Phân tích hiệu năng quá trình handoff trong mạng thông tin di động 4g (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Trƣờng Giang PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG Q TRÌNH HANDOFF TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số: 60.48.15 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Hồ Khánh Lâm Phản biện 1: ……………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng LỜI NĨI ĐẦU Hệ thống thơng tin di động hệ thứ (3G) lớn mạnh cách nhanh chóng đóng vai trị quan trọng việc phát triển loại dịch vụ đa phương tiện phải kể đến dịch vụ Video Với xu hướng phát triển nay, tin tương lai không xa thông tin di động đóng vai trị quan trọng đời sống hàng ngày Chính lý này, hệ thông tin di động mới, hệ 4G, cần phải có tính vượt trội so với khả 3G Các mạng di động cho phép người sử dụng truy nhập dịch vụ di chuyển , di động người sử dụng đầu cuối gây biến đổi động chất lượng liên kết mức nhiễu, người sử dụng đơi cịn u cầu thay đổi trạm gốc phục vụ Quá trình gọi chuyển giao Chuyển giao phần cần thiết cho việc xử lý di động người sử dụng đầu cuối Nó đảm bảo tính liên tục dịch vụ vô tuyến người sử dụng di động di chuyển qua ranh giới ô tế bào, mạng khác Quá trình chuyển giao mạng di động 4G vấn đề quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới QoS mạng Luận văn thực nghiên cứu “Phân tích hiệu q trình Handoff mạng thơng tin di động 4G” Nhằm mục đích giới thiệu mơ hình chuyển giao sử dụng hàng đợi ưu tiên động cho nút 4G đa dịch vụ, từ tìm thiết kế hiệu mơ hình hàng đợi cho việc triển khai mạng 4G Luận văn gồm chương: Chƣơng 1: Tổng quan mạng thông tin di động 4G trình Handoff Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết mơ hình hàng đợi dùng phân tích hiệu q trình handoff mạng thơng tin di động 4G Chƣơng 3: Phân tích đánh giá kết Chƣơng TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G VÀ QUÁ TRÌNH HANDOFF 1.1 XU HƢỚNG CƠNG NGHỆ Cơng nghệ truyền thơng khơng dây 3G Đây hệ thứ ba mạng di động hướng tới tốc độ liệu cao cho ứng dụng gọi điện thoại video, video âm thanh, hội nghị truyền hình ứng dụng đa phương tiện Có hai hợp tác tồn cụ thể 3GPP 3GPP2 sau tiêu chuẩn cho 3G dựa công nghệ CDMA Theo ITU (Liên minh Viễn thông quốc tế) yêu cầu sau phải đáp ứng mạng gọi mạng 3G đề xuất 3GPP - Tốc độ truyền liệu (xuống liên kết) 144Kbps tối thiểu cho việc di chuyển thiết bị cầm tay 384Kbps cho thiết bị cố định - Về nhu cầu băng thông truy cập internet băng thông rộng 2Mbps theo quy định 3GPP Chính kỹ thuật đa truy nhập sử dụng mạng 3G CDMA biến thể Đối với mạng CDMA có cho GSM tiếp tục sử dụng WCDMA (Wide band CDMA) sử dụng MHz chiều rộng băng tần kênh có khả cung cấp 2Mbps tốc độ liệu Ngồi cơng nghệ CDMA khác CDMA2000, CDMA2000 1x EV-DO sử dụng nơi khác toàn giới cho mạng 3G Công nghệ truyền thông không dây 4G Đây hệ mạng di động quy định ITU người tiền nhiệm mạng 3G Hiện có hai cơng nghệ đầy hứa hẹn xem xét nói chuyện di chuyển lên 4G tỷ lệ liệu cao tốc độ 100Mbps môi trường di động 1Gbps môi trường cố định WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) LTE (Long Term Evolution) công nghệ xem xét Thông số kỹ thuật sau cần phải đáp ứng mạng coi 4G: - Tốc độ 100Mbps tốc độ liệu môi trường di động 1Gbps môi trường cố định - Mạng lưới hoạt động gói tin IP (Tất mạng IP) - Năng động kênh phân bổ kênh băng thông khác từ 5MHz đến 20 MHz theo yêu cầu ứng dụng Sự khác công nghệ mạng 3G 4G Tốc độ tải liệu 3G khoảng 2Mbps chế độ tĩnh chi tiết kỹ thuật 4G phải Gbps tốc độ môi trường di động tốc độ tải 3G khoảng 384Kbps 100 Mbps mạng 4G Kỹ thuật đa truy nhập sử dụng 3G CDMA biến thể 4G hai công nghệ (LTE WiMAX) sử dụng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) nhận liệu Trong đường lên LTE sử dụng SC-FDMA (Single Carrier FDMA) WiMAX tiếp tục sử dụng OFDMA mạng 3G sử dụng CDMA biến thể 1.2 CẤU TRÚC MẠNG 1.2.1 Kiến trúc chung mạng 4G 4G mạng tồn cầu tích hợp dựa xây dựng theo mơ hình hệ thống mở Hình 1 Cấu trúc mạng di động 4G Kiến trúc bao gồm nhân mạng chung, nhân kết nối tới phần khác mạng dây mạng khơng dây Nó kết nối tới mạng chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN), mạng số dịch vụ tích hợp (ISDN) thơng qua trạm GPRS (GGSN) GGSN thành phần mạng GPRS GGSN đóng vai trị mạng liên kết mạng GPRS mạng chuyển mạch gói ngồi, giống mạng Internet mạng X25 Các kiến trúc mạng 4G thảo luận dựa IPv6, tính linh động IPv6 xử lý chuyển đổi tế bào 1.2.2 Điểm nhấn mạng 4G 4G bắt đầu với giả thiết mạng tương lai sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói (đây phát triển từ giao thức sử dụng mạng Internet tại) Mạng di động 4G dựa tảng IP có lợi IP thích hợp độc lập với cơng nghệ truy cập vùng phủ sóng Điều có nghĩa mạng 4G thiết kế phát triển độc lập từ mạng truy cập Thế hệ dùng kỹ thuật truyền tải truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing), OFDM dạng điều chế sóng mang, làm việc theo ngun tắc phân chia dịng bit truyền dải thơng B thành nhiều dịng bit song song N với khoảng cách B/N Mỗi dòng bit N có tốc độ bit nhỏ dịng bit ban đầu, tổng chúng dịng bit có tốc độ cao Anten thông minh (MIMO): Trong hệ thống anten MIMO (đa đầu vào, đa đầu ra), dòng số liệu từ thiết bị đầu cuối tách thành n dịng số liệu riêng biệt có tốc độ thấp (N số anten phát) Mỗi dòng số liệu điều chế vào symbol (tín hiệu) kênh truyền Các dòng số liệu có tốc độ 1/N tốc độ dịng số liệu ban đầu, phát đồng thời, vậy, mặt lý thuyết, hiệu suất phổ tần tăng lên gấp N lần Các tín hiệu phát đồng thời qua kênh vô tuyến phổ tần thu M anten hệ thống thu 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG 4G 1.3.1 UMB (Ultra Mobile Broadband) UMB (Mạng thông tin di động siêu băng rộng) hệ mạng thông tin di động tiếp nối CDMA2000 phát triển 3GPP2 mà chủ lực Qualcomm UMB sánh ngang với công nghệ LTE 3GPP UMB sử dụng OFDMA, MIMO, đa truy cập phân chia theo không gian kỹ thuật angten tăng khả mạng, tăng vùng phủ tăng chất lượng dịch vụ UMB cho tốc độ liệu đường xuống tới 280Mbit/giây liệu đường lên tới 75Mbit/giây 1.3.2 WiMAX (IEEE 802.16m) WiMAX 802.16m (hay gọi WiMAX II) phát triển từ chuẩn IEEE 802.16e, công nghệ công nghệ tiền 4G xây dựng hồn tồn dựa cơng nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền OFDM) Công nghệ WiMAX II hỗ trợ tốc độ truyền liệu lên tới 100 Mb/s cho ứng dụng di động lên tới 1Gb/s cho người dùng tĩnh Khoảng cách truyền WiMAX II khoảng km môi trường thành thị khoảng 10 km cho khu vực nông thôn 1.3.3 LTE (Long-Term Evolution) Long Term Evolution - Sự tiến hóa tương lai xa LTE hệ thứ tư tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai toàn giới Các mục tiêu công nghệ là: Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz: tải xuống 100Mbps, tải lên 50Mbps Dung lượng liệu truyền tải trung bình người dùng 1MHz so với mạng HSDPA: tải xuống gấp 3,4 lần; tải lên: gấp 2,3 lần Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển thuê bao từ 0-15km/h, tốt : từ 15-120km/h, trì hoạt động: 120-350km/h Độ dài băng thơng linh hoạt: hoạt động với băng 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, MHz, 10 MHz, 15 MHz 20 MHz chiều lên xuống 1.3.4 So sánh công nghệ LTE với công nghệ WIMAX Về cơng nghệ, LTE WiMax có số khác biệt có nhiều điểm tương đồng Cả hai công nghệ dựa tảng IP Cả hai dùng kỹ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối tăng tốc kỹ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải liệu đa phương tiện video Theo lý thuyết, chuẩn WiMax (802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa 70Mbps, cịn LTE dự kiến cho tốc độ đến 300Mbps 1.4 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HANDOFF TRONG HỆ THỐNG KẾT NỐI DI ĐỘNG 1.4.1 Giới thiệu Chuyển giao phần cần thiết cho việc xử lý di động người sử dụng đầu cuối Nó đảm bảo tính liên tục dịch vụ vơ tuyến người sử dụng di động di chuyển từ qua ranh giới tế bào Chuyển giao thực nhà mạng, thiết bị đầu cuối, người sử dụng 1.4.2 Các thủ tục phép đo đạc chuyển giao Thủ tục chuyển giao chia thành pha : Đo đạc, định, thực thi chuyển giao Trong pha đo đạc chuyển giao, thông tin cần thiết để đưa định chuyển giao đo đạc Các thông số cần đo thực máy thường tỷ số Ec/I02 (Ec: lượng kênh hoa tiêu chip, I0 : mật độ phổ công suất nhiễu tổng thể) kênh hoa tiêu chung (CPICH) cell phục vụ máy di động cell lân cận Trong pha định chuyển giao, kết đo so sánh với ngưỡng xác định sau định có bắt đầu chuyển giao hay khơng Trong pha thực thi, q trình chuyển giao hồn thành thơng số liên quan thay đổi tuỳ theo kiểu chuyển giao khác 1.4.3 Các kiểu handoff Chuyển giao bên hệ thống (Intra-system HO): Chuyển giao bên hệ thống xuất phạm vi hệ thống Chuyển giao hệ thống (Inter-system HO): Kiểu chuyển giao xuất cell thuộc công nghệ truy nhập vô tuyến khác (RAT) hay Các chế độ truy nhập vô tuyến khác (RAM) Trường hợp phổ biến cho kiểu dùng để chuyển giao hệ thống WCDMA GSM/EDGE Chuyển giao cứng (HHO- Hard Handover): HHO loại thủ tục chuyển giao tất liên kết vô tuyến cũ máy di động giải phóng trước liên kết vơ tuyến thiết lập Chuyển giao mềm (SHO) chuyển giao mềm hơn(Softer HO): Chuyển giao mềm có cơng nghệ CDMA So với chuyển giao cứng thông thường, chuyển giao mềm có số ưu điểm Tuy nhiên, có số hạn chế phức tạp việc tiêu thụ tài nguyên tăng lên Việc quy hoạch chuyển giao mềm ban đầu phần của việc hoạch định tối ưu mạng vơ tuyến 1.5 HANDOFF TRONG HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 4G Mạng 4G mạng biết đến với nhiều công nghệ mạng khác nhau, ta khái qt Q trình thiết bị di động (điện thoại di động, máy tính xách tay, hay pda …) kết nối vào mạng mà thay đổi điểm kết nối (từ mạng sang mạng khác) gọi trình chuyển giao (handover hay handoff) 12 2.2.4 Các thông số đo hiệu 2.2.4.1 Mức độ sử dụng trung bình server (server utilization), E[U] Mức độ sử dụng, U, server, tỷ lệ thuận với thời gian bận server, tồn với xác suất bận server (1   ) , xác định phân số thời gian mà server bận Tốc độ đến lớn, mức sử dụng U server cao (server bận); tốc độ lớn (server phục vụ nhanh) mức độ sử dụng thấp Đặt U  trung là: EU  bình  , mức độ sử dụng  hệ thống  M/M/1 EU       k   0U (1  U  U  U  )  (1  U )U k 1 U (1  U ) (2.8) 2.2.4.2 Thơng lượng trung bình server, E[T] Thơng lượng trung bình E[T ] tốc độ mà khách hàng khỏi hệ thống: ET   E[U ]  U      (2.9)  2.2.4.3 Số lượng khách hàng trung bình có hệ thống, E[N] Gồm số khách hàng hàng đợi server, là: EN   (1  U ) U U  (2.11)    U (   ) (1  U ) 13 2.2.4.4 Thời gian đáp ứng trung bình hệ thống, E[R] E[R] tính theo luật Little , E[ N ]  .E[ R] : ER  E[N ]  (2.12)    (1   )    2.3 HÀNG ĐỢI M/G/1 Hệ thống M/G/1 có đặc điểm: M (memoryless): trình đến trình Poisson với tốc độ  G (general): phân bố xác suất chung biến x tuỳ tiện – thời gian phục vụ khách hàng: G( x)  P[service _ time  x] Phân bố chung rời rạc hay liên tục Đối với phân bố rời rạc ta có moment: N N E[ x]   xi  ( xi ); E[ x ]   xi2 ( xi ) ; i 1 i 1 V [ x]  E[ x ]  E[ x]2 Đối với phân bố chung liên tục ta có:   0 E[ x]   x.g ( x)dx; E[ x ]   x g ( x)dx; g ( x)  dG( x) dx 2.3.1 Một số số đo hiệu hệ thống M/G/1 Nếu xét khách hàng đến tin hệ thống M/G/1 hệ thống mà tin đến hệ thống độc lập với độ dài tin chung 14   U  1,  U coi mức độ sử dụng   server Giá trị trung bình thời gian chờ đợi trung bình: E[ S ] E[W ]  (2.28) 2(1  U ) Thời gian đáp ứng trung bình server: E[ R]  E[W ]  E[ S ]  E[ S ]  Trong đó: E[ S ]   ;U E[ S ] 2(1  U ) (2.29)   2.3.2 Hàng đợi M/G/1 với quãng nghỉ (vacation) Một biến đổi quan trọng hàng đợi M/G/1 cho phép server có khoảng tạm nghỉ (vacation) – nghĩa rỗi có cơng việc cần phải thực Thời gian chờ đợi trung bình khách hàng tính đến E[ S ] E[V ]  thời gian tạm ngưng là: E[W ]  (2.34) 2(1  U ) E[V ] Đáp ứng trung bình hệ thống: E[ S ] E[V ] E[ R]  E[ S ]   (2.35) 2(1  U ) E[V ] 15 Chƣơng PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ Q TRÌNH CHUYỂN GIAO SỬ DỤNG MƠ HÌNH HÀNG ĐỢI 3.1 Giới thiệu Trong phần mơ hình hàng đợi dùng để quản lý độ trễ mạng 4G Có phân lớp định lịch cho MT Bộ phân lớp xác định gói hàng đợi khác loại lớp giao thông Bộ định lịch phải định gói tin phục vụ trước 3.2 Đặt vấn đề Luận văn giới thiệu mơ hình phân tích cho việc triển khai hàng đợi ưu tiên (Priority Queueing – PQ) nút 4G để tính tốn độ trễ hàng đợi Mơ hình dựa hệ thống hàng đợi M/D/1 (một lớp đặc biệt hệ thống hàng đợi M/G/1) Có năm lớp giao thơng khác hỗ trợ mạng 4G Ta giả sử hàng đợi khác tương ứng với loại giao thơng khác với phân lớp định lịch Tất lớp sử dụng băng thông lớp khác Luận văn tập trung vào việc tìm đường chi phí, trễ thấp cho liệu thời gian thực Năm lớp giao thông xem xét: 1) Lớp C1 (UGS: Dịch vụ cấp phát không yêu cầu) 2) Lớp C2 (RTPS: Dịch vụ gói tin thời gian thực) 3) Lớp C3 (ERTPS: Dịch vụ gói tin thời gian thực mở rộng) 4) Lớp C4 (NRTPS: Dịch vụ gói tin khơng thời gian thực) 5) Lớp C5 (BE: Nỗ lực tối đa) 16 3.3 Hàng đợi ƣu tiên Trong luận văn này, năm hàng đợi nút 4G xem xét lớp 1, lớp 2, lớp 3, lớp 4, lớp tương ứng với lớp giao thông Tất lớp xếp mức ưu tiên từ cao xuống thấp Ở đây, logic ưu tiên chặt chẽ sử dụng đặt lịch, có nghĩa ln phục vụ hàng đợi có mức ưu tiên cao Nếu hàng đợi có mức ưu tiên cao rỗng đến lượt hàng đợi có mức ưu tiên phục vụ Các gói tin liên hệ với hàng đợi với mức ưu tiên thứ (Q1) (cao nhất) đến hàng đợi với mức ưu tiên thứ (Q5) (thấp nhất) gọi lớp (C1) đến lớp (C5) với độ dài trung bình tương ứng từ L1 đến L5 Các gói từ C1 đến C5 đến dựa theo q trình Poisson với tỷ lệ đến tương ứng từ đến Mạng 4G tập mạng MANET, Ad-hoc, WLAN, vệ tinh (Satellite), di động (Cellular) Ta có lớp giao thơng cho QoS mạng 4G cho mạng (VoIP, Stream Audio/Video, VoIP (với phát hoạt động – Activity Detection, FTP, truyền liệu – Data transfer, duyệt Web – Web browsing) Với giao thơng mạng ta có hàng đợi Gọi Q1, Q2, Q5 hàng đợi tương ứng lớp C1, C2, C5 Gọi L1, L2, L5 độ dài tương ứng hàng đợi Gọi 1, 2, …5 tỷ lệ đến gói tin Gọi μ1,μ2, , μ5 tỉ lệ dịch vụ gói tin 3.3.1 Hàng đợi ƣu tiên Q1 (các gói C1) Chúng ta bắt đầu với hàng đợi ưu tiên cao Q1 Chúng ta giả sử yêu cầu dịch vụ trung bình cho lớp giao thông C E[S1] = 1/μ1 Mô men bậc hai yêu cầu dịch vụ lớp giao thơng C1 E[S12] Ở mục tiêu tìm mức trễ hàng đợi cho tất gói tin lớp C1 Trễ hàng đợi định nghĩa thời gian đợi mong muốn E[W1] hàng đợi Q1 cho gói tin lớp C1 trước phục vụ Dựa theo logic định lịch ưu tiên, thời gian đợi mong muốn gói tin thuộc lớp C1 bao gồm hai điểm: 17 1) TR: Các gói tin phục vụ cần thêm thời gian để phục vụ xong 2) T1: Thời gian cần để phục vụ tất gói tin có độ ưu tiên xuất hệ thống điểm đến gói tin lựa chọn ngẫu nhiên Thời gian đợi mong muốn thể công thức: E[W1] = E[TR] + E[T1] (3.1) E[TR] thời gian trơng đợi cịn lại để xử lý gói tin phục vụ thời điểm định lịch bận Tuy nhiên, thời gian đến gói tin lựa chọn ngẫu nhiên, lớp phục vụ lại không xác định (là C1 hay C2) nên biểu thức nên sửa thành: (3.2) Nếu thay E[TR] E[T1] (3.1) E[W1] tính sau (3.4) Dựa theo xác suất xác định, thời gian phục vụ định lịch nút áp dụng Bộ định lịch nút mạng 4G cần đơn vị thời gian để phục vụ gói Ck với tỷ lệ truyền R, mô men bậc hai yêu cầu dịch vụ gói tin C k biểu thị sau: 18 (3.5) Tuy nhiên dựa thời gian đến gói tin lựa chọn ngẫu nhiên mà khơng rõ gói tin (C1 hay C2) phục vụ, (3.4) biểu diễn bằng: (3.6) Trong ρ1 ρ2 mức sử dụng từ gói tin C C2 với độ dài trung bình tương ứng L1 L2 3.3.2 Hàng đợi ƣu tiên Q2 (Các gói C2) Hàng đợi ưu tiên đặt lịch sau hàng đợi lớp giao thông C1 Thời gian đợi gói C2 (là hàng đợi mức ưu tiên thấp hơn) biểu diễn bằng: (3.7) Thay tất giá trị vào, ta được: Chuyển E[W2] phía ta được: (3.9) 19 3.3.3 Các hàng đợi khác (Q3, Q4, Q5) 3.3.3.1 Lớp C3 (Q3) Thời gian chờ mong đợi lớp giao thơng C3 tính bởi: (3.10) 3.3.3.2 Lớp C4 (Q4) Thời gian chờ mong đợi lớp giao thơng C4 tính bởi: (3.11) 3.3.3.3 Lớp C5 (Q5) Thời gian chờ mong đợi lớp giao thông C5 tính bởi: (3.12) 3.4 Mơ phân tích hiệu 3.4.1 Cài đặt mạng Mơ hệ thống thực thi Matlab Có mạng xem xét Phạm vi tất mạng phân bố hình chữ nhật cỡ [0, 0, 1000, 1000] Các mạng phân bố có chồng lên khu vực để thể mạng không đồng Các thiết bị đầu cuối nằm vùng 20 có chồng lấn phải thực q trình chuyển giao để đảm bảo giao thơng mạng thông suốt chất lượng dịch vụ đảm bảo Vùng MANET [300, 300, 500, 500], WiMAX [400, 400, 500, 500], WiFi [380, 10, 520, 500], LTE [10, 500, 400, 500] WSN [10, 10, 500, 500] Hình Cài đặt mơ mạng Mỗi mạng có hàng đợi khác với lớp giao thông tương ứng Mỗi hàng đợi chứa gói với phân lớp Và định lịch xếp lịch cho hàng đợi dựa vào mức ưu tiên lớp giao thông Các hàng đợi (như Q1, Q2, Q3, Q4 Q5) xếp theo thứ tự lớp C1, C2, C3, C4, C5 100 nút mạng tạo để thực mạng Với nút, mơ hình kênh phát sóng khơng gian tự giả thiết có tốc độ truyền khác với mạng độ dài hàng đợi 40 gói tin 3.4.2 Kết Các tham số mô tỉ lệ đến, tỷ lệ dịch vụ, độ dài hàng đợi, tỷ lệ truyền, lưu lượng trễ Trong bảng 3.1 kết mô Ở lưu lượng sử dụng 2.5% thời 21 điểm độ trễ mong đợi cho C1 = 0.1047 ms (micro giây), C2 = 01103ms, C3 = 0.1164ms, C4=0.123ms C5 = 0.1265ms tỉ lệ đến tăng lên, mức lưu lượng sử dụng 5% thời điểm thời gian trễ mong đợi 0.2127 , 0.2366 , 0.2648 , 0.2983 0.3172 tương ứng với C1,C2, C3, C4 C5 Tương tự mức lưu lượng 22% độ trễ tương ứng 1.1646 ms , 2.1214 ms , 5.0788 ms, 28.4516 ms 46.9596 ms Ở tổng lưu lượng phân lớp gói phân bổ hàng đợi khác Bảng Trễ mong đợi cho lớp giao thơng khác Hình Lƣu lƣợng Trễ 22 3.4.3 Phân tích đề xuất mơ hình chuyển giao Trong bảng 3.1 ta thấy khác độ trễ Q1 Q5 với vài mức lưu lượng sử dụng nút 4G Ở trễ Q5 lớn Q4 thời điểm, Q4 lớn Q3 thời điểm Từ phân tích để áp dụng vào trình chuyển giao mạng 4G tơi xin đề cập đến mơ hình chuyển giao sử dụng hàng đợi ưu tiên động Trong mơ hình này, quản lý hàng đợi chung sử dụng thứ tự ưu tiên hàng đợi thay đổi theo thời gian nằm hàng đợi Hơn nữa, nguồn tài nguyên xếp loại dành riêng, đảm bảo truy cập loại dịch vụ có mức độ ưu tiên cao Mục đích mơ hình chuyển giao đáp ứng nhu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau, cải thiện hiệu suất hệ thống, giảm tỷ lệ rớt nghẽn mạng Với mơ hình này, ưu tiên giao thông hàng đợi điều chỉnh liên tục, đó, thiết bị quản lý điều chỉnh ưu tiên sử dụng (CQM) CQM gắn thiết bị nhận Nó quản lý hàng đợi chuyển giao khởi tạo ưu tiên cho giao thơng, sau cập nhật ưu tiên theo thời gian chờ đợi hàng đợi Hình Kiến trúc thiết bị nhận dựa CQM 23 CQM khởi tạo mức ưu tiên cho giao thông dựa theo yêu cầu QoS Hàm ưu tiên X0(t,a) = A - t + a X0: giá trị hàm ưu tiên A: số khởi tạo t: thời gian trễ chấp nhận dịch vụ a: đóng dấu bàn giao (vì ưu tiên bàn giao cao so với gọi mới) Giá trị hàm ưu tiên tăng với thời gian hàng đợi Xi(t,a) = X0(t,a) + Tđợi (i ≥ 0) Tđợi thời gian hàng đợi i: số loại hình dịch vụ khác Các nguồn tài nguyên kênh chia: rank0, rank1 rank2 Rank0 kênh thông thường; rank1 rank2 kênh dành riêng Kênh rank0 sử dụng tất loại lưu lượng truy cập, kênh rank1 rank2 kênh cần ngưỡng truy cập Khi rank0 nhàn rỗi, luồng lưu lượng lưu lượng chuyển giao cho vào hàng đợi CQM Nếu hàm ưu tiên có giá trị Xi(t,a)> threshold1, luồng lưu lượng truy cập vào kênh rank1, hàm ưu tiên có giá trị Xi(t,a)> threshold2 (threshold2> threshold1), lng lưu lượng truy cập vào kênh rank2 Bởi mức ưu tiên lưu lượng hàng đợi động giá trị hàm ưu tiên tăng theo thời gian hàng đợi nên lưu lượng có mức ưu tiên ban đầu thấp không dễ dàng bị loại bỏ 24 Minh họa: Nếu số lượng kênh phân bổ cho tế bào (cell) cố định đặc tính lưu lượng tế bào tương tự sau hệ thống chạy khoảng thời gian Do đó, cần phân tích hiệu cell đại diện Giả sử số lượng kênh phân bổ cho tế bào 64, có ba loại hình giao thơng (lưu lượng): lưu lượng giọng nói, lưu lượng thời gian thực, lưu lượng liệu không thời gian thực với tỷ lệ 05:03:02 Các luồng lưu lượng sử dụng kênh 1, tương ứng Cuộc gọi cell gọi chuyển giao phân biệt, hai tuân theo phân phối Poisson Thời gian trung bình ba loại lưu lượng riêng biệt 90s, 250s 500s Kênh Rank0, Rank1 Rank2 thiết lập tương ứng 50, 10 Hằng số khởi tạo A= 0,1 để đảm bảo Xi(t,a) lớn Tham số a thiết lập 0.2 Hình Khả nghẽn với loại lƣu lƣợng khác 25 Hình Khả rớt gọi với loại lƣu lƣợng khác Nhìn vào hình 3.5 3.6 ta thấy khả nghẽn khả rớt gọi giảm rõ ràng sử dụng mơ hình chuyển giao Trong hình 3.7 3.8 hiệu luồng lưu lượng cải thiện rõ ràng áp dụng mơ hình DPQ Chương trình bày biểu thức tính tốn trễ mong đợi cho nhiều lớp giao thông từ C1 đến C5 nút 4G thông qua thực thi hàng đợi ưu tiên dựa hệ thống M/G/1 Từ phân tích để áp dụng vào q trình chuyển giao mạng 4G tơi đề cập đến mơ hình chuyển giao sử dụng hàng đợi ưu tiên động, nhìn vào kết minh họa thấy hiệu luồng lưu lượng, khả nghẽn rớt gọi cải thiện rõ Kết tìm thiết kế hiệu mơ hình hàng đợi cho việc triển khai mạng 4G 26 KẾT LUẬN Trong đồ án này, em trình bày xu hướng công nghệ, so sánh mạng thông tin di động 3G mạng thông tin di động 4G, cấu trúc mạng công nghệ mạng thông tin di động 4G (UMB, WiMAX, LTE) Trình bày khái niệm chung trình handoff hệ thống di động, trình bày chi tiết trình Handoff hệ thống thông tin di động 4G với phần miêu tả tập trung vào trình chuyển giao dọc mạng hệ thống 4G Em tìm hiểu phương pháp đánh giá hiệu hệ thống sử dụng mạng hàng đợi Queue, trình Poisson, mơ hình hàng đợi Markov, M/M/1 M/G/1 Phần chương luận văn sâu giới thiệu mơ hình phân tích cho việc triển khai hàng đợi ưu tiên (PQ) nút 4G để tính tốn độ trễ hàng đợi Mơ hình dựa hệ thống hàng đợi M/D/1 (một lớp đặc biệt hệ thống hàng đợi M/G/1) Hiện tại, luận văn tập trung vào trình bày biểu thức tính tốn trễ mong đợi cho nhiều lớp giao thơng từ C1 đến C5 nút 4G thông qua thực thi hàng đợi ưu tiên dựa mơ hình hàng đợi M/G/1 Để áp dụng vào q trình chuyển giao mạng 4G tơi đề cập đến mơ hình chuyển giao sử dụng hàng đợi ưu tiên động, nhìn vào kết minh họa thấy hiệu luồng lưu lượng, khả nghẽn rớt gọi cải thiện rõ Để mở rộng nâng cao hiệu cho nhiệm vụ mà luận văn thực hiện, lương lai tơi tìm hiểu sâu khả ứng dụng mạng hàng đợi (đóng mở) để phân tích số đặc tính handoff mạng 4G trình điều khiển chuyển giao, điều khiển cơng suất Vì mạng hàng đợi kết hợp nút hàng đợi dạng khác M/M/n, M/G/n,…nên mơ cấu trúc đặc tính phức tạp mạng 4G ... mạng công nghệ mạng thông tin di động 4G (UMB, WiMAX, LTE) Trình bày khái niệm chung trình handoff hệ thống di động, trình bày chi tiết trình Handoff hệ thống thông tin di động 4G với phần miêu... ĐỢI DÙNG PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG Q TRÌNH HANDOFF CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 2.1 MỘT SỐ LÝ THUYẾT ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG TÍNH TỐN HÀNG ĐỢI 2.1.1 Q trình Poisson Quá trình ngẫu nhiên Poisson trình hay... thiết kế hiệu mơ hình hàng đợi cho việc triển khai mạng 4G 26 KẾT LUẬN Trong đồ án này, em trình bày xu hướng công nghệ, so sánh mạng thông tin di động 3G mạng thông tin di động 4G, cấu trúc mạng