SKKN nghiên cứu ảnh hưởng truyền thông dạng máy đối với truyền thông dạng người trong mạng không dây

Mạng truyền thông không dây Trong thời đại ngày nay, nhiều loại mạng không dây đang được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các loại thiết bị khác nhau trong mạng truyền thôngkhông dây.. Sự

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 9

1 Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu 11

2 Mục tiêu nghiên cứu 11

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

4 Nội dung nghiên cứu12

5 Kết cấu của luận văn 12

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC DẠNG

1.1 Giới thiệu 13

1.2 Mạng truyền thông không dây 13

1.3 Truyền thông kiểu người 15

1.4 Truyền thông kiểu máy 18

1.5 Thực trạng hiện tại trong 3GPP các đặc trưng cơ bản 21

1.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến điện 23

1.7 Phân bổ tài nguyên cho luồng dạng MTC và HTC 25

CHƯƠNG II: MÔ HÌNH QUẢN TRỊ TÀI NGUYÊN RADIO 29 2.1 Mô hình hệ thống và luồng 29

2.2 Lược đồ quản trị tài nguyên Radio dựa trên chuỗi Markov liên tục theo thời gian 32

2.2.1 Các trạng thái của mô hình chuỗi Markov liên tục theo thời gian .32

2.2.2 Chuyển đổi trạng thái 32

2.3 Xác suất bị chặn và sử dụng kênh của các luồng 35

CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 37 3.1 Các tham số mạng 37

3.2 Phân tích các tình huống 37

3.3 Chỉ báo hiệu năng 37

3.4 Kết quả đánh giá hiệu năng 38

3.4.1 Ảnh hưởng của sự biến thiên tốc độ luồng đến MTC đối với xác suất chặn của luồng HTC 383.4.2 Ảnh hưởng của sự biến thiên của tốc độ luồng đến MTC đối với

sử dụng kênh của luồng HTC 423.4.3 Ảnh hưởng của sự biến thiên tốc độ luồng đến MTC đối với sử dụng kênh cho vùng chia sẻ 44

3.5 Kết luận chương 48

KẾT LUẬN 49

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

1G First Generation Telecommunication

2G Second Generation Telecommunication

3G Third Generation Telecommunication

4G Fourth Generation Telecommunication

API Application Programming Interface

AT&T American Telephone & Telegraph

CABM Context-Aware Backhaul Management

CDMA Code Division Multiple Access

CTMC Continuous-Time Markov Chain

ECACB Enhanced Cooperative Access Class Barring

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communications

HSPA High Speed Packet Access

IoT Internet of Things

MNO Mobile Network Operators

MTC Machine Type Communication

MTS Mobile Telephone Service

NMT Nordic Mobile Telephone

NTT Nippon Telegraph and Telephone

ORA Orthogonal Resource Allocation

QoS Quality of Service

RAN Radio Access Networks

RCE Recursive Contending Users Estimation

RRM Radio Resource Management

RUPRA Random User-Pairing Resource Allocation

SA2 System Architecture Working Group 2

SMRA Suboptimal Minimal Resource Allocation

SMS Short Message Service

TARRM Trac Adaptive Radio Resource Management

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

Viết tắt Thuật ngữ đầy đủ

VoIP Voice over Internet Protocol

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WiFi Wireless Fidelity

WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sự phát triển của mạng di động tế bào về tốc độ dữ liệu 15 Hình 1.2 Kiến trúc chung của MTC 22 Hình 1.3 Thiết bị MTC truyền thông trực tiếp với nhau 22 Hình 1.4 Thiết bị MTC truyền thông với một hoặc nhiều máy chủ MTC (a)

MTC Server nằm trong miền mạng và (b) MTC Server nằm ngoài miền mạng 23

Hình 2.1 Sơ đồ RRM cho luồng HTC và MTC 30 Hình 2.2 Biểu đồ biểu diễn lược đồ RRM cho luồng HTC và MTC 31 Hình 2.3 Sơ đồ chuyển trạng thái trạng thái của mô hình CTMC (a) Chuyển

tiếp sang trạng thái s = (1; 1; 1; 1)S và (b) Chuyển tiếp từ trạng thái s = (1; 1; 1; 1)S 34

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng thay đổi đối với

Hình 3.4 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC đối với xác suất chặn HTC trong

trường hợp không ấn định ngưỡng 42

Hình 3.5 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng thay đổi đối với

sử dụng kênh của HTC 43

Hình 3.6 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng là hằng số đối với

sử dụng kênh của HTC 43

Hình 3.7 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng là hằng số của HTC

đối với sử dụng kênh của HTC 44

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng thay đổi đối với

sử dụng kênh của vùng chia sẻ 45

Hình 3.9 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng MTC là hằng số đối

với sử dụng kênh của vùng chia sẻ 46

Hình 3.10 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng HTC là hằng số đối

với sử dụng kênh của vùng chia sẻ 46

Hình 3.11 Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC trong trường hợp không ấn định

ngưỡng cho cả HTC và MTC đối với sử dụng kênh của vùng chia sẻ 47

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các dạng luồng của HTC trong mạng di động tế bào 17

Bảng 1.2 Các ứng dụng MTC 21

Bảng 2.1 Sự chuyển tiếp của các trạng thái 33

Bảng 3.1 Các thông số mạng 37

Bảng 3.2 Các giá trị ngưỡng 38

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu

Những thập niên gần đây công nghệ mạng không dây phát triển bùng

nổ, việc sử dụng truyền dẫn không dây cho hệ thống mạng đã trở thành phổbiến Mạng không giây đã thay thế mạng có dây trong thiết lập cơ sở hạ tầngmạng trong các dạng mạng như LAN, WAN, Mạng truyền thông không dâydạng tế bào hỗ trợ rất nhiều các loại hình dịch vụ cho cá nhân và thương mại

Hạ tầng mạng truyền thông tế bào được thiết kế nhằm đáp ứng dạng truyềnthông kiểu người (human type communication - HTC) hoặc dữ liệu dạng âmthanh Tuy nhiên sự ra đời và phát triển của Internet vạn vật (Internet ofThings - IoT) [1] và truyền thông kiểu máy (Machine Type Communication -MTC) đã trở thành đối thủ của truyền thông dạng người trong sử dụng tàinguyên cho truyền dẫn Theo dự báo từ kết quả nghiên cứu [3] cuối thập niênnày số thiết bị truyền thông đồng thời sẽ tăng lên đến hàng triệu thiết bị, sẽảnh hưởng không nhỏ đến truyền thông dạng người hay dữ liệu âm thanh

Chúng ta nhận thức rõ ràng những dịch vụ truyền thông dạng máy như

hỗ trợ giám sát giao thông, các dịch vụ giám sát và cảnh báo an ninh,… cũngcần được truyền thông theo thời gian thực Như vậy việc thiết lập tối ưu tàinguyên mạng để đáp ứng các dịch vụ truyền thông kiểu máy và kiểu ngườitrong hệ thống là bài toán đang là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu

2 Mục tiêu nghiên cứu

Trong mạng truyền thông không dây quản trị tài nguyên Radio (radioresource management - RRM) giữ vai trò rất quan trọng cho sử dụng tối đanăng lực tài nguyên hiện có Một lược đồ sử dụng hiệu quả có thể giảm đáng

kể yêu cầu đối với phần cứng Triển khai hạ tầng và mở rộng phạm vi củamạng tế bào là thích hợp nhất đối với triển khai các ứng dụng dạng máy, cóthể xem mạng tế bào là trung tâm hay lõi của môi trường triển khai truyềnthông kiểu máy MTC có những đặc trưng và yêu cầu khác nhau về chấtlượng chẳng hạn như kích thước gói nhỏ, tần suất truyền, số lượng lớn về

thiết bị những đặc trưng nay khác với truyền thông dạng thông thường trongHTC Những khác biệt đó dẫn đến thách thức chính trong việc cấp phát tàinguyên hiệu quả trong mạng truyền thông có cả luồng dữ liệu dạng HTC vàMTC Trong thực tế việc thiết kế một lược đồ quản trị tài nguyên Radio hiệuquả phải có sự phân tích sâu ảnh hưởng của MTC đối với HTC, hiệu năng củaluồng HTC thực hiện đồng thời với nhiều luồng dạng MTC Đây chính là mụctiêu nghiên cứu của luận văn này

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu bao gồm hệ thống truyền tin không dây

Phạm vi nghiên cứu tìm hiểu các chuẩn truyền tin không giây, các môhình lược đồ quản lý tài nguyên Radio và đánh giá hiệu suất các mô hình đó

4 Nội dung nghiên cứu

Các nội dung nghiên cứu chính bao gồm:

- Tổng quan về công nghệ truyền thông không dây, các chuẩn kỹ thuậtkhông dây

- Nghiên cứu mô hình chuỗi Markov liên tục theo thời gian sử dụngcho lược đồ quản trị tài nguyên Radio trong mạng truyền thông không dây

- Đánh giá hiệu năng của mô hình quản trị tài nguyên Radio thông quaphân tích ảnh hưởng của MTC đối với HTC trong mạng truyền thông khôngdây

5 Kết cấu của đề tài

Cấu trúc đề tài bao gồm phần mở đầu, ba chương và kết luận:

Mở đầu: Giới thiệu tổng quan, ngắn gọn về luận văn, mô tả sự cần thiết

và mục tiêu nghiên cứu

Chương 1: Trình bày một số thông tin cơ bản về mạng không dây vàphân bổ tài nguyên cho các luồng dạng MTC và HTC

Chương 2: Nghiên cứu mô hình quản trị tài nguyên Radio dựa trênchuỗi Markov liên tục theo thời gian

Chương 3: Đánh giá hiệu năng của các mô hình quản trị tài nguyênRadio

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC

DẠNG TRUYỀN THÔNG

1.1 Giới thiệu

Mục tiêu của chương này giới thiệu về nền tảng của mạng không dây vàcông nghệ truyền thông trong tương lai Giới thiệu sơ lược lịch sử mạng diđộng tế bào và những cải tiến của nó trong thập kỷ qua Tác động của nhữngtiến bộ về công nghệ đối với các thế hệ tiếp theo của các thiết bị, ví dụ nhưcác thiết bị dựa trên MTC Các đặc trưng và các ứng dụng cơ bản của luồngdạng HTC là thành phần cơ bản của mạng không dây di động tế bào sẽ là mộttrong những nội dung của chương Các đặc tính và ứng dụng của MTC cùngvới trạng thái hiện thời của nó trong 3GPP cũng được giới thiệu Việc sử dụngMTC trong mạng không dây di động tế bào có sẵn luồng HTC đã dẫn đếnnhững thách thức mới và phức tạp về quản lý tài nguyên vô tuyến điện(RRM) cũng là một vấn đề được xem xét nghiên cứu trong chương này

1.2 Mạng truyền thông không dây

Trong thời đại ngày nay, nhiều loại mạng không dây đang được sử dụng

để truyền dữ liệu giữa các loại thiết bị khác nhau trong mạng truyền thôngkhông dây Ví dụ về các mạng như LAN không dây, Wi-Fi, Wi-Max, ZigBee,TransferJet, Bluetooth, mạng Ham radio, mạng di động tế bào, Trong sốnày, mạng di động tế bào là mạng phổ dụng nhất bởi vì chúng có phạm vi phủsóng về địa lý rộng nhất Công nghệ của các mạng này đã phát triển từ GSMđến 2G, 3G và ngày nay là 4G hoặc LTE [9] Sự phát triển công nghệ đạtđược như ngày hôm nay là nhờ có sự phát triển của các thiết bị điện toán,thiết kế vi kiến trúc, hiệu suất năng lượng của bộ xử lý đa luồng và đa nhân,cải thiện thời gian và công suất sử dụng pin, xử lý tín hiệu số,… Trong suốtchu kỳ phát triển mạng di động tế bào đã liên tục đưa ra tốc độ truyền dữ liệutốt hơn Trong giai đoạn khởi đầu của mạng di động tế bào dựa trên 2G, tốc

độ dữ liệu chỉ đạt 14,4 kbps và đã được cải thiện theo thời gian lên đến 171kpbs bằng cách sử dụng công nghệ GPRS (General Packet Radio Service), đạt

đến 384 kbps bằng cách sử dụng công nghệ làm tăng tốc độ dữ liệu cho GSM(EDGE), đạt đến 2 Mbps trong thế hệ 3G bằng cách sử dụng công nghệ băngthông rộng đa truy nhập phân chia theo mã(WCDMA), đạt đến 14,4 Mbps khi

sử dụng công nghệ HSPA (High Speed Packet Access) và hiện nay ở khoảng50-100 Mbps với QoS được đảm bảo, cải thiện hiệu suất và độ phủ sóng lớnhơn khi sử dụng công nghệ 4G (hoặc LTE) [9] Sự phát triển của công nghệmạng di động về tốc độ dữ liệu được thể hiện trong hình 1.2

Mạng di động tế bào làm việc và mở rộng bằng các khối kiến trúc cơ bảnđược gọi là các tế bào Các tế bào quy định vùng phủ sóng của một mạng diđộng Các tế bào được phục vụ bởi một trạm cơ sở hạ (BS) hoặc một tập cáctrạm cơ sở Các thiết bị vật lý như ăng ten, sao lưu điện, thiết bị truyền tínhiệu, thiết bị xử lý, … được đặt đúng vị trí trong các BS Vùng phủ sóng của

tế bào phụ thuộc vào khả năng của các BS, chúng được kết nối với mạng lõi

và được gán một nhóm các dải tần số vô tuyến hoặc các kênh Mỗi BS có thể

hỗ trợ nhiều người dùng hoặc thiết bị được kết nối với nhau bằng các dải tần

số hoặc các kênh radio Do các quy định và luật được đưa ra bởi chính phủ vàcác nhóm chuẩn công nghệ chỉ có một tập hợp các tần số có thể được sử dụng

để truyền tín hiệu di động Ràng buộc này thực sự giới hạn số lượng các kênh

vô tuyến có thể được sử dụng trong các BS để truyền tín hiệu Vì các kênh bịhạn chế nhưng có nhiều người dùng và các tế bào trong mạng nên việc thiếtlập các thông số như tốc độ dữ liệu, định vị người dùng, công suất truyền vàcông suất nhận, lược đồ điều chế, tiêu chí chuyển giao, … đóng một vai tròquan trọng trong việc quản lý các tài nguyên

Do những tiến bộ trong công nghệ không dây, mạng di động không dây tếbào với tính năng ban đầu dùng để truyền dữ liệu thoại, giờ đây đang chuyển

từ thời kỳ điện thoại di động sang thời kỳ của điện toán không dây nhờ vàokết quả tăng tốc độ truyền dữ liệu Điều này cho phép các mạng di động cungcấp các dịch vụ như xem phim theo yêu cầu Trong sự phát triển mới này tất

cả các cuộc truyền thông liên lạc được khởi tạo với sự can thiệp của conngười qua điện thoại di động hoặc các thiết bị tương tự sử dụng HTC chiếm

ưu thế đã cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau mà không cần sự can thiệpcủa con người nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ phần cứng, năng lựctính toán của các thiết bị và trí tuệ nhân tạo Sự phát triển này đã mở ra cánhcửa cho các công nghệ trong tương lai như MTC để mở rộng các tính năngcủa các mạng di động tế bào Các mạng di động có tiềm năng chưa được khaithác vô cùng to lớn, có thể thay đổi lối sống của các thế hệ tiếp theo củachúng ta bằng cách cung cấp nhiều dịch vụ hơn như truyền hình không dây,giám sát an ninh, y tế truyền hình, theo dõi và tìm vết,

Hình 1.1 Sự phát triển của mạng di động tế bào về tốc độ dữ liệu

1.3 Truyền thông kiểu người

Mặc dù dịch vụ di động được bắt đầu từ thời gian trước đây chưa lâukhi AT & T thương mại hoá dịch vụ điện thoại di động (MTS) vào giữa thậpniên 1940[10], điện thoại di động cầm tay cầm tay đầu tiên được Motorolaphát triển vào năm 1973 [11] Mạng di động tế bào xuất hiện vào cuối nhữngnăm 1970 và đầu những năm 1980 với việc triển khai các hệ thống điện thoại

tự động tương tự (analog) của NTT ở Tokyo (1979) và NMT ở các nước Bắc

Âu (1981) [10] Đây là sự khởi đầu của HTC với mạng đầu tiên (1G) củamạng di động, nơi các tín hiệu analog được sử dụng để truyền thông tin.Luồng mạng được gọi là HTC vì sự can thiệp của con người đối với yêu cầu

và chấp nhận cuộc gọi (chỉ gọi điện thoại) Thế hệ thứ hai (2G) của mạng diđộng tế bào xuất hiện từ việc số hóa các tín hiệu và bổ sung các tính năng mớinhư SMS Cùng thời điểm đó hệ thống Toàn cầu về Truyền thông di động(GSM) và kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) xuất hiện xemnhư các tiêu chuẩn sử dụng các tín hiệu số để truyền thay vì các tín hiệutương tự Điều này giúp nâng cao chất lượng cuộc gọi cho người dùng cuối.Với những công nghệ này, mạng di động dựa trên 2G có thể hỗ trợ cácphương tiện cơ bản như nhạc chuông qua các thiết bị di động, cũng như cácdịch vụ Internet cơ bản như duyệt web, chuyển email, nhưng với tốc độ dữliệu thấp Mạng thế hệ 2G cũng được tối ưu hóa để hỗ trợ HTC.

Sau khi đưa ra các dịch vụ internet cơ bản và chất lượng dịch vụ đượccung cấp bởi mạng di động dựa trên 2G đã thu hút một lượng lớn người tiêudùng sử dụng các mạng này Do nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ dữ liệu,mạng di động 2G đã nhanh chóng chuyển sang mạng di động dựa trên 3Gthông qua việc bổ sung cơ chế truy cập gói tốc độ cao (HSPA) trên các mạngdựa trên Hệ thống Viễn thông Di động Toàn cầu (UMTS) Với sự tăng cườngnày, các ứng dụng qua các mạng di động dựa trên 3G như các cuộc gọi, duyệtweb, ứng dụng dạng luồng, các cuộc gọi điện video, truyền tệp, … vẫn còn làtương tác mà con người là trung tâm Con người vẫn đóng vai trò chủ đạotrong thiết lập yêu cầu, chấp nhận và hoạt động của hệ thống Với sự gia tăng

số lượng người dùng và nguồn lực hạn chế, QoS đã quan tâm chính đối vớiluồng đến của HTC trong mạng di động dựa trên 3G Để xử lý một cách hiệuquả, các dịch vụ HTC nên được phân chia thành bốn lớp, cụ thể là: đàm thoại,streaming, tương tác và nền tảng[12] Với phân loại này, một tham số QoSquan trọng được sử dụng để tách các dịch vụ vào lớp khác nhau là độ trễ (ví

dụ tham số trễ thời gian thường được sử dụng trong các ứng dụng đa phươngtiện) Các dịch vụ cuộc gọi điện video và gửi email có ảnh hưởng khác nhauđến người dùng cuối xét theo yếu tố độ trễ Sự chậm trễ 5 giây trong cuộc gọivideo quan trọng hơn là sự chậm trễ 5 giây khi chuyển email Hầu hết các ứngdụng có độ trễ nhạy cảm như cuộc gọi video và phát trực tuyến thuộc về lớp

đàm thoại Ngược lại, các ứng dụng có độ trễ kém nhạy cảm nhất như tải tệpđược giữ ở lớp nền Cả hai lớp đàm thoại và streaming đều sử dụng luồng thờigian thực để cung cấp mạng đáp ứng cho người dùng cuối, trong khi các lớptương tác và lớp nền hỗ trợ các ứng dụng internet cơ bản như duyệt web,chuyển email, … [12].

Các mạng di động đang dần dần phát triển từ các hệ thống trung tâmthoại tới các hệ thống trung tâm dữ liệu và thế hệ các mạng không dây hiệnnay ( hệ thống mạng 4G) hỗ trợ các loại dữ liệu chủ đạo khác như MTC đicùng với luồng HTC Trong các hệ thống 5G trong tương lai, việc sử dụngMTC cùng HTC trong mạng di động tế bào (mạng truyền thông chính) dựkiến sẽ phát triển mạnh mẽ Bảng 1.3 cho thấy các loại luồng của HTC trongmạng di động

2G

Âm thanh số Tin nhắn

Dữ liệu (tốc độ truyền dữ liệu thấp)

3G Âm thanh, hình ảnh và video chất lượng cao

1.4 Truyền thông kiểu máy

Giao tiếp máy MTC hoặc M2M có thể được định nghĩa như một hìnhthức giao tiếp dữ liệu mà hai hay nhiều thực thể tương tác một cách độc lậpvới nhau mà không cần bất kỳ sự tương tác hoặc giám sát của con người.Truyền thông này có thể xảy ra bằng cách sử dụng các hệ thống có dây hoặckhông dây Ý tưởng chính của MTC là giảm sự phụ thuộc của các thiết bị vàohành động của con người, làm cho các thiết bị có khả năng tự khởi tạo cáchành động dựa trên thông tin có sẵn trong mạng Để thay thế cho việc đưa raquyết định thông minh của con người bằng máy móc cần có một số thông tinthu được từ các thiết bị và năng lực xử lý của các thiết bị Thông thường, một

số lượng lớn các thiết bị MTC tham gia vào các ứng dụng MTC và trong hầuhết các trường hợp các thiết bị MTC hỗ trợ truyền dữ liệu Các ứng dụngMTC bao gồm trong các lĩnh vực trong vận tải, chăm sóc sức khoẻ, an toàn,

an ninh, theo dõi, nhà thông minh, … và di động tế bào phù hợp với các loạiứng dụng này

Một số ưu điểm quan trọng của việc sử dụng MTC trong mạng di động

tế bào bao gồm: (1) Việc sử dụng vùng phủ sóng rộng lớn do mạng di độngcung cấp Trên thực tế, sử dụng MTC trong các mạng di động, nhà mạng(MNOs) có thể cung cấp dịch vụ di động liền mạch khắp nơi trên thế giới vớicác giải pháp mạnh mẽ về an ninh, tính cơ động cao, đảm bảo độ trễ, băngthông cao, với những thay đổi giới hạn trong tiêu chuẩn hiện hành và chi phíthấp khi thực hiện và hoạt động; (2) Công nghệ mạng di động (ví dụ nhưfemtocell) [13] có thể được sử dụng để cung cấp QoS mong muốn cho cácứng dụng quan trọng như: nhàchăm sóc người già, dịch vụ y tế từ xa,

Sự phát triển nhanh chóng trong việc sử dụng các thiết bị MTC trongmạng di động dự kiến sẽ xảy ra trong thập kỷ tới, với tỷ lệ hàng năm là trên20% để đạt 200 triệu thiết bị MTC đến năm 2019 [4] Theo GSMA [14], một

tổ chức hàng đầu châu Âu, các kết nối MTC đạt 195 triệu vào cuối năm 2013

và đã đạt hơn 9 tỷ kết nối tính đến tháng 4 năm 2018, tăng đều đặn4.90%/năm trong ba năm gần đây

Các tính năng nổi bật của các ứng dụng MTC (khác với ứng dụngHTC) đã được mô tả trong bản thảo dự án 3GPP [15] Trong đó cho biết rằngkhông cần thiết phải ứng dụng MTC tuân theo tất cả các tính năng của ứngdụng HTC và các tính năng này có thể được kích hoạt riêng lẻ trong một hệthống Các đặc trưng của MTC công bố bởi 3GPP Release 10 [5] có thể đượctóm tắt như sau:

- Truyền dữ liệu nhỏ: các gói dữ liệu nhỏ có thể được trao đổi trongluồng MTC Ngoài ra, các thiết bị MTC có thể gửi dữ liệu thu được như nhiệt

- Cảnh báo ưu tiên: Các thiết bị MTC có thể ưu tiên gửi các thông báo

có cảnh báo ưu tiên như cảnh báo trộm, cảnh báo cháy,

- Chỉ dùng chuyển mạch gói: các dịch vụ chuyển mạch gói được cungcấp cho các thiết bị MTC có hoặc không cần các dịch vụ tích hợp thuê bao diđộng

- Kết nối an toàn: yêu cầu kết nối an toàn giữa các thiết bị MTC và máychủ

- Giám sát MTC: tính năng này được sử dụng bởi các ứng dụng MTCđòi hỏi phải giám sát các sự kiện liên quan đến thiết bị MTC

- Kích hoạt định vị: thiết bị MTC được kích hoạt bằng cách sử dụngthông tin vị trí của chúng

- Tần suất truyền không thường xuyên: truyền ngẫu nhiên và khoảngcách giữa các lần truyền liên tiếp xa nhau từ các thiết bị MTC

- Chỉ truyền thông đối với thiết bị di động gốc: truyền thông thiết bị diđộng gốc được triển khai cho các ứng dụng MTC di động.

- Đầu cuối di chuyển không thường xuyên: Tính năng này được sửdụng để giảm tần suất quản lý di động của các thiết bị MTC và hỗ trợ truyềnthông thiết bị di động ban đầu

- Mạng cung cấp đích đến cho dữ liệu đường lên: tính năng này có thểđược sử dụng cho mục đích truyền dữ liệu lên mạng

- Các tính năng MTC dựa trên nhóm: các thiết bị MTC có thể đượcquản lý như một nhóm trong trường hợp cần phải truyền cùng một thông điệphoặc cần phải thực thi chính sách QoS kết hợp nhiều thiết bị MTC

Một loạt các ứng dụng dựa trên MTC đã được báo cáo trong các khuvực công và tư nhân, một số trong số đó được trình bày trong Bảng 2.2

Sự theo dõi và truy vết

Cuộc gọi khẩn cấpQuản lý phi đội máy bayTheo dõi trộm cắpLuồng thông tinHải quânTaxi công nghệ

Đồng hồ đo lường thông minh

ĐiệnGasNước

Sức khỏe

Theo dõi bệnh nhân từ xaTrợ giúp cuộc sốngDáng vóc cá nhân

Điều khiển và duy trì hoạt động từ

xa

Chẩn đoán phương tiện giao

thôngĐiều khiển máy bán hàng từ

xa

Bảng 1.2 Các ứng dụng MTC 1.5 Thực trạng hiện tại trong 3GPP các đặc trưng cơ bản

Nghiên cứu ban đầu về MTC của 3GPP được giới thiệu trong phiên bản

8 [3] Trong phiên bản 3GPP 10 [5], sự hỗ trợ cho luồng MTC cùng với cácyêu cầu dịch vụ cho luồng MTC đã được giới thiệu Chúng bao gồm các tùychọn đăng ký, tiến trình gửi và nhận dữ liệu dựa trên trình kích hoạt, sơ đồ địachỉ, tính phí, an ninh và các yêu cầu quản trị từ xa, Nhóm làm việc kiếntrúc hệ thống 2 (SA2) của 3GPP đã đưa ra các yêu cầu kiến trúc và các môhình để hỗ trợ MTC trong mạng 3GPP [16] Trong phiên bản 3GPP 10+ [16],xác định rằng dồn toàn lực để phân tích và tối ưu hóa kiến trúc mạng nhằmmục đích giảm tác động của MTC đối với các luồng thông thường trong mạng

di động tế bào Trong bối cảnh này, do mong muốn sử dụng một số lượng lớncác thiết bị MTC thì các vấn đề chính như địa chỉ IP, tắc nghẽn tín hiệu, quátải truyền thông, … yêu cầu phải được cải thiện Tất cả những vấn đề đóđược báo cáo trong [16] rằng một trong những cách tối ưu hóa hệ thống đểgiải quyết những vấn đề này bao gồm việc sử dụng địa chỉ IPv6 và nhóm cácthiết bị MTC tương tự nhau để quản lý Một kiến trúc chung dựa trên MTCđược đề xuất bởi 3GPP [16] [15] như mô tả trong hình 1.2, bao gồm ba thànhphần chính, cụ thể là: miền thiết bị MTC, miền mạng và miền ứng dụngMTC

Miền thiết bị MTC: miền này bao gồm tất cả các thiết bị MTC được càiđặt để thu thập và truyền tải dữ liệu tự trị Máy dò khói, thiết bị kiểm soáttrộm cắp, báo cháy, đồng hồ đo thông minh, thiết bị theo dõi sức khoẻ, thiết bị

cảm biến thu thập dữ liệu, thiết bị theo dõi, cảm biến luồng, … là ví dụ vềthiết bị vật lý MTC thuộc miền này Các thiết bị này truyền dữ liệu tới cácmáy chủ MTC hoặc truyền với nhau

Hình 1.2 Kiến trúc chung của MTC.

Miền mạng: miền này là xương sống của toàn bộ hệ thống MTC.Mục đích của miền này là cung cấp môi trường truyền thông giữa các thiết bịMTC và các máy chủ MTC hoặc giữa các thiết bị MTC với nhau thông quamạng có dây hoặc không dây Các mạng di động tế bào 3GPP như UMTShoặc LTE dự kiến sẽ được sử dụng làm miền mạng cho các ứng dụng MTC

Miền ứng dụng MTC: miền này bao gồm các máy chủ MTC phục vụnhư đích đến cho dữ liệu được truyền bởi các thiết bị MTC qua mạng Dựatrên nhiều kịch bản sử dụng máy chủ MTC có thể được kiểm soát và quản lýbởi các nhà khai thác mạng di động hoặc các nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba[5] Các máy chủ MTC cung cấp cho người dùng cuối một giao diện để truycập các ứng dụng MTC được chỉ định

Theo 3GPP [16], kịch bản truyền thông của luồng MTC có thể đượctách thành hai mô hình dựa trên các yêu cầu khác nhau:

Mô hình truyền thông trực tiếp: Trong mô hình này, có sự liên lạctrực tiếp giữa các thiết bị MTC được cung cấp bởi tác tử 3GPP Thiết bị MTCbên trong cùng một miền mạng hoặc các miền mạng khác nhau có thể truyềnthông với nhau trực tiếp và như vậy thiết lập thành kết nối ngang hàng [15].Hình 1.3 cho thấy kịch bản truyền thông giữa các thiết bị MTC

Hình 1.3 Thiết bị MTC truyền thông trực tiếp với nhau.

(a)

(b)

Hình 1.4 Thiết bị MTC truyền thông với một hoặc nhiều máy chủ MTC (a)

MTC Server nằm trong miền mạng và (b) MTC Server nằm ngoài miền mạng

Mô hình truyền thông gián tiếp: Mô hình này mô tả mô hình chủ, trong đó MTC thiết bị (khách) truyền dữ liệu tới một hoặc nhiều máy chủMTC Kịch bản này có thể ứng dụng trong đo lường thông minh, điều khiểnluồng, các ứng dụng giám sát, [15] Ngoài ra, trong mô hình truyền thôngnày máy chủ MTC có thể nằm bên trong miền mạng, do đó nó có thể đượcđiều khiển bởi nhà cung cấp dịch vụ 3GPP (tương ứng là nhà cung cấp dịch

khách-vụ bên thứ ba) Khi máy chủ MTC nằm trong miền mạng, nhà cung cấp mạngcung cấp API cho người dùng MTC để truy cập vào máy chủ Hình 1.4 chothấy kịch bản truyền thông giữa các thiết bị MTC và các máy chủ MTC

1.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến điện

Trong các mạng di động tế bào cần phải có một lược đồ quản lý tàinguyên vô tuyến (RRM) để đảm bảo rằng các luồng đến từ các thiết bị dựatrên MTC có thể được phục vụ một cách thích hợp bằng cách sử dụng một sốlượng hạn chế các tài nguyên có sẵn và đảm bảo rằng các thiết bị này sẽkhông bị thiếu thốn tài nguyên Mục đích cơ bản của lược đồ RRM tận dụngtối đa các nguồn lực hạn chế và đảm bảo QoS phù hợp bằng cách sử dụng cácchiến lược và các thuật toán cấp phát tài nguyên khác nhau Điều khiển đầuvào, quản lý hàng đợi, lập lịch luồng và kiểm soát năng lượng là những thành

phần quan trọng nhất [17] tham gia vào việc thiết kế khung hoạt động củaRRM Các thành phần này có thể được mô tả như sau:

Điều khiển đầu vào: điều khiển đầu vào sẽ giúp lược đồ RRM đảm bảochất lượng dịch vụ cho cả người dùng đến và đang sử dụng Giúp xác định sốngười dùng thích hợp được chấp nhận vào mạng Để làm được điều này,thành phần này sẽ giám sát các nguồn tài nguyên vô tuyến đang có và điềuchỉnh luồng vào và luồng đang thực hiện cho phù hợp Một số lược đồ điềukhiển đầu vào sẽ ưu tiên người dùng trong các lớp dịch vụ khác nhau để đảmbảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu Ví dụ: cuộc gọi điện video (hoặc luồngvideo) sẽ yêu cấp phát tài nguyên ngay lập tức vì bất kỳ sự chậm trễ nào trongviệc truyền dữ liệu sẽ dẫn đến kết quả không đạt yêu cầu Ngược lại, sự chậmtrễ vài giây trong việc truyền tin nhắn máy nhắn tin (truyền dữ liệu) khônglàm thay đổi nhiều đến người dùng cuối Bởi vì không có hạn chế về sự dichuyển của các thiết bị di động, các thiết bị này có thể tự do di chuyển từ mộttrạm cơ sở (tế bào) này sang một trạm khác Do đó, ưu tiên các cuộc gọi làmột tính năng quan trọng của mạng di động tế bào được thực hiện bởi lược đồkiểm soát đầu vào

Quản lý hàng đợi: Một yếu tố quan trọng khác của lược đồ RRM làquản lý hàng đợi, xác định trình tự hành động được thực hiện đối với các góitin đến trong hàng đợi của bộ truyền không dây trước khi truyền Điều này rấtquan trọng vì nó giúp tránh được sự tắc nghẽn trong quá trình truyền Một hệthống quản lý hàng đợi sẽ làm giảm tốc độ truyền dữ liệu khi nó phát hiện rarằng các gói dữ liệu trong hàng đợi đã đạt đến một mức độ nhất định và nếuthêm các gói dữ liệu sẽ dẫn đến việc một số gói tin bị loại bỏ

Lập lịch: Sự truyền thực sự của các gói dữ liệu ra khỏi hàng đợi được

xử lý bởi phần lập lịch luồng của lược đồ quản lý hàng đợi, xác định hàng đợinào(trong số hàng đợi đã sẵn sàng) cần được ưu tiên khi việc truyền đi đượcquyết định bởi trình lập lịch luồng dựa trên chính sách lập lịch đã xác định.Thông thường, kỹ thuật xoay vòng hoặc xoay vòng có trọng số được sử dụnglàm chính sách lập lịch

Điều khiển công suất: Thành phần này dùng để điều khiển nhiễu giữanhững người sử dụng trong cùng một hệ thống ở giới hạn nhất định để đạtđược tốc độ truyền tốt hơn Trong mạng không dây đa người dùng như mạng

di động tế bào CDMA tất cả người dùng sử dụng cùng một băng thông đểtruyền thì công suất truyền của người sử dụng được điều khiển bởi thành phầnđiều khiển công suất, thông qua cách này làm tăng thêm hiệu suất sử dụng lạicác kênh radio hiện có

Việc triển khai các ứng dụng MTC qua mạng di động tế bào được thiết

kế theo các đặc trưng của luồng HTC tạo ra một số thách thức đối với RRM

Các đặc trưng của MTC như kích thước gói nhỏ, truyền tải đường lên, sốlượng luồng nhỏ, độ di động của thiết bị thấp cùng với số lượng lớn các thiết

bị, khá khác so với các đặc trưng của HTC Những sự khác biệt này góp phầntạo nên sự phức tạp của thiết kế RRM trong phân bổ nguồn tài nguyên vôtuyến điện cho luồng MTC sẽ tác động đến hiệu suất của chiếc luồng HTChiện có Do đó, thiết kế một lược đồ RRM cho các mạng truyền thông khôngdây hỗ trợ cả luồng MTC và luồng HTC vẫn là một thách thức Lược đồ quảntrị tài nguyên RRM phải đảm bảo có thể hỗ trợ số lượng lớn các thiết bị MTCtrong khi duy trì đáp ứng các yêu cầu đảm bảo chất lượng cho cả luồng HTC

và luồng MTC Các kỹ thuật như phân cụm hoặc nhóm các thiết bị MTC [18]

có thể giúp đạt được các mục tiêu đó

1.7 Phân bổ tài nguyên cho luồng dạng MTC và HTC

Trong những năm gần đây, sự tồn tại của luồng MTC và HTC trongmạng di động tế bào đã được nhiều nghiên cứu khác nhau tập trung theo quanđiểm quản lý tài nguyên vô tuyến điện [6], [7], [8], [18], [19], [20], [21], [22]

- [27]

Lien và các đồng tác giả [18] đề xuất một phương pháp RRM để xử lýluồng MTC trong các mạng LTE, nơi các thiết bị MTC được nhóm thành cáccụm dựa trên đặc tính QoS của chúng Tốc độ gói tin đến và dung sai tối đađều nằm trong khoảng chấp nhận được của tham số QoS Ưu tiên cao hơndành cho cụm có tốc độ đến của gói tin lớn hơn Tài nguyên vô tuyến đượcquản lý dựa trên các cụm thay vì các thiết bị MTC riêng lẻ Tuy nhiên,phương pháp này chỉ cung cấp đảm bảo QoS cho luồng MTC mà khôngnghiên cứu tác động của luồng MTC đối với luồng HTC

Bang và cộng sự [19] đã đề xuất một lược đồ phân bổ tài nguyên tốithiểu tối ưu dựa trên cặp người dùng với mục tiêu chính là giảm thiểu sốlượng các khối tài nguyên để hỗ trợ một số lượng lớn các thiết bị MTC trongcác mạng LTE Trong lược đồ đã đề xuất các khối tài nguyên được giảm bằngcách ghép nối tối đa hai thiết bị MTC sử dụng cùng khối tài nguyên giốngnhau Hiệu suất của SMRA được so sánh với lược đồ phân bổ nguồn trực giao(ORA) và lược đồ cấp phát tài nguyên theo cặp đôi người dùng ngẫu nhiên(RUPRA) Tuy nhiên, trường hợp của luồng thông thường của mạng LTEchưa được xem xét

Liu và cộng sự [6] đã tập trung nghiên cứu tầm quan trọng của phânloại QoS của luồng MTC và HTC trong mạng di động tế bào Một lược đồphân loại QoS cho các dịch vụ dựa trên MTC trong mạng di động tế bào được

đề xuất, lược đồ được tạo nên bằng tám lớp dựa trên các tham số QoS nhưthời gian thực, chính xác và độ ưu tiên Một lớp QoS của HTC được giới

thiệu cùng với một lớp QoS chỉ hướng tới các dịch vụ của MTC Tuy nhiên,không có thực nghiệm nào được thực hiện cho thấy việc đánh giá và xác nhậngiá trị của lược đồ này.

Aijaz và Aghvami đề xuất một lược đồ RRM nhận biết năng lượng chokịch bản cùng tồn tại của MTC/HTC trong mạng LTE với việc đảm bảo yêucầu QoS cho người dùng khác nhau Hai thuật toán heuristic có độ phức tạpthấp được đề xuất với mục tiêu giảm thiểu công suất truyền tải đồng thời đảmbảo yêu cầu QoS của cả người dùng HTC và MTC Heuristic thứ nhất chothấy đạt được mục tiêu truyền dữ liệu HTC và MTC với công suất tối thiểu,ngược lại heuristic thứ hai cho thấy chỉ giảm thiểu công suất truyền cho luồngHTC

Các lược đồ phân bổ tài nguyên vô tuyến khác được trình bày trong[21] cho kịch bản đồng tồn tại của MTC và HTC trong mạng di động LTEtiên tiến với mục đích tối đa hóa tổng hợp các tiện ích mạng và giảm thiểu tối

đa nhiễu của kênh tạo ra sự tồn tại của cả luồng MTC và HTC trong cùngmột kênh Các dịch vụ của HTC và MTC được phân thành 4 lớp khác nhau.Tốc độ dữ liệu được coi là tham số của QoS trong lược đồ RRM được đềxuất

Makris và đồng tác giả [7] đã tập trung vào việc quản lý tài nguyên chokết hợp giữa luồng HTC và MTC để cung cấp QoS mong muốn cho cả hailoại luồng bằng cách đề xuất một lược đồ quản lý nhận biết ngữ cảnh(CABM) phía sau cổng giao tiếp (gateway) MTC Lược đồ sẽ cung cấp QoScác luồng thông tin kết hợp giữa HTC và MTC từ việc xem xét các lớp khácnhau của luồng HTC và MTC bao gồm: truyền thống, streaming, tương tác,nền tảng, cảnh báo ưu tiên và dung sai thời gian hoặc kiểm soát thời gian.Lược đồ RRM đã phân bổ năng lực cho các lớp dựa trên dịch vụ ban đầu vàQoS đã được định nghĩa trước Lược đồ thể hiện đã đáp ứng được các dịch vụMTC mới mà không làm giảm QoS đối với các dịch vụ HTC hiện có

Wei và các cộng sự [8] đã nghiên cứu về tình trạng quá tải trong truynhập của mạng vô tuyến (RAN) Đây là kết quả từ việc truy cập hàng loạt vàomạng bằng thiết bị MTC dẫn đến có thể làm suy giảm chất lượng dịch vụ củaHTC Một mô hình phân tích được đề xuất dựa trên kỹ thuật đệ quy ướclượng sự cạnh tranh của người dùng (RCE) Mô hình giúp phân tích chấtlượng dịch vụ của các dịch vụ HTC trong điều kiện gia tăng mạnh mẽ củaluồng MTC Mô hình phân tích được dùng để xác định tối ưu kích thướcnhóm và nguồn tài nguyên vô tuyến cần thiết đối với từng loại luồng dựa trênxác suất thành công truy cập mạng

Potsch và cộng sự [22] nghiên cứu ảnh hưởng của MTC đối với mạngLTE Họ đã đề xuất một mô hình luồng để thực hiện một giao thức MTC

trong vận tải hậu cần Một kịch bản có thể của các thiết bị MTC trong tươnglai với luồng HTC thông thường trong các mạng LTE Ba loại luồng HTC(âm thanh, video và truyền tệp) cùng với một loại luồng MTC được xem xét

để kiểm tra sự ảnh hưởng của luồng MTC trong các mạng LTE chạy luồngHTC Trong nghiên cứu của họ sự ưu tiên được dành cho các dịch vụ thoại vàvideo do tính năng nhạy cảm độ trễ của chúng Kết quả cho thấy rằng tảitrọng luồng MTC tăng không ảnh hưởng đến các dịch vụ ưu tiên, nhưng hiệusuất giảm có thể trông thấy được đối với dịch vụ truyền tệp

Giluka và cộng sự [23] đề xuất một lược đồ lập lịch ưu tiên dựa trênlớp cho truyền thông từ thiết bị đến trạm cơ sở trong mạng LTE Trong lược

đồ luồng QoS được xem là tiêu chí để lập lịch phân bổ tài nguyên vô tuyếnvào các lớp ưu tiên khác nhau, tức là từ lớp ứng dụng ưu tiên cao (HTC) chotới ứng dụng lớp ưu tiên thấp (MTC) Giá trị ngưỡng được đặt trên luồngMTC để đảm bảo QoS của luồng HTC Hiệu suất của luồng HTC được hiểu

là thông lượng của nó khi có sự thay đổi của luồng MTC

Hsu và các đồng tác giả [24] đề xuất một lược đồ cải thiện sự hợp táctruy nhập lớp (ECACB) cùng với lược đồ quản lý tài nguyên vô tuyến điệnthích nghi (TARRM) dành cho luồng MTC trong các mạng LTE-A Các lược

đồ nhằm tối thiểu hóa độ trễ truy cập ngẫu nhiên và tối đa hóa thông lượngmạng Đối với lược đồ ECACB số lượng các thiết bị MTC gắn liền với BSđược sử dụng làm tiêu chí để xác định xác suất truy cập, bản thân nó xác địnhliệu các thiết bị MTC tiếp theo có được phép truy cập BS hay không Dựa trênkích thước dữ liệu truyền và tỷ lệ truy cập ngẫu nhiên, TARRM có tráchnhiệm phân bổ các tài nguyên vô tuyến điện cho các thiết bị MTC đã đượccấp quyền truy cập vào BS Để cải thiện thông lượng mạng lược đồ TARRMcũng cấp phát các khối tài nguyên chưa được sử dụng của UE tới các thiết bịMTC

Lin và cộng sự [25] đề xuất một lược đồ truy cập ngẫu nhiên ưu tiênvới việc ngăn chặn truy cập động để giải quyết vấn đề quá tải truy nhập ngẫunhiên do tải của luồng MTC trong mạng LTE-A Lược đồ xem xét năm lớpkhác nhau của luồng HTC và MTC bao gồm khẩn cấp, HTC, ưu tiên cao, ưutiên thấp và theo lịch đã lập Các tài nguyên kênh truy cập ngẫu nhiên khácnhau được phân bổ trước cho các lớp khác nhau Lược đồ ngăn chặn truy cậpđộng được sử dụng để tránh đụng độ do những nỗ lực truy cập ngẫu nhiênđồng thời của một số lượng lớn các luồng MTC Hiệu năng của lược đồ đượcđánh giá bằng các mô phỏng cho thấy các kết quả có triển vọng đối với xácsuất truy cập

Lee và cộng sự [26] đã nghiên cứu vấn đề quá tải truy cập ngẫu nhiên

do số lượng lớn các thiết bị MTC trong mạng LTE-A Họ đã phân tích hiệu

suất thông lượng của hai phương pháp được dùng cho việc phân bổ và quản lýtruy cập ngẫu nhiên áp dụng trong các mạng LTE-A Phương pháp đầu tiên làchia tách hoàn toàn bộ truy cập ngẫu nhiên ban đầu thành một tập hợp concho dạng người-tới-người (H2H) và một tập hợp con khác cho thiết bị-đến-thiết bị (M2M) Lược đồ thứ hai là chia tách các truy cập ngẫu nhiên ban đầuthành một tập con chỉ cho dạng H2H và một tập hợp con cho cả hai dạngH2H và M2M Kết quả nghiên cứu của họ cho thấy rằng có một giới hạn dướicủa tải truy cập ngẫu nhiên và phương pháp thứ hai tốt hơn phương pháp thứnhất một chút, nhưng phương pháp thứ hai làm giảm thông lượng một cáchđáng kể.

Ide và các đồng tác giả [27] đề xuất một lược đồ phân bổ tài nguyên dựa trênMTC nhận biết kênh cho sự đồng tồn tại của luồng HTC và MTC trong mạngLTE với mục đích tối thiểu hóa tác động của luồng MTC đối với luồng HTC

Ý tưởng chính của lược đồ là truyền dữ liệu MTC với xác suất cao khi điềukiện kênh được cho là phù hợp để làm điều đó Một mô hình Markov được sửdụng để đánh giá hiệu suất của lược đồ và tác động của luồng MTC đối vớiluồng HTC được phân tích theo xác suất chặn luồng

Trong luận văn này nghiên cứu một lược đồ RRM dựa trên mô hìnhCTMC, phân bổ các kênh vô tuyến cho luồng HTC và luồng MTC bằng cáchđưa ra một vùng chia sẻ dành riêng cho phép tách biệt QoS giữa luồng HTC

và luồng MTC Tính hiệu quả của lược đồ được xác định bằng các tình huốngtrong Chương 3

1.8 Kết luận chương

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền thông không dây,các loại truy cập không dây xuất hiện ngày càng nhiều Các hệ thống này sẽkết hợp với nhau tạo thành một hệ thống tổng thể để cung cấp dịch vụ vớichất lượng tối ưu nhất Qua chương này chúng ta đã hiểu hơn về:

- Mạng truyền thông không dây

- Mạng truyền thông kiểu máy

- Mạng truyền thông kiểu người

- Thực trang hiện tại trong 3GPP các đặc trưng cơ bản

- Quản lý tài nguyên vô tuyến điện và phân bổ tài nguyên cho luồngdạng MTC và HTC

CHƯƠNG II: MÔ HÌNH QUẢN TRỊ TÀI NGUYÊN RADIO

Chương này bao gồm những nghiên cứu cơ sở lý thuyết chính của luậnvăn vì nó mô tả lược đồ RRM dựa trên CTMC được sử dụng để phân tích tácđộng của các luồng MTC đối với các luồng HTC trong các mạng truyền thôngkhông dây, đây chính là yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống

2.1 Mô hình hệ thống và luồng

Mô hình hệ thống bao gồm một BS hỗ trợ người dùng di động và cácthiết bị MTC sử dụng công nghệ không dây Trong mô hình này, Nch biểu thị

số kênh radio trong BS; hai loại dịch vụ được hỗ trợ bởi mạng là luồng MTC

và luồng HTC có các đặc điểm khác nhau Ví dụ, luồng MTC có đặc trưng vềkích thước gói tin nhỏ hơn và đến từ nhiều thiết bị ngược lại luồng HTC cókích thước gói tin lớn hơn nhưng số lượng các thiết bị tương đối ít hơn Chỉ

có các dịch vụ dữ liệu trong luồng HTC được giả định Các tiến trình đến củaluồng HTC và MTC tuân theo hai tiến trình Poisson độc lập với các thông số

HTC và MTC tương ứng Thời gian dịch vụ của luồng HTC (tương ứng vớiluồng MTC) được phân bổ theo hàm mũ với tần suất HTC (tương ứng là

MTC)

Để cung cấp sự độc lập chất lượng dịch vụ (QoS) giữa luồng MTC vàluồng HTC, lược đồ RRM đề xuất hai ngưỡng Km cho luồng MTC và Kh choluồng HTC được phân bổ qua các kênh radio Mỗi ngưỡng này có nghĩa làđảm bảo rằng một phần của các tài nguyên vô tuyến (như thể hiện trong hình3.1) được dành cho mỗi lớp dịch vụ Theo cách này, Km kênh radio được dànhriêng để tương tác với luồng MTC và Kh kênh được dành riêng để xử lý luồngHTC Để tăng độ mềm dẻo trong phân bổ tài nguyên một vùng chia sẻ (vùngchung) có số kênh radio Ns = Nch - (Kh + Km) được xác định trong lược đồRRM (như thể hiện trong hình 3.1) Vùng chia sẻ cho phép các yêu cầu đến

từ cả hai lớp dịch vụ và được chấp nhận bình đẳng khi không có nguồn tàinguyên rỗi trong vùng dành riêng cho dịch vụ đó Lược đồ minh họa tiến trìnhtrong RRM được mô tả trong hình 2.1