Cho danh sách theo thứ tự của các tế bào (đã nhận được bởi thứ tự cấp độ nút hoặc thứ tự màu nút), hai chiến lược cấp phát kênh: Chiến lược vét cạn tần số (F) và chiến lược vét cạn yêu cầu (R) có thể sử dụng để sắp xếp các kênh cho các tế bào.
Trong chiến lược vét cạn tần số: bắt đầu với tế bào đầu tiên trong trật tự danh sách, mỗi tế bào với yêu cầu kênh không phù hợp nào đó được cấp phát một kênh với hạng thấp nhất (tất cả các kênh được xếp hạng theo các tần số sóng mang của chúng) và phù hợp với tất cả việc cấp phát kênh trước.
Trong chiến lược vét cạn yêu cầu: kênh 1 được cấp phát cho tế bào đầu tiên trong trật tự danh sách với yêu cầu kênh không phù hợp nào đó. Sau đó thử kênh như vậy cho tế bào kế tiếp trong danh sách có yêu cầu kênh không phù hợp. Tiếp tục việc thử này cho đến khi kênh này không thể được chấp nhận bởi tế bào nào nữa. Tiếp sau đó làm thủ tục tương tự để cấp phát kênh 2. Lặp lại thủ tục này cho đến khi tất cả yêu cầu kênh được thoả mãn (được vét cạn).
Nhận xét đầu tiên của chúng ta là khi sử dụng chiến lược R để cấp phát kênh, số các tế bào đồng kênh của kênh được cấp phát có xu hướng lớn hơn so với việc sử dụng chiến lược F. Không mất tính tổng quát, giả sử hạn chế xuyên nhiễu kênh cùng trạm giá trị lớn hơn hay bằng tổn hao của việc hạn chế xuyên nhiễu kênh lân cận, tức là s = a. Khi cấp phát kênh f cho một tế bào sử dụng chiến lược R, việc cấp phát kênh sẽ thành công nếu việc hạn chế xuyên nhiễu đã nêu ra bởi việc cấp phát kênh đó trước từ (f–s+1) đến f không bị vi phạm. Chú ý rằng kênh có hạng cao nhất được cấp phát là kênh hiện thời được cấp phát, tức là kênh f.
Nếu chiến lược F được sử dụng, cấp phát kênh f cho tế bào cần phải kiểm tra các ràng buộc đã gây bởi việc cấp phát kênh từ (f-s+1) đến (f+s-1). Số kênh được kiểm tra gần như hai lần so với trong chiến lược R. Kết quả là, kênh f có xác suất bị từ chối bởi một tế bào là cao hơn. Kết quả này không chặt trong mối quan hệ tế bào đồng kênh của kênh f.
28 Nhận xét thứ hai là không như chiến lược F, khi sử dụng chiến lược R kênh được cấp phát không bám chính xác theo độ khó của việc cấp phát các tế bào riêng lẻ.
Giả thiết chiến lược R được sử dụng để cấp phát kênh f cho hệ thống. Nếu không có ràng buộc nào bị vi phạm, tế bào đầu tiên trong danh sách được sắp xếp sẽ nhận kênh f. Sau đó kênh f được cấp phát cho tất cả các tế bào có thể (chẳng hạn các tế bào với các yêu cầu không thoả mãn và không vi phạm bất kỳ sự ràng buộc cấp phát kênh nào), trong danh sách trước khi xem xét kênh f + 1. Tuy nhiên, việc cấp phát tiếp kênh f cho các tế bào còn lại không bám chính xác theo độ khó của việc cấp phát.
Từ hai nhận xét trên, chúng ta có thể thấy rằng các hệ thống với những thay đổi nhỏ trong những yêu cầu kênh từ tế bào này đến tế bào khác (hoặc những yêu cầu kênh phân bố không đồng đều ít hơn), tối đa hoá số tế bào đồng kênh là quan trọng hơn. Bởi vậy, chiến lược R hướng tới cho một chất lượng tốt hơn. Các hệ thống với những yêu cầu kênh phân bố không đồng đều cao, điều đó là rất quan trọng để thoả mãn các yêu cầu kênh của các tế bào đầu tiên khó khăn nhất cho việc cấp phát kênh. Do đó, chiến lược F hướng tới hoạt động tốt hơn.
Để kết hợp những ưu điểm của chiến lược R và F, chiến lược FR đã được đề xuất: Đó là một chiến lược cấp phát kênh 2 mức bao gồm cấp phát kênh toàn bộ sử dụng sử dụng chiến lược R và cấp phát kênh cục bộ sử dụng chiến lược F. Việc cấp phát kênh toàn bộ sẽ nhận dạng các điểm nóng và sẽ sử dụng chiến lược R để tối đa hoá các tế bào đồng kênh. Việc cấp phát cục bộ tập trung cấp phát các kênh cho điểm nóng đã được xác nhận và để sắp xếp các kênh này một cách chặt chẽ sử dụng chiến lược F.
29
Chương 4. Mô phỏng
Mô phỏng bằng Matlab
Đầu tiên ta nhắc đến một số vấn đề quan trọng liên quan đến dung lượng của hệ thống vô tuyến tế bào cung cấp dịch vụ cho một số lượng lớn người dùng. Giống như các hệ thống điện thoại cố định, hệ thống vô tuyến di động dựa trên khái niệm trung kế cung cấp dịch vụ truyền thông cho một số lượng lớn người sử dụng, sử dụng một nguồn lực hạn chế, trong trường hợp liên lạc di động, là phổ RF có sẵn, hoặc số lượng kênh có sẵn. Có thể sử dụng các kỹ thuật trung kế là do thống kê hành vi của người sử dụng được mô tả chủ yếu là do hai khía cạnh sau đây:
1. Một người sử dụng truy cập vào hệ thống, có nghĩa là, yêu cầu một cuộc gọi, một cách ngẫu nhiên trong một khoảng thời gian, và khoảng thời gian τ giữa hai yêu cầu cuộc gọi liên tiếp từ cùng một người dùng, tuân theo một phân phối mũ.Vì vậy, hàm mật độ xác suất cơ bản là:
với là số cuộc gọi trung bình trên một đơn vị thời gian thực hiện bởi một người dùng. Nếu chúng ta xem xét một số lượng U người sử dụng, phân phối các khoảng thời gian giữa hai yêu cầu cuộc gọi liên tiếp, được thực hiện bởi bất kỳ người sử dụng, cũng theo hàm mũ. Số lượng trung bình các yêu cầu cuộc gọi trên 1 đơn vị thời gian:
2. Thời gian cuộc gọi cũng là một biến ngẫu nhiên tuân theo một phân phối mũ, do vậy các cuộc gọi ngắn nhiều khả năng xảy ra
30 hơn so với các cuộc gọi dài. Biểu thị thời gian của một cuộc gọi bằng s, hàm mật độ xác suất của s là:
( ) ( )
Với 1/μ=H là thời lượng cuộc gọi trung bình
Căn cứ vào hành vi thống kê này, một số lượng lớn người sử dụng có thể chia sẻ một số lượng tương đối nhỏ các kênh trong một tập của các kênh. Trong kỹ thuật FCA với mỗi trạm gốc trong một hệ thống điện thoại di động, một tập của các kênh C được cấp sẵn cho tất cả người dùng nằm trong vùng phủ sóng của các trạm cơ sở. Do một người dùng duy nhất không yêu cầu truy cập vào các hệ thống di động mọi lúc, các kênh có thể được phân bổ cho người dùng trên mỗi cuộc gọi. Tuy nhiên khi tất cả các kênh đều bận, người dùng không thể liên lạc với trạm cơ sở, lúc này yêu cầu cuộc gọi bị khóa. Dựa trên một số đặc điểm của hệ thống trung kế và thống kê hành vi người dùng, ta có thể tính được tỉ lệ cuộc gọi bị khóa. Thống kê hành vi người dùng có thể được tổng kết bởi lưu lượng Au được tạo ra bởi người dùng đó, cho đo bằng Erlang:
Với một hệ thống có U người dùng, tổng lưu lượng đo bởi Erlang là:
Một điểm cần lưu ý là có 2 kiểu khóa cuộc gọi, khóa hoàn toàn và khóa trễ. Khóa hoàn toàn nghĩa là khi các kênh đã được sử dụng hết, cuộc gọi bị khóa và xóa hoàn toàn. Với khóa trễ, yêu cầu cuộc gọi sẽ được giữ và chờ đến khi có kênh rỗi để kết nối lại. Do trong thực tế, khóa hoàn toàn phổ biến hơn nên chúng em sẽ tập trung nghiên cứu nó.
Do đó, giả định rằng các cuộc gọi bị chặn sẽ bị xóa. Ngoài ra, sau đây các giả định sau được đưa ra để mô phỏng:
31
- Cuộc gọi đến là không nhớ, nghĩa là bất kì người dùng nào, kể cả người dùng có cuộc gọi vừa bị từ chối cũng có thể thực hiện cuộc gọi vào bất kỳ lúc nào.
- Số lượng người dùng là rất lớn
- Có C kênh trong một cell
Sử dụng các điều kiện trên, xác suất khóa cuộc gọi Pb cho bởi công thức Erlang B:
∑
Cho trước lưu lượng A và số kênh C có thể tính Pb theo hàm Matlab sau:
function erb = erlang_b(A,c) % A = offered traffic in Erlangs. % c = number of channels. num = A^c; sum=0; for k=0:c kfact = prod(1:k); term = (A^k)/kfact; sum = sum + term; end
cfact = prod(1:c); den = cfact*sum; erb = num/den;
32 Kết quả mô phỏng với C là một tham số. Số lượng kênh C đọc trên đỉnh của đồ thị, trục hoành biểu diễn lưu lượng (đơn vị Erlang) Trục tung biểu diễn Tỉ lệ cuộc gọi bị khóa:
33
Phụ lục: Code Matlab file scritp:
% File: fca.m C_1 = [1:10]; A_1 = linspace(0.1,10,50); C_2 = [12:2:20]; A_2 = linspace(3,20,50); C_3 = [30:10:100]; A_3 = linspace(13,120,50); for i = 1:length(C_1) for j = 1:length(A_1) p_1(j,i) = erlang_b(A_1(j),C_1(i)); end end for i = 1:length(C_2) for j = 1:length(A_2) p_2(j,i) = erlang_b(A_2(j),C_2(i)); end end for i = 1:length(C_3) for j = 1:length(A_3) p_3(j,i) = erlang_b(A_3(j),C_3(i)); end end %
% Ve do thi ket qua
x1 = [.1 .1 .2 .2 .3 .3 .4 .4 .5 .5 .6 .6 .7 .7 .8 .8 .9 .9 ]; y1 = 10.^[-4 1 1 -4 -4 1 1 -4 -4 1 1 -4 -4 1 1 -4 -4 -1]; y2 = [.1 .1 .2 .2 .3 .3 .4 .4 .5 .5 .6 .6 .7 .7 .8 .8 .9 .9]; x2 = 10.^[-1 3 3 -1 -1 3 3 -1 -1 3 3 -1 -1 3 3 -1 -1 3]; loglog(A_1,p_1,'k-',A_2,p_2,'k-',A_3,p_3,'k-',... x1,y1,'k:',10*x1,y1,'k:',... 100*x1,y1,'k:',1000*x1,y1,'k:',... x2,y2,'k:',x2,0.1*y2,'k:',x2,0.01*y2,'k:'); xlabel('Offered traffic (Erlangs)')
ylabel('Blocking probability') axis([0.1 120 0.001 0.1]) text(.115, .115,'C=1') text(.6, .115,'C=2') text(1.18, .115,'3') text(2, .115,'4') text(2.8, .115,'5') text(7, .115,'10') text(9, .115,'12') text(17, .115,'20') text(27, .115,'30') text(45, .115,'50') text(100, .115,'100')
34
KẾT LUẬN
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu với sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của Thầy giáo – PGS.T.S Vũ Văn Yêm, cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân mỗi cá nhân, chúng em đã hoàn thành đúng thời gian qui định và đạt được mục tiêu nghiên cứu đặt ra. Báo cáo đã trình bày được những vấn đề cơ bản về mạng di động tế bào, phương pháp cấp phát kênh tĩnh và các phương pháp tối ưu cấp phát kênh tĩnh. Với mục đích xây dựng một cách nhìn tổng thể sâu sắc cho bài toán cấp phát kênh nói chung và cấp phát kênh tĩnh nói riêng trong mạng tế bào, chúng em đã cố gắng tập hợp những kiến thức có được từ sự hướng dẫn của giáo viên, từ các nguồn tài liệu được cung cấp một cách ngắn gọn, đầy đủ nhất. Nhưng do hạn chế về thời gian và khả năng của bản thân, chắc chắn báo cáo không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong tiếp tục được sự chỉ bảo, góp ý cho luận văn này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo trực tiếp hướng dẫn – PGS.TS Vũ Văn Yêm đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện báo cáo này.
35
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Anh Tấn, Đỗ Quốc Trinh (2005), “Tối ưu hoá gán kênh cố định trong mạng di động tế bào”, Tạp chí B-u chính Viễn thông và Công nghệ thông tin, số 1 tháng 5-2005.
2. I.Katzela, M.Naghshineh (1999), “Channel Asignment Schemes for Cellular Mobile Telecommunication Systems: A Comprehensive Survey”, IEEE Personal Communications Magazine, vol. 3(2), pp. 10- 31.
3. Konstantinos Katzis Communications Research Group Department of Electronics University of York (5/2005) “Resource Allocation Techniques for High Altitude Platforms”, pp 149-206
4. K. Katzis, D. A. J. Pearce, D. Grace, “Fixed Channel Allocation Techniques Exploiting Cell Overlap for High Altitude Platforms”