LUẬN án TIẾN sĩ kỹ THUẬT tối ưu hóa QUẢN lý DI ĐỘNG TRONG MẠNG vô TUYẾN hỗn hợp đa DỊCH vụ

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - LÊ NGỌC HƯNG TỐI ƯU HĨA QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG VƠ TUYẾN HỖN HỢP ĐA DỊCH VỤ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 9.48.01.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2020 BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỀ TÀI TỐI ƯU HÓA QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG VÔ TUYẾN HỖN HỢP ĐA DỊCH VỤ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 9.48.01.04 Nghiên cứu sinh : Lê Ngọc Hưng Người hướng dẫn khoa học: GS TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh Hà Nội - năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, số liệu kết trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Lê Ngọc Hưng iii LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sỹ thực Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng hướng dẫn GS.TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh, thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thiện cơng trình nghiên cứu Thầy có nhiều ý kiến gợi mở hướng nghiên cứu để thực thành công đề tài Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, Khoa Đào tạo sau đại học, Công ty TNHH VKX (nơi công tác), đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành đề tài nghiên cứu Cuối biết ơn tới gia đình, bạn bè thông cảm, động viên giúp đỡ cho tơi có đủ nghị lực để hồn thành luận án Hà Nội, tháng 12 năm 2020 Lê Ngọc Hưng MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG MẪU xi DANH MỤC HÌNH VẼ xii BẢNG KÝ HIỆU TOÁN HỌC xiv MỞ ĐẦU 1 Lý nghiên cứu .1 Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp công cụ nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc Luận án Chương 1: Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu .5 1.1 Mạng thông tin vô tuyến băng rộng đa dịch vụ BcN .5 1.2 Yêu cầu chuyển giao mạng BcN .7 1.3 Phân tích đánh giá nghiên cứu liên quan đến Luận án 1.4 Các vấn đề tồn .12 1.4.1 Phân loại chuyển giao 12 1.4.2 Các yêu cầu hiệu suất 14 1.4.3 Phân tích trễ chuyển giao 15 1.4.4 Tối ưu hoá trễ HO 16 1.5 Kết luận chương 17 Chương 2: Xây dựng tập tham số phân tích đánh giá hiệu suất kĩ thuật chuyển giao dựa MIP, TCP-M, SIP .19 2.1 Mở đầu .19 2.2 Phân tích hiệu suất chuyển giao dựa giao thức quản lý di động 19 2.2.1 Các giao thức quản lý di động lớp liên kết (Lớp 2) 21 2.2.2 Các giao thức quản lý di động lớp mạng (Lớp 3) 21 2.2.3 Các giao thức quản lý di động lớp giao vận (Lớp 4) 22 2.2.4 Các giao thức quản lý di động lớp ứng dụng (lớp 5) 23 2.3 Xác định tham số mơ hình phân tích .24 2.3.1 Xác suất gói tin bị thất lạc từ điểm đến điểm 25 2.3.2 Độ trễ truyền tin điểm tới điểm 27 2.3.3 Trung bình độ trễ truyền gói tin báo hiệu sử dụng giao thức UDP 27 2.4 Xây dựng phương thức đánh giá hiệu suất chuyển giao ứng dụng dạng B dạng C (MIP TCP-M) 30 2.4.1 Đánh giá hiệu suất chuyển giao kết nối TCP sử dụng MIP .32 2.4.2 Đánh giá hiệu suất chuyển giao kết nối TCP sử dụng TCP-M 36 2.5 Xây dựng phương thức đánh giá hiệu suất chuyển giao ứng dụng dạng D dạng E (MIP SIP) 38 2.5.1 Đánh giá hiệu suất chuyển giao kết nối UDP sử dụng MIP .39 2.5.2 Đánh giá hiệu suất chuyển giao kết nối UDP sử dụng SIP 41 2.6 Phân tích đánh giá tương quan tiêu hao nguồn điện hiệu suất chuyển giao .43 2.6.1 Mơ hình phân tích 43 2.6.2 Mô tả giao thức 43 2.6.3 Thuật tốn tìm tuyến 44 2.6.4 Cấu trúc tin RREQ 46 2.6.5 Mô đánh giá .47 2.7 Kết luận chương 50 Chương 3: Xây dựng phương thức định trước băng thông chuyển giao mạng BcN 53 3.1 Mở đầu .53 3.2 Xây dựng mô hình hệ thống 53 3.2.1 Kiến trúc trao đổi tin 54 3.2.2 Đánh số tế bào 55 3.2.3 Mơ hình hố di chuyển 55 3.2.4 Phân lớp yếu tố ảnh hưởng đến chuyển giao 56 3.2.5 Tính tốn xác suất chuyển giao .62 3.3 Thuật toán định trước băng thông điều khiển đăng nhập 64 3.3.1 Định trước băng thông không thông tin di chuyển 64 3.3.2 Định trước băng thông với thông tin di chuyển .66 3.3.3 Điều khiển cửa sổ ước tính thời gian di chuyển 67 3.3.4 Điều khiển đăng nhập 69 3.3.5 Kết mô 71 3.4 Thuật toán dự báo chuyển giao đến .72 3.4.1 Ba trạng thái xác suất .72 3.4.2 Điều khiển đăng nhập 74 3.5 Thuật toán dự báo băng thông theo kết nối .74 3.5.1 Điều khiển AG 74 3.5.2 Định trước băng thông theo kết nối sau đăng nhập 75 3.5.3 Định trước băng thông theo kết nối trước đăng nhập 76 3.6 Kết luận chương 77 Chương 4: Xây dựng phương thức quản lý chuyển giao linh hoạt mạng BcN 78 4.1 Mở đầu .78 4.2 Phân tích hiệu suất giao thức định tuyến cho MANETs 78 4.2.1 Xu hướng nghiên cứu thời gian gần .79 4.2.2 Các giao thức định tuyến truyền thống 80 4.2.3 Mơ phân tích kết .82 4.3 Giải pháp Quản lý chuyển giao linh hoạt (AMMS) 87 4.3.1 Cấu trúc AMMS .87 4.4 Phân tích mơ hình đánh giá hiệu suất AMMS 92 4.4.1 Mất số liệu MIP SIP .96 4.4.2 Thời gian giảm thông lượng TCP-M 96 4.5 Kết luận chương 96 KẾT LUẬN 98 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 100 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt 3/4/5G Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Mobile 3/4/5th Generation Mạng di động hệ 3/4/5 A_WCETT Advance Weighted Cumulative Expected Thời gian truyền với trọng số Transmission Time AAA Authentication, mở rộng Authorization, and Xác thực, Phân quyền, Giám Accounting AIMD AMC Additive sát Increase Thuật toán điều khiển nghẽn Multiplicative- TCP Decrease (AIMD) Architecture for ubiquitous Mobile Kiến trúc thông tin di động phổ Communications AMMS AODV Adaptive Multi-layer biến Mobility Giải pháp quản lý di động đa management Solution lớp thích ứng Ad hoc On-Demand Distance Vector Véc tơ khoảng cách theo yêu cầu APME Access Point Management Entity Thực thể quản lý điểm trruy nhập AR Access Router Router lớp truy nhập AU Authentication Unit Đơn vị xác thực AC Authentication Center Trung tâm xác thực BLG Boundary Location Register Đăng ký vị trị biên BS Base Station Trạm sở CARD Candidate Access Router Discovery Khám phá định tuyến lớp truy nhập CDR Call Detail Records Bản tin cước CDMA Code Division Multiple Access Tiêu chuẩn đa truy nhập theo mã CH Correspondent Host Thuê bao di động mạng IP CMP Cross-layer (Layer + 3) handoff Giao thức quản lý chuyển giao Management Protocol lớp 2-3 CN Correspondent Node Thuê bao cố định mạng IP CA Care-of-Addresses Địa IP tạm thời cấp phát cho thuê bao di động DECT Digital Enhanced Cordless Telephone Điện thoại cố định không DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình máy chủ DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng EAPOL EAP over LAN EEMA Efficient Energy and High-Performance Routing Protocol Giao thức định tuyến cân lượng hiệu suất ETX Expected Transmission Count Số lần truyền dự kiến ETT Expected Transmission Time Thời gian truyền dự kiến FA Foreign Agent Hệ thống xử lý yêu cầu truy nhập mạng khách FN Foreign Network Mạng xử lý yêu cầu truy nhập mạng khách FEC Forward Error Correction Sửa lỗi FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung GEO Geostationary Earth Orbit Quỹ đạo địa tĩnh GFA Gateway Foreign Agent Cổng trạm khách GGSN Gateway GPRS Support Node Điểm hỗ trợ cổng GPRS GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ chuyển mạch gói vơ tuyến GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GRX GPRS Roaming eXchange Chuyển giao GPRS Trong trường hợp gói số liệu định trước cho MH bắt đầu đến NN trước MH di chuyển vào NN Do khơng có tác động thêm nữa, gói số liệu bị rớt NN MH di chuyển vào vùng giao (hinh 4.12a) Trễ chuyển giao trường hợp là: T = L - rs he (4.28) + + d l v Với d thời gian cần để dị tìm NN l thời gian cần để chuyển giao L2 tới NN ii) Hoàn thành việc đăng ký địa sau MH vào vùng giao Ký hiệu pu xác suất xảy trường hợp này, trễ tương ứng Thu Trường hợp xảy tình sau: + Việc đăng ký địa hoàn thành dị tìm hướng di chuyển Ký hiệu pu1 xác suất xảy trường hợp này, L- d < t < u 1= p   v p L-d + d v    (4.29) Trễ chuyển giao Tu1 L-d = +  l + v d rs (4.30) - + Việc đăng ký địa hồn thành sau dị tìm hướng di chuyển trước hoàn thành chuyển giao L2 Ký hiệu pu2 xác suất xảy trường hợp này, = p p u2  L-d +  v  L-d