Hình 4 .5 Đặc điểm QCI tiêu chuẩn
Hình 4.11Ghép dữliệu của ngƣời sửdụng Ui vào khung OFDMA
4.5.2.6. Các phƣơng thức của việc quản lý tài nguyên vơ tuyến 1. Lập lịch cho gĩi (Packet Scheduling - PS)
Chức năng của lập lịch: QAM-16 QAM-64 Frame time Sub-channel CCI
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Xác định các tài nguyên vơ tuyến cĩ thể dùng cho dịch vụ mạng khơng phải thời gian thực. (Non-real-time Radio Bearer – NRT RB)
Chia sẻ tài nguyên vơ tuyến cĩ thể dùng giữa các NRT RB. Giám sát việc phân bổ tài nguyên cho các NRT RB.
Khởi tạo việc thay đổi loại kênh truyền giữa phổ biến, chia sẻ hay kênh dành riêng khi cần thiết.
Giám sát tải hệ thống.
Thực hiện các hành động kiểm sốt tải cho RNT RB khi cần thiết.
2. Điều khiển cơng suất (Power Control – PC)
Trong hệ thống LTE chức năng Power Control đƣợc quản lý bởi eNodeB. Mục đích chính của PC:
Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ Giảm nhiễu
Giảm cơng suất tiêu thụ
Nâng cao năng lực và vùng phủ sĩng
* Các loại điều khiển cơng suất:
Cơng suất cố định
Điều khiển cơng suất vịng hở Điều khiển cơng suất vịng kín
Điều khiển cơng suất trong hệ thống LTE cũng là định hƣớng kênh. Cơng suất truyền tải của kênh đƣợc điều khiển bởi hai bƣớc:
Điều khiển cơng suất vịng hở: hoạt động ở giai đoạn thiết lập ban đầu của một liên kết vơ tuyến. Nĩ sẽ tính tốn cơng suất truyền tải ban đầu.
Điểu khiển cơng suất vịng kín: hoạt động sau giai đoạn liên kết vơ tuyến. Nĩ sẽ tự động điều chỉnh cơng suất truyền tải trong thời gian thực.
3. Chuyển giao (Handover)
Chuyển giao là chức năng cơ bản của hệ thống di động, là sự chuyển kết nối vơ tuyến giữa UE với một cell sang một cell khác. Trong hệ thống LTE, chuyển giao cịn thực hiện một số chức năng khác, ví dụ nhƣ để cân bằng tải, để cân bằng dịch vụ khác trong tế bào, để nâng cao việc sử dụng mạng, và tối ƣu hĩa hiệu suất mạng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Khi ngƣời sử dụng dịch vụ di chuyển, chuyển giao đƣợc tiến hành dựa trên vùng phủ sĩng.Chức năng chính của chuyển giao theo vùng phủ sĩng là cung cấp dịch vụ liên tục, bảo vệ cuộc gọi khơng bị “rơi” (drop).
Tùy theo kiểu di động, chuyển giao theo vùng phủ sĩng đƣợc chia thành:
Chuyển giao cùng tần số: Đƣợc thực hiện dựa vào chất lƣợng của tín hiệu Tham chiếu đƣờng xuống của cell tốt nhất. Đây là dạng chuyển giao phổ biến nhất trong hệ thống LTE.
Chuyển giao liên tần số: Đƣợc thực hiện dựa vào chất lƣợng của tín hiệu tham chiếu đƣờng xuống của cell tốt nhất. E-UTRAN và UE phải đƣợc hỗ trợ việc chuyển giao giữa các tần số khác nhau trong mạng.
Chuyển giao giữa các cơng nghệ truy nhập vơ tuyến: Đƣợc thực hiện dựa vào tín hiệu tham chiếu đƣờng xuống của cell tốt nhất. E-UTRAN và UE sẽ hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ truy nhập vơ tuyến khác nhau.
Thủ tục chuyển giao gồm 3 bƣớc:
4. Điều khiển thu nhận (Admission Control)
Admission Control nhằm mục đích:
Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ hiện tại Tối đa hĩa việc sử dụng tài nguyên Tối đa hĩa tỉ lệ truy cập thành cơng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các tiêu chuẩn đánh giá Admission Control:
Khối tài nguyên (Resource Block - RB):
RB sử dụng càng cao, hệ thống sử dụng càng nhiều tài nguyên. Khi RB sử dụng thấp, khơng cĩ admission control.
Sự thỏa mãn chất lƣợng dịch vụ (QoS satisfaction):
Sự thỏa mãn chất lƣợng dịch vụ càng tốt, admission control càng tốt Đo lƣờng Measurement Quyết định Decision Thực hiện Execution
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Tỉ lệ truy cập thành cơng:
Tỉ lệ này càng cao, hiệu năng của hệ thống càng cao Tỉ lệ “rơi” cuộc gọi:
Tỉ lệ này càng thấp, hiệu năng của hệ thống càng cao
Quá trình Admission Control:
Các dịch vụ đƣợc hỗ trợ Admission control: Dịch vụ truy cập mới
Dịch vụ chuyển giao Quá trình Admission Control:
Kiểm tra khả năng của UE. Nếu UE thuộc diện các dịch vụ đƣợc hỗ trợ sẽ chuyển sang bƣớc tiếp theo. Nếu khơng, AC sẽ từ chối nhận.
Kiểm tra tài nguyên hệ thống. Nếu một trong số các tài nguyên bị tắc nghẽn, AC sẽ từ chối nhận. Nếu khơng sẽ chuyển sang bƣớc kế tiếp.
Kiểm tra RB sử dụng và QoS satisfaction ở UL và DL: a. Nếu RB sử dụng thấp, dịch vụ đƣợc chấp nhận.
b. Ngồi ra, khi kiểm tra QoS satisfaction:
c. Nếu QoS satisfaction cao hơn ngƣỡng, dịch vụđƣợc chấp nhận d. Các trƣờng hợp cịn lại dịch vụ bị từ chối
5. Điều khiển tải (Load Control - LC)
LC đƣợc thực hiện bởi thực thể RRM trong eNodeB. Mục đích của LC: Giữ hệ thống ổn định
Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ hiện tại Tối đa hĩa tài nguyên sử dụng Tối thiểu hĩa tỉ lệ “rơi” cuộc gọi Các tiêu chí đánh giá LC:
RB sử dụng QoS satisfaction Tỉ lệ “rơi” cuộc gọi Các hoạt động điều khiển tải:
Giải phĩng các dịch vụ cĩ EER thấp (EER-Energy Efficiency Ratio): eNodeB sẽ lựa chọn dịch vụ cĩ EER thấp nhất để giải phĩng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
EER là một chỉ số đánh giá các dịch vụ cĩ cùng ARP (Allocation Retention Priority)
EER liên quan tới các thơng số:
GBR (Guaranteed Bit Rate) của dịch vụ Số RB dịch vụ sử dụng
APR của dịch vụ
Cơng suất đƣờng xuống của dịch vụ
Hạ mức GBR (Guaranteed Bit Rate): Nếu khơng thể tiến hành giải phĩng dịch vụ cĩ EER thấp, eNodeB sẽ tiến hành hạ mức GBR. Khi hệ thống thốt khỏi tình trạng tắc nghẽn, GBR của dịch vụ sẽ đƣợc khơi phục
GBR của tất cả các dịch vụ (trừ dịch vụ VoIP) sẽ bị hạ xuống QoS của dịch vụ GBR cũng giảm
QoS của mạng sẽ đƣợc cải thiện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.5.3. Cơ chế lập lịch [23]
Bộ lập lịch là một khối phức tạp bởi vì nĩ cần thu thập nhiều thơng tin để lập lịch các gĩi dữ liệu một cách chính xác và hiệu quả. Bộ lập lịch cần lƣu giữ những thơng tin nhƣ:
− Thơng tin QoS cho mỗi luồng.
− Trạng thái hàng đợi DL của mỗi luồng.
− UL BW grant (bao gồm các yêu cầu băng thơng và cấp phát băng thơng đƣợc cập nhật ) cho mỗi luồng hoặc cho mỗi kết nối (MS).
− Thơng tin trạng thái kênh truyền của mỗi MS. Thành phần của bộ lập lịch bao gồm những khối con sau đây:
− Khối quản lý hàng đợi DL: Khối này quản lý các hàng đợi của mỗi kết nối bằng cách lƣu giữ các gĩi trong các hàng đợi khác nhau dựa vào CID của các gĩi đĩ. Khối này lƣu trữ các thơng tin nhƣ là tổng số gĩi, tổng kích thƣớc dữ liệu của mỗi hàng đợi, và cung cấp giao diện để đƣa gĩi vào-ra các hàng đợi cũng nhƣ các truy vấn trạng thái của mỗi hàng đợi.
− Khối lập lịch UL/DL: Nhiệm vụ của khối này là quyết định đúng thứ tự của mỗi luồng và lập lịch chính xác các gĩi tin để truyền.
− Khối cấp phát tài nguyên DL: Nhiệm vụ của khối này là quyết định kích thƣớc và vị trí của mỗi burst dữ liệu trong khung.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
− Khối phân mảnh/đĩng gĩi gĩi tin: Khe dữ liệu đƣợc cấp phát cĩ thể khơng vừa với kích thƣớc của gĩi tin trong các hàng đợi, sự phân mảnh và đĩng gĩi là cần thiết để sử dụng hiệu quả các khe dữ liệu đƣợc cấp phát
Bộ lập lịch là một phần tử then chốt và quyết định lớn đến chấp lƣợng tồn bộ đƣờng xuống, đặc biệt là trong một mạng cĩ mức tải cao. Bộ lập lịch là thành phần của lớp MAC và điều khiển việc ấn định tài nguyên đƣờng lên, đƣờng xuống.
Ta cĩ thể phân loại kỹ thuật lập lịch theo các cách nhƣ theo phụ thuộc kênh truyền hay khơng phụ thuộc kênh truyền. Ngồi ra, cĩ thể phân biệt theo loại lƣu lƣợng, khi đĩ hiệu suất của thuật tốn lập lịch sẽ cao đối với từng loại lƣu lƣợng khác nhau.
Hình 4.12: Các thành phần của bộ lập lịch tại BS và MS [23]
Lƣu lƣợng cĩ thể chia thành lƣu lƣợng thời gian thực, lƣu lƣợng thời gian khơng thực hoặc hỗn hợp của hai loại nhƣ thoại, dữ liệu, live video…Khi đĩ, kỹ thuật lập lịch cĩ thể chia làm hai loại:
Thuật tốn lập lịch cho lƣu lƣợng thời gian khơng thực: Kỹ thuật lập lịch cho lƣu lƣợng thời gian khơng thực dựa vào thuật tốn cơ bản là PF. Các thuật tốn lập lịch phổ biến khác là Max Rate, Round Robin. Hiệu suất của các thuật tốn lập lịch cho dịch vụ thời gian khơng thực đƣợc đo đạc chủ yếu bằng thơng lƣợng và độ cơng bằng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Thuật tốn lập lịch cho lƣu lƣợng thời gian thực: Lƣu lƣợng thời gian thực cĩ yêu cầu độ trễ nghiêm ngặt hơn nhiều nhằm giảm sai lỗi. Trong hệ thống khơng dây, lƣu lƣợng thời gian thực đƣợc mơ hình hĩa bởi quá trình lƣu lƣợng tới là các gĩi tin độc lập đến bộ đệm, theo một mục tiêu trễ khác nhau. Đối với mơ hình mạng khơng dây khác nhau, cĩ một số chính sách để thỏa mãn các mục tiêu độ trễ khác nhau. Ví dụ, chính sách mà độ trễ giới hạn lớn nhất là đảm bảo độ dài hàng đợi trong một sốràng buộc. Các thuật tốn lập lịch phổ biến nhất cho lƣu lƣợng thời gian thực là Largest Delay First, Modified Largest Weighted Delay First, Delay Experience. Độ mất gĩi và độ cơng bằng là những thơng số hiệu suất chính đối với thuật tốn lập lịch đối với lƣu lƣợng thời gian thực.
Trong mạng thực tế, cả lƣu lƣợng thời gian thực và khơng thực đều hiện diện, vì thế bộ lập lịch phải làm sao đáp ứng đƣợc cả hai loại lƣu lƣợng này đồng thời. Thuật tốn phải tối đa hĩa thơng lƣợng để sử dụng hiệu quả kênh truyền và giữ độ trễ nhỏ nhất cĩ thể bằng cách nhận dạng các lƣu lƣợng quan trọng đồng thời, nhƣng phải đảm bảo tính cơng bằng. Các thuật tốn phổ biến nhất là Exponential Rule, Utility function. Các thơng số đánh giá hiệu suất chính là thơng lƣợng, độ trễ và độ cơng bằng.
Hiện nay các thuật tốn lập lịch trong mạng khơng dây nĩi chung đều cĩ thể đƣợc chia thành 2 loại chính:
− Các thuật tốn khơng nhận biết đƣợc trạng thái kênh truyền (channel- unaware scheduler): thơng thƣờng đây là các thuật tốn đƣợc sử dụng trong mạng lõi hữu tuyến nhƣthuật tốn Round Robin(RR), Weighted Round Robin (WRR), Weighted Fair Queuing (WFQ).
− Các thuật tốn lập lịch dựa vào trạng thái kênh truyền (channel-aware scheduler): đây chính là các thuật tốn đƣợc sử dụng trong mơi trƣờng vơ tuyến, trong đĩ quyết định gửi dữ liệu sẽ dựa vào tình trạng kênh truyền của tứng MS cụ thể. Điển hình cho các thuật tốn lập lịch này là: thuật tốn Maximum Sum Rate(MSR) hay cịn đƣợc gọi là thuật tốn MaxCINR, thuật tốn Proportional Fair(PF) và Maximum Fairness(MF).
Kế hoạch lập lịch đƣờng xuống: Bộ lập lịch đƣờng xuống chịu trách nhiệm điều khiển linh động các đầu cuối thiết bị để phát và đối với từng thiết bị đầu cuối thì điều khiển 1 tập hợp các khối tài nguyên trên đĩ DL-SCH của đầu cuối sẽ đƣợc phát. Nhƣ vậy hệ quả của bộ lập lịch điều khiển tốc độ dữ liệu, sự phân đoạn RLC và sự
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
ghép kênh MAC sẽ bị ảnh hƣởng bởi sự quyết định lập lịch. Trong hầu hết các trƣờng hợp, một thiết bị đầu cuối riêng lẻ khơng thể sử dụng hết tồn bộ dung lƣợng của một tế bào, chẳng hạn do thiết dữ liệu.
Hình 4.13: Kế hoạch lập lịch đƣờng xuống lớp MAC [23]
Hình 4.13 minh họa hoạt động của một QoS nhận biết MAC l theo hƣớng đƣờng xuống. Dữ liệu cho nhiều Bearers Đài phát thanh đƣợc xếp hàng đợi trong lớp con RLC, với kế hoạch lập lịch lớp MAC nhận cập nhật tình trạng đệm nhƣ dữ liệu mới đến. Kế hoạch lập lịch lớp MAC xác định đƣờng xuống, việc phân bổ các nguồn lực cho mỗi khung phụ. Những phân bổ này đƣợc báo hiệu cho lớp con MAC đĩ xây dựng trạm UE - cụ thể (TB).
Hơn nữa, ho đặc điểm của kênh truyền cĩ thể biến đổi trong miền tần số, nên sẽ rất cĩ lợi nếu thực hiện đƣợc việc phát trên các phần phổ khác nhau tĩi các thiết bị đầu cuối khác. Do đĩ nhiều thiết bị đầu cuối cĩ thể đƣợc lập lịch song song trong một khung con, trong trƣờng hợp này chỉ cĩ một kênh DL-SCH trên một thiết bị đầu cuối đã đƣợc lập lịch, mỗi thiết bị đầu cuối đƣợc ánh xạ động lên một tập các tài nguyên tần số duy nhất. Bộ lập lịch này điều khiển tốc độ dữ liệu tƣc thời đƣợc sử dụng và do đĩ việc phân đoạn RLC và sự ghép kênh MAC sẽ bị các quyết định lập lịch này tác động. Mặc dù về chính thức bộ lập lịch là một phần của lớp MAC, nhƣng ta cĩ thể hiểu rõ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
hơn khi coi nĩ là một thực thể tách biệt, do đĩ bộ lập lịch cĩ thể điều khiển hầu hết các chức năng trong eNodeb liên quan với truyền dữ liệu đƣờng xuống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.5.4. Các yêu cầu lập lịch và báo cáo trạng thái bộ đệm. 4.5.4.1. Yêu cầu lập lịch 4.5.4.1. Yêu cầu lập lịch
Bộ lập lịch cần biết về lƣợng dữ liệu đang chờ phát đi từ các thiết bị đầu cuối để gán một lƣợng tài nguyên đƣờng lên thích hợp cho chúng. Hiển nhiên là sẽ khơng cần cung cấp tài nguyên đƣờng lên cho một thiết bị đầu cuối khơng cĩ dữ liệu phát vì điều này chỉ làm cho thiết bị đầu cuối phải tạo nên một phần độn để lấp đầy các tài nguyên đƣợc cấp. Vì thế, tối thiểu của bộ lập lịch cũng cần biết xem thiết bị đầu cuối cĩ dữ liệu để phát hay khơng để cịn cung cấp chấp nhận. Đây đƣợc gọi là yêu cầu lập lịch. Yêu cầu lập lịch là cờ đơn giản, cờ này đƣợc dựng lên khi một thiết bị đầu cuối yêu cầu các tài nguyên đƣờng lên từ bộ lập lịch.
Để quyết định hàng đợi của UE nào đƣợc phục vụ và bao nhiêu dữ liệu đƣợc phép truyền, một kỹ thuật lập lịch rất đơn giản cĩ thể đƣợc dùng là FIFO (First In First Out). Kỹ thuật này rất đơn giản nhƣng lại khơng cơng bằng. Một kỹ thuật lập lịch phức tạp hơn một chút là RR (Round Robin). Kỹ thuật này tạo sự cơng bằng giữa các thuê bao nhƣng khơng thoả mãn các yêu cầu QoS nhƣ thơng lƣợng, tỉ lệ lỗi hay độ trễ. Trong phần này sẽ đề cập đến các nhân tố mà các bộ lập lịch phải quan tâm, hay là những yêu cầu của bộ lập lịch.
- Các thơng số QoS: Bộ lập lịch phải cĩ thể đảm bảo các thơng số QoS cho các lớp dịch vụ khác nhau. Các thơng số chính là tốc độ lƣu lƣợng tối thiểu, trễ cho phép tối đa và sự chịu đựng dao động trễ. Ví dụ, bộ lập lịch cần phải lập lịch lại hoặc chèn các gĩi để đạt đƣợc các yêu cầu về trễ và thơng lƣợng. EDF (Earliest Deadline First) là một ví dụ của kỹ thuật đƣợc sử dụng để đảm bảo yêu cầu về trễ. Tƣơng tự nhƣ thế LWDF (Largest Weighted Delay First) đƣợc sử dụng để đảm bảo thơng lƣợng tối thiểu.
- Tối ƣu thơng lƣợng: Tài nguyên vơ tuyến trong các mạng khơng dây là cĩ giới hạn, vì thế vấn đề là phải tìm cách tối đa tổng thơng lƣợng của hệ thống. Ở đây cĩ thể là tối đa số lƣợng UE đƣợc hỗ trợ hoặc đƣờng truyền đƣợc tận dụng hồn tồn. Một trong những cách tốt nhất để hình dung về thơng lƣợng, đĩ là những dữ liệu thực tế đƣợc truyền đi khơng bao gồm các thơng tin điều khiển và các gĩi bị mất. Thơng tin điều khiển bao gồm thơng tin điều khiển lớp MAC, các thơng tin điều khiển phân mảnh và đĩng gĩi, thơng tin điều khiển cụm (burst). Thơng tin này dùng để tối ƣu số lƣợng cụm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
trong một khung và chỉra cách đĩng gĩi hoặc phân mảnh các SDU vào trong lớp MAC. Các yêu cầu băng thơng đƣợc biểu thị bằng một số lƣợng bytes nhất định. Yêu cầu này khơng thể chuyển thành số lƣợng slot đƣợc, bởi vì một slot cĩ thể chứa một số lƣợng bytes khác nhau, tuỳ thuộc vào kỹ thuật điều chế đƣợc sử dụng. Ngồi ra, tỉ lệ