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.
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 bại.
Lưu ý rằng UE sẽ gửi thông tin về chuyển giao thất bại đến eNB, và số lần chuyển giao thất bại (NHOfailure) và tỷ lệ chuyển giao thất bại (HOF) sẽ được tính toán trong eNB.
Tỉ số chuyển giao Ping Pong:
Khi một cuộc gọi được truyền đến cho một TeNB mới và nó quay về SeNB trong vòng chưa đầy một khoảng thời gian xác định (không được định nghĩa trong 3GPP, nhưng bình thường trong vòng 10 s) sự chuyển giao này được coi là một quá trình chuyển giao Ping-Pong.
Tỷ lệ chuyển giao Ping-Pong (HPP) được định nghĩa là tỷ số giữa số lần chuyển giao Ping- Pong (NHPP) với tổng số lần chuyên giao (NHO). Các NHO, NHPP, HPP sẽ được xử lý ở eNB. UE sẽ thông báo cho eNB về chuyển giao Ping-Pong hoặc eNB sẽ xem xét chuyển giao có phải bị Ping-Pong hay không.
Tỷ suất sai hỏng đường truyền vô tuyến (RLF)
Tỷ suất sai hỏng đường truyền vô tuyến là xác suất mà một người sử dụng bị mất kết nối tới một eNB nếu người dùng di chuyển vào khu vực không có tín hiệu (SINR <-6,5 dB trong vòng 1s).
- Chuyển giao quá muộn
Trong trường hợp một chuyển giao được kích hoạt quá muộn, một kết nối sai hỏng sẽ xảy ra trong cell nguồn trước khi quá trình chuyền giao được thực hiện hoặc trong quá trình chuyển giao; UE cố gắng để tái thiết lập các kết nối vô tuyến ở cell đích (nếu việc chuyển giao đã bắt đầu) hoặc trong một cell mà không phải là cell nguồn (nếu việc chuyển giao không được thực hiện ).
- Chuyển giao quá sớm
Trong trường hợp chuyển giao được kích hoạt sớm, một kết nối thất bại xảy ra ngay sau khi chuyển giao thành công từ cell nguồn đến cell đích hoặc trong quá trình chuyển giao; UE cố gắng để thiết lập lại kết nối liên kết vô tuyến trong các cell nguồn.
Thông số RLF được định nghĩa là tỷ số giữa số lần kết nối vô tuyến thất bại (NRLF) với số cuộc gọi đã được chấp nhận bởi hệ thống mạng (Naccepted).
Dung lượng tải:
Một phương pháp đơn giản để đo tải là để tính toán việc giá trị trung bình của các khối tài nguyên vật lý (PRBs) trong một cell như công thức dưới đây:
Trong đó: nk là tổng số phân bổ PRBs trong khoảng thời gian đo ΔT, K là tổng số PRBs trong băng thông hệ thống, và tổng số lần thực hiện trên tất cả các kết nối với cell i trong quá trình đo .Lưu ý rằng 0 ≤ ρi ≤ 1.
Vấn đề của phương pháp này là việc sử dụng PRB không phải luôn luôn là một dấu hiệu tốt về dung lượng tải thực trong một cell. Bởi nếu có không sử dụng GBR để kết nối với cell, thì việc sử dụng PRB có thể cao như dự tính sẽ chuyển bất kỳ nguồn thành phần nào đến người sử dụng. Ngay cả trong trường hợp lưu thông GBR, việc sử dụng PRB cao có thể không phải là một dấu hiệu đáng tin cậy của tải trọng cao vì việc sử dụng PRB có hiệu quả hơn trong việc sử dụng gói dữ liệu chậm dần, trong khi vẫn đạt được các yêu cầu QoS cho tất cả người mang kết nối . Như các phương trình dưới đây:
Trong đó: Tk là thông lượng của gói thứ k trong khoảng thời gian ΔT và Rk(ref) là tốc độ dữ liệu trung bình cần thiết cho gói k xuất phát từ yêu cầu QoS của nó. (Trong trường hợp không GBR, Rk(ref) đại diện cho một GBR tương đương, tức là một
thông lượng tối thiểu mà có thể chấp nhận được đối với người dùng không sử dụng GBR).
Tải tối đa cho phép:
Các LB nên được kích hoạt trước khi mức tải đạt 100%; để cho các cell rảnh hoạt động hoặc để tránh tình trạng quá tải trước.Thông số này chỉ tải trọng tối đa một nguồn thành phần có thể xử lý với điều kiện không xảy ra trạng thái tắc nghẽn.Thông số này được sử dụng như là một bộ phận kích hoạt để bắt đầu hoạt động LB.
Mức tải mục tiêu:
Thông số này xác định một mức độ tuyền tải tối ưu ở các eNB mà nó đã được chỉ ra là các thông số QoS và thông số GoS là đạt yêu cầu đối với đa số người sử dụng và các hiên tượng không mong muốn (RLF, Ping-Pong, vv). Thông số này xác định mức tải mục tiêu tại các eNB cần đạt được và không vượt qua sau quá trình cân bằng tải. Mức tải mục tiêu được điều chỉnh cho cả SeNB & TeNB tham gia vào quá trình cân bằng tải, nơi mà mức tải mục tiêu tại SeNB xác định mức tải đó sẽ được thực hiện bằng cách giảm tải và ở cấp tải TeNB nó không nên vượt quá bởi người mới sử dụng.
4.3.2. Các thông số giám sát:
Sau khi phân tích các thông số giám sát, thuật toán điều phối SON sẽ đưa ra quyết định dựa trên các phân tích. Một tập hợp các thông số hoạt động sẽ được điều chỉnh để đạt được các mục đích điều phối. Ở đây, mô tả ngắn về những thông số sẽ được trình bày như sau:
Độ trễ:
Một quá trình chuyển giao được bắt đầu khi điều kiện A3 sau đây được đáp ứng:
RSRPTeNB> RSRP SeNB + Hys |TTT
Công suất tín hiệu nhận được của cell lân cận lớn hơn công suất tín hiệu nhận được của SeNB cộng với giá trị trễ (Hys) trị số trong một khoảng thời gian nhỏ nhất gọi là TTT (thời gian để kích hoạt). Để đơn giản hơn, các thông số offset sẽ được khử trong phương trình này (nghĩa là giá trị được thiết lập về 0). Do đó, chúng tôi sẽ nhấn mạnh vào tác động của thông số Hys. Các giá trị trễ biến thiên trong khoảng [0dB - 10dB] với bước nhảy là 0,5 dB, kết quả ta có 21 giá trị trễ khác nhau.
Thời gian kích hoạt:
Thời gian cần giữ để một quá trình chuyển giao được bắt đầu được định nghĩa bởi các tham số TTT. Các giá trị TTT cho mạng LTE được chuẩn hóa bởi 3GPP [7] là 0, 40, 64, 80, 100, 128, 160, 256, 320, 480, 512, 640, 1024, 1280, 2560, 5120 ms. Có 16 giá trị cho TTT.
Độ chênh lệch Oc là giá trị đặc trưng cho từng cặp tế bào, nó làm dịch chuyển các biên của cell (các điểm mà tại đó thường bị lỗi đường truyền đối với cả hai eNB là ngang nhau) đến một hoặc nhiều hướng nguồn khác nhau. Các giá trị Oc biến thiên trong khoảng [-10dB - 10dB] với bước nhảy 0.2dB [8]. Bên cạnh đó, độ chênh lệch chuyển giao hầu như thu hẹp các cell bị quá tải và mở rộng vùng phủ sóng của các cell lân cận ít tải hơn
Ngưỡng tải:
Ngưỡng truyền tải xác định mức tải tại mỗi cell phụ thuộc vào cách đặt của nhà khai thác. Bằng cách điều chỉnh các ngưỡng, chúng ta có thể quan sát các dao động của lỗi chuyển giao
4.4. Thuật toán điều khiển Fuzzy Q-Learning để điều chỉnh các tham số Hys và TTT: Hys và TTT:
Có thể thấy rằng sự điều phối SON giữa những các mục đích sử dụng khác nhau đã dẫn đến một tình huống rất phức tạp để xử lý các xung đột và sự phụ thuộc lẫn nhau giữa chúng. Hơn nữa, một thuật toán sẽ là cần thiết để thực hiện sự thay đổi chính xác trong quá trình điều hành.
Các nghiên cứu và phát triển các thuật toán trực tuyến là rất quan trọng trong