Nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong hệ thống thông tin di động ds cdma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐÁ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ẹIEN ẹIEN Tệ BO MON VIEN THONG à ả LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG DS- CDMA/FRMA BẰNG LOGIC MỜØ GVHD HVTH LỚP : TS PHẠM THỊ CƯ TS PHẠM HỒNG LIÊN : KS TRẦN XUÂN TRƯỜNG : CAO HỌC KT ĐTVT- K11 TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2003 MỤC LỤC Chương : HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TRẢI PHỔ TẾ BÀO DS-CDMA 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 Kỹ thuật trải phổ Nguyên lý trải phổ Maõ trải phổ Ưu nhược điểm kỹ thuật trải phổ ứng dụng Hệ thống thông tin di động DS –CDMA Nguyên lý CDMA Hệ thống thông tin di động DS-CDMA Kênh CDMA đường xuống Kênh CDMA đường lên Quá trình xử lý gọi thông tin di động Quản lý tài nguyên thông tin di động DS-CDMA Điều khiển công suất CDMA Chuyển giao hệ thống thông tin di động DS-CDMA Đo tải giao diện vô tuyến Điều khiển cho phép 1 5 11 14 16 16 23 28 34 Chương : LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NƠ RON 38 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4 Giới thiệu logic mờ Khái niệm logic mờ Ứng dụng logic mờ Logic mờ viễn thông Lý thuyết tập mờ Định nghóa tập mờ Độ cao miền xác định độ tin cậy tập mờ Các phép toán tập mờ Biến ngôn ngữ giá trị Luật hợp thành mờ Giải mờ Điều khiển mờ Caáu trúc hệ mờ Nguyên lý điều khiển mờ luật điều khiển mờ Các bước để thiết kế điều khiển mờ Các phương pháp điều khiển mờ Các điều khiển mờ động Mạng nơ ron 38 38 38 39 40 40 42 43 44 45 52 55 55 57 58 59 60 63 Chương : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NGHẼN MỜ – NƠ RON CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG DS-CDMA /FRMA 68 3.1 Giao thức đa truy cập gói dự phòng (PRMA) 68 3.1.1 Giới thiệu 69 3.1.2 Caùc tham biến hệ thống 71 3.1.3 Phân tích tiêu giao thức PRMA cho mạng tế bào kết hợp thoại liệu 74 3.2 Giao thức FRMA hệ thống DS- CDMA 85 3.3 Thiết kế điều khiển nghẽn mờ – nơ ron cho mạng thông tin di động tế bào tích hợp thoại liệu DS –CDMA/FRMA 85 3.3.1 Giới thiệu 85 3.3.2 Mô hình hệ thống 86 3.3.3 Xây dựng điều khiển nghẽn mờ – nơ ron 90 A- Bộ dự đoán nhiễu PRNN .90 B- Bộ dẫn tiêu mờ 93 C- Bộ điều khiển xác suất truy cập mờ 97 3.4 Xây dựng mạng nơ ron điều khiển nghẽn mờ phần mềm Matlab 100 Chương : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .111 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 Thiết kế giao diện mô Các kết thu Tỷ lệ gói thoại Tỷ lệ sai hỏng tranh chấp Trễ gói liệu Tính khả dụng hệ thống 111 112 113 114 116 118 Chương : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 120 Luận văn tốt nghiệp cao học GVHD : TS Phạm Hồng Liên MỞ ĐẦU Thông tin di động hệ thứ ba hệ thông tin di động cho dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện Đây thực mạng băng rộng có khả truyền thông đa phương tiện, đảm bảo tốc độ bit người sử dụng đến Mbps Mạng có khả cung cấp độ rộng băng tần theo yêu cầu Điều xuất phát từ việc thay đổi bit dịch vụ khác nhau, đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng Đồng thời mạng cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu Nghóa đảm bảo kết nối chuyển mạch cho thoại, dịch vụ video khả số liệu gói cho dịch vụ số liệu Để đáp ứng yêu cầu này, hệ thống thông tin di động hệ hai dần chuyển đổi bước sang hệ thứ ba Khi dịch vụ thoại liệu hỗ trợ cấu trúc mạng chuyển mạch gói lựa chọn tối ưu cho hệ thống thông tin di động hệ ba So với chuyển mạch kênh mạng chuyển mạch gói mang nhiều ưu điểm hơn, nhiên vấn đề nan giải gặp phải giải toán chống nghẽn cho mạng Giải vấn đề thành công có nghóa nâng cao chất lượng hệ thống tăng dung lượng hệ thống mức cực đại Như biết, hệ thống thông tin di động trải phổ tế bào DS-CDMA có nhiều toán đưa để cải thiện dung lượng hệ thống Đó lớp toán điều khiển công suất, chuyển giao phương pháp triệt nhiễu đa người dùng, Như đề tài đề xuất phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn cho hệ thống DS-CDMA/FRMA kỹ thuật logic mờ mạng nơ ron phục vụ cho mục đích Phương pháp điều khiển áp dụng cho giao thức đa truy cập dự phòng khung (FRMA), giao thức đề nghị sử dụng hệ thống DS-CDMA Đồng thời sử dụng điều khiển mờ – nơ ron lựa chọn tối ưu chúng hội tụ đầy đủ ưu điểm áp dụng cho hệ thống Tác giả đề tài tập trung xây dựng điều khiển nghẽn mờ – nơ ron nhằm thay cho phương pháp điều khiển thông thường Đồng thời đánh giá hiệu hoạt động điều khiển nhờ phương pháp mô hệ thống Các kết thu so sánh với phương pháp thông thường Về cấu trúc, đề tài chia thành năm chương: • Chương : Hệ thống thông tin di động trải phổ tế bào DS-CDMA • Chương :Lý thuyết điều khiển mờ mạng nơ ron • Chương : Xây dựng điều khiển nghẽn mờ – nơ ron cho hệ thống tích hợp thoại – liệu DS-CDMA/FRMA • Chương : Kết mô • Chương : Kết luận, đề xuất hướng phát triển Các vấn đề trình bày khuôn khổ luận văn tốt nghiệp nhiều thiếu sót thời gian trình độ người viết có hạn Vậy tác giả mong bảo thầy, cô, tham gia đóng góp ý kiến bạn bè đồng nghiệp, người quan tâm đến vấn đề để đề tài hoàn thiện HVTH : KS Trần Xuân Trường GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học Chương HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TRẢI PHỔ TẾ BÀO DS-CDMA 1 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ: 1.1.1.Nguyên lý Trải phổ: Trải phổ kỹ thuật mà đó, tín hiệu liệu nhân với tín hiệu giả tạp âm ngẫu nhiên gọi mã giả tạp âm hay mã PN Mã PN chuỗi chíp có giá trị –1 (đối với tín hiệu có cực tính) (đối với tín hiệu cực tính) chuỗi tín hiệu có đặc tính giống tạp âm ngẫu nhiên Sau trải phổ, lượng tín hiệu phân bố vào dải tần rộng so với phổ tín hiệu gốc Ở đầu thu, phổ tín hiệu lại nén trở lại phổ tín hiệu ban đầu Nguồn liệu gốc Tín hiệu trải phổ Tạo chuỗi PN a) 1 Dữ liệu gốc 1 0 1 1 1 1 Mã trải phổ PN 1 1 1 1 1 Tín hiệu trải phổ b) Hình 1.1: a) Nguyên lý trải phổ; b)Dạng tín hiệu trải phổ HVTH : KS Trần Xuân Trường GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học Ở đây, chuỗi PN có tốc độ cao gấp nhiều lần so với tốc độ tín hiệu số liệu, bit số liệu đïc mã hóa thành N chip, số lượng chip phụ thuộc vào mục đích sử dụng dung lượng hệ thống Hiện nay, người ta sử dụng hai kỹ thuật trải phổ thông dụng : Trải phổ trực tiếp DS/SS trải phổ nhảy tần FH/SS 1.1.2 Mã trải phổ Mã trải phổ dải tín hiệu giả ngẫu nhiên (giả tạp âm trắng) tao đồng để trải phổ máy phát nén phổ tương ứng máy thu Ngoài ra, mã trải phổ dùng để phân biệt thuê bao với họ sử dụng chung tần số Điều dễ thấy hệ thống thông tin vệ tinh hệ thống thông tin di động CDMA Hàm tự tương quan tín hiệu trải phổ biểu diễn sau : Ra (τ ) = ∫ +∞ −∞ f ( t ) f ( t − τ ) dt (1.1) Hàm tự tương quan biểu thị giống tín hiệu f(t)và tín hiệu sau khoảng thời gian trễ τ Hàm tương quan chéo : Rc (τ ) = ∫ +∞ −∞ f ( t ) g ( t − τ )dt (1.2) Mã trải phổ dùng để trải phổ mà chìa khóa để thuê bao chọn tín hiệu trạm gốc phát cho môi trường dùng chung tần số Muốn vậy, mã trải phổ MS khác có tương quan chéo Xét lý thuyết, tín hiệu trải phổ trực giao đảm bảo tương quan chéo Tuy nhiên, nhiều hệ thống phát tương quan chuỗi PN máy phát thu dùng với tương quan đủ nhỏ, không thiết phải Các dãy PN thường dùng dãy có độ dài cực đại(dãy m), dãy Gold, dãy Walsh, dãy Kasami 1.1.2 Hệ thống Trải phổ 1.1.2.1.Hệ thống phát theo kỹ thuật trải phổ trực tiếp Hệ thống phát theo kỹ thuật trải phổ trực tiếp thực theo hai phương pháp biểu diễn hình vẽ 1.2 a) b) Trong hệ thống này, tín hiệu băng gốc d (t) = { +1 −1 , điều chế số PSK thành tín hiệu : s(t ) = PS d (t ).cosϖ IF t (1.3) với ϖIF tần số sóng mang trung tần Thực trải phổ tín hiệu s(t) trộn nâng tần, ta tín hiệu cần phát có dạng: HVTH : KS Trần Xuân Trường GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học v(t)= g(t).s(t).cosϖ0t (1.4) với ϖ0 tần số tải tần Việc trộn nâng tần tín hiệu trải phổ không làm thay đổi độ rộng dải tần tín hiệu mà chuyển tín hiệu đến đoạn tần số s(t)=A1cos[ϖIFt+φ(t)] Tin tức băng gốc d(t) Bộ điều chế PSK g1(t).s1(t) Anten phát Đổi tần lên (U/C) g(t) fHF Bộ phát mã trải phổ PN Tốc độ chip Rc=1/Tc Sóng mang trung tần AcosϖIFt Bộ tổng hợp tần số vô tuyến a) Tin tức băng gốc d(t) Bộ điều chế PSK XOR Anten phát Đổi tần lên (U/C) fHF Phát mã PN Khuếch đại Công suất phát Sóng mang trung tần AcosϖIFt Khuếch đại Công suất phát Bộ tổng hợp tần số vô tuyến Xung clock b) Hình 1.2: Các hệ thống phát theo kỹ thuật trải phổ trực tiếp 1.1.2.2 Hệ thống thu theo kỹ thuật trải phổ trực tiếp Tại đầu thu, máy thu nhận M tín hiệu trải phổ độc lập M máy phát với nhiễu tạp âm nhiệt Tín hiệu thu có dạng: M r(t ) = ∑ gi (t).si (t) + I (t) + n(t) (1.5) i =1 Trong : I(t) la thành phần nhiễu , r(t) thành phần tạp âm nhiệt HVTH : KS Trần Xuân Trường GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học Đối với tín hiệu si(t) xác định, có gi(t) riêng tương quan chéo, nén phổ, lại (M – 1) tín hiệu không nén phổ, có tương quan chéo với tín hiệu gi(t) nén phổ Sơ đồ hệ thống thu theo kỹ thuật trải phổ trực tiếp biểu diển hình vẽ 1.3 Anten thu Bộ lọc thông dải LNA Tín hiệu băng gốc Đổi tần xuống Bộ lọc dải r(t) Giải điều chế PSK g(t) Bộ tổng hợp tần số vô tuyến Mã PN nén phổ Hình 1.3: Hệ thống thu theo kỹ thuật trải phổ trực tiếp Một cách gần đúng, ta có: Độ lợi xử lý: S sau nén phổ máy thu B W Gp = S = = N BD fb S Trước nén phổ máy thu N Trong : + BS dải thông liệu trải phổ = W dải thông tín hiệu trải phổ phát vô tuyến + BD dải thông liệu gốc = tốc độ bit nguồn fb 1.1.3 Ưu nhược điểm kỹ thuật trải phổ ứng dụng 1.1.3.1 Ưu - Nhược điểm kỹ thuật trải phổ a) Ưu điểm : +Mật độ phổ công suất thấp, tín hiệu trải phổ dải băng tần rộng mật độ phổ công suất nhỏ, không gây ảnh hưởng cho hệ thống thông tin khác +Giới hạn nhiễu, nhiễu đồng kênh tất thuê bao dùng chung tần số +Tính bảo mật cao sử dụng mã PN ngẫu nhiên, người dùng mã hóa mã khác Điều làm cho việc phát thuê bao khác vô khó khăn +Khả chống nhiễu cao HVTH : KS Trần Xuân Trường GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học + Có thể truy cập ngẫu nhiên, tức thuê bao thu phát điểm nào, b) Nhược điểm : + Đồng mã PN khó khăn ảnh hưởng môi trường truyền + Việc mã hóa giải mã phức tạp, tốc độ cao, đòi hỏi độ xác cao 1.1.3.2 Ứng dụng kỹ thuật Trải phổ Với ưu điểm vượt bậc so với kỹ thuật điều chế thông thường, kỹ thuật trải phổ áp dụng nhiều vào lónh vực thông tin vô tuyến Trong số đó, có ứng dụng coi đặc trưng kỹ thuật trải phổ : + Ứng dụng hệ thống Rada + Sử dụng hệ thống định vị toàn cầu + Dùng hệ thống thông tin vệ tinh + Ứng dụng hệ thống thông tin di động CDMA Đề tài xem xét đến ứng dụng kỹ thuật trải phổ hệ thống thông tin di động DS-CDMA 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG DS-CDMA 1.2.1 Nguyên lý CDMA Công nghệ CDMA (Đa truy nhập phân chia theo mã) dựa việc phân kênh theo mã số Thực tế, trình trộn tín hiệu với trình ngẫu nhiên Thường trình ngẫu nhiên có tần số lớn so với tín hiệu số liệu gốc nên tín hiệu sau điều chế trải phổ có phổ tần trải băng thông Trong CDMA, sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người dùng chiếm kênh vô tuyến đồng thời tiến hành gọi lúc Mỗi người dùng truy nhập hệ thống mà không bị trùng với thuê bao mã hóa với mã đặc trưng riêng Dựa kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp, tín hiệu số băng tần gốc trải phổ rộng nhờ mã trải phổ PN (giả ngẫu nhiên) Đối với máy thu thông thường thể gần giống tạp âm thường gây nhiễu Nguyên lý phát thu CDMA mô tả hình vẽ sau : Tín hiệu liệu XOR Phát PN Điều chế máy phát Máy thu giải điều chế Phát PN XOR Bản tin gốc phục hồi Hình 1.4: Nguyên lý thu- phát thông tin di động DS/CDMA HVTH : KS Trần Xuân Trường GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học 1.2.2 Hệ thống thông tin di động DS-CDMA Tương tự hệ thống thông tin di động mặt đất, hệ thống thông tin di động DS-CDMA, vùng phục vụ chia thành ô hình lục giác hình vẽ 1.5 Mỗi ô gồm có tram gốc kết nối với trung tâm chuyển mạch thoại di động (MTSO) Trong ô, luôn có hai kênh truyền máy di động trạm gốc, kênh đường lên kênh đường xuống BS MS BS MTSO S SMS LE BS BS MS BS S BS BS MS S MS S Hình 1.5: Hệ thống thông tin di động DS/CDMA Cấu hình trạm gốc bao gồm: + Kênh CDMA đường xuống kênh truyền từ trạm gốc (BS) đến máy di động + Kênh CDMA đường lên kênh truyền từ máy di động (MS) đến trạm gốc(BS) Trong hệ thống thông tin di động DS-CDMA, kênh vô tuyến dùng lại cell toàn mạng, kênh phân biệt nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên Một kênh CDMA rộng 1,2288 MHz với hai dải biên phòng vệ 0,27 MHz Như vậy, kênh CDMA chiếm khoảng băng thông 1,77 MHz CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ chip 1,2288 MHz Dòng liệu thông tin mã hóa điều chế tốc độ chip Tốc độ tốc độ mã đầu máy phát PN Để nén phổ trở lại tín hiệu gốc, máy thu phải dùng mã trải phổ PN xác tín hiệu xử lý máy phát Nếu mã PN máy thu khác không đồng với mã PN tương ứng máy phát tin tức truyền thu nhận hay hiểu máy thu HVTH : KS Trần Xuân Trường Luận văn tốt nghiệp cao học GVHD: TS.Phạm Hồng Liên Hình 3.19 : Hàm thành viên ngõ vào tiêu hệ thống Hình 3.20 : Hàm thành viên ngõ mức điều chỉnh xác suất HVTH : KS Trần Xuân Trường 109 Luận văn tốt nghiệp cao học GVHD: TS.Phạm Hồng Liên Hình 3.21 : Dạng luật điều khiển xác suất truy cập mờ HVTH : KS Trần Xuân Trường 110 Luận văn tốt nghiệp cao học GVHD : TS Phạm Hồng Liên Chương : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Để đánh giá hoạt động điều khiển tắc nghẽn dùng logic mờ mạng nơ ron, thực mô hệ thống ngôn ngữ lập trình Matlab 5.3 Thông qua giao diện thiết kế, việc khảo sát tham số hệ thống đơn giản, người sử dụng cần thực trình nhập số liệu số người dùng cell nhấn nút cần thiết theo dõi kết khoảng thời gian định Các thông số để quan sát trình hoạt động hệ thống tỷ lệ gói thoại, tỷ lệ tranh chấp sai hỏng, thời gian trễ gói liệu tính khả dụng hệ thống Đây thông số để kiểm nghiệm chất lượng hệ thống sử dụng điều khiển nghẽn kỹ thuật tiên tiến Các ưu điểm nhược điểm chúng so sánh với phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn hệ thống CDMA/PRMA theo kỹ thuật thông thường 4.1 THIẾT KẾ GIAO DIỆN MÔ PHỎNG Dựa sở lý thuyết phương pháp xây dựng điều khiển mờ mạng nơ ron chương trước, viết chương trình mô kết trình thực điều khiển chống tắc nghẽn hệ thống thông tin di động DSCDMA/FRMA Chương trình thực ngôn ngữ lập trình Matlab, kết giao diện hình vẽ 4.1 Hình vẽ 4.1 Giao diện khảo sát kết hoạt động điều khiển nghẽn HVTH : Trần Xuân Trường 111 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học 4.2 CÁC KẾT QUẢ THU ĐƯC Như giới thiệu chương 3, hệ thống DS-CDMA/PRMA có cấu trúc khung khe thời gian tương tự hệ thống DS-CDMA/FRMA, nhiên tất khe thời gian DS-CDMA/PRMA sử dụng cho trình truyền dẫn gói tranh chấp hay gói dành sẵn Nếu người dùng muốn chiếm dành sẵn, trước hết họ phải truyền gói tranh chấp khe thời gian với xác suất truy cập cho Mỗi lần tranh chấp thành công, họ truyền gói thông tin khe thời gian khung Nếu tranh chấp không thành công, người dùng cố gắng thực khe thời gian Quá trình tranh chấp tuân theo hàm truy cập kênh, hàm cho biết quan hệ xác suất truy cập thoại với số người dùng dành trước p α 0.3 0.25 0.2 S1 β pVi 0.15 breakpoint S2 0.05 10 users Hình 4.2 : Hàm truy cập kênh cho hệ thống DS-CDMA/PRMA Hàm truy cập kênh (như hình vẽ 4.2) giả định bao gồm có hai đoạn thẳng tuyến tính biểu diễn quan hệ xác suất truy cập thoại với số người dùng dự phòng với tham số sau : xác suất truy cập thoại khởi đầu lớn người dùng thoại trường hợp tải nhẹ PVi ; hai đoạn thẳng tuyến tính s1 s2 vị trí điểm gãy Số người dùng dự phòng nhỏ (hay lớn hơn) số người dùng tranh chấp phép cao (hay thấp hơn) Do đoạn thẳng s1 thiết kế nhỏ s2 Nếu điểm gãy chọn lớn hàm truy cập kênh hệ thống cho phép nhiều người tranh chấp hơn, nhiên gây tỷ lệ sai hỏng cao Ngược lại , điểm gãy chọn nhỏ hàm truy cập kênh bị hạn chế hệ thống cho phép số người tranh chấp nhỏ hơn, nhiên gây trình tăng thời gian trễ gói Các tham số thiết lập thông qua kinh nghiệm mô để hàm truy cập kênh hiệu kết hợp hài hoà tỷ lệ sai hỏng trễ gói Đối với xác suất truy cập người sử dụng liệu tính cách nhân xác suất người dùng thoại với hệ số fd Quá trình mô hệ thống thực điều kiện sau : số cell hêï thống K = 49, tham số xác định cho nhiễu θ = ; ζ = db, thời gian HVTH : Trần Xuân Trường 112 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học khung T = 20 ms , số khe thời gian khung N = 10, hệ số trải phổ F =15, thời gian trễ cực đại TD = 40 ms, đệm cho thiết bị đầu cuối thoại số liệu tương ứng Bv = 12 , BD = 200, tham số cho mô hình thoại liệu tương ứng / α = 0.44 s, 1/ β = 0.56 s, 1/ λd = 0.04 hệ số fd = 0.25 4.2.1 Tỷ lệ gói thoại Để tính toán thông số tỷ lệ gói thoại cho hệ thống sử dụng điều khiển nghẽn logic mờ, ta nhâïp số lượng người dùng cho hệ thống chạy mô cách nhấn nút ‘kết quả’ sau ghi lại kết thu vẽ đường quan hệ tỷ lệ gói thoại số người dùng cell Có thể so sánh số liệu với kết thực phương pháp điều khiển nghẽn thông thường hệ thống DS-CDMA/PRMA M Lv 130 0.000012 135 0.000013 140 0.000011 145 0.000014 150 0.000012 155 0.000015 160 0.000010 165 0.008 170 0.01 175 0.017 180 0.031 185 0.049 Tỷ lệ gói thoại bao gồm trình gói tràn đệm gói thoại trễ tranh chấp mức Quan hệ số người dùng tỷ lệ gói biểu diễn theo đường đặc tính đây: 10 t y û l e ä m a át g o ù i t h o a ï i 10 10 10 10 -1 -2 -3 -4 -5 120 130 140 150 160 170 180 190 200 s o n g øi d u øn g t ro n g c e l l Hình vẽ 4.3 Quan hệ tỷ lệ gói thoại số người dùng cell Kết mô cho thấy số lượng người dùng nhỏ 160 tỷ lệ gói thoại thấp (khoảng 0.00001) Mất gói thoại tăng nhanh số người dùng tăng qua giá trị 160 Điều giải thích giá trị ngưỡng mà hệ thống chuẩn bị chuyển sang chế độ nghẽn Tuy nhiên để so sánh kết thu HVTH : Trần Xuân Trường 113 190 0.060 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học với phương pháp điều khiển hàm truy cập kênh thông thường, ta kết hợp kết hệ trục toạ độ sau : 10 -1 p h n g p h a ùp t h o â n g t h øn g p h n g p h a ùp d u ø n g l o g i c m ô ø t y û l e ä m a át g o ùi t h o a ïi 10 10 10 10 -2 -3 -4 -5 120 130 140 150 160 170 180 190 200 s o n g øi d u øn g t ro n g c e l l Hình vẽ 4.4 Kết so sánh tỷ lệ gói thoại phương pháp Đây kết thực so sánh với phương pháp điều khiển hàm truy cập kênh hệ thống DS-CDMA/PRMA Hiển nhiên ta thấy phương pháp điều khiển nghẽn dùng logic mờ thực tốt so với phương pháp thông thường Lý điều khiển nghẽn dùng mờ – nơ ron lựa chọn kỹ thuật thông minh điều khiển logic mờ mạng nơ ron, chúng có khả lớn để tính toán xác suất cho phép thích hợp khả thích ứng tốt trường hợp tải lưu lượng biến đổi theo thời gian Một lý khác giao thức DS-CDMA/FRMA gói tranh chấp gói dành sẵn hoàn toàn riêng biệt nhau, thăng giáng lưu lượng gói tranh chấp không gây ảnh hưởng đến gói dành trước Ngược lại giao thức DS-CDMA/PRMA gói tranh chấp gói dự phòng truyền dẫn khe thời gian, gói dành trước bị ảnh hưởng trực tiếp từ gói tranh chấp 4.2.2 Tỷ lệ sai hỏng tranh chấp Thông số cần quan tâm thu từ trình mô tỷ lệ sai hỏng tranh chấp người dùng cell Để thu kết từ mô hình mô HVTH : Trần Xuân Trường 114 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học phỏng, ta nhập số lượng người dùng trường hợp, sau ghi lại kết xử lý chúng, ta mối quan hệ số người dùng với tỷ lệ sai hỏng tranh chấp STT M Rc 130 10-4 135 10-4 140 10-4 145 10-4 150 10-4 155 10-4 160 10-4 165 10-4 170 10-4 10 175 8.10-4 11 180 10-3 12 185 2.10-3 13 190 2,3 10-3 Các số liệu thu biểu diễn dạng đồ thị hình vẽ (4.5) t y û l e ä s a i h o ûn g k h i t n h c h a p 10 10 10 10 10 10 -1 -2 -3 -4 -5 120 130 140 150 160 170 180 190 200 s o n g øi d u øn g t ro n g c e l l Hình vẽ 4.5 Quan hệ tỷ lệ sai hỏng tranh chấp số người dùng cell Kết cho thấy sử dụng điều khiển mờ –nơ ron để chống tắc nghẽn cho hệ thống tỷ lệ sai hỏng tranh chấp thấp trường hợp người dùng 170 Khi số người dùng tăng mức 170 tỷ lệ sai hỏng tăng nhanh, nhiên giá trị nhỏ so với trường hợp điều khiển theo hàm truy cập kênh thông thường Có thể so sánh kết với hệ thống DS-CDMA/PRMA thực điều khiển nghẽn theo hàm truy cập kênh hình vẽ (4.2) Kết cho thấy ưu điều khiển nghẽn dùng logic mờ, hầu hết giá trị sai hỏng so với phương pháp thông thường hoàn toàn không đáng kể Nó chứng tỏ khả điều chỉnh lưu lượng tới tốt nên hầu hết lỗi tranh chấp Để có lợi điều khiển nghẽn dùng logic mờ –nơ ron có khả điều chỉnh thích ứng xác suất truy cập cách thông minh, đồng thời nhờ giao thức DS-CDMA/FRMA cách ly lưu lượng tranh chấp thay đổi mạnh từ lưu lượng dành trước thay đổi chậm HVTH : Trần Xuân Trường 115 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học 10 p h n g p h a ùp t h o â n g t h ö ô øn g p h ö ô n g p h a ùp d u ø n g l o g i c m ô ø t y û l e ä s a i h o û n g k h i t n h c h a áp 10 10 10 10 10 -1 -2 -3 -4 -5 120 130 140 150 160 170 180 190 200 s o n g øi d u øn g t ro n g c e l l Hình vẽ 4.6 So sánh tham số tỷ lệ sai hỏng phương pháp 4.2.3 Trễ gói liệu Một tham số cần quan tâm khảo sát hệ thống thông tin di động DSCDMA trễ gói liệu Trễ tính từ thời điểm gói liệu đến thiết bị người dùng tranh chấp thành công Các kết mô tham số trễ hệ thống DS-CDMA/FRMA dùng phương pháp điều khiển nghẽn dùng mờ –nơ ron giá trị khác người sử dụng cell cho dạng baûng sau : Stt M 130 Dd(ms) 60 135 60 140 60 145 60 150 60 155 60 160 60 165 60 170 61 10 175 67 11 180 71 12 185 77 13 190 81 Biểu diễn kết dạng đồ thị ta quan hệ trễ gói liệu số người dùng cell theo hình vẽ (4.7) HVTH : Trần Xuân Trường 116 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học 80 t re ã g o ùi t ru n g b ì n h (m s ) 70 60 50 40 30 20 10 120 130 140 150 160 170 180 190 200 s o n g øi d u øn g t r o n g c e l l Hình vẽ 4.7 Quan hệ giá trị trễ gói trung bình số người dùng cell Như trễ trường hợp có giá trị xung quanh 60 (ms) số người dùng cell nhỏ 170, sau tăng nhanh số người dùng tăng Có thể so sánh thông số vơí phương pháp điều khiển dùng hàm truy cập kênh theo hình vẽ (4.8) 80 p h n g p h a ùp t h o ân g t h ö ô øn g p h ö ô n g p h a ùp d u øn g m ô ø t re ã g o ù i t ru n g b ì n h (m s ) 70 60 50 40 30 20 10 120 130 140 150 160 170 180 190 200 s o n g ö ô øi d u øn g t ro n g c e l l Hình vẽ 4.8 Kết so sánh thông số trễ phương pháp Trong trường hợp tải lưu lượng hệ thống DS-CDMA/PRMA cho mức độ trễ thấp so với hệ thống DS-CDMA/FRMA Sở dó có điều giao thức DS-CDMA/PRMA cho phép người dùng tranh chấp khe thời gian nào, giao thức DS-CDMA/FRMA cho phép người sử dụng tranh chấp khe thời gian thứ khung HVTH : Trần Xuân Trường 117 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học 4.2.4 Tính khả dụng hệ thống Ngoài tham số khảo sát đây, kết mô tính độ khả dụng hệ thống Độ khả dụng tính theo tỷ số lưu lượng sử dụng toàn lưu lượng cung cấp Các giá trị khảo sát trường hợp người dùng thay đổi cho dạng bảng đây: stt M U 130 0.6 135 0.62 140 0.64 145 0.67 150 155 0.695 0.7 160 0.73 165 0.75 170 0.77 10 175 0.80 11 12 180 185 0.825 0.84 13 190 0.86 Biểu diễn dạng đồ thị ta quan hệ độ khả dụng hệ thống với số người dùng cell áp dụng điều khiển nghẽn mờ –nơ ron cho hệ thống 9 Hình 4.9 : Quan hệ tính khả dụng số người dùng cell tín h k h a û d u n ï g h e ä th o n g 8 7 6 5 120 130 140 150 160 170 180 190 200 s o n g øi d u øn g tr o n g c e l l Kết cho thấy tính khả dụng hệ thống tăng tuyến tính số người dùng cell tăng lên Các giá trị tính khả dụng so sánh với phương pháp thông thường biểu diễn kết hệ trục toạ độ (hình vẽ ) HVTH : Trần Xuân Trường 118 GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao hoïc phuong phap thong thuong phuong phap dung mo 0.95 0.9 tín h k h a û d u ïn g h e ä th o án g 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 120 130 140 150 160 170 180 190 200 so n g ö ô øi d u øn g tr o n g c e ll Hình vẽ 4.10 : So sánh tính khả dụng hệ thống phương pháp Đối với trường hợp tải thấp, độ khả dụng hệ thống DS-CDMA/PRMA có giá trị giống hệ thống DS-CDMA/FRMA Điều tải thấp hai hệ thống DS-CDMA/PRMA DS-CDMA/FRMA có khả điều tiết tốt Tuy nhiên lưu lượng tải tăng lên, hệ thống DS-CDMA/FRMA với điều khiển nghẽn mờ – nơ ron có độ khả dụng tốt Do hệ thống điều chỉnh lưu lượng tải đầu vào tốt hệ thống DS-CDMA/PRMA với hàm truy cập kênh thông thường HVTH : Trần Xuân Trường 119 Luận văn tốt nghiệp cao học CHƯƠNG 5: GVHD : TS Phạm Hồng Liên KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Điều khiển nghẽn thông tin di động tế bào DS-CDMA/FRMA vấn đề thật đáng quan tâm cho nhà cung cấp khai thác dịch vụ di động Hiện phương pháp điều khiển nghẽn mạng di động tế bào đưa ứng dụng phần cải thiện chất lượng hệ thống, nhiên chúng thể nhiều nhược điểm sử dụng môi trường tải động Trong khuôn khổ luận văn đề xuất phương pháp điều khiển nghẽn sử dụng kỹ thuật mờ –nơ ron cho hệ thống DS-CDMA/FRMA Cấu trúc điều khiển nghẽn bao gồm mạng nơ ron dự đoán nhiễu PRNN, khối dẫn tiêu dùng logic mờ điều khiển xác suất truy cập mờ Được định vị trạm điều khiển gốc , điều khiển thực điều chỉnh luồng tải tới hệ thống tế bào tích hợp dịch vụ thoại liệu DS-CDMA/FRMA cách xác định xác suất truy cập xác cho người sử dụng để tránh tình trạng tải Như trình bày chương trước, áp dụng điều khiển nghẽn vào hệ thống thông tin tích hợp DS-CDMA/FRMA, kết mô phương pháp thực tốt trường hợp dùng hàm truy cập kênh thông thường Các thông số chon để so sánh tỷ lệ gói thoại, tỷ lệ sai hỏng tranh chấp, thời gian trễ gói liệu tính khả dụng hệ thống Để đạt ưu điểm quý giá điều khiển nghẽn dùng kỹ thuật mờ – nơ ron có khả tính toán cách thông minh mẫu nhiễu kế tiếp, đồng thời cung cấp tiêu cho toàn hệ thống trình điều khiển có hồi tiếp, từ xác định cách gần xác suất truy cập cho người sử dụng Do điều khiển nghẽn điều chỉnh cách hiệu người dùng tranh chấp khe thời gian tranh chấp, điều dẫn đến làm cho tải vào hệ thống đạt giá tri cực đại Một nguyên nhân khác hệ thống DSCDMA/FRMA cho phép số người dùng tranh chấp phép chiếm đầu khung, điều tạo cách ly tải thường xuyên biến đổi người dùng tranh chấp với tải người dùng sẵn Trong hệ thống DS-CDMA/PRMA cho phép người dùng tranh chấp có quyền chiếm khe thời gian khung, gói người dùng dành sẵn bị sai hỏng gói tranh chấp số khe thời gian đặc biệt điều kiện tải nặng Tuy nhiên kết thu từ trình nghiên cứu thực phương pháp mô mà chưa áp dụng vào thực tiễn chưa thực tế kiểm nghiệm Đồng thời kết nghiên cứu thực cho hệ thống thông tin sử dụng giao thức FRMA, giao thức vốn mang nhiều ưu điểm so với giao thức thông thường Những điểm hạn chế phương pháp Từ kết thu trình nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm đề tài, cho phép có hướng phát triển Đó là, lợi dụng ưu điểm tuyệt vời điều khiển mờ mạng nơ ron để giải toán phi tuyến lónh vực viễn thông nói chung hệ thống thông tin di HVTH : Trần Xuân Trường 120 Luận văn tốt nghiệp cao học GVHD : TS Phạm Hồng Liên động nói riêng, điều khả thi giai đoạn người ta áp dụng điều khiển mờ, mạng nơ ron vào nhiều lónh vực thu không kết theo mong muốn Bộ điều nghẽn mờ – nơ ron sử dụng đề tài kết số lớp toán nhằm nâng cao dung lượng hệ thống áp dụng kỹ thuật tiên tiến (điều khiển mờ mạng nơ ron) Như hướng nghiên cứu đề tài thực giải toán cải thiện dung lượng chất lượng hệ thống thông tin di động tế bào hệ thứ ba cách hiệu nhờ vào điều khiển thông minh Các toán thuộc dạng : toán chuyển giao, toán điều khiển công suất, toán tách triệt nhiễu, Mặt khác tiến hành xây dựng điều khiển nghẽn mờ –nơ ron cho hệ thống DS-CDMA sử dụng giao thức PRMA giao thức bâùt kỳ HVTH : Trần Xuân Trường 121 Luận văn tốt nghiệp cao học GVHD : TS.Phạm Hồng Liên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chung-Ju Chang, Bo-Wei Chen, Terng-Yuan Liu, and Fang-Ching Ren, “ Fuzzy/Neural congestion control for Integrated voice and data DS-CDMA/FRMA cellular networks “, IEEE Journal on selected areas communications, Vol.18, pp 283 – 294, 2, February 2000 [2] Chung-Ju Chang, Bo-Wei Chen, Terng-Yuan Liu,and Fong-Ching Ren, ” Fuzzy/Neural congestion control for DS-CDMA/FRMA cellular systems “, IEEE Journal on selected areas communications,1999 [3] Honghui Qi, “ Packet reservation multiple access protocol for cellular systems”, http://www.itr.unisa.edu.au/tech_res/publications/pub4.html, 1998 [4] A.E Brand and A.H Aghvami, “ Performance of a joint CDMA/PRMA protocol for mixed voice/data transmission for third generation mobile comunication”, IEEE J Selec Areas Commun, vol 14, No 9, pp 1698 –1707, Dec 1996 [5] K Mori and K Ogura, “ An investigation of permission probability control in reserved /random CDMA packet radio communication,” PIMRC’97 [6] B Kosko, “Neural networks and Fuzzy systems”, Prentice –Hall, 1992 [7] R J Williams and D Zipser, “A learning algorithm continually running fully recurret neural networks,” Neural computer vol.1, 1998 [8] R G Chang and C J Chang,”Design of a Fuzzy traffic controller for ATM network ,”IEEE /ACM Trans Networking, vol.43, Feb, 1995 [9] S Haykin and L Li, “Nonlinear adaptive prediction of nonstationary signals,” IEEE Trans Signal Processing, vol.43,Feb.1995 [10] John G.proakis, “digital communications”, McGraw-Hill International Editions, 1995 [11] Bernard Sklar, “digital communication-fundamentals and Aplications”, Prentice-Hall International, Inc 1988 [12] Groe Larson, “CDMA mobile radio design”, McGraw-Hill International Editions, 2000 [13] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ thứ ba”, Tập 2, Nhà xuất Bưu điện, Tháng 12 – 2001 [14] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, “Lý thuyết điều khiển mờ”, nhà xuất khoa học kỹ thuật , 1999 [15] Nguyễn Hoàng Chương, Bùi Công Cường, Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Chu Văn Hỷ , “ Hệ mờ ứng dụng”, nhà xuất khoa học kỹ thuật 1998 [16] Nguyễn Đình Thúc, “ Trí tuệ nhân tao Mạng Nơ ron Phương pháp ứng dụng”, Nhà xuất giáo dục năm 2000 HVTH: KS Trần Xuân Trường Luận văn tốt nghiệp cao học HVTH: KS Trần Xuân Trường GVHD : TS.Phạm Hồng Liên ... Dùng hệ thống thông tin vệ tinh + Ứng dụng hệ thống thông tin di động CDMA Đề tài xem xét đến ứng dụng kỹ thuật trải phổ hệ thống thông tin di động DS- CDMA 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG DS- CDMA. .. mang,? ?Trong hệ thống DS- CDMA điều khiển công suất phương pháp dùng để khắc phục Fading (nhất fading nhanh) chất hệ thống thông tin di động máy MS luôn di động tốc độ khác Từ xảy tượng fading dội điều. .. thu- phát thông tin di động DS/ CDMA HVTH : KS Trần Xuân Trường GVHD : TS Phạm Hồng Liên Luận văn tốt nghiệp cao học 1.2.2 Hệ thống thông tin di động DS- CDMA Tương tự hệ thống thông tin di động mặt