KIẾN TRÚC CHƯƠNG TRÌNH đảm bảo yêu cầu CHẤT LƢỢNG DỊCH vụ TRONG MẠNG WIMAX

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH KIẾN TRÚC CHƢƠNG TRÌNH ĐẢM BẢO YÊU CẦU CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG WIMAX Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH ANH VŨ Hà Nội, 2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết riêng tôi, hướng dẫn TS Trịnh Anh Vũ, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang Web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Thị Tuyết Trinh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tôi khơng thể hồn thành luận văn khơng có khích lệ giúp đỡ từ thầy giáo, gia đình bạn bè Đầu tiên, muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy hướng dẫn tôi, Tiến sỹ Trịnh Anh Vũ – Bộ môn Thông Tin Vô Tuyến – Khoa Công Nghệ - Trường đại học Công Nghệ, người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luân văn Tôi muốn đặc biệt gửi lời cảm ơn tới giáo viên Trường đại học Công Nghệ dạy để đạt kết ngày hơm Tơi cảm ơn bạn bè mình, người luôn sẵn sàng hỗ trợ Và cuối cùng, từ đáy lịng mình, tơi cảm ơn gia đình tơi, chồng tơi ln ln động viên, hỗ trợ tơi hồn thành việc học Họ nguồn động viên vô tận đời LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng – Giới thiệu chung mơ hình WiMAX chiến lƣợc phân bổ tài nguyên2 1.1 Cấu trúc lớp vật lý hệ thống WiMAX 1.1.1 Đặc điểm 1.1.2 IFFT 1.1.3 Cấu trúc symbol OFDM 1.2 Lớp MAC WiMAX 1.2.1 Cấu trúc slot khung 1.2.2 Lập lịch lớp MAC Chƣơng – Kỹ thuật đa truy cập 12 2.1 Phân loại giao thức đa truy cập 12 2.1.1 Giao thức đa truy cập không tranh chấp (lập lịch) 13 2.1.2 Giao thức đa truy cập tranh chấp (ngẫu nhiên) 14 2.2 Giao thức ALOHA 14 2.2.1 ALOHA nguyên thủy (Pure ALOHA hay p-ALOHA) 14 2.2.2 ALOHA phân khe (Slotted ALOHA hay s-ALOHA) 16 2.3 Mơ máy tính 18 2.3.1 Mơ hình hóa hệ thống thơng tin gói 18 2.3.2 Cấu hình mơ 20 2.4 Mơ thuật tốn ALOHA 21 2.4.1 Chương trình kết mơ thuật tốn p-ALOHA 21 2.4.2 Chương trình kết mơ thuật toán s-ALOAH 23 Chƣơng – Lôgic mờ điều khiển tiếp nhận WiMAX 26 3.1 Lôgic mờ 26 3.1.1 Giới thiệu 26 3.1.2 Phép toán tập mờ 27 3.1.3 Quy tắc mờ 27 3.1.4 Điều khiển lôgic mờ 28 3.2 Mơ hình hệ thống WiMAX 29 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.3 Cấp phát tài nguyên WiMAX điều khiển quản lý 31 3.3.1 Nguồn lưu lượng ma trận xác suất đến 31 3.3.2 Sự truyền kênh 32 3.3.3 Không gian trạng thái Ma trận chuyển tiếp 33 3.3.4 Phép đo QoS 35 3.3.5 Áp dụng điều khiển lôgic mờ cho điều khiển tiếp nhận 36 Chƣơng - Mơ hình hệ thống OFDM vấn đề lập lịch WiMAX 39 4.1 Mơ hình hệ thống OFDM 40 4.1.1 Lập lịch lựa chọn tần số phân tập tần số 40 4.1.2 Khái niệm khe lớp vật lý 40 4.1.3 Chỉ thị chất lượng kênh truyền 40 4.1.4 Lớp dịch vụ UGS rtPS 41 4.2 Cấp phát tần số thời gian theo yêu cầu QoS 41 4.2.1 Điều kiện kênh truyền đồng 43 4.2.2 Lựa chọn T 43 4.2.3 Kết cứng 44 4.2.4 Thuật toán xấp xỉ đầu vào phụ thuộc cho LP(1) 45 4.2.5 Phương pháp thực nghiệm dựa luồng tương tranh cực đại 46 4.3 Cấp phát kênh phối hợp với công suất 48 4.3.1 Phân tích thông lượng trạng thái SINR cao 51 4.3.2 Phân tích thơng lượng trạng thái SINR thấp 54 4.4 Mơ thuật tốn Heuristic cho cấp phát tài ngun WiMAX 55 4.4.1 Thuật toán Heuristic 55 4.4.2 Một số toán thường gặp 55 4.4.3 Mô cho toán lập lịch dùng thuật toán Heuristic 57 4.4.4 Kịch kết mô 59 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Cấu trúc symbol miền tần số Hình Cấu trúc symbol miền thời gian Hình Biểu diễn nguồn thời gian nguồn tần số Hình Cấu trúc khung TDD Hình Cấu trúc khung ví dụ hệ thống R-MAC Hình Mơ hình hàng đợi điều khiển logic mờ 10 Hình 2.1 (a) TDMA (b) FDMA 13 Hình 2.2 ALOHA nguyên thủy (p-ALOHA) 15 Hình 2.3 Sự xung đột gói tin hệ thống p-ALOHA 15 Hình 2.4 s-ALOHA 16 Hình 2.5 Tranh chấp gói hệ thống s-ALOHA 17 Hình 2.6 Xung đột gói tin truyền 18 Hình 2.7 Cấu hình mơ máy tính có 20 Hình 2.8 Lưu lượng yêu cầu thông lượng p-ALOHA 22 Hình 2.9 Lưu lượng yêu cầu thời gian trễ trung bình p-ALOHA 23 Hình 2.10 Lưu lượng u cầu thơng lượng s-ALOHA 24 Hình 2.11: Lưu lượng yêu cầu trễ trung bình s-ALOHA 24 Hình Phép toán tập mờ 27 Hình Quá trình mờ, cấu suy luận giải mờ 28 Hình 3 Cấu trúc khung IEEE 802.16 với chế độ TDD-OFDMA 30 Hình Sơ đồ khối kiểm sốt nhận lơgic mờ 37 Hình Cấu trúc khung hệ thống vô tuyến 39 Hình Lập cơng thức luồng tương tranh 48 Hình Một polymatching: Hình vẽ polymatching giá trị cho bốn người dùng sáu kênh truyền (Chú ý rằng: Polymatching biểu diễn đường in đậm) 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4 Biểu đồ cấu trúc G 53 Hình 5: Lưu đồ mơ thuật tốn Heuristic cho cấp phát tài ngun mạng 58 Hình Thơng lượng hệ thống với yêu cầu QoS 20 60 Hình Thơng lượng hệ thống với yêu cầu QoS 40 61 Hình Thơng lượng hệ thống với yêu cầu QoS 10 60 61 Hình Thơng lượng hệ thống với yêu cầu QoS 5, 10, 40 60 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BẢNG CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ viết tắt Nghĩa 3G Third Generation Thế hệ thứ ba AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa điều chế thích nghi BPSK Binary Phase Shift Keying Khố dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DL Downlink Đường xuống FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FUSC Fully Used Subchannelization Phân kênh sử dụng toàn phần IEEE Institute of Electrical and Electronics Viện kỹ thuật điện điện tử Engineers IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược MAC Media Access Control Điều khiển truy cập môi trường MMPP Markov Modulated Poisson Process Quá trình Poisson điều chế Markov MS Mobile Station Trạm di động OFDM Orthogonal Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access trực giao PDU Packet Data Unit Đơn vị liệu gói PUSC Partially Used Subchannelization Phân kênh sử dụng phần QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương Frequency Division Đa phân chia theo tần số trực giao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương SINR Signal to Interference plus Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu nhiễu tạp âm SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu tạp âm TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian UL Uplink Đường lên WAN Wide Area Network Mạng khu vực rộng Wi-Fi Wireless Fidelity Mạng không dây Wifi WiMAX Worldwide Interoperability Microwave Access for Khả tương tác toàn cầu với truy nhập viba LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX MỞ ĐẦU Công nghệ WiMAX giải pháp tương thích tổng hợp cung cấp đa dịch vụ lúc cho nhiều người dùng khoảng cách xa đồng thời cho phép nhà khai thác dịch vụ hội tụ kỹ thuật mạng IP Do cơng nghệ 3G phát triển với tốc độ liệu không ngừng tăng việc nghiên cứu WiMAX có tính thời sự, đích nhắm cho phát triển cơng nghệ hệ sau (Long Term Evolution - LTE) đặc biệt giải pháp kinh tế triển khai internet cho vùng xa, địa hình khó khăn số người dùng khơng đủ nhiều để đầu tư triển khai mạng cáp quang cho mạng đường trục 3G WiMAX với hỗ trợ đảm bảo QoS hoàn tồn đáp ứng dịch vụ chất lượng gồm có Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trực tuyến với ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp hội nghị video giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật (yêu cầu an ninh cao) Thách thức mạng truy cập không dây băng thông rộng BWA (Broadband Wireless Access) điều phối để cung cấp hỗ trợ chất lượng dịch vụ đồng thời cho nhiều dịch vụ với đặc trưng khác với đòi hỏi QoS khác Những người dùng truy cập ngẫu nhiên vào mạng với yêu cầu dịch vụ khác mong muốn đáp ứng, nhà cung cấp muốn làm hài lòng khác hàng muốn đạt doanh thu cao qua cực đại thơng lượng mạng Vì tốn kiến trúc chƣơng trình hay lập lịch cho ngƣời dùng với yêu cầu QoS khác toán quan trọng, với mục tiêu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho người dùng đồng thời mang lại hiệu kinh tế cho nhà khai thác mạng Luận văn tập trung tìm hiểu cách thức, thuật toán để giải toán lập lịch nêu mà chuẩn IEEE.802.16 có phần để ngỏ cho nhà phát triển dịch vụ lựa chọn Lập lịch thể qua ba giai đoạn: giải xung đột nhiều người dùng truy cập mạng (kỹ thuật đa truy cập), định chấp nhận gọi người dùng hay không nhận yêu cầu gọi từ người dùng (điều khiển tiếp nhận), cấp phát tài nguyên cho người dùng chấp nhận gọi (cấp phát tài nguyên) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX 4.3.2 Phân tích thơng lượng trạng thái SINR thấp Trong trạng thái SINR thấp, xấp xỉ hàm mục tiêu là: (4.43) sử dụng xấp xỉ Thêm nữa, giả sử tất giá trị khác nhau, sau giá trị SINR đủ nhỏ, người dùng cấp phát tất cơng suất vào kênh đơn - kênh với nhỏ số tất kênh truyền phân cho người dùng Chính xác hơn, giá trị khác , với , người dùng i cấp phát tất cơng suất cho kênh truyền có ồn cực tiểu để cực đại thơng lượng (Lưu ý rằng, tình ngược lại với trường hợp SINR cao, người dùng sử dụng tất kênh truyền cấp phát cho họ) Sử dụng thực tế này, phương trình (4.43), thấy sách cấp phát kênh truyền cho thông lượng cực đại chế độ SINR thấp tương ứng với matching trọng số cực đại sơ đồ phân đôi đầy đủ người dùng kênh truyền, với trọng số cạnh Matching trọng số cực đại tính tốn hàm thời gian , sử dụng thuật toán Hungarian [8] Chú ý rằng, số kênh truyền nhiều số người dùng, thuật toán matching bỏ lại số kênh truyền không cấp phát cho người dùng Trong thực tế, lớn khác tối thiếu mức ồn, việc bỏ lại kênh truyền sẵn có khơng cấp phát dẫn đến lãng phí đáng kể tài nguyên Do đó, chạy matching lặp lặp lại loại kênh truyền cấp phát phép lặp trước đó, tận tất kênh truyền cấp phát Chúng ta nhắc đến thuật toán thuật toán LSO (thuật toán tối ưu với SINR thấp) Chúng ta thấy thuật toán HSO đạt cấp phát kênh tối ưu (tỷ số hiệu 1) điều kiện SINR cao Trong thực tế, tỉ số hiệu HSO gần tối ưu SINR gần với phần tử đơn vị lớn Ngược lại, thuật toán LSO gần tối ưu SINR thấp; hiệu trở lên tồi SINR tăng dự đốn Vì vậy, ta nhận thấy tốt thuật toán HSO LSO cho tối ưu toàn miền SINR xem xét Hiệu coi tốt so với phương pháp Heuristics gia tăng Do đó, thực tế, chạy hai thuật tốn HSO LSO, chọn nghiệm tốt hơn, kết cho hiệu gần tối ưu, không quan tâm đến giá trị SINR bao nhiêu, với chi phí tính tốn nhỏ 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX 4.4 Mơ thuật tốn Heuristic cho cấp phát tài ngun WiMAX Dựa nguyên lý lý thuyết phân tích mục nói trên, phần luận văn tiến hành mô phương pháp cấp phát tài nguyên đảm bảo QoS WiMAX cho người dùng chấp thuận cung cấp dịch vụ dựa theo thuật tốn Heuristic Sau số tính chất ngắn gọn thuật toán 4.4.1 Thuật toán Heuristic Thuật giải Heuristic thường áp dụng để giải tốn có nhiều phương án lựa chọn nhằm hướng đến mục tiêu với tiêu chí: - Tìm lời giải tốt (dù không lời giải tốt nhất) - Giải toán theo thuật giải Heuristic thường dễ dàng nhanh chóng đưa kết so với giải thuật tối ưu, chi phí thấp - Thuật giải Heuristic thường thể tự nhiên, gần gũi với cách suy nghĩ hành động người Có nhiều phương pháp để xây dựng thuật giải Heuristic, người ta thường dựa vào số nguyên lý sau: Nguyên lý vét cạn thông minh: Trong tốn tìm kiếm đó, khơng gian tìm kiếm lớn, ta thường tìm cách giới hạn lại khơng gian tìm kiếm thực kiểu dị tìm đặc biệt dựa vào đặc thù toán để nhanh chóng tìm mục tiêu Ngun lý tham lam (Greedy): Lấy tiêu chuẩn tối ưu phạm vi cục để tìm kiếm lời giải phạm vi tồn cục toán làm tiêu chuẩn chọn lựa hành động Nguyên lý thứ tự: Thực hành động dựa cấu trúc thứ tự hợp lý không gian khảo sát nhằm nhanh chóng đạt lời giải tốt 4.4.2 Một số tốn thường gặp Có hai tốn bật ứng dụng thuật giải Heuristic tốn hành trình ngắn ứng dụng ngun lý Greedy toán phân việc ứng dụng nguyên lý thứ tự trình bày Bài tốn hành trình ngắn – ứng dụng nguyên lý Greedy Bài tốn: Hãy tìm hành trình cho người giao hàng qua n điểm khác nhau, điểm qua lần trở điểm xuất phát cho tổng chiều dài đoạn đường cần ngắn Giả sử có đường nối trực tiếp từ hai điểm 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Tất nhiên ta giải tốn cách liệt kê tất đường đi, tính chiều dài đường tìm đường có chiều dài ngắn Tuy nhiên, cách giải lại có độ phức tạp O(n!) (vì hành trình hốn vị n điểm, đó, tổng số hành trình số lượng hốn vị tập n phần tử n!) Do đó, số đại lý tăng số đường phải xét tăng lên nhanh Một cách giải đơn giản nhiều thường cho kết tương đối tốt dùng thuật giải Heuristic ứng dụng nguyên lý Greedy Tư tưởng thuật giải là:  Từ điểm khởi đầu, ta liệt kê tất quãng đường từ điểm xuất phát n đại lý chọn theo đường ngắn  Khi đến đại lý, chọn đến đại lý theo nguyên tắc Nghĩa liệt kê tất đường từ đại lý ta đứng đến đại lý chưa đến Chọn đường ngắn Lặp lại trình lúc khơng cịn đại lý để Theo nguyên lý Greedy, tiêu chuẩn hành trình ngắn toán làm tiêu chuẩn cho chọn lựa cục Ta hy vọng rằng, n đoạn đường ngắn cuối ta có hành trình ngắn Điều khơng phải lúc Với điều kiện hình thuật giải cho hành trình có chiều dài 14 hành trình tối ưu 13 Kết thuật giải Heuristic trường hợp lệch đơn vị so với kết tối ưu Trong đó, độ phức tạp thuật giải Heuristic O(n2) Bài toán phân việc - ứng dụng ngun lý thứ tự Bài tốn: Một cơng ty nhận hợp đồng gia công m chi tiết máy J1, J2, …, Jm Cơng ty có n máy gia công P1, P2, … , Pn Mọi chi tiết gia cơng máy Một gia công chi tiết máy, công việc tiếp tục lúc hồn thành, khơng thể bị cắt ngang Để gia công việc J1 máy ta cần dùng thời gian tương ứng t1 Nhiệm vụ công ty phải gia cơng xong tồn n chi tiết thời gian sớm Thuật tốn tìm phương án tối ưu L0 cho tốn theo kiểu vét cạn có độ phức tạp cỡ O(mn) (với m số máy n số công việc) Song giải thuật Heuristic đơn giản (độ phức tạp O(n)) để giải toán này:  Sắp xếp công việc theo thứ tự giảm dần thời gian gia công  Lần lượt xếp việc theo thứ tự vào máy dư nhiều thời gian 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX 4.4.3 Mơ cho tốn lập lịch dùng thuật toán Heuristic Như đề cập trên, kiến trúc lớp MAC thể qua ba giai đoạn: giải xung đột nhiều người dùng truy cập mạng (kỹ thuật đa truy cập), định chấp nhận người gọi hay không nhận yêu cầu họ (điều khiển tiếp nhận), sau cách thức phân chia tài nguyên cho người dùng tiếp nhận họ (cấp phát tài nguyên) Kỹ thuật đa truy cập định nghĩa đầy đủ tiêu chuẩn 802.16 song điều khiển tiếp nhận cấp phát tài nguyên để ngỏ cho nhà khai thác thiết bị phát triển Có kỹ thuật thuật toán giới thiệu trên, cho ta tranh hồn chỉnh lập chương trình thỏa mãn yêu cầu QoS người dung WiMAX Do tính chất khó khăn phức tạp hệ thống tính tốn để tìm kiếm lời giải tối ưu, khuôn khổ luận văn ta tiến hành mô đánh giá phương pháp cấp phát tài nguyên đảm bảo mục tiêu : QoS cho người dùng cực đại tài nguyên sử dụng theo thuật toán Heuristic Thuật toán Heuristic áp dụng dựa nguyên lý tham lam Greedy: lấy tiêu chuẩn cực đại cục làm tiêu chuẩn hành động cho bước kết hợp với kiểm tra yêu cầu QoS để đạt cực đại toàn cục hệ thống Lưu đồ chương trình mơ thuật tốn Heuristic nêu sau: 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Hình 5: Lƣu đồ mơ thuật tốn Heuristic cho cấp phát tài nguyên mạng Có thể tóm tắt chiến lược phân sóng mang miêu tả lưu đồ thực thuật tốn Heuristic hình 4.5 sau: - Tại khe thời gian phải phân phân hết tài ngun sóng mang (vì cập nhật khe thời gian sau có báo cáo ma trận kênh khác) - Cách phân ưu tiên chọn kênh có điều kiện tốt phân trước để cực đại thông lượng 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX - Sau phân lượt phải kiểm tra QoS người dùng, đủ loại người khỏi danh sách cấp để dành tài nguyên cho người chưa đủ lượt phân sau (Chú ý thời điểm sóng mang phân cho người dùng) - Khi tất đủ QoS, tài nguyên lại sóng mang hay khe thời gian áp dụng chiến thuật phân theo maxmax tức khe thời gian sóng mang phân cho người dùng có phẩn hồi (tốc độ tốt nhất) sóng mang 4.4.4 Kịch kết mô 4.4.2.1 Kịch mô Dưới ta mơ tả kịch chương trình mơ lập lịch WiMAX theo thuật toán Heuristic Khe thời gian thứ nhất: I Gieo ma trận ngẫu nhiên A với N (người dùng) x M (kênh) Đây số liệu báo cáo BTS người dùng chất lượng sóng mang cho phép truyền với tốc độ (bít/s) II Thuật tốn Tìm max max(NxM) – sóng mang tốt người dùng có tốc độ tốt sóng mang đó, tọa độ Use N(i) sóng mang M(j) Loại cột j khỏi ma trận A, lại tìm maxmax ma trận cịn lại Tìm tọa độ tương ứng với Use N(k) sóng mang M(l) So sánh lưu lượng phân người so với yêu cầu, vượt di loại người dùng khỏi danh sách, cịn khơng giữ ngun Khi số người danh sách cịn lại khác khơng, xây dưng lại ma trận A lại người sóng mang cịn lại để phân lần cách dùng lệnh maxmax Khi tất người dùng thỏa mãn QoS mà cịn thừa sóng mang con, sóng mang cịn lại phân theo nguyên lý maxmax mà không cần kiểm tra lại QoS Áp dụng bước hết sóng mang Báo cáo kết phân tài nguyên tổng cộng khe thời gian thứ Loại người đủ yêu cầu di khỏi danh sách 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Khe thời gian thứ 2: Gieo lại ma trận NxM Tách ma trận gồm người lại với tất tài nguyên sóng mang, thực phân maxmax để đảm bảo Qos cho người lại tất đảm bảo yêu cầu di Lúc cịn thừa sóng mang hay thừa khe thời gian phân cho thứ tự người dùng theo bước maxmax mà không cần kiểm tra lại QoS Lặp lại hết khe thời gian khung thời gian T 4.4.2.2 Kết mơ Hình Thơng lƣợng hệ thống với yêu cầu QoS 20 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Hình Thông lƣợng hệ thống với yêu cầu QoS 40 Hình Thơng lƣợng hệ thống với u cầu QoS 10 60 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Hình Thông lƣợng hệ thống với yêu cầu QoS 5, 10, 40 60 Nhận xét: Hình 4.6 4.7 kết mô với kịch yêu cầu chất lượng dịch vụ khác 20 Mb 40 Mb Ở đâyta giả sử hệ thống 802.16 có thời gian khung khe thời gian Tất khách hàng có yêu cầu giống Điều kiện kênh truyền cho khách hàng lựa chọn cách ngẫu nhiên 10 Mbp Hệ thống vận hành tám sóng mang với người dùng Với điều kiện mô thông lượng hệ thống đạt từ 170 đến 225 cho QoS yêu cầu 20Mb từ 180 đến 230 cho yêu cầu QoS 40 Mb Giữa hai lượt thử cho hai giá trị QoS khác thông lượng hệ thống không sai khác đáng kể điều kiện thử có thơng lượng hệ thống đủ đáp ứng tương tốt yêu cầu người dùng Hình 4.8 4.9 kết mô yêu cầu chất lượng dịch vụ người dùng khác nhau, ta thấy thuật toán đảm bảo đáp ứng đủ yêu cầu QoS người dùng cố gắng đạt thông lượng cực đại hệ thống 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX KẾT LUẬN Mặc dù mạng 3G triển khai phát triển mạnh mẽ, nhiên mạng WiMAX giữ vai trò ứng dụng định cho khu vực hẻo lánh, mật độ dân cư thưa hay địa hình khó khăn ưu điểm riêng Đó là, khả sử dụng tài nguyên xa (tầm phát lên đến 50-70 km) đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ phong phú Cũng mạng thông tin vô tuyến khác, người dùng mạng WiMAX chia nguồn tài nguyên vô tuyến hữu hạn cho yêu cầu dịch vụ nhà khai thác mạng muốn sử dụng tài nguyên vô tuyến cách hiệu Yêu cầu chất lượng dịch vụ người dùng mong muốn cực đại thông lượng mạng nhà cung cấp dường trái ngược Vì vậy, thuật tốn - kỹ thuật, để dung hịa hai nhu cầu cần thiết có ý nghĩa, tìm hiểu Luận văn tìm hiểu kỹ thuật lập lịch điều khiển cho lớp MAC mạng WiMAX Những kỹ thuật lập lịch điều khiển thực qua ba giai đoạn: - Điều khiển đa truy cập Điều khiển tiếp nhận Cấp phát tài nguyên (phối hợp với công suất) Luận văn thực việc mô đánh giá hiệu hai kỹ thuật đa truy cập p-ALOHA s-ALOHA Những kỹ thuật đề xuất cho điều khiển tiếp nhận cấp phát tài nguyên điều khiển tiếp nhận dùng Lơgic mờ tìm hiểu luận văn Do tính chất phức tạp thuật toán kỹ thuật đề xuất, nên phạm vi luận văn ta lựa chọn thuật toán Heuristic cho cấp phát tài nguyên thỏa mãn QoS cực đại thông lượng để thực mơ đánh giá Những thuật tốn lập lịch điều khiển giới thiệu có chi phí tính tốn thấp (đáp ứng thời gian thực) tốt việc đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ người dùng mong muốn thông lượng mạng Vì chúng khả thi việc ứng dụng thực tế 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Syed Ahson and Mohammad Ilyas, WiMAX – Technologies, Performance Analysis, and QoS, pp 173-263 [2] Hiroshi Harada and Ramjee Prasad, “Simulation and software radio for mobile communication”, chapter 6, pp 271-334 [3] L Fleischer and K Wayne, Fast and Simple Approximation Schemes for Generalized Flow, Mathematical Programming, Vol 91, No 2, pp 215–238, 2002 [4] L Fleischer and K.Wayne, Faster Approximation Algorithms for Generalized Network Flow, Proceedings of the ACM/SIAM Symposium on Discrete Algorithms, 1999 [5] WiMAX forum, Mobile WiMAX – Part I: A technical overview and performance evaluation, pp 13-17 [6] Cummings, M., J Hoffmeyer and S Blust, “Modular Multifunctional Information Transfer System Forum”, 1st Software Radio Workshop, Brussels, Belgium [7] I Koffman and V Roman, Broadband wireless access solutions based on OFDM access in IEEE 802.16, IEEE Commn Mag., vol 40, no 4, pp 96–103, April 2002 [8] H W Kuhn, The Hungarian Method for the Assignment problem, Naval Research Logistic Quarterly, Vol 2, pp 83–97, 1955 [9] Q Liu, S Zhou, and G B Giannakis, Queueing with adaptive modulation and coding over wireless links: cross-layer analysis and design, IEEE Trans Wireless Commn., vol 4, no 3, pp 1142–1153, May 2005 [10] Thong Nguyen, University of Technology Sydney, Australia, “Tutorial – Broadband Wireless Access: WiMAX”, chapter 6, pp 109-113 [11] D Niyato and E Hossain, A queueing-theoretic and optimization-based model for radio resource management in IEEE 802.16 broadband wireless networks, IEEE Trans Comput., vol 55, no 11, pp 1473–1488, November 2006 [12] URL: http://www.laynetworks.com/Aloha%20Simulation%20Validation.htm [13] N Young, Sequential and Parallel Algorithms for Mixed Covering and Packing, Proceedings of Foundations of Computer Science 2001, p 538 [14] M Zorzi, PDU dropping statistics of a data-link protocol for wireless local communications, IEEE Trans Vehicular Technol., vol 52, no 1, pp 71–79, January 2003 64 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chƣơng trình p-ALOHA % Pure ALOHA System function [next_time] = paloha(now_time) global STANDBY TRANSMIT COLLISION % definition of the global variable global Srate Plen global Mnum Mplen Mstate global Tint Rint global Spnum Splen Tplen Wtime persistent mgtime mtime % definition of the static variable if now_time < % initialize access terminals rand('state',sum(100*clock)); mgtime % resetting of the random table = -Tint * log(1-rand(1,Mnum)); % packet generation time mtime = mgtime; Mstate = zeros(1,Mnum); % packet transmitting time Mplen(1:Mnum) = Plen; next_time % packet length = min(mtime); return end idx = find(mtime==now_time & Mstate==TRANSMIT); terminal which transmission succeeded % finding of the if length(idx) > Spnum = Spnum + 1; Splen = Splen + Mplen(idx); Wtime = Wtime + now_time - mgtime(idx); Mstate(idx) = STANDBY; 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX mgtime(idx) generation time = now_time - Tint * log(1-rand); % mtime(idx) = mgtime(idx); transmitting time next packet % next packet end idx = find(mtime==now_time & Mstate==COLLISION); terminal which transmission failed % finding of the if length(idx) > Mstate(idx) = STANDBY; mtime(idx) = now_time - Rint * log(1-rand(1,length(idx))); % resending time end idx = find(mtime==now_time); % finding of the %terminal which transmission start if length(idx) > Mstate(idx) = TRANSMIT; mtime(idx) transmitting Tplen = now_time + Mplen(idx) / Srate; % end time of = Tplen + sum(Mplen(idx)); end next_time = min(mtime); % next state change time Phụ lục 2: Định thời s-ALOHA % Slotted ALOHA System if now_time < % initialize access terminal rand('state',sum(100*clock)); % resetting of the random table slot = Plen / Srate; mgtime = -Tint * log(1-rand(1,Mnum)); mtime % slot length = (fix(mgtime/slot)+1) * slot; % packet generation time % packet transmitting time 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Mstate = zeros(1,Mnum); Mplen(1:Mnum) = Plen; next_time % packet length = min(mtime); return end if length(idx) > Mstate(idx) = STANDBY; mtime(idx) = now_time - Rint * log(1-rand(1,length(idx))); % waiting time mtime(idx) = (fix(mtime(idx)/slot)+1) * slot; % resending time end Phụ lục 3: Thuật toán Heuristic thỏa mãn QoS cho cực đại thông lƣợng % Gieo ma tran luu luong: user=N, song mang con=M, khe thoi gian=K K=4; N=4; M=8; P=zeros (1,20); use=zeros (N,20);% Ma tran nguoi dung luc dau %d=ones(N,1)*40;% Chi so QoS cua nguoi dung 20 d=[5; 20; 40; 60];% Chi so QoS cua nguoi dung khac for l=1:20 %Chay 20 lan, moi lan khe thoi gian de ve thi for k=1:K % khe thoi gian % moi khe thoi gian khoi phat ma tran kenh A=10*rand([N M]);% Do la ma tran phan hoi tu cac user ve BTS B=A; % cho nang luc duong truyen tb 10Mb/s phan bo deu for j=1:N % Truoc phan song mang kiem tra if use ((j),l)>d(j) A(j,:)=0; % nguoi dung, neu da du QoS %se loai hang khoi ma tran A end end 67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX if sum(sum(A))==0 % Neu tat ca deu du QoS thi lay lai ma tran dau A=B; end for i=1:M % Chay cho den het song mang Ta(i)= max(max(A)); % Tim gia tri luu luong max ma tran A [x(i) y(i)]=find(A==Ta (i));% Tim use (x(i),l)=use(x(i),l)+Ta (i); toa nguoi dung, song mang P(l) = P(l) + Ta (i);% Tich luy luu luong tong cong A(:,y(i))=[];% Update ma tran sau loai bo song mang da dung C=A; if (use(x(i),l))>d(x(i)) % neu vuot nguong QoS cua nguoi dung x(i) A(x(i),:)=0; % Loai bo nguoi dung da thoa man QoS, update lai ma tran end if sum (sum(A))==0 A=C; % Khi tat ca nguoi dung da thoa man QoS, % Lay lai ma tran B de phan phoi tu nham max throuput end i=i+1; % Lap lai phan cho den het song mang end k=k+1; end l=l+1; end plot(1:20,P,'b',1:20,use(1,:),'g',1:20,use(2,:),'r',1:20,use(3,:),'c',1:20 ,use(4,:),'m'); title('Thong luong nguoi nhau' ,'FontSize',16); dung va he % title xlabel('Mau thu','FontSize',14); thong voi QoS khac % x axis label ylabel('Thong luong (Mb)','FontSize',14); % y axis label %legend('System','User1','User2','User3','User4',0) legend('System','User1 QoS=60',0) QoS=5','User3 QoS=20','User3 QoS=40','User4 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Lƣu lƣợng u cầu thơng lƣợng p-ALOHA 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Hình 2.9 Lƣu lƣợng yêu cầu. .. add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX Hình 2.10 Lƣu lƣợng u cầu thơng lƣợng s-ALOHA Hình 2.11: Lƣu lƣợng yêu cầu trễ trung bình s-ALOHA... add luanvanchat@agmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng WiMAX MỞ ĐẦU Công nghệ WiMAX giải pháp tương thích tổng hợp cung cấp đa dịch vụ lúc cho nhiều người dùng