VÕ NGUYÊN SƠN Trang 3 LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu “KỸ THUẬT LƯU TRỮ VÀ TRUYỀNVIDEO TỐI ƯU TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG DÀY ĐẶC TỪ THIẾT BỊĐẾN THIẾT BỊ” mà tôi thực hiện là
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN TRẦN QUANG NHẬT KỸ THUẬT LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN VIDEO TỐI ƯU TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG DÀY ĐẶCTỪ THIẾT BỊ ĐẾN THIẾT BỊ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH ĐÀ NẴNG, NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN TRẦN QUANG NHẬT KỸ THUẬT LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN VIDEO TỐI ƯU TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG DÀY ĐẶC TỪ THIẾT BỊ ĐẾN THIẾT BỊ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 948.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS VÕ NGUYÊN SƠN ĐÀ NẴNG, NĂM 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu “KỸ THUẬT LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN VIDEO TỐI ƯU TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG DÀY ĐẶC TỪ THIẾT BỊ ĐẾN THIẾT BỊ” mà tôi thực hiện là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS Võ Nguyên Sơn Toàn bộ thông tin, cũng như các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đều đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định Nếu phát hiện bất cứ gian dối nào trong luận án, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và nhận mọi sự xử lý, kỷ luật từ nhà trường Tác giả luận án Trần Quang Nhật ii LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ này được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân và sự động viên giúp đỡ của người hướng dẫn khoa học, cũng như của đồng nghiệp Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Võ Nguyên Sơn, Viện Nghiên cứu Khoa học Cơ bản và Ứng dụng tại Tp HCM – Đại Học Duy Tân Thầy đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án tiến sĩ Tôi xin cám ơn đến PGS TS Nguyễn Gia Như, Trường Khoa Học Máy Tính - Đại Học Duy Tân, TP Đà Nẵng, thầy đã đồng hành với tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu Xin cảm ơn Đại học Duy Tân đã cho tôi môi trường học tập và nghiên cứu giúp tôi hoàn thành luận án tiến sĩ này, cũng như Đại học Văn Lang đã tạo điều kiện cho tôi có thời gian và điều kiện tốt nhất trong quá trình học tập và nghiên cứu Cuối cùng, tôi xin cám ơn gia đình đã hỗ trợ và đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận án trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các anh chị đồng nghiệp Tác giả Trần Quang Nhật iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .v DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ viii MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu .4 3 Nhiệm vụ nghiên cứu và kết quả đạt được 5 4 Bố cục luận án 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN VIDEO TRONG MẠNG D2D DÀY ĐẶC 8 1.1 GIỚI THIỆU MẠNG D2D DÀY ĐẶC 8 1.1.1 Mô hình, kỹ thuật và các ứng dụng của mạng D2D 8 1.1.2 Các thách thức của mạng D2D dày đặc 13 1.2 KỸ THUẬT LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN VIDEO TRONG MẠNG D2D DÀY ĐẶC 15 1.2.1 Kỹ thuật lưu trữ theo xác suất 16 1.2.2 Kỹ thuật lưu trữ theo vị trí xác định .16 1.2.3 Kỹ thuật kết hợp lưu trữ theo xác suất và theo vị trí xác định 17 1.3 KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG TRONG MẠNG D2D DÀY ĐẶC 17 1.3.1 Truyền inband 18 1.3.2 Truyền outband 18 1.3.3 Truyền điểm-điểm 19 1.3.4 Truyền điểm-đa điểm .20 1.3.5 Truyền đa chặng đa đường (MHMP D2D) .20 1.4 THUẬT GIẢI DI TRUYỀN CHO BÀI TOÁN LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN VIDEO TRONG MẠNG D2D DÀY ĐẶC 22 iv 1.4.1 Sơ lược về giải thuật di truyền .23 1.4.2 Yêu cầu bài toán lưu trữ và truyền video trong mạng D2D 25 1.4.3 Giải thuật di truyền cải tiến cho bài toán tối ưu biến thực và nhị phân 26 1.5 KẾT LUẬN 27 CHƯƠNG 2: TỐI ƯU CHIA SẺ PHỔ TẦN VÀ PHÂN BỔ CÔNG SUẤT TRUYỀN VIDEO ĐA CHẶNG ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG D2D DÀY ĐẶC CÓ LƯU TRỮ 28 2.1 GIỚI THIỆU 28 2.2 CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN 31 2.2.1 Các nghiên cứu về truyền thông D2D điểm – điểm .32 2.2.2 Các nghiên cứu về truyền thông D2D điểm – đa điểm 33 2.2.3 Các nghiên cứu về truyền thông MHMP D2D .35 2.3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG .36 2.4 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG 39 2.4.1 Dung lượng từ CU đến RU qua MHMP D2D 40 2.4.2 Dung lượng từ MBS đến RU 41 2.4.3 Dung lượng trung bình của hệ thống phân phối đến RU 41 2.4.4 SINR tại SU 42 2.5 BÀI TOÁN SPO VÀ GIẢI PHÁP GA 42 2.5.1 Bài toán SPO 42 2.5.2 Thuật giải di truyền (GA) .43 2.6 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT 47 2.6.1 Thiết lập thông số 47 2.6.2 Đánh giá hội tụ GA 48 2.6.3 Đánh giá SPO 49 2.7 KẾT LUẬN 55 CHƯƠNG 3: TỐI ƯU XÁC SUẤT LƯU TRỮ VIDEO ĐA PHIÊN BẢN TRONG MẠNG D2D DÀY ĐẶC 57 3.1 GIỚI THIỆU 57 v 3.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG .59 3.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG 62 3.3.1 Xác suất có lưu trữ và xác suất có chia sẻ phổ tần 62 3.3.2 Xác suất đạt tốc độ dữ liệu có lưu trữ .63 3.3.3 Dung lượng trung bình 64 3.4 BÀI TOÁN MRC VÀ GIẢI PHÁP GA .64 3.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT 66 3.5.1 Thiết lập thông số 66 3.5.2 Đánh giá hội tụ GA 67 3.5.3 Đánh giá MRC .68 3.6 KẾT LUẬN 73 KẾT LUẬN 74 1 Kết quả đạt được .74 2 Các hướng nghiên cứu tiếp theo .75 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH 1 Công trình đã công bố của luận án 2 Công trình đã công bố khác TÀI LIỆU THAM KHẢO vi Từ viết DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tiếng Việt tắt Tiếng Anh 5G AAS 5th Generation Mạng di động thế hệ thứ 5 Advanced Applications and Ứng dụng và dịch vụ tiên B5G/ 6G Services tiến Beyond 5G/6th Generation Mạng di động thế hệ thứ 6 CP CRS Content Provider Nhà cung cấp nội dung Multi-Resolution Caching and Lưu trữ đa phân giải và CS CSI Resource Sharing chia sẻ tài nguyên CU Caching Strategy Chiến lược lưu trữ Channel State Information Thông tin trạng thái kênh D2D Caching User Người dùng có lưu trữ nội DRS Device-to-Device dung Truyền thông từ thiết bị DU/ Downlink Spectrum Resource EU Sharing đến thiết bị / Chia sẻ tài nguyên phổ RU Destination User/ End User/ Receive User đường xuống EH Người dùng cuối FBS GA Energy Harvesting Thu thập năng lượng HC Femto Base Station Trạm cơ sở nhỏ femto Genetic Algorithm Thuật giải di truyền HS / Helping user with Caching Người chia sẻ bộ nhớ lưu SU Helping user with Spectrum trữ IoT Người dùng chia sẻ tài ISP Sharing/ Spectrum owning MBS nguyên phổ đường MHMP User MRC xuống Internet of Things Internet vạn vật Nhà cung cấp dịch vụ mạng Internet Service Provider Trạm gốc Đa chặng - Đa đường Macro Base Station Lưu trữ theo xác suất đa Multi-hop Multi-path Multi-rate Probabilistic vii MU Caching phiên bản PSNR Mobile User Người dùng di động Peak Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu cực đại trên QoE RD Quality of Experience D2D- nhiễu Requesting user with Chất lượng trải nghiệm RDM Người dùng yêu cầu nội RS offloading dung qua truyền thông SBS Rate-Distortion Model SINR Requesting user with Self- D2D Mô hình méo-tốc độ SNR offloading Người dùng yêu cầu nội SPO Small cell Base Station dung đã lưu trữ trước Signal to Interference plus SSO đó (tự phục vụ) TDMA Noise Ratio Trạm cơ sở nhỏ Signal to Noise-Ratio Tỉ số tín hiệu trên can TX / RX Spectrum sharing and Power nhiễu và nhiễu trắng Tỉ số tín hiệu trên nhiễu UAV allocation Optimisation UDN Spectrum Sharing Optimisation trắng UPQ Time Division Multiple Access Tối ưu chia sẻ phổ tần và V2V Transmitter/ Receiver phân bổ công suất VAS Tối ưu chia sẻ phổ tần Unmanned Aerial Vehicle Đa truy nhập phân chia Ultra-Dense Network User-Perceived Quality theo thời gian Thiết bị phát/ Thiết bị nhận Vehicle-to-vehicle Video streaming Applications Máy bay không người lái Mạng siêu dày đặc and Services Chất lượng do người dùng cảm nhận Truyền thông giữa các xe Ứng dụng và dịch vụ truyền video viii DANH MỤC CÁC BẢN Bảng 2-1 Ký hiệu sử dụng cho bài toán SPO 39 Bảng 2-2 Các thông số hệ thống cho bài toán SPO 48 Bảng 3-1 Ký hiệu sử dụng cho bài toán MRC 60 Bảng 3-2 Ký hiệu các mật độ người dùng trong bài toán MRC 61 Bảng 3-3 Các thông số hệ thống cho bai toán MRC .66