5.1.1. Độ trễ trung bỡnh
Ởđõy ta khụng xem xột điều kiện kờnh truyền để cho đơn giản ta phõn tớch tỏc
động của thụng số Ti , điều này hợp lý khi giỏ trị Ti khỏ nhỏ. Như vậy, hàm ưu tiờn
Ci(t) của hàng đợi thứ iđược viết lại theo cụng thức (5.1): ( ) ( ) ( ) i i i i K M t C t R t = (5.1)
Trong đú Ri(t) là thụng lượng trung bỡnh thu được bởi người dựng i đạt được tại khe thời gian t. Khi hàng đợi khụng được phục vụ trong Ni khe thời gian liờn tục, Ri(t)được cập nhật theo cụng thức (5.2) :
1 ( ) (1 )Ni ( ) i i i i R t R t N T = − − (5.2) Khi đú : (5.3)
Giả sử rằng cỏc giỏ trị sốđo ưu tiờn của hàng đợi hội tụ thành hằng số khi hệ
thống ổn định như được chứng minh ở [28]. Quan hệ giữa giỏ trị Ti và thời gian giữa cỏc lần phục vụ Niđược tớnh gần đỳng như sau:
(5.4) Quan hệ xấp xỉ giữa N1 và Ni hay D1 và Di (Di là độ trễ trung bỡnh của hàng
đợi i) được tớnh bởi:
(5.5) Trong đú :
Việc tớnh toỏn chớnh xỏc giỏ trị là phức tạp do tỏc động của nhiều yếu tố
như lưu lượng tải và tốc độ đến của cỏc kết nối. Ta thấy rằng giỏ trị 1 1
i T
− phải nhỏ, tức Ti khụng quỏ lớn để δ1,i(t) trong cụng thức (5.5) khụng thể bỏ qua. Như vậy rất khú để thiết lập quan hệ ỏnh xạ giữa Ni và Ti. Ở đõy, một phương trỡnh đơn giản (5.6) cung cấp quan hệ gần đỳng :
(5.6)
5.1.2. Thụng lượng
Thụng lượng trung bỡnh là lượng dữ liệu lựa chọn để truyền bởi một người dựng trong một đơn vị thời gian [23]. Thụng lượng trung bỡnh của người dựng i
Với t [1,2,...,T] và rk(t) là tốc độ dữ liệu tức thời của người dựng k tại thời khe thờI gian t và được tớnh bởi cụng thức :
Thụng lượng tổng của hệ thống Thđạt được qua tất cả cỏc SS được tớnh bởi:
5.2. Kết quả mụ phỏng
5.2.1. Thiết lập cỏc thụng số mụ phỏng
5.2.1.1. Mụ hỡnh kờnh
Như đó đề cập trong phần 3.2, Giả sử mụi trường truyền từ cỏc SS đến BS là kờnh fading Rayleigh. Giỏ trị SNR trung bỡnh thu được tại mỗi SS được cho bởi :
Bỏn kớnh D của mỗi SS được thiết lập 1km. Hệ số mũ suy hao α = 2, biến ngẫu nhiờn Sk cú trung bỡnh 0 và độ lệch chuẩn σs = 8 dB Giỏ trị SNR trung bỡnh tại biờn cell là ρ = 0 (dB). Trong mụ phỏng cú 10 SS được thiết lập với một BS và khoảng cỏch giữa cỏc SS đến BS được liệt kờ trong bảng 3.
Bảng 3. Khoảng cỏch từ BS đến SS
Chỉ số SS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Khoảng cỏch (km) 3.8 4.5 5 4.5 6 3.8 5 4 5 6
Tại mỗi khung thời gian, SNR thu được là biến ngẫu nhiờn với phõn bố mũ. Tỉ
Bảng 4. Cỏc thụng số kỹ thuật của khung Thụng số Giỏ trị Băng thụng 20MHz Cấu trỳc khung TDD Tỉ lệ khung DL:UL 1:1 Độ rộng khung 2.5ms
Preamble 02 OFDM symbol
FCH 01 OFDM symbol
TTG 02 OFDM symbol
MPDU header 6 byte DL-MAP
n Số bursts truyền trong mỗi khung con DL
Độ rộng symbol OFDM 12.6às
5.2.1.2. Mụ hỡnh hệ thống
Cỏc thụng số kỹ thuật khung để thiết lập mụ hỡnh hệ thống được liệt kờ trong bảng 4. Toàn bộ băng thụng được tớnh toỏn là 20MHz và độ rộng của một khung thời gian là 2.5ms. Trong chế độ OFDM 256-FFT, thời gian của mỗi ký hiệu OFDM là 12.6às và một khe vật lý bao gồm bốn ký hiệu OFDM. Vỡ vậy, một khung thời gian 2.5ms bao gồm khoảng 50 khe vật lý OFDM, trong đú cú 20 khe vật lý sắp hàng để truyền dữ liệu đường xuống. Trong mỗi SS, cú bốn hàng đợi tương ứng với bốn lớp lưu lượng. Mỗi hàng đợi cú vụ số dữ liệu ứđọng. Trong mụ phỏng, tất cả lưu lượng đến tại bắt đầu mỗi khung. Nguồn tạo kết nối Ki của hàng
đợi i là hằng số . Bảng 5. Luồng dịch vụđến của mỗi SS Kiểu dịch vụ Tốc độđến trung bỡnh của mỗi kết nối (kbps) Tốc độ dành riờng tối thiểu (kbps) UGS 9.6 8 rtPS 80 64 nrtPS 5 4
Đối với mỗi kết nối UGS, rtPS và nrtPS ta giả sử rằng quỏ trỡnh đến hàng đợi theo phõn phối Poisson với tốc độ đến được cho trong bảng 5. Đối với dịch vụ BE, chỳng ta giả sử rằng hàng đợi luụn ở trạng thỏi bảo hũa.
5.2.2. Kết quả mụ phỏng
5.2.2.1. Phõn biệt hiệu năng trễ của sơđồ APF
Trước hết ta khảo sỏt ảnh hưởng của cỏc giỏ trị Ti khỏc nhau đối với giỏ trịưu tiờn của cỏc dịch vụđể xỏc định khả năng của sơđồ APF đối với việc phõn biệt cỏc lớp dịch vụ. Với giỏ trị Ti lớn, hàm ưu tiờn của sơđồ APF cú cỏc giỏ trị biến động giống như sơ đồ PF. Hệ thống đạt được thụng lượng cao nhưng dữ liệu trong hàng
đợi gõy ra độ trễ lớn. Đối với ứng dụng thời gian thực, điều kiện ràng buộc trễ thớch hợp là quan trọng hơn cải thiện thụng lượng tối đa. Tuy nhiờn, đối với cỏc ứng dụng khụng thời gian thực, mối quan tõm chớnh là thụng lượng tối đa. Theo điều kiện ràng buộc trễ của mỗi kiểu lưu lượng, giỏ trị Ti phải thiết lập là TUGS < TrtPS < TnrtPS.
Hai vớ dụđược minh hoạ trờn hỡnh 5.1 [29] phõn tớch tỏc động của Ti đối với giỏ trịưu tiờn trung bỡnh của mỗi lớp dịch vụ trong hệ thống tải đầy đủ.
(a) Hàm ưu tiờn với Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [2, 4, 8] Gi ỏ tr ịư u tiờ n
(b)
Hỡnh 5.1. Giỏ trị hàm ưu tiờn với cỏc giỏ trị Ti khỏc nhau (a) Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [2,4,8]
(b) Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [200,400,800]
Theo cụng thức (3.1), tại cỏc điểm đỉnh trong sơ đồ trờn cú nghĩa là cỏc hàng
đợi được phục vụ. Như biểu diễn trờn hỡnh 5.1, với Ti càng tăng thỡ giỏ trị của hàm
ưu tiờn khụng nhạy cảm với tham số Ti. Mặc dự quy luật TUGS < TrtPS < TnrtPS
được tuõn thủ và tỉ lệ TUGS : TrtPS : TnrtPS là như nhau trong 02 thớ nghiệm trờn. Quan sỏt trờn hỡnh 5.1(b) ta thấy cỏc đặc tớnh dao động của cỏc giỏ trị ưu tiờn là gần giống nhau theo cỏc điều kiện kờnh thay đổi. Trong trường hợp này, ưu tiờn của cỏc kết nối chủ yếu phụ thuộc vào chất lượng kờnh. Tương ứng với sơ đồ trờn hỡnh 5.1(b) liờn quan đến độ trễ trung bỡnh được biểu diễn trờn hỡnh 5.2(b). Rừ ràng, ba loại hàng đợi khụng thể phõn biệt được giới hạn độ trễ trung bỡnh mỗi khi Ti lớn.
Ngược lai, hỡnh 5.1(a) cho thấy hàng đợi UGS cú độ trễ trung bỡnh nhỏ nhất, trong khi hang đợi nrtPS cú độ trễ trung bỡnh lớn nhất. Vỡ vậy, chọn cỏc kết nối UGS và rtPS phải rất nhỏđể cỏc giỏ trị ưu tiờn nhạy với thời gian chờ của dữ liệu, trong khi đú chọn giỏ trị Ti cho dịch vụ nrtPS phải đủ lớn để xếp hạng giỏ trịưu tiờn
được xỏc định chủ yếu bởi chất lượng kờnh. Như vậy, sơ đồ APF cú thể cung cấp cỏc dịch vụ phõn biệt giữa nhiều lớp dịch vụ bằng cỏch lựa chọn đỳng giỏ trị thiết
Hàm ưu tiờn với Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [200, 400, 800] Gi ỏ t r ị ư u t iờ n
lập của Ti.
Ta tiếp tục xỏc định ảnh hưởng của Ti với cỏc mụ phỏng được tiến hành như
trờn hỡnh 5.2 (c) - (f). Bằng cỏch so sỏnh ba cặp (a) và (c), (d) và (e), (d) và (f), quan sỏt ta thấy rằng độ trễ trung bỡnh tăng với lớp dịch vụ cú giỏ trị Ti tăng. Như vậy độ
trễ trung bỡnh gắn liền với giỏ trị của Ti. Kết quả này làm cho giỏ trị Ti cú thểđược vận dụng để cung cấp cỏc dịch vụ phõn biệt trong giới hạn của độ trễ trung bỡnh cho mỗi lớp dịch vụ.
(a)
(b)
Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [200, 400, 800] Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [2, 4, 8]
(c) (d) (e) Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [2, 4, 100] Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [2, 4, 50] Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [2, 10, 50]
(f)
(g)
(h)
Hỡnh 5.2.Độ trễ trung bỡnh với cỏc giỏ trị Ti khỏc nhau theo Traffic load
Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [4, 20, 50]
Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [4, 9, 19]
Dựa vào cỏc hỡnh vẽ trờn ta so sỏnh đỏnh giỏ với cụng thức (5.6). Nhưđó thấy từ hỡnh 5.2(a), Ti =[2, 4, 8] và hỡnh 5.2(d) , Ti =[4, 10, 50], cả hai sơđồ giỏ trị độ
trễ trung bỡnh rất giống nhau và đều cú xu hướng đi lờn. Trong số cỏc hỡnh từ 5.2(a) - (f), cỏc giỏ trị của log(1- 1 /Tugs):log (1- 1 /TrtPS):log (1- 1/TnrtPS) của cỏc cặp là gần giống với cỏc tỉ lệ Dugs: DrtPS:DnrtPS. Ta tiếp tục kiểm tra cụng thức (5.6), với cỏc cặp được chọn và liệt kờ trong bảng 6 với cỏc giỏ trị tớnh toỏn tương ứng.
Hỡnh 5.2 (a), (g) và (h) đó cho thấy với cỏc giỏ trị Ti khỏc nhau, giữa log(1- 1 /Tugs):log (1- 1/TrtPS):log (1- 1/TnrtPS) với độ trễ trung bỡnh cú quan hệ xấp xỉ
như cụng thức (5.6).
Bảng 6. Phõn tớch Ti và cỏc giỏ trị tương ứng
T1 T2 T3 log(1-1/T1):log(1-1/T2) log(1-1/T2):log(1-1/T3) Hỡnh
2 4 8 2.41 5.19 4.2 a
4 9 19 2.44 5.32 4.2 g
8 20 40 2.6 5.27 4.2 h
5.2.2.2. Thụng lượng của hệ thống APF
Trong phần này, mụ phỏng được tiến hành để xem xột quan hệ giữa giữa Ti và thụng lượng hệ thống. Dựa trờn cỏc giỏ trị Ti khỏc nhau được thiết lập như trờn hỡnh 5.2 tương ứng với dung lượng, thụng lượng tổng và thụng lượng tớch lũy của cỏc lớp dịch vụ UGS, rtPS và nrtPS được biểu diễn như trờn hỡnh 5.3. Dung lượng của hệ thống là như nhau trong tất cả cỏc sơđồ trờn hỡnh 5.3 do trạng thỏi lý tưởng của cỏc hàng đợi lựa chọn trong điều kiện kờnh truyền tốt nhất. Thụng lượng tổng được
định nghĩa là tốc độ dữ liệu hiệu quả truyền từ BS đến tất cả cỏc SS được biểu diễn bằng đường màu xanh trờn hỡnh. Cỏc luồng dữ liệu gồm UGS, rtPS, nrtPS và BE.
Bởi vỡ cỏc hàng đợi lựa chọn được phục vụ tường tận, thụng lượng tớch lũy của UGS, rtPS và nrtPS sẽ bằng tổng của tốc độ dữ liệu đến của chỳng. Quan sỏt ta thấy rằng thụng lượng ràng buộc tối thiểu của mỗi kết nối cú thểđỏp ứng đỳng, trong khi hiệu quả băng thụng được cải thiện nhiều so với sử dụng sơđồ RR và cross-layer.
tớnh này làm cho việc sử dụng Ti chỉ dựa trờn ràng buộc trễ của mỗi loại dịch vụđể
cung cấp QoS, và nú cho thấy rằng sơđồ APF giữđược ưu điểm của sơđồ lập lịch thớch nghi, nõng cao thụng lượng hệ thống bất chấp giỏ trị Ti.
(a) (b) (c) Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [2, 4, 8] Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [, 4, 100] Ti của UGS, rtPS, nrtPS là [200, 400, 800]
(d)
Hỡnh 5.3. Thụng lượng của sơđồ APF theo traffic load
5.2.2.3. Tỏc động của Traffic load đến sơđồ APF
Tiếp theo ta xem xột tỏc động do sự biến đổi của traffic load. Hỡnh 5.2 và 5.3 biểu diễn quan hệ giữa độ trễ trung bỡnh và thụng lượng với traffic load khỏc nhau. Hỡnh 5.2 chỉ ra rằng sơđồ APF khụng ấn định nhiều ưu tiờn cho UGS và rtPS khi hệ thống cú tải lưu lượng nhỏ, sự khỏc nhau của hiệu năng trễ cho cỏc lớp khỏc nhau là khụng rừ ràng. Bởi vỡ, khi tài nguyờn dung lượng chưa đủ lớn, tất cả cỏc kết nối cú cơ hội được phục vụ để đỏp ứng yờu cầu truyền. Do đú tất cả cỏc hàng đợi
đạt được độ trễ trung bỡnh nhỏ. Trờn hỡnh 5.3, khi hệ thống cú lưu lượng nhỏ, thong lượng của hệ thống cú Ti lớn cao hơn khụng đỏng kể so với khi Ti nhỏ. Rừ ràng là số đo hiệu năng khỏc nhau giữa ba loại dịch vụ khụng đỏng kể trong hệ thống tải nhẹ. Trong trường hợp này, những ưu điểm của sơđồ APF là khụng nổi bật. Ngoài ra, với tài nguyờn vừa đủ, hầu hết cỏc sơ đồ lập lịch thụng thường như RR, PF cú thể hoạt động tốt. Trong khi ở hệ thống lưu lượng lớn, tài nguyờn cú giới hạn phải
được gỏn cẩn thận cho mỗi kết nối. Sơ đồ lập lịch này đặc biệt quan trọng để đạt
được hiệu quả hài lũng cho mỗi dịch vụ và trong trường hợp như vậy, APF biểu thị ưu điểm rừ ràng, nú cho mức ưu tiờn cỏc dịch vụ trong giới hạn ràng buộc trễ của chỳng.
5.2.2.4. Tỏc động của số SS đến sơđồ APF
Từ cỏc kết quả trờn hỡnh 5.2 và 5.3 ta biểu diễn hiệu năng thuật toỏn khi thờm vào kết nối mới để giảm dung lượng cú sẵn cho mỗi luồng dịch vụ. Ta tiếp tục theo dừi khả năng mở rộng của sơ đồ đề xuất bằng cỏch tăng số SS nhưng giảm số kết nối để cõn bằng hệ thống trong một tải lưu lượng truy cập đầy đủ. Trong thớ nghiệm này, số cỏc SS biến đổi từ 5 đến 40, nhưng số cỏc khe vật lý trong một khung thời gian giữ khụng thay đổi. Bằng trực giỏc, cỏc lần truy cập cho mỗi hàng đợi giảm trong một khoảng thời gian cốđịnh với số SS càng tăng và mỗi hàng đợi phải chờ
lõu hơn đểđược phục vụ. Như vậy độ trễ trung bỡnh cho mỗi hàng đợi tăng.
(a)
(b)
Ti của UGS, rtPS, nrtPS [2, 4, 8]
(c) (d) (e) Ti của UGS, rtPS, nrtPS [2, 4, 100] Ti của UGS, rtPS, nrtPS [4, 10, 50] Ti của UGS, rtPS, nrtPS [4, 9, 19]
(f)
Hỡnh 5.4.Độ trễ trung bỡnh của sơđồ APF theo số SS
Mặc dự hiệu năng độ trễ trung bỡnh suy giảm với nhiều SS thờm vào hệ thống, cỏc kết quả mụ phỏng vẫn đảm bảo rằng hệ thống khụng làm mất thứ tựưu tiờn của cỏc lớp QoS khỏc nhau. Cỏc yờu cầu QoS của cỏc hàng đợi trong lớp QoS cú mức
ưu tiờn cao cú thể thừa món hơn so với với cỏc hàng đợi trong lớp QoS cú mức ưu tiờn thấp. Kết quả mụ phỏng cho thấy tất cả phõn tớch trước đú và cỏc đặc tớnh của APF do thiết lập sự tỏc động của giỏ trị Tiđược giữ vững. Do đú, APF linh hoạt với kớch cỡ hệ thống trong giới hạn của số lượng SS phục vụ.
Ta tiếp tục mụ phỏng thụng lượng hệ thống. Quan sỏt trờn hỡnh 4.5 ta thấy rằng trong APF, khi số người dựng tăng, thụng lượng trung bỡnh cũng tăng lờn. Tuy nhiờn, mức tăng là đột ngột trong hệ thống cú quy mụ nhỏ hơn là hệ thống cú quy mụ lớn [19]. Khi cú nhiều người dựng trong mạng khụng dõy, nú cú nhiều khả năng phục vụ hàng đợi của cỏc kờnh gần đạt đến trạng thỏi đỉnh. APF khai thỏc lợi ớch của biến động kờnh của cỏc SS độc lập.
(a) (b) (c) Ti của UGS, rtPS, nrtPS [2, 4, 8] Ti của UGS, rtPS, nrtPS [2, 400, 800] Ti của UGS, rtPS, nrtPS [2, 4, 100]
(d)
(e)
(f)
Hỡnh 5.5. Thụng lượng APF theo số SS
Ti của UGS, rtPS, nrtPS [4, 10, 50]
Ti của UGS, rtPS, nrtPS [4, 9, 19]
Đến đõy, ta đó phõn tớch hiệu năng của APF với một vài đặc điểm quan trọng và cú thể túm tắt như sau:
1. Sơđồ APF xếp hạng tất cả cỏc loại dịch vụ của một trong những số đo ưu tiờn thống nhất, trong đú sử dụng mộ ttham số Ti để nhận ra sự khỏc biệt cỏc dịch vụ. Độ phức tạp trong thực hiện là thấp.
2. Sự kiểm soỏt độ trễ trung bỡnh cú thểđược thực hiện bằng cỏch tựđộng điều chỉnh Ti. Núi cỏch khỏc, tập hợp cỏc Ti thớch hợp cho tất cả cỏc loại dịch vụ cú thể được chọn đểđỏp ứng sự ràng buộc trễ.
3. Tận dụng những ưu điểm của sơđồ PF quy định, APF cú thểđạt được thụng lượng hệ thống cao bất kể giỏ trị của Ti. Tốc độ dữ liệu tối thiểu của mỗi loại dịch vụ là chắc chắn bảo đảm.
4. Những lợi thế của APF khỏ rừ ràng khi hệ thống cú tải lưu lượng nặng và quy mụ số SS lớn. Khả năng mở rộng là đạt được.
Ngoài ra, cỏc phương phỏp xỏc định giỏ trị của tham số Tiđược quy định : 1. Cụng thức:
cú thểđược sử dụng đểước lượng giỏ trị gần đỳng của Ti.