(Luận văn) nghiên cứu kỹ thuật truy cập ngẫu nhiên cho hệ thống mmtc

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG lu an CHU HUY ĐƯƠNG n va p ie gh tn to NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRUY CẬP NGẪU NHIÊN CHO HỆ THỐNG mMTC d oa nl w ll u nf va an lu m oi LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) z at nh z m co l gm @ an Lu n va HÀ NỘI - 2022 ac th si HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG lu an CHU HUY ĐƯƠNG n va p ie gh tn to NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRUY CẬP NGẪU NHIÊN CHO HỆ THỐNG mMTC d oa nl w lu ll u nf va an CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 8.52.02.08 m oi LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) z at nh z gm @ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRỊNH ANH VŨ m co l an Lu n va HÀ NỘI - 2022 ac th si i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân tôi, thực dựa sở nghiên cứu lý thuyết, dùng cơng cụ giải tích mô hướng dẫn PGS.TS Trịnh Anh Vũ Các số liệu, kết luận luận văn trung thực, dựa nghiên cứu mơ hình, kết đạt nhiều nhà khoa học giới trải nghiệm thân, chưa khác công bố công trình trước trình lu an bày bảo vệ trước “Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ kỹ thuật” va Hà Nội, ngày 05 tháng năm 2022 n to p ie gh tn Tác giả luận văn nl w d oa Chu Huy Đương ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập, nghiên cứu nhận quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ nhiệt tình trách nhiệm thầy, cô giáo công tác Khoa Đào tạo Sau Đại học - Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, giúp tơi hồn thành tất nội dung chương trình học tập, nghiên cứu hoàn thiện luận văn “Nghiên cứu kỹ thuật truy cập ngẫu nhiên cho hệ thống mMTC” Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, thầy, cô giáo công tác Khoa Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ lu tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập an n va Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trịnh Anh Vũ - người nhiệt tn to tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Thầy tận tình bảo, đưa vấn đề cốt lõi giúp củng cố lại kiến thức có định hướng gh p ie đắn để hoàn thành luận văn Cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu mơn oa nl nhiệt tình w Thơng tin Vơ tuyến trường ĐHCN, ĐHQG Hà nội có thảo luận hỗ trợ d Tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp ln quan lu va an tâm, động viên, giúp đỡ thời gian học tập thực luận văn tốt nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian hạn hẹp, thân cịn có nhiều u nf ll hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận m oi đóng góp ý kiến quý thầy, cô bạn z at nh Một lần xin chân thành cảm ơn! z Tác giả m co l gm @ Chu Huy Đương an Lu n va ac th si iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH .v DANH MỤC BẢNG .vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU lu an Chương - TỔNG QUAN VỀ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN .3 n va 1.1 Vấn đề truy cập ngẫu nhiên 1.2.1 Nguyên tắc truy cập ngẫu nhiên LTE gh tn to 1.2 Truy cập ngẫu nhiên LTE [2,12] p ie 1.2.2 Khảo sát hiệu giao thức truy cập ngẫu nhiên LTE w 1.3 Truy cập ngẫu nhiên truyền thông 5G 10 oa nl 1.4 Tóm tắt chương 12 Chương - GIAO THỨC SUCRe ACBPC 14 d an lu 2.1 Giao thức SUCRe [3] 14 va 2.1.1 Tổng quan giao thức SUCRe 14 ll u nf 2.1.2 Chi tiết giao thức SUCRe .16 oi m 2.1.3 So sánh với giao thức LTE 22 2.2 Giao thức ACBPC [10] 24 z at nh 2.2.1 Tổng quan giao thức ACBPC 24 z 2.2.2 Chi tiết giao thức ACBPC 26 gm @ 2.3 So sánh nhận xét 28 2.3.1 Khi số UE tham gia va chạm thay đổi 29 l m co 2.3.2 Khi số mũ mát môi trường thay đổi 30 2.4 Tóm tắt chương 32 an Lu n va ac th si iv Chương - GIAO THỨC DACB .34 3.1 Mô tả giao thức 34 3.2 Phân tích giải tích 36 3.3 Mô so sánh 38 3.3.1 Khảo sát xác suất phân giải va chạm 38 3.3.2 Khảo sát số lần truy cập lại 39 3.4 Tóm tắt chương 41 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Minh hoạ trường hợp UE chọn ngẫu nhiên pilot .6 Hình 1.2 Quy trình truy cập ngẫu nhiên hệ thống LTE [3] Hình 1.3 Lưu đồ giao thức truy cập ngẫu nhiên LTE Hình 1.4 Số lần truy cập lại UE giao thức LTE Hình 2.1 Cơ chế hoạt động giao thức SUCRe [5] 15 Hình 2.2 Minh hoạ giải va chạm SUCRe [3] 16 Hình 2.3 Minh họa cho giao thức SUCRe, miền tần số - thời gian .16 lu Hình 2.4 So sánh số lần truy cập lại giao thức LTE SUCRe 22 an n va Hình 2.5 Cơ chế hoạt động giao thức ACBPC [3] .25 Hình 2.6 Xác suất giải va chạm SUCRe ACBPC 29 to ie gh tn Hình 2.7 Xác suất giải va chạm ACBPC SUCRe hệ số mũ mát 3.8 31 p Hình 2.8 Xác suất giải va chạm ACBPC SUCRe hệ số mũ mát 3.2 31 w oa nl Hình 2.9 Kết hợp SUCRe ACBPC nâng cao xác suất giải va chạm .32 d Hình 3.1 Cơ chế hoạt động giao thức đề xuất DACB 34 va an lu Hình 3.2 Xác suất giải va chạm DACB với ACBPC, SUCRe trường hợp .38 ll u nf Hình 3.3 Xác suất giải va chạm DACB với ACBPC, SUCRe trường hợp .38 m oi Hình 3.4 Số lần truy cập lại DACB SUCRe trường hợp với hệ số mũ mát 3.8 40 z at nh z Hình 3.5 Số lần truy cập lại DACB SUCRe trường hợp với hệ số mũ mát 3.2 .40 m co l gm @ an Lu n va ac th si vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 So sánh khác biệt giao thức SUCRe giao thức LTE 23 Bảng 2.2 Một số tham số mô chương trình 29 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ACBPC Access Class Barring Power Control Giao thức chặn lớp truy cập điều khiển công suất BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm sở DACB Different Access Class Barring DL Down Link Đường xuống eMBB Extended Mobile BroadBand Băng rộng di động nâng cao IoT Internet of Things Internet kết nối vạn vật LTE Long Term Evolution Giao thức tiến hoá dài hạn Multiple input multiple output Nhiều đầu vào nhiều đầu Giao thức chặn lớp truy cập khác lu an n va gh tn to p ie MIMO Massive Machine Type mMTC Truyền thông kiểu máy lớn oa nl w Communications Resource Block Khối tài nguyên SINR Signal to Interference plus Noise Ratio SNR Signal to Noise Ratio SUCRe Strongest User Collision Resolution UE User Equipment UL Up Link URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication d RB u nf va an lu Tỷ lệ tín hiệu nhiễu cộng nhiễu Tỷ lệ tín hiệu nhiễu ll oi m Giao thức phân giải người dùng mạnh z at nh Thiết bị người dùng z gm @ Đường lên m co l Truyền thông siêu tin cậy độ trễ thấp an Lu n va ac th si MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tiếp theo hệ truyền thông di động từ 1G ÷ 4G, đời phát triển mạng truyền thông hệ thứ (5G) mở giai đoạn phát triển xã hội kết nối vạn vật (Internet of Things, IoT) cách mạng công nghiệp 4.0 tảng [1] Hệ thống 5G triển khai áp dụng nghiên cứu phát triển theo 03 hướng: [8]  Hướng thứ nhất: eMBB (enhanced Mobile Broadband): Ứng dụng cung lu cấp băng thông di động nâng cao với tốc độ truyền tải liệu lớn Ứng dụng an va triển khai thương mại hóa từ năm 2019, phục vụ kết nối người với người n (Human to Human, H2H) Tốc độ liệu đạt 1-2Gb/s to gh tn  Hướng thứ hai: URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications): Ứng dụng truyền thông có độ trễ thấp siêu tin cậy phục vụ kết nối máy ie p với máy (Machine to Machine, M2M) Ứng dụng hỗ trợ kết nối thiết bị đầu nl w cuối đặc biệt kết nối đến phương tiện bay không người lái (Unmanned oa Aerial Vehicle, UAV), đến Robot (người máy) phẫu thuật từ xa,…Độ trễ d URLLC thấp tới ms yêu cầu tỷ lệ lỗi bit ( Bit Error Rate, BER) cỡ 10-9 an lu  Hướng thứ ba: mMTC (massive Machine Type Communications): Ứng va u nf dụng thuộc loại M2M song mục đích hướng đến kết nối với tập hợp ll lớn máy móc tự động phân bố diện tích hạn chế (ví dụ nhà m oi máy, phân xưởng) Kỹ thuật mMTC nhắm đến kết nối 105 thiết bị/km2 với tài z at nh nguyên hạn chế đáp ứng yêu cầu kết nối ngẫu nhiên thiết bị Hai ứng dụng URLLC mMTC pha phát triển tiếp sau eMBB z gm @ nhiều nơi tập trung nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn này, học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật truy cập ngẫu nhiên cho l m co hệ thống mMTC” làm luận văn tốt nghiệp nhằm mục đích hiểu chế hoạt động, ưu nhược điểm giao thức truy cập ngẫu nhiên SUCRe ABCPC, từ an Lu n va ac th si 30 Hình 2.6 biểu diễn xác suất giải va chạm hai giao thức SUCRe ACBPC, trục hoành số UE xảy va chạm pilot (UE / pilot), trục tung biểu diễn xác suất giải va chạm thành công Nhận xét 1:  Khi số lượng UE va chạm nhỏ xấp xỉ 90 xác suất giải va chạm SUCRe tốt ACBPC Ngược lại với số lượng UE xảy va chạm lớn 90 ACBPC mang lại xác suất giải va chạm tốt  Trong trường hợp ACBPC có xác suất ổn định mạng đông đúc Tuy nhiên xác suất giải va chạm khoảng 0.38 Xác suất giải lu an va chạm SUCRe có xu hướng giảm số lượng UE/Pilot tăng n va Điều có nghĩa SUCRe khó giải va chạm trường hợp mạng đông Kết luận 1:  Giao thức SUCRe giải tốt va chạm trường hợp số lượng đối p ie gh tn to đúc thủ cạnh tranh Tuy nhiên xác suất có xu hướng giảm số lượng đối thủ nl w cạnh tranh tăng lên d oa  Khác với SUCRe giao thức ACBPC mang lại xác suất giải va chạm an lu ổn định trường hợp mạng đông đúc chưa đạt hiệu suất va cao SUCRe trường hợp số UE va chạm nhỏ Mặt khác giao thức u nf mang lại xác suất giải va chạm công UE Do trường ll hợp mạng đơng đúc, UE xa giành quyền truy cập vào mạng oi m 2.3.2 Khi số mũ mát môi trường thay đổi z at nh Để khảo sát phụ thuộc xác suất giải va chạm với hệ số mũ mát z hai giao thức ACBPC SUCRe cách thay đổi hệ số mũ mát với m co l gm @ trường hợp 3.8 3.2 an Lu n va ac th si 31 Hình 2.8 Xác suất giải va chạm của ACBPC SUCRe hệ số mũ ACBPC SUCRe hệ số mũ mát mát 3.8 3.2 lu Hình 2.7 Xác suất giải va chạm an n va to tn Nhận xét 2: ie gh  Trường hợp (hệ số mũ mát 3.8) điểm cắt xác suất giải va p chạm rơi vào vị trí xấp xỉ 175 UE/pilot  Trưởng hợp (hệ số mũ mát 3.2) điểm cắt xác suất giải w oa nl va chạm rơi vào vị trí xấp xỉ 90 UE/pilot d  Nhận thấy từ điểm cắt trở trước hiệu giải va chạm lu Kết luận 2: u nf va an SUCRe tốt ACBPC, ngược lại từ điểm cắt trở sau ACBPC lại ưu ll  Với hệ số mũ mát khác nhau, có thay đổi điểm cắt xác suất giải m oi va chạm ACBPC SUCRe z at nh Định hướng phát triển tương lai: Do có khác biệt hiệu suất hoạt động nên ACBPC ưu tiên triển khai dành cho trường hợp mạng đông đúc z thuận tiện Vì vậy, tương lai thiết kế quy trình chuyển đổi linh @ gm hoạt giao thức ACBPC SUCRe tuỳ thuộc vào số UE không hoạt động trường m co l thơng tin có sẵn BS xác định điểm cắt (số UE/pilot) nhờ hệ số suy giảm mơi an Lu Quy trình chuyển đổi ACBPC SUCRe sau: n va ac th si 32 lu an n va p ie gh tn to Hình 2.9 Kết hợp SUCRe ACBPC nâng cao xác suất giải va chạm oa nl w d  Nếu với số UE/pilot va chạm nhỏ điểm cắt (bên trái) UE lu an ưu tiên giải va chạm theo giao thức SUCRe u nf va  Ngược lại số UE/pilot va chạm lớn điểm cắt (bên phải) UE giải tranh chấp theo ACBPC ll oi m 2.4 Tóm tắt chương z at nh Chương trình bày nội dung gồm tổng quan giao thức SUCRe ACBPC, hai giao thức nghiên cứu để ứng dụng vào hệ thống z gm @ truyền thông 5G Giao thức SUCRe gồm bước tóm lược sau: l Bước 1: UE lựa chọn ngẫu nhiên pilot từ tập pilot trực giao xác m co định; an Lu n va ac th si 33 Bước 2: BS gửi tín hiệu pilot đường xuống mã trước thành giá trị nghịch đảo tổng độ lợi thu đồng thời tạo thành búp hướng đến UE; Bước 3: UE so sánh tỷ số ước lượng độ lợi kênh với 1/2 Nếu tỷ số > 1/2 đồng nghĩa với tỷ số UE khác < 1/2 Qui tắc tỷ số > 1/2 thực phát lại đề nghị, < 1/2 im lặng chờ truy cập chu kỳ sau; Bước 4: BS cấp tài nguyên cho UE phát lại UE chiến thắng va chạm Giao thức SUCRe đạt hiệu giải va chạm pilot mạnh lên đến 90% số lượng thiết bị truy cập nhỏ Tuy nhiên, điểm hạn chế giao thức lu an chỗ ưu tiên thiết bị truy cập gần trạm phát, nên thiết bị xa n va trạm phát tiếp cận hệ thống để truyền nhận liệu Ngoài ra, xác Giao thức ACBPC bao gồm bước tóm lược sau: Bước 1: UE muốn truy nhập, chọn ngẫu nhiên pilot từ tập hợp p ie gh tn to suất truy cập thiết bị vào hệ thống có xu tiến số lượng thiết bị lớn nó; nl w pilot có sẵn truyền đến BS với công suất nghịch đảo độ lợi kênh d oa Bước 2: Tham số k (số lượng UE lựa chọn pilot) BS thông báo lại an lu cho UE có liên quan với thơng số RB (Resource Block); va Bước 3: Mỗi UE tạo hệ số ACB 1/k UE tạo số ngẫu u nf nhiên phân bố từ đến Nếu số ngẫu nhiên nhỏ 1/k, UE phát lại yêu cầu ll số ID nó, khơng, khơng truyền lại; m oi Bước 4: Nếu không va chạm ID từ UE, điều có nghĩa có UE z at nh truyền lại BS thức phân bổ nguồn lực cho UE Giao thức ACBPC đạt hiệu giải va chạm khoảng 36,78%, nhỏ z gm @ nhiều so với giao thức SUCRe Tuy nhiên, số lượng thiết bị tăng cao xác suất giải va chạm không đổi Mặt khác giao thức giúp cho thiết bị l khoảng cách từ thiết bị đến trạm phát m co truy cập bình đẳng với xác suất truy cập mà không phụ thuộc vào an Lu n va ac th si 34 Chương - GIAO THỨC DACB Dựa phân tích ưu nhược điểm SUCRe ACBPC Luận văn đề xuất giao thức DACB [14] có ưu điểm khơng q bình đẳng SUCRe, tức UE xa có hội truy cập thành cơng (mặc dù hội nhỏ UE gần) đồng thời tập máy tham gia hệ thống lớn (105 thiết bị/km2) xác suất truy cập thành cơng ổn định cao SUCRe Ngồi giao thức DACB ln tỏ vượt trội tốt giao thức ACBPC Điều chứng minh lý thuyết mô lu 3.1 Mô tả giao thức an va Giao thức DACB (Different Access Class Barring or Adaptive Access Class n Barring) đề xuất với cải tiến dựa giao thức SUCRe giao thức gh tn to ACBPC nhằm nâng cao hiệu suất giải va chạm tốt ACBPC đồng thời công SUCRe) Giao thức DACB dựa nguyên lí hạn chế truy cập ie p UE dùng hệ số ACB để giảm xác suất va chạm, song ACB UE nl w khác lại có giá trị khác (ở giao thức ACBPC hệ số hạn chế truy cập d oa ACB giống UE va chạm) Việc tính tốn hệ số ACB khác an lu trình bày Cơ chế hoạt động DACB biểu diễn tóm tắt gồm bước ll u nf va hình 3.1: oi m z at nh z m co l gm @ Hình 3.1 Cơ chế hoạt động giao thức đề xuất DACB an Lu n va ac th si 35 Trong bước 1: Khi UE ô muốn hoạt động, UE chọn ngẫu nhiên pilot tập hợp pilot trực giao có sẵn phát ngược lên BS Nếu pilot có UE chọn BS xác định độ lợi kênh UE Trong trường hợp có từ UE trở lên chọn pilot BS ước tính tổng độ lợi kênh UE (ở bước BS không phát va chạm) Trong bước 2, BS phản hồi cách gửi tín hiệu mã trước nghịch đảo tổng độ lợi kênh đến UE liên quan Do mã trước nên tín hiệu định hướng theo búp phía UE Do lại trải qua kênh đường xuống (có độ lợi kênh đường lên hệ thống Massive MIMO) nên UE ước tính lu an tỷ số độ lợi kênh chia cho tổng độ lợi kênh UE chọn chung pilot Tỷ n va số coi giá trị ACB UE khác khác gh tn to Sự khác biệt so với giao thức ACBPC hệ số ACB UE , với ∑ p ie = : Độ lợi kênh w Trong đó: =1 ∈ oa nl S: Tổng độ lợi tất kênh Trong bước 3, UE gieo số ngẫu nhiên gọi r phân bố d ∈ [0; 1] Mỗi UE tự xác định có quyền phát lại (kèm theo số ID) hay an lu khoảng va không xảy điều kiện sau: < UE phát lại pilot kèm theo số ID  Nếu > UE khơng phát lại pilot mà quay lại truy cập lại từ đầu ll u nf  Nếu oi m Nhận xét: z at nh Bước 4, UE phát lại pilot BS cấp phát tài nguyên z  Giao thức đề xuất DACB giữ tính cơng tốt giao thức @ gm SUCRe đồng thời lại có xác suất giải va chạm tốt so với giao thức m co l ACBPC chứng minh giải tích mơ an Lu n va ac th si 36 3.2 Phân tích giải tích Có thể chứng minh xác suất phân giải va chạm DACB tốt ACBPC sau Với ACBPC: Giả sử có k UE chọn pilot giống Do UE phát công suất nghịch đảo với độ lợi đường lên pha 1, nên BS ước lượng số k ước lượng tổng độ lợi kênh giao thức SUCRe Số k BS báo với UE (trong pha BS thông báo đường xuống) Để giảm xác suất va chạm UE đặt số ACB giả sử p (0 < p 0 ∑ ) (3.4) p = (3.5) Dùng phương pháp nhân tử Lagrange giả sử Ppk hàm lồi (điều kiểm tra qua mơ phỏng) Đặt Ω=Ppk+λ(p1+p2+…+pk) hàm đối tượng Để tìm cực tiểu hàm đối tượng ta thực số tính tốn sau: lu an δΩ/δp1 =(1-p2)(1-p3) (1-pk) - p2(1-p3)…(1-pk) -… n va - pk(1-p2) (1-p3)… (1-pk-1)+λ =0 (3.6) tn to δΩ/δp2 =(1-p1)(1-p3) (1-pk) - p1(1-p3)…(1-pk) -… (3.7) … p ie gh - pk(1-p1) (1-p3)… (1-pk-1)+λ =0 w δΩ/δpk=(1-p1)(1-p3) (1-pk-1)- p1(1-p2)…(1-pk) -… (3.k) oa nl - pk(1-p2) (1-p3)… (1-pk-1)+λ (3.k + 1) d δΩ/δλ=p1+p2+…+pk - 1= an lu Lấy (3.6) trừ (3.7), ta có: u nf va (p1-p2)(1-p3)…(1-pk) +(p1-p2)(1-p3)…(1-pk)+…-(p1-p2)pk(1-p3) (1-pk-1) =  (p1-p2)[2(1-p3)…(1-pk)- p3(1-p4) (1-pk)-…- pk(1-p3) (1-pk-1)] = ll oi m Phương trình cho nghiệm p1 = p2 z at nh Lấy (3.7) trừ (3.8), có (p2-p3)(1-p1)(1-p4)…(1-pk)+(p2-p3)(1-p1)(1-p4)…(1-pk) z p3) (1-pk1)= -…-(p1-p2)pk(1- @ l Phương trình cho nghiệm p2 = p3 gm  (p2-p3)[2(1-p1)…(1-pk)- p1(1-p4) (1-pk)-…- pk(1-p3) (1-pk-1)] = m co Dễ thấy phương trình(3.k) đối xứng vòng quanh thay pi pj (i≠j) an Lu vào phương trình 3.i, ta có phương trình 3.j Nên nghiệm hệ thống phải thỏa mãn n va ac th si 38 p1=p2=…=pk Kết hợp với phương trình (3.k+1), ta có p1=p2= =pk=1/k Thay nghiệm vào (3.4) ta có: k 1− = 1− =P (3.k+2) Kết cho thấy Ppk Ppmax Ppk≥Ppmax Kết kiểm chứng mô máy tính trình bày phần 3.3 Mơ so sánh DACB giao thức cải tiến từ giao thức SUCRe ACBPC Mục lu khảo sát xác suất giải va chạm giao thức DACB với ACBPC SUCRe an n va 3.3.1 Khảo sát xác suất phân giải va chạm tn to Hình 3.2 biểu diễn kết so sánh hiệu giải va chạm giao Trường hợp 1: Với hệ số mũ mát 3.8 p ie gh thức DACB, ACBPC SUCRe K = [2 10 50 100 200 300 400] d oa nl w Trường hợp 2: Với hệ số mũ mát 3.2 ll u nf va an lu oi m z at nh z Hình 3.3 Xác suất giải va chạm DACB với ACBPC, SUCRe trường DACB với ACBPC, SUCRe trường hợp m co l Nhận xét: gm hợp @ Hình 3.2 Xác suất giải va chạm an Lu  Trường hợp 1: Khi số lượng UE va chạm nhỏ 50 xác suất giải va chạm SUCRe tốt nhất, thứ hai DACB thấp n va ac th si 39 ACBPC Với số lượng UE xảy va chạm lớn 50 nhỏ 175 xác suất giải va chạm DACB lớn nhất, thứ hai SUCRe thấp ACBPC Với số lượng UE xảy va chạm lớn 175 xác suất giải va chạm DACB lớn nhất, thứ hai ACBPC thấp SUCRe  Trường hợp 2: Số mũ mát nhỏ hơn, xu hướng giống trường hợp 1, nhiên khoảng hiệu SUCRe DACB ACBPC bị rút ngắn lại Cụ thể SUCRe tốt DACB số lượng UE xảy va chạm nhỏ 40 ACBPC số lượng UE nhỏ 90  Trong trường hợp DACB có xác suất ổn định so với SUCRe cao so với ACBPC mạng đông đúc (xác suất giải va chạm lu an DACB dao động xấp xỉ từ 0.43÷ 0.7, xác suất giải va chạm n va ACBPC khoảng 0.38) Xác suất giải va chạm SUCRe có xu hướng tn to giảm số lượng UE/Pilot tăng Điều có nghĩa SUCRe khó giải va chạm trường hợp mạng đông đúc p ie gh Kết luận:  Giao thức DACB đề xuất có cải thiện xác suất giải va chạm nl w đáng kể so với giao thức ACBPC Tuy nhiên với tập UE nhỏ xác suất chưa d oa đạt giao thức SUCRe an lu  Xác suất giải va chạm DACB có xu hướng giảm va không giảm mạnh giao thức SUCRe cao ACBPC số lượng ll u nf UE lớn oi m 3.3.2 Khảo sát số lần truy cập lại Khi số lần truy cập lại lớn độ trễ lớn Vì để khảo sát z at nh độ trễ giao thức SUCRe DACB ta khảo sát số lần truy cập lại Kết z biểu diễn theo hình 3.4 hình 3.5 thể xác suất giải va chạm không gm @ thành công tương ứng  Trường hợp 2: Với hệ số mũ mát là: 3.2 m co l  Trường hợp 1: Với hệ số mũ mát 3.8 an Lu n va ac th si 40 Hình 3.5 Số lần truy cập lại DACB SUCRe trường hợp với hệ số mũ SUCRe trường hợp với hệ số mũ mát 3.8 mát 3.2 lu Hình 3.4 Số lần truy cập lại DACB an n va to gh tn Nhận xét:  Từ kết hình 3.4 3.5 cho thấy số mũ mát môi trường ie p tăng, đường cong SUCRe dịch chuyển sang bên phải đường cong nl w DACB giữ nguyên d oa  Với số lượng UE nhỏ 1.3 x 104 sử dụng giao thức SUCRe giúp cho an lu UE muốn truy cập vào mạng cần lần truy cập lại giao thức DACB Điều cho thấy SUCRe ưu điểm DACB mật độ UE giới hạn số 1.3 va u nf x 104 ll  Tuy nhiên số lượng UE lớn 1.3 x 104 giao thức DACB cho m oi thấy ưu điểm với số lần truy cập lại xác suất bị lỗi thấp giao z at nh thức SUCRe, điều phù hợp với kịch mạng đông đúc Kết luận: z gm @  Đề xuất DACB nâng cao hiệu giải va chạm giao thức DACB trường hợp mạng đông đúc (tập UE lớn) phương diện số m co l lần truy cập lại  Tuy nhiên xác suất DACB có xu hướng giảm không giảm an Lu mạnh SUCRe n va ac th si 41 3.4 Tóm tắt chương Chương trình bày đề xuất giao thức - giao thức DACB (Different Access Class Barring or Adaptive Access Class Barring) với cải tiến nhỏ từ giao thức SUCRe ACBPC nhằm khắc phục hạn chế hai giao thức Giao thức DACB bao gồm bước tóm lược sau: Bước 1: Mỗi UE muốn hoạt động chọn ngẫu nhiên pilot tập hợp pilot có sẵn Trong trường hợp UE chọn chung pilot va chạm xảy sau BS ước tính tổng độ lợi kênh UE; Bước 2: BS phản hồi cách gửi tín hiệu mã trước từ ước tính lu tổng độ lợi kênh, mặt khác tín hiệu định hướng theo khơng gian phía an va UE Tín hiệu đường xuống phát từ BS đặc trưng hệ số mảng M khác n UE Khi hệ số mảng M lớn, cho phép UE ước tính tỷ số độ gh tn to lợi kênh với tổng độ lợi UE; Bước 3: Mỗi UE gieo số ngẫu nhiên gọi r với ∈ [0; 1] Việc ie p định UE giành quyền phát lại pilot thỏa mãn điều kiện sau: Nếu > UE không phát lại pilot mà quay lại oa nl w UE phát lại pilot, < truy cập lại từ đầu; d va nguyên an lu Bước 4: UE phát lại pilot BS phát cấp phát tài ll u nf Giao thức DACB ln có xác suất giải va chạm cao giao thức oi m ACBPC dù số lượng thiết bị yêu cầu truy cập nhỏ hay lớn Mặt khác, giao thức DACB có xác suất giải va chạm thấp giao thức SUCRe số lượng thiết z at nh bị va chạm nhỏ 50 lớn SUCRe số lượng thiết bị va chạm z lớn 50 Ngoài ra, xác suất DACB khơng có xu hướng giảm m co l gm @ SUCRe số lượng thiết bị lớn an Lu n va ac th si 42 KẾT LUẬN Giao thức SUCRe giới thiệu năm 2017 đánh giá giao thức truy cập ngẫu nhiên hiệu cho mạng thiết bị đơng đúc (mMTC, 104 thiết bị/km2) Tuy nhiên biết giao thức truy cập ngẫu nhiên không công UE Các UE gần BS có lợi cạnh tranh Đồng thời giao thức SUCRe tỏ hiệu trường hợp mạng đông đúc (105 thiết bị/km2) Giao thức ACBPC giới thiệu gần (2020) trình bày lu an luận văn ngược lại đảm bảo hiệu suất truy cập ngẫu nhiên bình đẳng n va cho UE tế bào, tức không phụ thuộc vào khoảng cách tn to chúng đến BS Ngồi ra, ACBPC cịn mang lại xác suất giải va chạm ổn định gh kịch đông đúc so với giao thức SUCRe, khả giải va p ie chạm tốt giao thức SUCRe với số lượng lớn đối thủ cạnh tranh tiêu tốn w lượng nhờ hiệu kết nối cao hơn, nhiên xác suất truy cập thành d cao oa nl công giao thức ABCPC xấp xỉ 36,78 % nên hiệu đạt chưa an lu Luận văn đề xuất giao thức giao thức DACB phát u nf va triển kết hợp từ ACBPC SUCRe Giao thức có tính linh hoạt nhằm mang lại hiệu giải va chạm tốt ACBPC đồng thời lại công SUCRe ll oi m Ngoài giao thức DACB giữ tính ổn định SUCRe mạng trở nên đông đúc z at nh đông đúc Mặc dù DACB tỏ hiệu SUCRe mạng không z Hướng nghiên cứu tiếp tục tương lai xây dựng giao thức kết hợp @ gm ưu điểm SUCRe DACB Nghĩa trạm sở phải phát l số k UE chọn chung pilot pha (mà không dùng phương m co pháp phát với công suất đảo ngược hệ số kênh) Nếu số k báo xuống UE an Lu vượt giá trị ngưỡng (mạng đông đúc), UE tự biết chuyển sang giao thức DACB Nếu số k nhỏ giá trị ngưỡng UE xử lý theo giao thức SUCRe n va ac th si 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Agarwal, “Arun.Evolution of Mobile Communication Technology towards 5G Networks and Challenges”, Science and Education Publishing, 2019 [2] A Laya, L Alonso and J Alonso-Zarate, "Is the Random Access Channel of LTE and LTE-A Suitable for M2M Communications? A Survey of Alternatives", IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 16, no 1, 2014, pp 4-16 [3] E Bj ăornson, E de Carvalho, J H Sứrensen, E G Larsson, and P Popovski, lu an (2017), “A Random Access Protocol for Pilot Allocation in Crowded Massive n va MIMO Systems,” IEEE Trans on Wirel Comm., vol 16, no 4, pp 2220-2234, tn to April 2017 [4] E Bjornson, E G Larsson, and T L Marzetta, "Massive MIMO: Ten myths and E De Carvalho, E Bjornson, J H Sorensen, P P opovski and E G Larsson, w [5] p ie gh one critical question" IEEE Commun, vol 54, no 2, pp 114-123, Feb 2016 oa nl “Random Access Protocols for Massive MIMO”, IEEE Communications Magazine, vol 55, no 5, 2017, pp 216-222 d an lu [6] M Hasan, E Hossain, and D Niyato, “Random access for machine-to-machine u nf va communication in LTE-advanced networks: Issues and approaches,” IEEE Commun Mag., vol 51, no 6, pp 86-93, 2013 ll oi m [7] N K Pratas, H Thomsen, C Stefanovic, and P Popovski, “Codeexpanded z at nh random access for machine-type communications,” in IEEE Globecom Workshops, 2012, pp 1681-1686 Itu.int, “Possible network parameters on IMT-2020/5G transport network”, z [8] @ 2017 https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/20171016/ l gm Documents/Yoshikane.pdf m co [9] J Jose, A Ashikhmin, T L Marzetta, and S Vishwanath, “Pilot contamination and precoding in multi-cell TDD systems,” IEEE Trans Commun., vol 10, no an Lu 8, pp 2640-2651, 2011 n va ac th si 44 [10] Jos´e Carlos Marinello, Taufik Abr˜ao, Richard Demo Souza, Elisabeth de Carvalho, Petar Popovski, (2019), “Achieving Fair Random Access Performance in Massive MIMO Crowded Machine-Type Networks,” IEEE Wireless Communication Letters, PP(99):1-1 [11] Jovovic, Ivan & Forenbacher, Ivan & Periša, Marko, “Massive Machine-Type Communications”, An Overview and Perspectives Towards 5G, 2015 [12] Suyang Duan, Vahid Shah-Mansouri, Zehua Wang, and Vincent Wong, (2016), “D-ACB: Adaptive Congestion Control Algorithm for Bursty M2M Traffic in LTE Networks,” IEEE Transactions on Vehicular Technology lu an [13] T L Marzetta, “Noncooperative cellular wireless with unlimited numbers of n va base station antennas,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 9, no 11, pp [14] Ha TH, Duong CH, Vu TA, Thang VX, Hung HG, “A Random Access Protocol for Massive MIMO:The Adaptive ACB based Collision Resolution” p ie gh tn to 3590-3600, 2010 d oa nl w Conference of NICS 2021, Hanoi 21-22/12/2021 at Le Qui Don University ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si