Phương pháp tự chủ quản lý tài nguyên trong hệ thống truyền thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CHÂU ĐỨC VINH PHƢƠNG PHÁP TỰ CHỦ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành: Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ VĂN BIÊN Hà Nội – Năm 2016 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN THẾ HỆ MỚI 1.1 XU HƢỚNG TÍCH HỢP MẠNG VÔ TUYẾN 1.2 KỸ THUẬT FPGA 12 1.3 CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM 14 1.3.1 Khái niệm vô tuyến điện định nghĩa phần mềm 14 1.3.2 Cấu trúc chung SDR 15 1.3.3 Các thành phần SDR 18 1.3.3 Mạch xử lý tín hiệu số 20 1.3.4 Đặc điểm SDR 22 1.3.6 Công nghệ yêu cầu cho SDR 27 1.4 KẾT LUẬN 28 CHƢƠNG II: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN LIÊN HỆ THỐNG 29 2.1 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN LIÊN HỆ THỐNG 29 2.2 QUẢN LÝ TẦN SỐ ĐỘNG LIÊN MẠNG 30 2.2.1 Hiện trạng quản lý tần số 30 2.2.2 Hiệu suất sử dụng tần số 33 2.2.3 Vô tuyến nhận thức 35 2.2.4 Quản lý tần số liên hệ thống 37 2.3 KỸ THUẬT TỰ HỌC 42 2.4 KẾT LUẬN 43 CHƢƠNG III: CƠ CHẾ NHẬN THỨC MÔI TRƢỜNG TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN 45 3.1 NHẬN THỨC VÀ KÊNH NHẬN THỨC VÔ TUYẾN 45 3.1.1 Khái niệm chung 45 3.1.2 Phủ sóng kênh nhận thức RCCH 46 3.1.3 Mesh liệu RCCH 47 3.2 QUY TRÌNH GIÁM SÁT VÀ GIẢI MÃ RCCH 49 3.2.1 Quy trình mở máy 49 3.2.2 Quy trình on-going 50 3.3 CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU TRÊN RCCH 51 3.3.1 Cơ chế truyền liệu Broadcast 51 3.3.2 Cơ chế truyền liệu On-demand 52 3.3.3 Cơ chế truyền liệu multicast 53 3.5 CƠ CHẾ PHỐI HỢP 61 3.6 KẾT LUẬN 63 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 LỜI CAM ĐOAN Trƣớc hết, em gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô Viện Công nghệ thông tin truyền thông, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo môi trƣờng tốt để em học tập nghiên cứu Em xin cảm ơn thầy cô Viện Đào tạo sau đại học quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho học viên có điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Văn Biên tận tình bảo, hƣớng dẫn sửa chữa chi tiết cho nội dung luận văn Em cam đoan nội dung luận văn hồn tồn em tìm hiểu, nghiên cứu viết Tất đƣợc em thực cẩn thận theo định hƣớng, hƣớng dẫn tận tình giáo viên hƣớng dẫn Mọi tham khảo dùng luận văn đƣợc trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố Em xin chịu trách nhiệm với nội dung luận văn Ngƣời thực để tài Châu Đức Vinh DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Thuật ngữ đầy đủ RAT Radio Access Technologies GSM Global System of Mobile Communication CDMA Code Division Multiple Access WCDMA Wideband Code Division Multiple Access TD-SCDMA Time Division Synchronous Code Division Multiple Access WLAN Wireless Local Access Network WRLAN Wireless Regional Access Network UWB Utra Wideband DVB Digital Video Broadcasting R&D Research and Development UMTS Universal Mobile Telecommunications System EU Europe Union FPGA Field-Programmable Gate Array SPLD Simple programable devices SDR Software Defined Radio FEC Forward Error Control MMIC Monolithic microwave integrated circuit RF Radio Frequency RRM Radio Resource Management TS Time Slot RB Resource Block CR Congnitive Radio QOS Quality of Service RCCH Radio Cognitive Channel MT Mobile Tenninal GPS Global Position Service DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống thơng tin vơ tuyến hệ 10 Hình 1.2: Cấu trúc FPGA 13 Hình 1.3: Mơ hình cấu trúc chung SDR 15 Hình1.4: Sơ đồ cấu trúc tắc SDR 16 Hình 1.5: Quan hệ tần số lấy mẫu số bit phân giải 19 Hình1.6: Các chức xử lý cho SDR lấy mẫu trung tần 20 Hình 1.7: Khái niệm SDR thơng minh thích nghi (AI - SDR) 25 Hình 1.8: Sơ đồ AI - SDR 26 Hình 2.1: Hiện trạng cấp phát tần số Mỹ 32 Hình2.2: Hiệu suất sử dụng phổ tần số (450MHz – 470MHz) [7] 34 Hình 2.3: Hiệu suất sử dụng phổ tần số (880MHz – 960MHz) [7] 34 Hình 2.4: Hiệu suất sử dụng phổ tần số bình quân [7] 35 Hình2.5: Kỹ thuật vơ tuyến tự nhận thức 37 Hình 2.6: Nhu cầu sử dụng phổ UMTS DVB 40 Hình2.7: Phối hợp quản lý tài nguyên tần số liên mạng 41 Hình 2.8: Tự học môi trƣờng vô tuyến 43 Hình3.1:Phủ sóng kênh nhận thức vô tuyến RCCH 46 Hình3.2: Khái niệm Mesh RCCH 47 Hình3.3: Dữ liệu Mesh RCCH 48 Hình3.4: Quy trình mở máy MT 50 Hình 3.5: Quy trình on-going MT 51 Hình 3.6: Mơ hình u cầu RCCH 55 Hình3.7: Mơ hình Multicast RCCH 55 Hình3.8: Mơ hình hàng điều độ 57 Hình 3.9: Quy trình tối ƣu hóa Multicast RCCH 61 MỞ ĐẦU Với tiến khoa học công nghệ nay, kỹ thuật lĩnh vực thông tin di động phát triển nhƣ vũ bão, từ lĩnh vực nghiên cứu, chế tạo triển khai có nhiều đột phá vƣợt bậc Song song với phát triển đó, hàng loạt kỹ thuật truy cập vô tuyến (RAT: Radio Access Technologies) không ngừng xuất hiện, tạo nên cục diện nhiều loại kỹ thuật truy cập vô tuyến RAT tồn song song, tức hệ thống thông tin vô tuyến dị thể (Heterogenous Wireless Communication System) Hệ thống thông tin hệ tích hợp nhiều loại kỹ thuật truy cập vơ tuyến RAT khác tạo thành thể thống để cung cấp dịch vụ vô tuyến xu tất yếu thông tin vô tuyến Trong hệ thống này, làm để phát huy tối đa hiệu sử dụng tài nguyên hệ thống, phát huy ƣu điểm hạn chế nhƣợc điểm loại kỹ thuật truy cập vô tuyến RAT vấn đề khó khăn phức tạp, địi hỏi nhiều nghiên cứu chuyên sâu Trong đó, vấn đề cốt lõi thiết kế chế hỗ trợ thiết bị đầu cuối hệ thống việc nhận thức mơi trƣờng vơ tuyến, từ đƣa đƣợc sách xác thực tự cấu hình chế độ hoạt động tham số hoạt động thiết bị để thích ứng với mơi trƣờng vơ tuyến Trong luận văn, tác giả trình bày chế tự nhận thức môi trƣờng vô tuyến thông qua kênh nhận thức vô tuyến (RCCH: Radio Cognitive Channel) nhằm hỗ trợ thiết bị đầu cuối nhận thức môi trƣờng vơ tuyến xung quanh, từ tối ƣu hóa q trình sử dụng dịch vụ Kênh nhận thức vơ tuyến RCCH kênh hoàn toàn độc lập với kỹ thuật truy cập vô tuyến RAT Luận văn thiết kế chế truyền thông liệu multicast RCCH với mục đích tối ƣu hóa giá trị độ trễ thời gian so với chế có broadcast RCCH on-demand RCCH Đồng thời, phối hợp chế broadcast RCCH multicast RCCH dựa vào tham số môi trƣờng đƣợc đề xuất luận văn Cơ chế giúp thiết bị đầu cuối MT nhận thức đƣợc môi trƣờng vô tuyến với thời gian nhanh nhất, phát huy tối đa hiệu sử dụng tài nguyên môi trƣờng tồn song song nhiều kỹ thuật truy cập vô tuyến Luận văn đƣợc chia thành bốn chƣơng với nội dung cụ thể nhƣ sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin vô tuyến hệ mới, phân tích xu tích hợp hệ thống vơ tuyến, đồng thời phân tích cơng nghệ phần cứng tảng thiết bị hệ thống vô tuyến hệ Chương 2: Nghiên cứu vấn đề quản lý tài nguyên mạng vơ tuyến kết hợp, vấn đề quản lý liên mạng Trong đó, phân tích vấn đề quản lý tài ngun vơ tuyến liên mạng, quản lý tần số liên mạng tự nhận thức môi trƣờng Đây vấn đề thiết yếu để nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên hệ thống thông tin vô tuyến hệ Chương 3: Trình bày chế nhận thức mơi trƣờng vơ tuyến thông qua kênh nhận thức vô tuyến RCCH nhằm hỗ trợ thiết bị đầu cuối học đƣợc môi trƣờng vô tuyến xung quanh Trong chƣơng này, chế truyền thơng liệu multicast RCCH dựa mơ hình lý thuyết hàng đợi đƣợc thiết kế nhằm tối ƣu hóa độ trễ nhận thức mơi trƣờng thiết bị đầu cuối so với chế có broadcast on-demand RCCH Phƣơng án phối hợp multicast broadcast đƣợc đề xuất chƣơng Sự phối hợp chế truyền thông mang lại hiệu tối ƣu dựa vào điều kiện môi trƣờng tức thời Chương 4: Kết luận định hƣớng nghiên cứu tƣơng lai CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN THẾ HỆ MỚI 1.1 XU HƢỚNG TÍCH HỢP MẠNG VƠ TUYẾN Bƣớc vào kỷ 20, lĩnh vực thông tin di động phát triển nhƣ vũ bão, từ lĩnh vực nghiên cứu, chế tạo triển khai có nhiều đột phá vƣợt bậc Song song với phát triển đó, hàng loạt kỹ thuật truy cập vô tuyến (RAT: Radio Access Technologies) không ngừng xuất hiện, tạo nên cục diện nhiều loại kỹ thuật truy cập vô tuyến RAT tồn song song, tức hệ thống thông tin vô tuyến dị thể (Heterogenous Wireless Communication System) [1-2] Vào khoảng năm 90 kỷ 20, lĩnh vực thông tin truyền thông xuất đột phá trọng đại với xuất thông tin di động hệ thứ thay cho hệ thống thông tin di động tổ ong hệ thứ Trong Châu Âu đa phần nƣớc châu Á sử dụng công nghệ GSM (Global System of Mobile Communication), nƣớc Bắc Mỹ sử dụng công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access) Hệ thống thông tin di động 2G với tảng kỹ thuật số cột mốc đánh dấu cho phát triển nhanh chóng thơng tin di động Từ đến nay, nhà khoa học nghiên cứu phát triển hàng loạt kỹ thuật cách liên tục Đầu tiên hệ thống thông tin di động hệ thứ với công nghệ chủ đạo WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), CDMA2000 TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) đƣợc chuẩn hóa tổ chức xây dựng chuẩn 3GPP Mạng vô tuyến cục (WLAN: Wireless Local Access Network) mạng vô tuyến diện rộng (WLAN: Wireless Regional Access Network) đƣợc đƣa triển khai sử dụng cách phổ biến Công nghệ Đối với chế truyền liệu RCCH theo phƣơng thức quảng bá, thông tin phải gửi cho Mesh theo tuần tự, số lƣợng Mesh tăng lên (tức vùng phủ RCCH tăng lên kích cỡ Mesh giảm xuống), liệu Mesh phải hàng, dẫn đến liệu truyền đến thiết bị đầu cuối MT có độ trễ tƣơng đối lớn Khi đó, thao tác RMT nhƣ lựa chọn, truy nhập RAT chậm, làm giảm chất lƣợng dịch vụ 3.3.2 Cơ chế truyền liệu On-demand Cơ chế truyền thông liệu on-demand đƣợc đề xuất số nghiên cứu dự án E2R2, E3 [13-14] Cơ chế truyền thông on- demand chế thiết bị đầu cuối MT có yêu cầu liệu Mesh hệ thống gửi liệu Mesh kênh nhận thức vơ tuyến RCCH Khi khơng có u cầu MT, RCCH khơng truyền liệu Ví dụ thực trình mở máy, thiết bị đầu cuối MT sau xác định vị trí Mesh gửi yêu cầu đến hệ thống, hệ thống sau nhận đƣợc yêu cầu gửi liệu cho MT kênh RCCH Trong tin yêu cầu, MT thiết phải xác định đƣợc thơng tin vị trí để gửi lên hệ thống Hệ thống thông tin vị trí để xác định Mesh, sau gửi thông tin RCCH xuống cho MT Đối với chế truyền liệu on-demand, số lƣợng thiết bị đầu cuối MT không nhiều, thời gian hàng ngắn, liệu truyền RCCH đƣợc gửi tức thời đến cho MT Tuy nhiên, số lƣợng MT tăng lên, thời gian hàng tăng lên nhanh, dẫn đến thời trễ liệu truyền RCCH cho MT tăng lên, bƣớc sử dụng liệu RCCH chậm theo, ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ 52 3.3.3 Cơ chế truyền liệu multicast 3.3.3.1 Khái niệm Cơ chế truyền thông On-demand Broadcast chế đƣợc đề xuất nhiều nghiên cứu liên quan Tuy nhiên, chế tồn nhiều yếu điểm, chƣa phải chế truyền thơng tối ƣu Trong mơ hình truyền liệu on-demand, số lƣợng thiết bị đầu cuối MT mesh tăng lên, liệu kênh RCCH Mesh tƣơng ứng trùng lặp nhiều lần Điều dẫn đến lãng phí tài nguyên RCCH nhƣ làm cho thời gian truyền liệu RCCH tăng lên Ngƣợc lại, chế truyền thông broadcast, số lƣợng MT số lƣợng Mesh tƣơng đối nhiều, thông tin lần lƣợt đƣợc gửi Mesh, dẫn đến lãng phí tài nguyên, đồng thời độ trễ nhận thức môi trƣờng lớn Để giải vấn đề này, luận văn đề xuất thiết kế mơ hình truyền thông liệu multicast để tăng hiệu việc truyền liệu kênh RCCH, tối ƣu hóa hiệu sử dụng tài nguyên thời gian trễ việc truyền liệu RCCH Khi mật độ thiết bị đầu cuối MT mesh tăng lên, xác suất truyền liệu trùng lặp lớn, không gian tối ƣu hiệu suất sử dụng kênh RCCH nhiều Ngƣợc lại, mật độ thiết bị đầu cuối MT thấp, xác suất trùng lặp RCCH giảm xuống, khả tối ƣu hiệu suất sử dụng RCCH thấp Tƣ mơ hình truyền thơng liệu Multicast kênh RCCH truyền liệu môi trƣờng lúc cho nhiều MT có yêu cầu Vì vậy, nói mật độ thiết bị đầu cuối MT vùng phủ RCCH yếu tố định đến hiệu mơ hình truyền liệu multicast Vì vậy, cần thiết kế mơ hình truyền liệu RCCH mật độ thiết bị đầu cuối MT để tối ƣu hóa hiệu suất sử dụng kênh RCCH nhƣ tối ƣu hóa độ trễ truyền liệu RCCH đến MT 53 3.3.3.2 Mơ hình Multicast Giả sử vùng phủ RCCH bao gồm N Mesh, diện tích vùng phủ Mesh  S , đồng thời giả thiết phân bố thiết bị đầu cuối MT điểm Mesh k phân bố định nghĩa w  xk ,yk  ,  xk ,yk  tọa độ trung tâm Mesh k Nhƣ vậy, mật độ thiết bị đầu cuối MT k Mesh k đƣợc tính nhƣ sau:  k =w  xk ,yk   S (3-1) Lƣu ý rằng, vìk hàm phân bố, phải thỏa mãn điều kiện tổng giá trị phân bố nhƣ sau: N  =1 k 1 k (3-2) Giả thiết tất thiết bị đầu cuối MT phát sinh gọi RCCH nhƣ nhau, gọi  xác suất yêu cầu RCCH toàn vùng phủ RCCH, k xác suất yêu cầu RCCH Mesh k, ta có: k  k (3-3) Vì k ảnh hƣởng trực tiếp đến khả tối ƣu hiệu sử dụng tài nguyên chế truyền thông Multicast RCCH, đó, cần vào giá trị để tối ƣu hóa tính RCCH Giả thiết tốc độ yêu cầu RCCH k thỏa mãn phân bố Poisson, thiết lập mơ hình u cầu RCCH N Mesh nhƣ sau: 54 Poisson(1) MESH #1 Poisson(2) Poisson() MESH #2 Poisson(k ) MESH #k Poisson(N ) MESH #N Hình 3.6: Mơ hình u cầu RCCH Từ mơ hình trên, nhận thấy, tốc độ u cầu RCCH mesh mặt phụ thuộc vao tốc độ tổng thể, mặt phụ thuộc vào mật độ thiết bị đầu cuối MT mesh tƣơng ứng W k W k MESH #k Waiting Time t t0 t0+ Last Transmitted MESH #k information k First MESH # k Information request t0+ k +W MESH # k Sent to queeing system Hình3.7: Mơ hình Multicast RCCH Trong chế truyền thông Multicast RCCH, để thực truyền thông liệu từ điểm đến đa điểm, mạng lƣới cần đợi khoảng thời gian W tính từ thời điểm xuất yêu cầu Mục đích việc để đợi yêu cầu từ thiết bị đầu cuối khác Mesh Nhƣ vậy, tính từ 55 thời điểm phát sinh yêu cầu đầu tiên, hệ thống phải đợi khoảng thời gian W đƣa vào hệ thống hàng để truyền liệu cho thiết bị đầu cuối MT có yêu cầu Giả thiết t0 thời điểm cuối truyền liệu Mesh k, tốc độ yêu cầu RCCH tuân thủ quy luật Poisson với tốc độ bình quân  k , thời điểm xuất yêu cầu RCCH  t0  k  Theo mơ hình mơ tả nhƣ trên, mạng lƣới cần phải chờ thêm khoảng thời gian W đƣa yêu cầu vào hệ thống hàng để chờ điều độ Vì vậy, thời điểm yêu cầu RCCH mesh k đƣợc đƣa vào hệ thống hàng  t0   k  W  Ngoài ra, yêu cầu tuân thủ quy luật Poisson, tốc độ bình quân 1 k  W  , tức k 1  W k  Mơ hình đƣợc mơ tả nhƣ hình 3-7 Trong hệ thống hàng, tốc độ yêu cầu tin RCCH Mesh tuân thủ quy luật Poisson với tốc độ bình quân k 1  W k  Do tổng hợp N trình Poisson trình Poisson, đầu vào hệ thống hàng RCCH phân bố Poisson [17] , tốc độ bình quân  ' tổng tốc độ trình N Mesh Tốc độ bình quân  đƣợc tính tốn nhƣ sau: '  k k 1 1  W  k  N   ' (3-4) Mơ hình hàng hệ thống RCCH nhƣ hình vẽ phía dƣới Trong đó, thấy mặt liên quan trực tiếp đến thời gian chờ W, mặt khác liên quan đến tốc độ yêu cầu RCCH tổng thể  ' nhƣ mật độ phân bố thiết bị đầu cuối MT  k Trong đó, tốc độ yêu cầu tổng thể  ' phân bố thiết bị đầu cuối MT  k khách quan tồn tại, thời gian chờ đợi W cài đặt Để tối 56 ƣu hóa tính mạng lƣới, cần thiết kế giá trị W phù hợp với tình khác  1     W 1  Poisson  MESH #1  2     W 2  Poisson   k     k 1 W k  N Poisson   MESH #2  k     W k  Poisson  RCCH MESH SCHEDULING MESH #k    N Poisson   W   N   MESH #N Hình3.8: Mơ hình hàng điều độ 3.3.3.3 Tính tốn độ trễ trung bình Độ trễ tính từ thời điểm thiết bị đầu cuối MT gửi yêu cầu tin RCCH đến nhân đƣợc tin đƣợc chia thành hai phần, phần thời gian chờ đợi để đƣa vào hàng phần thời gian chờ hệ thống hàng RCCH Để tính tốn tổng độ trễ, phải tính tốn hai thành phần Đầu tiên, định nghĩa thời gian chờ trƣớc đƣa vào hệ thống hàng Mesh k LMESH Do thời điểm gửi yêu cầu MT Mesh không k giống nhau, thời gian chờ đợi trƣớc hàng khác Chia nhỏ W thành M đơn vị thời gian  nhỏ Khi M lớn đến vơ thời gian  gần Trong đơn vị thời gian  , tốc độ yêu cầu k  Khi  gần 0, cho thời gian chờ đợi MT thời gian nhƣ (W -i) Trong thời gian chờ W, bình qn có 57 1+M k   yêu cầu tin RCCH Nhƣ vậy, thời gian chờ bình quân RMT trƣớc đƣa vào hệ thống hàng là:  W +k (W -)+k (W -2)+ +k (W -M )  LMESHk  lim   M  1+M k    (3-5) Thay M   W vào, đồng thời biến đổi tốn học, tính tốn cơng thức tính thời gian chờ LMESH nhƣ sau: k LMESHk  M ( M  1)       W  k   MW     lim  M    W k      (3-6) Tìm giới hạn biểu thức tốn học trên, tính đƣợc thời gian chờ trƣớc đƣa vào hệ thống hàng LMESH nhƣ sau: k LMESHk  W 1 W   2   W k  W 1 W       2   W k  (3-7) Toàn vùng phủ RCCH đƣợc quy hoạch thành N Mesh, mật độ phân bố thiết bị đầu cuối MT Mesh khác nhau, thời gian chờ bình quân trƣớc đƣa vào hệ thống hàng LMESH thiết bị đầu cuối MT vùng phủ RCCH là: N  LMESH    k LMESH k k 1  (3-8) Kết hợp hai biểu thức trên, đồng thời thực số phép biến đổi toán học ta có: 58 LMESH W N  W k      2 k 1   W k  (3-9) Để tính tốn đƣợc tổng thời gian chờ, thời gian chờ trƣớc đƣa vào hệ thống hàng, cần phải tính tốn thời gian hàng hệ thống hàng điều độ RCCH mesh Giả thiết băng thông kênh RCCH B, liệu tin Mesh MMESH, thời gian truyền tin tin  M MESH / B Hệ thống hàng điều độ RCCH Mesh hệ thống hàng M/D/1 Dựa nghiên cứu lý thuyết liên quan, thời gian hàng hệ thống hàng điều độ RCCH mesh là: LQUEEING = 1  2(    ' ) 2 (3-10) Trong đó,  tốc độ phục vụ bình qn, tức   1/  Thay giá trị  '  vào biểu thức trên, thực phép biến đổi tốn học, ta có:      LQUEEING =  1 N  k  2     W   k 1 k   (3-11) Nhƣ phân tích trên, thời gian chờ bình qn của thiết bị đầu cuối MT tổng thời gian chờ trƣớc đƣa vào hàng thời gian hàng hệ thống hàng điều độ RCCH mesh Nhƣ vậy, tổng thời gian chờ bình quân L là:  N  Wk  L= W      2 k 1   W  k   59       N   k  1   k 1  W  k  (3-12) 3.3.3.4 Tối ƣu hóa mơ hình multicast RCCH Độ trễ bình quân L tin RCCH liên quan đến nhiều yếu tố, bao gồm thời gian chờ W, tốc độ yêu cầu tổng thể  , mật độ phân bố thiết bị đầu cuối MT  k thời gian xử lý thông tin Mesh  Trong đó, băng thơng RCCH độ dài tin Mesh cố định, thời gian xử lý  không thay đổi Mật độ phân bố thiết bị đầu cuối MT tốc độ yêu cầu tổng thể  thay đổi theo thời gian Vì vậy, yêu cầu hệ thống cần học tập đƣợc tham số mật độ phân bố thiết bị đầu cuối MT, đồng thời, thông qua thống kê, dự báo tuyến tính, lý thuyết dự báo để tự học đƣợc phân bố RMT tốc độ yêu cầu RCCH tổng thể Sau học tập đƣợc tham số này, tính toán đƣợc độ trễ thời gian L nhƣ sau:  N  W k    L =f W  = W       N  k 2 k 1   W  k     k 1  W  k        (3-13) Trong hệ thống RCCH, tính quan trọng độ trễ thơng tin RCCH Vì vậy, tối ƣu hóa hệ thống RCCH tối ƣu hóa độ trễ L, tức cần tìm thời gian chờ tối ƣu WOpt để độ trễ L nhỏ Nhƣ vậy, tham số tối ƣu hóa RCCH multicast giá trị WOpt thỏa mãn điều kiện sau:    N  W k 1 WOpt =Arg Min  f W  : f W    W      W  2 k 1   W  k     60       (3-14)   N   k  1   k 1  W  k   Minimize RCCH Time delay Hình 3.9: Quy trình tối ƣu hóa Multicast RCCH Để đạt đƣợc cấu hình tham số tối ƣu, hệ thống cần tự học đƣợc tham số liên quan, sở dự báo đƣợc tham số này, tìm giá trị tối ƣu WOpt thực cấu hình hệ thống Phƣơng pháp thực theo chu kỳ, thực dựa kiện nhƣ độ trễ bình quân vƣợt giá trị ngƣỡng định Cấu hình RCCH đƣợc thực cách tuần hoàn, hệ thống khơng ngừng học tập tham số mơi trƣờng, tìm cấu hình tối ƣu cho trƣờng hợp Quy trình thực tối ƣu hóa RCCH nhƣ hình 3-9 Tối ƣu hóa tính RCCH giúp cho thiết bị đầu cuối MT giúp rút ngắn độ trễ truy cập mạng lƣới nhƣ thời gian học tập môi trƣờng 3.5 CƠ CHẾ PHỐI HỢP Dựa vào mơ hình truyền thơng multicast, nhận thấy chế truyền thông on-demand RCCH trƣờng hợp đặc biệt chế Multicast RCCH giá trị thời gian chờ W đƣợc đặt Do đó, kết luận 61 độ trễ nhận thức môi trƣờng chế on-demand RCCH luôn dài chế tối ƣu hóa multicast RCCH Đối với chế truyền thông Broadcast RCCH, liệu Mesh đƣợc truyền cách định kỳ, MT phải chờ khoảng thời gian bình quân N  /2 kể từ yêu cầu Vì vậy, độ trễ bình quân chế Broadcast RCCH là: L= N  /2 (3-15) Khi tốc độ yêu cầu không cao số lƣợng Mesh nhiều, chế Broadcast RCCH có độ trễ cao, chế tối ƣu hóa Multicast RCCH cho độ trễ thấp Tuy nhiên, tốc độ yêu cầu cao, chế Broadcast RCCH có ƣu so với chế tối ƣu hóa Multicast RCCH Vì vậy, hệ thống tự chủ quản lý, cần tự đƣa định tự cấu hình chế hoạt động phù hợp Cơ chế phối hợp thực theo trình tự bƣớc nhƣ sau, lặp lặp lại cách định kỳ: Bước 1: Hệ thống nhận thức mật độ MT Mesh k Bước 2: Hệ thống nhận thức tốc độ yêu cầu RCCH  Bước 3: Tính toán thời gian chờ tối ƣu Wopt độ trễ Lopt chế tối ƣu hóa Multicast RCCH Bước 4: So sánh độ trễ chế tối ƣu hóa Multicast RCCH Lopt chế Broadcast RCCH LBroadcast Bước 5: Quyết định chế tối ƣu chế tối ƣu hóa multicast RCCH chế Broadcast RCCH Bước 6: Cấu hình chế truyền thơng tham số liên quan 62 Các bƣớc đƣợc thực cách tuần hồn nhằm mục đích tìm chế tối ƣu cho RCCH phù hợp với môi trƣờng tức thời Với chế phối hợp nhƣ trên, thiết bị đầu cuối MT nhận thức đƣợc môi trƣờng vô tuyến cách nhanh 3.6 KẾT LUẬN Chƣơng giới thiệu chế hỗ trợ thiết bị đầu cuối MT nhận thức đƣợc môi trƣờng vô tuyến, tức phƣơng án truyền thông liệu môi trƣờng vô tuyến kênh RCCH Các chế truyền thông liệu kênh RCCH đƣợc trình bày chi tiết Trong đó, mơ hình truyền thông multicast RCCH đƣợc thiết kế chƣơng Mơ hình đƣợc thiết kế dựa vào lý thuyết hàng với mục đích tối ƣu hóa giá trị độ trễ thời gian tin RCCH Tối ƣu hóa RCCH có tính ƣu việt hẳn so với on-demand RCCH, đồng thời trƣờng hợp số lƣợng mesh nhiều mật độ phân bố MT chƣa cao, chế tối ƣu hóa multicast RCCH có ƣu vƣợt trội so với broadcast RCCH Sự phối hợp chế broadcast RCCH tối ƣu hóa multicast RCCH dựa vào tham số môi trƣờng đƣợc đề xuất chƣơng Cơ chế phối hợp giúp thiết bị đầu cuối MT nhận thức đƣợc môi trƣờng vô tuyến với thời gian nhanh nhất, phát huy tối đa hiệu sử dụng tài nguyên môi trƣờng tồn song song nhiều kỹ thuật truy cập vô tuyến 63 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu kỹ thuật thông tin hệ mới, kết hợp kỹ thuật truy cập vơ tuyến RATs tạo thành thể thống để cung cấp dịch vụ vơ tuyến Luận văn trình bày chế tự nhận thức môi trƣờng vô tuyến thông qua kênh nhận thức vô tuyến RCCH nhằm hỗ trợ thiết bị đầu cuối tự học đƣợc môi trƣờng vô tuyến xung quanh, từ tối ƣu hóa chất lƣợng trình sử dụng dịch vụ Luận văn thiết kế chế truyền thông liệu multicast RCCH nhằm mục đích tối ƣu hóa độ trễ q trình nhận thức môi trƣờng so với chế truyền thơng có chế broadcast RCCH on-demand RCCH Đồng thời, phƣơng án phối hợp chế multicast RCCH broadcast RCCH đƣợc đề xuất luận văn Hệ thống điều kiện tại, định chế độ làm việc thực tự cấu hình chế độ hoạt động tham số tƣơng ứng để tối ƣu hóa trình truyền nhận thức mơi trƣờng Nhận thức mơi trƣờng vơ tuyến có ý nghĩa quan trọng hệ thống thơng tin vơ tuyến hệ Vì vậy, tác giả hy vọng, tƣơng lai tiếp tục thúc đẩy nghiên cứu nhiều lĩnh vực Trong đó, trƣơc hết cần thực phần mềm mô để xác định ƣu chế thiết kế luận văn Tiếp theo, cần nghiên cứu đề xuất phƣơng án sử dụng tài nguyên hệ thống dựa liệu kênh RCCH Các liệu kênh RCCH cần thiết kề phong phú đa dạng hơn, hỗ trợ thiết bị đầu cuối nhận thức đầy đủ môi trƣờng, từ làm sở để thiết bị đầu cuối nhƣ hệ thống tự chủ đƣa sách sử dụng quản lý hệ thống cách tối ƣu 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Akyildiz I F ， Mohanty S ， Xie Jiang ， “A Ubiquitous Mobile Communication Architecture for Next-generation Heterogeneous Wireless Systems”，IEEE Communication Maganize，vol.43，Jun 2005，pp.29– 36 E3 Deliverables D5.1,“Overview of Support for Heterogeneous Standards Research Approaches and Plans”，May 2008 3GPP TS 23.234 V6.1.0，“3GPP system to Wireless Local Area Network (WLAN) Interworking (Release 6)”，Sophia Antipolis，France，3GPP， 2004 Nguyễn Xuân Phƣơng，“Nghiên cứu SDR ứng dụng”，Tháng 6, 2005 Markus，Dillinger et al.，“Software Defined Radio Architecture, Systems and Functions”，ISBN：0-470-85164-3，John Wiley，May 2003 United State Department of Commerce National Telecommunications and Information Administration，“United State Frequency Allocation Chart”， October 2003 Jiantao Xue, Zhiyong Feng,Ping Zhang “Spectrum Occupancy Measurements and Analysis in Beijing”, International Conference on Electronic Engineering and Computer Science, 2013 Mitola J ， III ， “Cognitive radio for flexible mobile multimedia communications” ， Proceedings of Mobile Multimedia Conference ， San Diego，CA，USA，November 1999，pp.3-10 Technical Report，“Spectrum Policies and Radio Technologies Viable In Emerging Wireless Societies (SPORTVIEWS)”，Feburary 2007 65 10 Leaves P，Moessner K，& Tafazolli R，“Dynamic spectrum allocation in composite reconfigurable wireless networks” ， In IEEE Communications Magazine，May 2004，pp.72-81 11 Almeida S ， Queijo J ， Correia L M ， “Spatial and temporal traffic distribution models for GSM”，IEEE VTC，Amsterdam，Netherlands， September 1999，pp.131-135 12 Kiefl B，“What will we watch? A forecast of TV viewing habits in 10 years” New York，USA：The Advertising Research Foundation，1998 13 https://www.ict-e3.eu/ 14 IST-2005-027714 Project E²R II (End-to-End Reconfigurability phase 2), http://e2r2.motlabs.com/ 15 E2R Deliverbles D3.3 ， “Performance Enhancements through Reconfigurability Enabled Radio Resource Efficiency Enhancing Schemes”，August 2007 16 P.Cordier, P.Houze, S.B.Jemaa, O.Simon, “E²R Congnitive Pilot Channel Concept”, IST, 2006 17 Kleinrock Leonard，“Queueing Systems Volume I: Theory”，John Wiley & Sons，1975 66 ... ƣu 28 CHƢƠNG II: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN LIÊN HỆ THỐNG 2.1 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN LIÊN HỆ THỐNG Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) quản lý tài nguyên mạng thuộc phần vô... thuật hệ thống, thời gian cấp phát, chu kỳ quản lý hệ thống khác khác Vì vậy, quản lý tài ngun vơ tuyến liên hệ thống vấn đề khó khăn phức tạp Thực tế, không thực quản lý tài ngun vơ tuyến liên hệ. .. KỸ THUẬT TỰ HỌC Tự học vấn đề quan trọng quản lý tài nguyên liên hệ thống Để thực đƣợc việc quản lý tài nguyên cách hiệu quả, điều cần thiết thiết bị hệ thống nhƣ thiết bị đầu cuối phải tự học