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 ựược chất lượng tắn 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 giữựã ựạt tới một ngưỡng xác ựịnh, MSC có thể chỉ dẫn một vài thuê bao của tế bào kiểm tra chất lượng tắn hiệu phát các kênh từ các tế bào lân cận. Thuê bao nào mà nhận ựược chất lượng tắn hiệu phát có thể chấp nhận ựược từ một tế bào lân cận, một yêu cầu chuyển giao sẽ ựược thiết lập ựối với tế bào này và thuê bao ựược chuyển miễn là tế bào này có ựủ kênh rỗi
ựể 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 ựịnh vừa ựược tự do và sử dụng chúng cho các yêu cầu cuộc gọi mới.
1.4.5. Thuật toán cân bằng tải ựộng mượn kênh chọn lọc (LBSB)
Ý tưởng chắnh của thuật toán cân bằng tải ựộng mượn kênh chọn lọc LBSB là chuyển các kênh từ một tế bào có các kênh có sẵn ựược gọi là Ộô lạnhỢ sang một tế bào quá tải ựược gọi là Ộô nóngỢ [29][30][31]. Nguyên tắc cơ bản của việc mượn kênh là: khi một tế bào không còn ựủ kênh có sẵn ựể gán cho yêu cầu thiết lập cuộc gọi, gọi là tế bào quá tải hay Ộô nóngỢ, cần xác ựịnh các tế bào tải nhẹ xung quanh, còn gọi là Ộô lạnhỢ, một cách thắch hợp, ựể mượn kênh còn sẵn. Như vậy, một tế bào nóng không
ựược cho mượn kênh; việc mượn kênh ựược ưu tiên cho các tế bào nóng, và các thuê bao ựang rời khỏi tế bào nóng này ựược ưu tiên sử dụng kênh ựược mượn. Một tế bào lạnh không ựược 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.
Chắnh vì vậy, phải xác ựịnh các tiêu chắ ựể lựa chọn các tế bào lạnh một cách phù hợp, ựó là:
a) độ 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 ựó. Một tế bào ựược xác ựịnh là nóng hoặc lạnh phụ thuộc vào ựộ
lạnh dc: nếu dc nhỏ hơn hoặc bằng một ngưỡng h xác ựịnh thì ựó là tế bào nóng, ngược lại sẽ là tế bào lạnh. Việc xác ựịnh h phụ thuộc vào trung bình tỷ lệ các cuộc gọi ựến và tỷ lệ cuộc gọi ựược 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 (tắnh bằng số ô).
c) Số tế bào nóng bị khóa H(B,L) là số tế bào nóng ựồng kênh của tế bào cho mượn L và không ựồng kênh với tế bào cần mượn kênh B.
Như vậy, một tế bào lạnh phù hợp cho mượn kênh là tế bào có ựộ 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
ựược chọn ựể 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 ựây RCP là bán kắnh tắnh theo ựơn vị là ô của nhóm compact và 1≤ D(B,L)
≤Rcp, 0≤ H(B,L) ≤ 6. Tham số RCP và 7 ựược dùng làm chuẩn hoá. Từ ựó số kênh mượn từ tế bào lạnh X ựược xác ựịnh bởi phương trình (1.5):
Giá trị ngưỡng h ựược xác ựịnh từ hệ phương trình (1.6) [30]: ( ) '( 1) (1 ) ' (1 ) 1 ' (1 ) ' ' 6 6 0 1 1 1 1 1 1 (1 ) hC h C h h C hC h C b i i i h h i l l l p l l l l l l p p p + − − + − − = − = − − − + − − − = ∑ (1.6) Với ph là xác suất của tế bào chuyển thành nóng; l=pf/pr , lỖ=pỖf/pỖr với pf là xác xuất chuyển về phắa trước của tế bào lạnh, pỖf là xác xuất chuyển về phắa trước của một tế bào nóng, pr là xác xuất chuyển ngược của tế bào lạnh và pỖr là xác xuất chuyển ngượi của tế bào nóng trong mô hình Makov ựối với tế bào.
Việc cân bằng tải ựược thực hiện nhờ việc di chuyển một số kênh từ tế bào lạnh sang tế bào nóng theo một nguyên tắc nhất ựịnh. Sau ựó, việc gán kênh ựược thực hiện trên cơ sở phân loại thuê bao trong một tế bào thành 3 loại: a) thuê bao mới, b) thuê bao ựang rời ô, và c) thuê bao khác; từựó tạo thành 4 lớp ưu tiên khác nhau ựối với yêu cầu thiết lập cuộc gọi của 3 loại thuê bao nói trên. Kết quả mô phỏng [30] cho thấy thuật toán LBSB hoạt ựộng hiệu quả hơn các thuật toán cân bằng tải khác như thử trực tiếp.
1.4.6. Thuật toán cân bằng tải ựộng mượn kênh chọn lọc phân tán (D-LBSB)
Nguyên tắc hoạt ựộng cơ bản của thuật toán cân bằng tải ựộng với mượn kênh chọn lọc phân tán D-LBSB dựa trên thuật toán cấp phát kênh cố ựịnh FCA [17]. Một tế bào ựược xác ựịnh là nóng, nếu ựộ lạnh của tế bào nhỏ hơn hoặc bằng giá trị ngưỡng xác ựịnh h nào ựó. Trường hợp ngược lại thì tế bào ựược xác ựịnh là lạnh. Thuật toán D-LBSB cho phép sử dụng kênh rỗi của một tế bào lạnh cho một tế
bào nóng thông qua cơ chế mượn kênh phân tán, nghĩa là, trạm ựiều khiển của một tế bào (bất kỳ) có khả năng thực hiện thuật toán mỗi khi tế bào quá tải với yêu cầu cấp phát kênh (ô nóng).
Trong khi thuật toán LBSB ựược kắch hoạt thực hiện ở thiết bị ựiều khiển trung tâm MSC theo chu kỳ xác ựịnh thì thuật toán D-LBSB ựược thực hiện ựồng thời ở tất cả tế bào nóng. Như vậy, D-LBSB phản ứng nhạy cảm hơn thuật toán LBSB với yêu cầu tải cấp phát kênh thay ựổi ựột biến tại chắnh nơi xảy ra ựột biến tải, hay chắnh là tế
bào nóng. Lưu ý rằng, hiệu quả hoạt ựộng của thuật toán tập trung LBSB phụ thuộc vào việc lựa chọn chu kỳ kắch hoạt thuật toán này ở trạm ựiều khiển trung tâm MSC; chu kỳ này cần ựược xác ựịnh mềm dẻo: là chu kỳ ngắn nếu tải thay ựổi thường xuyên; là chu kỳ dài nếu hệ thống ổn ựịnh với một mức tải nhất ựịnh.
Thuật toán phân tán D-LBSB cũng có vấn ựề của nó. Do thuật toán ựược kắch hoạt ựồng thời ở tất cả các tế bào nóng, có thể dẫn ựến tình trạng là nhiều yêu cầu cấp phát kênh từ nhiều tế bào nóng ựược xử lý bởi một tế bào lạnh. Có thể giải quyết vấn
ựề này bằng việc gán cho các yêu cầu khác nhau thứ tự ưu tiên khác nhau và việc xử lý yêu cầu cấp phát kênh ựược thực hiện theo thứ tựưu tiên xác ựịnh. Một vấn ựề khác là, khi một kênh ựược cấp phát, tế bào cho mượn kênh cần biết giá trị hàm F(B,L) của tất cả các tế bào trong nhóm compact. Giá trị hàm F(B,L) có thể thay ựổi với mỗi tế bào khi kênh ựược cho mượn từ tế bào ựó bởi tế bào nóng thực hiện thuật toán D-LBSB
ựồng thời.
1.4.7. Thuật toán mượn, khóa kênh thắch nghi
Thuật toán do tác giả Yongbing ZHANG ựề xuất [7], nhằm cải tiến những nhược ựiểm của LBSB. điểm khác biệt cơ bản ở ựây là: hệ thống sử dụng 2 ngưỡng, ngưỡng nóng và ngưỡng lạnh ựể phân loại các tế bào trong hệ thống thành 3 lớp tương
ứng với trạng thái của tế bào - cũng chắnh là số kênh rỗi trong tế bào, ựó là tế bào lạnh, tế bào trung bình và tế bào nóng (Hình 1.9). điều này cho trạng thái tế bào liên tục chuyển từ nóng sang lạnh và ngược lại. Tế bào nóng chỉ ựược phép mượn kênh từ tế
bào lạnh, và tế bào lạnh chỉ giới hạn việc cho mượn kênh ựối với các tế bào nóng. Còn tế bào trung bình không ựược phép mượn cũng như cho mượn kênh.
Hình 1.9: Phân loại tế bào lạnh, tế bào trung bình và tế bào nóng
Việc xác ựịnh ngưỡng ựược thực hiện như sau: Ký hiệu ci là số kênh rỗi trong tế
bào thứ i, 2 ngưỡng nóng Th và lạnh Tl ựể phân loại các tế bào thành 3 lớp khác nhau,
0≤ Th ≤ Tl ≤ C. Nếu số kênh rỗi trong tế bào i bằng hoặc lớn hơn ngưỡng lạnh tức là
ci≥Tl thì nó ựược gọi là tế bào lạnh, nếu số kênh rỗi của tế bào i nhỏ hơn hoặc bằng ngưỡng nóng, tức ci≤ Th thì ựó là tế bào nóng, nếu Tl>ci>Th thì nó ựược gọi là tế bào trung bình. Ngưỡng lạnh Tl ựược xác ựịnh bằng trung bình cộng của số kênh rỗi của các tế bào trong toàn mạng cavr, ngưỡng nóng Th = Tl - ∆lh, với ∆lh>0 và Th> cmin, cmin
là giá trị nhỏ nhất mà Th có thể nhận ựược. Giá trị của ngưỡng lạnh thay ựổi tuỳ thuộc vào trạng thái của toàn bộ hệ thống. tế bào nóng ựược phép mượn kênh từ các tế bào lạnh nhưng tế bào lạnh không ựược phép mượn kênh. tế bào trung bình không ựược phép mượn hoặc cho mượn kênh.
1.5. Nhận xét các thuật toán mượn, khóa kênh
Từ việc khảo sát các thuật toán mượn khóa kênh truyền thống, luận án cho thấy
ựa số các thuật toán truyền thống ựều sử dụng giá trị ngưỡng ựể phân biệt trạng thái tải của tế bào. điều này dễ gây cho hệ thống mất ổn ựịnh vì trạng thái tải của các tế bào dao ựộng xung quanh ngưỡng (hiệu ứng quả bóng bàn) và truyền các thông ựiệp không cần thiết. Mặt khác việc xác ựịnh giá trị ngưỡng quá phức tạp và tốn thời gian, số cuộc gọi tới và thời gian thực hiện cuộc gọi không biết trước, vì vậy cần có một cơ chế dự
báo phù hợp hơn, hiệu quả hơn. Trong luận án này sẽ ựề xuất một cơ chế mới ựể giải quyết vấn ựề trên hiệu quả hơn: phương pháp mượn, khóa kênh trên cơ sở bộ ựiều khiển thông minh. Phương pháp mới này cho phép khắc phục ựược hạn chế của các
phương pháp truyền thống và cho kết quả tốt hơn các thuật toán mượn kênh ựã xét trong phần 1.4 ở trên.
1.6. Kết luận
Trong chương này luận án ựã xem xét tổng quan về mạng di ựộng tế bào, các khái niệm cơ bản, sự cấp phát kênh cũng như so sánh các phương pháp cấp phát kênh FCA, DCA, HCA và xét tắnh hiệu quả của chúng. đặc biệt trong ựó luận án ựã xét các thuật toán mượn/khoá kênh ựể nâng cao khả năng của mạng di ựộng tế bào do tài nguyên của mạng là hạn chế, từ ựó nâng cao dung lượng, chất lượng dịch vụ và tăng khả năng cân bằng tải của toàn hệ thống. Nội dung của chương này chắnh là cơ sở ựể
xét và ựề xuất các phương pháp mượn, khoá kênh mới mà sẽ ựược xét trong các chương tiếp theo của luận án.
Chương 2. MƯỢN, KHÓA KÊNH đỘNG TRÊN CƠ SỞ
BỘ đIỀU KHIỂN LOGIC MỜ VÀ MẠNG NƠ RON
Trong chương 2 luận án sẽ khảo sát thuật toán mượn, khóa kênh và cân bằng tải
ựộng trên cơ sở bộựiều khiển logic mờ FDCBS và mạng nơ ron mờ NFDCBS ựược ựề
xuất bởi tác giả Yao-Tien Wang [47][48]. đánh giá những hạn chế của các thuật toán này, ựồng thời ựề xuất một số cải tiến ựối với thuật toán NFDCBS. Sau ựó, chương 2 cũng chỉ ra những hạn chế của phương pháp mượn kênh trên cơ sở bộựiều khiển logic mờ, bộựiều khiển nơ ron Ờmờ truyền thống, và ựề xuất phương pháp mượn, khóa kênh mới trên cơ sở bộựiều khiển mạng nơ ron- mờ sử dụng phép ựo subsethood.
2.1. Mở ựầu
Trong các phương pháp mượn, khóa kênh truyền thống thường sử dụng giá trị
ngưỡng ựể xác ựịnh trạng thái tải của tế bào [5][6][7][30]. Nhưng việc xác ựịnh giá trị
ngưỡng tải tế bào phù hợp là cực kỳ khó khăn và tốn nhiều thời gian tắnh toán. Mặt khác việc sử dụng ngưỡng ựể phân tách trạng thái tải tế bào dễ gây ra hiệu ứng quả
bóng bàn [7][30]. Vì khi tải tế bào dao ựộng xung quanh ngưỡng sẽ gây cho hệ thống mất ổn ựịnh và truyền các thông ựiệp không cần thiết mức ựộ cao. điều này ảnh hưởng
ựến chất lượng của toàn hệ thống. Mặt khác số cuộc gọi ựến, thời gian thực hiện cuộc gọi là bất ựịnh và không biết trước. điều này ựặt ra yêu cầu bức thiết là cần phải có một cơ chế dự báo phù hợp hơn, hiệu quả hơn. đa số các phương pháp ựược ựề xuất gần ựây ựều sử dụng các công cụ tắnh toán thông minh, mà trong ựó mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen, lý thuyết bầy ựàn là chủ yếu. Việc sử dụng các phương pháp tắnh toán thông minh, hoặc kết hợp các phương pháp này với các phương pháp mượn, khóa kênh truyền thống ựã cải thiện ựáng kể dung lượng, chất lượng hệ thống di ựộng tế bào. Trong ựó các thuật toán ựược ựề xuất bởi Yao-Tiên Wang [47][48] là các thuật toán
Yao-Tien Wang ựã phát triển thuật toán mượn kênh FDCBS [47] trên cơ sở bộ ựiều khiển logic mờ. Thuật toán FDCBS cho phép khắc phục ựược hạn chế của các phương pháp truyền thống và dự báo ựược trạng thái tải của tế bào. FDCBS thể hiện khả năng thắch nghi, khả năng dung sai lỗi tốt hơn so với các thuật toán khác. đồng thời nó cũng cho phép giảm xác xuất khóa kênh, xác suất dớt cuộc gọi, ựộ phức tạp truyền thông ựiệp và thời gian trễ thu kênh. Nhưng cũng như nhiều thuật toán khác, FDCBS cũng còn bộc lộ nhiều nhược ựiểm như FDCBS phụ thuộc mạnh vào tri thức chuyên gia, khó bao quát hết các trường hợp xẩy ra khi bài toán phức tạp, và khả năng xấp xỉ bị hạn chế do bản chất của việc thiết kế tập luật ựiều khiển mờ. Trong [48], Yao- Tien Wang ựã khắc phục ựiều ựó bằng cách ựề xuất bộ ựiều khiển mượn kênh ựộng NFDCBS. NFDCBS sử dụng mạng nơ ron mờ với tập dữ liệu huấn luyện ựể phát sinh tập luật tựựộng nên ắt phụ thuộc vào tri thức chuyên gia lĩnh vực hơn. Sau ựây luận án sẽ khảo sát các thuật toán này của Yao-Tien Wang và chỉ ra những ựiểm hạn chế của chúng. Sau ựó luận án cũng ựề xuất một số cải tiến ựối với các thuật toán này nhằm tăng dung lượng và cải thiện nâng cao chất lượng của hệ thống mạng di ựộng tế bào.
2.2. Thuật toán mượn kênh FDCBS và NFDCBS
2.2.1. Mô hình hệ thống mạng di ựộng tế bào
Mô hình hệ thống di ựộng tế bào ựược FDCBS giả thiết như sau: hệ thống bao