4.3.1 Mô hình mạng
Hình 4.10 Mô hình mạng sử dụng trong các kịch bản mô phỏng
Mô hình mạng sử dụng trong các kịch bản mô phỏng gồm có một trạm gốc BS với bán kính phủ sóng là 500m, một SourceNode để truyền các gói tin thuộc các luồng dịch vụ khác nhau tới BS thông qua một liên kết 100Mbps, trễ 1ms, hàng đợi DropTail. Trong bán kính phủ sóng của BS có 5 MS trong đó MS1 đến MS4 lần lƣợt nhận các luồng dịch vụ UGS, rtPS, nrtPS và BE, MS5 cũng lại nhận luồng Background Traffic (BGT) với dịch vụ BE có thông lƣợng lớn để làm tăng tối đa tải của mạng (bursty).
4.3.2. Lựa chọn nguồn traffic
Bảng 4. 1 Các tham số luồng dịch vụ sử dụng trong kịch bản mô phỏng
Dịch vụ Loại traffic Từ node Tới node Tốc độtrung bình UGS
110 Exponential ON-OFF traffics burst time=350ms,idle time=650ms
rate=64kbps SN MS1 2.4Mbps
rtPS 8 Video trace(Star wars)traffic SN MS2 3Mbps nrtPS 1 FTP traffic packetSize_=1000 bytes, Window=8 SN MS3 3Mbps BE 1 FTP traffic packetSize_=1000 bytes, Window=5 SN MS4 1.8Mbps Background traffic 1 CBR traffic, packetSize_=1000bytes, interval_=0.001 SN MS5 8Mbps
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Bảng 4.1 liệt kê các tham số luồng dịch vụ sử dụng trong các kịch bản mô phỏng, trong đó luồng rtPS sử dụng Video Trace traffic với file trace nguồn “Star wars“ lấy từ trang web [20].
4.3.3 Các tham số sử dụng trong kịch bản mô phỏng
Bảng 4.2 liệt kê các tham số điều chế lớp PHY cho băng thông hệ thống lần lƣợt là 5 MHz và 10 MHz. Kịch bản mô phỏng đƣợc xây dựng sử dụng băng thông 10 MHz và phƣơng pháp điều chế QAM-64 với tốc độ mó hóa ¾ (3 bit dữ liệu, 1 bit sửa lỗi) nên có thể tính toán đƣợc tổng thông lƣợng tối đa của hệ thống khoảng 12.6 Mbps. Bảng 4.3 liệt kê các tham số sử dụng trong kịch bản mô phỏng.
Bảng 4.2 Các tham số điều chế lớp PHY
Tham số Downlink Uplink Downlink Uplink
Băng thông của hệ thống 5 MHz 10 MHz
Kích thƣớc FFT 512 1024
Sóng mang con Null 92 104 184 184
Sóng mang con Pilot 60 136 120 280
Sóng mang con dữ liệu 360 272 720 560
Số kênh con 15 17 30 35
Độ rộng symbol, Ts 102,9 microseconds Độ rộng khung 5 microseconds
OFDM Symbols/Frame 48
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Bảng 4.3 Các tham số sử dụng trong kịch bản mô phỏng
Tham số Giá trị Lớp vật lý WirelessMAN-OFDMA Cấu trúc khung TDD Downlink ratio 0.66 Độ dài khung 0.005s Băng thông 10MHz
Điều chế và mó hóa 64-QAM 3/4 (Profile 7)
Kênh fading ITU_PDP PED_A
Kích thƣớc topo mô phỏng 1100m× 1100m
Bán kính phủ sóng của BS 500m
Thời điểm truyền dữ liệu 10s
Thời điểm ngừng truyền dữ liệu 40s
Thời điểm kết thúc mô phỏng 50s
Tỉ lệ trọng số i (WFQ) UGS:rtPS:nrtPS:BE:BGT=5:4:3:2:1 Tỉ lệ hằng số trễ Tc (PF) UGS:rtPS:nrtPS:BE:BGT=12:15:20:30:60
4.4 Kết quả mô phỏng
Để kiểm tra ƣu nhƣợc điểm của hai thuật toán đó trình bày trong những phần trƣớc, học viên tìm hiểu hai kịch bản mô phỏng. Trong đó một kịch bản cho phép các MS di động và kịch bản còn lại thì các MS cố định trong vùng phủ sóng của trạm BS. Cả hai kịch bản đều sử dụng hai thuật toán PF và WFQ với sự hỗ trợ của Leaky Bucket. Kết quả thu đƣợc nhƣ sau.
4.4.1 Kịch bản di động
1. Thông lượng
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ phân bố về thông lƣợng giữa 4 MS sử dụng 4 luồng dịch vụ khác nhau với hai thuật toán PF và WFQ. Có thể thấy do có sự di động của các MS nên thông lƣợng của các luồng không ổn định và không đạt đƣợc mức thông lƣợng giới hạn đặt ra bởi Leaky Bucket (nominated rate), rõ ràng nhất ở thời điểm 32s có sự sụt giảm về thông lƣợng của 2 luồng nrtPS và BE do hai MS nhận hai luồng này đi ra xa BS. Tuy nhiên tổng thông lƣợng của các luồng khi sử dụng thuật toán WFQ là lớn hơn tổng thông lƣợng khi sử dụng thuật toán PF và ở thuật toán WFQ thông lƣợng các luồng phân bố gần với mức thông lƣợng giới hạn hơn là ở thuật toán PF.
Qua những đánh giá trên có thể thấy rõ thuật toán PF chỉ đảm bảo phân bố công bằng thông lƣợng cho các luồng nhƣng tính ổn định của giá trị thông lƣợng không cao so với khi sử dụng thuật toán WFQ.
Hình 4.11 Thông lượng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch WFQ trong kịch bản di động
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 4.12 Thông lượng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch PF trong kịch bản di động
2. Độ trễ hàng đợi
Để khảo sát độ trễ hàng đợi ở hai bộ lập lịch ta tiến hành lấy các giá trị trễ hàng đợi của từng gói tin (với dịch vụ thời gian thực rtPS) đƣợc gửi đi ở BS và tiến hành vẽ đồ thị phân bố trễ sử dụng các hàm phân bố trễ xác suất.
Nhìn vào đồ thị hàm phân bố xác suất (hình 4.13) ta có thể thấy trừ PF là thuật toán có độ trễ hàng đợi cao hơn nhiều so với WFQ, nhƣ vậy kết quả này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về các bộ lập lịch phân tích ở trên.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 4.13 Đồ thị xác suất trễ với bộ lập lịch WFQ và PF trong kịch bản di động
4.4.2 Kịch bản cố định
Các kết quả thu đƣợc của phần mô phỏng với kịch bản cố định cũng sát và hợp lý với phân tích về lý thuyết nhƣ kết quả của kịch bản di động đó phân tích ở trên nên ở phần này học viên chỉ đƣa ra các đồ thị để so sánh và đối chiếu kết quả.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
1. Thông lượng
Hình 4.14 Thông lượng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch WFQ trong kịch bản cố định
Hình 4.15 Thông lượng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch PF trong kịch bản cố định
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
2. Độ trễ hàng đợi
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
KẾT LUẬN
Công nghệ truy nhập không dây băng rộng WiMAX là một công nghệ có tiềm năng phát triển rất lớn dựa trên những ƣu điểm nổi bật của nó so với các công nghệ nhƣ DSL, Wifi hay 3G. Đó là khả năng kết nối linh hoạt, khả năng duy trì một tốc độ kết nối cao với một vận tốc di chuyển tƣơng đối nhanh, chính vì vậy WiMAX hứa hẹn sẽ đem đến cho ngƣời dùng khả năng truy nhập mọi lúc mọi nơi với tốc độ cao.
Với đặc tính linh hoạt trong kết nối và phạm vi phủ sóng rộng, WiMAX có thuận lợi lớn trong việc lắp đặt và triển khai tại những vùng cao, vùng sâu, vùng xa cũng nhƣ tại những nơi mà địa hình phức tạp, dân cƣ đông đúc, đất đai chật chội và rất khó triển khai lắp đặt cơ sở hạ tầng cho những thiết bị mạng hữu tuyến. Do đó WiMAX đƣợc coi là một công nghệ có khả năng ứng dụng thực tế cũng nhƣ hiệu quả kinh tế cao.
Trong bản luận văn tốt nghiệp này học viên đã đi sâu nghiên cứu các đặc tả quan trọng nhất ảnh hƣởng tới nhiệm vụ lập lịch quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) và quản lý chất lƣợng dịch vụ (QoS) của lớp PHY và lớp MAC đƣợc đề cập tới trong chuẩn IEEE 802.16/WiMAX. Qua việc nghiên cứu những đặc tả đó, học viên nêu lên những điểm cần chú ý trong quản lý tài nguyên vô tuyến và quản lý chất lƣợng dịch vụ trong một mạng không dây băng rộng nhƣ WiMAX, đồng thời những tiêu chí để đánh giá một thuật toán lập lịch gói hiệu quả hỗ trợ quản lý vào việc quản lý tài nguyên vô tuyến, quản lý chất lƣợng dịch vụ cũng đƣợc phân tích và làm rõ. Học viên cũng đã có những khảo sát, phân tích kỹ lƣỡng về ƣu nhƣợc điểm về khía cạnh quản lý tài nguyên vô tuyến của một số thuật toán lập lịch gói đƣợc nghiên cứu và ứng dụng bởi cộng đồng khoa học ngày nay. Xuất phát từ những ƣu nhƣợc điểm của từng thuật toán phân tích đƣợc, học viên có đề xuất việc sử dụng một thuật toán mới là sự kết hợp của thuật toán chia sẻ công bằng theo trọng số Weighted Fair Queueing (WFQ) với thuật toán giới hạn tốc độ luồng Leaky Bucket. Để làm rõ những ƣu nhƣợc điểm mà thuật toán này mang lại, học viên thực hiện tìm hiểu thuật toán đề xuất và so sánh, đánh giá hiệu năng cùng với thuật toán lập lịch phổ biến Proportional Fair (PF). Kết quả mô phỏng khá sát với mong đợi về lý thuyết, thuật toán PF chỉ cho phép phân phối đều băng thông
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ cho các luồng dịch vụ theo các hằng số trễ cho trƣớc chứ không tối đa tổng thông lƣợng của hệ thống . Mặt khác thuật toán PF cũng không có một đƣờng bao trễ hàng đợi, do đó ta không thể kiểm soát đƣợc độ trễ hàng đợi của hệ thống tại những thời điểm khác nhau, do đó không đảm bảo hỗ trợ yêu cầu chất lƣợng dịch vụ QoS. Đối với thuật toán WFQ thì tổng thông lƣợng thu đƣợc của toàn hệ thống là cao hơn PF và gần với mức mong muốn nhƣ đó xác định trƣớc trong các tham số mô phỏng. Với thuật toán WFQ việc cấp phát băng thông cho các luồng dịch vụ khác nhau trở nên ổn định hơn, băng thông đƣợc cấp phát đều hơn các trọng số fi cho trƣớc. Môt ƣu điểm quan trọng nhất của thuật toán WFQ khi sử dụng phối hợp với ràng buộc về Leaky Bucket là đó giới hạn đƣợc trễ hàng đợi, giá trị trễ giới hạn Dmax hoàn toàn có thể tính toán trƣớc đƣợc bằng các thay đổi các tham số của Leaky Bucket nhƣ Bm,i và Ri , do đó ta có thể kiểm soát đƣợc trễ hàng đợi trong hệ thống , từ đó có thể quản lý đƣợc các yêu cầu chất lƣợng dịch vụ QoS. Tuy thuật toán WFQ kết hợp Leaky Bucket khá mạnh mẽ xét trên khía cạnh về cung cấp thông lƣợng cho hệ thống và đảm bảo trễ hệ thống , nhƣng một nhƣợc điểm dễ thấy của thuật toán này là phức tạp dẫn đến tốn tài nguyên hệ thống . Tuy nhiên với sức mạnh của các bộ vi xử lý với công nghệ của thời đại ngày nay, sẽ là hoàn toàn khả thi để áp dụng triển khai thuật toán đề xuất này vào thực tế.
Cũng khá nhiều việc phải làm để chứng minh tính hiệu quả của thuật toán đề xuất này trong thực tế nhƣng hƣớng phát triển trƣớc mắt của luận văn sẽ là thử nghiệm và đánh giá sự kết hợp của một số thuật toán xấp xỉ khác của GPS nhƣng dễ thực hiện hơn WFQ với bộ điều khiển tốc độ Leaky Bucket. Sau khi đó có những kết luận về thuật toán khả thi nhất học viên sẽ phát triển một khung làm việc (framework) để giải quyết vấn đề nhiễu đồng kênh CCI trong các hệ thống sử dụng đa truy nhập OFDMA nhƣ WiMAX/3GPP-LTE. Giải quyết đƣợc vấn đề này chúng ta sẽ có đƣợc một cái nhìn toàn diện và đầy đủ hơn về quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng IEEE 802.16/ WiMAX./
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Chakchai So-In, Raj Jain and Abdel-Karim Tamimi (2009), “Scheduling in IEEE 802.16e Mobile WiMAX Networks: Key Issues and a Survey”, IEEE Journal On Slected Areas In Communications, VOL. 27, NO. 2, 156-171. [2] Bài giảng CÔNG NGHỆ WIMAX-Nguyễn Việt Hùng – Học viện CNBCVT. [3] Jeffrey G.Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed (2007), Fundamentals
of WiMAX: Understanding Broadband Wireless Networking, Courier in Westford, Massachusetts.
[4] Kết quả nghiên cứu khoa học và công nghệ - Viện KHKT Bƣu Điện- nhà xuất bản bƣu điện 2007
[5] Luận văn thạc sỹ - Nguyễn Thị Oanh-2006 mã số :2.07.00 .ĐH Quốc Gia Hà Nội.
[6] M.Maode (2009), Current Technology Developments of WiMAX Systems, Springer Science + Business Media B.V.
[7] Q.Liu, X.Wang, G.B.Giannakis, A.Ramamoorthly (2006), “A Cross-Layer Scheduling Algorithm With QoS Support in Wireless Networks”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 55, No. 3, 839-847.
[8] Shaswar Baban (2008), Design and Implementation of a Scheduling Algorithm for the IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) Network, Department of Electronic Systems at the University of Westminster.
[9] Michel D Gallaher (2005),Alliance for telecommunication industry solution board ò directs meeting.
[10] M.Shreedhar, G.Varghese (1996), “Efficient fair queueing using deficit round-robin”, IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol.4, No.3, 375-385. [12] Website :www.vnpt.com.vn/tapchibcvt
[15] T.Tsai, C.Jiang, C.Wang (2006), “CAC and Packet scheduling Using Token Bucket for IEEE 802.16 Networks”, Journal of Communications, Vol. 1, No. 2, 30-37.
[13] Jani Lakkakorpi (2009), Quality of service and resource management in ip and wireless networks, Helsinki University of Technology Department of Communications and Networking.
[14] www.isi.edu/nsnam/ns truy cập lần cuối 05/12/2010.
[15] A.K. Parekh, R.G. Gallager, I. Center, and Y. Heights (1994), “A generalized processor sharing approach to flow control inintegrated services networks: the multiple node case”, IEEE/ACM transactions on networking.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ [16] A. Demers, S. Keshav, and S. Shenker (1989), “Analysis and simulation of a
fair Queueing algorithm”, Applications, Technologies, Architectures, and Protocols for Computer Communication.
[17] N.H. Thanh, “Quality Of Service Support In An Ip-atm Enviroment”, Ph.D.dissertation, Bundeswehr University Munich.
[18] A. Jalali, R. Padovani, R. Pankaj, Q. Inc, and C.A. San Diego (2000), “Data throughput of CDMA-HDR a high efficiency-high data ratepersonal communication wireless system”, 2000 IEEE 51st Vehicular Technology Conference Proceedings, 2000. VTC 2000-Spring Tokyo.
[19] Luận văn thạc sỹ - VŨTHẾDUẨN -2011 mã số :60.52.70. Đại học Đà Nẵng. [20] http://trace.eas.asu.edu/TRACE/ltvt.html
[21] Nguyễn Văn Đức, Vũ Văn Yêm, Đào Ngọc Chiến, Nguyễn Quốc Khƣơng, Nguyễn Trung Kiên (2006),“Thông tin vô tuyến”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.