Cải thiện quá trình chuyển giao dọc của thiết bị đầu cuối di động đa giao diện không dây

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO 3.1 Giới thiệu Thuật toán quyết định chuyển giao dọc hiệu quả là thuật toán được thiết kế để cung cấp giá trị chất lượng dịch vụ yêu cầu cho nhiều ứng dụ

-

Vũ Mạnh Hùng

CẢI THIỆN QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO DỌC CỦA THIẾT BỊ ĐẦU

CUỐI DI ĐỘNG ĐA GIAO DIỆN KHÔNG DÂY

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHẠM VĂN TIẾN

HÀ NỘI 2011

nghiên cứu riêng, độc lập của tác giả và chưa được công bố trên các tài liệu nào khác Các kết quả được sử dụng trong luận văn đã được trích dẫn và ghi rõ nguồn gốc

Hà nội, ngày 22 tháng 09 năm 2011

Tác giả

Vũ Mạnh Hùng

MỤC LỤC

CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU TRONG TRONG LUẬN VĂN 3

THUẬT NGỮ TIẾNG ANH 5

LỜI GIỚI THIỆU 8

CHƯƠNG 1:MỞ ĐẦU 9

1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn 9

1.2 Tổ chức luận văn 9

CHƯƠNG 2: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 11

2.1 Cuộc cách mạng của hệ thống thông tin di động 11

2.1.1 Cuộc cách mạng của công nghệ tế bào 11

2.1.2 Quá trình phát triển của công nghệ không dây băng thông rộng 16

2.2 Kết luận 19

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO 20

3.1 Giới thiệu 20

3.2 Quản lý chuyển giao trong mạng hỗn tạp 20

3.2.1 Phân loại chuyển giao 21

3.2.1 Quá trình chuyển giao dọc 22

3.3 Khái quát về thuật toán chuyển giao dọc 25

3.3.1 Tiêu chuẩn xác định chuyển giao 25

3.3.2 Phân loại các thuật toán quyết định chuyển giao dọc 27

3.3.3 Đo lường ước lượng hiệu suất cho các thuật toán VHD 28

3.4 Biểu diễn các thuật toán quyết định chuyển giao dọc 29

3.4.1 Các thuật toán VHD dựa vào RSS 30

3.4.2 Thuật toán VHD dựa vào băng thông 35

3.4.3 Thuật toán VHD dựa vào hàm giá 40

3.4.4 Thuật toán tổ hợp 45

3.6 Kết luận 50

CHƯƠNG 4: KHÁI QUÁT VỀ KẾ HOẠCH TỐI ƯU HÓA QUYẾT ĐỊNH CHUYỂN GIAO DỌC 51

4.1 Giới thiệu 51

4.1.1 Kịch bản sử dụng 51

4.1.2 Quá trình chuyển giao 51

4.2 Đánh giá cần thiết chuyển giao 52

4.3 Kết luận 53

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP MỚI CHO VIỆC ĐÁNH GIÁ CẦN THIẾT CHUYỂN GIAO 55

5.1 Giới thiệu 55

5.2 Dự đoán thời gian di chuyển 55

5.2.1 Dự đoán thời gian di chuyển sử dụng đo lường RSS và thông tin tốc độ 55 5.3 Tính toán ngưỡng thời gian 57

5.3.1 Tính toán ngưỡng thời gian cho giảm thiểu chuyển giao thất bại 57

5.3.2 Tính toán ngưỡng thời gian để giảm thiểu chuyển giao không cần thiết 58

5.4 Kết luận 59

CHƯƠNG 6:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60

6.1 Giới thiệu 60

6.2 Kết quả mô phỏng 60

6.2.1 Phân tích lý thuyết của phương pháp 61

6.2.2 Kết quả mô phỏng 64

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 71

7.1 Kết luận 71

7.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo 71

PHỤ LỤC 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU TRONG TRONG LUẬN VĂN

Hình 1.1 Quá trình phát triển của công nghệ tế bào 11

Hình 3.1 Quản lý di động trong môi trường mạng hỗn tạp 19

Hình 3.2 Ví dụ về chuyển giao ngang và chuyển giao dọc trong mạng hỗn tạp 20

Hình 3.3 Các thông số sử dụng trong quá trình quyết định chuyển giao 25

Hình 3.4: Thuật toán VHD Zahran[ZLS06] 30

Hình 3.5: Dự đoán VHD [MA06] 31

Hình 3.6: Phỏng đoán VHD [YMS08, YSM08, YSN] 34

Hình 3.7: Phương pháp VHD của Lee 36

Hình 3.8: Phương pháp VHD của Yang [YGQD07] 37

Hình 3.9: Thuật toán VHD [CCHL07] 38

Hình 3.10: Phương pháp VHD Zhu[ZM04, ZM06] 40

Hình 3.11: Phương pháp VHD Hasswa[HNH06, NHH06B] 42

Hình 3.12: Phương pháp VHD Tawil [TPS08] 43

Hình 3.13 Kiến trúc của hệ thống Nasser [NGAM07] 45

Hình 3.14: Cấu trúc của ANN liên tiếp sử dụng trong giản đồ VHD của Nasser [NGAM07] 46

Hình 3.15: Cấu trúc của ANN sử dụng cho VHD trong sơ đồ VHD của Pahlavan 47 Hình 3.16: Phương pháp Xia [XJH07] 49

Hình 4.1: Quá trình xác định chuyển giao dọc 53

Hình 5.1: Kịch bản cho dự đoán thời gian di chuyển trong WLAN 56

Bảng 6.1: Các thông số được dùng trong mô phỏng đánh giá hiệu suất 61

Hình 6.1: Xác suất chuyển giao thất bại của phương pháp dựa vào RSS và HNE 62

Hình 6.2: Xác suất chuyển giao không cần thiết của phương pháp dựa vào RSS và HNE 63

Hình 6.3: Số chuyển giao thất bại theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao 64

Hình 6.4 Số chuyển giao không cần thiết theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao 65

Hình 6.5 Số chuyển giao thất bại theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao 66Hình 6.6 Số chuyển giao không cần thiết theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao 67Hình 6.7 Số chuyển giao thất bại theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao 68Hình 6.8 Số chuyển giao không cần thiết theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao 69

THUẬT NGỮ TIẾNG ANH

Partnership Project

Dự án thế hệ sau 3G

System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ANN Artificial Neural

Networks

Mạng nơron nhân tạo

Đa truy cập chia theo mã

CFC Cost Factor Calculation Tính toán hệ số giá

GSM Evolution

Tăng tốc độ truyền dữ liệu cho GSM

Estimation

Đánh giá cần thiết chuyển giao

HSDPA High Speed Downlink Truy nhập gói đường

Packet Access xuống tốc độ cao

Telecommunications-Thông tin di động quốc tế

2000

Tổ chức viễn thông quốc

tế

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập

trung gian

Command Service

Dịch vụ điều khiển phương tiện độc lập

Service

Dịch vụ sự kiện phương tiện độc lập

Đa đầu vào đa đầu ra

Network by Radio Access Innovation

Tích hợp mạng đa phương tiện bằng cải tạo truy nhập vô tuyến

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch

di động

NMT Nordic Mobile Telephone Mạng viễn thông Bắc âu

Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giaoPDC Personal Digital Cellular Tế bào số cá nhân

Điều chế biên độ cầu phương

RSS Received Signal Strength Cường độ tín hiệu thuSAP Service Access Point Dịch vụ điểm truy nhập

Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

Access

Truy nhập di động không giấy phép

UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng thông rộng

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Truy nhập vi ba tương kết toàn cầu

Network

Mạng nội hạt không dây

Network

Mạng không dây diện rộng

LỜI GIỚI THIỆU

Các hệ thống mạng không dây hiện tại rất khác nhau về các thông số như băng thông cung ứng, kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền sóng, hạ tầng mạng, bảo mật.v v Một trong những hướng phát triển trong là kết hợp các hệ thống mạng hiện có lại với nhau thành một hệ thống mạng hỗn tạp (không đồng nhất), phẳng để

có thể cung ứng dịch vụ mọi lúc, mọi nơi Để làm được điều này thì nhất thiết phải

có quá trình chuyển giao dọc giữa các mạng này mạnh mẽ và hiệu quả

Mục đích của luận văn là giới thiệu kế hoạch xác định chuyển giao dọc nhằm đánh giá hiệu quả của quá trình chuyển giao dọc trong các mạng di động hỗn tạp Nội dung chính của kế hoạch đánh giá đó là đánh giá sự cần thiết của chuyển giao, xác định khi nào thì cần thiết chuyển giao hoặc không tới các mạng khả dụng cho phép

Trong mạng di động không hỗn tạp các thiết bị đầu cuối di động phải hỗ trợ tích hợp để truy cập các công nghệ mạng khác nhau Trong mạng người dùng sẽ thường xuyên chuyển giao dọc các biên của mạng Vì thế, để đảm bảo nối phẳng và hiệu suất sử dụng tài nguyên các mạng khác nhau thì sự cần thiết phải sử dụng thuật toán quyết định chuyển giao thông minh Trong khuôn khổ luận văn này, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề này và đưa ra kế hoạch tối ưu quá trình quyết định chuyển giao dọc nhằm giảm thiểu chuyển giao thất bại và các chuyển giao không cần thiết nhằm thỏa mãn người dùng ở mức cao nhất

Kết quả mô phỏng dựa vào đánh giá về hiệu suất chứng tỏ kế hoạch giảm số chuyển giao thất bại và chuyển giao không cần thiết là rất đáng kể

CHƯƠNG 1:MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn

Nhu cầu người dùng truy cập các dịch vụ viễn thông mọi lúc mọi nơi ngày càng cao đòi hỏi phải nhanh chóng phát triển công nghệ tích hợp các mạng không dây khác nhau Kết hợp các mạng đơn lẻ thành hệ thống phẳng còn được gọi là mạng hỗn tạp , tiền đề cho mạng 4G Hệ thống mạng hỗn tạp cung cấp tỷ lệ dữ liệu cao hơn, đa ứng dụng dịch vụ và kết nối toàn cầu

Trong mạng này thiết bị đầu cuối di động đa giao diện có khả năng lựa chọn hầu hết các đường truy cập phù hợp giữa các lựa chọn cho phép Các đường này bao gồm truy nhập mạng không dây nội bộ WLAN IEEE 802.11, WiMAX, hệ thống vệ tinh, Bluetooth và mạng tế bào truyền thống Để thỏa mãn người dùng, thiết bị đầu cuối di động phải có khả năng chuyển phẳng đến đường truy cập tốt nhất giữa tất cả các đường khả dụng mà người dùng không nhận biết được sự ngắt quãng, gián đoạn Do đó khả năng chuyển giao giữa các mạng được coi như chuyển giao dọc Như vậy cải thiện quá trình chuyển giao dọc hay cải thiện thuật toán quyết định chuyển giao dọc sẽ đáp ứng được vấn đề này

Chương 3,trình bày về khái niệm thuật ngữ chuyển giao, khái quát về thuật toán chuyển giao dọc, tiêu chuẩn xác định chuyển giao, phân loại các thuật toán quyết định chuyển giao, biểu diễn các quyết định chuyển giao dọc, các thuật toán

chuyển giao dựa vào RSS, thuật toán chuyển giao dựa vào băng thông và thuật toán

Chương 6, trình bày kết quả và thảo luận bao gồm phân tích lý thuyết phương pháp và kết quả mô phỏng

Chương 7, đưa ra kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của tác giả

CHƯƠNG 2: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1 Cuộc cách mạng của hệ thống thông tin di động

2.1.1 Cuộc cách mạng của công nghệ tế bào

Trải qua hơn 25 năm, cuộc cách mạng của Internet và các ưu điểm của công nghệ không dây đã tạo ảnh hưởng to lớn đến lối sống của mọi người trên thế giới Với hệ thống viễn thông di động tế bào, chúng ta thấy sự phụ thuộc vào các dịch

vụ không dây Sự phát triển nhanh chóng đến năm 2002, lần đầu tiên trong lịch sử viễn thông, số lượng thuê bao di động vượt qua điện thoại cố định và xu hướng này vẫn tiếp tục.Theo số liệu ITU, tháng 9/2005 số thuê bao di động vượt qua 2 tỷ thuê bao Theo thống kê của hiệp hội các nhà cung cấp toàn cầu (GSA), vào cuối quý 1 của năm 2007, số thuê bao di động vượt quá 2,8 tỷ Mặc dù lịch sử của mạng di động khá ngắn mới có phát triển đến thế hệ thứ 3 (3G) và thế hệ 4 cũng mới chuẩn

bị xuất hiện

Trong các hệ thống thông tin di động, có các mô hình thay đổi ở mỗi thập kỷ Thế hệ đầu tiên (1G), được đưa ra trong những năm 1980 Thế hệ thứ 2 (2G) xuất hiện trong những năm 1990 dựa trên công nghệ kỹ thuật số cho điện thoại di động bằng giọng nói và dữ liệu giao thông Thế hệ thứ 3 (3G), được giới thiệu vào năm

2001 tại Nhật Bản, được đặc trưng bởi giọng nói, dữ liệu tốc độ cao và các dịch vụ

đa phương tiện Thế hệ thứ tư, phiên bản chuẩn bị (Pre-4G), một bước chuẩn bị để

đi lên 4G, được thương mại vào 2010 4G đầy đủ sẽ được thương mại hóa vào năm

2012 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin được mô tả trong hình sau:

Hình 1.1 Quá trình phát triển của công nghệ tế bào Thế hệ 1G

Hệ thống 1G, được ra mắt lần đầu tại Nhật Bản vào năm 1979, là những hệ thống truyền dẫn analog Các tiêu chuẩn 1G bao gồm: Hệ thống điện thoại di đông tiên tiến (AMPS), Các hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn (TACS), Các hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn Nhật bản (JTACS), và Hệthống di động Bắc

Âu (NMT)

1G đã thực sự là một sự đổi mới lớn trong lịch sử viễn thông Tuy nhiên, nó gặp phải các vấn đề như: chất lượng truyền, bảo mật và sử dụng không hiệu quả của quang phổ và tần số

Thế hệ 2G

Mạng 2G được giới thiệu kỹ thuật số công nghệ chuyển mạch sử dụng quang phổ một trong các cách hiệu quả Mạng 2G hiện đang phục vụ đại đa số các thuê bao di động và sẽcòn trên thị trường trong một thời gian dài Rất có thể là, vào năm

2015, 2G sẽ vẫn được triển khai rộng rãi Các phần cơ bản của chuẩn di động 2G là

GSM, IS-136 và CDMAOne

• GSM sử dụng Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và Song công chia tần số (FDD).GSM đã trở thành công nghệ truyền thông phát triển nhanh nhất thế giới mọi thời và là tiêu chuẩn điện thoại di động hàng đầu thế giới

• IS-136, được biết đến như Hệ thống Điện thoại di động số tiên tiến AMPS), sử dụng TDMA và Song công chia thời gian (TDD) Nó được triển khai trên khắp bắc Mỹ, đặc biệt tại Mỹ và Canada IS-136 cho phép tốc độ

(D-dữ liệu lên đến 30Kbps

• CDMAOne sử dụng Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) được chuẩn hóa lần đầu tiên vào năm 1993 Ngày nay, có hai phiên bản của IS-95 là IS-95A và IS-95B.IS-95A sử dụng FDD với băng thông kênh 1,25 MHz cho mỗi hướng và hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 14.4Kbps IS-95B có thể hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 115 Kbps bởi nhóm lênđến tám kênh Do tốc độ dữ liệu có khả năng hỗ trợ của nó, IS-95B được phân loại như là một công nghệ 2.5G

Thế hệ 3G

Mạng 3G được đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao hơn, hệ thống công suất lớn hơn, và cải thiện phổ hiệu quả, giữa những khả năng khác Có một loạt các công nghệ 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm cả UMTS (cả FDD và TDD biến thể), CDMA2000 và Phân chia theo thời gian–Đa truy nhập phân chia theo mã đồng

bộ (TD-SCDMA)

• UMTS, đôi khi được coi như là 3GSM, sử dụng Đa truy nhập phân chia theo

mã băng rộng (WCDMA) như giao diện vô tuyến, được chuẩn hóa bởi 3GPP UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà khai thác mạng di động GSM/GPRS Tốc độ dữ liệu tối đa là 1.920 Kbps, nhưng trong thực tế tại thời điểm này, nó chỉ là 384Kbps Để cải thiện hiệu suất 3G UMTS, hai tiêu chuẩn đường xuống tốc độ cao truy cập theo gói (HSDPA)

và đường lên tốc độ cao truy nhập theo gói (HSUPA), được gọi chung là HSPA, đã được phát triển HSPA thường được gọi là công nghệ 3.5G

- HSDPA là tính năng dịch vụ gói dữ liệu dựa trên các tiêu chuẩn WCDMA cung cấp nhằm cải thiện đường xuống tốc độ dữ liệu Tỷ lệ cao nhất về mặt lý thuyết là 14.4Mbps, nhưng cuối cùng thực tế tốc độ ban đầu có thể sẽ xuống 1.8Mbps hoặc có thể lên đến 3.6Mbps Theo Báo cáo mới nhất được xuất bản bởi GSA vào tháng Giêng năm 2008, 166 mạng HSDPA đã được thương mại và ra mắt tại 75 quốc gia

- HSUPA mang lại những cải thiện đáng kể tốc độ dữ liệu đường lên và QoS là rất tốt CácTiêu chuẩn HSUPA cho phép người dùng để truyền dữ liệu đường lên với tốc độ 5.8Mbps Theo báo cáo của GSA, 51 nhà khai thác đã cam kết triển khai HSUPA, và mạng lưới 26 các nhà khai thác đã triển khai thương mại dịch vụ HSUPA ở 22 quốc gia

• CDMA2000, kế tiếp 2G CDMAOne, đại diện cho một loạt toàn bộ các công nghệ, bao gồm cả CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission Technology), CDMA2000 EV-DO (Phát triển-Tối ưu hóa dữ liệu), và CDMA2000 EV-DV (Phát triển-Data và Voice), được chuẩn hóa bởi 3GPP2 CDMA2000 là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà khai thác mạng di động CDMA

- CDMA2000 1xRTT chính thức đủ tiêu chuẩn là công nghệ 3G, nhưng nó được coi là một công nghệ 2.75G Mặc dù tốc độ dữ liệu cao điểm của 1xRTT có thể lên đến 307Kbps, hầu hết triển khai tốc độ giới hạn ở 144Kbps

- CDMA2000 EV-DO sử dụng tần số sóng mang dữ liệu 1.25MHz, và hỗ trợ đường xuống lên đến 2.4Mbps và đường lên lên đến 153Kbps 1xEV-

DO Revision A hỗ trợ các gói dữ liệu giao thức Internet (IP), tăng tốc độ đường xuống đến 3.1Mbps và tăng cường đáng kể tốc độ đường lên tới 1.2Mbps 1xEV-DO Revision B cho phép nhà khai thác tổng hợp lên đến

15 kênh 1.25MHz để cung cấp lên đến 73.5Mbps Theo các báo cáo được công bố, 3G CDMA2000 EV-DO đã vượt qua 83.000.000 thuê bao trong tháng 9 năm 2007 CDMA2000 EV-DV tích hợp thoại và dữ liệu trên các tần số sóng mang 1.25MHz CDMA2000 EV-DV cung cấp tốc độ dữ liệu cao đường xuống lên đến 4.8Mbps và đường lên lên đến 307Kbps.Tuy nhiên, trong năm 2005, Qualcomm ngừng vô thời hạn phát triển 1xEV-

sẽ có thời gian vận hành tương tự như của 2G - trong khoảng 20 năm

Chuẩn bị 4G

Trong khi mạng 3G đang được triển khai thì đã có nghiên cứu về nâng cao chất lượng mạng như LTE và UMB

• LTE - 3GPP là phiên bản tiếp theo các tiêu chuẩn của 3GPP dựa trên chuẩn

vô tuyến LTE thiết kế để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn (trên 100 Mbps cho đường xuống, và hơn 50 Mbps cho đường lên với mỗi tần số trải phổ 20MHz), độ trễ thấp hơn và tối ưu hóa hệ thống gói so với 3G LTE sử dụng

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) cho đường xuống và

Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA) cho đường lên và sử dụng nhiều đầu vào ra (MIMO) với tối đa bốn anten trên trạm Theo 3GPP mức đỉnh của LTE thông qua lý thuyết đường xuống lên đến 326 Mbps ở 2x20 MHz với cấu hình MIMO 4x4 LTE được thiết kế hoạt động trên nền IP, hỗ trợ di động và dịch vụ liên tục giữa các mạng truy cập hỗn tạp Các thử nghiệm LTE được thực hiện trong năm 2008 và triển khai mạng đầu năm 2010

• UMB - 3GPP2 là sự kế thừa CDMA2000 EV-DO, trước đâyđược biết đến như EV-DORevision C UMB cũng kết hợp OFDMA, MIMO và Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA), sử dụng anten kỹ thuật tiên tiến để cung cấp công suất, phạm vi phủ, và QoS lớn hơn UMB có thể hỗ trợ tốc độ download đỉnh là 280 Mbps trong môi trường điện thoại di động và hơn 75 Mbps để truyền đường lên (với cấu hình MIMO 4x4) UMB dự kiến được thương mại hóa vào đầu năm 2009 Tuy nhiên, đến nay, Qualcomm là tên lớn duy nhất ủng hộ UMB Những người ủng hộ UMB sẽ được là các nhà cung cấp người làm cho thiết bị cho CDMA Các hãng chính là Alcatel-Lucent, Nortel, Motorola, ZTE và Samsung, nhưng không ai trong số họ đã chính thức cam kết sẽ phát hành UMB

2.1.2 Quá trình phát triển của công nghệ không dây băng thông rộng

Viễn thông băng thông rộng không dây là nơi hội nhập của hai ngành công nghiệp viễn thông: viễn thông băng thông rộng không dây và viễn thông di động

không dây Quy mô thị trườngcủa các hệ thống điện thoại đi động tăng trưởng nhanh chóng với 3 tỷ thuê bao Trong thời gian này, Internet đã được phát triển và

có khoảng một tỷ người sử dụng Cùng với sự phát triển của Internet, các công nghệ băng thông rộng đã được phát triển nhanh chóng để cung cấp truy cập dịch vụ Internet tốc độ cao Ngày nay chiếm ưu thế trong việc truy cập băng thông rộng là qua cáp điện thoại hoặc qua cáp đồng trục truyền hình Gần đây, việc truy cập băng thông rộng tiên tiến như cáp quang (FTTH) hoặc VDSL đã và đang được triển khai

để cho phép sử dụng các ứng dụng phong phú như tivi độ nét cao (HDTV), video theo yêu cầu (Video Demand) ở tốc độ Gigabit/s Trong gần 1 thập kỷ, các thuê bao băng thông rộng trên toàn thế giới tăng xấp xỉ 200 triệu

Các công nghệ không dây băng thông rộng là những công nghệ băng thông rộng qua giao diện vô tuyến không dây Các dịch vụ băng thông rộng không dây có thể được phân biệt thành 2 loại: băng thông rộng cố định không dây và di động băng thông rộng không dây Các công nghệ băng thông rộng cố định không dây như

hệ thống phân bố đa điểm nội hạt (LMDS), hệ thống phân bố đa kênh đa điểm (MMDS) và WiMAX cố định, được coi là thay thế cho DSL hoặc cáp modem Công nghệ WiFi và WiMAX và quá trình phát triển của chúng

WiFi

WiFi được phát triển dựa vào chuẩn IEEE 802.11 Đây là công nghệ để thiết

kế WLAN nhằm cung cấp phủ sóng băng thông rộng trong các tòa nhà Wifi là chuẩn cho kết nối băng thông rộng trong nhà, văn phòng, và các điểm truy nhập công cộng như khách sạn, sân bay, quán ăn, quán cafe, v.v…

Chuẩn 802.11 ban đầu được giới thiệu trong năm 1997, hoạt động trong băng tần tự do 2.4GHz, bao gồm 2 phương thức trải phổ: trải phổ nhảy tần (FHSS) 1Mbps và trải phổ chuỗi trực tiếp 1Mbps và 2 Mbps Năm 1999, IEEE 802.11b dựa trên công nghệ truyền dẫn DSSS hỗ trợ truyền dữ liệu 11 Mbps đã được xuất bản Cũng trong năm này chuẩn IEEE 802.11a, ghép kênh phân chia theo tần số trực

giao (OFDM) truyền,được chuẩn hóa với tốc độ theo lý thuyết là 54Mbps hoạt động

ở băng tần 5 GHz Chuẩn IEEE 802.11gđược đưa ra năm 2003, sử dụng công nghệ OFDM hoạt động ở băng tần 2,4 GHz Chuẩn 802.11n được đưa ra vào năm 8/2009

sử dụng công nghệ OFDM hoạt động tại các băng tần 2.4GHz hoặc 5GHz.Bằng cách sử dụng nhiều anten ghép kênh công nghệ không gian, IEEE 802.11nđạt được tốc độ thấp nhất 100Mbps (lý thuyết tối đa tốc độ dữ liệu là 540Mbps) Các chuẩn này hiện nay đang được sử dụng chủ yếu

WiMAX

WiMAX được thiết kế để đáp ứng nhu cầu các ứng dụng băng thông rộng cố định và di động Thuật ngữ "WiMAX" đã đưa ra bởi diễn đàn WiMAX, được thành đưa ra tháng 6 năm 2001 cho việc thúc đẩy khả năng tương tác và khả năng tương thích của sản phẩm băng rộng không dây dựa trên chuẩn IEEE 802.16

Ban đầu IEEE thành lập một nhóm gọi là 802.16 để phát triển một tiêu chuẩn cho mạng không dây đô thị (WMAN) vào năm 1998

• Vào tháng mười hai năm 2001, IEEE 802.16 đầu tiên ban hành tiêu chuẩn cho các lớp PHY và MAC của các hệ thống trong băng tần 10-66GHz, thường được biết đến như LMDS

• Trong năm 2003, chuẩn 802.16a được xuất bản sử dụng công nghệ OFDM

để giảm thiểu fading yếu và đa đường, hoạt động trong băng tần 2GHz đến 11GHz Chuẩn sửa đổi, IEEE 802.16-2004, thay thế 802.16, 802.16a và 802.16c với một chuẩn duy nhất, gọi là WiMAX cố định

• Các chuẩn IEEE 802.16e, còn gọi là WiMAX di động, bước đầu được thiết

kế để cho các ứng dụng cho xe cộ di chuyển Nó được hoàn thành vào tháng

12 năm 2005 và đã được xuất bản chính thức chuẩn IEEE 802.16e-2005 IEEE 802.16e-2005 sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số cân bằng trực giao (SOFDMA), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang sử dụng kênh phụ, kênh băng thông có thể lựa chọn dao động từ 1,25MHz và 20MHz Các

thuộc tính chính của IEEE 802.16e là việc đưa ra khả năng chuyển giao cho người dùng di chuyển giữa các tế bào

Trong tháng mười năm 2007, bộ phận vô tuyến viễn thông của Liên minh Viễn thông quốc tế(ITU-R) thiết lập các tiêu chuẩn bao gồm công nghệ WiMAX trong IMT-2000, còn gọi là 3G Các thử nghiệm và triển khai của WiMAX hiện nay được thực hiện trên toàn cầu Mặc dù ngành công nghiệp vẫn còn chờ đợi sản phẩm được chứng nhận WiMAX di động và 802.16e đầu tiên triển khai, IEEE vẫn giữ làm việc trên mới 802.16 sửa đổi Hai sửa đổi có liên quan nhất trong tiến trình được 802.16j (trễ đa bước) và 802.16m (Giao diện vô tuyến tiên tiến) Mục tiêu của 802.16m là đạt được tốc độ dữ liệu lên đến 1Gbps cho người dùng cố định và 100Mbps cho người dùng di động Nó nhằm mục đích nâng cao năng lực và hiệu quả của dịch vụ truyền thông quảng bá (MBMS) và thoại qua IP (VoIP) 802.16m được so sánh với LTE hay UMB về khả năng, công nghệ và dịch vụ

2.2 Kết luận

Chương này giới thiệu cái nhìn toàn cảnh sự phát triển của mạng di động từ thế hệ đâu tiên đến thế hệ tương lai với các đặc điểm của mạng không dây hỗn tạp Chương này cũng giới thiệu về mạng không dây băng thông rộng như WiFi, WiMAX Ở chương sau sẽ giới thiệu về quản lý di động và thuật toán chuyển giao

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO 3.1 Giới thiệu

Thuật toán quyết định chuyển giao dọc hiệu quả là thuật toán được thiết kế

để cung cấp giá trị chất lượng dịch vụ yêu cầu cho nhiều ứng dụng trong khi đó phải kết nối thông suốt giữa các công nghệ mạng truy nhập khác nhau Trong chương này giới thiệu cái nhìn toàn diện bao quát thiết kế các thuật toán quyết định chuyển giao dọc thỏa mãn các yêu cầu đưa ra Để cho so sánh có hệ thống, các thuật toán được chia ra làm bốn nhóm dựa vào các tiêu chuẩn xác định chuyển giao chính được sử dụng Và để đánh giá sự cân bằng giữa sự phức tạp của triển khai và hiệu suất, lần lượt ba thuật toán trong mỗi nhóm sẽ được thảo luận

3.2 Quản lý chuyển giao trong mạng hỗn tạp

Trong mục này tác giả nói chi tiết về quản lý di động Mô hình quản lý di động trong môi trường hỗn tạp được mô tả như hình 3.1 Có hai vấn đề chính của quản lý di động đó là: quản lý vị trí và quản lý chuyển giao

Hình 3.1 Quản lý di động trong môi trường mạng hỗn tạp

Chuyển giao ngang

Chuyển giao dọc

Thăm dò mạng

Quyết định chuyển giao

Thực hiện chuyển giao

Quản lý vị trí cho phép mạng tìm ra điểm gán PoA di động để phân phát cuộc gọi Nó bao gồm giai đoạn, cập nhật vị trí và phân phát cuộc gọi Cập nhật vị trí hoặc đăng ký cho phép mạng xác thực người dùng và cập nhật vị trí di động Trong gia đoạn này MT thông báo định kỳ cho mạng điểm truy nhập mới của nó, cho phép mạng xác thực và sửa lại hồ sơ vị trí người dùng Điều này cho phép mạng luôn bám sát MT Phân phát cuộc gọi có trách nhiệm truy vấn cơ sở dữ liệu và thứ

tự đầu cuối Trong giai đoạn này, mạng truy vấn hồ sơ vị trí người dùng và vị trí hiện tại của MT

Chuyển giao là quá trình duy trì phiên hoạt động của người dùng khi thiết bị đầu cuối di động thay đổi điểm truy cập mạng của nó (còn được gọi là điểm gán PoA) Tùy thuộc vào mạng truy nhập mà mỗi điểm gán phụ thuộc vào mà chuyển giao có thể là chuyển giao ngang hoặc chuyển giao dọc Chuyển giao ngang là chuyển giao mà ở đó các điểm truy nhập mạng có cùng công nghệ mạng, ví dụ các điểm truy nhập trong mạng tế bào truyền thông Chuyển giao dọc là chuyển giao mà

ở đó các điểm truy nhập mạng có các công nghệ mạng khác nhau, ví dụ như giữa WLAN và GSM

3.2.1 Phân loại chuyển giao

Dựa vào các tiêu chí trong quá trình xác định chuyển giao, chuyển giao có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau Có các cách phân loại phổ biến sau:

Hình 3.2 Ví dụ về chuyển giao ngang và chuyển giao dọc trong mạng hỗn tạp

• Chuyển giao ngang so với chuyển giao dọc: Trong quá trình chuyển giao, các nút di động (MN) của điểm đính kèm thay đổi từ một nút truy cập này đến nút truy cập khác Trong chuyển giao ngang, các MN di chuyển trong một công nghệ truy cập duy nhất trong khi ở dọc chuyển giao công nghệ, tiếp cận thay đổi

• Chuyển giao trước khi ngắt so với ngắt trước khi chuyển giao: Trong chuyển giao chuyển giao trước khi ngắt, với mục tiêu mới nút truy cập được thành lập trước khi phát hành kết nối với cũ Ngược lại, trong chuyển giao ngắt trước khi chuyển giao, các kết nối cũ chấm dứt trước mới với các nút truy cập mục tiêu mới được thành lập

• Chuyển giao cứng so với chuyển giao mềm: Chuyển giao cứng là một trong các kết nối trong các tế bào phục vụ được giải phóng và chỉ sau đó các kết nối trong các tế bào mục tiêu thiết lập Chuyển giao cứng cũng được coi là một chuyển giao ngắt trước khi chuyển giao Chuyển giao mềm là một trong các kết nối trong tế bào phục vụ được giữ lại và được sử dụng trong một thời song song với các kết nối trong các tế bào mục tiêu Chuyển giao này được gọi là chuyển giao trước khi ngắt

• Lớp 2 so với lớp 3: Lớp 2 (L2) di động đề cập đến trường hợp các hợp MN roam giữa các nút truy cập khác nhau trong khi các điểm đính kèm vào mạng

IP vẫn giữ nguyên Nếu không, di động lớp3 (L3) đòi hỏi đến việc thay đổi địa chỉ IP

• Di động toàn cầu so với địa phương: Các giao thức xử lý di động toàn cầu di động trên toàn hệ thống truy cập bằng cách liên kết các địa chỉ IP toàn cầu với các địa chỉ IP mới của địa phương tại một di động toàn cầu cố định Các

di động trong một hệ thống truy cập được quản lý bởi giao thức quản lý di động địa phương

3.2.1 Quá trình chuyển giao dọc

Các thủ tục chuyển giao có thể được chia thành ba giai đoạn: 1) giai đoạn phát hiện tế bào lân cận và đo lường,2) giai đoạn hệ thống lựa chọn và quyết định chuyển giao, và 3) giai đoạn thực hiện chuyển giao

Phát hiện và đo lường tế bào

Vai trò của các tế bào phát hiện và đo lường là xác định sự cần thiết phải chuyển giao Giai đoạn này bao gồm các bước sau:

• Phát hiện tế bào lân cận: Đó là một bước sơ bộ để được xem xét trước khi

thực hiện đo lường sức cường độ tín hiệu MS có thể tìm hiểu về các tế bào lân cận bằng cách quét các kênh khác nhau hoặc thông qua các thông tin cung cấp từ trạm gốc(BS) hiện tại

• Đo lường cường độ tín hiệu: Các MS đồng bộ hóa tần số và thời gian với

nó các tế bào lân cận trước khi đo lường chất lượng đường vô tuyến của chúng Cường độ tín hiệu được tính bình quân trên thời gian dao động do truyền sóng có thể được loại bỏ Bên cạnh đó, đo lường được thực hiện bởi các MS, mạng đo lường chính nó như chất lượng đường lên(uplink) tỷ lệ bit lỗi (BER) của dữ liệu nhận được, v v…

• Báo cáo kết quả đo lường: Sau khi đo, MS sẽ gửi kết quả đo để mạng định

kỳ hoặc dựa trên các sự kiện kích hoạt

• Thông tin thu thập: Bên cạnh các thông số chất lượng đường vật lý liên

quan, trong môi trường hỗn tạp, các MS yêu cầu để thu thập thông tin khác như các khả năng đầu cuối, trạng thái dịch vụ, bối cảnh thông tin, v.v để hỗ trợ các quyết định chuyển giao dọc

Lựa chọn mạng và quyết định chuyển giao

Giai đoạn này có trách nhiệm xác định khi nào và làm thế nào để thực hiện việc chuyển giao Có thể chia giai đoạn này thành các bước khác nhau:

• Lựa chọn mạng kích hoạt (bao gồm cả bắt đầu chuyển giao kích hoạt): Lựa

chọn mạng là kích hoạt dùng các kết quả đo đầu vào

• Lựa chọn mạng: Lựa chọn mạng là quá trình lựa chọn mạng truy nhập tốt

nhất trong số các mạng sẵn có Trong các môi trường hỗn tạp, các MS phải đánh giá khác nhau tiêu chí của mỗi mạng có sẵn trước khi lựa chọn mạng tốt nhất Lựa chọn mạng truy cập phải được thỏa thuận giữa người sử dụng

và chính sách ưu đãi về mạng lưới bao gồm cả thỏa thuận chuyển vùng

• Bắt đầu chuyển giao: Nếu kết quả lựa chọn mạng của các nút truy cập thay

đổi, việc chuyển giao bắt đầu phải theo ngay sau Nếu các công nghệ truy cập của nút truy cập được lựa chọn là khác nhau từ các công nghệ phục vụ truy cập, một chuyển giao theo dọc được thực hiện

• Thông báo trước cho tất cả các BS mục tiêu được khuyến nghị: Việc lựa

chọn mạng cho một danh sách BS được khuyến nghị theo thứ tự ưu tiên các mạng Trong trường hợp này, các mạng có thể truy vấn BS được khuyến nghị để kiểm tra xem có thể hỗ trợ việc chuyển giao sắp xảy ra từ MS Trong giai đoạn này, thông tin đăng ký trước chắc chắn của MS sẽ được chuyển tiếp đến các BS khuyến nghị mục tiêu cho mục đích chuẩn bị chuyển giao Vào cuối giai đoạn này, mạng có thể quyết định trong đó mục tiêu truy cập mạng để chọn và gửi quyết định cho các MS Một lựa chọn khác là mạng loại bỏ các BS không mong muốn trong các BS khuyến nghị và sau đó gửi lại danh sách các BS khuyến nghị mong muốn tới MS Ở đây, các mạng truy cập mục tiêu được chọn bởi MS Như một chuyển giao thông báo trước chỉ tồn tại nếu các MS và mạng lưới hợp tác với nhau trong việc lựa chọn mạng

và giai đoạn quyết định chuyển giao Nếu không, MS hoặc mạng có thể quyết định chỉ duy nhất một nút truy cập mục tiêu

Thực hiện chuyển giao

Thực hiện chuyển giao bao gồm việc thiết lập kết nối, giải phóng tài nguyên

và yêu cầu các dịch vụ bảo mật thích hợp

• Xác thực: Một khi các mạng truy cập mục tiêu được chọn và đưa ra quyết

định chuyển giao, các MS phải sử dụng thông tin người dùng thích hợp để xác thực với mạng mục tiêu và có khóa mã hóa hiệu lực cho các phiên truyền tin

• Thực hiện: Sau khi truy cập mạng tốt nhất được chọn, và xác thực lại là

thành công, các phiên truyền tin sẽ được tiếp tục trên giao diện vô tuyến mới thông qua một đường định tuyến mới Việc thay đổi đường định tuyến phải được thông báo cho nút tương ứng (CN), hoặc các nhà cung cấp

3.3 Khái quát về thuật toán chuyển giao dọc

Một số các nghiên cứu và thuật toán chuyển giao đã được xuất bản gần đây như [MZ04, ZL05, SNW06] Một trong những nghiên cứu gần đây nhất là [MZ04], hướng dẫn thiết kế và hiệu suất các chính sách của thuật toán được giới thiệu dựa vào sự phân tích và so sánh với các thuật toán khác Nghiên cứu này chỉ tập trung vào thuật toán hàm giá (Function cost) và dựa vào RSS (RSS based) Trong một nghiên cứu sau đó [ZL05], tác giả giới thiệu về khuôn khổ để so sánh hiệu suất của các thuật toán chuyển giao dọc khác nhau trong hệ thống tài nguyên sử dụng và QoS

3.3.1 Tiêu chuẩn xác định chuyển giao

Các thông số trong Hình 3.3 được đưa ra trong các tài liệu nghiên cứu sử dụng trong các thuật toán chuyển giao Các thông số giải thích ngắn gọn như sau:

Hình 3.3 Các thông số sử dụng trong quá trình quyết định chuyển giao Cường độ tín hiệu thu (RSS): được sử dụng hầu hết trong tiêu chuẩn bởi vì dễ

dàng trong đo lường và nó đánh giá trực tiếp xác đáng cho chất lượng dịch vụ Giữa RSS và khoảng cách đầu cuối di động và điểm gán của nó có mối quan hệ chặt chẽ Phần lớn các thuật toán chuyển giao ngang sử dụng RSS như tiêu chuẩn quyết định chính và RSS là tiêu chuẩn quan trong trọng các thuật toán quyết đinh chuyển giao dọc

Thời gian kết nối mạng: nói đến khoảng thời gian mà MT đã kết nối đến mạng

truy nhập Việc xác định thời gian kết nối mạng là rất quan trọng cho việc lựa chọn khoảng thời gian để chuyển chuyển giao để cho chất lượng dịch vụ ở mức độ cho phép Ví dụ chuyển giao sớm giữa WLAN đến UMTS dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng hoặc quá muộn sẽ dẫn đến chuyển giao thất bại Ngoài ra việc xác định khoảng thời gian chuyển giao cũng rất quan trọng trong việc giảm số chuyển giao không cần thiết như chuyển giao đến mạng mà khả năng thời gian kết nối ngắn Thời gian kết nối mạng liên quan đến vị trí MT và vận tốc Cả hai khoảng cách từ

MT đến điểm gán của nó và vận tốc sẽ ảnh hưởng đến RSS tại MT Sự biến đổi của RSS sẽ xác định thời gian MT kết nối đến mạng Thời gian kết nối mạng đặc biệt quan trọng trong thuật toán xác định chuyển giao vì các mạng hỗn tạp luôn có các kích cỡ mạng phủ khác nhau

Thuật toán quyết định chuyển giao dọc

Cường độ tín hiệu thu

Thời gian kết nối mạng

Trễ chuyển giao

Băng thông hiệu dụng

Công suất tiêu thụ

Giá tiền Bảo mật Tham chiếu người dùng

Quyết định chuyển giao

Trễ chuyển giao: được định nghĩa cho MT như thời gian trôi qua giữa gói tin cuối

cùng nhận được thông qua định tuyến truy nhập cũ và gói tin đầu tiên đến dọc theo định tuyển truy cập mới sau khi chuyển giao Trễ chuyển giao có thể khác nhau nhiều giữa các công nghệ khác nhau và có va chạm nhiều trên các ứng dụng ảnh hưởng lẫn nhau

Băng thông khả dụng: là tiêu chuẩn để đánh giá các tài nguyên dữ liệu viễn thông

khả dụng biểu thị bằng bit/s Nó dùng để chỉ tình trạng thông lượng trong mạng truy nhập

Công suất tiêu thụ: trở nên có tính quyết định đặc biệt nếu pin của MT ở mức thấp

Trong trường hợp này nó sẽ ưu tiên chuyển giao tới điểm mà có thể giúp kéo dài thời gian sử dụng pin

Giá tiền: các mạng khác nhau sẽ có chính sách tính phí khác nhau Vì vậy trong

một số trường hợp giá của dịch vụ mạng sẽ được dựa vào để thực hiện quyết định chuyển giao

Bảo mật: Với một số ứng dụng, tính bảo mật hoặc tính toàn vẹn của dữ liệu sẽ

quyết định Với trường hợp này, mạng với mức độ bảo mật cao hơn sẽ được chọn

để chuyển giao

Sự ưu tiên của người dùng: sự ưu tiên của người dùng cá nhân đến mạng truy cập

nào đó sẽ hướng sự lựa chọn loại mạng nào đó so với các mạng khác

Tiêu chuẩn quyết định dựa vào RSS và thời gian kết nối mạng được sử dụng rộng khắp trong cả quyết định chuyển giao ngang và dọc

3.3.2 Phân loại các thuật toán quyết định chuyển giao dọc

Có nhiều cách khác nhau để phân loại các thuật toán quyết định chuyển giao dọc Trong bản luận văn này các thuật toán quyết định chuyển giao dọc được chia làm 4 nhóm dựa vào các tiêu chuẩn quyết định chuyển giao đã được sử dụng và các phương thức được sử dụng để xử lý chúng

Các thuật toán dựa vào cường độ tín hiệu thu (RSS): RSS được sử dụng như tiêu

chuẩn chính quyết định chuyển giao trong nhóm này Nhiều chiến lược khác nhau

đã được phát triển để so sánh RSS của điểm gán hiện tại với điểm gán ứng cử Trong [Pol96] các chiến lược quyết định chuyển giao ngang được phân loại theo sáu phân loại nhỏ sau: liên quan RSS, liên quan giữa RSS với ngưỡng, liên quan giữa RSS và độ trễ, liên quan RSS với độ trễ và ngưỡng, và các kỹ thuật dự báo Với VHD, liên quan RSS không được áp dụng, khi RSS từ các loại mạng khác nhau không thể so sánh trực tiếp do bao gồm các công nghệ khác nhau Ví dụ, các ngưỡng khác nhau cho mỗi mạng Hơn nữa, các thông số mạng khác như băng thông thường được kết hợp với RSS trong quá trình VHD

Các thuật toán dựa vào băng thông: băng thông hữu dụng cho MT là tiêu chuẩn

chính trong nhóm này Trong vài thuật toán cả thông tin băng thông và RSS được

sử dụng trong quá trình quyết định chuyển giao Phụ thuộc dù RSS hoặc băng thông

là tiêu chuẩn chính được quan tâm trong thuật toán, trong nghiên cứu này phương pháp được phân loại là dựa vào RSS hoặc dựa vào băng thông

Các thuật toán dự vào hàm giá: các thuật toán loại này kết hợp đo như giá tiền,

bảo mật, băng thông và công suất tiêu thụ trong hàm giá và quyết định chuyển giao được đưa ra bởi so sánh kết quả của hàm này cho các mạng ứng cử Các tác dụng khác được phân cho các đo lường đầu vào khác phụ thuộc vào tình trạng mạng và

sự ưu tiên người dùng

Thuật toán tổ hợp: các thuật toán VHD cố gắng sử dụng các đầu vào nhiều hơn

các tạo các quyết định chuyển giao khác Khi một số lượng lớn đầu vào được sử dụng, nó thường rất khó hoặc không thể thực hiện phát triển các công thức phân tích của quá trình quyết định chuyển giao

3.3.3 Đo lường ước lượng hiệu suất cho các thuật toán VHD

Thuật toán quyết định chuyển giao dọc có thể được so sánh định lượng với nhiều kịch bản khác nhau bằng cách đo trung bình và cực đại độ trễ chuyển giao, số

lượng chuyển giao, số lượng chuyển giao thất bại do quyết định chuyển giao sai và toàn bộ thông lượng các phiên duy trì trên mô hình di động mặc định Các đo lường này được giải thích như sau:

Trễ chuyển giao: Là khoảng thời gian giữa quá trình khởi đầu và hoàn thành

chuyển giao và nó liên quan đên quá trình quyết định chuyển giao dọc phức tạp Sự giảm độ trễ chuyển giao đặc biệt quan trọng trong trễ độ nhạy tiếng hoặc các ứng dụng đa phương tiện

Số chuyển giao: Giảm số chuyển giao luôn được ưu tiên như thường xuyên chuyển

giao là nguyên nhân lãng phí tài nguyên mạng Chuyển giao xem như là không cần thiết khi chuyển giao quay trở lại điểm gốc cố định là cần thiết nếu trong khoảng thời gian nào đó, và số chuyển giao sẽ ở mức thấp nhất

Xác suất chuyển giao thất bại: Một xác suất chuyển giao thất bại xuất hiện khi

chuyển giao bắt đầu nhưng mạng đích không có đủ tài nguyên để hoàn thành hoặc khi MT chuyển ra ngoài vùng phủ của mạng đích trước khi quá trình kết thúc Trong trường hợp trước đây, xác suất chuyển giao thất bại liên quan đến kênh sẵn sàng của mạng đích, cho đến trong phương pháp sau cùng nó liên quan đến tính di động của người dùng

Thông lượng: thông lượng xét tới chuyển tỷ lệ dữ liệu đến MT trên mạng chuyển

giao đến mạng ứng cử với thông lượng cao hơn luôn là điều mong muốn

3.4 Biểu diễn các thuật toán quyết định chuyển giao dọc

Trong mục này sẽ thảo luận về biểu diễn các thuật toán quyết định chuyển giao dọc Các thuật toán được lựa chọn vì chúng tiêu biểu cho các nhóm quyết định chuyển giao dọc Phương thức cơ bản là tổng hợp dựa vào so sánh ưu điểm và nhược điểm các thuật toán này được ấn định là một trong bốn nhóm đã được mô tả

ở Mục 3.3.2 Vài thuật toán sử dụng nhiều hơn một tiểu chuẩn VHD và trong các trường hợp đó chỉ có tiểu chuẩn chính được sử dụng cho phân loại

3.4.1 Các thuật toán VHD dựa vào RSS

Các thuật toán VHD dựa vào RSS so sánh RSS của điểm cố định hiện tại với các điểm khác để thực hiện quyết định chuyển giao Bởi vì tính đơn giản của phần cứng yêu cầu cho đo lường RSS nên có rất nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực này Ba đại diện thuật toán VHD theo RSS được mô tả trong các mục dưới đây

Phỏng đoán chuyển giao dựa vào thời gian sống thích nghi

Zahran[ZLS06] đưa ra thuật toán cho chuyển giao giữa mạng 3G và WLAN bằng cách kết hợp cách đo lường các thông số RSS hoặc với đo đánh giá thời gian sống (mong chờ khoảng thời gian sau MT không có khả năng duy trì kết nối với WLAN) hoặc băng thông hiệu dụng của WLAN ứng cử Phương pháp của họ được

mô tả thông qua kịch bản sau:

Trong kịch bản đầu tiên, khi MT di chuyển ra xa từ khu vực phủ của WLAN vào tế bào 3G, một chuyển giao đến mạng 3G được bắt đầu chuyển giao được thực hiện dưới tình trạng (a) RSS trung bình của WLAN kết nối rơi xuống ngưỡng thiết lập trước ( ), và (b) thời gian sống đã được đánh giá nhỏ hơn hoặc bằng độ trễ chuyển giao MT tiếp tục tính toán RSS trung bình sử dụng phương pháp di chuyển trung bình

Trong đó là dự tính trung bình của RSS tại hằng số thời gian , và

là kích cỡ cửa sổ của ước lượng nghiêng, biến số thay đổi với vận tốc của MT Khi đó đo thời gian sống EL được tính bằng cách sử dụng , RSS thay đổi

tỷ lệ S , và thông số được gọi là ngưỡng cường độ tín hiệu ứng dụng (ASST) như sau:

(3.4.2)

RSS thay đổi tỷ lệ S biến đổi với kích cỡ cửa sổ của ước lượng nghiêng

và khoảng cách mẫu RSS Để rõ hơn về tính toán S xin tham khảo công thức (4), (5) và (6) trong [ZLS06] ASST là thông số ứng dụng độc lập nó đặc trưng cho tập hợp tỷ lệ bit lỗi kênh, các yêu cầu ứng dụng phục hồi lỗi và ứng dụng QoS

Hình 3.4: Thuật toán VHD Zahran[ZLS06]

Hình 3.5: Dự đoán VHD [MA06]

Trong kịch bản thứ hai, khi MT di chuyển vào tế bào wlan, chuyển giao đến wlan được thiết lập nểu phép đo RSS trung bình của tín hiệu WLAN lớn hơn ngưỡng ( ) và băng thông khả dụng của WLAN đạt tới băng thông yêu cầu của ứng dụng Biểu đồ Hình 3.4 mô tả phương pháp phỏng đoán

Lợi ích của thuật toán này có thể được tổng kết như sau Thứ nhất, bằng cách

đo thời gian sống, thuật toán thích ứng với các yêu cầu ứng dụng và người dùng di động, giảm số chuyển giao không cần thiết một cách đáng kể Thứ hai, có sự cải

đến tế bào WLAN lâu nhất có thể Tuy nhiên, gói trễ tăng lên với sự tăng lên thời gian sống, do sự giảm giá trị của điều kiện kênh khi MT tiến gần tới cạnh biên của

tế bào WLAN Kết quả này có thể giới hạn cho trễ ứng dụng nhạy và giảm hiệu suất của chúng Để giải quyết vấn đề này ASST khớp theo các thông số hệ thống khác nhau bao gồm các ngưỡng trễ, vận tốc MT, giá tín hiệu chuyển giao và hậu quả về gói trễ

Phỏng đoán động dựa vào ngưỡng RSS

Mohanty[MA06] đưa ra phương pháp quyết định chuyển giao từ WLAN đến 3G dựa vào sự so sánh của RSS hiện tại và ngưỡng RSS động ( ) khi MT được kết nối tới điểm truy nhập WLAN, S (dBm) được tính như sau:

Trong đó (dBm) là mức cực tiểu của RSS yêu cầu cho MT giao tiếp với điểm truy nhập, β là hệ số đường suy hao, d là độ dài cạnh của tế bào WLAN (tính theo m, giả sử là tế bào có hình lục giác), LBA là khoảng cách ngắn nhất giữa điểm chuyển giao bắt đầu và biên WLAN, và (dB) là biến Gaussian ngẫu nhiên không với độ lệch tiêu chuẩn nó tiêu biểu cho biến đổi thống kê trong RSS nguyên nhân gây ra bởi hiệu ứng che chắn Khoảng cách LBA thay đổi theo xác xuất chuyển giao thất bại cho phép p , vận tốc MT , và độ trễ chuyển giao từ WLAN đến 3G , và được tính như sau:

2 2 1 (3.4.4)

Sử dụng ngưỡng RSS động giúp giảm tác động của chuyển giao khởi tạo sai

và giữ chuyển giao thất bại ở dưới mức hạn chế Tuy vậy, trong thuật toán này xác suất chuyển giao thất bại từ mạng 3G đến tế bào WLAN được coi như bằng không khi độ phủ mạng 3G được giả sử rằng luôn sẵn sàng và như vậy chuyển giao đến WLAN luôn được mong muốn bất cứ khi nào MT đi vào vùng phủ WLAN

[YMS08] đã nghiên cứu và tìm ra rằng điều này không có hiệu quả khi thời gian di chuyển của MT bên trong tế bào WLAN nhỏ hơn độ trễ chuyển giao và trong trường hợp đó chuyển giao sẽ làm lãng phí tài nguyên mạng

Phỏng đoán dựa vào dự đoán khoảng cách di chuyển

Để loại trừ các chuyển giao không cần thiết, phương pháp được đưa ra ở Mục 3.4.1, [YMS08, YSM08, YSN] đã phát triển thuật toán VHD nghiên cứu về thời gian MT kỳ vọng tiêu tốn trong tế bào WLAN Phương pháp dựa vào sự đánh giá thời gian di chuyển trong WLAN và tính toán ngưỡng thời gian ( ) chuyển giao đến WLAN được thực hiện nếu vùng phủ sẵn sàng và đánh giá được thời gian

di chuyển trong tế bào WLAN lớn hơn thời gian ngưỡng Đánh giá thời gian di chuyển ( ) được tính như sau:

(3.4.5)

Trong đó R là bán kính của tế bào WLAN, là khoảng cách giữa điểm truy nhập và nơi MT nắm giữ RSS mẫu, v là vận tốc của MT và và theo thứ tự là thời gian mà MT nắm giữ RSS mẫu và đi vào vùng tế bào WLAN phủ được đánh giá dựa trên mô hình sử dụng thông tin RSS và log suy hao đường

Ngưỡng thời gian ( ) được tính dựa vào biến đổi các thông số như sau:

(3.4.6) Trong đó là trễ chuyển giao từ mạng tế bào đến WLAN, P là xác suất chuyển giao thất bại, không cần thiết hoặc đứt kết nối cho phép Một chuyển giao đến mạng tế bào bắt đầu nếu RSS của WLAN tiếp tục giảm và MT đi đến khu vực biên bắt đầu chuyển giao, kích cỡ đó thay đổi theo tốc độ của MT Hình 3.6 mô tả phương pháp phỏng đoán của Yan

Hình 3.6: Phỏng đoán VHD [YMS08, YSM08, YSN]

Ưu điểm chính của phương pháp này đó là giảm thiểu chuyển giao thất bại, chuyển giao không cần thiết và rớt kết nối Nhưng phương pháp này dựa vào lấy mẫu và lấy trung bình các điểm RSS, nó làm tăng thêm trễ chuyển giao

3.4.2 Thuật toán VHD dựa vào băng thông

Thuật toán VHD dựa vào băng thông quan tâm đến băng thông hiệu dụng cho MT hoặc thông lượng yêu cầu như các tiêu chuẩn chính Trong mục này sẽ đưa

ra ba thuật toán VHD dựa trên băng thông

Phương pháp dựa vào QoS

Lee [LCCS05] đưa ra thuật toán VHD dựa vào QoS lấy băng thông dư thừa

và yêu cầu dịch vụ người dùng quyết định có chuyển giao từ WLAN đến mạng không dây diện rộng (WWAN) hay không và ngược lại

Khi MT kết nối đến WLAN, thuật toán chuyển giao bắt đầu nếu phép đo RSS luôn dưới ngưỡng ( ) Thuật toán cũng lấy trạng thay MT để xem xét Nếu MT trong trạng thái chờ chuyển giao sẽ thực hiện truy nhập mạng ưu tiên, nếu không quyết định chuyển giao dựa vào loại ứng dụng người dùng Với các ứng dụng trễ nhạy cảm, chuyển giao xuất hiện chỉ khi nếu WLAN hiện tại không có khả năng cung cấp đủ băng thông cho ứng dụng trong khi WWAN có khả năng cung cấp băng thông cần thiết Với các ứng dụng trễ cho phép, chuyển giao thực hiện nếu WWAN cung cấp băng thông cao hơn của WLAN Giá trị gần đúng của băng thông

dư thừa của WLAN được tính theo công thức sau:

Trong throughput là thông lượng có thể được chia sẻ theo các MT trong WLAN, _ là phần trăm thời gian điểm truy nhập, α là hệ số phản ánh IEEE 802.11 (trong luận văn này nó bằng 1,25) và _ _ là phần của giao thức chuyển giao điều khiển truy nhập khối dữ liệu.[DStP03]

Khi MT kết nối đến WWAN, quá trình tương tự được đưa ra nếu các cảnh báo liên tiếp từ WLAN với RSS trên ngưỡng thu về Biểu đồ thuật toán được đưa

ra trong Hình 3.8

Coi như băng thông hiệu dụng như tiêu chuẩn VHD chính, phương pháp này

có khả năng đạt được thông lượng cao, độ trễ thấp Tuy nhiên, lấy được thông tin băng thông hiệu dụng trong mạng tế bào cho quyết định chuyển giao là khá khó khăn Hơn nữa trong phương pháp này chuyển giao đến mạng ưu tiên được thực hiện khi MT trong trạng thái chờ Tuy vậy khi MT ở trong mạng ưu tiên trong