CHƯƠNG II: MỘT SỐ THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO
5. Phương pháp dựa trên bối cảnh
- Bối cảnh được định nghĩa là bất kỳ thông tin liên quan phù hợp với trạng thái của mạng không dây và MN. Phương pháp chuyển giao dọc dựa trên ngữ cảnh là quá trình chuyển giao trong đó mạng mục tiêu được lựa chọn kết hợp 2 tiêu chí:
+ Các tham số về chất lượng tín hiệu.
44
+ Các nhận biết về thông tin ngữ cảnh của MN và mạng mục tiêu.
- Phương pháp VHO dựa trên bối cảnh được sử dụng chủ yếu trong các mạng không đồng nhất như LTE, Wimax, Wifi… MN dựa trên kết quả đánh giá bối cảnh của MN, của mạng kết hợp với các tham số QoS khác để lựa chọn mạng phù hợp nhất để thực hiện chuyển giao.
- Cơ chế tổng quát của phương pháp nhận thức bối cảnh được mô tả trong Hình 2.7.
Hình 2.7 : Cơ chế phương pháp nhận thức bối cảnh
+ Bước phát hiện mạng: Thông tin được phát hiện từ các lớp khác nhau của mạng trong vùng chuyển giao.
+ Bước lựa chọn bối cảnh: Thông tin về bối cảnh của các mạng được lựa chọn và xử lý.
+ Bước lưu trữ: Các thông tin sau khi lựa chọn sẽ được lưu giữ trong một kiến trúc cơ sở để sử dụng trong việc đưa ra quyết định chuyển giao.
+ Bước cập nhật: Thông tin cần được cập nhật kịp thời để phù hợp với nhu cầu của người dùng, đây là bước quan trọng nhất của phương pháp này.
+ Bước phân phối: Thông tin được phân phối trên tất cả mạng để đưa ra quyết định chuyển giao tối ưu nhất.
45
- Thủ tục chuyển giao đòi hỏi MN truyền dữ liệu tới tất cả các mạng mục tiêu để thay đổi định tuyến các gói tin. Để thực hiện quá trình này yêu cầu tất cả các mạng thực hiện truyền thông tin định tuyến liên tục tới MN.
- Mục tiêu mong muốn của phương pháp truyền ngữ cảnh mong muốn của MN đến mạng mục tiêu để giảm sự chậm trễ do quá trình thiết lập lại luồng lưu lượng của MN. Phương pháp chuyển giao dựa trên bối cảnh được chia thành các nhóm sau:
5.1. Phương pháp dựa trên Mobile Agent.
- Mobile agent là một chương trình được viết bằng ngôn ngữ cơ bản, có thể gửi thông tin từ máy tính khách hàng đến máy chủ để thực hiện xử lý. Thông tin được tải về tại thời điểm quyết định và sau đó được sử dụng khi thực hiện chuyển giao. Kiến trúc thực hiện của phương pháp này gồm 3 phần chính:
Quản lý bối cảnh
Thu thập, quản lý thông tin ngữ cảnh về các dịch vụ của tất cả các mạng mục tiêu trong vùng chuyển giao của MN.
Nền tảng chương trình.
Nền tảng được lập trình bằng ngôn ngữ cơ bản được sử dụng để tải thông tin và cài đặt các chức năng thích hợp để trao đổi thông tin về bối cảnh hiện trạng của các mạng tới MN.
Sơ đồ triển khai dịch vụ
Đồng bộ và quản lý chức năng thực hiện của Mobile agent. Bao gồm 2 modul chính:
+ Lưu trữ bối cảnh: Thu thập, quản lý, đánh giá các thông tin bối cảnh khác nhau của tất cả các mạng mục tiêu.
+ Quản lý khả năng thích ứng: Quyết định tính thích ứng theo sự thay đổi của bối cảnh và thực hiện chuyển giao. Nó là một hệ thống quy tắc có chức năng đưa ra quyết định chuyển giao dựa trên các đánh giá về sự thay đổi về vị trí của MN, tham số QoS của mạng hiện tại và các mạng mục tiêu.
- Phương pháp này có một số đặc điểm chính như sau:
46
+ Cung cấp cơ chế thông minh đưa ra quyết định chuyển giao bằng cách tích hợp chức năng thu thập và xử lý bối cảnh thực hiện chuyển giao ngay trên MN.
+ Tăng thông lượng hệ thống.
+ Giảm độ trễ quyết định chuyển giao nhưng nếu chuyển giao rớt tại một thời điểm thì toàn bộ các thông tin được lưu giữ của hệ thống sẽ mất, không có thông tin bối cảnh được phân phối đến các mạng mục tiêu.
+ Tăng độ trễ chuyển giao do thông tin chuyển giao cần được Mobile agent gọi, tải về và cài đặt từ khối lưu trữ dịch vụ.
+ Tăng quá trình xử lý mào đầu do yêu cầu kết nối thường xuyên giữa MN và mạng mục tiêu.
5.2. Nhận biết bối cảnh sử dụng quá trình phân tích phân cấp AHP.
- Quá trình phân tích phân cấp AHP (Analytic Hierarchy Process) hỗ trợ MN áp dụng nhận thức QoS kết hợp với nhận biết bối cảnh để tăng hiệu năng chuyển giao. Chức năng của AHP:
+ Tối đa hóa băng thông cho các ứng dụng.
+ Hạn chế độ rung pha, độ trễ, tỷ lệ mất gói và biến động băng thông.
- Sử dụng quy trình toán học để tìm và lựa chọn mạng phù hợp nhất trong số các phương án được xây dựng trên cơ sở một số mục tiêu được xác định trước.
Phương pháp này xem xét thông số của cả mạng mục tiêu và MN:
+ Mạng mục tiêu: Tỷ lệ lỗi bit BER, độ trễ, độ rung pha.
+ Thiết bị đầu cuối MN: Tốc độ xử lý, bộ nhớ RAM, dung lượng pin.
Quá trình đánh giá được thực hiện theo 2 bước:
+ Bước 1: Xác định một số mục tiêu chính cho thuật toán quyết định như:
Ưu tiên giao diện, giảm chi phí, giảm độ trễ, giảm BER, giảm độ rung pha, cải thiện thông lượng.
+ Bước 2: Đánh giá các tham số cho từng mạng, xếp hạng điểm số chi tiết từng mạng từ cao xuống thấp. Các mức ưu tiên được tính theo công thức
47
h l
p
L L
G N
Trong đó: Lh, Ll là điểm số cao nhất và thấp nhất của các mạng Np là số lượng tham số đánh giá.
G là thông số đánh giá mạng.
Sau đó năng lực của từng mạng được so sánh với sở thích người dùng được cấu hình trước. Kết quả so sánh là điểm số tương ứng được gán cho từng mạng mục tiêu. MN sẽ lựa chọn mạng có điểm số cao nhất để thực hiện chuyển giao.
5.3. Phương pháp dự báo bối cảnh.
- Sử dụng cơ chế dự báo bối cảnh, hành vi của người dùng trên cơ sở tập hợp các bối cảnh có sẵn. Các bối cảnh này có thể được tập hợp bằng cách như:
+ Lưu trữ dữ liệu lịch sử tính di động, lịch sử chuyển giao của người dùng.
+ Đánh giá sở thích người dùng.
+ Sử dụng vị trí và tính di động của MN
- Để tăng độ chính xác quá trình dự báo, tích hợp chức năng giám sát MN và hướng di chuyển trong một số cell đặc biệt. Quyết định chuyển giao được thực hiện trên cơ sở trạng thái người dùng thay vì các thông số RSS và QoS khác.
5.4. Phương pháp hợp tác nhận biết bối cảnh.
Sử dụng chức năng nhận biết để tăng khả năng thích ứng, hỗ trợ liền mạch kết hợp với nhận biết bối cảnh để nâng cao trải nghiệm người dùng. Cơ chế đề xuất bao gồm một số chức năng như:
+ Chức năng thu nhận bối cảnh CAF (Context Acquisition Function): Thu thập và phát hiện các thông tin bối cảnh liên quan đến nguồn tài nguyên vô tuyến.
+ Chức năng cung cấp bối cảnh CIP (Context Information Provider) :Thu thập thông tin bối cảnh liên quan đến vị trí người sử dụng, cảm biến và người dùng để hỗ trợ quản lý di động.
+ Kết hợp bối cảnh: Kết hợp CAF và CIP theo ứng dụng và sở thích người dùng để đạt được QoS tối ưu nhất.
48
+ Quản lý di dộng: Đảm bảo chuyển giao liền mạch.
Các chức năng này cải thiện thủ tục chuyển giao nhanh chóng và hỗ trợ MN chuyển kết nối sang mạng mới với QoS tốt hơn. Một số đặc điểm chính của phương pháp này như:
+ Tăng cường trải nghiệm người dùng.
+ Giảm xác suất chặn cuộc gọi.
+ Tăng hiệu ứng Ping-pong.
+ Số lượng chuyển giao lớn.
5.5. Phương pháp sử dụng MIH.
Phương tiện chuyển giao độc lập MIH (Media Independent Handover) tập hợp và lưu trữ thông tin vùng lân cận từ cả mạng mục tiêu và MN để thực hiện quyết định chuyển giao sử dụng lớp liên kết thông minh. Chức năng chuyển giao độc lập MIHF (Media Independent Handover function) là thành phần chính cung cấp các dịch vụ khác nhau cho người dùng bằng cách sử dụng các giao diện khác nhau (lớp trên và lớp dưới). Cấu trúc MIHF được mô tả trong Hình 2.8 bao gồm các chức năng:
+ MIES (Media Independent Event Service) : Cảm biến và cung cấp cơ chế kích hoạt khác nhau như tình trạng liên kết và chất lượng tương ứng với hiện trạng của mạng.
+ MICS (Media Independent Command Service): Hỗ trợ lớp cao để quản lý các lớp thấp hơn và cấu hình lại mạng thông qua các tập hợp lệnh.
+ MIIS (Media Independent Information Service): Thực hiện chức năng phát hiện mạng sử dụng kênh thông tin địa chỉ MAC và thu thập thông tin về các mạng lân cận bao gồm cả các thông tin về bảo mật.
Trong phương pháp này, lớp ứng dụng và thông tin người dùng liên quan không được sử dụng để thực hiện đánh giá, đưa ra quyết định chuyển giao. Phương pháp chuyển giao này giúp MN tối ưu thông lượng, giảm tỷ lệ mất gói và lựa chọn được mạng tốt nhất. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất là tiêu tốn tài nguyên mạng và tăng chi phí xử lý tín hiệu.
49
Hình 2.8 : Cấu trúc MIHF
Phương pháp VHO dựa trên bối cảnh được phát triển cải thiện đáng kể chất lượng chuyển giao giữa các mạng không đồng nhất. Bảng 2.5 dưới đây tóm tắt lại đánh giá chi tiết từng phương pháp đã được trình bày.
Phân loại Diễn tả chi tiết Ưu điểm Nhược điểm
Phương pháp dựa Mobile agent
Mobile agent thu thập, phân phối và xử lý các thông tin bối cảnh để đưa ra quyết định chuyển giao.
- Thích ứng với các mạng khác nhau - Lưu trữ bối cảnh thích hợp.
- Tối ưu hóa tỷ lệ chặn cuộc gọi.
- Độ trễ lớn - Tăng báo hiệu - Khó triển khai thực tế.
Phương pháp dựa trên AHP
Quyết định chuyển giao dựa trên cơ chế xác định trước mục tiêu và lựa chọn mạng
- Giảm tỷ lệ mất gói.
- Giảm thời gian chờ chuyển giao.
- Thông lượng cao.
- Tốn năng lượng pin của MN.
- Mạng có giá dịch vụ thấp
50 bằng cách chấm điểm các mạng mục tiêu.
- Lựa chọn mạng tối ưu.
nhưng ko đảm bảo QoS có thể được lựa chọn.
Phương pháp dự báo bối cảnh.
Mô hình mẫu tính di dộng của MN và lịch sử dữ liệu người dùng được thu thập, đánh giá đưa ra quyết định chuyển giao.
- Giảm hiệu ứng Ping- pong khi di chuyển tốc độ thấp.
- Phù hợp với các mạng không ổn định
- Trễ chuyển giao cao.
- Tỷ lệ mất gói cao.
- Không ổn định khi di chuyển tốc độ cao.
Phương pháp hợp tác nhận biết bối cảnh
Phân phối quyết định chuyển giao được thực hiện dựa trên sự hợp tác của các mạng mục tiêu.
- Quyết định chuyển giao hiệu quả.
- Cải thiện QoS - Phân phối đầy đủ.
- Thích hợp với ứng dụng thời gian thực.
- Cải thiện khai thác hệ thống
- Chi phí xử lý tín hiệu lớn.
- Tỷ lệ mất gói cao.
- Chưa đảm bảo về bảo mật
Phương pháp sử dụng MIH.
Quyết định chuyển giao được thực hiện thông qua một số kích hoạt trước dựa trên đánh giá bối cảnh của người dùng và ứng dụng.
- Giảm tỷ lệ mất gói.
- Giảm thời gian đợi chuyển giao.
- Lựa chọn mạng tối ưu.
- Tối ưu thông lượng.
- Đảm bảo về bảo mật
- Tiêu thụ nhiều tài nguyên.
- Phân phối bối cảnh chưa tối ưu.
- Cần hỗ trợ xử lý tín hiệu.