4.1.1. Quá trình chuyển giao:
Sự di động của các người sử dụng đầu cuối gây ra một sự biến đổi động cả trong chất lượng liên kết và mức nhiễu, người sử dụng đôi khi còn yêu cầu thay đổi trạm gốc phục vụ. Quá trình này được gọi là chuyển giao .
Chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối. Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển từ qua ranh giới các tế bào.
Trong các hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất như AMPS, việc chuyển giao tương đối đơn giản. Sang hệ thống thông tin di động thế hệ 2 như GSM và PACS thì có nhiều cách đặc biệt hơn bao gồm các thuật toán chuyển giao được kết hợp chặt chẽ trong các hệ thống này và trễ chuyển giao tiếp tục được giảm đi. Khi đưa ra công nghệ CDMA, một ý tưởng khác được đề nghị để cải thiện quá trình chuyển giao được gọi là chuyển giao mềm. Với hệ thống 3G và 4G thì quá trình chuyển giao trở lên khá phức tạp, bao gồm chuyển giao giữa các trạm BTS trong cùng một mạng, chuyển giao giữa các công nghệ mạng, chuyển giao giữa các tần số. Chuyển giao có thể thực hiện bởi nhà mạng, thiết bị đầu cuối, người sử dụng.
Lý do cơ bản của việc chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộ tiêu chuẩn nhất định và do đó hoặc UE hoặc E-UTRAN sẽ thực hiện các công việc để cải thiện kết nối đó. Khi thực hiện các kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao được thực hiện khi cả UE và mạng đều thực hiện truyền gói không thành công. Các điều kiện chuyển giao thường gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuê bao, sự phân bố lưu lượng, băng tần…
Điều kiện chất lượng tín hiệu là điều kiện khi chất lượng hay cường độ tín hiệu vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất định. Chuyển giao phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của đường truyễn dẫn vô tuyến.
Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi lưu lượng của cell đạt tới một giới hạn tối đa cho phép hoặc vượt quá ngưỡng giới hạn đó. Khi đó các thuê bao ở ngoài rìa của cell (có mật độ tải cao) sẽ được chuyển giao sang cell bên cạnh (có mật độ tải thấp).
Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của thuê bao. Khi UE di chuyển theo một hướng nhất định không thay đổi, tốc độ di chuyển của UE càng cao thì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong E-UTRAN.
Các quá trình chính để cung cấp quản lý di động trong các hệ thống thông tin di động tế bào là các quá trình chuyển giao. Trong các mạng LTE, các eNB cấu hình UE để đo cường độ RSRP của cell phục vụ và các cell lân cận và sau đó gửi báo cáo đo lường được kích hoạt khi một điều kiện chuyển giao đã được đáp ứng cho thời gian thời gian bằng với TTT (thời gian để kích hoạt) [6]. Quá trình chuyển giao được mô tả trong hình 4.1.
Hình 4.1. Sự nối tiếp tin nhắn chuyển giao LTE Một quá trình chuyển giao thành công đòi hỏi:
- Các kết quả đo lường được cung cấp từ UE đến các tế bào phục vụ, tiếp theo là quyết định chuyển giao tại tế bào phục vụ.
- Truyền thông qua giao diện X2 giữa các tế bào phục vụ và các tế bào đích (chuẩn bị chuyển giao)
- Truy cập ngẫu nhiên thành công và cung cấp một tin nhắn xác nhận chuyển giao đến các tế bào đích.
Ở đây điều kiện kích hoạt chuyển giao là sự kiện A3. Quyết định chuyển giao một UE từ cell phục vụ S đến cell đích T được thực hiện nếu điều kiện trong phương trình (3) được thỏa mãn đối với một mức nhất định của thời gian (TTT). Ngoài ra, dựa trên các báo cáo đo lường, các tế bào chỉ ra những tế bào CE sẽ được chuyển giao, được gọi là EnB đích (TeNB).
Mn + Ofn + Ocn − Hys > Ms + Ofs + Ocs + Off (4.1) Mn/Ms: kết quả đo lường của các tế bào lân cận và tế bảo phục vụ. (Ở đây Mn/Ms có thể là phép đo công suất tín hiệu nhận được - RSRP)
Ofn/ Ofs: độ lệch tần số của các tế bào lân cận và tế bào phục vụ Ocn/ Ocs: độ lệch tế bào của các tế bào lân cận và tế bào phục vụ Hys: tham số trễ
Off: tham số bù đắp
Mn/Ms được do bằng dBm trong trường hợp RSRP, hoặc bằng dB trong trường hợp RSRQ; Ofn, Ocn, Ofs, Ocs, Hys, Off được đo bằng dB.
Ở đây, tôi chỉ xem xét việc chuyển giao cùng tần số; các Ofn & Ofs được thiết lập giá trị 0.
Do đó, phương trình (4.1) trở thành:
Mn − Ms >Ocs − Ocn + Hys + Off (4.2)
4.1.2. Tối ƣu hóa chuyển giao:
Chuyển giao là một trong những quá trình quan trọng để đảm bảo rằng người dùng có thể di chuyển tự do qua mạng trong khi duy trì kết nối và đang được cung cấp chất lượng dịch vụ thích hợp. Điều quan trọng là quá trình tối ưu hóa chuyển giao xảy ra kịp thời và liên tục để đạt được tỷ lệ thành công của quá trình chuyển giao càng cao càng tốt. Mục đích của thuật toán HPO là để điều chỉnh các thông số hoạt động (Hys & TTT) trên cơ sở các thông số hiệu suất chuyển giao (KPIs) phản ánh việc thực hiện chuyển vùng hiện tại của mạng. Những KPIs theo dõi được số lượng RLF (thất bại liên kết vô tuyến), phát hiện như là thất bại của liên kết vô tuyến do tỉ lệ SINR quá thấp; số lượng HOF (thất bại chuyển giao), phát hiện các tỉ lệ SINR là quá thấp trong khi thực hiện chuyển giao hoặc do thiếu nguồn lực của các tế bào mục tiêu mà UE được giao; và số lượng HPP (chuyển vùng Ping-Pong), do phát hiện chuyển giao quay trở lại các tế bào nguồn trong một thời gian ngắn xác định. Bằng cách điều chỉnh các thông số hoạt động, thuật toán HPO sẽ nhằm đạt được hiệu suất chuyển giao hợp lý cho mọi tế bào trong mạng, nó có nghĩa là số KPIs theo dõi sẽ được giảm càng nhiều càng tốt.
4.1.3. Cân bằng tải:
Các thuật toán cân bằng tải được kích hoạt nếu một tế bào nào đó bị quá tải (ngưỡng tải đạt được trong một tế bào). Để tránh thất bại liên kết vô tuyến và các ngăn chặn không cần thiết, một số người dùng được chuyển giao cho các tế bào lân cận trước khi mức tải đạt mức tối đa. Các thuật toán đảm bảo các tế bào lân cận sẵn có tốt nhất được lựa chọn để cân bằng tải nếu tải của các lân cận được xem xét để tối ưu hóa. Việc điều chỉnh được thực hiện bằng cách điều chỉnh độ lệch chuyển giao của các cặp tế bào HOoff dựa trên sự khác nhau của phép đo tải. Cân bằng tải sẽ không ảnh hưởng tiêu cực đến QoS của người sử dụng.
4.1.4. Điều khiển nhập cell:
Các thuật toán điều khiển nhập cell (AC: Admission Control) quyết định các cuộc gọi mới (gọi mới hay cuộc gọi chuyển giao) có được nhập vào tế bào đó hay không. Các cuộc gọi chuyển giao thường được ưu tiên hơn so với các cuộc gọi mới. Bởi vì các cuộc thoại đang diễn ra nếu bị ngắt thì sẽ gây nhiều phiền toái cho người sử dụng hơn so với việc cuộc gọi mới không thể được thực hiện. Do đó, các thuật toán điều khiển nhập cell cố gắng đưa ra các ưu tiên các cuộc gọi chuyển giao hơn là các cuộc gọi mới. Các thuật toán căn cứ quyết định của mình về số lượng tài nguyên cần thiết để đảm bảo QoS yêu cầu của cuộc gọi mới và số lượng tài nguyên mà có sẵn. Nó đảm bảo rằng QoS của các cuộc gọi hiện tại được duy trì bằng cách từ chối các cuộc gọi đến mà đủ nguồn lực không có sẵn.
Khi có cuộc gọi đến, các thuật toán điều khiển nhập cell kiểm tra liệu có đủ khả năng vể tải để chấp nhận cuộc gọi. Các thuật toán được biểu diễn dưới đây:
C* + Creq < Threshold * C (4.3) C *: Dung năng của tế bào được sử dụng bởi tất cả các cuộc gọi đang hoạt động (tải trọng hiện tại của tế bào này)
Creq: dung năng yêu cầu của các cuộc gọi mới C: ước tính dung năng tế bào vào thời điểm đó
Threshold: ngưỡng xác định dung năng tế bào vào thời điểm đó. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trên thực tế, các thuật toán AC có thể phức tạp hơn khi tính đến tham số QoS cho các luồng cụ thể. Nhưng ở đây ta chỉ nghiên cứu thuật toán điều khiển nhập cell đơn gian. Phương trình (4.3) là đúng khi dung năng là tải của tế bào. Mức ngưỡng được thiết lập ở mức 0.7 cho tải đích (được xem là tối ưu tải); 0.8 cho tải biên và 0,9 đối với tình trạng quá tải. Vì vậy, nếu tải của một tế bào nhỏ hơn 70% thì có nghĩa là tế bào được làm việc tốt, nếu tải tế bào nằm trong khoảng [0,7-0,8], có thể các tế bào sẽ bị quá tải trong thời gian tới, do đó chỉ các cuộc gọi chuyển giao được chấp nhận và cuộc gọi mới sẽ bị từ chối; nếu tải là trên 90%, không có cuộc gọi mới sẽ được chấp nhận.
4.2. Mối quan hệ lẫn nhau giữa tối ƣu hóa chuyển giao, cân bằng tải và điều khiển nhập cell:
Những chức năng SON mô tả trong các phần trước có thể không điều chỉnh cùng thông số hoạt động nhưng cả hai đều ảnh hưởng đến các quá trình chuyển giao. Vì vậy, điều chỉnh một trong số chúng cũng làm thay đổi những thông số khác và ngược lại.
Hình 4.2: Tối ưu hóa các thông số chuyển chuyển giao và các sơ đồ cân bằng tải Các thuật toán tối ưu hóa chuyển giao và cân bằng tải ảnh hưởng đến các thông số hoạt động khác nhau của quá trình tối ưu hóa. Hys (độ trễ) và TTT (thời gian để kích hoạt) được điều chỉnh bởi các thuật toán HPO, trong khi đó các thuật toán LB chỉ điều chỉnh độ lệch HO (HOoff). Tuy nhiên, việc điều chỉnh các thông số này sẽ ảnh hưởng đến các quá trình chuyển giao vì chúng thay đổi các điều kiện để kích hoạt sự kiện A3 (phương trình (4.2)). Hình 4.2 sẽ mô tả chi tiết hơn cách kích hoạt điểm chuyển giao được thay đổi do sự áp dụng thuật toán tối ưu hóa chuyển giao và cân bằng tải. Nó di chuyển từ điểm b1 đến điểm b2 khi thêm vào tham số Hys, và đến điểm b3 khi TTT được thêm vào.Nếu tham số độ lệch HO được thêm vào thì những điểm này được thay thế bằng a1, a2 và a3.
Các tham số Hys cho biết khoảng cách mà người dùng có thể di chuyển trong khu vực của một cell lân cận trước khi quá trình chuyển giao được tiến hành. Trong khu vực giao nhau của hai cell, người dùng từ cả hai cell chuyển giao với nhau chứ không chuyển giao với các cell khác. Độ trễ trong việc đáp ứng của eNB tăng dẫn đến
vùng giao nhau ngày càng lớn, do đó người dùng được kết nối đến các cell. Kết quả là, làm chậm quá trình chuyển giao.
Các TTT là thông số thời gian trễ, một cửa sổ quan sát thời gian trước khi người sử dụng thông báo về các dấu hiệu của biến cố A3. Chỉ khi môi trường kết nối không dây của người dùng xảy ra biển cố A3 trong một cửa sổ thời gian TTT, biến cố A3 sẽ được thông báo để kích hoạt một quá trình chuyển giao. Các thông số TTT ảnh hưởng đến sự xâm nhập của một cell lân cận, nó phụ thuộc vào tốc độ của UE. Đây là khu vực mà quá trình chuyển giao được thực hiện. Khu vực này được xác định bởi Hys như một biên bên trái và TTT là một đường biên bên phải.
Không giống như các tham số Hys, các giá trị HOoff được thiết lập cho các cặp tế bào và do đó ảnh hưởng đến độ trễ cho một số người dùng, tùy thuộc vào loại TeNB mà nó chuyển giao đến. Bằng cách điều chỉnh tham số HOoff, thuật toán LB để đảm bảo rằng những người sử dụng ở ranh giới của một cell bị quá tải, sẽ được chuyển giao cho các nguồn lân cận để giảm tải đường dẫn của cell phục vụ.
Chức năng AC điều chỉnh giới hạn tải nạp cho một cell riêng biệt để tăng hoặc hạn chế các cuộc gọi mới đến cell đó. Bằng cách điều chỉnh các thông số này, tỷ lệ thất bại trong việc chuyển giao sẽ được thay đổi do ngưỡng tải được xác định cho mỗi cell riêng biệt. Từ đó ta thấy được có một mối liên hệ giữa LB và AC. Cả hai tham số đều dựa trên các thông số giám sát tương tự nhau (tải của cell), và quá trình điều chỉnh các thông số hoạt động như ngưỡng tải (AC) và HO offset (LB) sẽ làm thay đổi thông số giám sát KPI (ví dụ HOF).
Hình 4.3 sẽ mô tả toàn bộ sự phối hợp giữa ba chức năng SON. Mỗi thuật toán SON điều chỉnh các thông số hoạt động khác nhau. Kết quả của những điều chỉnh này là bộ điều chỉnh KPIs sẽ bị ảnh hưởng. Do đó, các dữ liệu đầu vào cho các chức năng này sẽ được thay đổi định kỳ bất cứ khi nào thông số hoạt động được kích hoạt. Ví dụ, sự thay đổi thông số HO offset bởi LB có tác động lên các thông số giám sát KPIs như HOF, RLF và HPP, cũng cho kết quả tương tự đối với những trường hợp tác động khác có chức năng giống như HPO, vì HPO sử dụng các thông số giám sát KPIs (HOF, RLF và HPP) như các dữ liệu đầu vào.
Hình 4.3: Sơ đồ phối hợp cho các thuật toán: HOP, LB và AC
Mục đích của bộ khung này là phân tích sự tương tác của các chức năng tối ưu hóa (HPO, LB, AC) khi chúng hoạt động cùng một lúc. Các tác động của các thông số giám sát có ảnh hưởng giống nhau đến hiệu suất hệ thống và sự xung đột xảy ra trong quá trình phối hợp là những thách thức chính cho việc thực hiện thành công trong hệ thống mạng thực tế. Một phương thức tiếp cận để phối hợp các thuật toán cần được cung cấp để kết hợp các mục đích phù hợp với mục tiêu tương ứng.
4.3. Các thông số giám sát và thông số hoạt động của HPO, LB và AC:
Như đề cập ở phần trước, các giải pháp đề xuất cho việc phối hợp các chức năng SON khác nhau được dựa trên các thông số giám sát và thông số hoạt động. Ở đây, một cái nhìn tổng quát về các thông số giám sát và thông số hoạt động cho các thuật toán HPO, LB và AC được mô tả trong bảng 4.1
Bảng 4.1: Các thông số của HOP, LB và AC
Thông số Cân bằng tải Tối ƣu hóa thông số chuyển giao Điều khiển nhập cell
Giám sát Cell load RSRP,SINR,Number of unsatisfied UEs, RLF, HPP, HOF Cellload
Hoạt động HOoff Hys,TTT Loadthreshold
4.3.1. Các thông số giám sát:
Các thông số giám sát được sử dụng cho việc đánh giá và sự ước tính của các thuật toán HPO, LB và AC. Ở đây ta có một bản tóm tắt ngắn về định nghĩa và cách thức tính toán các thông số được như sau.
Công suất tín hiệu nhận được (RSRP) được tính toán dựa trên công suất truyền tải của một cell, các giá trị suy hao trên đường truyền kết hợp với vị trí của người dùng và hiện tượng fading. Thông số chất lượng RSRP không gây ra sự nhiễu loạn đối với các cell lân cận.
SINR:
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu được lấy từ giá trị RSRP của cell đang phục vụ (SeNB) và RSRPs của tất cả các eNB khác trong chuỗi mạng nhiễu nhiệt. Nếu SINR của một cuộc gọi dưới ngưỡng tối thiểu (được định nghĩa trong tiêu chuẩn 3GPP: - 6.5 dB) trong một khoảng thời gian nhất định (1s, [7]) thì cuộc gọi sẽ bị gián đoạn.
Tỉ số chuyển giao bị lỗi (HOF):
Tỷ lệ sai hỏng trong việc chuyển giao là tỷ số giữa số lần chuyển giao thất bại với số lần thực hiện việc chuyển giao.Số lần chuyển giao là tổng của số lần truyền tải thành công và thất bại. Một chuyển giao gọi là không thành công khi người dùng cố gắng để kết nối với các TeNB nhưng SINR không đủ tốt để duy trì kết nối hoặc khi không có tài nguyên sẵn ở phía đích, đích đến eNB đáp ứng với sự chuyển giao thất