Nghiên cứu thực hiện cơ chế tái cấu hình trong hệ thống thông tin chiến thuật ứng dụng công nghệ vô tuyến điều khiển bằng phần mềm SDR

Đặc biệt hơn, việc tiếp cận và triển khai kỹ thuật trong các hệ thống thông tin chiến thuật trên thế giới đã đặt ra vấn đề đòi hỏi cần sử dụng nhiều tấn số vô tuyến khác nhau và các thiế

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Nguyễn Hồng Huy Thông

NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN CƠ CHẾ TÁI CẤU HÌNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN CHIẾN THUẬT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

VÔ TUYẾN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHẦN MỀM SDR

Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật truyền thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung

Hà Nội – Năm 2014

Trang 2

NGUYỄN HỒNG HUY THÔNG 1 LỚP KTTT-2012B

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu các nguồn tài liệu đã học, sách báo chuyên ngành cũng như các thông tin trên Internet

mà theo tôi là hoàn toàn tin cậy Tôi xin cam đoan luận văn này không giống với bất

kỳ công trình nghiên cứu hay luận văn nào trước đây mà tôi đã biết

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2014

Người thực hiện

Nguyễn Hồng Huy Thông

Trang 3

LỜI MỞ ĐẦU

rong thời đại khoa học, kỹ thuật và công nghệ phát triển nhanh, các công nghệ mới đang được nghiên cứu và triển khai, đem lại những giá trị vô cùng to lớn cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội và khoa học kỹ thuật thì những yêu cầu về thông tin liên lạc, đặc biệt là trong lĩnh vực viễn thông ngày càng được nâng cao Nhu cầu của người sử dụng cũng ngày một đa dạng hơn, từ trao đổi tín hiệu thoại, dữ liệu, video đến truyền hình quảng bá…mà các hệ thống vô tuyến truyền thống khó có thể đáp ứng hết

Đặc biệt hơn, việc tiếp cận và triển khai kỹ thuật trong các hệ thống thông tin chiến thuật trên thế giới đã đặt ra vấn đề đòi hỏi cần sử dụng nhiều tấn số vô tuyến khác nhau và các thiết bị đầu cuối cần phải có khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa các tần số cũng như giữa các mode dịch vụ khác nhau để thích ứng với sự đa dạng của các mạng vô tuyến hiện nay Sự phát triển của các hệ thống đòi hỏi ở lượng băng thông càng ngày càng lớn, chất lượng dịch vụ cao hơn, tốc độ truyền nhanh hơn và đặc biệt là khả năng tích hợp các loại hình dịch vụ

Từng là một sinh viên và nay là học viên cao học chuyên ngành điện tử viễn thông, được học tập và tiếp cận với các công nghệ mới, em thấy có nhiều hứng thú khi tìm hiểu về các hệ thống thống thông tin chiến thuật Hướng nghiên cứu của em

là tìm ra và thực hiện giải pháp tái cấu hình trong các hệ thống thông tin chiến thuật, trong đó tập trung vào phần xử lý tín hiệu Chính vì thế em đã tìm hiểu tín hiệu và cách xử lý các tín hiệu trong hệ thống thông tin chiến thuật để thực hiện cơ chế tái cấu hình sử dụng công nghệ SDR

Trên cơ sở đó, em đã tìm hiểu và nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thực hiện cơ chế tái cấu hình trong hệ thống thông tin chiến thuật ứng dụng công nghệ vô tuyến

điều khiển bằng phần mềm SDR” Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn

Hữu Trung và GS.TSKH Nguyễn Ngọc San đã tận tình hướng dẫn để em hoàn

thành tốt đề tài này

Hà Nội, tháng 3 năm 2014 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hồng Huy Thông

T

Trang 4

TÓM TẮT

Đồ án trình bày lý thuyết về công nghệ vô tuyến phần mềm (SDR) và ứng dụng trong kiến trúc bộ trong thiết bị đầu cuối của hệ thống thông tin chiến thuật, sau đó đưa đề xuất mô hình mô phỏng hệ thống SDR đáp ứng các tiêu chí cụ thể đã được đề ra

Đồ án được chia làm 4 chương lớn, gồm các nội dung như được kể dưới đây

CHƯƠNG 1 Giới thiệu tổng quan về SDR thông qua các khái niệm, kiến

trúc chung, lịch sử ra đời cũng như các ưu nhược điểm của SDR

CHƯƠNG 2 Nghiên cứu về kiến trúc và các tính năng của mạng SDR

Chương này xác định những vấn đề chính cần quan tâm trong quá trình tái cấu hình cũng như đưa ra kiến trúc mạng sử dụng SDR

CHƯƠNG 3 Mô tả kiến trúc các kiểu thiết bị đầu cuối SDR, trong đó có

phân tích cả những ưu nhược điểm của từng kiểu kiến trúc

CHƯƠNG 4 Tiến hành thiết kế, mô phỏng hệ thống waveform của SDR sử

dụng công cụ MATLAB Simulink

ABSTRACT

Project presented the theory of Software Defined Radio technology (SDR) and the application in tactical system, then proposed an SDR system simulation model which satisfied some specific criteria

The report is divided into five major chapters which include the following contents

CHAPTER 1 Introduces the SDR overview through the concepts, the

general architectures, the history, the advantages and disadvantages of SDR

CHAPTER 2 Investigates the SDR network architectures and functions

This chapter not only determines some major considerations of reconfiguration process but also proposes the network architecture using SDR

CHAPTER 3 Describes some candidate architectures for SDR front-ends

and analyzes both advantages and disadvantages of each architecture

CHAPTER 4 designs and simulates an waveform of SDR system using

MATLAB Simulink Tools

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

TÓM TẮT 3

ABSTRACT 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SDR 14

1.1 Định nghĩa SDR 14

1.2 Kiến trúc SDR tổng quát 15

1.3 Lịch sử ra đời 16

1.4 Ưu nhược điểm 17

1.4.1 Ưu điểm vượt trội của hệ thống SDR 17

1.4.2 Những hạn chế hiện nay khi triển khai giải pháp SDR 18

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC VÀ TÍNH NĂNG MẠNG SDR 20

2.1 Những yêu cầu cho quá trình tái cấu hình 20

2.1.1 Về mặt hệ thống 20

2.1.2 Quá trình tái cấu hình 24

2.2 Các chức năng logic hỗ trợ cho thiết bị đầu cuối có khả năng tái cấu hình 25

2.2.1 Các chức năng thiết bị đầu cuối 25

2.2.2 Các chức năng mạng 30

2.3 Những vấn đề quan tâm về thiết kế và phát triển cho khả năng tái cấu hình 34 2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tái cấu hình thiết bị đầu cuối 34

2.3.2 Kiến trúc proxy tập trung so với kiến trúc proxy phân tán 37

2.3.3 Vị trí của các bộ proxy trong các mạng di động 37

2.3.4 Sự tập hợp các thông tin có giá trị 38

2.4 Kiến trúc mạng 40

2.4.1 Ngữ cảnh làm việc liên kết và sự hỗ trợ chuyển giao dọc 40

Trang 6

2.4.2 Hỗ trợ tải phần mềm 45

2.4.3 Module quản lý băng thông 50

2.4.4 Cơ sở hạ tầng 52

CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC CÁC KIỂU ĐẦU CUỐI SDR 60

3.1 Bộ thu ngoại sai và trung tần số (Heterodyne & digital-IF) 60

3.2 Bộ thu trung tần không (Zero-IF) 63

3.3 Bộ thu số trung tần thấp (digital low-IF) 65

3.4 Bộ thu lấy mẫu thông dải (Bandpass sampling) 67

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG 71

4.1 Bài toán mô phỏng đặt ra 71

4.2 Cấu trúc khung dữ liệu 72

4.3 Điều chế FSK 72

4.4 Đồng bộ 77

4.5 Xử lý dữ liệu 78

4.6 Các chế độ dữ liệu 78

4.6.1 Chế độ 0 – 9600 bps 78

4.6.2 Chế độ 1 – 800 bps 79

4.7 Đánh giá kết quả và hướng nghiên cứu 80

KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kiến trúc SDR tổng quát 15

Hình 1.2 Phổ di động sử dụng ở châu Âu ( theo nguồn Jondral, 1999) 18

Hình 2.2 Kiến trúc chức năng [4] 25

Hình 2.3 Kiến trúc mạng tập trung (network-centric architecture) 31

Hình 2.4 Ghép nối mở 41

Hình 2.5 Ghép nối lỏng 42

Hình 2.6 Ghép nối chặt 44

Hình 2.7 Ghép nối rất chặt 44

Hình 2.8 Hồ sơ dữ liệu đang tải 47

Hình 2.9 Chức năng quyết định loại kênh truyền 48

Hình 2.10 Ví dụ về chế độ broadcast MBMS 51

Hình 2.11 Ví dụ về chế độ multicast MBMS 52

Hình 2.12 Ví dụ về các đối tượng và giao diện của một vùng TRSA với các kĩ thuật truy nhập vô tuyến khác nhau 54

Hình 2.13 Cấu trúc phân cấp của các bộ cache lưu module phần mềm 56

Hình 2.14 Ví dụ về một quá trình tái cấu hình hàng loạt được khởi tạo từ một server bên ngoài với việc sử dụng multicast IP 59

Hình 3.1 Kiến trúc bộ ngoại sai trung tần kép truyền thống 61

với việc hạ tần vuông góc ở tầng trung tần thứ 2 61

Hình 3.2 Kiến trúc bộ ngoại sai trung tần số 62

với việc hạ tần vuông góc được thực hiện trong miền số 62

Hình 3.3 Kiến trúc bộ thu (zero-IF) chuyển đổi trực tiếp 64

Trang 8

Hình 3.4 Kiến trúc bộ thu số trung tần thấp 66

Hình 3.5 Bộ thu lấy mẫu thông dải đồng nhất (UBPS) 68

Hình 3.6 Bộ thu lấy mẫu thông dải vuông góc (QBPS) 69

Hình 4.1 Sơ đồ chức năng hệ thống sẽ mô phỏng 72

Hình 4.2 Cấu trúc khung dữ liệu 72

Hình 4.3 Các tham số điều chế/giải điều chế FSK 73

Hình 4.4 Sơ đồ thực hiện điều chế I/Q 74

Hình 4.5 Sơ đồ thực hiện giải điều chế I/Q 74

Hình 4.6 Sơ đồ giải điều chế FSK dùng Discriminator 76

Hình 4.7 Sơ đồ thực hiện phép nhân phức cho tính sai pha 76

Hình 4.8 Hiệu năng của điều chế và giải điều chế FSK 77

Hình 4.9 Minh họa luồng xử lý dữ liệu trong waveform nhảy tần VHF 78

Hình 4.10 Xử lý đóng khung trong chế độ 0 78

Hình 4.11 BER của chế độ 0 79

Hình 4.12 Xử lý đóng khung trong chế độ 1 79

Hình 4.13 BER của chế độ dữ liệu 1 80

Trang 9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

mạng thế hệ thứ 3

Accounting

Nhận thực, Quản trị và Tính cước

tương tự sang tín hiệu số

dụng

đồng bộ

Network

Mạng do Baskett, Chandy, Muntz &Palacios phát triển

thông

quảng bá

Trang 10

khách hàng và tính cước

theo mã

Metal-Oxide-Semiconductor

Linh kiện bán dẫn kim loại- oxit bù

số sang tín hiệu tương tự

Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

hữu hạn

chung

Trang 11

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

phân cấp

hạn

Internet

tuyến kết hợp

Trang 12

Dịch vụ truyền đa điểm

động

thông

Module

Phân hệ xác định và giám sát mode

Module

Phân hệ đàm phán và giám sát mode

thức

động

quốc gia

đường vô tuyến

Trang 13

mạch công cộng

tuyến

nguyên

vụ

Chip

dịch vụ

Trang 14

truyền dẫn

theo thời gian

thiết bị đầu cuối

nhất

System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

vệ tinh

khuếch đại thay đổi

Internet không dây

Trang 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SDR

Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhu cầu thông tin liên lạc của con người ngày càng trở nên đa dạng, đồng thời nó đòi hỏi các thiết bị vô tuyến vừa phải hiệu quả về mặt kinh tế, vừa phải dễ dàng sử dụng và nhất là cần đáp ứng yêu cầu hội tụ mạng Kỹ thuật SDR chính là câu trả lời hoàn hảo nhất cho vấn đề này Chương này sẽ giới thiệu những vấn đề chung nhất để có được cái nhìn tổng quát về SDR

1.1 Định nghĩa SDR

Tổ chức SDR Forum cộng tác với nhóm IEEE P1900.1 đã đưa ra một khái niệm về hệ thống vô tuyến được định nghĩa mềm (SDR- Software Defined Radio) như sau:

“Là một hệ thống vô tuyến mà trong đó một số hoặc tất cả các chức năng lớp vật lý

được định nghĩa mềm”

Kĩ thuật SDR mang đến một giải pháp tương đối rẻ và hiệu quả, cho phép hỗ trợ các thiết bị không dây đa mode, đa băng và/hoặc đa chức năng mà có thể được nâng cấp sử dụng phần mềm

SDR chứa một tập hợp các kĩ thuật phần cứng và phần mềm trong đó một số hoặc tất cả các chức năng hoạt động của hệ thống vô tuyến được triển khai thông qua các phần mềm/ phần cứng có khả năng điều chỉnh hoạt động trên các kĩ thuật

xử lí khả trình Những thiết bị này bao gồm FPGA (Field Programmable Gate

Array), DSP (Digital Signal Processor), GPP (General Purpose Processor), SoC

(Progammable System on Chip) hay các bộ xử lí khả trình khác Việc sử dụng

những công nghệ này cho phép các đặc tính wireless mới được thêm vào các hệ thống vô tuyến đang tồn tại mà không cần đòi hỏi phần cứng mới

Trang 16

- Ănten: có thể là một ănten lưỡng cực đơn giản hay một ănten giàn pha phức tạp

Nó phân phối năng lượng là một trường điện từ cao tần (RF emf) trong hệ thống

- RF/IF (Radio frequency/ Intermediate frequency): Là nơi diễn ra quá trình xử lí tín

hiệu tương tự cần thiết Các bộ tiền chọn lọc giới hạn năng lượng đầu vào tới các tần số mong muốn Các bộ giảm “co-site mitigator” sẽ hồi tiếp các tín hiệu nhiễu nội đã biết được đảo ngược để triệt tiêu chúng Một bộ dao động nội giảm tín hiệu xuống trung tần Các thành phần dung kháng và cảm kháng cần thiết cho trong bước

Trang 17

này sẽ làm tăng chi phí, tạo ra tạp âm trong tín hiệu và làm giảm tính linh động của trang thiết bị Điều này cần được giảm xuống càng nhiều càng tốt

- Modem: Sự chuyển đổi tương tự-số được thực hiện ở đầu ra hoặc đầu vào của bộ

phận RF/IF Đây là nơi đây bắt đầu quá trình xử lí tín hiệu số để tách tín hiệu mong muốn ra khỏi tín hiệu gốc đã được số hóa Các tín hiệu không mong muốn sẽ được loại bỏ và các bit băng cơ sở sẽ được giải điều chế từ tín hiệu bằng cách áp dụng biến đổi điều biến ngược

- Bộ xử lí liên kết: có chức năng kiểm soát và điều khiển các hoạt động nhằm tăng

cường liên kết dựa trên thông tin điều khiển và dữ liệu từ modem Đây là nơi xử lí các thông số đo cường độ tín hiệu, điều khiển công suất, nhu cầu hay khả năng

chuyển giao, nhảy tần, điều khiển ănten và dữ liệu thời gian đến (TOA- Time of

Arrival)

- Bảo mật: Nếu hệ thống có thực hiện mã hóa mã mật thì giải mã mật cũng được

thực hiện ở đây Bất kì thông tin nào trong hệ thống cần được bảo vệ vì các mục đích an ninh thì cũng được xử lí trong module này

- Vào/ra và xử lí cuộc gọi/tin nhắn: Phân phối lưu lượng tới phần còn lại của hệ

thống Việc chuyển đổi tốc độ từ một cơ chế mã hóa tiếng nói sang một dạng khác được thực hiện tại khối chức năng này Vào/ra và xử lí cuộc gọi/tin nhắn cung cấp truy nhập tới các mạng khác và các giao thức khác nhau tùy theo dạng ứng dụng đã được thiết kế cho phiên làm việc cụ thể

Với quá trình phát, luồng dữ liệu chảy theo chiều ngược lại, từ phải sang trái

Sự khác nhau cơ bản giữa phát và thu là sự xuất hiện các bộ khuếch đại công suất trong bộ phận RF/IF để chạy ănten

1.3 Lịch sử ra đời

Thuật ngữ SDR được đưa ra năm 1991 bởi Joseph Mitola [3], người đã xuất bản bài báo đầu tiên về chủ đề này năm 1992 Mặc dù vậy, những hệ thống SDR đã được bắt nguồn từ lĩnh vực quốc phòng từ cuối những năm 1970 ở cả Mỹ và châu

Trang 18

Âu Hệ thống vô tuyến phần mềm đầu tiên là một dự án của quân đội Mỹ mang tên SpeakEasy Mục đích căn bản của dự án này là sử dụng việc xử lí khả trình để mô phỏng hơn 10 hệ thống vô tuyến quân đội đang tồn tại, hoạt động trong các băng tần

từ 2 đến 2000MHz Hơn thế nữa, mục đích thiết kế khác là để có thể kết hợp một cách dễ dàng với các chuẩn mã hóa và điều chế mới trong tương lai, do đó thông tin liên lạc trong quân đội có thể bắt kịp với các tiến bộ trong các công nghệ mã hóa và điều chế

Từ cuối những năm 1995, SDR tiếp tục được phát triển thêm sang cả mục đích thương mại và ngày càng phát triển kể cả cho tới hiện nay, đặc biệt là ở Mỹ, Nhật và châu Âu [3]

1.4 Ƣu nhƣợc điểm

1.4.1 Ƣu điểm vƣợt trội của hệ thống SDR

- Với những nhà sản xuất thiết bị vô tuyến và những nhà tích hợp hệ thống, SDR cho phép:

+ Một họ các sản phẩm vô tuyến được triển khai sử dụng một kiến trúc nền chung, cho phép các sản phẩm mới được nhanh chóng giới thiệu ra thị trường

+ Phần mềm nhằm tái sử dụng qua các sản phẩm vô tuyến, giảm đáng kể chi phí phát triển

+ Việc lập trình lại “Over-the-air” (OTA) cho phép sửa lỗi ngay trong khi một hệ thống vô tuyến đang trong phiên làm việc, do đó giảm thời gian và những chi phí liên quan đến vận hành và bảo dưỡng

- Với những nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến, SDR cho phép:

+ Các khả năng và đặc tính mới được bổ sung vào cơ sở hạ tầng hiện có mà không cần đòi hỏi tiêu tốn lượng vốn lớn mới, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ kiểm tra thử gần giống trong tương lai các mạng của họ

Trang 19

+ Việc sử dụng một nền tảng vô tuyến chung cho nhiều thị trường sẽ giảm một cách đáng kể các chi phí hoạt động và trợ giúp

+ Tải phần mềm từ xa, thông qua đó tăng dung lượng hệ thống, kích hoạt các bản nâng cấp khả năng hệ thống và chèn thêm vào các đặc tính tạo ra lợi nhuận mới

- Với những người sử dụng cuối- từ những người kinh doanh có nhu cầu đi lại nhiều tới những người lính trên chiến trường, kĩ thuật SDR hướng tới mục tiêu:

+ Giảm chi phí trong việc cung cấp cho người sử dụng cuối khả năng truy cập tới mạng thông tin không dây rộng khắp, cho phép họ có thể liên lạc với bất cứ ai họ cần, bất kì lúc nào họ muốn và trong bất cứ phương thức nào thích hợp

1.4.2 Những hạn chế hiện nay khi triển khai giải pháp SDR

Thứ nhất, rất khó để triển khai chỉ một anten và một bộ khuếch đại tạp âm thấp

để phục vụ một băng thông trải từ hàng trăm MHz đến vài GHz, ví dụ như để phủ sóng các băng của mọi mạng không dây 4G như hình sau [6]:

Hình 1.2 Phổ di động sử dụng ở châu Âu ( theo nguồn Jondral, 1999)

Trang 20

Với các công nghệ hiện nay thì giải pháp duy nhất là sử dụng rất nhiều phần analog để làm việc trong các băng tần khác nhau Điều này rõ ràng sẽ làm tăng độ phức tạp trong thiết kế cũng như tăng kích thước của thiết bị đầu cuối

Thứ hai là hiệu năng của bộ ADC (Analog-to-Digital Conversion) vẫn chưa

đủ để biểu diễn trong quá trình số hóa của tất cả các chuẩn wireless hiện có ở tần số

vô tuyến Cụ thể, độ rộng băng tần đầu vào analog, tốc độ lấy mẫu, dải động và do

đó cả độ phân giải sẽ cần một lượng đáng kể những cải tiến công nghệ nếu như thiết

bị đầu cuối băng rộng và tốc độ lấy mẫu ở RF đều đạt lí tưởng

Thứ ba là để cho phép việc thực hiện trong thời gian thực các chức năng giao diện radio thực hiện bằng phần mềm như chuyển đổi tần số, lọc số và trải phổ thì cần phải sử dụng các bộ DSP song song Điều này đồng thời cũng tạo ra những vấn

đề như độ phức tạp của mạch cao, tiêu thụ công suất lớn và sự lãng phí

Trang 21

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC VÀ TÍNH NĂNG

MẠNG SDR

Nếu như chương 1 đã trình bày những vấn đề tổng quan ban đầu về hệ thống SDR, chương 2 tiếp tục sẽ đi sâu phân tích chi tiết về kiến trúc và tính năng của một

hệ thống SDR, cả khía cạnh các thiết bị đầu cuối cũng như khía cạnh hệ thống

2.1 Những yêu cầu cho quá trình tái cấu hình

2.1.1 Về mặt hệ thống

a) Các kỹ thuật chia sẻ phổ nâng cao

Sự phân phối phổ hiện tại không khai thác được hết sự linh động của những khái niệm vô tuyến có khả năng tái cấu hình Bởi vì chúng được dành cho các hệ thống radio với các tiêu chuẩn tần số đã được xác định cứng trước mà không thể chia sẻ nguồn phổ một cách dễ dàng Quan trọng là sự tác động của việc chia sẻ tài nguyên lên hiệu suất hệ thống và những lợi ích hiệu suất tiềm năng của các kĩ thuật khác nhau cho việc chia sẻ phổ Các ngữ cảnh bao gồm: nhiều vùng phổ tần số với một người điều hành mạng sử dụng nhiều công nghệ mạng, hoặc là với nhiều người điều hành mạng chia sẻ cùng một vùng tần số

b) Việc xác định mode thay thế

Để chọn hoặc chọn lại mode trong các thiết bị đầu cuối radio có khả năng tái cấu hình, đầu tiên cần phải xác định các mode nào là sẵn sàng với thiết bị đầu cuối

đó Các kĩ thuật xác định và giám sát có thể được phân loại thành “bị che” hoặc

“được trợ giúp” Phương pháp “bị che” đặt một khối lượng công việc lớn lên các thiết bị cuối, để chúng tự thực hiện một cách hoàn toàn mà không cần sự hỗ trợ bên ngoài hay các kiến thức nâng cao và độ phức tạp liên quan Trong khi đó thì phương pháp “được trợ giúp” lại đơn giản hơn vì thiết bị đầu cuối được hoạt động với thông tin nào đó về môi trường

Trang 22

Các kết luận rút ra từ dự án 3GPP/ETSI (Third Generation Partnership

Project/ European Telecommunications Standards Institutes) làm việc trên các kênh

dẫn đường chỉ ra rằng sự giống nhau của một kênh hay một tập hợp kênh quốc tế đang được cung cấp là rất thấp Điều này không phải do bất kì giới hạn kĩ thuật nào

c) Việc chuyển mode

Việc chuyển mode bao gồm các tiêu chuẩn cần thiết để chuyển từ một mode này sang mode khác Vì yêu cầu của người sử dụng phải được cân nhắc kĩ lưỡng nên việc lựa chọn mode phải tính đến các dữ liệu đã có trước đó, hoạt động của người sử dụng, các mode sẵn sàng và các dịch vụ mang theo, cũng như các mức tín hiệu được đo lường trong quá trình giám sát

Các tham số dịch vụ mang trong hồ sơ dịch vụ người sử dụng nên dựa trên những khái niệm sẽ được kiểm chứng trong tương lai (ví dụ như các lớp UMTS QoS) Điều này sẽ cho phép vận chuyển các dạng khác nhau của dữ liệu với các yêu

cầu QoS (Quality of Service) khác nhau đảm bảo sự làm việc tương tác thích hợp

giữa tất cả các công nghệ mạng đang tồn tại

VHE (Virtual Home Environment) là một khái niệm quan trọng cho việc

chuyển mode vì mục đích cuối cùng của radio tái cấu hình là cung cấp dịch vụ trong suốt cho người dùng cuối không phụ thuộc vào hệ thống mạng mà thiết bị đầu cuối kết nối vào Những người sử dụng thậm chí không cần biết thiết bị cuối đã được tái cấu hình để hoạt động trong giao diện vô tuyến mới và đang sử dụng các dịch vụ từ một mạng mới Để đạt được mục đích này, các thiết bị đầu cuối cần phải cố gắng

Trang 23

thể hiện giống nhau (same “look and feel”) đối với những người dùng, không quan

tâm đến khi nào, ở đâu và mạng nào cũng như dịch vụ nào đang được sử dụng tương ứng với những tiềm năng của thiết bị đầu cuối

Ở đó nên có cơ chế kiểm tra/ báo cáo khả năng và sự thể hiện của các module đã được tái cấu hình liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ được yêu cầu

Sự trao đổi đàm phán giữa khả năng và nội dung được yêu cầu trong MexE (Mobile

Execution Environment) có thể được mở rộng ra phục vụ cho quá trình đàm phán

giữa tính tương thích và khả năng giữa module phần mềm đã được download và thành phần phần cứng tương ứng của nó

Cần phải nghiên cứu môi trường đặc biệt dành cho trao đổi đàm phán mặc dù

xu hướng hiện nay là ủy thác những quá trình nặng như vậy cho các thành phần thông minh đã được đặt tại phần hệ thống cố định Do đó, những tiền yêu cầu để cung cấp khả năng chuyển đổi liền mạch dựa vào tính thông minh của thiết bị đầu cuối giữa thiết bị và mạng; các thành phần proxy (ví dụ như PRM) trở thành những

bổ sung kiến trúc đích Hơn thế nữa, chúng có thể được tăng lên với các hệ thống tổ chức để cho phép thực hiện các hoạt động không kết nối và không đồng bộ đã được

ủy quyền

d) Tài nguyên vô tuyến cho việc download

Những mặt kênh download vô tuyến coi như việc tải phần mềm xuống thông qua giao diện vô tuyến đòi hỏi những cơ chế mà có thể hỗ trợ một cách hiệu quả chức năng này theo nghĩa tổng quát Điều này sẽ cho phép sử dụng các cơ chế như

nhau trên các công nghệ Mạng truy nhập vô tuyến (RAN-Radio Access Network)

khác nhau, ví dụ như GSM hoặc HIPERLAN/2 Người ta đã xem xét hai khía cạnh của việc download là những hệ quả của việc download đối với lưu lượng người dùng bình thường và những cơ chế để đảm bảo hiệu quả download Các thuật toán

Quản lý tài nguyên vô tuyến thích ứng (RRM-Adaptive Radio Resource

Management), các kĩ thuật nén và các giao thức tối ưu hóa không dây cần được phát

triển để giảm thiểu những hệ quả năng lực mạng của việc tái cấu hình thiết bị đầu

Trang 24

cuối Ảnh hưởng của những việc download phần mềm lên những người dùng khác cũng cần được nghiên cứu để xác định những cơ chế thích hợp nhất

Do đó, khả năng ứng dụng của những bộ phận Quản lý tài nguyên vô tuyến liên kết ( JRRM-Joint Radio Resource Management) tạo nên sự tăng về dung lượng

hệ thống và chất lượng dịch vụ cung cấp cho người dùng Các kiến trúc kết hợp trong lĩnh vực này là phần bổ trợ cho việc chia sẻ phổ, nhằm tăng việc sử dụng các nguồn tài nguyên radio như đã trình bày trước đây Thêm vào đó, một phương pháp

để tăng việc giảm độ rộng băng thông được yêu cầu là ưu tiên và lập kế hoạch download một cách hiệu quả cùng với rất nhiều tham số Giải pháp này tận dụng một phương pháp mở rộng những quan điểm RRM cho việc giảm băng thông, nơi

mà các quá trình tương tác giữa bộ phận quản lí cấu hình và các thành phần JRRM cần phải tính toán đến phần mềm nào sẵn sàng trong thiết bị đầu cuối, nhằm mục đích tối thiểu hóa việc nâng cấp với những mở rộng nhỏ

lý cấu hình tăng đáng kể khi thiết bị đầu cuối có khả năng tái cấu hình tốt hơn với

sự kết hợp gần như không giới hạn của phần mềm và ứng dụng hệ thống

Việc sử dụng một môi trường xử lí được phân bố chung tạo điều kiện cho sự độc lập về nền platform trong thiết bị đầu cuối tái cấu hình Tuy nhiên, trong khi những vấn đề nào đó được đơn giản đi thì những vấn đề khác lại tăng lên, ví dụ như việc sử dụng phần mềm trung gian trong một môi trường bị giới hạn về hiệu suất,

bộ nhớ và băng thông Cần thực hiện nhiều việc hơn trên phần mềm trung gian đã được tối ưu hóa cho các môi trường wireless, thời gian thực và hệ thống nhúng

Trang 25

2.1.2 Quá trình tái cấu hình

Những yêu cầu được đặt lên quá trình tái cấu hình kết hợp trong một tập tổng quát các chức năng tuần tự Các giả thuyết được xác định cung cấp một tầm nhìn mức cao của các sơ đồ riêng mà cần được cân nhắc để hỗ trợ việc tái cấu hình của các thiết bị đầu cuối trong mọi tình huống thực tế Và dưới đây là một khung ngữ cảnh tái cấu hình [4]:

Hình 2.1 Khung ngữ cảnh tái cấu hình

Trang 26

2.2 Các chức năng logic hỗ trợ cho thiết bị đầu cuối có khả năng tái cấu hình 2.2.1 Các chức năng thiết bị đầu cuối

Trang 27

xác, ví dụ như có thể đồng bộ và khôi phục mà không gây ra các bức xạ giả không cho phép trong phổ cao tần Việc dò các mode thay thế rất phức tạp vì kết quả của các giới hạn đặt ra do mode hiện tại và các khả năng của thiết bị đầu cuối, theo nghĩa là lượng thời gian rỗi sẵn sàng Hơn thế nữa, nếu thiết bị đầu cuối đang trong phiên làm việc thì dịch vụ nhất thiết không được gây ảnh hưởng trong suốt quá trình

dò tìm kia, do đó tổng thời gian sẵn sàng thậm chí còn bị giới hạn hơn nữa

Sau khi kết thúc quá trình dò và các mode được xác định, việc giám sát các mode là cực kì quan trọng để đảm bảo rằng một mức dịch vụ và chất lượng liên kết vừa đủ đang được cung cấp trước khi mode đó có thể được coi như là một đích roaming tiềm năng Ở đây, giới hạn thời gian nghiêm ngặt được đặt ra do mode hiện tại và bất cứ dịch vụ đang hoạt động nào Nếu như thiết bị đầu cuối có trợ giúp bởi một thành phần ngoại vi nào đó (ví dụ như bộ proxy, các thiết bị đầu cuối khác, đối tượng thứ 3 ) thì sau đó các yêu cầu đặt lên thiết bị đầu cuối do những hành động

dò tìm và giám sát có thể được giảm bớt xuống một mức xác định mặc dù không phụ thuộc hoàn toàn vào những trợ giúp từ bên ngoài

MIMM cần phải xác định sự trợ giúp từ bên ngoài nào là sẵn sàng (nếu có),

và các giới hạn của mode hiện thời từ thông tin được cung cấp bởi module quản lý việc tái cấu hình Thêm nữa, từ các thông tin được cho bởi module quản lý hệ thống tài nguyên, MIMM cũng cần phải xác định xem liệu thiết bị đầu cuối có nguồn tài nguyên đầy đủ hay không (công suất pin, công suất quá trình xử lý, bộ nhớ, ) để có thể tiến hành việc dò tìm và giám sát mode được yêu cầu mà không gây ảnh hưởng tới mức dịch vụ trong mode hiện thời

b) Module thỏa thuận và chuyển mode (MNSM-Mode Negotiation and

Switching Module)

Module này hướng dẫn quá trình thỏa thuận mode Nó kiểm tra lại sự sẵn sàng về dịch vụ trong mạng RAN đích, thỏa thuận các dịch vụ mang và chắc chắn thiết bị đầu cuối có thể cung cấp mức hiệu suất mong muốn trong mode đích, liên quan đến tải của hệ thống và chất lượng liên kết Toàn bộ quá trình dựa theo nền

Trang 28

kiến thức đã có về các mode có sẵn Do đó, một quá trình lọc sẽ tạo ra một dãy thứ hạng được suy ra từ hồ sơ người dùng, trạng thái thiết bị đầu cuối và sự kiện kích hoạt Tiếp đó sẽ quyết định có chuyển mode đích hay không Khi đưa ra quyết định, quan trọng là phải xác định các yêu cầu của người dùng được lưu trong hồ sơ cơ sở

dữ liệu, chất lượng bậc liên kết được cung cấp bởi module xác định và giám sát mode, độ phức tạp của việc tái cấu hình bởi module quản lý cấu hình, thời gian dự kiến để tải phần mềm thu được từ module tải phần mềm và ảnh hưởng của nó trong các dịch vụ đang hoạt động nếu có; độ sẵn sàng về mặt tài nguyên và tương tác với người sử dụng khi hồ sơ người dùng không được thiết lập chi tiết

Các kết quả của những thỏa thuận được lưu trong các bảng tra, được sử dụng cho các truy cập tương tai cho cùng mode và cùng mạng Chúng sẽ tiết kiệm thời gian và tài nguyên

c) Module quản lý cấu hình (CMM- Configuration Management Module)

Module này điều khiển những cấu hình hiện tại và dự kiến của thiết bị đầu cuối Mục đích là cho phép cấu hình kết hợp các phần khác nhau trong lõi phần mềm và phần cứng của thiết bị đầu cuối mà không cần giới hạn độ linh động trong triển khai, do vậy người ta đã đề ra kiến trúc quản lý cấu hình với các miền nhiệm

vụ khác nhau Hai dạng thực thể được giới thiệu để cho phép tương tác giữa các miền nhiệm vụ, gọi là những bộ quản lý miền và các tác nhân thiết bị đầu cuối

Bộ quản lý miền chịu trách nhiệm điều khiển tương tác giữa các tác nhân thiết bị đầu cuối trong các miền khác nhau và cung cấp thông tin cấu hình khái quát được yêu cầu bởi tất cả các tác nhân thiết bị đầu cuối Các tác nhân thiết bị đầu cuối chịu trách nhiệm thực hiện các phương thức quản lý việc tái cấu hình cụ thể, bao gồm sự khôi phục thông tin chi tiết liên quan đến cấu hình thiết bị đầu cuối hiện tại

và tương lai, và điều khiển việc tái cấu hình của các phần riêng biệt của phần mềm

và phần cứng của thiết bị đầu cuối

Các tác nhân thiết bị đầu cuối tương tác với module quản lý hệ thống tài nguyên nhằm thu thông tin liên quan đến tài nguyên sẵn có trước khi tiến hành việc

Trang 29

tái cấu hình Từng tác nhân thiết bị đầu cuối cũng chịu trách nhiệm cho việc đưa ra yêu cầu (thông qua những bộ quản lý miền) những cấu hình khác được kích hoạt, tắt hoạt động và thông tin tới các tác nhân thiết bị đầu cuối khác (thông qua những bộ quản lý miền) về bất cứ sự thay đổi nào trong trạng thái cấu hình được điều khiển bởi thiết bị đầu cuối Thêm vào đó, các tác nhân thiết bị đầu cuối hình thành các chức năng quản lý việc tái cấu hình cần thiết theo một cách thích hợp Ví dụ, một tác nhân thiết bị đầu cuối có thể chịu trách nhiệm cho vùng băng tần cơ sở và có thể tạo ra các chuỗi bộ thu phát tích cự, thụ động và điều khiển việc chuyển đổi giữa hai chuỗi; trong khi đó thì tác nhân thiết bị đầu cuối khác lại có thể chịu trách nhiệm cho vùng phần cứng RF (cả hai ví dụ này thuộc miền nhiệm vụ của nhà sản xuất)

Hơn thế nữa, tác nhân thiết bị đầu cuối chịu trách nhiệm cho thành phần ngăn xếp giao thức có thể thuộc miền nhiệm vụ của người điều hành mạng và điều khiển các phần khác nhau của phần mềm giao thức liên lạc; trong khi đó, những tác nhân khác chịu trách nhiệm về các giao thức lớp vận chuyển và lớp cao hơn có thể thuộc miền nhiệm vụ của nhà cung cấp dịch vụ

CMM cũng cung cấp thông tin liên quan đến các mode hiện tại và dự kiến cho module chuyển mode và các module thiết bị đầu cuối khác Nhờ đó, nó cung cấp sơ đồ liên kết giữa các mode (là sự tượng trưng cho sự kết hợp giữa giao diện

vô tuyến của RAT (Radio Access Technology) và giao thức thông tin liên lạc lớp

cao hơn) và các cấu hình hỗ trợ cho các mode đó Điều này bao gồm công suất tiêu thụ ước tính cho một mode cụ thể, nó có thể trở thành một tiêu chí quan trọng khi đưa ra quyết định trong quá trình chuyển mode

d) Module tải phần mềm (SDM- Software Download Module)

SDM bao hàm cả module quản lý băng thông (BMM-Bandwidth

Management Module) BMM là module dựa vào một giá trị thay đổi, nó tính toán ra

chiến lược download tối ưu và gửi tới SDM Sau đó SDM chú ý quan tâm tới hoặc

là việc tải phần mềm từ một thực thể xác định trong mạng, tạo ra hầu hết những cơ chế download phân tán, hoặc là gọi nó ra từ các bảng tra cứu mà có thể chứa các

Trang 30

module được yêu cầu từ những lần tái cấu hình trước đó Nó cũng có trách nhiệm xác định đối tượng nào có thể khởi đầu, cho phép hoặc không cho phép việc tải phần mềm

e) Bộ phận quản lý chất lƣợng dịch vụ

Bộ quản lý QoS quan tâm đến các vấn đề sau; thứ nhất là việc ánh xạ các tham số QoS từ yêu cầu của người dùng/ứng dụng cho tới bậc của các thành phần công nghệ bên dưới mà được hình thành bởi hệ điều hành và các thành phần giao tiếp; và thứ hai là lấy các tài nguyên từ các thành phần đã kể trên Thêm nữa, nó giám sát trạng thái dịch vụ (nếu có) liên quan đến mức độ đáp ứng yêu cầu người dùng/ứng dụng, và điều chỉnh động các yêu cầu theo mọi thay đổi có thể xảy ra trong tài nguyên của từng thành phần

Việc ánh xạ các tham số, tùy thuộc vào sự sẵn sàng của bộ lọc ánh xạ, được

ưu tiên bằng việc yêu cầu các tham số từ vài nguồn Vì từng thành phần có thể kết hợp các cơ chế điều khiển QoS của chính nó; cho nên bộ TRUST QoS Manager chỉ cần định địa chỉ các vấn đề liên quan tới RAT hiện có và cả RAT đích cần đạt được

Do đó, các nguồn để kiểm tra sẽ giới hạn theo những khả năng của RAT đích, so với RAT hiện có, và những khả năng của thiết bị đầu cuối theo nghĩa năng lực của các module có khả năng tái cấu hình của nó trong mode mới

Sau đó, các tham số đã được ánh xạ được đem so sánh với các tham số đích (được yêu cầu bởi ứng dụng và được thiết lập bởi người dùng; hoặc là trên hồ sơ người dùng hoặc là theo yêu cầu) Việc so sánh có thể được thực hiện ở bất kỳ bậc nào của định nghĩa tham số, không quan trọng là tham số nào được ánh xạ

Bộ QoS Manager sử dụng thông tin đầu ra để thu được tài nguyên từ các thành phần cụ thể Với mục đích đó, nó thỏa thuận, dự trữ và điều chỉnh tài nguyên

có sẵn và do đó triển khai bậc dịch vụ được yêu cầu nhằm thỏa mãn yêu cầu người dùng/ứng dụng càng nhiều càng tốt Những thủ tục như thế được kết hợp trong module thỏa thuận và chuyển mode; do đó bộ QoS Manager dựa vào module này cho những mục đích đó trong các quá trình chuyển giao dọc

Trang 31

2.2.2 Các chức năng mạng

Bộ phận hỗ trợ cung cấp mạng, PRM (Proxy Reconfiguration Manager),

phục vụ như một thực thể đại diện cho các thương thuyết với các mạng khác, cụ thể

là bộ phận quản lý việc tái cấu hình dịch vụ (SRM-Serving Reconfiguration

Manager) trong mạng truy nhập và bộ phận quản lý tái cấu hình lõi (HRM-Home Reconfiguration Manager) trong mạng lõi

a) Các chức năng chính của PRM

Nhằm mục đích tiết kiệm băng thông trên liên kết wireless, sự phân bố của kiến trúc chức năng là một vấn đề quan trọng Tùy theo sở thích của người dùng, các nhiệm vụ con không cần thực hiện trên thiết bị đầu cuối có thể giao cho PRM Lợi ích từ phương pháp này là các thiết bị đầu cuối được giải phóng khỏi những tính toán phức tạp Do đó có thể đạt được hiệu quả kinh tế hơn khi sử dụng các tài nguyên thiết bị đầu cuối, từ đó chuyển mode nhanh hơn và ít bị ngắt hơn Để làm được điều này, một số thông tin liên quan đến sở thích người sử dụng và các kết quả đàm phán cũng phải được sẵn sàng trên PRM

Có nhiều mức phân bố chức năng khác nhau, kéo dài từ việc thực hiện toàn

bộ quá trình trong thiết bị đầu cuối đến việc ủy thác lại các quá trình cho proxy Phương pháp này chứng minh hiệu quả trong trường hợp các ngữ cảnh giới hạn thời gian và tài nguyên thiết bị đầu cuối Sau đây là tóm tắt một vài chức năng của bộ PRM

Trang 32

Hình 2.3 Kiến trúc mạng tập trung (network-centric architecture)

Bộ phận trung gian trao đổi thông tin cho thiết bị đầu cuối

Một số thông tin cần cho quyết định chuyển mode có thể không sẵn có trên thiết

bị đầu cuối Cần phải có rất nhiều tương tác với các phần tử liên quan đến mạng hoặc thậm chí được đặt trong mạng Với mục đích giải phóng thiết bị đầu cuối khỏi quá nhiều tương tác thường xuyên như vậy với các phần tử mạng, thông tin từ mạng

có thể thu nhận thông qua bộ PRM đặt trong RAN Do đó, PRM đóng vai trò như một bộ trung gian trao đổi thông tin cho thiết bị đầu cuối

Lưu giữ các thông số đo lường của các thiết bị đầu cuối đang hoạt động

trong một mode cụ thể

Chức năng này cần có trong suốt pha giám sát mode Một số thông số đo lường thiết bị đầu cuối phải được truyền từ các thiết bị đâu cuối đến các điểm báo cáo (PRM), và thông tin về các mode đang hoạt đông phải được cung cấp Thông tin này được truyền từ trung tâm đến thiết bị đầu cuối thông qua bộ PRM Bộ PRM có những thông tin cần thiết về khả năng của thiết bị đầu cuối; và có thể lọc dữ liệu về các mode đang tồn tại xung quanh thiết bị đầu cuối để chỉ cung cấp các thông tin

Trang 33

liên quan Không cần thiết phải báo cho thiết bị đầu cuối về một mode đang hoạt động nếu như thiết bị đầu cuối không thể tái cấu hình để hoạt động trong mode này được Bộ PRM hỗ trợ thiết bị đầu cuối trong cả hai quá trình: tạo bản báo cáo các thông số đo lường và giám sát các mode Bộ PRM sẽ lưu giữ những thông số đo lường này cho các lần tái cấu hình sau

Lưu những thỏa thuận của các thiết bị đầu cuối yêu cầu những dịch vụ

mạng như nhau

Chức năng này cần có trong quá trình thỏa thuận mode Thông tin về các dịch vụ mang của mạng hiện đang được cung cấp và các tham số tùy biến của chúng được chứa trong hồ sơ dịch vụ mạng có thể cũng được khôi phục thông qua bộ PRM- nơi

mà nó được lưu giữ cho các thỏa thuận với thiết bị đầu cuối

Phát hiện dịch vụ độc lập và thỏa thuận mode

Chức năng này cần có trong pha thỏa thuận mode Bộ PRM sẽ đóng vai trò như một bộ phát hiện dịch vụ độc lập, cung cấp một bảng tra dịch vụ theo ID của một tập các nhà cung cấp dịch vụ Hơn thế nữa, nó có thể cung cấp mối liên hệ với tập hợp các trung gian; mà cuối cùng có thể hướng khách hàng tới dịch vụ được yêu cầu với một thỏa thuận đã được thực hiện giữa các bên cung ứng dịch vụ Một tương tác với bộ SRM có thể cần có ở đây

Lưu các thông tin về khả năng và điểm mốc phân lớp (Classmark) của thiết

bị đầu cuối

Một số tham số về khả năng của thiết bị đầu cuối trong quá trình tái cấu hình của thiết bị đầu cuối, và trong việc đánh giá việc chuyển sang một mode mới Các tham số này có hai giá trị: giá trị tĩnh và giá trị động Tính chất tĩnh của thiết bị đầu cuối như là những đặc tính của linh kiện, các khả năng thô mà phần cứng cung cấp (bộ thu phát RF phía trước, các tham số băng tần cơ sở, việc xử lý công suất ) Tính động liên quan đến sự sẵn sàng tức thời của tài nguyên trong thiết bị đầu cuối Điều này phụ thuộc vào trạng thái của thiết bị đầu cuối trong mode hiện tại cũng như trong các ứng dụng đang

Trang 34

chạy Thông tin này sau đó nên được thu thập lại và thể hiện dưới một định dạng phù hợp với các nhân tố khác nhau; thông tin về năng lực thiết bị đầu cuối cùng với điểm mốc phân lớp thường xuyên được ghi lại trong bộ PRM

Hỗ trợ việc quản lý download

Với quá trình tải phần mềm về, cần phải có liên kết làm việc giữa bộ PRM và các nhân tố kiến trúc khác Đó là do các yêu cầu người dùng/ ứng dụng/ thiết bị đầu cuối cho quá trình tải phần mềm; mặt khác là do tài nguyên mạng và radio sẵn có Tài nguyên đó được triển khai kết hợp với bộ phận quản lý tài nguyên vô tuyến thuộc về từng RAN; được tối đa hóa với các kiến trúc hệ thống đã được ghép đôi và các cơ chế quản lý tài nguyên radio kết hợp (ví dụ như thiết bị đầu cuối có thể thông báo cho PRM về một số giới hạn về thời gian để hoàn thành download) Liên quan đến các yêu cầu QoS của những người dùng khác và mục đích tối thiểu hóa ảnh hưởng lên hệ thống, bộ PRM khởi tạo việc dự phòng tài nguyên cho mạng truy nhập radio và mạng lõi và lập kế hoạch cho việc download, sử dụng các phương pháp unicast hoặc multicast

b) Vai trò và vị trí của bộ SRM và HRM

Hai bộ phận thêm vào để hỗ trợ cho PRM trong quá trình tái cấu hình gọi là SRM và HRM Ý tưởng chính là để có một kiến trúc phân phối có cấp bậc nhằm tối thiểu hóa tải cho mạng và tăng tốc độ tải phần mềm

Bộ HRM được đặt ở mạng lõi của thiết bị đầu cuối và được thông báo bởi các nhà cung cấp các bản nâng cấp phần mềm mới Trong trường hợp này HRM thông báo sự sẵn sàng của phần mềm mới cho SRM trong các RAN và chuyển tiếp phần mềm cho chúng trong trường hợp nâng cấp hàng loạt Khi có yêu cầu tải phần mềm, nó cũng chịu trách nhiệm cấp phép cho thiết bị đầu cuối trong trường hợp yêu

Trang 35

cầu tải phần mềm có bản quyền Một điểm khác xem xét việc tính toán lượng phần mềm tải về Với điều này, HRM sử dụng một kho chứa việc tính cước mà sẽ được cập nhật nếu phần mềm thích hợp được tải về

SRM được định hướng tùy theo số lượng người dùng mà mạng truy nhập có thể đáp ứng và những điều được chờ đợi ở các dịch vụ cho mạng truy nhập Các bộ SRM được đặt trong các mạng RAN, giữa PRM và HRM Như đã nói ở trên, chúng nhận thông báo từ HRM về phần mềm mới và phân phối nó tới các PRM liên quan

Vì khả năng kế thừa của các công nghệ truy nhập radio trong một mạng di động dựa trên nền IP, kích thước của các RAN riêng lẻ có thể thay đổi Nếu phân mềm phải được vận chuyển tới một số lượng lớn các bộ PRM thì các bộ quản lý việc tái cấu hình dịch vụ có ưu điểm là tối thiểu hóa tải Thêm nữa, không phải tất cả mọi phần mềm đều cần trong mọi mạng truy nhập Do đó, các bộ PRM đang cố gắng giảm độ trễ và bộ nhớ cần thiết và đang lưu chỉ một lượng nhỏ các file Tuy nhiên, các bộ SRM phải truy nhập vào các bản dự phòng phần mềm lớn và lưu trữ nhiều tập tin hơn

Thêm vào đó, bộ SRM có liên quan đến điều khiển độ di động, việc định vị tài nguyên và vấn đề bảo mật của các thiết bị đầu cuối di động Điều này bao gồm các thủ tục được yêu cầu cho chuyển giao dọc, cập nhật vị trí và làm việc liên kết giữa các công nghệ truy nhập radio; nhằm mục tiêu cung cấp chất lượng dịch vụ như mong muốn

2.3 Những vấn đề quan tâm về thiết kế và phát triển cho khả năng tái cấu hình 2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tái cấu hình thiết bị đầu cuối

Cần xem xét rất nhiều nhân tố trước khi nói đến quá trình tái cấu hình Trạng thái của thiết bị đầu cuối ảnh hưởng tới một số yêu cầu của quá trình tái cấu hình

Ví dụ, giới hạn thời gian phụ thuộc nhiều vào trạng thái của thiết bị đầu cuối Ở đây giới hạn thời gian ý chỉ quãng thời gian kể từ thời điểm nhu cầu tái cấu hình được tiếp nhận cho tới khi thiết bị đầu cuối kết thúc quá trình tái cấu hình

Trang 36

Một thiết bị đầu cuối trong trạng thái rỗi thì không có giới hạn thời gian chặt cho việc giám sát các công nghệ RAT thay thế hay việc thực hiện tải phần mềm Vì thế, quá trình thỏa thuận mode và đưa ra quyết định tương đối là nhẹ nhàng hơn so với một thiết bị đang trong phiên làm việc Tuy nhiên, sự cần thiết phải tái cấu hình

là khá hạn chế vì không có kết nối hoạt động nào, không có các dịch vụ hay các yêu cầu QoS nào được duy trì Trở lại mạng lõi hay ra khỏi vùng phủ sóng của mạng hiện thời là lý do để thực hiện việc tái cấu hình thiết bị đầu cuối Thời gian rỗi lớn với trạng thái này có thể dùng cho việc download; hoặc cho việc lấy thông tin về các mạng đang hoạt động và các dịch vụ khác mà nó cung cấp Nếu thiết bị đầu cuối

có khả năng thì sau đó phần mềm được yêu cầu để tái cấu hình thiết bị đầu cuối cho những mạng liền kề có thể được tải về, trong khi thiết bị đầu cuối ở mode rỗi

Một thiết bị đầu cuối trong trạng thái đã được kết nối sẽ có nhiều nhân tố kích thích việc tái cấu hình hơn so với trong trường hợp mode rỗi Tuy nhiên, nó cũng có nhiều ràng buộc hơn Việc tái cấu hình thiết bị đầu cuối có thể là một nguyên nhân gây ra độ trễ trong khi chuyển giao Một quá trình chuyển giao được chấp nhận cần phải trong suốt đối với người sử dụng bất cứ khi nào có thể Ý nghĩa của cụm từ “trong suốt” cũng có thể thay đổi tùy thuộc vào dạng của lớp dịch vụ Đối với các dịch vụ thoại chỉ được phép trễ vài mili-giây, trong khi đó thì với các dòng dữ liệu truyền đi, trễ có thể phụ thuộc vào lượng dữ liệu lưu trong bộ đệm trước khi hiển thị nội dung Vì thiết bị đầu cuối có một kết nối đang hoạt động nên

có không nhiều thời gian còn lại dành cho việc giám sát các mạng hoạt động khác,

do vậy cần lấy càng nhiều thông tin từ bên ngoài thiết bị đầu cuối càng tốt để giảm nhẹ bớt vấn đề này Bộ PRM có thể được sử dụng để cung cấp điều này; ví dụ như các mạng hoạt động, các dịch vụ được đưa ra và các đảm bảo về chất lượng dịch vụ

Nếu việc chuyển giao được tạo ra bởi thiết lập một phiên làm việc mới, gọi đến hoặc gọi đi, yêu cầu một dịch vụ không được hỗ trợ bởi mạng hiện thời (hoặc chỉ được hỗ trợ với QoS thấp), thì việc tái cấu hình cần cho phép một độ trễ phù hợp đối với người sử dụng Do đó, nếu không có phiên khác đang thực hiện thì thiết

Trang 37

bị đầu cuối có thể được xem như là đang ở trong mode rỗi, tạo điều kiện cho việc giám sát và thỏa thuận

Càng đặt nhiều giới hạn thời gian vào ngữ cảnh hiện tại, càng cần phải có sự

hỗ trợ từ phía mạng Nếu bộ PRM nắm được những yêu cầu tại một hoặc nhiều phiên làm việc đang hoạt động trong thiết bị đầu cuối; và nắm được những yêu cầu của người sử dụng, khả năng của thiết bị đầu cuối, thì PRM có thể cung cấp một lựa chọn tốt nhất trong số các RAT mà thỏa mãn những yêu cầu đó Điều này sẽ một phần nào tránh được các thỏa thuận không cần thiết với các mode không đáp ứng những nhu cầu thiết bị đầu cuối hiện thời hoặc không hỗ trợ QoS do ứng dụng yêu cầu Việc có một chỉ tiêu nào đó có thể là một nhân tố quyết định trong việc tái cấu hình thiết bị đầu cuối Thông tin này có thể được lấy từ kết quả của những lần tái cấu hình gần đó của thiết bị đầu cuối hiện thời hay các thiết bị đầu cuối khác

Một nhân tố khác là việc tái cấu hình thiết bị đầu cuối có yêu cầu download một số module không Mỗi quá trình download gây thêm một độ trễ trong toàn bộ quá trình tái cấu hình Nếu PRM biết được các cell lân cận, nó có thể đặt phần mềm được yêu cầu cho việc tái cấu hình vào đó Sau đó, thiết bị đầu cuối có thể tải những module này tại thời điểm mà không có kết nối nào hoạt động; hay có thể thực hiện download trong background với độ ưu tiên tương đối thấp mà không ảnh hưởng tới các phiên đang hoạt động Điều này có thể phụ thuộc vào năng lực của thiết bị đầu cuối và việc liệu người dùng có phải trả tiền cho download đó hay không Một thiết

bị đầu cuối với năng lực lớn, ví dụ như một laptop, có thể sử dụng thời gian dư thừa của nó để tải tất cả các phần mềm có thể được yêu cầu cho những việc tái cấu hình

Tuy nhiên, nếu như dữ liệu download là cực kì quan trọng cho việc tái cấu hình thì nó sẽ có mức ưu tiên cao và các kết nối đang hoạt động có thể có mức ưu tiên bị giảm đi hoặc thậm chí là bị dừng/ hoãn để cho phép việc download đó được hoàn tất đúng thời gian Ngữ cảnh này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc có các module được lưu trữ ở đâu đó gần với thiết bị đầu cuối: bộ PRM là một đối tượng

Trang 38

thích hợp nhất cho việc lưu loại phần mềm này Cũng như vậy, bộ SRM có thể thu thập những yêu cầu có tấn số xuất hiện thấp

2.3.2 Kiến trúc proxy tập trung so với kiến trúc proxy phân tán

Những hệ thống proxy đang kết hợp với nhau là một phương pháp hiệu quả

để nâng cao kinh nghiệm người dùng trong các mạng hiện nay Những cải thiện như vậy được đáp ứng bởi việc lưu trữ các dạng thông tin khác nhau trong các vị trí chiến lược, cùng với việc cung cấp các server với khả năng thông minh đã được mở rộng, do đó những nhiệm vụ cụ thể được thực hiện một cách cục bộ

Những hệ thống phân tán được dựa trên một tập hợp các automat, mà sự phân phối của nó là trong suốt đối với người dùng; do vậy hệ thống hiện diện như là một bộ máy cục bộ Điều này trái ngược với mạng mà ở đó người dùng biết được có một vài bộ máy và vị trí, sự sao chép bộ nhớ, cân bằng tải và chức năng của chúng

là không trong suốt Các hệ thống phân tán thường xuyên sử dụng một dạng nào đó của tổ chức client-server

Nghiên cứu trước đó về việc lưu trữ các đối tượng tập trung chủ yếu vào các

hệ thống DSM (Distributed Shared Memory) DSM được thực hiện cả trong phần

cứng và trong phần mềm, cung cấp bộ nhớ dùng chung được trừu tượng hóa từ các

bộ nhớ được phân tán về mặt vật lý Trong khi việc lưu trữ DSM đã là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực từ đầu những năm 1980, thì những nghiên cứu về việc lưu trữ các bộ proxy mới bắt đầu cách đây hơn một thập kỉ Ranh giới giữa hai phương pháp này không thật rõ, do đó, có thể gây tranh cãi rằng liệu các bộ server proxy có thể được coi như những hệ thống tập trung hay không, hoăc ngược lại liệu chúng có nên được định nghĩa như là một automat khác trong một hệ thống phân tán cho trước không

2.3.3 Vị trí của các bộ proxy trong các mạng di động

Trong phần này ta nghiên cứu vị trí đặt của các proxy server trong các mạng

di động Phương pháp tập trung vào các nhân tố khác nhau mà cần phải được cân nhắc khi đặt các bộ proxy bên trong các mạng di động Các yêu cầu được gắn với:

Trang 39

- Sự thu thập các thông tin có giá trị

- Hỗ trợ mạng cho các chức năng tái cấu hình

- Các cơ chế về khả năng di động

Một cách truyền thống, việc sử dụng chung của các bộ proxy được liên kết với sự tăng cường của năng lực thực hiện mức ứng dụng và chuyển vận Những sự triển khai chung cố gắng thích nghi nội dung với những sở thích của người dùng và năng lực của thiết bị đầu cuối xét trong mức ứng dụng; và thích nghi các tham số truyền dữ liệu với băng thông của mạng do trạng thái tắc nghẽn biến đổi xét trong mức chuyển vận

Thêm vào đó, nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng sự thích nghi có thể thực hiện ở tất cả các lớp của giao thức để phù hợp với tính năng động của các kênh wireless Theo đó, các máy chủ proxy thích nghi kênh, cải thiện hiệu suất của các ứng dụng multimedia một cách tương đối

2.3.4 Sự tập hợp các thông tin có giá trị

Trong số các vấn đề được xem xét để kết hợp các máy chủ proxy bên trong một mạng di động, có một nhu cầu là định địa chỉ vị trí vật lý của các máy chủ Với mục đích thực thi trong dải độ trễ chấp nhận được, các chức năng mà yêu cầu truy nhập nhanh vào các điều kiện kênh wireless cần được đặt gần nguồn tin; việc cung ứng hiện đang là các bộ RRM cho từng mạng cellular

Tương tự như vậy, vì các lớp lưu lượng QoS wireless được cung cấp và điều khiển bời những nhân tố này, cho nên việc thỏa thuận lại và định vị lại của các tài nguyên cũng được cố định bởi vùng

a) Hỗ trợ của mạng cho các chức năng tái cấu hình

Trang 40

Khối lượng của việc báo hiệu được yêu cầu để tập hợp và sau đó xử lý thông tin cũng rất đáng chú ý Để giảm bớt điều này, tính cục bộ giải phóng mạng khỏi những sự tắc nghẽn bị tăng lên không mong muốn

Mặt khác, việc đặt tại địa phương đảm bảo rằng các thông tin nhạy cảm (ví

dụ như tài liệu đã lưu về người sử dụng, trạng thái mạng) vẫn còn trong ranh giới an toàn và đáng tin cậy, do đó cho phép việc thực thi khả năng đầy đủ nhằm cung cấp cho người dùng dịch vụ phù hợp nhất trong số những dịch vụ của mạng, lưu ý đến những tính động của tài nguyên hệ thống đang hoạt động trong một môi trường di động

Khi phân tích tín hiệu được tạo ra, cập nhật chu kì thông tin cũng phải được xem xét Thông tin như điểm dấu phân lớp thiết bị đầu cuối hoặc hồ sơ người dung vẫn giữ nguyên trong suốt một kết nối; tuy nhiên thông tin về điều kiện kênh truyền yêu cầu cập nhật thường xuyên nhằm mục đích tạo những ứng dụng nhạy cảm với lỗi, ví dụ như multimedia thời gian thực, thực hiện trong những dải QoS được quy định bởi người dùng

b) Các cơ chế di động

Cung cấp những ưu điểm của việc đặt các bộ proxy gần với các đối tượng RRM đang được tận dụng, những phản hồi cần phải được cân nhắc để cân bằng giữa sự cần thiết trong độ sâu của các dịch vụ trong một mạng di động, với độ sâu tối đa đặt tại điểm truy nhập (ví dụ như trạm gốc) và mức tối thiểu trong các gateway mạng di động Bậc âm được đo ở ngoài mạng di động và không được xem xét trong nghiên cứu này, do những hệ quả mà nó mang đến về các mặt như sự suy giảm, quá tải và bảo mật

Nhiều vấn đề sẽ phát sinh khi mà một người sử dụng di động rời khỏi vùng phục vụ của bộ proxy Lúc này thì bộ proxy cần phải chuyển tiếp những thông tin của quá trình tái cấu hình cho bộ proxy mới đó Điều này trở thành một tính chất then chốt trong những ngữ cảnh cụ thể (ví dụ việc tải phần mềm), trong khi một

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	1,83 MB