Trong mạng thông tin di ñộng tế bào, vấn ñề chuyển giao có quan hệ chặt chẽ
với việc cấp phát kênh. Các thuê bao không chỉ di chuyển bên trong một tế bào mà còn di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác hoặc ñi qua nhiều ô, giữa các khu kề nhau lại sử dụng các kênh vô tuyến có tần số khác nhau, vậy cuộc gọi ñang thực hiện có bị dớt không hay ñược xử lý như thế nào. Theo [32], quá trình chuyển giao là quá trình chuyển một cuộc gọi ñang ñược thực hiện từ tế bào này sang tế bào khác.
Thay vì ñể cuộc gọi bị rớt, quá trình chuyển giao giúp cho cuộc gọi ñược liên tục. Quá trình chuyển giao xảy ra khi hệ thống thông tin di ñộng tự ñộng chuyển cuộc gọi từ kênh vô tuyến này sang kênh vô tuyến khác khi thuê bao di ñộng di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác liền kề với nó. Trong quá trình ñàm thoại, hai thuê bao cùng chiếm một kênh thoại. Khi một thuê bao di ñộng chuyển ñộng ra khỏi vùng phủ sóng của tế bào cho trước, tín hiệu ñầu thu của tế bào này sẽ giảm. Khi ñó, tế bào ñang sử
dụng sẽ yêu cầu một chuyển giao ñến hệ thống. Hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi ñến một tế bào có tần số với cường ñộ tín hiệu thu mạnh hơn mà không làm gián ñoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo ñến người sử dụng. Cuộc gọi sẽ ñược tiếp tục mà người sử dụng không nhận thấy quá trình chuyển giao diễn ra.
Chuyển giao ñược thực hiện theo một trong 2 cách: chuyển giao cứng và chuyển giao mềm (hình 1.6, 1.7). Thuật ngữ chuyển giao cứng ñược sử dụng khi kênh liên lạc bị giải phóng trước khi ñạt ñược kênh mới từ tế bào lân cận, có nghĩa là ñường tín hiệu giữa thuê bao và trạm phát ban ñầu của nó bị mất trong giây lát trước khi kết nối lại với trạm phát ñích. Chuyển giao cứng ñược sử dụng trong các hệ thống TDMA, FDMA, GPRS [32]. Ngược lại với chuyển giao cứng, chuyển giao mềm có thể thiết lập ña kết nối với các tế bào lân cận, chuyển giao mềm ñược sử dụng ở các hệ thống CDMA, ở ñó các tế bào có cùng băng tần nhưng sử dụng các mã khác nhau.
Hình 1.6: Chuyển giao cứng giữa MS và các BS
Hình 1.7: Cường ñộ tín hiệu và hiện tượng trễ giữa hai BS liền kềñể chuyển giao có thể xẩy ra
Nghĩa là 2 trạm phát ñồng thời kết nối với thuê bao trong thời gian ngắn trong quá trình chuyển giao, ngay khi ñường tín hiệu giữa thuê bao và trạm phát mới ñược chấp nhận,
ñường tín hiệu giữa thuê bao và trạm gốc ban ñầu sẽ bị loại bỏ. Kỹ thuật này ñảm bảo việc chuyển giao ñược suôn sẻ và không bị gián ñoạn cuộc gọi. Trong chuyển giao mềm, mỗi thuê bao duy trì một tập mà ở ñó các BS lân cận ñược thêm vào khi RSS vượt quá một ngưỡng cho trước và bị loại khỏi tập này nếu RSS giảm xuống thấp hơn một ngưỡng khác trong một khoảng thời gian cho trước. Khi có sự xuất hiện hoặc biến mất của một BS một cách ñột ngột, một chuyển giao mềm sẽ xuất hiện. Một số hệ
thống sử dụng chuyển giao mềm như IS-95, CDMA băng rộng [33][34].
1.4. Các thuật toán mượn, khoá kênh
1.4.1. Mượn, khoá kênh
Trong mạng di ñộng tế bào, khái niệm mượn kênh chỉ tới việc một tế bào có thể
mượn kênh từ các tế bào lân cận của nó hoặc mượn kênh từ vùng này tới vùng khác trong tế bào[5][34][35]. Các thuật toán mượn kênh, khoá kênh khác với thuật toán FCA cơ bản ở chỗ nó cho phép một tế bào sử dụng một số kênh từ các tập kênh khác ngoài các kênh mà nó ñược cấp phát [6]. Việc thực hiện mượn kênh ñược thực hiện khi không còn kênh danh ñịnh nào ñể ñáp ứng cho yêu cầu cuộc gọi (các cuộc gọi mới hoặc các yêu cầu chuyển giao) hoặc khi số lượng kênh bận ñã ñạt tới một ngưỡng xác
ñịnh. Các kênh ñã mượn thông thường từ các tế bào lân cận, trong một số trường hợp từ các tế bào cùng thuộc nhóm Compact với tế bào mượn kênh. Sự mượn kênh xẩy ra khi một tế bào quá tải trong khi các tế bào lân cận có tải nhẹ hơn hoặc khi cần thực hiện cân bằng tải trong mạng. Từ ñó tăng dung lượng kênh cho mạng dẫn ñến tăng chất lượng dịch vụ cho toàn hệ thống. Khi một tế bào thực hiện mượn một kênh từ tế bào lân cận thì kênh cho mượn phải không ảnh hưởng nhiễu ñến các kênh ñang ñược sử
dụng, chính vì vậy mà kênh mượn của tế bào cho mượn cần phải ñược khoá tại các tế
nào mượn ñược nhiều kênh mà số tế bào ñồng kênh phải khoá kênh là ít nhất, số tế bào bị khoá mà chuyển thành trạng thái “quá tải” là ít nhất mà không gây nhiễu cho các kênh sử dụng khác. Có nhiều thuật toán mượn/khoá kênh ñã ñược ñề xuất và mỗi thuật toán ñều có những ưu, nhược ñiểm riêng. Sau ñây luận án sẽ khảo sát một số thuật toán mượn, khoá kênh tiêu biểu ñể nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng hoặc ñể thực hiện cân bằng tải ñộng của mạng.
1.4.2. Thuật toán mượn, khoá kênh ñơn giản
Thuật toán mượn, khoá kênh ñược ñề xuất lần ñầu tiên (1993) có tên là là mượn kênh ñơn giản SB [15][24]. Trong thuật toán này, khi yêu cầu cuộc gọi ñến một tế bào và ở ñó không còn kênh danh ñịnh nào rỗi nữa, trạm gốc có thể mượn một kênh từ tế
bào lân cận ñể phục vụ yêu cầu cuộc gọi miễn là kênh này không gây nhiễu cho các cuộc gọi hiện thời. MSC giám sát thủ tục mượn kênh theo một thuật toán chú trọng tới kênh của các tế bào có lưu lượng thấp. Vì lý do nhiễu ñồng kênh nên những tế bào có khoảng cách so với tế bào mượn kênh từ một ñến hai tế bào mà có kênh danh ñịnh cùng tần số với kênh ñã mượn sẽ không ñược sử dụng, do vậy, MSC sẽ khóa kênh ở
những tế bào này. MSC lưu trữ dữ liệu về những kênh rỗi, ñang phục vụ, ñã cho mượn và ñã khóa ñồng thời MSC cũng phải mở rộng khả năng lưu trữ tại MSC ñể phục vụ
việc cần thiết phải tìm kiếm dữ liệu. Thuật toán SB ñem lại khả năng khóa cuộc gọi thấp hơn FCA dưới ñiều kiện lưu lượng thấp và trung bình. Tuy nhiên, trong ñiều kiện mật ñộ lưu lượng lớn, việc mượn kênh có thể tăng nhanh ñến mức mà hiệu quả sử dụng kênh bị suy giảm nghiêm trọng, do tốc ñộ khoá kênh gia tăng nhanh chóng, kết quả cho thấy FCA thực hiện tốt hơn SB ở ñiều kiện lưu lượng lớn. Thuật toán mượn kênh ñơn giản tiêu biểu là thuật toán mượn kênh có khoá kênh và mượn kênh không khoá kênh. Thuật toán mượn kênh có khoá kênh sử dụng chiến lược mượn kênh có khóa kênh [15][16][17] nhằm mượn kênh từ tế bào liền kề nhưng ngăn cản hoàn toàn hoặc một phần việc sử dụng kênh ñã ñược mượn trong các tế bào ñồng kênh với tế bào cho
mượn mà gần với tế bào mượn ñể tránh nhiễu ñồng kênh. Ví dụ như trong hình 1.8, Khi tế bào P mượn kênh x từ tế bào A1ñể phục vụ cuộc gọi trong P, tế bào A2 và A3 là những tế bào ñồng kênh với A1 sẽ không ñược phép dùng kênh x nữa vì nó nằm trong phạm vi nhiễu ñồng kênh của P. Từ ñó kênh x trong các tế bào ñồng kênh này phải
ñược khoá ñể tránh nhiễu cho tế bào P khi P ñang sử dụng kênh mượn x từ A1.
Hình 1.8: Mượn kênh và khoá kênh
Khóa kênh làm giảm dung lượng của mạng. ðể khắc phục trở ngại này, một số
thuật toán ñược bổ sung thêm các chiến lược tái gán kênh. Tái gán kênh là một chuyển giao bên trong tế bào, tức là thuê bao ñược yêu cầu thay ñổi tần số ñang sử dụng hiện thời sang một tần số khác dưới sự ñiều khiển của cùng trạm gốc. Tái gán kênh ñược coi như là cách làm giảm khả năng khóa kênh và làm cực ñại việc tái sử dụng kênh. Trái lại trong thuật toán mượn kênh không khoá kênh sử dụng chiến lược mượn kênh không khóa (CBWL) [7][8][9][32][45] từ những tế bào lân cận, theo cách này, kênh ñi mượn
kênh của tế bào cho mượn mà gần với tế bào mượn (trong phạm vi khoảng cách tái sử
dụng ñồng kênh).
1.4.3. Các thuật toán mượn, khóa kênh lai ghép
Vấn ñề chính của thuật toán SB là không có sự ñiều khiển về số lượng kênh mà mỗi tế bào có thể cho mượn. Trong thuật toán mượn kênh lai ghép ñơn giản SHCB [6][32], tập các kênh ñược gán cho một tế bào ñược chia làm 2 nhóm A và B. Nhóm A là là các kênh nội bộ chỉñược sử dụng ñể phục vụ yêu cầu cuộc gọi bên trong ô. Các tế
bào lân cận có thể mượn các kênh của nhóm B là nhóm gồm các kênh “có thể mượn”. Tỉ số A:B ñược coi là khả năng cho mượn.
Thuật toán mượn với sắp xếp kênh (BCO) cũng chia kênh danh ñịnh thành 2 nhóm nhưng tỉ số giữa kênh nội bộ và có thể mượn là ñộng và phụ thuộc vào ñiều kiện lưu lượng hiện thời. Các kênh trong tế bào ñược sắp xếp theo cách: Kênh ñầu tiên có thứ tự ưu tiên cao nhất ñể gán cho cuộc gọi phát sinh ñi hoặc ñến trong tế bào, kênh cuối cùng có thứ tự ưu tiên cao nhất trong việc cho các tế bào lân cận mượn. Mỗi lần thực hiện cuộc gọi, kênh thích hợp nhất trong số tất cả các kênh rỗi sẽñược chọn. Nếu trạm gốc thực hiện chức năng này, MSC cần thiết ñược thông báo về kết quả gán. MSC sử dụng thuật toán tương ứng ñể tính toán và cập nhật khả năng mỗi kênh ñược mượn dựa trên các ñiều kiện về lưu lượng. Nếu kênh là rỗi ở trong 3 tế bào ñồng kênh gần nhất thì chỉ khi ñó kênh mới thích hợp ñối với việc cho mượn. ðể làm tăng kênh có sẵn dành cho việc mượn hoặc khóa, một số phiên bản của thuật toán BCO có thêm việc tái gán kênh. Khi một kênh có thứ tự ưu tiên cao ñược giải phóng, kênh này ñược tái cấp phát cho một thuê bao hiện thời ñang sử dụng kênh có thứ tựưu tiên thấp nhất.
Mượn với khóa kênh ñịnh hướng (DBCL) tương tự như thuật toán BCO có tái gán kênh. Tuy nhiên thuật toán DBCL sử dụng cách thức khóa kênh hiệu quả. Khi một kênh bị khóa, nó chỉ bị khóa ở những hướng mà sẽ gây ra nhiễu ñồng kênh. Các tế bào
Thuật toán SHCB thực hiện tốt hơn FCA trong trường hợp lưu lượng thấp và trung bình. Dưới ñiều kiện tải lớn, ñiểm mà SHBC làm tốt hơn FCA sẽ phụ thuộc vào tỉ số A:B. Theo kết quả mô phỏng thì các thuật toán BCO và DBCL thực hiện tốt hơn FCA trong mọi ñiều kiện về lưu lượng. Thuật toán DBCL thực hiện tốt hơn BCO và cũng là một thuật toán cấp phát kênh ñộng gọi là chiến lược gán kênh ñịa phương ñộng (LODA). Bằng việc kết hợp khóa kênh ñịnh hướng và tái gán kênh, DBCL ñã làm gia tăng việc tái sử dụng kênh.
1.4.4. Thuật toán thử trực tiếp
Trong thuật toán thử trực tiếp, giả thiết là có vùng phủ sóng chồng lấn giữa các tế bào mà ở vùng này các thuê bao có thể thu ñược chất lượng tín hiệu phát từ tế bào lân cận tốt gần như là trong tế bào hiện thời . Khi một thuê bao thử thiết lập cuộc gọi và không còn kênh rỗi nào nữa [11] hoặc các kênh bị chiếm giữñã ñạt tới một ngưỡng xác ñịnh, MSC có thể chỉ dẫn một vài thuê bao của tế bào kiểm tra chất lượng tín hiệu phát các kênh từ các tế bào lân cận. Thuê bao nào mà nhận ñược chất lượng tín hiệu phát có thể chấp nhận ñược từ một tế bào lân cận, một yêu cầu chuyển giao sẽ ñược thiết lập ñối với tế bào này và thuê bao ñược chuyển miễn là tế bào này có ñủ kênh rỗi
ñể cấp phát một kênh theo yêu cầu của thuê bao. Bằng cách này, tế bào mà có lưu lượng cao có thể có một số kênh danh ñịnh vừa ñược tự do và sử dụng chúng cho các yêu cầu cuộc gọi mới.
1.4.5. Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc (LBSB)
Ý tưởng chính của thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc LBSB là chuyển các kênh từ một tế bào có các kênh có sẵn ñược gọi là “ô lạnh” sang một tế bào quá tải ñược gọi là “ô nóng” [29][30][31]. Nguyên tắc cơ bản của việc mượn kênh là: khi một tế bào không còn ñủ kênh có sẵn ñể gán cho yêu cầu thiết lập cuộc gọi, gọi là tế bào quá tải hay “ô nóng”, cần xác ñịnh các tế bào tải nhẹ xung quanh, còn gọi là “ô lạnh”, một cách thích hợp, ñể mượn kênh còn sẵn. Như vậy, một tế bào nóng không
ñược cho mượn kênh; việc mượn kênh ñược ưu tiên cho các tế bào nóng, và các thuê bao ñang rời khỏi tế bào nóng này ñược ưu tiên sử dụng kênh ñược mượn. Một tế bào lạnh không ñược phép mượn kênh; không phải tế bào lạnh nào cũng có thể cho mượn kênh có sẵn, và việc cho mượn kênh có thể làm cho tế bào lạnh trở thành tế bào nóng.
Chính vì vậy, phải xác ñịnh các tiêu chí ñể lựa chọn các tế bào lạnh một cách phù hợp, ñó là:
a) ðộ lạnh của một tế bào lạnh L gọi là dc(L) là tỉ số giữa số kênh có sẵn và tổng
C kênh của tế bào ñó. Một tế bào ñược xác ñịnh là nóng hoặc lạnh phụ thuộc vào ñộ
lạnh dc: nếu dc nhỏ hơn hoặc bằng một ngưỡng h xác ñịnh thì ñó là tế bào nóng, ngược lại sẽ là tế bào lạnh. Việc xác ñịnh h phụ thuộc vào trung bình tỷ lệ các cuộc gọi ñến và tỷ lệ cuộc gọi ñược kết thúc của toàn mạng. Các giá trị của h thường là 0,2 hoặc 0,25.
b) Khoảng cách gần D(B,L) là khoảng cách giữa tế bào cần mượn kênh B và tế
bào cho mượn kênh L (tính bằng số ô).
c) Số tế bào nóng bị khóa H(B,L) là số tế bào nóng ñồng kênh của tế bào cho mượn L và không ñồng kênh với tế bào cần mượn kênh B.
Như vậy, một tế bào lạnh phù hợp cho mượn kênh là tế bào có ñộ lạnh dc(L)
cao, khoảng cách gần D(B,L) nhỏ và số tế bào nóng bị khóa H(B,L) nhỏ. Tế bào lạnh
ñược chọn ñể cho mượn kênh trong nhóm các tế bào lạnh phù hợp cho mượn kênh là tế
bào có giá trị hàm F(B,L) là lớn nhất [16]: ) 7 ) , ( 1 .( ) , ( ) ( ) , ( L B H R L B D L d L B F CP c + = (1.4)
Ở ñây RCP là bán kính tính theo ñơn vị là ô của nhóm compact và 1≤ D(B,L)