Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng lte

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Học viên: VŨ TIẾN LẬP Ngƣời HD khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH THÁI NGUYÊN - 2013 Số hóa Trung tâm Học liệu Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://lrc.tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc - LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Ngày tháng năm sinh Nơi sinh Nơi công tác Cơ sở đào tạo Chuyên ngành Khóa học : : : : : : : Vũ Tiến Lập Ngày 15 tháng 11 năm 1982 Nam Định Trƣờng Đại Học SPKT Nam Định Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Kỹ thuật điện tử K13 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh Trƣờng Đại học Bách Khoa – Hà Nội Ngày giao đề tài: / / Ngày hoàn thành: ./ / GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh BAN GIÁM HIỆU Vũ Tiến Lập KHOA SAU ĐẠI HỌC Soá hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Vũ Tiến Lập Học viên lớp Cao học khoá 13- Kỹ thuật điện tử - Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên Xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mang LTE” thầy giáo PGS TS Nguyễn Hữu Thanh hƣớng dẫn cơng trình tổng hợp nghiên cứu riêng tơi Tất nội dung luận văn nhƣ đề cƣơng yêu cầu thầy giáo hƣớng dẫn Các tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Nam Định, ngày tháng năm 2013 Học viên Vũ Tiến Lập Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình học tập tốt nghiệp, tơi nhận đƣợc giúp đỡ tận tình thầy giáo môn Điện tử viễn thông - khoa Điện tử - trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đặc biệt muốn cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn thời gian thực đề tài, cảm ơn giúp đỡ gia đình, bạn bè đồng nghiệp thời gian qua Mặc dù cố gắng, xong điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô nhƣ bạn bè, đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE (Long term evolution) 1.1 Giới thiệu chƣơng 1.2 Giới thiệu công nghệ LTE [1], [2], [3], [4] 1.3 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax Tổng kết chƣơng: CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 10 2.1 Giới thiệu chƣơng 10 2.2 Kiến trúc mạng LTE [1], [3], [4] 10 2.2.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống 10 2.2.2 Thiết bị ngƣời dùng ( UE) 11 2.2.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 11 2.2.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 12 2.2.5 Cổng phục vụ ( S-GW) 14 2.2.6 Cổng mạng liệu gói( P-GW) 15 2.2.7 Chức sách tính cƣớc tài nguyên ( PCRF) 16 2.2.8 Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS) 17 2.2 Các giao diện giao thức kiến trúc hệ thống [1] 17 2.3 Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái [1], [3], [4] 21 2.4 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm [1], [4], [5] 22 2.5 Kiến trúc miền thời gian toàn phần(Overall time domai structure) 24 Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ iv 2.6 Hệ thống kênh truyền LTE [24] 26 2.6.1 Hệ thống kênh đƣờng xuống [24] 27 2.6.2 Hệ thống kênh đƣờng lên [24] 28 2.7 Các thủ tục lớp vật lý [1] 29 2.7.1 Thủ tục HARQ [1] 29 2.7.2 Ứng trƣớc định thời [1] 30 2.7.3 Điều khiển công suất [1] 31 2.7.4 Nhắn tin [1] 31 2.7.5 Thủ tục báo cáo phản hồi kênh [1] 32 2.7.6 Hoạt động chế độ bán song công [1] 32 2.7.7 Các lớp khả UE đặc điểm đƣợc hỗ trợ [1] 33 Tổng kết chƣơng: 34 CHƢƠNG III: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 35 3.1 Giới thiệu chƣơng 35 3.2 Kỹ thuật đa truy nhập cho đƣờng xuống OFDMA [1], [4], [5] 35 3.2.1 OFDM 35 3.2.2 Các tham số OFDMA [1] 37 3.2.3 Truyền dẫn liệu hƣớng xuống [1] 39 3.3 Kỹ thuật đa truy nhập cho đƣờng lên LTE SC-FDMA [1], [2], [3] 41 3.3.1 SC-FDMA 41 3.3.2 Các tham số SC-FDMA 43 3.3.3 Truyền dẫn liệu hƣớng lên 44 3.4 Truy nhập ngẫu nhiên 45 Tổng kết chƣơng 48 CHƢƠNG IV: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE 50 4.1 Giới thiệu chƣơng 50 4.2 Giới thiệu QoS [14] 50 4.3 Các thuộc tính QoS 56 Soá hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ v 4.4 Kiến trúc QoS 59 4.5 Cơ chế nâng cao đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng LTE [23] 61 4.5.1 Lập lịch quản lý tài nguyên vô tuyến môi trƣờng OFDMATDD 61 4.5.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến [23] 62 4.5.3 Cơ chế lập lịch [23] 72 4.5.4 Các yêu cầu lập lịch báo cáo trạng thái đệm 76 4.5.5 Các kỹ thuật lập lịch LTE [24] 78 4.6 Phân tích đánh giá kết mơ [11], [17], [18], [19], [23] 91 4.6.1 Giới thiệu chƣơng trình LTE System Level Simulation 92 4.6.2 Thiết lập mô 92 4.6.3 Đánh giá kết phân tích [11] 93 4.7 Thách thức chất lƣợng dịch vụ mạng LTE 112 4.8 Bảo mật dịch vụ mạng LTE 113 Tổng kết chƣơng 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 Số hóa Trung tâm Học lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3GPP Dự án đối tác hệ thứ ba ACK ACLR ACS ADSL Third Generation Partnership Project Analog Channel Filter Adjacent Channel Interference Rejection Acknowledgement Adjacent Channel Leakage Ratio Adjacent channel selectivity Asymmetric Digital Subscriber Line AM AMBR AMC ARQ AMPS AMD AMR Acknowledged Mode Aggregate Maximum Bit Rate Adaptive Modulation and Coding Automatic Repeat Request Advanced Mobile Phone Sytem Acknowledged Mode Data Adaptive Multi-Rate Sự báo nhận Tỉ lệ dò kênh lân cận Chọn lọc kênh lân cận Đƣờng dây thuê bao số không đối xứng Chế độ báo nhận Tốc độ bít tối đa cấp phát Mã hóa điều chế đáp ứng Giao thức tự động truyền lại Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Dữ liệu chế độ báo nhận Đa tốc độ thích ứng AMR-NB AMR-WB ARP ATB AMPS BCCH BCH BER BLER BPSK BS BSC BSR BTS BW CBR CCE CCCH CDD CDF CDM CDMA CIR CP CPICH CQI Adaptive Multi-Rate Narrowband Adaptive Multi-Rate Wideband Allocation Retention Priority Adaptive Transmission Bandwidth Advanced Mobile Phone Sytem Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit Error Rate Block Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Station Base Station Controller Buffer Status Report Base Transceiver Station Bandwidth Constant Bit Rate Control Channel Element Common Control Channel Cyclic Delay Diversity Cumulative Density Function Code Division Multiplexing Code Division Multiple Access Carrier to Interference Ratio Multiple Cyclic Prefix Common Pilot Channel Channel Quality Information Băng hẹp đa tốc độ thích ứng Băng rộng đa tốc độ thích ứng Ƣu tiên trì cấp phát Băng thơng truyền dẫn thích nghi Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Kênh điều khiển phát quảng bá Kênh phát quảng bá Tỉ lệ lỗi bít Tỉ lệ lỗi khối Khóa dịch pha nhị phân Trạm gốc Điều khiển trạm gốc Báo cáo tình trạng đệm Trạm thu phát gốc Dải thông Tốc độ bít khơng đổi Phần tử kênh điều khiển Kênh điều khiển chung Phân tập trễ vòng Chức mật độ tích lũy Ghép kênh phân chia theo mã Đa truy nhập phân chia theo mã Tỷ số sóng mang tập âm Tiền tố vòng Kênh điều khiển chung Thơng tin chất lƣợng kênh ACF ACIR Số hóa Trung tâm Học liệu Bộ lọc kênh tƣơng tự Loại bỏ nhiễu kênh lân cận http://lrc.tnu.edu.vn/ vii Phép biến đổi Fourier rời rạc Đƣờng xuống NodeB nâng cao Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn cầu phát triển Song cơng phân chia tần số Ghép kênh phân chia tần số Hệ thống chuyển mạch gói phát triển Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân tần số Global System for Mobile Thông tin di động thếhệthứ Communication hai GPRS Tunneling Protocol Giao thức đƣờng hầm GPRS Hybrid Automatic Repeat Request Giao thức tự động truyền lại ghép lai High Speed Downlink Packet Truy cập gói tốc độ cao đƣờng Access xuống High Speed Packet Access Truy cập gói tốc độ cao High Speed Uplink Packet Access Truy cập gói tốc độ cao đƣờng lên Internet Protocol Giao thức Internet Inter-Symbol Interference Xuyên nhiễu symbol Long Term Evolution Cải tiến dài hạn Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập Modulation and Coding Scheme Kỹ thuật mã hóa điều chế Multimedia Broadcast Multicast Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa System phƣơng tiện Multiple Input Multiple Output Kỹ thuật anten đa thu đa phát Mobile Station Thiết bị đầu cuối Mobility Management Entity Phần tử quản lý tính di động Peak to Average Power Ratio Hệ số công suất đỉnh trung bình Proportional Fair Thuật tốn cơng tƣơng xứng Policy and Charging Resource Chức tính cƣớc tài nguyên Function sách Physical Resource Block Khối tài nguyên vật lý Power Control Điều khiển công suất Primary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp Channel Packet Data Network Gateway Cổng mạng liệu gói Physical Control Format Kênh thị dạng điều khiển vật lý Indicator Channel Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ liệu gói Packet Data Network Mạng liệu gói Proxy Mobile IP IP di động ủy nhiệm Physical Layer Lớp vật lý Phase Noise Tiếng ồn pha DFT Discrete Fourier Transform DL Downlink NodeB enhanced Node B E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access FDD Frequency Division Duplex FDM Frequency Division Multiplexing EPS Evolved Packet System FFT FDMA GSM GTP HARQ HSDPA HSPA HSUPA IP ISI LTE MAC MCS MBMS MIMO MS MME PAPR PF PCRF PRB PC PCCPCH P-GW PCFICH PDCP PDN PMIP PHY PN Soá hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ viii PRACH PRB PS PUCCH PUSCH QAM QoS QPSK OFDM OFDMA RAN RB RLC RNC RR RRC RTP SAE SCFDMA SINR SNR SISO S-GW TB TDD TTI UE UDP UL UMTS UTRAN WCDMA Physical Random Access Channel Physical Resource Block Packet Switched Physical Uplink Control Channel Physical Uplink Shared Channel Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Orthogona Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Radio Access Network Resource Block Radio Link Protocol Radio Network Controller Round Robin Radio Resource Control Real-time Transport Protocol System Architecture Evolution Single Carrier Frequency Division Multiple Access Signal to Interference Noise Ratio Signal to Noise Ratio Single Input Single Output Serving Gateway Transport Block Time Division Duplex Transmission Time Interval User Equipment Unit Data Protocol Uplink Universal Mobile Telecommunications System UMTS Terrestrial Radio Access Network Wideband Code Division Multiple Access Số hóa Trung tâm Học liệu Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý Khối tài nguyên vật lý Chuyển mạch gói Kênh điều khiển hƣớng lên vật lý Kênh chia sẻ hƣớng lên vật lý Điều chế QAM Chất lƣợng dịch vụ Điều chế QPSK Ghép kênh phân tần sốtrực giao Đa truy cập phân chia tần số trực giao Mạng truy cập vô tuyến Khối tài nguyên Giao thức liên kết vơ tuyến Điều khiển mạng vơ tuyến Thuật tốn Round Robin Điều khiển tài nguyên vô tuyến Giao thức truyền thời gian thực Hệ thống mạng lõi LTE Đa truy cập phân tần số đơn sóng mang Tỉ lệ tín hiệu xuyên nhiễu Tỉ lệ tín hiệu nhiễu Kỹ thuật anten thu phát Cổng phục vụ Khối vận chuyển Ghép phân thời gian Khoảng thời gian truyền Thiết bịngƣời dùng Giao thức đơn vị liệu Đƣờng lên Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Hệ thống truy cập vô tuyến UMTS Đa truy cập phân chia mã băng rộng http://lrc.tnu.edu.vn/ 106 Hình 4.31 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng Hình 4.31 cho thấy thông lƣợng hệ thống công nghệ MIMO (2x2) so với SNR Chúng ta thấy thông lƣợng di động khác ngƣời sử dụng (10 ngƣời, 25 ngƣời, 50 ngƣời 100 ngƣời sử dụng) tăng với SNR Thông lƣợng di động tối đa 70 Mb / s Kịch 6: Trƣờng hợp 1: Ngƣời xe A, CQI, SISO nhiều ngƣời dùng nhiều ngƣời sử dụng đƣợc mô SNR so với thông lƣợng cho khác ngƣời sử dụng đƣợc vẽ Đây hệ thống SISO đƣợc xem xét Các thuật tốn lập lịch trình Best CQI Chiều dài mô đƣợc thiết lập để 100 TTI, băng thơng 20 MHz, mơ hình kênh đƣợc sử dụng ngƣời xe A Throughput [Mb/s] Cell throughput, Best CQI, B=20MHz, 100 TTI, VehA, SISO Số hóa Trung tâm Học liệu SNR [dB] http://lrc.tnu.edu.vn/ 107 Hình 4.32 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng Hình 4.32 mô tả SNR so với thông lƣợng cho hệ thống SISO Các thuật tốn lập lịch trình Best CQI Một lần thấy thông lƣợng tăng so với SNR đạt đƣợc thông lƣợng di động tối đa gần 45MB / s Trƣờng hợp 2: Một ngƣời xe A, Thuật toán Best CQI MIMO (2x2) Trong kịch nhiều ngƣời dùng đƣợc mô giá trị SNR so với thông lƣợng cho khác ngƣời sử dụng đƣợc vẽ Chúng ta coi hệ thống MIMO (2x2) Các thuật tốn lập lịch Best CQI Chiều dài mơ đƣợc thiết lập để 100 TTI, băng thông 20 MHz, mơ hình kênh đƣợc sử dụng ngƣời xe A Biểu đồ mô tả SNR so với thông lƣợng cho hệ thống MIMO Các thuật tốn lập lịch trình Best CQI Có thể thấy thông lƣợng tăng so với SNR đạt đƣợc thơng lƣợng di động tối đa gần 75 Mb / s Thông lƣợng cao so với thơng lƣợng trƣờng hợp trƣớc hai lần Throughput [Mb/s] Cell throughput, Best CQI, B=20MHz, 100 TTI, VehA, MIMO[2x2] SNR [dB] Hình 4.33 SNR so với thông lƣợng cho nhiều ngƣời dùng Kịch Cell throughtput, Best CQI, B=20MHz, 100 TTI, VehA, SISO Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 108 Trƣờng hợp 1: Ngƣời xe A, Thuật toán Round Robin, SISO nhiều ngƣời sử dụng Kịch mô cho nhiều ngƣời dùng SNR so với thông lƣợng Thông lƣợng cho hệ thống SISO đƣợc xem xét Các thuật toán lập lịch Round Robin đƣợc thiết lập CQI Thời gian mô đƣợc thiết lập 100 TTI, băng thông 20 MHz, mơ hình kênh đƣợc sử dụng ngƣời xe cộ A Hình 4.34 mơ tả SNR so với thơng lƣợng cho hệ thống MIMO (2x2) Các thuật toán lập lịch Round Robin, đƣợc thiết lập CQI Chúng ta quan sát thấy thơng lƣợng cho khác ngƣời sử dụng (10 ngƣời, 25 ngƣời, 50 ngƣời 100 ngƣời sử dụng) gần nhƣ giống 100 RBS băng thơng 100 MHz có 10 ngƣời, ngƣời dùng đƣợc dự kiến gấp 10 lần vòng Cho 20 ngƣời dùng, ngƣời dùng đƣợc xếp lần vịng Cho 50 ngƣời dùng, ngƣời dùng đƣợc xếp lần Cho 100 ngƣời sử dụng, ngƣời dùng đƣợc xếp thời gian Thơng lƣợng di động tối đa 12 Mb/ s Throughtpu [Mb/s] Cell throughput, VehA, Round Robin,CQI=7, 100 TTI , B=20MHz, SISO SNR [dB] Hình 4.34 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng Trƣờng hợp 2: Ngƣời xe A, thuật tốn Round Robin (CQI = 7) cơng nghệ MIMO (2x2) nhiều ngƣời sử dụng Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 109 Một lần nhiều ngƣời dùng minh họa Thông lƣợng cho hệ thống MIMO (2x2) xem xét Các thuật toán lập lịch trình Round Robin CQI đƣợc thiết lập Hơn giả định điều kiện kênh hồn hảo Thời gian mơ đƣợc thiết lập 100 TTI, độ rộng băng tần 20 MHz, mơ hình kênh sử dụng ngƣời xe A Hình 4.35 cho thấy thơng lƣợng hệ thống MIMO (2x2) so với SNR Các thuật toán lập kế hoạch Round Robin CQI đƣợc thiết lập Một lần nữa, lịch trình Round Robin mô LTE luôn mô với giá trị CQI thiết lập file LTE_sim_batch.mas cqi_i Do thiết lập cqi_i đến Rõ ràng thông lƣợng di động cho thiết lập khác ngƣời sử dụng (10 ngƣời, 25users, 50 ngƣời 100 ngƣời sử dụng) gần nhƣ giống Thông lƣợng di động tối đa 22 Mb / s cao trƣờng hợp trƣớc hai lần Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 110 Throughpu[Mb/s] Cell throughput, VehA, Round Robin,CQI=7, 100TTI , B=20MHz, MIMO (2x2) SNR[dB] Hình 4.35 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng Kịch Trƣờng hợp 1: Ngƣời xe cộ A, thuật toán lập lịch trình mới, SISO nhiều ngƣời sử dụng Ở minh họa nhiều ngƣời sử dụng Thông lƣợng cho hệ thống SISO đƣợc xét Các thuật toán lập lịch lập lịch đề xuất Thời gian mô đƣợc thiết lập 100 TTI, băng thông 20 MHz, mơ hình kênh đƣợc sử dụng ngƣời xe A Hình 4.36 cho thấy SNR so với thông lƣợng hệ thống SISO Thông lƣợng di động tối đa 36 Mb/s Throughput [Mb/s] Cell throughput, VehA, New Scheduling and SISO SNR[dB] Hình 4.36 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 111 Trƣờng hợp 2: Ngƣời xe A, Lập kế hoạch mới, công nghệ MIMO (2x2) nhiều ngƣời sử dụng Nhiều ngƣời sử dụng đƣợc mô Thông lƣợng cho hệ thống MIMO (2x2) đƣợc xem xét Các thuật tốn lập lịch trình thuật tốn lập lịch trình đề xuất Thời gian mơ đƣợc thiết lập để 100 TTI, băng thông 20 MHz, mơ hình kênh đƣợc sử dụng xe cộ A Hình 4.37 cho thấy hệ thống thông lƣợng công nghệ MIMO (2x2) so với SNR Các thông lƣợng tăng so với SNR Thông lƣợng di động tối đa cao trƣờng hợp SISO 70 Mb/s gần lần Throughpu[Mb/s] Cell throughput, VehA, New Scheduling, MIMO (2x2) SNR[dB] Hình 4.37 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng Trƣờng hợp 3: (Ngƣời B, SISO, MIMO (2x2), Best CQI, thuật toán lập lịch trình thuật tốn lập lịch Round Robin Hình 4.38 hiển thị thơng lƣợng cho chƣơng trình lập lịch khác Hơn hệ thống SISO MIMO đƣợc xem xét Tổng số ngƣời sử dụng cố định 100 Đây loại kênh dành cho ngƣời B TTI cố định đến 100 Chúng ta so sánh thông lƣợng di động cho thuật tốn lập lịch khác là: Best CQI, lập kế hoạch đƣợc đề xuất lập lịch Round Robin Chúng ta quan sát thấy thơng lƣợng di động lập lịch trình Best CQI cao ví dụ Thơng lƣợng thuật tốn lập lịch trình đƣợc đề xuất cao so với thông lƣợng Round Robin Hơn nữa, rõ ràng hệ thống MIMO làm tăng thơng lƣợng Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 112 Throughpu[Mb/s] Cell throughput, PedB, Best CQI, RR(7), New Scheduling SNR[dB] Hình 4.38 SNR so với thơng lƣợng cho nhiều ngƣời dùng * Tổng hợp kết Qua phân tích số liệu thông lƣợng SNR cell UE theo thuật toán khác nhau, việc đảm bảo độ công kết hợp giảm thiểu lỗi gói thuộc kỹ thuật Maxmin PF, cịn RR đảm bảo công đơn thời gian truy nhập UE nhƣng không quan tâm lỗi BLER Về thơng lƣợng Max Throughput Best CQI cao nhất, cell nhƣ UE, nhƣng khơng có độ cơng UE Vì thế, qua đánh giá kỹ thuật lập lịch, xếp hạng thuật tốn nhƣ sau: Về thơng lƣợng: Best CQI, Max Throughput, PF, Maxmin, RoundRobin Về độ công bằng: Maxmin, PF, Round Robin, Max Throughput, Best CQI Tổng hợp thông số công bằng, thông lƣợng BLER: PF, Maxmin, Best CQI, Max Throughput, Round Robin 4.7 Thách thức chất lƣợng dịch vụ mạng LTE Trong mạng vô tuyến, chất lƣợng dịch vụ đƣợc dựa đo lƣờng hiệu hệ thống đƣợc phản ánh từ chất lƣợng truyền dẫn tới dịch vụ có (ví dụ 4G LTE u cầu độ tin cậy đạt tới 99,99%) QoS mạng LTE phải đối mặt với nhiều khó khăn Khi xem xét QoS phải quan tâm tới nhiều yếu tố mạng Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 113 LTE nhƣ: đặc tính kênh tốc độ biến thiên, ấn định băng tần, mức độ dung sai lỗi hỗ trợ chuyển giao mạng vô tuyến khác nhau,… Hỗ trợ QoS xuất đóng gói, truyền dẫn, định tuyến cấp độ mạng QoS khác cấp độ hoạt động khác Các đặc tính kênh tốc độ thích ứng cho ứng dụng thực tế LTE có độ rộng băng yêu cầu truyền dẫn khác Theo yêu cầu cung cấp mạng vững cho truy nhập tới ứng dụng 4G hỗ trợ đề cập phía trên, mạng LTE phải đƣợc thiết kế hai phƣong diện mềm dẻo quy mô Các tính chât kênh tốc độ thay đổi phải đƣợc xem xét hiệu ngƣời sử dụng yêu cầu đảm bảo quản lý mạng hiệu Phổ tài nguyên hữu hạn Trong hệ thống vô tuyến cấp phép tần sốvà quản lý phổ hiệu vấn đề mấu chốt Với hệ thống LTE, ấn định độ rộng băng tần quan tâm lớn Sự quan tâm khác đồng hợp tác kỹ thuật báo hiệu đƣợc định hƣớng sử dụng LTE (ví dụ 3xRTT, W-CDMA) So sánh với mạng 2G 2.5G tại, LTE có nhiều khả khắc phục lối nhƣ chấp nhận hay loại trừ mạng cố, vùng phủ kém, rớt gọi Kỹ thuật tiền 4G hứa hẹn cải thiện QoS nhờ sử dụng kỹ thuât chuẩn đốn cơng cụ báo hiệu Tiền 4G hỗ trợ tốt roaming chuyển giao mạng khác LTE chí hỗ trợ roaming mạng có cơng nghệ khác nhờ sử dụng kỹ thuật báo hiệu LAS-CDMA Một giải pháp khác vô tuyến định nghĩa phần mềm hỗ trợ roaming mạng áp dụng công nghệ khác Phần lớn thách thức QoS tiền 4G đƣợc nghiên cứu giải pháp đƣợc phát triển Các nhà nghiên cứu tin tƣởng công nghệ tiền 4G tạo chất lƣợng dịch vụ hẳn mạng 2G 2.5G, 3G 4.8 Bảo mật dịch vụ mạng LTE Khách hàng/ th bao cần phải có tính riêng tƣ mạng dịch vụ đƣợc cung cấp, bao gồm việc tính cƣớc Thêm vào đó, họ u cầu dịch vụ phải có tính sẵn sàng cao, cạnh tranh lành mạnh bảo đảm riêng tƣ họ + Các nhà vận hành mạng, nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp truy nhập cần phải bảo mật để bảo vệ hoạt động, vận hành kinh doanh họ, đồng thời giúp họ phục vụ tốt khách hàng nhƣ cộng đồng Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 114 + Các quốc gia khác yêu cầu địi hỏi tính bảo mật cách đƣa hƣớng dẫn tạo luật để đảm bảo tính sẵn sàng dịch vụ, cạnh tranh lành mạnh tính riêng tƣ + Sự gia tăng rủi ro thay đổi toàn quy định môi trƣờng kỹ thuật nhấn mạnh cần thiết ngày gia tăng tính bảo mật mạng Các vấn đề cần bảo mật Các vấn đề đƣợc thực dạng cấu hình LTE tiền 4G, bao gồm dạng truyền dẫn khác xử lý nguy sau đây: + Từ chối dịch vụ: Nguy công vào thành phần mạng truyền dẫn cách liên tục đƣa dồn dập liệu làm cho khách hàng khác sử dụng tài nguyên mạng + Nghe trộm: Nguy ảnh hƣởng đến tính riêng tƣ nói chuyện cách chặn đƣờng dây ngƣời gửi ngƣời nhận + Giả dạng: Thủ phạm sử dụng mặt nạ để tạo đặc tính giả Ví dụ thu đƣợc đặc tính giả cách theo dõi mật mã ID khách hàng, cách thao tác khởi tạo tin nhắn hay thao tác địa vào/ra mạng + Truy nhập trái phép: Truy nhập vào thực thể mạng phải đƣợc hạn chế phù hợp với sách bảo mật Nếu kẻ công truy nhập trái phép vào thực thể mạng dạng cơng khác nhƣ từ chối dịch vụ, nghe trộm hay giả dạng xảy Truy nhập trái phép kết nguy kể + Sửa đổi thông tin: Trong trƣờng hợp này, liệu bị phá hỏng hay làm cho sử dụng đƣợc thao tác hacker Một hậu hành động khách hàng hợp pháp không truy xuất vào tài nguyên mạng đƣợc + Từ chối khách hàng: Một hay nhiều khách hàng mạng bị từ chối tham gia vào phần hay toàn mạng với khách hàng/ dịch vụ/server khác Phƣơng pháp cơng tác động lên đƣờng truyền, truy nhập liệu hay sửa đổi liệu Mã hóa trƣờng hợp cần lƣu ý hệ thống vận hành thành phần mạng LTE cần phải bảo vệ cấu hình nhƣ biện pháp đối phó bản: − Tất thành phần không quan trọng (chẳng hạn nhƣ cổng TCP/UDP) phải tình trạng thụ động Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 115 − Các đặc tính truy nhập từ xa cho truy nhập truy nhập phải thụ động Nếu đặc tính đƣợc đăng nhập, tất hoạt động cần đƣợc kiểm tra − Bảng điều khiển dịch vụ để điều khiển tất đặc tính vận hành hệ thống cần đƣợc bảo vệ Tất hệ thống vận hành có vài đặc tính đặc biệt để bảo vệ bảng điều khiển − Hệ thống hoàn chỉnh đăng nhập kiểm tra Các log file cần phải đƣợc giám sát thƣờng xuyên Thêm vào đó, cần phải nhấn mạnh mạng tự phải có cách bảo vệ cấu hình Ví dụ nhƣ nhà vận hành phải thực công việc sau: Tổng kết chương Chƣơng nhìn tổng quan QoS, tham số, tiêu, kiến trúc QoS Nghiên cứu chế bảo bảo chất lƣợng dịch vụ QoS Tìm hiểu chế quản lý tài ngun vơ tuyến, chế lập lịch kỹ thuật lập lịch mạng LTE từ phân tích đánh giá q trình mơ thuật tốn lập lịch Kết mô kiểm nghiệm đƣợc nhận định ban đầu từ phần lý thuyết Nhƣ thuật tốn đảm bảo đƣợc tiêu chí mà hƣớng tới Mặc dù thông số đánh giá chƣa bao quát hết nhƣng phạm vi luận văn này, có đủ yếu tố để nhận xét ảnh hƣởng thuật toán thống LTE Nếu hệ thống cần thơng lƣợng lớn nên chọn Best CQI, PF, Max Throughput Nếu hệ thống cần độ công nên chọn Maxmin, PF, Round Robin Nếu chọn thuật tốn đảm bảo vừa thơng lƣợng hiệu vừa độ cơng ta nên chọn PF, Maxmin Khi thiết kế hệ thống mạng di động, dựa vào số liệu thực tế mạng lƣới nhƣ số thuê bao, vùng phủ sóng, lƣu lƣợng truy cập thuê bao yêu cầu cần đạt đến chất lƣợng dịch vụ mạng nhằm đáp ứng dịch vụtốt cho khách hàng, việc chọn lựa thuật toán lập lịch cho eNodeB đƣợc tiến hành Việc lựa chọn cho tồn mạng mang tính cục bộ, theo vị trí địa lý nhƣ thành thị, nơng thôn, khu dân cƣ đông đúc, khu cao ốc văn phịng, nơi có u cầu khác Nhƣ luận văn trình bày xong chƣơng chƣơng nói QoS kiểm nghiệm kết nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật lập lịch LTE Trong nội dung chƣơng này, luận văn trình bày đƣợc kết mơ cần thiết phân Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 116 tích số liệu để đề xuất thuật toán lập lịch phù hợp Tiếp theo luận văn trình bày phần kết luận hƣớng phát triển, phần kết luận cụ thể Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Công nghệ LTE, đƣợc hiểu công nghệ di động hệ thứ 4, đƣợc triển khai vài nƣớc giới có lẽ lựa chọn mạng Việt Nam, Mặc dù chƣa đƣợc thƣơng mại hóa nhiều nhƣng LTE hứa hẹn làm ngƣời dùng hài lịng vƣợt trội cơng nghệ so với hệ thứ Trong luận văn đƣợc trình bày tổng quan QoS LTE UMTS LTE dự kiến hỗ trợ tốc độ liệu đỉnh cao (100Mb/s đƣờng xuống 50 Mb/s đƣờng lên), để nâng cao lực hệ thống phạm vi bảo hiểm Nó hỗ trợ hiệu truyền liệu gói Kỹ thuật OFDM đƣợc áp dụng nhƣ chƣơng trình truyền đƣờng xuống LTE LTE tƣơng lai điện thoại di động băng thông rộng Dự kiến năm 2014, 80% ngƣời sử dụng băng thông rộng đƣợc thuê bao băng rộng di động họ đƣợc phục vụ HSPA LTE Tôi nghiên cứu chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ thuật toán lập lịch đƣờng xuống LTE Lập lịch yếu tố quan trọng việc đảm bảo chất lƣợn dịch vụ mạng Việc quản lý tài nguyên vô tuyến mọt vấn đề đáng quan tâm Nó gán khối tài nguyên cho ngƣời sử dụng khác Tôi làm việc hai thuật tốn lập lịch trình: Best CQI Round Robin Tơi điều tra tác động chƣơng trình lập lịch thông lƣợng công Lập kế hoạch Best CQI nhằm tối đa hóa thơng lƣợng cách lên lịch cho ngƣời dùng với chất lƣợng kênh tốt lập lịch Round Robin công thiết bị đầu cuối nhƣ Các thuật tốn lập lịch trình đƣợc thực MATLAB dựa liên kết Link Level Simulator of the Vienna University Chúng ta thấy thơng lƣợng việc lập kế hoạch Best CQI cao Các thuật tốn lập lịch trình có hiệu suất thơng lƣợng tốt so với thuật tốn Round Robin Hơn thuật tốn lập lịch trình công so với Best CQI Việc áp dụng kỹ thuật lập lịch hệ thống di động LTE cần nhiều thơng tin để ứng dụng kỹ thuật lập lịch cho LTE nhƣ lƣu lƣợng tại, lƣu lƣợng tƣơng lai, bố trí mạng lƣới, vị trí địa lý, đặc điểm thói quen truy cập khách hàng, khả đƣờng truyền, khả xử lý eNodeB…Rất nhiều yếu tố đƣợc liệt kê cho thấy việc áp dụng kỹ thuật lập lịch quan trọng, ảnh hƣởng nhiều đến hệ thống di động nhƣ LTE ngƣời dùng Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 118 Hƣớng phát triển: Nhiều nghiên cứu đƣợc thực lập lịch đƣờng xuống LTE lĩnh vực thú vị Bƣớc việc tìm kiếm thoả hiệp thơng lƣợng tính cơng thuật tốn lập lịch trình đề xuất Cơng việc tƣơng lai đƣợc thực theo thứ tự để tối ƣu hóa thơng lƣợng thuật tốn lập lịch trình đề xuất Tùy thuộc vào mục tiêu thuật toán lập lịch trình muốn thiết kế, chọn để cải thiện thơng lƣợng, cơng hai Nếu muốn ủng hộ thơng lƣợng cải thiện việc lập kế hoạch Best CQI thuật toán lập lịch trình Nhƣng chúng tơi ủng hộ cơng bằng, cải thiện thuật tốn lập lịch trình lập lịch Round Robin Cơng nghệ MIMO công nghệ để tăng thông lƣợng Kỹ thuật tiên tiến phức tạp đƣợc thiết kế với mục tiêu tƣơng tự Một kỹ thuật bao gồm việc đặt chuyển tiếp trạm gốc trạm di động Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Harri Holma, Antti Toskala (2009), LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access, John Wiley & Sons Ltd [2] Agilent Technologies (2009), 3GPP Long Term Evolution: System Overview, Product Development,and Test Challenges [3] Farooq Khan (2009), LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance, Cambridge University Press [4] C.Gessner (2008), UMTS Long Term Evolution (LTE) Technology Introduction, Rohde-Schwarz [5] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld, Per Beming (2007), 3G EVOLUTION: HSPA and LTE FOR for mobile broadband, Academic Press [6] Erik Eriksson (2008), Channel Quality Information Reporting and Channel Quality Dependent Scheduling in LTE [7] Kristoffer Roberg (2010), Simulation of scheduling algorithms for femtocells in an LTE environment [8] Albert Serra Pagès (2009), A Long Term Evolution Link Level Simulator, Universitat Politècnica de Catalunya [9] Roke (2009), LTE eNodeB MAC Scheduler Interface [10] Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for Multi-class Traffic in LTE [11] Tshiteya Dikamba (2011), Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution (LTE) March 18th 2011 [12] Raymond Kwan, Cyril Leung, and Jie Zhang (2010), Downlink Resource scheduling in an LTE System [13] Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for Multi-class Traffic in LTE [14] Karthik R.M., Nadeem Akhtar, CEWiT, QoS in LTE and 802.26 [15] R Ludwig, H Ekstrom, P Willars, and N Lundian, “An evolved 3GPP QoS concept,” in IEEE Vehicular Technology Conference, vol 1,May 2006, pp 388–392 [16] H Ekstrom, (2009), “QoS control in the 3GPP evolved packet systems,” IEEE Communications Magazine, vol 47, no 2, pp 76–83, February Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 120 [17] Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp(2011), Vienna LTE Simulators System Level Simulator Documentation v1.3r427, Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering, Vienna University of Technology, Austria [18] Stefan Schwarz, Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp (2009), Low Complexity Approximate Maximum Throughput Scheduling for LTE [19] Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp(2011), Simulators Link Level Simulator Documentation v1.6r917, Vienna LTE Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering, Vienna University of Technology, Austria [20] C Mehlfuhrer, M Wrulich, J.C Ikuno, D.Bosanska, and M Rupp, ''Simulating the long term evolution physical layer,'' in Proc of the 17th European Signal processing conference (EUSIPCO 2009), Glasgow, Scotland, Aug 2009 [21] [Online] Available: http://www.nt.tuwien.ac.at/ltesimulator/ [22] C Mehlfuhrer, M Wrulich, J.C Ikuno, D Bosanska, and M Rupp, August 2009''LTE Link Level Simulator Documentation'', [23] Nguyễn Hữu Thanh, (năm 2010), “Xây dựng chế cung cấp chất lƣợng dịch vụ QoS) mạng không dây băng thông rộng họ IEEE802, Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ nhiệm vụ khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc theo nghị định thƣ với nƣớc Khoa Điện tử - Viễn thông, ĐHBK Hà Nội, [24] Nguyễn Quốc Khánh, (2011)“ Nghiên cứu kỹ thuật lập lịch nâng cao chất lƣợng dịch vụ thông tin di động LTE ” , Đại học Đà Nẵng [25] C.Cicconetti, A.Erta, L.Lenzini and E.Mingozzi, (January 2007),“Performance Evaluation of the IEEE 802.26 MAC for QoS Support”, IEEE Transactions on Mobile Computing, vol.6, no.1, pp.26-38, [26] Y J Zhang and K B Letaief, (Sept 2004),“Multiuser Adaptive Subcarrier-andBit Allocation with Adaptive Cell Selection for OFDM Systems”, IEEE Transactions on Wireless Communications, Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/