu cầu lưu lượng cũng như mật ñộ thuê bao sử dụng giữa các vùng nông thôn

và thành thị có sự khác nhau nên ñòi hỏi cấu trúc mạng ở các vùng ñó cũng khác nhau

Do vậy, sẽ không thực tế khi chia nhỏ toàn bộ hệ thống ra các vùng nhỏ hơn nữa và giống nhau

Các nhà quy hoạch sử dụng khái niệm phân chia tế bào ñể phân chia một khu vực có mật ñộ thuê bao cao, lưu lượng lớn thành nhiều vùng nhỏ hơn ñể cung cấp tốt hơn các dịch vụ mạng Ví dụ các thành phố lớn ñược phân chia thành các vùng ñịa lý nhỏ hơn với các tế bào có mức ñộ phủ sóng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ cũng như lưu lượng sử dụng cao, trong khi khu vực nông thôn nên sử dụng các tế bào

có vùng phủ sóng lớn, tương ứng với nó số lượng tế bào sẽ sử dụng ít hơn ñể ñáp ứng cho lưu lượng thấp và số người dùng với mật ñộ thấp hơn

cuộc gọi ựồng thời thì sẽ là 1.500 cuộc gọi Tuy nhiên, nếu cùng tần số ựược sử dụng trong 2 tế bào khác nhau nhưng gần nhau về mặt ựịa lý thì sẽ gây ra nhiễu, dữ liệu truyền ựi sẽ bị biến ựổi không còn nguyên dạng, hiện tượng này gọi là xuyên nhiễu

ựồng kênh, nó có thể làm giảm tỉ số tắn hiệu trên tạp âm tới một mức mà tắn hiệu không

còn phân biệt ựược nữa do tạp âm khi mà người sử dụng khác cũng ựang sử dụng cùng tần số ở tế bào kế tiếp

Phân phối các kênh trong mạng tế bào phụ thuộc vào rất nhiều tham số, chẳng hạn như kiến trúc hình học của tế bào, các ựặc tắnh truyền tắn hiệu và nhiễu Tập hợp các kênh ựược cấp phát cố ựịnh cho một ô Cùng tập hợp kênh này ựược sử dụng lại trong tế bào khác với khoảng cách ựủ ựể nhiễu tắn hiệu gây ra là chấp nhận ựược Các

tế bào mà sử dụng cùng tập hợp kênh ựược gọi là các tế bào ựồng kênh và khoảng cách giữa chúng gọi là khoảng cách tái sử dụng ựồng kênh Tổng số kênh tần số cấp phát cho mạng ựược phân chia thành các tập hợp và mỗi tập ựược gán cho một tế bào bên trong một cụm các ô Một cụm các tế bào hình thành một nhóm Compact Nhóm Compact ựược tái sử dụng tuỳ thuộc vào khoảng cách tái sử dụng ựồng kênh Lựa chọn

số tế bào cho mỗi cụm bị chi phối bởi việc xem xét nhiễu tế bào ựồng kênh

Do ựặc thù truyền dẫn vô tuyến khác hẳn so với truyền dẫn hữu tuyến, nguồn tài nguyên là hữu hạn, việc sử dụng các kênh như thế nào có ý nghĩa quan trọng quyết

ựịnh tới dung lượng, chất lượng, cũng như tốc ựộ truyền dữ liệu của mạng đã có nhiều

thuật toán cấp phát phân phối kênh trong mạng tế bào ựược nghiên cứu, ựề xuất và ứng dụng Tuy nhiên, ựây vẫn là bài toán luôn ựược ựặt ra và ựược các nhà nghiên cứu khoa học quan tâm nhằm tìm kiếm những thuật toán tối ưu nhất vì ựây là bài toán dạng NP-Hard, nên không thể khẳng ựịnh tồn tại lời giải chắnh xác Chắnh vì vậy, việc cải tiến và tìm một phương pháp mượn/khoá kênh phù hợp hơn, hiệu quả hơn chắnh là hướng lựa chọn nghiên cứu của luận án này

1.2.2.3 Các thuật toán gán kênh

Trong luận án này, việc phân loại các thuật toán gán kênh trong mạng di ñộng tế bào ñược thực hiện trên cơ sở phân biệt các kênh liền kề Có 3 nhóm thuật toán gán kênh chính sau ñây [2][3][4][5]:

a) Gán kênh cố ñịnh FCA;

b) Gán kênh ñộng DCA;

c) Gán kênh lai HCA

Trong gán kênh cố ñịnh FCA, các tế bào ñược thiết lập và các kênh ñược gán cố

ñịnh cho vị trí các tế bào; các tập kênh tần số này sẽ không thay ñổi trừ khi cần cấu

hình lại cho một giai ñoạn mới Các tế bào sẽ chỉ sử dụng tập kênh ñã ñược gán Tuy

có ưu ñiểm là ñơn giản nhưng các thuật toán gán kênh cố ñịnh có nhược ñiểm là không thích ứng ñược với sự thay ñổi về lưu lượng và sự phân bố người dùng ðể khắc phục nhược ñiểm này của FCA, người ta sử dụng các thuật toán gán kênh ñộng DCA

Trong DCA, các kênh rỗi ñược lưu giữ tập trung tại một trung tâm hoặc tại BS của các tế bào (phân tán) Trong trường hợp DCA tập trung thì khi có một yêu cầu kênh từ một trạm gốc, MSC chọn kênh thích hợp mà cho hiệu quả cao nhất có tính ñến các ràng buộc về nhiễu tín hiệu Các kênh ñược gán trong suốt thời gian diễn ra cuộc gọi, sau khi cuộc gọi kết thúc, kênh ñược trả lại cho trung tâm hoặc tái cấp phát cho thuê bao trong cùng tế bào mà ñã ñiều khiển kênh này trước ñó Các thuật toán cấp phát kênh ñộng có ưu ñiểm là thích ứng tốt với sự thay ñổi về lưu lượng và phân bố người dùng, nhưng có ñộ phức tạp thực hiện cao, và trong trường hợp tải lưu lượng lớn, hoạt ñộng không hiệu quả bằng FCA

Các thuật toán gán kênh lai HCA là sự kết hợp giữa FCA và DCA Trong HCA, tổng số kênh rỗi ñược phân chia thành tập hợp các kênh cố ñịnh và tập hợp các kênh

ñộng Tập hợp các kênh cố ñịnh ñược ưu tiên gán cho các yêu cầu theo thuật toán FCA

trong mọi trường hợp Tập hợp các kênh ñộng ñược gán cho tất cả các yêu cầu cấp phát

kênh trong hệ thống Khi có một yêu cầu cấp phát kênh và các kênh thuộc tập hợp kênh

cố ñịnh không còn kênh nào rỗi thì kênh rỗi thuộc tập hợp kênh ñộng sẽ ñược gán cho yêu cầu ñó tuân thủ bất cứ thuật toán cấp phát kênh ñộng cụ thể nào ñó

Các thuật toán gán kênh ñược thực hiện một cách tập trung hoặc phân tán Trong phương thức tập trung, kênh rỗi ñược cấp phát bởi thực thể ñiều khiển trung tâm, trong khi ở phương thức phân tán, kênh rỗi ñược gán bởi trạm ñiều khiển của

tế bào – trong trường hợp này, thông tin về kênh rỗi ở các tế bào lân cận ñược lưu ở trạm ñiều khiển cục bộ, và ñược cập nhật bằng việc trao ñổi các bản tin ñiều khiển giữa các trạm ñiều khiển cục bộ - hoặc kênh rỗi ñược lựa chọn tự ñộng bởi trạm di

ñộng – bằng việc ño tín hiệu ñiện thu ñược mà không cần sự can thiệp của thực thể ñiều khiển trung tâm

Một số thuật toán gán kênh sử dụng các chiến lược gán kênh khác nhau, có những ñặc thù riêng Có các thuật toán có những chính sách ñặc biệt nhằm ưu tiên các yêu cầu chuyển giao hơn so với yêu cầu các cuộc gọi mới Chuyển giao có tác ñộng trực tiếp ñối với chất lượng dịch vụ Một trong những yếu tố quan trọng nhằm nâng cao chất lượng của mạng là làm cho thuê bao không hề nhận thấy có việc chuyển giao và phải chuyển giao thành công Yêu cầu chuyển giao không thành công là một trong những nguyên nhân chính gây ra việc buộc chấm dứt cuộc gọi Do vậy, một số nhà khai thác chọn các thuật toán mà làm giảm khả năng buộc chấm dứt cuộc gọi bằng cách gia tăng khả năng khóa các cuộc gọi mới Các thuật toán gán kênh khác chỉ dành cho các mạng tế bào phân cấp [4][5] Mạng tế bào phân cấp là một hệ thống tế bào phủ trong ñó cụm các tế bào nhỏ ñược bao bởi tế bào lớn Số kênh ñược phân chia giữa cụm các tế bào nhỏ và tế bào lớn Trong các tế bào nhỏ, việc chuyển giao xuất hiện thường xuyên Nếu không còn kênh rỗi trong các tế bào nhỏ ñể thực hiện một chuyển giao thì một kênh từ tế bào lớn sẽ ñược sử dụng Kênh ñã mượn sẽ ñược giải phóng

một cách nhanh nhất, hoặc ñối với giải phóng cuộc gọi hoặc tái gán kênh Hạn chế của việc sử dụng kênh tái gán là làm hạn chế gia tăng các chuyển giao bên trong tế bào

Có một họ các thuật toán gán kênh dựa trên khái niệm tái sử dụng phân vùng

[5] Theo khái niệm tái sử dụng phân vùng, mỗi tế bào trong mạng tế bào ñược chia

thành 2 hoặc nhiều tế bào nhỏ ñồng tâm ñược gọi là các vùng Trạm gốc ñược ñặt ở trung tâm của ô Mức công suất cho các vùng gia tăng tương ứng với khoảng cách của các vùng tới trạm gốc Do vậy, khoảng cách tái sử dụng kênh ñối với các vùng trong nhỏ hơn ñối với các vùng ngoài, kết quả là ñem lại việc sử dụng trải phổ hiệu quả cao hơn Với việc tái sử dụng phân vùng, hai vấn ñề chính phải giải quyết là bao nhiêu kênh ñể cấp phát cho mỗi vùng và việc gán kênh ñược thực hiện như thế nào Dựa trên các yếu tố này, các thuật toán tái sử dụng phân vùng cố ñịnh và thích nghi ñã ñược ñề xuất Thuật toán tái sử dụng phân vùng cố ñịnh cho phép lưu lượng ñạt tới mức gấp 3 lần thuật toán FCA Tuy nhiên, chúng bị ảnh hưởng nhiều hơn ñối với cùng những vấn

ñề mà FCA gặp phải khi xử lý các ñiều kiện về lưu lượng biến thiên theo thời gian, do

vậy các thuật toán tương ứng ñược ñề xuất ñể cố gắng khắc phục các hạn chế này Thuật toán tái sử dụng phân vùng không phù hợp cho các hệ thống mạng tế bào nhỏ vì tần suất chuyển giao giữa các vùng cao và phân chia tế bào thành các vùng nhỏ rất khó khăn do bề mặt ñịa hình tế bào phức tạp

1.2.2.4 Hiệu suất các thuật toán gán kênh

Ngày nay, khi số người sử dụng ngày càng tăng nhanh cùng với sự phát triển bùng nổ của các ứng dụng, ñặc biệt là các ứng dụng ña phương tiện với yêu cầu băng thông rộng thì việc sử dụng một cách hiệu quả tài nguyên trong mạng di ñộng tế bào có

ý nghĩa ñặc biệt quan trọng cả về góc ñộ lý thuyết và thực tiễn Tái sử dụng kênh tần số

là một trong các giải pháp quan trọng ñể nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số

vô tuyến ñiện

Trở ngại lớn nhất cho việc tái sử dụng kênh tần số vô tuyến ñiện chính là nhiễu xuyên kênh ở tế bào ñồng kênh, sinh ra bởi nhiễu môi trường hoặc bởi các thiết bị di

ñộng khác Có nhiều giải pháp kỹ thuật ñể hạn chế nhiễu xuyên kênh ở tế bào ñồng

kênh trong mạng di ñộng tế bào:

(a) Thiết kế tối ưu hệ thống mạng di ñộng tế bào và các thuật toán cấp phát kênh;

(b) Sử dụng các kỹ thuật ñiều chế, lọc, chống nhiễu tín hiệu ñiện,… trong các kết nối vô tuyến ñiện của các thiết bị di ñộng

Trong mạng di ñộng tế bào, một số ñộ ño hiệu suất quan trọng có ảnh hưởng quyết ñịnh ñến chất lượng dịch vụ [18], ví dụ dịch vụ ñiện thoại, cung cấp cho các thuê bao di ñộng là:

(a) Ở mức cuộc gọi: xác suất từ chối cuộc cuộc, xác suất rớt cuộc gọi, thời gian trễ cho thiết lập cuộc gọi, thời gian trễ chuyển giao, … Thời gian trễ thiết lập cuộc gọi hoặc thời gian trễ chuyển giao ñồng nghĩa với thời gian cấp phát kênh

(b) Ở mức tín hiệu: cường ñộ tín hiệu thu ñược, nhiễu xuyên kênh, tỷ suất sóng mang – nhiễu trên tạp âm CNIR, …

Trong khuôn khổ luận văn, ñộ ño hiệu suất ở mức cuộc gọi ñược xác ñịnh là yếu

tố chính ñánh giá hiệu quả hoạt ñộng của các thuật toán gán kênh trong mạng di ñộng

tế bào Ngoài ra, một số ñộ ño khác ñược sử dụng trong quá trình phân tích, ñánh giá,

so sánh và cải tiến các thuật toán gán kênh là:

- Số kênh cần cấp phát (lớn nhất) của các thuê bao ñược ñáp ứng;

- Số tế bào ñồng kênh phải khóa (nhỏ nhất) khi thực hiện cấp phát kênh;

- Tăng cường khả năng tham gia cấp phát kênh của các tế bào lân cận của tế bào

có nhu cầu cấp phát kênh;

- Thứ tự ưu tiên cấp phát kênh (ựể làm giảm xác suất rớt cuộc gọi)

1.2.2.5 đánh giá so sánh FCA và DCA

a) So sánh hiệu quả hoạt ựộng

Về nguyên tắc, khi ựánh giá các thuật toán gán kênh FCA và DCA, luôn có sự cân nhắc giữa chất lượng dịch vụ ựạt ựược, ựộ phức tạp thực hiện các thuật toán và hiệu quả của việc sử dụng băng tần [5][6]

Các kết quả mô phỏng và phân tắch cho thấy, với lưu lượng tải nhỏ, DCA hoạt

ựộng hiệu quả hơn FCA, do DCA sử dụng kênh hiệu quả hơn [5][6] Tuy nhiên, FCA

trở nên ưu việt hơn khi tải lưu lượng lớn, ựặc biệt trong trường hợp tải là ựồng nhất Khi tải không ựồng nhất, người ta chỉ ra rằng DCA hoạt ựộng hiệu quả hơn FCA Trong trường hợp sử dụng FCA, kênh rỗi ựược gán cố ựịnh trước cho các ô, cho nên có thể xảy ra trường hợp, do tải Ộbão hoàỢ, cuộc gọi bị từ chối mặc dù vẫn còn kênh rỗi ở các tế bào lân cận Hơn nữa, ựối với lưu lượng thoại, một hệ thống chuyển mạch với công suất P vẫn hoạt ựộng hiệu quả hơn nhiều hệ thống chuyển mạch có cùng tổng công suất P Thật vậy, với cùng xác suất từ chối cuộc gọi, hệ thống chuyển mạch với công suất lớn hơn hoạt ựộng hiệu quả hơn FCA hoạt ựộng như một tập hợp các hệ thống chuyển mạch nhỏ, trong khi DCA hoạt ựộng như một hệ thống chuyển mạch lớn

Rõ ràng, việc khởi tạo yêu cầu thiết lập cuộc gọi (ựồng nghĩa với yêu cầu cấp phát kênh) từ tế bào này ựến tế bào khác là một quá trình ngẫu nhiên Chắnh vì vậy, khi DCA ựược sử dụng, các kênh rỗi khác nhau ựược gán ngẫu nhiên cho các yêu cầu thiết lập cuộc gọi khác nhau Chắnh bởi sự ngẫu nhiên này mà các tế bào mượn kênh ựể gán Ờ xét mặt trung bình Ờ có khoảng cách tái sử dụng kênh lớn hơn khoảng cách tái sử dụng kênh nhỏ nhất Hệ quả là, các thuật gán kênh ựộng DCA không phải lúc nào cũng thành công trong việc tái sử dụng kênh Mặt khác, trong FCA, một kênh ựược gán không bị nhiễu ựồng kênh Việc gán kênh rỗi cho yêu cầu thiết lập cuộc gọi ựược thực

hiện theo cách ñể luôn luôn ñạt ñược tái sử dụng kênh cao nhất Chính vì vậy mà FCA hoạt ñộng hiệu quả hơn DCA trong ñiều kiện tải lớn

Ngoài ra, kết quả mô phỏng còn cho thấy rằng, trong trường hợp sử dụng DCA,

hệ thống chuyển mạch không phản ứng “nhạy cảm” với thời gian và ñặc biệt là sự thay

ñổi thành phần của tải lưu lượng ñược cung cấp [2][3][4]; trên cơ sở ñó, DCA cho phép

hệ thống chuyển mạch hoạt ñộng ổn ñịnh hơn trong mỗi tế bào

Nhìn chung, với cùng xác suất từ chối cuộc gọi, DCA cho phép tỷ suất buộc kết thúc cuộc gọi thấp hơn FCA Trong FCA, một cuộc gọi bắt buộc phải chuyển giao sang một kênh khác với mỗi một lần chuyển giao, vì kênh ñang sử dụng không có ở tế bào lân cận Ngược lại, trong DCA, kênh ñang sử dụng có thể ñược gán ở tế bào mới, nếu nhiễu ñồng kênh không xảy ra ðối với các hệ thống mạng tế bào nhỏ, người dùng thường xuyên di chuyển giữa các tế bào và vì vậy, lưu lượng trong mỗi tế bào thay ñổi thất thường Chính vì vậy, việc gán kênh thường xuyên xảy ra, yêu cầu thực thể ñiều khiển trung tâm phải thường xuyên can thiệp Việc sử dụng DCA trong trường này giải quyết ñược vấn ñề nêu trên do tính mềm dẻo của cơ chế gán kênh ñộng [18][19][21]

b) So sánh ñộ phức tạp thực hiện

Trong FCA, việc ñiều khiển cấp phát kênh ñược thực hiện ñộc lập ở mỗi tế bào bằng việc lựa chọn kênh rỗi trong số các kênh rỗi ñược gán cho tế bào từ trước Trong DCA, thông tin về kênh bận ở tế bào có yêu cầu thiết lập cuộc gọi cũng như các tế bào khác là cần thiết Với mỗi thuật toán cấp phát kênh ñộng thực thể ñiều khiển có ñộ phức tạp thực hiện khác nhau Nếu thuật toán DCA cụ thể yêu cầu khối lượng công việc xử lý lớn cũng như yêu cầu thông tin về toàn bộ trạng thái hệ thống ñể thực hiện việc cấp phát kênh thì ñộ trễ thiết lập cuộc gọi sẽ tăng lên ñáng kể (nếu không có logic

xử lý và báo hiệu tốc ñộ cao) [2][3][4][5] Việc thực hiện (về mặt cơ, ñiện) của các thuật toán DCA ñòi hỏi công suất tính toán lớn ñể xác ñịnh phương án gán kênh tối ưu

và bảo ñảm tải báo hiệu lớn Như vậy, có thể khẳng ñịnh là ñộ phức tạp thực hiện ñối

với các thuật toán DCA cao hơn ñối với các thuật toán FCA Chú ý rằng, FCA ñòi hỏi

hệ thống thiết bị qui hoạch tần số lớn ñể cấu hình hệ thống chuyển mạch tế bào, trong khi DCA không ñòi hỏi một hệ thống thiết bị như vậy

Về phương thức thực hiện thuật toán, FCA phù hợp hơn với việc thực hiện tập trung, trong khi DCA phù hợp hơn với việc thực hiện phân tán Việc thực hiện tập trung sẽ sinh ra tải hệ thống lớn, ñiều này rất dễ dẫn ñến tắc nghẽn trong trao ñổi thông tin trong hệ thống (cả thông tin người dùng và thông tin ñiều khiển) Một trong những giải pháp khắc phục nhược ñiểm trên là chia nhỏ logic ñiều khiển thực hiện thuật toán

có qui mô phù hợp với diện tích ô, vùng cần quản lý

1.3 Quá trình chuyển giao (Handoff)

Trong mạng thông tin di ñộng tế bào, vấn ñề chuyển giao có quan hệ chặt chẽ với việc cấp phát kênh Các thuê bao không chỉ di chuyển bên trong một tế bào mà còn

di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác hoặc ñi qua nhiều ô, giữa các khu kề nhau lại

sử dụng các kênh vô tuyến có tần số khác nhau, vậy cuộc gọi ñang thực hiện có bị dớt không hay ñược xử lý như thế nào Theo [32], quá trình chuyển giao là quá trình chuyển một cuộc gọi ñang ñược thực hiện từ tế bào này sang tế bào khác

Thay vì ñể cuộc gọi bị rớt, quá trình chuyển giao giúp cho cuộc gọi ñược liên tục Quá trình chuyển giao xảy ra khi hệ thống thông tin di ñộng tự ñộng chuyển cuộc gọi

từ kênh vô tuyến này sang kênh vô tuyến khác khi thuê bao di ñộng di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác liền kề với nó Trong quá trình ñàm thoại, hai thuê bao cùng chiếm một kênh thoại Khi một thuê bao di ñộng chuyển ñộng ra khỏi vùng phủ sóng của tế bào cho trước, tín hiệu ñầu thu của tế bào này sẽ giảm Khi ñó, tế bào ñang sử dụng sẽ yêu cầu một chuyển giao ñến hệ thống Hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi ñến một tế bào có tần số với cường ñộ tín hiệu thu mạnh hơn mà không làm gián ñoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo ñến người sử dụng Cuộc gọi sẽ ñược tiếp tục mà người sử dụng không nhận thấy quá trình chuyển giao diễn ra

Chuyển giao ñược thực hiện theo một trong 2 cách: chuyển giao cứng và chuyển giao mềm (hình 1.6, 1.7) Thuật ngữ chuyển giao cứng ñược sử dụng khi kênh liên lạc

bị giải phóng trước khi ñạt ñược kênh mới từ tế bào lân cận, có nghĩa là ñường tín hiệu giữa thuê bao và trạm phát ban ñầu của nó bị mất trong giây lát trước khi kết nối lại với trạm phát ñích Chuyển giao cứng ñược sử dụng trong các hệ thống TDMA, FDMA, GPRS [32] Ngược lại với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm có thể thiết lập ña kết nối với các tế bào lân cận, chuyển giao mềm ñược sử dụng ở các hệ thống CDMA, ở

ñó các tế bào có cùng băng tần nhưng sử dụng các mã khác nhau

Hình 1.6: Chuyển giao cứng giữa MS và các BS

Hình 1.7: Cường ñộ tín hiệu và hiện tượng trễ giữa hai BS

liền kề ñể chuyển giao có thể xẩy ra

Nghĩa là 2 trạm phát ñồng thời kết nối với thuê bao trong thời gian ngắn trong quá trình chuyển giao, ngay khi ñường tín hiệu giữa thuê bao và trạm phát mới ñược chấp nhận,

ñường tín hiệu giữa thuê bao và trạm gốc ban ñầu sẽ bị loại bỏ Kỹ thuật này ñảm bảo

việc chuyển giao ñược suôn sẻ và không bị gián ñoạn cuộc gọi Trong chuyển giao mềm, mỗi thuê bao duy trì một tập mà ở ñó các BS lân cận ñược thêm vào khi RSS vượt quá một ngưỡng cho trước và bị loại khỏi tập này nếu RSS giảm xuống thấp hơn một ngưỡng khác trong một khoảng thời gian cho trước Khi có sự xuất hiện hoặc biến mất của một BS một cách ñột ngột, một chuyển giao mềm sẽ xuất hiện Một số hệ thống sử dụng chuyển giao mềm như IS-95, CDMA băng rộng [33][34]

1.4 Các thuật toán mượn, khoá kênh

1.4.1 Mượn, khoá kênh

Trong mạng di ñộng tế bào, khái niệm mượn kênh chỉ tới việc một tế bào có thể mượn kênh từ các tế bào lân cận của nó hoặc mượn kênh từ vùng này tới vùng khác trong tế bào[5][34][35] Các thuật toán mượn kênh, khoá kênh khác với thuật toán FCA cơ bản ở chỗ nó cho phép một tế bào sử dụng một số kênh từ các tập kênh khác ngoài các kênh mà nó ñược cấp phát [6] Việc thực hiện mượn kênh ñược thực hiện khi không còn kênh danh ñịnh nào ñể ñáp ứng cho yêu cầu cuộc gọi (các cuộc gọi mới hoặc các yêu cầu chuyển giao) hoặc khi số lượng kênh bận ñã ñạt tới một ngưỡng xác

ñịnh Các kênh ñã mượn thông thường từ các tế bào lân cận, trong một số trường hợp

từ các tế bào cùng thuộc nhóm Compact với tế bào mượn kênh Sự mượn kênh xẩy ra khi một tế bào quá tải trong khi các tế bào lân cận có tải nhẹ hơn hoặc khi cần thực hiện cân bằng tải trong mạng Từ ñó tăng dung lượng kênh cho mạng dẫn ñến tăng chất lượng dịch vụ cho toàn hệ thống Khi một tế bào thực hiện mượn một kênh từ tế bào lân cận thì kênh cho mượn phải không ảnh hưởng nhiễu ñến các kênh ñang ñược sử dụng, chính vì vậy mà kênh mượn của tế bào cho mượn cần phải ñược khoá tại các tế bào ñồng kênh của tế bào ñó Vấn ñề ñặt ra trong bài toán mượn kênh là phải làm thế