Đang tải... (xem toàn văn)
Tóm tắt: Chuyển giao (Handover) là một trong những nhân tố quan trọng nhất có thể làm giảm chất lượng của một kết nối TCP và các ứng dụng thời gian thực trong mạng không dây 802.16e . Chúng tôi phát triển một sơ đồ handover không mất mát gọi là đánh dấu gói cuối cùng (LPMLast Packet Marking) cho mạng IEEE 802.16e truy nhập không dây băng thông rộng. Bằng cách tích hợp handover của lớp MAC và lớp mạng một cách hiệu quả, LPM giảm thiểu sự trì hoãn handover và hạn chế mất mát gói trong thời gian handover. Nghiên cứu cho thấy: LPM không làm mất mát gói tin và không có sự trùng lặp gói tin và cũng không có sự sao lại gói do vậy lưu lượng TCP tăng một cách đáng kể. 1. Giới thiệu Tới nay, WLAN IEEE 802.11 có vài giới hạn như vùng bao phủ truyền dẫn hẹp và dễ bị can nhiễu gây ra bởi các giải thông thông dùng cho ISM (Công nghiệp, Khoa học, Y học). Để đạt được một tốc độ ngày càng cao hơn và phạm vi vùng phủ sóng (với tế bào) rộng hơn, ủy ban IEEE bắt đầu một dự án IEEE 802.16 nhằm tiêu chuẩn hóa các công nghệ WBA (truy cập không dây băng thông rộng). Dự án 802.161 đầu tiên định nghĩa MAC và những lớp vật lý của hệ thống truy nhập không dây cố định tại dải băng 1066 GHz. Nó hy vọng sẽ đạt tốc độ gần 10 Mbps bằng cách sử dụng anten cố định và MSS cố định (Trạm thu các thuê bao di động) trong thành thị và khu vực lân cận. Thêm vào đó, tiêu chuẩn 802.16a 2 chỉnh sửa những mô tả vật lý cho lớp MAC tạo điều kiện thuận lợi để cho truyền thông NLOS trên giải tần 211 GHz. Hơn nữa, việc mô tả đường truyền gốc đã được hoàn thiện lần nữa cho phép nâng cao tính lưu động (60kmh) bởi 802.16 TGe Mobile Wireless MAN 3, nó cũng cho phép xử lý phần điều khiển và tiết kiệm năng lượng truyền dẫn. So sánh với các hệ thống truyền dẫn có dây, các hệ thống không dây bị giới hạn băng thông và có tốc độ bít lỗi cao hơn khi truyền dẫn. Bên cạnh đó, sự mất mát gói tin và gián đoạn có thể xảy ra khi có quá trình chuyển giao giữa tế bào trong mạng khi các MSS di chuyển. Đối TCP, sự mất mát gói tin trong quá trình chuyền giao tế bào làm giảm hiệu suất vì sự nhạy cảm đối với cơ chế mất mát gói tin của TCP. TCP sẽ truyền lại những gói bị mất và làm chậm tốc độ truyền. Tồi tệ hơn, khi rất nhiều gói tin bị mất trong thời gian của một cửa sổ tắc nghẽn, bên truyền sẽ đi vào trạng thái khởi động chậm và giảm tốc độ gửi gói tin đi rất nhiều. Báo cáo này trình bày nghiên cứu về một mô hình chuyển giao không đứt kết nối được gọi là đánh dấu gói tin cuối (LPM) cho tính lưu động miền nội bộ (trong vùng phủ sóng giữa các BS hàng xóm) mạng IEEE 802.16e không dây truyền dẫn gói băng rộng. LPM kết hợp lớp MAC với các chức năng lớp mạng HO (handover) để giảm thời gian HO và chắc chắn HO an toàn bằng cách chuẩn bị cập nhật định tuyến trước khi diễn ra HO thực sự. Cấu trúc bản báo cáo: Trong phần 2 tiếp theo mô tả khái quát chức năng IEEE 802.16 với thủ tục thiết lập kết nối và chuyển giao kết nối, phần thứ 3 mô phỏng các thủ tục thiết lập kết nối và chuyển giao kết nối để nhìn nhận một cách rõ ràng hơn các đặc tính của các thủ tục này dựa trên các kết quả thu nhận được và phần cuối sau khi mô tả một phương thức LPM cho HO không liên kết cho truy cập mạng không dây băng thông rộng dựa trên IEEE 802.16e xem xét giao thức TGe HO với các giao thức cho vi chuyển động (micromobility). 2. Các khái niệm cơ sở Phương pháp hiện nay được thực hiện quét 1 trạm BS hàng xóm của BS đang phục vụ tại 1 thời điểm gồm cả việc đồng bộ lẫn các thao tác kết hợp được chỉ ra trong hình 1. Khi đồng bộ, MSS nhận bản tin quảng bá được gửi từ BS, nó chứa các thông tin: khi nào được truy cập vào kênh và làm thế nào để truy cập được vào kênh. Các bản tin DL_MAP và UL_MAP chứa vị trí xuất hiện đột ngột cho mỗi một khung. DCD và UCD chứa các tham số truyền dẫn của mỗi một sự xuât hiện đó. Tiếp theo là các thao tác kết hợp, khi đó MSS điều chỉnh nhịp của nó và công suất phát để truyền tin tới BS. Trong suốt giai đoạn này (được coi là khởi động ranging), MSS lấy ngẫu nhiên một khe tương ứng với giải thuật “truncated exponent “. Sau đó nó đợi do 1 khe tranh chấp trong khung lên (up) nhằm để truyền yêu cầu xắp xếp của nó. Tiếp theo đó là sự thương lượng dung lượng cơ sở, xác thực và đăng kí. Sau khi hoàn thiện MSS được kết nối với BS và một IP kết nối được thiết lập Hình 1 : Giao thức MSS quét kết nối BS mong muốn Nếu như một MS di chuyển ra ngoài vùng bao phủ của BS hoặc tín hiệu bị suy yếu, nó cần phải tiếp tục tìm một BS khác phù hợp để tiếp tục truyền tin. Quá trình đồng bộ phụ thuộc phần lớn vào tần suất các bản tin đồng bộ được gửi trong đơn vị thời gian. Do đó, một cơ chế chuyển giao giữa các BS sẽ giúp các MS không phải thiết lập lại thủ tục thâm nhập mạng nên sẽ không ảnh hưởng lớn đến dòng lưu thông dữ liệu. Để giải quyết vấn đề này, chuẩn 802.16e đã được mở rộng để định nghĩa một vài cơ chế liên quan đến liên lạc giữa các BS và quét kênh nhằm áp dụng phát hiện trạm lân cận và chuyển giao. Lưu tâm tới truyền thông BS, giả thiết trong IEEE 802.16e là các BS liền kề trao đổi các mô tả kênh lên và xuống (DCD và những thông báo UCD) thông qua mạng lõi. Thông tin được nhúng trong những bản tin gửi định kỳ từ BS phục vụ tới MS. Điều này cho phép một MS thu nhận thông tin kênh trước bất kỳ lần quét nào. Những cơ chế liên quan đến quét kênh dưới dạng những yêu cầu gửi bởi MS nhằm tìm kiếm để duy trì thông tin về các BS lân cận trong hình 2. MS gửi một bản tin MOB SCN_REQ tới BS phục vụ để xử lý thông tin và việc trả lại thông tin khoảng quét sử dụng một bản tin MOBSCN_RSP. Sự phối hợp này giữa MS và BS cho phép mỗi thực thể lưu gói vào bộ đệm trong lúc truyền thông tạm thời ngừng. Cuối thời điểm quét, MS báo cáo tình trạng quét tới BS phục vụ của nó dưới dạng một bản tin MOBSCN_REP. Hình 2 : Cơ chế chuyển giao chuẩn 802.16e Hơn thế nữa, 802.16e định nghĩa bốn cơ chế quét kênh phụ thuộc vào mức độ hợp tác mong muốn: • Trong sự quét không hợp tác, MS thử nhận dạng và đồng bộ hóa với một hoặc nhiều BS. Nó cũng đánh giá chất lượng tín hiệu. • Trong mức hợp tác 0, BS đích không có thông tin về MS quét và chỉ cung cấp sự cấp phát ranging dựa trên nền tảng tranh dành. Sau khi gửi một yêu cầu đo cự ly, MS đợi một sự đáp lại từ BS với thời gian quá hạn (timeout) mặc định là 50 ms. • Trong mức hợp tác 1, BS phục vụ đàm phán với BS đích một thời gian mà trong khoảng đó MS sẽ tìm ra một miền ranging. Sau khi gửi một yêu cầu đo cự ly, MS đợi một sự đáp lại từ BS với timeout mặc định là 50 ms. • Trong mức hợp tác 2, còn được gọi là mạng hợp tác trợ giúp báo cáo, thủ tục tương tự như mức 1 trừ việc MS không đợi một sự đáp lại từ BS đích. Sự đáp lại đo cự ly được gửi bởi BS đích tới BS phục vụ rồi BS này chuyển nó tới MS. Quá trình chuyển giao trong đó một MS di trú từ vùng phủ sóng do một BS cung cấp tới vùng phủ sóng khác do BS khác cung cấp. Quá trình gồm có những giai đoạn sau đây: Chọn lại tế bào MS có thể sử dụng thông tin BS lân cận được thu nhận bằng cách giải mã bản tin MOB_NBR ADV, hoặc có thể yêu cầu sắp xếp những khoảng thời gian quét hoặc thời gian nghỉ để quét và có thể đo đạc BS lân cận với mục đích đánh giá khả năng chuyển giao của các BS đích mà MS quan tâm tới. Quá trình chọn lại tế bào không cần phải xảy ra phối hợp với bất kỳ quyết định chuyển giao đặc biệt hay có dự tính nào. Quyết định và bắt đầu chuyển giao – Một chuyển giao bắt đầu với một quyết định để MS chuyển giao từ BS phục vụ tới BS đích. Quyết định có thể bắt nguồn từ MS hay BS phục vụ. Quyết định chuyển giao hoàn thành với một thông báo của MS có ý định chuyển giao thông qua bản tin MOB_MSHO REQ hay MOB_BSHOREQ. Đồng bộ hóa tới tuyến xuống của BS đích MS sẽ đồng bộ hóa tới tuyến xuống của BS đích và thu nhận các tham số truyền dẫn của DL và UL. Nếu trước đó MS nhận được một bản tin MOB_NBRADV bao gồm BSID đích
Tóm tắt: Chuyển giao (Handover) nhân tố quan trọng làm giảm chất lượng kết nối TCP ứng dụng thời gian thực mạng không dây 802.16e Chúng phát triển sơ đồ handover không mát gọi đánh dấu gói cuối (LPM-Last Packet Marking) cho mạng IEEE 802.16e truy nhập không dây băng thông rộng Bằng cách tích hợp handover lớp MAC lớp mạng cách hiệu , LPM giảm thiểu trì hỗn handover hạn chế mát gói thời gian handover Nghiên cứu cho thấy: LPM không làm mát gói tin khơng có trùng lặp gói tin khơng có lại gói lưu lượng TCP tăng cách đáng kể 1 Giới thiệu Tới nay, WLAN IEEE 802.11 có vài giới hạn vùng bao phủ truyền dẫn hẹp dễ bị can nhiễu gây giải thông thông dùng cho ISM (Công nghiệp, Khoa học, Y học) Để đạt tốc độ ngày cao phạm vi vùng phủ sóng (với tế bào) rộng hơn, ủy ban IEEE bắt đầu dự án IEEE 802.16 nhằm tiêu chuẩn hóa cơng nghệ WBA (truy cập không dây băng thông rộng) Dự án 802.16[1] định nghĩa MAC lớp vật lý hệ thống truy nhập không dây cố định dải băng 10-66 GHz Nó hy vọng đạt tốc độ gần 10 Mbps cách sử dụng anten cố định MSS cố định (Trạm thu thuê bao di động) thành thị khu vực lân cận Thêm vào đó, tiêu chuẩn 802.16a [2] chỉnh sửa mô tả vật lý cho lớp MAC tạo điều kiện thuận lợi truyền thông NLOS giải tần 2-11 GHz Hơn nữa, việc mô tả đường truyền gốc hoàn thiện lần cho phép nâng cao tính lưu động (60km/h) 802.16 TGe Mobile Wireless MAN [3], cho phép xử lý phần điều khiển tiết kiệm lượng truyền dẫn So sánh với hệ thống truyền dẫn có dây, hệ thống khơng dây bị giới hạn băng thơng có tốc độ bít lỗi cao truyền dẫn Bên cạnh đó, mát gói tin gián đoạn xảy có q trình chuyển giao tế bào mạng MSS di chuyển Đối TCP, mát gói tin q trình chuyền giao tế bào làm giảm hiệu suất nhạy cảm chế mát gói tin TCP TCP truyền lại gói bị làm chậm tốc độ truyền Tồi tệ hơn, nhiều gói tin bị thời gian cửa sổ tắc nghẽn, bên truyền vào trạng thái khởi động chậm giảm tốc độ gửi gói tin nhiều Báo cáo trình bày nghiên cứu mơ hình chuyển giao khơng đứt kết nối gọi đánh dấu gói tin cuối (LPM) cho tính lưu động miền nội (trong vùng phủ sóng BS hàng xóm) mạng IEEE 802.16e khơng dây truyền dẫn gói băng rộng LPM kết hợp lớp MAC với chức lớp mạng HO (handover) để giảm thời gian HO chắn HO an toàn cách chuẩn bị cập nhật định tuyến trước diễn HO thực Cấu trúc báo cáo: Trong phần mô tả khái quát chức IEEE 802.16 với thủ tục thiết lập kết nối chuyển giao kết nối, phần thứ mô thủ tục thiết lập kết nối chuyển giao kết nối để nhìn nhận cách rõ ràng đặc tính thủ tục dựa kết thu nhận phần cuối sau mô tả phương thức LPM cho HO không liên kết cho truy cập mạng không dây băng thông rộng dựa IEEE 802.16e xem xét giao thức TGe HO với giao thức cho vi chuyển động (micro-mobility) Các khái niệm sở Phương pháp thực quét trạm BS hàng xóm BS phục vụ thời điểm gồm việc đồng lẫn thao tác kết hợp hình Khi đồng bộ, MSS nhận tin quảng bá gửi từ BS, chứa thông tin: truy cập vào kênh làm để truy cập vào kênh Các tin DL_MAP UL_MAP chứa vị trí xuất đột ngột cho khung DCD UCD chứa tham số truyền dẫn xuât Tiếp theo thao tác kết hợp, MSS điều chỉnh nhịp công suất phát để truyền tin tới BS Trong suốt giai đoạn (được coi khởi động ranging), MSS lấy ngẫu nhiên khe tương ứng với giải thuật “truncated exponent “ Sau đợi khe tranh chấp khung lên (up) nhằm để truyền yêu cầu xắp xếp Tiếp theo thương lượng dung lượng sở, xác thực đăng kí Sau hồn thiện MSS kết nối với BS IP kết nối thiết lập Hình : Giao thức MSS quét kết nối BS mong muốn Nếu MS di chuyển ngồi vùng bao phủ BS tín hiệu bị suy yếu, cần phải tiếp tục tìm BS khác phù hợp để tiếp tục truyền tin Quá trình đồng phụ thuộc phần lớn vào tần suất tin đồng gửi đơn vị thời gian Do đó, chế chuyển giao BS giúp MS thiết lập lại thủ tục thâm nhập mạng nên không ảnh hưởng lớn đến dịng lưu thơng liệu Để giải vấn đề này, chuẩn 802.16e mở rộng để định nghĩa vài chế liên quan đến liên lạc BS quét kênh nhằm áp dụng phát trạm lân cận chuyển giao Lưu tâm tới truyền thông BS, giả thiết IEEE 802.16e BS liền kề trao đổi mô tả kênh lên xuống (DCD thông báo UCD) thông qua mạng lõi Thông tin nhúng tin gửi định kỳ từ BS phục vụ tới MS Điều cho phép MS thu nhận thông tin kênh trước lần quét Những chế liên quan đến quét kênh dạng yêu cầu gửi MS nhằm tìm kiếm để trì thơng tin BS lân cận hình MS gửi tin MOB- SCN_REQ tới BS phục vụ để xử lý thông tin việc trả lại thông tin khoảng quét sử dụng tin MOB-SCN_RSP Sự phối hợp MS BS cho phép thực thể lưu gói vào đệm lúc truyền thông tạm thời ngừng Cuối thời điểm quét, MS báo cáo tình trạng qt tới BS phục vụ dạng tin MOB-SCN_REP Hình : Cơ chế chuyển giao chuẩn 802.16e Hơn nữa, 802.16e định nghĩa bốn chế quét kênh phụ thuộc vào mức độ hợp tác mong muốn: • Trong quét không hợp tác, MS thử nhận dạng đồng hóa với nhiều BS Nó đánh giá chất lượng tín hiệu • Trong mức hợp tác 0, BS đích khơng có thơng tin MS qt cung cấp cấp phát ranging dựa tảng tranh dành Sau gửi yêu cầu đo cự ly, MS đợi đáp lại từ BS với thời gian hạn (timeout) mặc định 50 ms • Trong mức hợp tác 1, BS phục vụ đàm phán với BS đích thời gian mà khoảng MS tìm miền ranging Sau gửi yêu cầu đo cự ly, MS đợi đáp lại từ BS với timeout mặc định 50 ms • Trong mức hợp tác 2, cịn gọi mạng hợp tác trợ giúp báo cáo, thủ tục tương tự mức trừ việc MS khơng đợi đáp lại từ BS đích Sự đáp lại đo cự ly gửi BS đích tới BS phục vụ BS chuyển tới MS Q trình chuyển giao MS di trú từ vùng phủ sóng BS cung cấp tới vùng phủ sóng khác BS khác cung cấp Q trình gồm có giai đoạn sau đây: Chọn lại tế bào - MS sử dụng thông tin BS lân cận thu nhận cách giải mã tin MOB_NBR - ADV, yêu cầu xếp khoảng thời gian quét thời gian nghỉ để quét đo đạc BS lân cận với mục đích đánh giá khả chuyển giao BS đích mà MS quan tâm tới Q trình chọn lại tế bào khơng cần phải xảy phối hợp với định chuyển giao đặc biệt hay có dự tính Quyết định bắt đầu chuyển giao – Một chuyển giao bắt đầu với định để MS chuyển giao từ BS phục vụ tới BS đích Quyết định bắt nguồn từ MS hay BS phục vụ Quyết định chuyển giao hồn thành với thơng báo MS có ý định chuyển giao thơng qua tin MOB_MSHO- REQ hay MOB_BSHO-REQ Đồng hóa tới tuyến xuống BS đích - MS đồng hóa tới tuyến xuống BS đích thu nhận tham số truyền dẫn DL UL Nếu trước MS nhận tin MOB_NBR-ADV bao gồm BSID đích, tần số vật lý, DCD UCD, q trình rút ngắn lại Nếu BS đích trước nhận thơng báo chuyển giao BS phục vụ thơng qua mạng lõi, BS đích cấp phát hội khởi đầu ranging không dựa tranh giành Ranging - MS BS đích đạo q trình ranging từ đầu ranging chuyển giao Nếu tin RNG- REQ MS bao gồm BSID phục vụ, BS đích yêu cầu BS phục vụ cung cấp thông tin MS thông qua mạng lõi BS phục vụ trả lời Bất chấp việc nhận thông tin MS từ BS phục vụ, BS đích địi hỏi thơng tin MS từ mạng lõi Q trình tái thâm nhập mạng rút ngắn quyền sở hữu thơng tin MS BS đích thu từ BS phục vụ thông qua mạng lõi Phụ thuộc vào lượng thơng tin mà BS đích định bỏ bớt hay vài bước thâm nhập mạng: 1) Thỏa thuận khả (Bit #0 HO Process Optimization TLV RNG-RSP thiết lập) 2) Pha chứng thực PKM (Bit #1 HO Process Optimization TLV thiết lập) 3) Pha thiết lập TEK (Bit #2 HO Process Optimization TLV thiết lập) 4) Gửi REG - REQ (Bit #9 HO Process Optimization TLV thiết lập) 5) BS gửi tin REG - RSP cách tự nguyện với thông tin khả cập nhật hay bỏ qua tin REG - RSP thơng tin TLV cập nhật (Bit #10 HO Process Optimization TLV thiết lập) Trong trường hợp bit #6 HO Process Optimization TLV bật, toàn dịch vụ chuyển đổi trạng thái thao tác hay chia sẻ BS phục vụ BS đích giả định (trạng thái ARQ, định thời, đếm, trạng thái MAC, CIDs, thông tin luồng dịch vụ thông tin kết nối), nên BS MS không trao đổi tin tái thâm nhập mạng sau ranging trước quay trở lại hoạt động bình thường Trong trường hợp tái thâm nhập mạng bao gồm bắt tay yêu cầu đáp ứng khóa, BS cung cấp đủ thời gian cho MS xử lý thông tin TEK nhận trước chuyển tới bước rõ thời gian tiến hành HO TEK TLV Nếu TLVs cho tái thiết lập kết nối (mục 11.7.9 tiêu chuẩn 802.16) xuất RNG- RSP (REG-RSP) thủ tục DSAREQ/ RSP khơng sử dụng cho mục đích Trong trường hợp đó, khơi phục kết nối bắt đầu sau RNG- RSP (REGRSP); BS cung cấp đủ thời gian cho MS xử lý thông tin kết nối rõ thời gian TLVxử lý tham số chuyển giao kết nối MS Trong trường hợp bắt tay yêu cầu đáp ứng chìa khóa khơng bị lược bỏ, BS gửi REG- RSP, tự nguyện không Nếu REG- RSP không bị bỏ sót, q trình tái thâm nhập mạng hồn tất với tin REG-RSP Hình 3: Minh họa trình chuyển giao ■ Hủy bỏ liên kết MS – Bước cuối trình chuyển giao Việc hủy bỏ MS định nghĩa BS phục vụ hủy bỏ hoàn toàn kết nối thuộc MS kết nối liên kết với chúng (ví dụ, thông tin hàng đợi, máy trạng thái ARQ, đếm, định thời, thông tin loại bỏ tiêu đề v.v… vứt bỏ) ■ Hủy bỏ chuyển giao – Một MS hủy bỏ chuyển giao thời điểm trước hết hạn khoảng Resource_Retain_Time sau trình truyền tin MOB_HO-IND Mơ phỏng: Để diễn tả đầy đủ giao thức quét tìm kiếm BS hàng xóm mong muốn, chương trình mơ dựa giải thuật quét kênh thích nghi giao thức 802.16e mở rộng ns-2 Giải thuật mô tả hình 2&4 mơ tả sau: Hình 4: Thủ tục xử lý quét MSS BSS BS phục vụ tính tốn thời gian qt kênh, thời gian hai lần quét kênh số khoảng thời gian quét Coi n s số khoảng quét, t s khoảng thời gian quét, t d khoảng thời gian hai lần quét Coi băng thông cho phép BW(byte/s), N số lượng MS yêu cầu quét kênh lúc Lưu lượng yêu cầu MSi bao gồm tải bi (byte/s), cho phép rung tối đa ji (s), độ trễ cho phép tối l s (s) Để giới hạn độ trễ độ rung tối đa cho phép trình quét, t s đặt mức nhỏ cho tất yêu cầu độ rung trễ MS tham gia: t s = min( ji , li ); ∀i (4) t st Số khoảng thời gian qt tính cơng thức: n s = (5) t s Để tận dụng tối đa băng thơng sẵn có, MS qt kênh MS khác truyền liệu Do đó, việc phân chia bước khoảng quét hình ta thu được: t d = ( N − 1) × t s (6) Dựa yêu cầu thông lượng trạm quét, khoảng thời gian thêm cho truyền liệu cần thiết, t d chỉnh lại hàm hàng đợi có độ dài Qi liệu truyền dẫn MS khác MS i quét Di Khoảng thời gian tối đa t d max chen vào khoảng quét định nghĩa 255 × t f số khung chen vào mã hóa bit chuẩn Giá trị biên đặt cho t d Tham số Nhiều tham số tồn để cấu hình lớp MAC lớp vật lý Dưới danh sách tham số, giá trị mặc định sử dụng cho mô # Lớp bao gồm giá trị mặc định cho tcl #Cấu hình lớp vật lý Phy/WirelessPhy/OFDM set g_ Mac/802_16 set channel_ Mac/802_16 set fbandwidth_ 5e+6 Mac/802_16 set rtg_ 10 Mac/802_16 set ttg_ 10 ; # tiền tố vòng ;# số hiệu kênh ;# băng thông (MHz) ;# số lượng PS để chuyển từ trạng thái nhận sang trạng thái truyền ;# số lượng PS để chuyển từ trạng thái truyền sang trạng thái nhận #Cấu hình lớp MAC Mac/802_16 set queue_length_ 50 ;#số lượng gói tối đa Mac/802_16 set frame_duration_ Mac/802_16 set dcd_interval_ Mac/802_16 set ucd_interval_ Mac/802_16 set init_rng_interval_ Mac/802_16 set lost_dlmap_interval_ Mac/802_16 set lost_ulmap_interval_ 0.004 5 0.6 0.6 ;# độ dài khung (s) ;# khoảng thời gian lần broadcast tin DCD (tối đa 10s) ;# khoảng thời gian lần broadcast tin UCD (tối đa 10s) ;# thời gian miền thiết lập định vị gán BS (tối đa 2s) ;# thời gian đợi để nhận tin DL_MAP (s) ;# thời gian đợi để nhận tin UL_MAP (s) #Bộ định thời (tất giá trị giây) Mac/802_16 set t1_timeout_ [expr 5* [Mac/802_16 set dcd_interval_]] ;# đợi hết hạn DCD Mac/802_16 set t2_timeout_ [expr 5* [Mac/802_16 set init_rng_interval_]] ;# đợi hết hạn broadcast ranging Mac/802_16 set t3_timeout_ 0.2 ;# thời hạn đáp ứng ranging Mac/802_16 set t6_timeout_ ;# thời hạn đáp ứng đăng ký Mac/802_16 set t12_timeout_ [expr 5* [Mac/802_16 set ucd_interval_]] ;# thời hạn cho UCD descriptor Mac/802_16 set t16_timeout_ ;# thời hạn yêu cầu băng thông Mac/802_16 set t17_timeout_ ;# xác thực (authentication) Không dùng Mac/802_16 set t21_timeout_ 0.02 ;# chờ đợi hết hạn DL_MAP Thay 20ms để cạnh tranh quét đoạn mào đầu Mac/802_16 set contention_rng_retry_ Mac/802_16 set invited_rng_retry_ Mac/802_16 set request_retry_ Mac/802_16 set reg_req_retry_ Mac/802_16 set tproc_ Mac/802_16 set dsx_req_retry_ Mac/802_16 set dsx_rsp_retry_ 16 16 16 0.001 3 ;# số lần thử gửi lại yêu cầu ranging (chế độ tranh chấp) ;# số lần thử gửi lại yêu cầu ranging (chế độ mời) ;# số lần thử gửi lại yêu cầu cấp phát băng thông ;# số lần thử gửi lại yêu cầu đăng ký ;# thời gian lần đến bit cuối UL_MAP có hiệu lực ;# số lần thử gửi lại yêu cầu yêu cầu DSx ;# số lần thử gửi lại đáp ứng DSx Mac/802_16 set rng_backoff_start_ Mac/802_16 set rng_backoff_stop_ Mac/802_16 set bw_backoff_start_ ;# kích thước ban đầu cửa sổ lùi cho yêu cầu ranging ;# kích thước lớn cửa sổ lùi cho yêu cầu ranging ;# kích thước ban đầu cửa sổ lùi cho yêu cầu băng thông 10 Mac/802_16 set bw_backoff_stop_ ;# kích thước lớn cửa sổ lùi cho yêu cầu ranging Mac/802_16 set scan_duration_ Mac/802_16 set interleaving_interval_ Mac/802_16 set scan_iteration_ Mac/802_16 set t44_timeout_ Mac/802_16 set scan_req_retry_ Mac/802_16 set max_dir_scan_time_ Mac/802_16 set nbr_adv_interval_ Mac/802_16 set client_timeout_ 50 50 0.1 0.2 0.5 0.5 ;# thời lượng (khung) khoảng quét ;# thời lượng (khung) khoảng interleaving ;# số lần quét lặp ;# giá trị thời hạn cho yêu cầu quét (s) ;# số lần thử lại yêu cầu quét ;# quét tối đa cho BS liền kề (s) ;# khoảng thời gian tin MOB-NBR_ADV (s) ;# thời hạn dị tìm trạm khách tầm Mac/802_16 set lgd_factor_ Mac/802_16 set print_stats_ false Mac/802_16 set rxp_avg_alpha_ Mac/802_16 set delay_avg_alpha_ Mac/802_16 set jitter_avg_alpha_ Mac/802_16 set loss_avg_alpha_ Mac/802_16 set throughput_avg_alpha_ Mac/802_16 set throughput_delay_ thông ;# hệ số sử dụng để thông báo Link Going Down (1: không thông báo) ;# true để kích hoạt in ấn thống kê ;# hệ số thống kê mức lượng nhận ;# hệ số thống kê độ trễ khung (frame delay) ;# hệ số thống kê độ rung khung (frame jitter) ;# hệ số thống kê mát khung (frame loss) ;# hệ số thống kê thông lượng (throughput) 0.02 ;# khoảng cách thời gian để cập nhật thong lượng khơng có lưu Trích đoạn chương trình mơ # Thiết lập biến toàn cục -set output_dir set traffic_start set traffic_stop 15 set simulation_stop 60 #Thiết lập giá trị debug Mac/802_16 set debug_ Mac/802_16 set t21_timeout_ 20 ;#tối đa 10s #Mô tả vùng bao phủ BS: bán kính 20m Phy/WirelessPhy set Pt_ 0.025 Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 6.12277e-09 Phy/WirelessPhy set CSThresh_ [expr 0.9 *[Phy/WirelessPhy set RXThresh_]] # Tham số cho nút không dây -set opt(chan) Channel/WirelessChannel set opt(prop) Propagation/TwoRayGround set opt(netif) Phy/WirelessPhy/OFDM set opt(mac) Mac/802_16 set opt(ifq) Queue/DropTail/PriQueue set opt(ll) LL set opt(ant) Antenna/OmniAntenna set opt(ifqlen) 50 set opt(adhocRouting) DSDV set opt(x) set opt(y) ;# loại kênh truyền không dây ;# mơ hình truyền sóng ;# network interface type ;# MAC ;# dạng hành đợi giao diện mạng ;# dạng lớp kết nối ;# mơ hình anten ;# số gói tin tối đa ifq ;# giao thức định tuyến 670 670 ;# trục X mô hình ;# trục Y mơ hình #hàm xử lý liệu kết thúc mô proc finish {} { global ns tf output_dir nb_mn $ns flush-trace close $tf exit } #tạo mô set ns [new Simulator] $ns use-newtrace #tạo tôpô mạng set topo [new Topography] $topo load_flatgrid $opt(x) $opt(y) 11 #mở file trace set tf [open $output_dir/out.res w] $ns trace-all $tf # thiết lập định tuyến phân cấp (cần thiết định tuyến thông qua BS) $ns node-config -addressType hierarchical AddrParams set domain_num_ ;# số miền lappend cluster_num 1 ;# số cluster cho miền AddrParams set cluster_num_ $cluster_num lappend eilastlevel 2 ;# số nút cluster AddrParams set nodes_num_ $eilastlevel puts "Configuration of hierarchical addressing done" # tạo God ( General Operation Director) create-god ;# nb_mn + (base station sink node) #tạo sink node miền không gian địa set sinkNode [$ns node 0.0.0] puts "sink node created" #tạo kênh chung set channel [new $opt(chan)] #tạo điểm truy cập (Access Point (Base station)) $ns node-config -adhocRouting $opt(adhocRouting) \ -llType $opt(ll) \ -macType $opt(mac) \ -ifqType $opt(ifq) \ -ifqLen $opt(ifqlen) \ -antType $opt(ant) \ -propType $opt(prop) \ -phyType $opt(netif) \ -channel $channel \ -topoInstance $topo \ -wiredRouting ON \ -agentTrace ON \ -routerTrace ON \ -macTrace ON \ -movementTrace OFF #puts "Configuration of base station" set bstation [$ns node 1.0.0] $bstation random-motion #vị trí BS $bstation set X_ 50.0 $bstation set Y_ 50.0 $bstation set Z_ 0.0 set clas [new SDUClassifier/Dest] [$bstation set mac_(0)] add-classifier $clas #tạo phân phối cho nút -set bs_sched [new WimaxScheduler/BS] [$bstation set mac_(0)] set-scheduler $bs_sched [$bstation set mac_(0)] set-channel puts "Base Station created" set bstation2 [$ns node 2.0.0] $bstation2 random-motion #vị trí cho node -$bstation2 set X_ 65.0 $bstation2 set Y_ 50.0 $bstation2 set Z_ 0.0 set clas2 [new SDUClassifier/Dest] [$bstation2 set mac_(0)] add-classifier $clas2 #tạo phân phối set bs_sched2 [new WimaxScheduler/BS] [$bstation2 set mac_(0)] set-scheduler $bs_sched2 [$bstation2 set mac_(0)] set-channel 12 puts "Base Station created" # tạo MN -$ns node-config -wiredRouting OFF \ -macTrace ON ;# MN tự định tuyến set wl_node [$ns node 1.0.1] $wl_node random-motion $wl_node base-station [AddrParams addr2id [$bstation node-addr]] $wl_node set X_ 45.0 $wl_node set Y_ 50.0 $wl_node set Z_ 0.0 $ns at 0.0 "$wl_node setdest 70.0 50.0 2.0" set clas [new SDUClassifier/Dest] [$wl_node set mac_(0)] add-classifier $clas #tạo phân phối cho MN Phải chuyển -shed [new $opt(sched)] set ss_sched [new WimaxScheduler/SS] [$wl_node set mac_(0)] set-scheduler $ss_sched [$wl_node set mac_(0)] set-channel puts "wireless node created " #$ns at 6.5 "$ss_sched send-scan" #tạo UDP agent đính vào node n0 -set udp [new Agent/UDP] $udp set packetSize_ 1500 $ns attach-agent $wl_node $udp # tạo lưu thơng CBR đính vào udp0 set cbr [new Application/Traffic/CBR] $cbr set packetSize_ 1000 $cbr set interval_ 0.1 $cbr attach-agent $udp # Tạo Null agent để sink -set null [new Agent/Null] $ns attach-agent $sinkNode $null # đính agent $ns connect $udp $null # tạo kết nối sink node BS -$ns duplex-link $sinkNode $bstation 100Mb 1ms DropTail $ns at $traffic_start "$cbr start" $ns at $traffic_stop "$cbr stop" $ns at $simulation_stop "finish" puts "Running simulation" $ns run puts "Simulation done." 13 ;# tạo node với @ cho trước ;# bỏ chế chuyển động ngẫu nhiên ;#đính MN vào BS ;# debug info Hình 5: Mơ hình mơ Mơ hình mơ bao gồm BS phục vụ BS đích MN dịch chuyển từ tọa độ (45,50,0) đến (70,50,2) Chương trình mơ q trình chuyển giao với mức mức hợp tác 0, BS đích khơng có thơng tin MN qt cung cấp cấp phát ranging dựa tảng tranh dành Sau gửi yêu cầu đo cự ly, MN đợi đáp lại từ BS với thời gian hạn (timeout) mặc định 50 ms Hình 6: Độ trễ gói tin với MS Hình 7: Tổng thời gian qt kênh 14 Mơ hình LPM đề xuất Sẽ nhiều thời gian để quét số trạm BS hàng xóm đủ lớn MSS di chuyển cần tìm BS thích hợp Người ta mong muốn MSS thực quét đồng thời nhờ việc nhận lời nói đầu từ vài BS hàng xóm chứa MOB-NBR-ADV Tuy nhiên tất trạm BS đồng nhờ tín hiệu nhịp GPS MSS quét vài BS mong muốn đồng thời Việc quét thực khung BS hàng xóm khơng kết hợp Để giải vấn đề này, 802.16e mở rộng chuẩn định nghĩa số thủ tục liên quan đến việc truyền tin tới BS quét tìm kiếm BS hàng xóm mong muốn chuyển giao (HO) Một trạm sở (BS) liên tục phát quảng bá theo chu kỳ tin trạm BS hàng xóm để nhận dạng mạng định đặc tính BS hàng xóm kết hợp với trạm dịch vụ di động (MSS-Mobile Service Station) Một MSS giải mã tin để tìm thơng tin tham số BS lân cận Mỗi MSS có khả để quét trạm hàng xóm BS đo cường độ tín hiệu Nếu cần, MSS lựa chọn BS hàng xóm chuẩn bị cho HO tương lai cách thực hàng thực chức liên kết Nhờ việc xắp hàng, MSS địi hỏi thơng tin đồng nhịp, thông tin hiệu chỉnh công suất tần số BS hàng xóm Thơng tin lên kết BS-MSS mong muốn báo cáo tới BS phục vụ Chuyển giao lớp MAC(L2) chia làm hai giai đoạn; giai đoạn tiền đăng ký HO giai đoạn HO thực Trong thời gian tiền đăng ký HO, BS mong muốn lựa chọn tiền đăng ký với MSS Tuy nhiên, kết nối tới BS phục vụ thời trì gói tin trao đổi suốt gian đoạn tiền đăng ký Trong thời gian HO thực sự, MSS giải phóng BS phục vụ tái kết hợp với BS mong muốn 15 Hình Ví dụ lời gọi chuyển giao lớp MAC khởi tạo MSS Bây giờ, xem xét thủ tục chuyển giao cách chi tiết Cả MSS lẫn BS phục vụ khởi động tiền đăng ký Khi mà MSS bắt đầu tiền đăng ký, định BS mong muốn có khả theo quan điểm chất lượng tín hiệu Sau MSS hay BS phục vụ khởi động tiền đăng ký, BS phục vụ thu nhận thơng tin từ BS hàng xóm mà khơng lưu tâm tới khả họ việc phục vụ MSS đòi hỏi BS phục vụ xúc tiến thơng báo tới BS hàng xóm BS (thơng qua mạng lõi) chuyển giao xảy Hình.6 cho thấy ví dụ lớp MAC luồng HO bắt đầu MSS[3] Sau nhận yêu cầu HO (MSSHO- REQ) từ MSS, BS phục vụ gửi thông báo tiền chuyền giao cho BS có khả nhận trả lời đáp ứng tiền chuyển giao, bao gồm ACK NACK HO xắp xảy với MSS BS phục vụ lựa chọn BS mong muốn phát tin HO-RSP, bao gồm BS-ID mong muốn, tới trạm MSS MSS truyền tin HO-IND để thông báo lần cuối thực chuyển giao thực Sau giai đoạn tiền chuyển giao (HO), chức chuyển giao thực bắt đầu BS phục vụ giải phóng MSS MSS đồng hóa với BS mong muốn Sau diễn xác thực khơi phục lại kết nối IP 16 Các giao thức cho vi chuyển động Hiện nay, có nhiều nỗ lực diễn để cung cấp dịch vụ Internet mạng có dây khơng dây Việc hỗ trợ lưu động IP có hiệu số vấn đề việc xây dựng mạng truy cập không dây tảng IP Những người sử dụng di động chờ đợi mức chất lượng dịch vụ mạng có dây Cho dù BS phục vụ cho người sử dụng di động bị thay đổi, kết nối IP cần phải trì liên tục Giao thức Internet di động chuẩn hỗ trợ IP động toàn cầu theo cách đơn giản biến đổi Tuy nhiên, IP di động nhắm tới hỗ trợ lưu động tĩnh nơi mà liên tục dịch vụ không bảo đảm Một số số giải pháp tế bào IP, HAWAII, IP di động có phân cấp mà hỗ trợ lưu động động hay mạng tế bào đề xướng Những cách tiếp cận nhắm vào mở rộng IP di động thay Để xử lý chuyển động địa phương trạm di động khơng có tương tác với MobileIP cho phép Internet, chúng nhận tiếp cận dựa miền Các giao thức miền sử dụng để thiết lập trao đổi thông tin trạng thái mạng truy cập không dây, có di động nhanh hiệu miền hay điều khiển chuyển động vi mô Cơ chế chuyển giao không đứt ghép nối – LPM Hình 9: Mơ hình mạng truy cập khơng dây 17 Mơ hình mạng truy nhập khơng dây băng thơng rộng sử dụng mơ hình dựa định tuyến cho lưu động vi mơ Miền nội hình thành PARs (Packet Access Routers – định tuyến truy cập gói ) BS hàng xóm hình.3 với cấu trúc hình nối tới Internet thông qua miền gốc PAR Các BS sử dụng IEEE 802.16e cho giao diện không dây Đối với lưu động tồn cầu, MSS đăng ký với địa cổng PAR HA (Home Agent- Đại diện nhà) Trong miền địa phương, MSS nhận địa IP sử dụng mạng nhà Mỗi PAR trì đệm định tuyến cung cách trạng thái mềm thông qua thông tin cập nhật định tuyến tuần hồn gói liệu hướng lên gửi MSSs Để cung cấp lưu động không ghép nối, HO lớp MAC (L2) HO lớp mạng (L3) cần phải tích hợp để tối giản tác động hiệu dịch vụ Nếu HO L3 bắt đầu sau HO L2 thực hiện, kết nối IP nên đứt đoạn khoảng thời gian khơi phục Kết là, mát gói khơng tránh khỏi Trong sơ đồ thủ tục HO L3 HO L2 tiến triển trùng để cực tiểu hóa thời gian chuyển giao Mỗi BS có bảng ánh xạ địa từ BS- ID tới BS- IP BS hàng xóm thời khởi tạo mạng Thủ tục HO mô tả hình 7, thủ tục bổ sung cho IEEE 802.16 Tge in đậm nghiêng Địa IP MSS để vào tin gốc Hình 10 Thủ tục chuyển giao LPM 18 Khi BS mong muốn nhận tin thông báo tiền chuyển giao, quyêt định liệu có nên chấp nhận MSS để chuyển giao hay khơng Sau đó, gửi tin thông báo đáp ứng tiền chuyển giao với ACK NACK cho BS phục vụ Khi lời đáp ACK, tin tiền cập nhật định tuyến gửi phía cổng vào (2) Địa người gửi cập nhật tiền định tuyến địa IP HO MSS xẩy đến Bằng tin tiền cập nhật định tuyến, mục đệm PARs thêm vào đường dẫn thông qua BS mong muốn tới PAR chuyển qua (nó nhánh cha BS phục vụ BS mong muốn) Sau đó, BS mong muốn chuẩn bị đệm cho MSS(3), điều đảm bảo loại bỏ mát gói thời gian HO L2 Khi PAR chuyển tiếp nhận tin thông báo cập nhật tiền định tuyến, chuyển hướng gói tin tới NSS theo hướng BS phục vụ lẫn BS mong muốn (4) PAR nhận cập nhật tiền định tuyến biết liệu có chuyển tiếp hay khơng việc nhìn đệm định tuyến Nếu mục định tuyến khác cho MSS đệm PAR chuyển tiếp Sau BS phục vụ nhận tin đáp ứng tiền chuyển giao (5), trao đổi HO-RSP (6) / HO-IND (7) với MSS, bao gồm thông tin BS mong muốn Sau đó, MSS bắt đầu chuyển giao thực Sau chuyển giao thực, bao gồm xếp liên kết với BS mong muốn (9), MSS gửi thơng báo cập nhật định tuyến (10) phía cổng vào để dừng gửi hai phía PAR chuyển tiếp Tiếp theo, BS mong muốn đẩy liệu đệm cho MSS (11) Sau đó, MSS tiếp tục truyền gói bình thường Trong chế đề xướng, gói liệu nhận từ BS phục vụ sau đáp ứng thông báo tiền chuyển giao nhận thơng qua BS mong muốn Đó PAR chuyển tiếp gửi hai hướng gói tin sau nhận thơng báo đáp ứng tiền chuyển giao tiền cập nhật định tuyến Do đó, thơng báo đáp ứng tiền chuyển giao báo hiệu thời điểm mà sau gói liệu gửi cho MSS chuẩn bị đệm BS mong muốn Điều gọi LPM (sự đánh dấu gói cuối cùng), thơng báo đáp ứng tiền chuyển giao báo gói cuối trước gửi hai hướng nhận thông qua BS phục vụ Trong trường hợp có vài BS mong muốn gửi thông báo đáp ứng tiền chuyển giao với ACK, nhiều PAR chuyển tiếp gửi hai hướng gói liệu Tại hướng gửi, ánh xạ tới BS (chỉ kết nối xuống) gắn với đệm định tuyến PAR chuyển tiếp Cây định tuyến cuối tập đầy đủ mạng truy nhập không dây Trong trường hợp xấu 19 nhất, BS phục vụ thông báo tiền chuyển giao tới tất BS mạng truy nhập, tất BS nhận gói liệu cho MSS sau chuyển giao Nhưng sau thời hạn cập nhật định tuyến, mục định tuyến tuyến MSS gắn Khi MSS hoãn lại chuyển giao thực sau nhận thơng báo tiền chuyển giao gói gửi hai hướng cần phải nhận thông qua BS phục vụ thông qua BS mong muốn nên kết MSS nhận gói tin trùng lặp Do đó, BS mong muốn cần phải lọc gói lặp lại.Tuy nhiên, lớp IP khơng biết số thứ tự TCP nên MSS gửi cập nhật định tuyến sau chuyển giao thực, thông tin cuối gói nhận từ BS phục vụ trước chuyển giao thực gửi tới BS mong muốn Thông tin kết hàm băm (của tiêu đề IP+ kích thước tối da tải IP cố định) Khi BS mong muốn nhận giá trị hàm băm này, tìm thấy gói phù hợp đệm đẩy tới gói tới MSS để lọc gói lại Kết luận Chúng nêu mơ hình chuyển giao gọi LPM (Last Packet Marking - Đánh dấu gói tin cuối) cho chuyển động vi mơ mạng chuyển mạch gói khơng dây băng thông rộng dựa IEEE 802.16e Thông qua LPM, thủ tục chuyển giao lớp MAC lớp mạng diễn đồng thời để giảm thiểu thời gian chuyển giao qua nhanh chóng tiến hành trở lại q trình thơng tin liên lạc 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IEEE Std 802.16-2004 IEEE standard for local and metropolitan area networks- part 16: Air interface for fixed and mobile roadband wireless acess systems., October 2004 [2] IEEE Std 802.16e 2005 IEEE standard for local and metropolitan area networks - part 16: Air interface for fixed and mobile broadband wireless acess systems.amendment 2: Physical and medium access control layers for combined fixed and mobile operation in licensed bands and corrigendum 1, February 2006 [3] IEEE 802.16 TGe Working Document, (Draft Standard) - Amendment for Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands, 802.16e/D4, August (2004) [4] Adaptive channel scanning for IEEE 802.16e - Pr- Richard Rouil and Nada Golmie National Institute of Standards and Technology [5] A Seamless Handover Mechanism for IEEE 802.16e Broadband Wireless Access Kyung-ah Kim, Chong-Kwon Kim, and Tongsok Kim - Marketing & Technology Lab, KT, Seoul, Republic of Korea, School of Electrical Engineering and Computer Science, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea [6] Ns-2 simulator http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/main page [7] R Rouil and N Golmie Effects of ieee 802.16 link parameters and handover performance for select scenarios, March 2006 21 ... khả chuyển giao BS đích mà MS quan tâm tới Q trình chọn lại tế bào khơng cần phải xảy phối hợp với định chuyển giao đặc biệt hay có dự tính Quyết định bắt đầu chuyển giao – Một chuyển giao. .. Thủ tục chuyển giao LPM 18 Khi BS mong muốn nhận tin thông báo tiền chuyển giao, quyêt định liệu có nên chấp nhận MSS để chuyển giao hay khơng Sau đó, gửi tin thông báo đáp ứng tiền chuyển giao. .. PAR chuyển tiếp Sau BS phục vụ nhận tin đáp ứng tiền chuyển giao (5), trao đổi HO-RSP (6) / HO-IND (7) với MSS, bao gồm thông tin BS mong muốn Sau đó, MSS bắt đầu chuyển giao thực Sau chuyển giao