(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu các thuật toán lập lịch tối ưu cho UGS trong WIMAX luận văn ths công nghệ thông tin 60 48 15

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN THUẬN NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TOÁN LẬP LỊCH TỐI ƯU CHO UGS TRONG WIMAX LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN THUẬN NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TOÁN LẬP LỊCH TỐI ƯU CHO UGS TRONG WIMAX Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠNG NGHỆ THƠNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS DƯƠNG LÊ MINH Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ gia đình ni dưỡng, giáo dục tạo điều kiện tốt thực đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn đặc biệt tới Thầy TS Dương Lê Minh, người định hướng đề tài, cung cấp cho kiến thức, tài liệu tận tình hướng dẫn bảo tơi suốt q trình thực đề tài luận văn cao học này, từ ý tưởng đề cương nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, phương pháp giải vấn đề lần kiểm tra cuối để hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Thầy, Cơ giáo mơn Truyền liệu Mạng máy tính, Khoa Cơng nghệ thơng tin, người mang trí tuệ, công sức truyền đạt giúp mở rộng kiến thức Cơng nghệ thơng tin nói chung Mạng máy tính nói riêng, kiến thức q báu có ích với tơi giai đoạn tương lai Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu Nhà trường, Phịng Đào tạo sau đại học, Đại học Cơng nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện tốt giúp tơi suốt q trình học tập Cuối xin gửi lời cảm ơn đến người thân, bạn bè, đồng nghiệp người động viên khuyến khích tơi suốt q trình học tập thực đề tài luận văn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015 Học viên Phạm Văn Thuận LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn tơi tự nghiên cứu tìm hiểu dựa tài liệu tơi trình bày theo ý hiểu thân hướng dẫn trực tiếp Thầy TS Dương Lê Minh Các nội dung nghiên cứu, tìm hiểu kết thực nghiệm hồn tồn trung thực Luận văn chưa cơng bố cơng trình Trong q trình thực luận văn tơi tham khảo đến tài liệu số tác giả, ghi rõ tên tài liệu, nguồn gốc tài liệu, tên tác giả liệt kê mục “DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO” cuối luận văn Học viên Phạm Văn Thuận MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………………… DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG 12 MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIMAX VÀ ỨNG DỤNG 15 1.1 Tổng quan 15 1.2 Các phiên WiMAX 17 1.3 Đặc điểm WiMAX cố định WiMAX di động 18 1.3.1 WiMAX cố định (Fixed WiMAX): 18 1.3.2 WiMAX di động (Mobile WiMAX) 19 1.4 Các ứng dụng WiMAX 21 1.4.1 Ứng dụng WiMAX cho mạng truy nhập 21 1.4.2 Ứng dụng WiMAX cho mạng đường trục 21 1.4.3 Ứng dụng WiMAX kết hợp Wi-Fi 22 1.5 So sánh công nghệ WiMAX công nghệ khác 23 1.5.1 WiMAX WiFi 23 1.5.2 WiMAX 3G 24 1.5.3 WiMAX LTE 25 CHƯƠNG II LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MAC TRONG WIMAX 26 2.1 Tổng quan 26 2.2 Lớp điều khiển truy cập môi trường MAC 26 2.3 Lớp hội tụ CS 28 2.3.1 Chức nhiệm vụ 28 2.3.2 Kết nối, định danh kết nối CID luồng dịch vụ SF 29 2.3.3 Phân loại 29 2.4 Lớp phần chung MAC CPS 30 2.4.1 Địa MAC kết nối 31 2.4.2 Định dạng MAC PDU 31 2.4.2.1 MAC PDU chung 31 2.4.2.2 Tiêu đề MAC PDU khơng có payload (PDU u cầu băng thông) 33 2.5 Lớp bảo mật PS 36 2.6 Quản lý chất lượng dịch vụ QoS: 36 2.7 Cấu trúc khung TDD chế độ PMP 36 CHƯƠNG III CƠ CHẾ LẬP LỊCH HỖTRỢ QoS TRONG WiMAX 39 3.1 Tổng quan 39 3.2 Hỗ trợ QoS chuẩn 802.16 39 3.3 Cơ chế yêu cầu cấp phát băng thông 40 3.4 Các thông số hỗ trợ QoS 41 3.4.1 Băng thông 41 3.4.2 Độ trễ Lacency (Delay) 41 3.4.3 Jitter 42 3.4.4 Tỷ số tin Packet loss 42 3.4.5 Thông lượng 42 3.5 Phân lớp QoS 42 3.5.1 Dịch vụ cấp phát không yêu cầu (UGS) 43 3.5.2 Dịch vụ thăm dò thời gian thực (rtPS) 44 3.5.3 Dịch vụ thăm dò phi thời gian thực (nrtPS) 44 3.5.4 Dịch vụ thăm dò thời gian thực mở rộng (ertPS) 44 3.5.5 Dịch vụ nỗ lực tối đa (BE) 44 3.6 Kiến trúc QoS giao thức MAC 802.16 45 3.7 Các thuật toán phổ biến cho lập lịch lớp MAC chuẩn 802.16 46 3.7.1 Thuật toán Round Robin (RR) 46 3.7.2 First-In-First-Out (FIFO) 48 3.7.3 Priority queue (PQ) 48 3.7.4 Hàng đợi cân có trọng số WFQ 49 3.7.5 Deficit Round Robin (DRR) 49 3.7.6 Hàng đợi xoay vòng theo trọng số WRR 54 CHƯƠNG IV MỘT SỐ KỸ THUẬT LẬP LỊCH ĐỀ XUẤT CHO WIMAX 56 4.1 Tổng quan: 56 4.2 Thuật toán lập lịch Round Robin 56 4.3 Cài đặt thử nghiệm mô 56 4.3.1 Cấu trúc trạm BS 58 4.3.2 Cấu trúc trạm MS 59 4.3.3 Bộ lập lịch UL/DL 60 4.4 Kịch mô 61 4.5 Kết luận 66 4.6 Thuật toán DRR 66 4.7 Kết luận đánh giá 69 KẾT LUẬN 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Từ viết tắt 3G AC Third Generation Admission Control Advanced Encryption Standard Airlink Automatic Repeat reQuest Asynchronous Transfer Mode Backhaul Best Effort Base Station Broadband Wireless Access Bandwidth Request Constant Bit Rate Connection Identifier Cyclic Prefix Customer Premises Equipment Common Part Sublayer Convergence Sublayer Deficit Counter Downlink Deficit Round Robin Digital Subscriber Line Extensible Authentication Protocol AES Airlink ARQ ATM Backhaul BE BS 10 BWA 11 12 13 14 BWR CBR CID CP 15 CPE 16 17 18 19 20 21 CPS CS DC DL DRR DSL 22 EAP 23 ertPS Extended rtPS 24 25 26 FCFS FCH FDD First Come First Serve Frame Control Header Frequency Division Nghĩa Thế hệ thứ Kiểm sốt cho phép Chuẩn mã hóa tiên tiến Liên kết vô tuyến Yêu cầu truyền lại tự động (Cơ chế tự động phát lại) Phương thức truyền không đồng Kết nối đường trục Dịch vụ nỗ lực tối đa Trạm sở Truy cập không dây băng thông rộng Yêu cầu băng thông Tốc độ bit cố định Định danh kết nối Chuỗi bảo vệ Thiết bị đầu cuối thuê bao Lớp phần chung Lớp hội tụ Bộ đếm dư thừa Đường xuống Thuật toán lập lịch DRR Đường dây thuê bao số Giao thức chứng thực mở rộng Dịch vụ thăm dò thời gian thực mở rộng Đến trước phục vụ trước Tiêu đề điều khiển khung Song công phân chia theo tần số 27 FIFO 28 FSH 29 30 FTP Grant 31 HTTP 32 ICI 33 IEEE 34 IP 35 ISDN 36 ISI 37 38 39 LAN LOS LTE Duplexing First In First Out Fragmentation Subheader File Transfer Protocol Grant Hypertext Transfer Protocol Inter-Carrier Interference Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol Integrated Services Digital Network Inter-Symbol Interference Local Area Network Line Of Sight Long Term Evolution 40 MAC Media Access Control 41 MIMO 42 MPDU 43 MPEG 44 45 MS NLOS 46 nrtPS 47 OFDM 48 OFDMA Multiple Input Multiple Output MAC Protocol Data Unit Motion Picture Experts Group Mobile Station Non Line of Sight Non-Real-Time Polling Services Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency division Multiple Access Vào trước trước Tiêu đề phân mảnh Giao thức truyền tập tin Cấp phát Giao thức truyền siêu văn Nhiễu liên kênh Viện kỹ thuật điện điện tử Giao thức liên mạng Mạng số tích hợp đa dịch vụ Nhiễu xuyên ký hiệu Mạng vùng cục Tầm nhìn thẳng Tiến hóa dài hạn Lớp điều khiển truy nhập môi trường Nhiều đầu vào nhiều đầu Đơn vị liệu giao thức lớp MAC Nhóm chuyên gia ảnh động Trạm di động Khơng tầm nhìn thẳng Dịch vụ thăm dò phi thời gian thực Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao 49 73 74 Protocol Data Unit Packet Header PHS Suppression PHY Physical Privacy Key PKM Management PMP Point-to-Multipoint Polling Polling PQ Priority Queuing QoS Quality of Service Radio Frequency RFID Identification RR Round Robin Radio Resource RRM Management Real-Time Polling rtPS Services SAP Service Access Point SDU Service Data Unit SF Service Flows SFID Service Flow ID SOFDMA Scalable OFDMA SS Security Sublayer SS Subscriber Station SubCarriers SubCarriers SubChannels SubChannels Transport Control TCP Protocol Time Division TDD Duplexing Unsolicited Grant UGS Services UL Uplink UWB Ultra Wide band 75 VAD Voice with activity detection 76 VBR Variable Bit Rate 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 PDU Đơn vị liệu giao thức Chặn mào đầu tải tin Lớp vật lý Quản lý khóa riêng tư Điểm đến đa điểm Thăm dò Hàng đợi ưu tiên Chất lượng dịch vụ Nhận dạng tần số sóng vơ tuyến Xoay vịng Quản lý tài ngun vơ tuyến Dịch vụ thăm dò thời gian thực Điểm truy nhập dịch vụ Đơn vị liệu dịch vụ Luồng dịch vụ Định danh luồng dịch vụ OFDMA mở rộng Lớp bảo mật Trạm thuê bao Sóng mang Kênh Giao thức điều khiển truyền tải Ghép sông công theo tần số Dịch vụ cấp phát tự nguyện Đường lên Băng tần siêu rộng Thăm dị hoạt động tiếng nói (khử khoảng lặng) Tốc độ bit thay đổi 10 77 WEP 78 79 80 WFQ Wi-Fi WPA 81 WPA2 82 WRR Wired Equivalent Privacy Weighted Fair Queuing Wireless Fidelity WiFi Protected Access WiFi Protected Access Weighted Round Robin Bảo mật tương đương có dây Hàng đợi cân có trọng số Mạng khơng dây Wifi Chuẩn mã hóa WPA Chuẩn mã hóa WPA Hàng đợi xoay vịng theo trọng số ... CƠNG NGHỆ PHẠM VĂN THUẬN NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TỐN LẬP LỊCH TỐI ƯU CHO UGS TRONG WIMAX Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠNG NGHỆ THÔNG TIN. ..oán RR Luận văn trình bày thuật tốn lập lịch DRR, cải tiến thuật toán RR đề xuất áp dụng cho WiMAX Thuật toán lập lịch dựa thuật toán RR kết đưa chế lập lịch gói cơng cho luồng dịch vụ UGS, đề xuất á... chăm sóc khách hàng hệ thống WiMAX Vì lẽ đó, luận văn tập trung vào đề tài ? ?Nghiên cứu thuật toán lập lịch tối ưu cho UGS WiMAX? ?? Với nội dung nghiên cứu nêu trên, luận văn gồm có nội dung trình