Tìm hiểu phương pháp mô phỏng và ứng dụng

NGUYỄN ĐÌNH CHIẾN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THỐNG TIN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THƠNG TIN TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG NGUYỄN ĐÌNH CHIẾN 2006-2008 HÀ NỘI 10/2008 HÀ NỘI 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204818001000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG NGÀNH: CƠNG NGHỆ THƠNG TIN NGUYỄN ĐÌNH CHIẾN Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TRẦN ĐÌNH KHANG HÀ NỘI 11/2008 -i- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết Luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn PGS-TS Trần Đình Khanng Khoa Cơng nghệ thơng tin Trường Đại học Bách khoa Hà nội Các kết nêu Luận văn tốt nghiệp trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Nguyễn Đình Chiến TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG - ii - LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy giáo PGS TS Trần Đình Khang - Bộ mơn Hệ thống thơng tin - Khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Bách Khoa Hà Nội, người gợi ý đề tài luận văn tốt nghiệp hướng dẫn cách thực hiện, cách trình bày luận văn cho em tận tình suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy, Cô Khoa Công nghệ Thông tin truyền thụ kiến thức hướng dẫn cách thức nghiên cứu khoa học toàn thời gian học cao học, giúp em đạt kết hôm Tôi cảm ơn chân thành đến bạn lớp Cao học CNTT Khố 20062008 cộng tác giúp đỡ suốt thời gian học q trình làm luận văn Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên giúp đỡ suốt thời gian làm luận văn Hà nội, 11/2008 Nguyễn Đình Chiến TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG - iii - DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BPSK Binary Phase Shift Keying CDMA Code Division Multiple Access CSMA/CA CSMA with Collision Avoidance DFS Dynamic Frequency Selection EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution FBWA Fixed Broadband Wireless Access FSK Frequency Shift Keying GSM Global System for Mobile Communications IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers ISO International Organization for Standardization MAC Medium Access Control MAN Metropolitan Area Network MIMO Multiple-Input, Multiple-Output OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PHY Physical PSK Phase Shift Keying QAM Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WLAN Wireless Local Area Network WMAN Wireless Metropolitan Area Network TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG - iv - MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii TÓM TẮT LUẬN VĂN viii TÓM TẮT LUẬN VĂN viii LỜI NÓI ĐẦU ix Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 KHÁI NIỆM MƠ HÌNH 1.1.1 Mơ hình tốn học 1.1.2 Mơ hình hóa máy tính 1.1.3 Mơ hình hàng chờ 1.2 MÔ PHỎNG 11 1.2.1 Khái niệm 11 1.2.2 Mục đích mơ 13 1.2.3 Các bước mô 14 1.2.4 Lợi ích hạn chế 16 1.2.5 Các chức mô 17 1.2.6 Một số ứng dụng hệ thống mô 18 1.2.7 Các phương pháp mô 19 1.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG NGẪU NHIÊN 22 1.3.1 Đại lượng ngẫu nhiên 22 1.3.2 Phân phối xác suất đại lượng ngẫu nhiên: 23 1.3.3 Các tham số đặc trưng đại lượng ngẫu nhiên 24 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH SỐ NGẪU NHIÊN 29 2.1 MỘT SỐ HÀM MẬT ĐỘ PHÂN PHỐI 29 2.1.1 Biến ngẫu nhiên rời rạc 29 2.1.2 Biến ngẫu nhiên liên tục: 32 2.2 SINH SỐ NGẪU NHIÊN PHÂN PHỐI ĐỀU 33 2.3 SINH SỐ NGẪU NHIÊN KHÔNG ĐỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHỊCH ĐẢO 37 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH KHÔNG CHUẨN KHÁC 41 2.4.1 Kỹ thuật hợp thành 42 TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG -v- 2.4.2 Kỹ thuật chấp nhận/từ chối (acception/Rejection) 43 2.4.3 Kỹ thuật phân tích (Decomposition) 50 2.4.4 Phương pháp polar cho biến ngẫu nhiên chuẩn 51 2.5 CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN ĐƠN GIẢN 54 2.5.1 Ứng dụng trực tiếp biến ngẫu nhiên đơn giản 55 2.5.2 Sự xấp xỉ biến ngẫu nhiên đơn giản 60 Chương ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG DỰA TRÊN CÁC SỰ KIỆN RỜI RẠC TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG MẠNG KHÔNG DÂY WIMAX 62 3.1 MÔ PHỎNG DỰA TRÊN CÁC SỰ KIỆN RỜI RẠC 62 3.2 TỔNG QUAN VỀ WIMAX 65 3.2.1 Cấu trúc mạng Wimax 65 3.2.2 Điều chế phân chia tần số trực giao 67 3.2.3 Điều chế PSK, QAM 68 3.2.4 Mã hóa bảo mật 69 3.3 ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG MẠNG KHÔNG DÂY WIMAX 71 3.3.1 Mô hình SUI 71 3.3.2 Thực thi mơ hình SUI: 73 3.3.3 Thử nghiệm kết 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG - vi - DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1-1: Hệ thống hàng chờ tổng qt Hình 1-2: Các mơ hình hàng chờ 10 Hình 1-3: Quy trình xây dựng mơ 14 Hình 2-1: Ví dụ sinh số ngẫu nhiên đồng đẳng cộng 35 Hình 2-2: Sự bố trí lại sinh số ngẫu nhiên 36 Hình 2-3: Hàm mật độ tam giác lệch phải 38 Hình 2-4: Hàm mật độ lệch trái 40 Hình 2-5: Thuật tốn chấp nhận/loại trừ - trường hợp đặc biệt 44 Hình 2-6: Hàm mật độ tam giác lệch trái khoảng (0,1) 46 Hình 2-7: Thuật tốn chấp nhận/loại trừ thơng thường 47 Hình 2-8: Đường bao phân phối chuẩn với hàm mũ 49 Hình 2-10: Phân phối bán kính xác định phương pháp cực 55 Hình 2-11: Một hàm phân phối biến ngẫu nhiên đơn giản 55 Hình 2-12: Cập nhận cho cấp độ LRUSM 58 Hình 3-1 Hệ thống gồm hàng đợi thực thể phục vụ 63 Hình 3-2: Mơ hệ thống với trình tự thời gian tăng dần 64 Hình 3-3: Cấu trúc giao thức mạng WiMAX 65 Hình 3-6: Mật độ phổ lượng hệ thống đa sóng mang OFDM 67 Hình 3-7: Các vùng phủ sóng hệ thống Wimax 69 Hình 3-8: Sơ đồ mã hóa q trình truyền nhận 69 Hình 3-9: Truyền xen kẽ bit Wimax 70 Hình 3-10: Kết thử nghiệm với G = 1/16; SUI=3; BW =10MHz 77 Hình 3-11: Kết thử nghiệm với G = 1/32; SUI=6; BW =20MHz 79 TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG - vii - DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Sử dụng biến ngẫu nhiên đơn giản 57 Bảng 2.2: Sự xấp xỉ phân phối hình học 61 Bảng 3-1: Kiểu địa hình tương ứng với kênh SUI 71 Bảng 3-2: Những đặc điểm chung kênh SUI 72 Bảng 3-3: So sánh công suất kênh qua độ trễ phổ 72 Bảng 3-4: So sánh công suất kênh qua độ trễ phổ 73 Bảng 3-5: thừa số K kênh SUI vùng bao phủ 73 TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG - viii - TÓM TẮT LUẬN VĂN Nhằm mục đích nghiên cứu phương pháp mơ cơng nghệ mạng máy tính hỗ trợ cho cơng việc nghiên cứu, tác giả luận văn tìm hiểu kiến thức liên quan đưa luận văn với cấu trúc sau: Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trình bày vấn đề liên quan đến mô nhưnhững khái niệm mơ hình, mơ hình tốn học, mơ hình hố Tuy nhiên, mơ hình mơ tả cấu trúc hệ thống Do vậy, để hiểu rõ hoạt động hệ thống đó, chương giới thiệu mô đại lượng ngẫu nhiên – thành phần thiếu phương pháp mô Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH SỐ NGẪU NHIÊN Với mục đích cho người đọc dễ hiểu phương pháp sinh số ngẫu nhiên, phần mở đầu chương giới thiệu số phân phối xác suất thường gặp Nội dung phương pháp sinh trình bày mục Chương ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG DỰA TRÊN CÁC SỰ KIỆN RỜI RẠC TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG MẠNG KHƠNG DÂY WIMAX Trình bày ứng dụng phương pháp mô việc đánh giá chất lượng mạng di động không dây hệ Wimax Song, để hiểu mô hệ thống đó, cần hiểu vấn đề hệ thống Vì vậy, chương giới thiệu sơ lược hệ thống Wimax, sau ứng dụng vào mơ hình kênh truyền SUI để mơ đánh giá chất lượng hệ thống TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG