Đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng OFDMA 4g

Mục Lục Mục Lục i DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 3GPP LTE VÀ LỘ TRÌNH TIẾN LÊN 4G 1.1 Tổ chức 3GPP lộ trình phát triển lên 4G .2 1.1.1 Tổ chức 3GPP phiên phát hành 1.1.2 Truy nhập gói tốc độ cao HSPA 1.1.3 Phát triển dài hạn LTE .2 1.2 Tổng qu n c ng ngh LTE v c c y u c u .3 1.2.1 Tổng quan công ngh LTE 1.2.1.1 Giới thi u công ngh LTE 1.2.1.2 So sánh công ngh LTE với công ngh WiMax 1.2.1.3 Những triển vọng cho công ngh LTE 1.2.2 Các mục tiêu yêu c u LTE .10 1.2.2.1 Các khả LTE .10 1.2.2.2 Hi u h thống 11 1.2.2.3 Các khía cạnh liên quan tới triển khai .13 1.2.2.4 Độ linh hoạt phổ vi c triển khai .14 1.2.2.5 Kiến trúc dịch chuyển 16 1.2.2.6 Quản lý tài nguyên vô tuyến .17 1.3 Kiến trúc giao di n vô tuyến LTE .17 1.3.1 Giới thi u 17 1.3.2 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC - Radio Link Control) 20 1.3.3 Điều khiển truy nhập m i trƣờng (MAC - Medium Access Control) 22 1.3.3.1 Kênh logic kênh truyền tải (Logical Channels And Transport Channels) 22 1.3.3.2 Hoạch định đƣờng xuống 25 1.3.3.3 Hoạch định đƣờng lên 27 i 1.3.3.4 Hybrid ARQ .30 1.3.4 Lớp vật lý (PHY - Physical Layer) 34 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 37 CHƢƠNG - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE 38 2.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến .38 2.2 Băng t n truyền dẫn 38 2.3 C c băng t n đƣợc hỗ trợ 39 2.4 Kỹ thuật đ truy nhập cho đƣờng xuống OFDMA 40 2.4.1 OFDM 40 2.4.2 Các tham số OFDMA .43 2.4.3 Truyền dẫn li u hƣớng xuống .45 2.5 Kỹ thuật đ truy nhập đƣờng lên LTE SC-FDMA 48 2.5.1 SC-FDMA 48 2.5.2 Các tham số SC-FDMA 49 2.5.3 Truyền dẫn li u hƣớng lên 51 2.5.4 So sánh OFDMA SC-FDMA 53 2.6 KẾT LUẬN 55 CHƢƠNG – CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP .56 3.1 Thủ tục dị tìm .56 3.1.1 C c bƣớc thủ tục dị tìm 56 3.1.2 Cấu trúc thời gian/t n số tín hi u đồng 58 3.1.3 Dị tìm b n đ u dị tìm lân cận 60 3.2 Truy nhập ngẫu nhiên .61 3.2.1 Bƣớc : Truyền dẫn ph n mở đ u truy nhập ngẫu nhiên 62 3.2.2 Bƣớc : Đ p ứng truy nhập ngẫu nhiên 67 3.2.3 Bƣớc 3: Nhận dạng thiết bị đ u cuối 68 3.2.4 Bƣớc 4: Giải tranh chấp 69 CHƢƠNG - LẬP BIỂU PHỤ THUỘC KÊNH 71 4.1 Lập biểu đƣờng xuống 71 4.1.1 Chỉ thị chất lƣợng kênh (CQI) 74 4.1.2 Các thuật toán lập biểu tài nguyên 75 ii 4.1.2.1 Thuật toán phân bổ tài nguyên công tỉ l 75 4.1.2.2 Thuật toán lập biểu tài nguyên dựa tái sử dụng t n số mềm 75 4.1.2.3 Thuật toán lập biểu Round Robin 75 4.1.2.4 Thuật toán lập biểu nhiễu tối đ 76 4.1.3 Tối ƣu hó lập biểu t i nguy n đƣờng xuống h thống LTE 76 4.1.3.1 Mơ hình h thống .76 4.1.3.2 Tối ƣu hó ngƣời sử dụng 77 4.1.3.3 Bộ lập biểu tối ƣu th ng lƣợng 78 4.1.3.4 Lập biểu tối ƣu hó đ ngƣời sử dụng .79 4.1.3.5 Mơ hình tuyến tính hóa 80 4.1.3.6 Lập biểu cận tối ƣu đ ngƣời sử dụng 81 4.1.4 Bộ lập biểu tối ƣu với công tỉ l 81 4.1.4.1 Lập biểu tối ƣu hó đ ngƣời sử dụng .81 4.1.4.2 Lập biểu cận tối ƣu đ ngƣời sử dụng 82 4.2 LẬP BIỂU ĐƢỜNG LÊN .83 4.2.1 Chỉ thị chất lƣợng k nh (CQI) đƣờng lên 86 4.2.1 Mơ hình h thống .87 4.2.2 Lập biểu đ ngƣời sử dụng t n số không gian 87 4.4 KẾT LUẬN 89 CHƢƠNG THUẬT TỐN LẬP BIỂU DRRF VÀ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 90 5.1 Giới Thi u 90 5.2 Thuật toán lập biểu công 93 5.2.1 General Processor Sharing (GPS) .94 5.2.2 Deficit Round Robin (DRR) 94 5.2.3 Deficit Round Robin with Fragmentation (DRRF) 95 5.3 Phân bổ công vê thông lƣợng 96 5.3.1 Thuật tốn cơng Max - Min 97 5.4 Mở rộng DRRF 98 5.4.1 Mở rộng tốc độ lƣu lƣợng truy cập tối thiểu đảm bảo 98 iii 5.4.2 Mở rộng tốc độ lƣu lƣợng trì tối đ 99 5.4.2 Mở rộng lƣu lƣợng ƣu ti n 100 5.5 Đ nh gi hi u suất 100 5.5.1 Cấu hình mơ 101 5.5.2 Kết mô 104 5.6 Kết v định hƣớng tƣơng l i 107 KẾT LUẬN 109 Danh mục tài liệu tham khảo .110 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiến trình phát triển chuẩn 3GPP Bảng 1.2 LTE WiMax Bảng 1.3 : Các yêu cầu hiệu suất phổ lưu lượng người dùng 12 Bảng 1.4 Yêu cầu thời gian gián đoạn, LTE-GSM LTE-WCDMA 14 Bảng 2.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN ( TS 36.101 ) 40 Bảng 2.2 số lượng khối tài nguyên cho băng thông LTE khác (FDD&TDD) 44 Bảng 2.3 Tham số cấu trúc khung đường xuống ( FDD & TDD ) 45 Bảng 2.4 Các tham số cấu trúc khung đường lên ( FDD&TDD) 51 Bảng 5.1 Cập nhật số lượng truy cập thiếu hụt cho DRR ( kích thước gói truyền/số lượng thiếu hụt) 95 Bảng 5.2 Cập nhật số lượng truy cập thiếu hụt cho DRRF ( kích thước gói truyền/số lượng thiếu hụt) 96 Bảng 5.3 Đánh giá thông số hiệu suất 101 Bảng 5.4 Phân tích liệu cơng suất 102 Bảng 5.5: Thông lượng hệ thống tỉ lệ % tải 105 Bảng 5.6 Thông lượng DRRF ( MS1 với 2Mbps rmin) 106 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tiến trình phát hành 3GPP [2] Hình 1.2 Kiến trúc mạng LTE Hình 1.3 Lộ trình phát triển LTE cơng nghệ khác Hình 1.4 Hội thảo nghiên cứu LTE [2] 10 Hình 1.5 Phân bố phổ băng tần lõi GHz nguyên IMT-2000 15 Hình 1.6 Một ví dụ cách thức LTE thâm nhập bước vào phân bố phổ hệ thống GSM triển khai 16 Hình 1.7 Kiến trúc giao thức LTE (đường xuống) 19 Hình 1.8 Phân đoạn hợp đoạn RLC 21 Hình 1.9 Ví dụ ánh xạ kênh logic với kênh truyền dẫn 25 Hình 1.10 Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn đường xuống (bên trái) đường lên (bên phải) 29 Hình 1.11 Giao thức Hybrid ARQ đồng không đồng 32 Hình 1.12 Nhiều tiến trình Hybrid ARQ song song 32 Hình 1.13 Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH 35 Hình 1.14Mơ hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH 36 Hình 2.1 Biểu diễn tần số-thời gian tín hiệu OFDM 41 Hình 2.2 Sự tạo ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT 41 Hình 2.3 Sự tạo chuỗi tín hiệu OFDM 42 Hình 2.4 Cấp phát sóng mang cho OFDM & OFDMA 42 Hình 2.5 Cấu trúc khung loại 43 Hình 2.6 Cấu trúc khung loại 43 Hình 2.7 lưới tài nguyên đường xuống 44 Hình 2.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA 46 Hình 2.9 Phát thu OFDMA 47 Hình 2.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 49 Hình 2.11 Lưới tài nguyên đường lên 50 Hình 2.12 Phát & thu hướng lên LTE 52 Hình 2.13 So sánh OFDMA & SC-FDMA truyền chuỗi ký hiệu liệu QPSK 54 vi Hình 3.1 Các tín hiệu đồng sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vịng bình thường ) 57 Hình 3.2 Sự hình thành tín hiệu đồng miền tần số 59 Hình 3.3 Tổng quan thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 63 Hình 3.4 Minh họa cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên 64 Hình 3.5 Định thời phần mở đầu eNodeB cho người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác 65 Hình 3.6 Sự phát phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên miền tần số 66 Hình 4.1 Cấu trúc miền thời gian tần số đường xuống LTE [11] 71 Hình 4.2 Lập biểu đường xuống [11] 74 Hình 4.3 Mối quan hệ ri,j xi,n [11] 77 Hình 4.4 Lựa chọn MCS SB n lựa chọn không chọn ngược lại 80 Hình 4.5 Việc lựa chọn định dạng truyền dẫn đường xuống (bên trái) đường lên (bên phải) 85 Hình 5.1 Cấu trúc mẫu khung OFDMA 92 Hình 5.3 Cấu hình mơ 102 Hình 5.4 Thông lượng DRRF ( MS1 với 2Mbps rmin) 106 Hình 5.5 Thơng lượng DRRF ( MS1 với 2Mbps rmax) 106 Hình 5.6 Thơng lượng DRRF ( MS1và MS2 với mức ưu tiên MS3-MS5 với mức ưu tiên 1) 107 vii CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 3GPP Third Generation Partnership Tổ chức chuẩn hóa mạng di động Project h thứ A AAS ACK ACLR AGW AM AMC ARQ Adaptive Antenna System Acknowledgement (In ARQ Protocols) Adjacent Channel Leakage Ratio Access Gateway (in H thống antenna thích ứng Báo nhận (trong giao thức ARQ) H số rò rỉ kênh lân cận Cổng truy nhập LTE/SAE) Acknowledged Mode (RLC Configuration) Adaptive Modulation And Coding Automatic Repeat-Request Chế độ báo nhận (cấu hình RLC) Mã hó v điều chế thích nghi Yêu c u lặp lại tự động B BCCH Broadcast Control Channel K nh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit-Error Rate Tỷ l lỗi bit BLER Block-Error Rate Tỷ l lỗi khối BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Khối điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lƣợng kênh truyền CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra tính dƣ tu n hoàn D DCCH Dedicated Control Channel viii K nh điều khiển dành riêng DCH DFE Dedicated Channel Kênh dành riêng Decision Feedback Cân hồi tiếp để định Equalization DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi fourier rời rạc DFTS- DFT-Spread OFDM, See Also OFDM trải phổ DFT, đƣợc OFDM SC-FDMA xem nhƣ l SC-FDMA DL Downlink Đƣờng xuống DL-SCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đƣờng xuống DPCCH DPCH DPDCH Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel K nh điều khiển vật lý dành riêng Kênh vật lý dành riêng Kênh li u vật lý dành riêng DRX Discontinuous Reception Sự thu nhận không liên tục DTCH Dedicated Traffic Channel K nh lƣu lƣợng dành riêng DTX Discontinuous Transmission Sự phát không liên tục E E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh dành riêng nâng cao eNodeB E-UTRAN NodeB NodeB E-UTRAN EPC Evolved Packet Core Lõi gói cải tiến European Telecommunication Vi n tiêu chuẩn viễn thông Châu Standards Institute Âu ETSI F FCC FDD FDM FDMA Federal Communications Commission Frequency Division Duplex Frequency Division Hội đồng truyền thông liên bang Song công phân chia theo t n số Ghép kênh phân chia theo t n số Multiplexing Frequency Division Multiple Access ix Đ truy nhập phân chia theo t n số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi fourier nhanh G GERAN GPRS GSM Mạng truy nhập vô tuyến GSM GSM EDGE RAN EDGE General Packet Radio Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Services Global Sytem For Mobile H thống truyền th ng di động toàn Communications c u H HARQ HSCSD HLR HS-DSCH HSDPA HSPA HSUPA Hybrid ARQ ARQ hỗn hợp High Speed Circuit Switched Dữ li u chuyển mạch kênh tốc độ Data cao Home Location Register Th nh ghi định vị thƣờng trú High-Speed Downlink Shared Kênh chia sẻ đƣờng xuống tốc độ Channel cao High Speed Downlink Packet Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ Access cao High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đƣờng lên tốc độ cao I IEEE Institute Of Electrical And Electronics Engineers Vi n kỹ sƣ n v n tử IFFT Inverse FFT FFT đảo ngƣợc IMS IP Multimedia Subsystem H thống đ truyền thông IP IMT-2000 IR ITU International Mobile Telecommunications 2000 Incremental Redundancy International Telecommunications Union x Viễn th ng di động quốc tế 2000 Sự dƣ thừ gi tăng Hi p hội viễn thông quốc tế Bảng 5.2 Cập nhật số lƣợng truy cập thiếu hụt cho DRRF ( kích thƣớc gói truyền/số lƣợng thiếu hụt) 5.3 Phân bổ cơng bằn t n lƣợng Trong mạng có dây, thuật tốn lập lịch trình (GPS v DRR) giả định dung lƣợng liên kết l kh ng đổi theo thời gi n v đị điểm Tuy nhiên, khơng phải l lu n lu n nhƣ mạng kh ng dây v đặc bi t mạng LTE Ngo i r , LTE cho phép MCSs kh c nh u để truyền công suất đ ng tin cậy tối ƣu C c mức MCS đƣợc x c định CINR (C rrier để InterferenceplusNoise Ratio) thƣờng đƣợc gửi lại qua CQI & kênh ACK BLock Error Rate (BLER) Kết l , để khắc phục vấn đề khác khả li n kết, áp dụng c c MCSs để tính chia sẻ cơng thích hợp cho GPS v kích thƣớc lƣợng tử thích hợp cập nhật đếm thâm hụt cho DRR DRRF Nói cách khác, sử dụng số lƣợng khe yêu c u số byte chiều d i h ng đợi (theo hƣớng đƣờng xuống) Nguồn gốc khe yêu c u đƣợc trình b y dƣới đây: requested _ slots = |queue_length/MCS_size| Ở đây, MCS_size l số byte khe cắm cho mức MCS Ví dụ, chế độ downlink PUSC với 10MHz 1024 FFT (Fast Fourier Transform), số lƣợng sóng mang x kết hợp kí hi u cho khe 56 Trong số tổ hợp đƣợc sử dụng nhƣ l ho ti u để lại 48 tổ hợp cho li u Với bit cho ký hi u mã hóa, kết 48 bit (hoặc bytes) khe [1] Trong trƣờng hợp chiều d i h ng đợi 125 byte, số lƣợng khe yêu c u [125 / 6] 21 khe Đối với c c đƣờng lên, yêu c u khe đƣợc bắt nguồn từ yêu c u công suất Tuy nhi n, kh ng có chế để gửi thơng tin kích thƣớc gói tin cá nhân để BS, DRR DRRF áp dụng trực tiếp 96 Sau số lƣợng yêu c u củ khe l x c định cho MS, hội chợ chia sẻ cho khung hình v kích thƣớc lƣợng tử có nguồn gốc từ tối thiểu tổng số khe miễn phí cho khung hình đƣợc chia cho số hoạt động MS số lƣợng yêu c u khe (5) 5.3.1 Thuật tốn cơng Max - Min Trong thảo luận nay, giả định tất MS có lƣu lƣợng vơ hạn để gửi sử dụng nguồn lực đƣợc giao cho họ Nói cách khác, gi i đoạn lập kế hoạch tất MS ln có gói chờ đợi h ng đợi họ Tuy nhiên, thực tế, giao thơng có sẵn hữu hạn Một số MS kh ng có đủ lƣu lƣợng truy cập khơng có khả sử dụng chia sẻ cơng hay số có q nhiều lƣu lƣợng truy cập Mục tiêu làm cho phân bổ công c c MS Trong trƣờng hợp số MS sử dụng chia sẻ cơng bằng, ph n cịn lại chúng phải đƣợc phân bổ công cho c c MS kh c Điều dẫn đến vi c sử dụng phổ biến max-min ti u chí để phân bổ cơng Một phân bổ đƣợc cho max-min công tối đ hó vi c phân bổ cho dùng nhận đƣợc tối thiểu Trong LTE, phân bổ cơng cho khung max-min đƣợc bắt nguồn nhƣ s u Maximize{Min(requested _ slots(i))} Ở đây, l n requested_slots (i) có nguồn gốc từ chiều d i h ng đợi MCS cho downlink cho trạm di động i Chúng sử dụng MCS để lấy đƣợc số lƣợng khe cuối MS với MCS khác nhận đƣợc chia sẻ cơng cơng suất Hình 5.2 cho thấy c c bƣớc vi c tính tốn phân bổ công MaxMin Bƣớc đ u ti n l để tính tốn số lƣợng khe u c u từ số lƣợng byte yêu c u trạm di động chủ động MCS củ S u đó, chúng t i xếp khe yêu c u cho tất MS hoạt động thứ tự tăng d n (Bƣớc 2) Trong bƣớc 3, với MS chủ động chia sẻ số lƣợng khe công đƣợc nguồn gốc Tiếp theo, số lƣợng c c khe đƣợc cấp, tối thiểu số chia sẻ công số lƣợng khe yêu c u, đƣợc cập nhật S u đó, số lƣợng khe miễn phí đƣợc cập nhật Vòng lặp tiếp tục khơng có khe miễn phí nhiều khe u c u cho tất chủ động MS đƣợc thỏa mãn 97 Calculate #requested_slots/frame for each active MS given its MCS //1st step Sort active MSs in ascending order of active_MS_requested_slots //2nd step FOR each active_MSi //3rd step Calculate #fairshare_slots for active_MSi IF #requested_slotsi/frame < #fairshare_slots THEN #fairshare_slotsi/frame = #requested_slots END IF Update #granted_slots for active_MSi Update #free_slots and exit if #free_slots == END FOR Hình 5.2 Các bước đơn giản thuật tốn cơng Max-Min Các kết thu đƣợc từ thuật tốn tính cơng Max-Min, số lƣợng khe đƣợc cấp, đƣợc sử dụng l c c lƣợng tử thực tế cho DRR v DRRF Đối với GPS, c c khe đƣợc cấp đƣợc sử dụng nhƣ thực tế chia sẻ phân bổ công cho MS Lƣu ý rằng, kích thƣớc lƣợng tử chia sẻ cơng th y đổi thời gian khung theo mức MCS (5) 5.4 Mở rộng DRRF Trong ph n này, mô tả làm n o để mở rộng ba thông số QoS cho DRRF; cụ thể là, tốc độ lƣu lƣợng truy cập tối thiểu đảm bảo, tốc độ lƣu lƣợng trìtối đ v lƣu lƣợng ƣu ti n 5.4.1 Mở rộng tốc độ lƣ lƣợng truy cập tối thiể đảm bảo Nhƣ m tả n y, chƣơng trình n y đảm bảo tất ngƣời dùng đạt đƣợc công suất công cho tình trạng kênh họ Tuy nhiên, cách định nghĩ " tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu" "rmin", số ngƣời dùng c n phải đƣợc ƣu i ngƣời kh c Lƣu ý ngƣời dùng m kh ng đạt đƣợc tốc độ lƣu lƣợng truy cập tối thiểu đ ng đƣợc coi l ngƣời sử dụng với tốc độ không đảm bảo Chúng sử đổi DRRF cách cập nhật đếm thâm hụt Đ u tiên tƣơng tự nhƣ chúng t m tả ph n 5.3, lấy đƣợc số lƣợng khe yêu c u (requested_slots) từ chiều d i h ng đợi v MCS S u đó, chúng tơi tính tốn số lƣợng khe c n thiết để đảm bảo tốc độlƣu lƣợng truy cập 98 tối thiểu (rmin_slots) Tối thiểu hai số (gọi pre_deficit.) Đƣợc sử dụng để cập nhật đếm thâm hụt S u đó, số lƣợng khe trống đƣợc sử dụng để tính tốn lƣợng tử thích hợp đƣợc cập nhật cho phù hợp C c phƣơng trình dƣới cho thấy làm n o để lấy đƣợc hai số cho trạm di động i pre _ deficit(i) = min[requested _ slots(i),r min_ slots(i)] r min_ slots(i) = [ rmin(i)xt_frame/MCS_size(i) Ở đây, t_fr me l kích thƣớc thời gian khung (5ms) MCS_size số byte/slot mức MCS trạm BS i S u đây, chúng t sử dụng thuật tốn cơng Max-Min để tính tốn kích thƣớc lƣợng tử thích hợp để phân phối khe cịn sót lại cơng cho MS mà khơng c n dành tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu MS với tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu nhƣng c n nhiều khe để đảm bảo (5) 5.4.2 Mở rộng tốc độ lƣ lƣợng trì tố đ Tốc độ Lƣu lƣợng truy cập trì tối đ , rmax, đƣợc sử dụng để kiểm soát tốc độ đỉnh Điều không bao gồm tốc độ tải chung nhƣ ti u đề MAC Chúng sử đổi DRRF nhƣ s u: Đ u tiên lấy đƣợc số lƣợng tối đ khe c n thiết để đ p ứng rmax Chúng gọi số n y rm x_slots Đƣợc tính nhƣ dƣới đây: r max_ slots(i) = [r max(i) x t _ frame / MCS _ size(i)] t_fr me l kích thƣớc thời gian khung MCS_size (i) số byte khe cắm cho mức MCS MS i Thứ hai, áp dụng thuật tốn cơng Max-Min cách khơng hạn chế rmax Do #f irsh re_slots có nguồn gốc nhƣ hình 5.2 Do hạn chế rmax, số MS nhận đƣợc chia sẻ cơng m l vƣợt giới hạn rmax Chúng giới hạn chia sẻ công cho rmax_slots Cuối cùng, trƣờng hợp có số khe cịn sót lại hạn chế rmax, áp dụng thuật tốn cơng Max-Min để phân phối khe cịn sót lại cơng luồng mà khơng có ràng buộc rmax Một l n #granted_slots bắt nguồn từ thuật to n M xMin đƣợc sử dụng nhƣ tính c ng c c lƣợng tử thực tế (5) 99 5.4.2 Mở rộn lƣ lƣợn ƣ t n Trong LTE, lƣu lƣợng ƣu ti n l tham số QoS mà phân bi t t m quan trọng tƣơng đối luồng với lớp QoS m tất thơng số QoS khác giống h t Các tiêu chuẩn không rõ làm n o để phân bi t giữ c c ƣu ti n lƣu lƣợng truy cập; Tuy nhiên, khuyến cáo nên lập lịch biểu cho chậm trễ thấp v ƣu ti n đ m cao cho luồng với ƣu ti n c o Trong h thống ƣu ti n dựa luồng có ƣu ti n c o đƣợc phục vụ trƣớc quyền ƣu ti n thấp C ng có nghĩ l nhiều luồng ƣu ti n nhận đƣợc dịch vụ tƣơng tự Đó l , h thống bị tải, tất luồng củ c c ƣu tiên thấp nên bị giảm nhƣ nh u Nó l cách tốt để giám sát luồng ƣu ti n c o để họ không tải h thống hạn chế luồng ƣu ti n thấp 5.5 Đ n ệu suất Trong ph n này, chúng tơi trình bày kết mơ h thống thông lƣợng, tỷ l ph n trăm số hao phí cơng cho thuật tốn GPS, DRR v DRRF Chúng t i cho thấy kết DRRF với ph n mở rộng Chúng xem xét phân bổ nguồn tài nguyên downlink chúng tơi muốn phân tích ảnh hƣởng phân mảnh cho thuật toán lập biểu kh c nh u Đối với đƣờng xuống, số byte củ kích thƣớc h ng đợi đƣợc chuyển sang số khe yêu c u C c phân tích cho uplink l tƣơng tự, ngoại trừ yêu c u công suất đƣợc sử dụng để lấy đƣợc số lƣợng khe u c u Tuy nhiên, BS khơng có thơng tin kích thƣớc gói tin c nhân Do đó, DRR DRRF khơng thể đƣợc sử dụng cho vi c lập lịch đƣờng lên Ta cấu hình mơ thơng số đƣợc tóm tắt ngắn gọn Bảng 5.3 Với công suất h thống 10 MHz, khung 5ms, 1/8 chu kỳ tiền tố tỷ l DL:UL 2: 1, số symbolcolumns downlink cho khung hình l 29 (18 cho uplink) Lƣu ý 1,6 symbolcolumns đƣợc sử dụng cho TTG (Transmit to Transmit Gap) RTG (Receive to Transmit Gap) Trong số này, symbolcolumn đƣợc sử dụng cho ph n mở đ u Trong chế độ PUSC, có 30 kênh khe gồm subchannel hai thời gian biểu tƣợng Kết là, có 30 × (28/2) = 420 khe đƣờng xuống khung 100 Bảng 5.3 Đánh giá thông số hiệu suất Trong số này, Frame Control Header (FCH), DL MAP UL MAP Downlink Channel Descriptor (DCD) Uplink Channel Descriptor (UCD) tất xấp xỉ d o động từ 51 khe đến 195 slots (bao gồm 31 khe cắm cho DCD / UCD) trƣờng hợp củ đến 15 MS, tƣơng ứng Bảng h thống danh mục IV công suất cho MCS Chúng cho thấy đến 15 MS Trong phân tích chúng tơi, nhiễu đƣợc biểu diễn nhƣ l th y đổi củ MCS Để giữ cho đơn giản, mức MCS l kh ng đổi suốt thời gian mô (5) 5.5.1 Cấu hình mơ Chúng ta sử dụng phiên cải tiến Diễn đ n WiMAX ns2simul tor module WiMAX di động đƣợc thêm vào Hình cho thấy cấu trúc liên kết mô Sự liên kết BS MS nút cổ chai Thông số mô kh c đƣợc thể hi n trƣớc Bảng 5.3 Tại BS, có h ng đợi cho MS h ng đợi dài 100 gói 101 Bảng 5.4 Phân tích liệu cơng suất Có hai cấu hình mơ để thể hi n cơng MS với MCSs khác chống lại ảnh hƣởng tải cho vi c sử dụng h thống GPS, DRR DRRF Ngồi ra, chúng tơi mơ với ba cấu hình để hiển thị DRRF với tốc độ lƣu lƣợng truy cập tối thiểu bảo đảm, tốc độ lƣu lƣợng truy cập trì tối đ v mở rộng ƣu ti n lƣu lƣợng truy cập (5) Hình 5.3 Cấu hình mơ Trong kịch đ u tiên, tất ngƣời dùng tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu khơng, khơng có giới hạn tốc độ lƣu lƣợng trì tối đ v khơng có phân bi t ƣu ti n lƣu lƣợng Để hiển thị hi u ứng vi c lập lịch, chúng tơi sử dụng có tốc độ bit kh ng đổi Constant Bit Rate (CBR) luồng lƣu lƣợng tốc độ nguồn Mbps Có MS Để hiển thị hi u ứng công công suất, MS có luồng v đƣợc ánh xạ tới MCSs thể hi n Bảng 5.4 Trong kịch thứ hai, cho thấy t c động tải chống vi c sử dụng h thống, mô 15 MS Một l n nữa, MS có luồng 102 khơng có ràng buộc vào ph n mở rộng Chúng sử dụng luồng lƣu lƣợng CBR 500 kbps Chƣơng trình điều chế v mã hó đƣợc cố định dùng QPSK3/4 Ngoài ra, với ph n mở rộng tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu dự trữ, cấu hình mơ tƣơng tự nhƣ kịch đ u tiên, 5MS với tốc độ Mbps Tuy nhiên, cố định MCS dùng QPSK3/4 tốc độ lƣu lƣợng Mbps cho MS1 Với ph n mở rộng tốc độ lƣu lƣợng trì tối đ , tƣơng tự nhƣ kịch đ u tiên, MS với Mbps MS sử dụng MCS dùng QPSK3/4 Ngồi ra, chúng tơi thiết lập tốc độ lƣu lƣợng trì tối đ MS1 đến 500 kbps Lƣu ý rằng, luồng (15 Mbps) v mƣời lăm luồng (7,5 Mbps) bảo hịa công suất liên kết để công đƣợc thực thi Ngoài ra, với ph n mở rộng tốc độ lƣu lƣợng truy cập tối thiểu đảm bảo, cấu hình mơ tƣơng tự nhƣ kịch đ u tiên, MS với MS Mbps Tuy nhiên, cố định MCS dùng QPSK3/4 tốc độ lƣu lƣợng truy cập tối thiểu đảm bảo cho MS1 Mbps Với ph n mở rộng tốc độ lƣu lƣợng truy cập trì tối đ , tƣơng tự nhƣ kịch đ u tiên, MS với Mbps MS MCS dùng QPSK3 / Ngồi ra, chúng tơi thiết lập tốc độ lƣu lƣợng truy cập trì tối đ MS1 đến 500 kbps Cuối cùng, với ph n mở rộng ƣu ti n lƣu lƣợng truy cập, l n nữ tƣơng tự nhƣ kịch đ u tiên, mô MS, MS 1,5 Mbps với MCS dùng QPSK3/4 Tuy nhiên, thiết lập c c ƣu ti n lƣu lƣợng truy cập MS1 v MS2 l v MS3 đến MS5 l C c th ng lƣợng công dự kiến h i MS đ u tiên 1,5 Mbps chia sẻ công cơng suất cịn sót lại cho MS3 để MS5 Trong mô công bằng, khơng sử dụng luồng TCP chế phản hồi khởi đ u chậm chạp TCP có t c động đ ng kể đến vi c sử dụng tài ngun thật khó để lập từ ảnh hƣởng thuật toán lên biểu Lƣu ý sử dụng đến 15 luồng cho thấy t c động tải công bằng, với nhiều MS số lƣợng luồng c o hơn, trực quan tác động tải đƣợc r r ng 103 Tất mô đƣợc chạy từ đến 10 giây với giây thời gi n lƣu lƣợng truy cập Luồng bắt đ u lúc giây kết thúc lúc 10 giây Có d o động, đăng ký thiết lập kết nối c c quy trình giây đ u ti n Kích thƣớc gói đƣợc thiết lập 1500 bytes Tỷ l ph n trăm q tải đƣợc tính tốn từ MAC header phân mảnh subheaders Chúng không xem xét subheaders gói tùy chọn subheaders khác Trong thuật ngữ công bằng, sử dụng số cơng j in Đƣợc tính to n nhƣ s u: Với : xi c c th ng lƣợng MS có n MSs với n Trong mơ này, n 15 5.5.2 Kết mô Trong ph n này, hiển thị th ng lƣợng h thống, tỷ l ph n trăm tải số công củ GPS, DRR v DRRF Chúng t i cho thấy kết DRRF với ph n mở rộng C c th ng lƣợng thu đƣợc tƣơng tự nhƣ cách phân tích số củ chúng t i (GPS v DRRF) Lƣu ý thực tế th ng lƣợng th y đổi biến đổi thực tế số lƣợng bùng nổ Downlink Channel Descriptor (DCD) Uplink Channel Descriptor (UCD) tin nhắn quản lý khác đƣợc truyền l tốt (5) Đối với kịch đ u tiên, số lƣợng khe bắt nguồn từ chiều dài hàng đợi mức MCS củ đƣợc sử dụng, kết cho thấy ba thuật tốn đạt đƣợc cơng hồn hảo th ng lƣợng: Chỉ số công Jain I Các thơng lƣợng trung bình GPS DRRF khoảng 1,78 Mbps Cho DRR, th ng lƣợng trung bình khoảng 1,47 Mbps Trong kịch thứ hai, tải ngăn cản vi c sử dụng h thống, DRR gửi gói đ y đủ, tỷ l ph n trăm tải thấp (0,37%) Nói cách khác, khơng có gói tin bị phân mảnh Bảng V cho thấy tải GPS cao GPS khơng có vi c xem xét c c kích thƣớc gói (ph n đƣợc phân bổ gói tin đƣợc truyền cho MS frame) Quá tải DRRF g n với DRR thuận lợi cho truyền gói tin đ y đủ với phân mảnh cho phép 104 Xét th ng lƣợng h thống, phân mảnh kh ng đƣợc phép cho DRR, th ng lƣợng h thống DRR thấp nhất: 2,42 Mbps so với 4,65 Mbps cho GPS DRRF Tóm lại, DRRF cho h thống th ng lƣợng c o so với DRR tốn so với GPS Ngo i r , ph n mở rộng DRRF tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu bảo toàn, kết cho thấy DRRF hỗ trợ tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu đảm bảo Hình 5.4 cho thấy th ng lƣợng cho tất MS Nói chung, MS1 nhận đƣợc băng th ng tối thiểu Mbps v băng th ng cịn sót lại đƣợc phân phối cơng MS1 MS kh c Lƣu ý tốc độ đảm bảo để đ p ứng l Mbps, c c BS c n tính đến tải tài khoản: byte ti u đề MAC v byte ti u đề phụ phân mảnh Bảng 5.5: Thông lượng hệ thống tỉ lệ % tải Đối với DRRF mở rộng tốc độ lƣu lƣợng trì tối đ , hình 5.5 cho thấy th ng lƣợng trung bình MS1 l 492 kbps v băng th ng cịn sót lại đƣợc phân phối công ngƣời khác (chỉ số công 1, th ng lƣợng luồng ngoại trừ MS1 khoảng 1,2 Mbps) Cuối cùng, cho DRRF mở rộng ƣu ti n lƣu lƣợng, Hình 5.6 cho thấy hai luồng ƣu ti n có đƣợc th ng lƣợng nh u, 1.5 Mbps, b dịng ƣu ti n đƣợc chia sẻ cơng cơng suất cịn sót lại, 0.7 Mbps 105 Hình 5.4 Thơng lượng DRRF ( MS1 với 2Mbps rmin) Hình 5.5 Thơng lượng DRRF ( MS1 với 2Mbps rmax) 106 Hình 5.66 Thơng lượng DRRF ( MS1và MS2 với mức ưu tiên MS3-MS5 với mức ưu tiên 1) 5.6 Kết địn ƣớn tƣơn l Trong luận văn n y tìm hiểu nghiên cứu thuật toán Deficit Round Robin (DRR) bối cảnh mạng LTE Đã so sánh DRR với thuật tốn lập lịch trình đơn giản (bắt chƣớc General Processor Sharing: GPS) Deficit Round Robin with Fragmentation kích hoạt ( DRRF) Để khắc phục vấn đề th y đổi dung lƣợng liên kết, sử dụng vi c phân bổ khe bắt nguồn từ độ d i h ng đợi MCSs Kết cho thấy tất ba thuật tốn lập lịch trình đạt đƣợc cơng hồn hảo th ng lƣợng, nhƣng tổng số sử dụng liên kết tỷ l ph n trăm tải khác T so sánh hoạt động ba thuật tốn lập lịch trình Nói chung, DRR Kết khung underutilization GPS kết qua tải khơng phân mảnh Nói cách khác, DRRF đạt đƣợc th ng lƣợng cao với tải thấp cho phép phân mảnh gói li u thuật tốn ủng hộ truyền gói đ y đủ Mặc dù mô cho thấy tác dụng xác thuật tốn, nhiều th y đổi cấu trúc mơ phỏng, cấu hình, loại lƣu lƣợng khác bao gồm số lƣợng lớn c c MS v kích thƣớc gói tin th y đổi đƣợc nghiên cứu Hơn nữa, 107 với Automatic Repeat reqest (ARQ) v c c tính Hybrid ARQ kích hoạt, chức lập biểu c n phải chứa lịch trình vi c truyền lại/phản hồi ranh giới khối ARQ Một yêu c u nhiều cho lập biểu LTE (không lai ghép ARQ) tất phân bổ downlink đƣợc ánh xạ tới khu vực hình chữ nhật khung OFDM Đó l hạn chế làm giảm th ng lƣợng số khơng gian c n phải đƣợc dùng nhƣng kh ng sử dụng để làm cho hình chữ nhật phân bổ Ngồi ra, c c tính đóng gói tùy chọn đƣợc th m v o Đây l vấn đề c n nghiên cứu kỹ 108 KẾT LUẬN Đƣợc giúp đỡ th y cô, bạn bè đặc bi t th y giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Th nh, em ho n th nh luận văn tốt nghi p Về bản, luận văn đ p ứng đuợc yêu c u đặt r b n đ u v đạt đƣợc số kết sau:  Đƣ r đƣợc khái ni m mạng OFDMA/4G, thuật tốn lập lịch tài ngun vơ tuyến  Phân tích trình bày thuật tốn lập lịch công GPS, DRR, DRRF mở rộng thuật tốn DRRF  Nghiên cứu mơ thuật toán lập lịch GPS, DRR, DRRF, kết cho thấy thuật to n DRRF cho th ng lƣợng cao, tỉ l q tải thấp, thuật tốn giúp đảm bảo th ng lƣợng cho ngƣời sử dụng Do thời gian làm luận văn có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đƣợc góp ý, bảo tận tình th y c để luận văn em hoàn thi n Em xin chân th nh cảm ơn! 109 Danh mục tài liệu tham khảo “W M x T : C ến hay hị ?”, Tạp chí PCWorld Việt Nam, 2008 [Online] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld and Per Beming “3G Evolution HSPA and LTE for Mobile Broadband” 2007 Harri Holma, Antti Toskala ,John Wiley & Sons Ltd LTE for UMTS – OFDMA and SCFDMA Based Radio Access 2009 Zhengzhou LTE System Level Simulation with Matlab 2011 Chakchai So-In, Raj Jain, Abdel-Karim Tamimi A Deficit Round Robin with Fragmentation Scheduler 2009 Gallager, A K Parekh and R G Case, A Generalized Processor Sharing approach to Flow control in Integrated Services Networks: The Single Node Varghese, M Shreedhar and G Efficient fair queueing using deficit round robin Hussain, Sajid “Dynamic Radio Resource Management in 3GPP LTE” January 2009 110 ... nhằm hỗ trợ mạnh mẽ dịch vụ số li u yêu c u tốc độc truyền dẫn lớn nhƣ c c dịch vụ tƣơng tác, dịch vụ nền, dịch vụ streaming Tốc độ truyền dẫn tối đ l n đến 14,4 Mbps Cả hai mạng HSDPA v HSUPA... Modulation Điều chế bi n độ c u phƣơng Chất lƣợng dịch vụ Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha c u phƣơng R RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RB Resource... (E3G /4G- ) Các công ngh truy nhập HSPA cịn dựa cơng ngh truy nhập vơ tuyến CDMA WCDMA Có thể nói HSPA hậu 3G LTE tiền 4G Trong chƣơng n y xét đến lộ trình tiến lên 4G, cơng ngh truy nhập vơ tuyến 4G