Điều khiển truy nhập ưu tiên trong mạng truyền thông di động D2D

Bài viết trình bày mô hình điều khiển truy nhập tập trung và giới thiệu một mô hình toán học có thể áp dụng để phân tích giới hạn của hiệu năng hệ thống bao gồm độ trễ xử lý yêu cầu kết nối và số yêu cầu kết nối đang chờ xử lý.

Đỗ Thành Đạt, Nguyễn Minh Hiền, Nguyễn Nam Hoàng, Phạm Minh Triển ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP ƯU TIÊN TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG DI ĐỘNG D2D Đỗ Thành Đạt, Nguyễn Minh Hiền, Nguyễn Nam Hoàng, Phạm Minh Triển Trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Tóm tắt: 1Truyền thông thiết bị, gọi truyền thông D2D, đề xuất cho mạng di động để nâng cao hiệu mạng tăng khả kết nối thiết bị di động Khi phổ tần số dùng chung cho truyền thông di động thông thường truyền thông D2D, xung đột xảy kết nối di động kết nối D2D sử dụng chung kênh (tần số) Sự xung đột gây nhiễu kết nối người dùng D2D kết nối người dùng di động, làm suy giảm hiệu hệ thống chất lượng dịch vụ kết nối Do vậy, điều khiển truy nhập kết nối truyền thông D2D kết nối di động vấn đề cần nghiên cứu với mục tiêu giảm thiểu xung đột nâng cao hiệu hệ thống Trong báo này, trình bày mơ hình điều khiển truy nhập tập trung giới thiệu mơ hình tốn học áp dụng để phân tích giới hạn hiệu hệ thống bao gồm độ trễ xử lý yêu cầu kết nối số yêu cầu kết nối chờ xử lý Chúng tơi đề xuất thuật tốn điều khiển truy nhập tập trung nhiều mức ưu tiên theo loại kết nối có xét tới ngưỡng hàng đợi Chúng tơi sử dụng mơ máy tính để đánh giá hiệu thuật toán đề xuất so với thuật toán điều khiển truy nhập ưu tiên khác đề xuất [6] thuật toán điều khiển truy nhập (Round Robin) Kết mô cho thấy ưu điểm thuật toán đề xuất so với hai thuật toán nêu mạng truyền thơng di động D2D có nhiều loại kết nối Từ khóa: Điều khiển xung đột, điều khiển truy nhập, truyền thông D2D tự mang di động hệ trước, mạng 5G vận hành dựa vào kiến trúc trung tâm trạm phát sở đóng vai trò trung gian kết nối thiết bị di động Kể từ mạng di động hệ thứ tư (mạng 4G) tới mạng 5G ngày nay, truyền thông trực tiếp thiết bị (truyền thông D2D) xem mơ hình kết nối để mang lại lợi ích cho người sử dụng, mở rộng vùng phủ nâng cao hiệu mạng di động [2] Truyền thông D2D nghiên cứu chuẩn hóa tổ chức di động 3GPP cho mạng 5G Truyền thông D2D mạng di động, mô tả Hình 1, việc truyền thơng tin trực tiếp hai thiết bị di động mà không cần qua trạm sở (BS) mạng lõi Các thiết bị phạm vi phủ sóng phát hiện, trao đổi truyền liệu trực tiếp với qua đường kết nối vô tuyến [3] Truyền thơng D2D mang lại nhiều lợi ích chẳng hạn độ trễ thấp, góp phần giảm tải cho trạm phát sở [4] Trạm BS UE UE Kết nối D2D UE UE Kết nối D2D UE GIỚI THIỆU CHUNG Nhu cầu ngày tăng tốc độ dung lượng liệu địi hỏi phải có công nghệ tiên tiến cho mạng di động hệ Mạng di động hệ thứ năm (mạng 5G) xem nơi hội tụ công nghệ truyền thông mmWave Massive MIMO [1] Tương Tác giả liên hệ: Nguyễn Nam Hoàng Email: hoangnn@vnu.edu.vn Đến tòa soạn: 02/2020, chỉnh sửa: 04/2020, chấp nhận đăng: 04/2020 SỐ 01 (CS.01) 2020 Hình Một ví dụ truyền thông D2D [2] Tuy nhiên, truyền thông D2D phải đối mặt với thách thức sử dụng phổ tần số, xung đột tần số, quản lý nhiễu, phân bổ tài nguyên v.v [5] Trong vấn đề quản lý xung đột tần số quản lý nhiễu kết nối D2D với kết nối di động vấn đề quan tâm Việc quản lý thực theo mơ hình quản lý tập trung [6] TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 78 ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP ƯU TIÊN TRONG MẠNG TRUYỀN THƠNG DI ĐỘNG D2D mơ hình quản lý ngẫu nhiên [7-10] tùy thuộc theo thiết kế hệ thống truyền thông D2D Quản lý tập trung phương thức phù hợp cho mạng truyền thông di động D2D có sử dụng trạm phát gốc có quy mô số thiết bị hữu hạn [11] Trong phạm vi báo này, chúng tơi trình bày nghiên cứu việc quản lý tập trung để giải vấn đề xung đột tần số, quản lý nhiễu đảm bảo chất lượng dịch vụ Bài báo bao gồm nội dung sau Phần trình bày mơ hình hoạt động truyền thơng D2D phương pháp quản lý tập trung nhiều mức ưu tiên Mơ hình tốn học phân tích hiệu hệ thống giới hạn độ trễ giới hạn số yêu cầu kết nối chờ xử lý trình bày phần Các thuật toán điều khiển truy nhập tập trung trình bày phần kết đánh giá hiệu trình bày trong phần Các kết luận hướng nghiên cứu trình bày phần cuối động Những hàng đợi lại dành cho yêu cầu kết nối D2D có mức ưu tiên xếp từ cao xuống thấp với hàng đợi đầu có mức ưu tiên cao Khi yêu cầu kết nối di động gửi tới trạm BS, trạm BS rỗi, yêu cầu kết nối di động xử lý Nếu trạm BS bận khơng có tài ngun vơ tuyến khả dụng hàng đợi di động có yêu cầu khác chờ, yêu cầu kết nối di động đưa vào hàng đợi Luồng yêu cầu di động Luồng yêu cầu Luồng u cầu MƠ HÌNH HỆ THỐNG BS D2D thứ D2D thứ n 2.1 Hoạt động hệ thống Hệ thống truyền thông di động D2D bao gồm trạm phát gốc (trạm BS), người dùng di động người dùng D2D Giả thiết người dùng di động người dùng D2D sử dụng phổ tần số vô tuyến dành cho truyền liệu qua kết nối di động đường lên kết nối D2D Trạm BS sử dụng để thực kết nối di động đường lên người dùng di động quản lý yêu cầu kết nối truyền thông D2D Khi nhận yêu cầu kết nối từ người dùng di động, trạm sở thiết lập đường lên trực tiếp từ người dùng đến trạm Khi người dùng D2D (bên gửi D2D) có liệu cần truyền tới người dùng D2D khác (bên nhận D2D), bên gửi D2D gửi yêu cầu kết nối D2D tới trạm BS Trạm BS thực thủ tục quản lý truy nhập Nếu yêu cầu kết nối chấp nhận, trạm BS thiết lập kết nối bên gửi bên nhận D2D Giả thiết trạm BS thiết lập kết nối di động hay kết nối D2D, trạm BS cấp cho kết nối số lượng tài nguyên vô tuyến (tần số) phổ tần sử dụng chung Khi phổ tần phân bổ hết, trạm BS dừng việc cấp phép truy nhập yêu cầu kết nối lưu hàng đợi để chờ tới có tần số khả dụng Do kích thước hàng đợi trạm BS hữu hạn, nên hàng đợi trạm BS đạt đến giới hạn mà có yêu cầu kết nối gửi lên để xử lý u cầu bị loại bỏ Hình Mơ hình điều khiển truy nhập nhiều mức ưu tiên cho mạng truyền thông di động D2D Mơ hình có tính tổng qt việc thiết lập mức ưu tiên dựa thông số hay yêu cầu kỹ thuật kết nối D2D Chẳng hạn ưu tiên thiết lập theo mức lượng cần sử dụng, theo chất lượng dịch vụ (QoS) độ trễ hay thông lượng v.v Trong mơ hình này, trạm BS xử lý yêu cầu kết nối di động với mức ưu tiên cao trước xem xét mức ưu tiên khác Việc tái sử dụng tài nguyên tần số không thực nên xung đột tần số kết nối loại bỏ khơng có nhiễu kết nối 2.3 Phân tích giới hạn hiệu hệ thống 2.3.1 Một số định nghĩa ký hiệu Mơ hình tốn học điều khiển truy nhập nhiều mức ưu tiên sử dụng định nghĩa Bảng sau Bảng 1: Các ký hiệu sử dụng Ký hiệu fC Định nghĩa tiếng Việt Luồng yêu cầu di động f Di Luồng yêu cầu D2D có mức ưu tiên i  C (t ) Biểu đồ đến luồng kết nối di động  D (t )  (t ) C (t )  D (t ) Biểu đồ đến luồng kết nối D2D thứ i i 2.2 Mơ hình hóa điều khiển truy nhập tập trung nhiều mức ưu tiên Hình minh họa mơ hình điều khiển truy nhập tập trung nhiều mức ưu tiên đề xuất Huang cộng [6] Mơ hình gồm n+1 hàng đợi Hàng đợi có độ ưu tiên cao dành cho yêu cầu kết nối di SỐ 01 (CS.01) 2020 i Ai (t ) Biểu đồ phục vụ thống Biểu đồ phục vụ luồng yêu cầu di động Biểu đồ phục vụ luồng yêu cầu D2D thứ i Biểu đồ phục vụ luồng yêu cầu D2D có mức ưu tiên cao i TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 79 Đỗ Thành Đạt, Nguyễn Minh Hiền, Nguyễn Nam Hoàng, Phạm Minh Triển Độ dài yêu cầu lớn luồng D2D thứ i Độ dài yêu cầu lớn luồng D2D L'max có mức ưu tiên thấp i * RC (t ), RC (t ) Hàm tích lũy đầu vào đầu luồng yêu cầu di động * RDi (t ), RDi (t ) Hàm tích lũy đầu vào đầu luồng yêu cầu D2D thứ i Thời gian bắt đầu yêu cầu di sC động phải chờ hàng đợi Thời gian bắt đầu yêu cầu D2D sDi thứ i phải chờ hàng đợi PC (t ), QC (t ) Giới hạn độ trễ giới hạn số lượng yêu cầu di động phải chờ hàng đợi PD (t ), QD (t ) Giới hạn độ trễ giới hạn số lượng yêu cầu D2D thứ i phải chờ hàng đợi ℎ(𝛼, 𝛽) = sup{inf{𝑑 ≥ 0: 𝛼(𝑡) ≤ 𝛽(𝑡 + 𝑑)}} i LDmax i 𝑡≥0 ii) Giới hạn số yêu cầu chưa xử lý (backlog) Giới hạn số yêu cầu chưa xử lý (đang chờ phục vụ) Q(t) biểu diễn 𝑄(𝑡) = 𝑅(𝑡) − 𝑅 ∗ (𝑡) ≤ 𝑠𝑢𝑝{𝛼(𝑠) − 𝛽(𝑠)} 𝑠≥0 (5) 2.3.2 Đánh giá Biểu đồ phục vụ (2) 0u t t  0, f  g = đồ đến Giả thiết kết nối di động hay kết nối D2D đến theo mơ hình thùng rị (các kết nối đến dạng cụm), biểu đồ trình đến luồng kết nối di động kết nối D2D xác định:  , rút định nghĩa sau: tổng i j biểu đồ đến có mức ưu tiên luồng cao i, j L 'max = max i  j {Lmax } biểu diễn chiều dài yêu cầu D luồng D2D có mức ưu tiên thấp i Biểu đồ phục vụ f Di  D (t ) =  (t ) − Ai (t ) − L 'max −  C (t ) i =  (t ) −   D j (t ) − L 'max −  C (t ) i j = R  t −  (rD j t + bD j ) − L 'max − (rC t + bC ) ii) ∑𝑖>𝑗 𝑏𝐷 +𝐿′max +𝑏𝐶 𝑗 𝑅−∑𝑖>𝑗 𝑟𝐷𝑗 −𝑟𝐶 ] (6) Biểu đồ phục vụ f c (t ) 𝛽𝐶 (𝑡) = 𝛽(𝑡) = 𝑅 ⋅ [𝑡 − 0]+ (7) 2.3.3 Tính tốn giới hạn hiệu Do phần chứng minh biểu thức tốn học tìm thấy [6], sau tóm tắt biểu thức tốn học tính tốn giới hạn hiệu Để xác định giới hạn trễ giới hạn số yêu cầu chưa xử lý, giả sử tốc độ yêu cầu đến tốc độ phục vụ thỏa mãn ràng buộc sau:  i) Giới hạn trễ yêu cầu: Giới hạn trễ P (t ) yêu cầu biểu diễn (4) bị hạn chế Ai (t ) =   D j (t ) = (𝑅 − ∑𝑖>𝑗 𝑟𝐷𝑗 − 𝑟𝐶 )[𝑡 − Biểu đồ phục vụ hệ thống phục vụ cho luồng cho biết giới hạn hiệu phục vụ mà hệ thống đảm bảo cho luồng Giả sử luồng bị hạn chế biểu đồ đến  hệ thống có biểu đồ phục vụ cho SỐ 01 (CS.01) 2020 i i j  (0) = R*  R   P (t )  h( ,  ) i hiệu thấp Xét (3) Với r tốc độ trung bình yêu cầu đến; b dung sai lớn tốc độ đến tốc độ đến trung bình Xét hệ thống S luồng qua S với hàm tích lũy đầu vào đầu R R* S cung cấp cho luồng biểu đồ phục vụ   hàm tăng luồng i tốc độ phục vụ nhỏ trường hợp hệ thống có α(t) = với t0 có mức ưu tiên cao f Di  j  i  n Giả sử f Di bị hạn chế biểu i  g) (t ) = inf [ f (u ) + g (t − u )] fDj luồng u cầu D2D thứ i, Việc tính tốn giới hạn độ trễ điều khiển truy nhập số lượng yêu cầu D2D chưa xử lý hàng đợi tóm tắt sau: Xem xét F dãy tăng dải rộng (không tập trung) dãy F thỏa mãn điều kiện: F = {f(t)|f(t) = 0,  t < 0; f(0)  0; f(s)  f(t),  s ≤ t, s, t  [0, +∞]} (1) Xét f g hai hàm dãy F Tích chập minplus f g là: (f f Di với  i  n Gọi f C luồng yêu cầu di động, i) n r + rC  R i =1 Di (8) Giới hạn trễ luồng yêu cầu D2D thứ i TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 80 ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP ƯU TIÊN TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG DI ĐỘNG D2D PD i (t ) = bDi R −  r D j − rC i j ii) + b i j Dj + L 'max + bC (9) R −  rD j − rC i j Giới hạn trễ luồng yêu cầu di động PC (t ) = bC R (10) Giới hạn trễ yêu cầu D2D luồng i phụ thuộc vào tham số luồng có mức ưu tiên cao, giới hạn trễ yêu cầu di động phụ thuộc vào R bC iii) Giới hạn số yêu cầu chưa xử lý (backlog) luồng yêu cầu D2D thứ i 𝑄𝐷𝑖 (𝑡) = 𝑏𝐷𝑖 + 𝑟𝐷𝑖 ⋅ ( iv) ∑𝑖>𝑗 𝑏𝐷 +𝐿′max +𝑏𝐶 𝑗 𝑅−∑𝑖>𝑗 𝑟𝐷𝑗 −𝑟𝐶 (11) Giới hạn số yêu cầu chưa xử lý luồng yêu cầu di động 𝑄𝐶 (𝑡) = 𝑏𝐶 (12) Giới hạn số yêu cầu chưa xử lý luồng yêu cầu D2D thứ i bị ảnh hưởng tốc độ đến luồng có mức ưu tiên cao Giới hạn số yêu cầu chưa xử lý luồng yêu cầu di động bị ảnh hưởng giá trị bC CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP TẬP TRUNG Trong phần này, chúng tơi trình bày ba thuật tốn điều khiển truy nhập tập trung, bao gồm: - Thuật toán điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên loại kết nối có xét ngưỡng hàng đợi thuật tốn chúng tơi đề xuất - Thuật tốn điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên loại kết nối trình bày [6] - Thuật toán điều khiển truy nhập (round-robin RR) Thuật toán điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên xét ngưỡng hàng đợi hoạt động sau: Các yêu cầu kết nối theo độ ưu tiên theo thứ tự giảm dần từ cao đến thấp kết nối di động (Cellular), kết nối D2D ưu tiên cao (High_D2D), trung bình (Medium_D2D) thấp (Low_D2D) Thuật tốn xét đến ngưỡng hàng đợi kết nối D2D số lượng kênh cấp trình truyền tin mức ưu tiên Cụ thể, loại kết nối ưu tiên cao có ngưỡng hàng đợi nhỏ so với mức ưu tiên thấp Khi số yêu cầu hàng đợi chưa vượt ngưỡng, việc xử lý yêu cầu thực theo mức ueu tiên Nếu có loại kết nối D2D có số yêu cầu kết nối đạt tới ngưỡng hàng đợi loại kết nối ưu tiên xử lý trước Nếu có hai kết nối D2D trở nên có số yêu cầu kết nối đạt tới SỐ 01 (CS.01) 2020 ngưỡng lúc ta xem xét thêm mức độ ưu tiên, kết nối có độ ưu tiên lớn xử lý trước Thuật toán điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên trình bày [6] hoạt động sau: Các yêu cầu kết nối theo độ ưu tiên với thứ tự giảm dần từ cao đến thấp kết nối di động (Cellular), kết nối D2D ưu tiên cao (High_D2D), trung bình (Medium_D2D) thấp (Low_D2D) Khi sử dụng thuật toán này, yêu cầu D2D ưu tiên thấp có ưu tiên thấp hệ thống ln xử lý u cầu D2D có mức độ ưu tiên cao Thuật toán điều khiển truy nhập round-robin (RR) hoạt động sau: Các yêu cầu kết nối xử lý không xét đến độ ưu tiên chúng Áp dụng thuật toán này, u cầu kết nối có cơng thời gian xử lý Phân tích tốn học trình bày phần giúp cho việc ước lượng giới hạn độ trễ xử lý yêu cầu số lượng yêu cầu chờ xử lý Tuy nhiên, hạn chế sử dụng phân tích tốn học hệ thống có nhiều giả thiết đơn giản hóa, khơng gần với hệ thống thực tế Các tác giả báo [6] thực mô mạng để nghiên cứu hiệu hệ thống Tuy nhiên, mô thực mức kết nối chưa mức truyền gói tin nên chưa đánh giá thông số hiệu thông lượng hệ thống – ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC THUẬT TỐN Chúng tơi phát triển công cụ mô kiện rời rạc, để thực mô hoạt động mạng truyền thông di động D2D đánh giá hiệu thuật tốn điều khiển truy nhập tập trung Mơ hình mơ thiết kế sau Hệ thống có 01 trạm gốc có bán kính phủ sóng 100m với nguồn tài nguyên vô tuyến 100 kênh truyền Hệ thống mô hoạt động 1000 thiết bị đầu cuối khoảng thời gian 1000s Khi phiên truyền liệu thiết bị trạm gốc thiết bị với thiết bị khởi tạo, thiết bị phát tạo ngẫu nhiên số gói tin cần truyền Thiết bị phát gửi yêu cầu kết nối tới trạm gốc Nếu trạm gốc kênh truyền khả dụng trạm gốc chấp nhận yêu cầu kết nối cấp cho thiết bị kênh truyền liệu Sau truyền hết gói tin tạo ra, thiết bị ngắt kết nối kênh truyền giải phóng để dành cho yêu cầu kết nối khác Trong kịch mô thứ nhất, chúng tơi so sánh thuật tốn đề xuất với thuật tốn [6] với thơng số mơ trình bày Bảng Kết mơ thu thập trình bày dạng hàm mật độ xác suất theo thống kê (Empirical CDF) Chúng đánh giá so sánh hiệu thuật toán đề xuất thuật tốn [6] với thơng số hiệu sau cho loại kết nối TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 81 Đỗ Thành Đạt, Nguyễn Minh Hiền, Nguyễn Nam Hoàng, Phạm Minh Triển - - Thời gian trễ xử lý yêu cầu kết nối: độ trễ từ thời điểm yêu cầu khởi tạo trạm BS xử lý Số yêu cầu kết nối bị hủy q trình khỏi tạo hàng đợi bị đầy Thơng lượng hệ thống Bảng Thông số mô kịch A Thông số Giá trị Đơn vị Số kênh cấp cho kết nối Cellular High_D2D kênh Số kênh cấp cho kết nối Medium_D2D, Low_D2D kênh Tốc độ khởi tạo phiên làm việc cho kết nối Cellular, High_D2D, Medium_D2D Low_D2D, tương ứng 70, 65, 70 40 u cầu/s Số gói tin trung bình phiên làm việc với kết nối Cellular, High_D2D, Medium_D2D Low_D2D, tương ứng Hình 4: CDF thống kê số yêu cầu kết nối bị hủy thuật toán: Đề xuất [6] 10, 9, gói tin/s Tốc độ truyền kênh 20 gói tin/s Độ dài hàng đợi 200 yêu cầu 10, 40 50 yêu cầu Ngưỡng hàng đợi High_D2D, Medium_D2D Low_D2D, tương ứng hàng đợi kết nối D2D nên kết nối đạt tới ngưỡng xử lý trước Điều làm giảm thời gian trễ kết nối có ưu tiên thấp thời gian trễ kết nối mức ưu tiên trung bình bị tăng lên mức chấp nhận được, chẳng hạn 90% số yêu cầu kết nối mức ưu tiên trung bình có thời gian trễ xử lý 0.7s Hình CDF thống kê thơng lượng hệ thống thuật tốn Đề xuất [6] Hình 3: CDF thời gian trễ xử lý yêu cầu kết nối thuật tốn Đề xuất [6] Hình trình bày độ trễ xử lý yêu cầu sử dụng thuật toán đề xuất thuật toán [6] Có thể thấy thuật tốn [6] xử lý yêu cầu kết nối theo độ ưu tiên nên kết nối D2D có độ ưu tiên thấp ưu tiên xử lý sau Do độ trễ xử lý chúng cao so với yêu cầu kết nối loại khác tốc độ khởi tạo nhỏ Thuật toán đề xuất xử lý yêu cầu kết nối dựa độ ưu tiên Tuy nhiên có thêm ngưỡng SỐ 01 (CS.01) 2020 Hình biểu diễn số yêu cầu gửi lên BS bị hủy hàng đợi bị đầy xử lý yêu cầu BS Do thuật toán [6] xét theo mức độ ưu tiên nên yêu cầu kết nối có mức ưu tiên thấp xử lý Điều làm cho hàng đợi mức ưu tiên thấp bị đầy làm tăng số yêu cầu kết nối bị hủy Tuy nhiên, sử dụng thuật toán đề xuất kết hợp xét ngưỡng hàng đợi giúp ưu tiên mức thấp đến ngưỡng yêu cầu xử lý nên giúp giảm số lượng yêu cầu bị hủy mà đảm bảo hiệu hệ thống Hình trình bày CDF thơng lượng tồn hệ thống loại kết nối sử dụng thuật toán đề xuất [6] Thuật toán đề xuất đạt hiệu thơng lượng hệ thống tương đương với thuật tốn [6] cho loại kết nối Để so sánh hiệu thơng lượng hệ thống thuật tốn đề xuất thuật toán điều khiển truy nhập tuần tự, thực kịch mô để kiểm chứng TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 82 ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP ƯU TIÊN TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG DI ĐỘNG D2D việc điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên có xét ngưỡng hàng đợi hỗ trợ việc đảm bảo thông lượng hệ thống kết nối D2D cần có độ ưu tiên cao Trong kịch này, tốc độ khởi tạo phiên kết nối loại kết nối Cellular, High_D2D, Medium_D2D Low_D2D tương ứng 80, 75, 55 40 yêu cầu/s tiên cao kết nối di động kết nối D2D ưu tiên cao Trong tương lai, việc nghiên cứu điều khiển truy nhập phân bổ tài nguyên cho truyền thông D2D chủ đề nghiên cứu có nhiều thách thức Các hướng nghiên cứu bao gồm chế điều khiển truy nhập phân tán tái sử dụng tài nguyên để nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần số LỜI CẢM ƠN Cơng trình hỗ trợ Đại học Quốc gia Hà Nội, thông qua Đề tài QG 19.24 "Điều khiển xung đột thông minh mạng di động hỗ trợ truyền tin từ thiết bị đến thiết bị " Tài liệu tham khảo Hình 6: CDF thơng lượng hệ thống thuật tốn: Đề xuất Tuần tự (RR) Hình trình bày hiệu thơng lượng tính tồn hệ thống loại kết nối gói tin sử dụng thuật toán đề xuất thuật toán (RR) Kết mơ cho thấy thuật tốn đề xuất mang lại thông lượng hệ thống kết nối di động (Cellular) kết nối D2D ưu tiên cao (High_D2D) cao thuật toán Chẳng hạn xét số mẫu thơng lượng hệ thống nhỏ 700 gói/s, thuật tốn có 40% số mẫu thuật tốn đề xuất có 20% số mẫu Có nghĩa số mẫu có giá trị 700 gói/s thuật tốn đề xuất 80% cịn thuật tốn 60% Tương tự vậy, kết nối D2D ưu tiên cao, xét số mẫu thông lượng hệ thống lớn 650 gói/s, thuật tốn đề xuất có 64% số mẫu thuật tốn có 48% số mẫu Thơng lượng hệ thống kết nối D2D ưu tiên trung bình hai thuật tốn đạt tương đương Trong đó, thông lượng hệ thống kết nối D2D ưu tiên thấp áp dụng thuật toán đề xuất nhỏ thuật toán thuật toán phân bổ thời gian phục vụ đồng cho tất loại kết nối KẾT LUẬN Trong báo này, chúng tơi trình bày nghiên cứu mơ hình điều khiển truy nhập tập trung nhiều mức ưu tiên cho mạng truyền thông di động D2D Chúng tơi đề xuất thuật tốn điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên loại kết nối có xét ngưỡng hàng đợi Chúng tơi phát triển chương trình mơ để đánh giá so sánh hiệu thuật toán đề xuất với thuật toán điều khiển truy nhập ưu tiên [6] thuật toán điều khiển truy nhập Kết mơ cho thấy thuật tốn đề xuất có khả hỗ trợ đảm bảo chất lượng dịch vụ loại kết nối mang đến thông lượng hệ thống cao loại kết nối có mức ưu SỐ 01 (CS.01) 2020 [1] T E Bogale and L B Le, “Massive MIMO and mmWave for 5G Wireless HetNet: Potential Benefits and Challenges”, IEEE Vehicular Technology Magazine, Bản 11, Số 1, 2016, trang: 64-75 [2] J Hong, S Park, H Kim, S Choi and K B Lee, “Analysis of Device-to-Device Discovery and Link Setup in LTE Networks”, 2013 IEEE 24th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC 2013), London, UK, trang: 555-560 [3] Y SubbaRayudu, R O Reddy, P Anjaiah, “A study on user mobility in device to device (D2D) networks through distrubted catching”, 2017 IEEE International Conference on Power, Control, Signals and Instrumentation Engineering (ICPCSI 2017) [4] E Osman, “Impact of Power Allocation on Deviceto-Device Discovery Processes”, 16th Biennial Baltic Electronics Conference (BEC), Estonia, 2018, trang 1-4 [5] F Jameel, Z Hamid, S Zeadally and M A Javed , “A Survey of Device-to-Device Communications: Research Issues and Challenges”, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2018, trang 2133-2168 [6] J Huang, Y Sun, Z Xiong, Q Duan, Y Zhao, X Cao and W Wang, "Modeling and Analysis on Access Control for Device-to-Device Communications in Cellular Network: A Network-Calculus-Based Approach", IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, Bản: 65, Số: 3, trang: 1615 – 1626 [7] Ewaldo Zihan et al., "Distributed Random Access Scheme for Collision Avoidance in Cellular Device-toDevice Communication, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2015, Bản: 14, Số: 7, trang: 3571 – 3585 [8] Mei-Ju Shih et al., "A Distributed Multi-Channel Feedbackless MAC Protocol for D2D Broadcast Communications", IEEE Wireless Communications Letters, 2015, Bản: 4, Số: 1, trang: 102 – 105, 2015 [9] Zhuo Wang, "Delay and collision optimization for clustered machine type communications in random access procedures", 6th International Conference on Electronics Information and Emergency TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 83 Đỗ Thành Đạt, Nguyễn Minh Hiền, Nguyễn Nam Hoàng, Phạm Minh Triển Communication (ICEIEC), 2016, trang: 318 – 321 [10] Bin Han, "Grouping-Based Random Access Collision Control for Massive Machine-Type Communication", 2017 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM2017), 2017, trang: – [11] S Maghsudi, “Hybrid Centralized–Distributed Resource Allocation for Device-to-Device Communication Underlaying Cellular Networks”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, Số: 4, trang: 2481-2495 PRIORITY BASED ACCESS CONTROL FOR MOBILE CELLULAR D2D COMMUNICATIONS NETWORKS DO Thanh-Dat, NGUYEN Minh-Hien, NGUYEN Nam-Hoang, PHAM Minh-Trien University of Engineering and Technology, Vietnam National University Hanoi Abstract: Device-to Device commucations known as D2D communications was introduced to mobile cellular networks to enhance network performance and communication availability between mobile devices When the traditional cellular communications and D2D communication use the same frequency spectrum, frequency collisions occur when they use the same channels The collisions cause interference between D2D users and cellular users which degrades the system performance and QoS of ongoing connections Therefore, access control for D2D and cellular connections is a crucial research issue aiming at reducing the collision and enhancing system performance In this paper, we present a centralized access control model and introduce an analysis model which can be applied to analyze the system performance in terms of request processing delay and system backlog We propose an access control algorithm which applies multi-level connection-based priorities queuing thresholds We developed a simulation program to evaluate the performance of the proposed algorithm and compared with those of another priority-based algorithm given in [6] and the round robin algorithm Simulation results have shown the advantadges of the proposed alogirthm in comparing with other algorithms in mobile cellular D2D communications networks Nguyễn Minh Hiền sinh viên năm thứ tư, ngành Truyền thơng Mạng máy tính, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Lĩnh vực nghiên cứu truyền thông D2D mạng di động Nguyễn Nam Hoàng tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành mạng truyền thông Đại học Công nghệ Vienna, Cộng hịa Áo Hiện cơng tác Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Lĩnh vực nghiên cứu bao gồm mạng truyền thông di động hệ mạng truyền thơng ánh sáng nhìn thấy Phạm Minh Triển tốt nghiệp Đại học Thạc sĩ Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội ngành Điện tử Viễn thông năm 1999 năm 2003, Tiến sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Điện Đại học Quốc gia Chungbuk, Hàn Quốc Hiện công tác Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Keywords: Collision control, access control, D2D communications Tiểu sử tác giả Đỗ Thành Đạt sinh viên năm thứ tư, ngành Truyền thơng Mạng máy tính trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Lĩnh vực nghiên cứu bao gồm truyền thông D2D mạng di động SỐ 01 (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 84 ... NHẬP ƯU TIÊN TRONG MẠNG TRUY? ??N THÔNG DI ĐỘNG D2D việc điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên có xét ngưỡng hàng đợi hỗ trợ việc đảm bảo thông lượng hệ thống kết nối D2D cần có độ ưu tiên cao Trong. .. trình bày nghiên cứu mơ hình điều khiển truy nhập tập trung nhiều mức ưu tiên cho mạng truy? ??n thông di động D2D Chúng đề xuất thuật toán điều khiển truy nhập theo mức ưu tiên loại kết nối có xét...ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP ƯU TIÊN TRONG MẠNG TRUY? ??N THÔNG DI ĐỘNG D2D mơ hình quản lý ngẫu nhiên [7-10] tùy thuộc theo thiết kế hệ thống truy? ??n thông D2D Quản lý tập trung phương