Cải thiện quá trình chuyển giao dọc của thiết bị đầu cuối di động đa giao diện không dây

- Vũ Mạnh Hùng CẢI THIỆN QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO DỌC CỦA THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI DI ĐỘNG ĐA GIAO DIỆN KHÔNG DÂY Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- PHẠM VĂN TIẾN HÀ NỘI 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các số liệu và kết quả trong luận văn này là công trình nghiên cứu riêng, độc lập của tác giả và chưa được công bố trên các tài liệu nào khác.
- Các kết quả được sử dụng trong luận văn đã được trích dẫn và ghi rõ nguồn gốc.
- Hà nội, ngày 22 tháng 09 năm 2011 Tác giả Vũ Mạnh Hùng Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 1 MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU TRONG TRONG LUẬN VĂN.
- 9 1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn.
- 9 1.2 Tổ chức luận văn.
- 9 CHƯƠNG 2: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.
- 11 2.1 Cuộc cách mạng của hệ thống thông tin di động.
- 11 2.1.1 Cuộc cách mạng của công nghệ tế bào.
- 11 2.1.2 Quá trình phát triển của công nghệ không dây băng thông rộng.
- 20 3.2 Quản lý chuyển giao trong mạng hỗn tạp.
- 20 3.2.1 Phân loại chuyển giao.
- 21 3.2.1 Quá trình chuyển giao dọc.
- 22 3.3 Khái quát về thuật toán chuyển giao dọc.
- 25 3.3.1 Tiêu chuẩn xác định chuyển giao.
- 25 3.3.2 Phân loại các thuật toán quyết định chuyển giao dọc.
- 28 3.4 Biểu diễn các thuật toán quyết định chuyển giao dọc.
- 29 3.4.1 Các thuật toán VHD dựa vào RSS.
- 30 3.4.2 Thuật toán VHD dựa vào băng thông.
- 35 3.4.3 Thuật toán VHD dựa vào hàm giá.
- 40 3.4.4 Thuật toán tổ hợp.
- 51 Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH Giới thiệu.
- 51 4.1.2 Quá trình chuyển giao.
- 51 4.2 Đánh giá cần thiết chuyển giao.
- 55 5.2.1 Dự đoán thời gian di chuyển sử dụng đo lường RSS và thông tin tốc độ .
- 57 5.3.1 Tính toán ngưỡng thời gian cho giảm thiểu chuyển giao thất bại.
- 57 5.3.2 Tính toán ngưỡng thời gian để giảm thiểu chuyển giao không cần thiết.
- 72 Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 3 CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU TRONG TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1 Quá trình phát triển của công nghệ tế bào.
- 11 Hình 3.1 Quản lý di động trong môi trường mạng hỗn tạp.
- 19 Hình 3.2 Ví dụ về chuyển giao ngang và chuyển giao dọc trong mạng hỗn tạp.
- 20 Hình 3.3 Các thông số sử dụng trong quá trình quyết định chuyển giao.
- 25 Hình 3.4: Thuật toán VHD Zahran[ZLS06.
- 30 Hình 3.5: Dự đoán VHD [MA06.
- 31 Hình 3.6: Phỏng đoán VHD [YMS08, YSM08, YSN.
- 34 Hình 3.7: Phương pháp VHD của Lee.
- 36 Hình 3.8: Phương pháp VHD của Yang [YGQD07.
- 37 Hình 3.9: Thuật toán VHD [CCHL07.
- 38 Hình 3.10: Phương pháp VHD Zhu[ZM04, ZM06.
- 40 Hình 3.11: Phương pháp VHD Hasswa[HNH06, NHH06B.
- 42 Hình 3.12: Phương pháp VHD Tawil [TPS08.
- 43 Hình 3.13 Kiến trúc của hệ thống Nasser [NGAM07.
- 45 Hình 3.14: Cấu trúc của ANN liên tiếp sử dụng trong giản đồ VHD của Nasser [NGAM07.
- 46 Hình 3.15: Cấu trúc của ANN sử dụng cho VHD trong sơ đồ VHD của Pahlavan .
- 47 Hình 3.16: Phương pháp Xia [XJH07.
- 49 Hình 4.1: Quá trình xác định chuyển giao dọc.
- 53 Hình 5.1: Kịch bản cho dự đoán thời gian di chuyển trong WLAN.
- 61 Hình 6.1: Xác suất chuyển giao thất bại của phương pháp dựa vào RSS và HNE.
- 62 Hình 6.2: Xác suất chuyển giao không cần thiết của phương pháp dựa vào RSS và HNE.
- 63 Hình 6.3: Số chuyển giao thất bại theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao.
- 64 Hình 6.4 Số chuyển giao không cần thiết theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao.
- 65 Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 4 Hình 6.5 Số chuyển giao thất bại theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao.
- 66 Hình 6.6 Số chuyển giao không cần thiết theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao.
- 67 Hình 6.7 Số chuyển giao thất bại theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao.
- 68 Hình 6.8 Số chuyển giao không cần thiết theo phương pháp RSS cố định và đánh giá cần thiết chuyển giao.
- 69 Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 5 THUẬT NGỮ TIẾNG ANH Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt 1G First Generation Thế hệ di động đầu tiên2G Second Generation Thế hệ di động thứ hai 3G Third Generation Thế hệ di động thứba3GPP 3rd Generation Partnership ProjectDự án thế hệ sau 3G 4G Fourth Generation Thế hệ di động thứ tưAMPS Advanced Mobile Phone SystemHệ thống điện thoại di động tiên tiến ANN Artificial Neural Networks Mạng nơron nhân tạo AP Access Point Điểm truy nhập ASST Application Signal Strength ThresholdỨng dụng ngưỡng cường độ tín hiệu BS Base Station Trạm gốc CAC Call Admission Control Điều khiển nhập cuộc gọi CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã CFC Cost Factor Calculation Tính toán hệ số giáEC European Commission Ủy ban Châu âu EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution Tăng tốc độ truyền dữ liệu cho GSM FDD Frequency Division DuplexGhép kênh song công phân chia theo tần sốFDMA Frequence Division Multiple AccessĐa truy cập phân chia theo tần số GPRS General Packet Radio ServiceDịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning SystemHệ thống định vị toàn cầu GSA Global mobile Suppliers Association Hiệp hội nhà cung cấp di động toàn cầu GSM Global System for Mobile CommunicationsHệ thống thông tin di động toàn cầu HA Home Agent Đại lý gốc HNE Handover Necessity EstimationĐánh giá cần thiết chuyển giaoHDTV High Definition TiVi Tivi độ nét cao HSDPA High Speed Downlink Truy nhập gói đường Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 6 Packet Access xuống tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet AccessTruy nhập gói đường lên tốc độ cao IMT-2000 International Mobile Telecommunications-2000Thông tin di động quốc tế 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet IST Information Society TechnologiesCông nghệ thông tin xã hộiITU International Telecommunication UnionTổ chức viễn thông quốc tế LTE Long Term Evolution Tiến hóa lâu dài MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung gian MICS Media Independent Command Service Dịch vụ điều khiển phương tiện độc lập MIES Media Independent Event ServiceDịch vụ sự kiện phương tiện độc lập MIH Media Independent HandoverChuyển giao phương tiện độc lập MIHF Media Independent Handover Function Hàm chuyển giao điều khiển phương tiện độc lập MIIS Media Independent Information ServiceDịch vụ thông tin phương tiện độc lập MIMO Multiple-Input Multiple-OutputĐa đầu vào đa đầu ra MIRAI Multimedia Integrated Network by Radio Access Innovation Tích hợp mạng đa phương tiện bằng cải tạo truy nhập vô tuyến MT Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối di độngMN Mobile Node Điểm di động MS Mobile SubscriberThuê bao di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MT Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối di động NMT Nordic Mobile Telephone Mạng viễn thông Bắc âu OFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingGhép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple AccessĐa truy nhập phân chia theo tần số trực giaoPDC Personal Digital CellularTếbào số cá nhânPDF Probability Density Hàm mật độ xác suất Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 7 FunctionPEV Performance Evaluation ValuesGiá trị ước lượng hiệu suấtPoA Point of Attachment Điểm gán QAM Quadrature Amplitude ModulationĐiều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụRSS Received Signal Strength Cường độ tín hiệu thuSAP Service Access Point Dịch vụ điểm truy nhậpSINR Signal to Interference and Noise RatioTỷ số tín hiệu nhiễu trên tạp âm TACS Total Access Communications SystemCác hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toànTDMA Time Division Multiple AccessĐa truy nhập phân chia theo thời gian UE User Equipment Thiết bị người dùngUMA Unlicensed Mobile AccessTruy nhập di động không giấy phép UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng thông rộngUMTS Universal Mobile Telecommunications SystemHệ thống viễn thông di động toàn cầu VHD Vertical Handover DecisionQuyết định chuyển giao dọcVHDS Vertical Handover Decision SystemHệ thống quyết định chuyển giao dọc WCDMA Wideband Code Division Multiple AccessĐa truy nhập phân chia theo mã băng rộngWD Weights Distribution Phânbố trọng số WDP Wrong Decision ProbabilityXác xuất quyết định sai WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave AccessTruy nhập vi ba tương kết toàn cầu WLAN Wireless Local Area NetworkMạng nội hạt không dây WWAN Wireless Wide Area NetworkMạng không dây diện rộng Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 8 LỜI GIỚI THIỆU Các hệ thống mạng không dây hiện tại rất khác nhau về các thông số như băng thông cung ứng, kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền sóng, hạ tầng mạng, bảo mật.v..v.
- Một trong những hướng phát triển trong là kết hợp các hệ thống mạng hiện có lại với nhau thành một hệ thống mạng hỗn tạp (không đồng nhất), phẳng để có thể cung ứng dịch vụ mọi lúc, mọi nơi.
- Để làm được điều này thì nhất thiết phải có quá trình chuyển giao dọc giữa các mạng này mạnh mẽ và hiệu quả.
- Mục đích của luận văn là giới thiệu kế hoạch xác định chuyển giao dọc nhằm đánh giá hiệu quả của quá trình chuyển giao dọc trong các mạng di động hỗn tạp.
- Nội dung chính của kế hoạch đánh giá đó là đánh giá sự cần thiết của chuyển giao, xác định khi nào thì cần thiết chuyển giao hoặc không tới các mạng khả dụng cho phép.
- Trong mạng di động không hỗn tạp các thiết bị đầu cuối di động phải hỗ trợ tích hợp để truy cập các công nghệ mạng khác nhau.
- Trong mạng người dùng sẽ thường xuyên chuyển giao dọc các biên của mạng.
- Vì thế, để đảm bảo nối phẳng và hiệu suất sử dụng tài nguyên các mạng khác nhau thì sự cần thiết phải sử dụng thuật toán quyết định chuyển giao thông minh.
- Trong khuôn khổ luận văn này, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các vấn đề này và đưa ra kế hoạch tối ưu quá trình quyết định chuyển giao dọc nhằm giảm thiểu chuyển giao thất bại và các chuyển giao không cần thiết nhằm thỏa mãn người dùng ở mức cao nhất.
- Kết quả mô phỏng dựa vào đánh giá về hiệu suất chứng tỏ kế hoạch giảm số chuyển giao thất bại và chuyển giao không cần thiết là rất đáng kể.
- Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 9 CHƯƠNG 1:MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn Nhu cầu người dùng truy cập các dịch vụ viễn thông mọi lúc mọi nơi ngày càng cao đòi hỏi phải nhanh chóng phát triển công nghệ tích hợp các mạng không dây khác nhau.
- Kết hợp các mạng đơn lẻ thành hệ thống phẳng còn được gọi là mạng hỗn tạp , tiền đề cho mạng 4G.
- Hệ thống mạng hỗn tạp cung cấp tỷ lệ dữ liệu cao hơn, đa ứng dụng dịch vụ và kết nối toàn cầu.
- Trong mạng này thiết bị đầu cuối di động đa giao diện có khả năng lựa chọn hầu hết các đường truy cập phù hợp giữa các lựa chọn cho phép.
- Các đường này bao gồm truy nhập mạng không dây nội bộ WLAN IEEE 802.11, WiMAX, hệ thống vệ tinh, Bluetooth và mạng tế bào truyền thống.
- Để thỏa mãn người dùng, thiết bị đầu cuối di động phải có khả năng chuyển phẳng đến đường truy cập tốt nhất giữa tất cả các đường khả dụng mà người dùng không nhận biết được sự ngắt quãng, gián đoạn.
- Do đó khả năng chuyển giao giữa các mạng được coi như chuyển giao dọc.
- Như vậy cải thiện quá trình chuyển giao dọc hay cải thiện thuật toán quyết định chuyển giao dọc sẽ đáp ứng được vấn đề này.
- 1.2 Tổ chức luận văn Luận văn được chia làm 7 chương và 1 phụ lục.
- Chương 1, tác giả trình bày tóm tắt cơ sở nghiên cứu và mục đích cũng như tổ chức luận văn.
- Chương 2, trình bày lịch sử quá trình phát triển của Hệ thống thông tin di động, sơ lược các công nghệ 1G, 2G, 2,5G, 3G, chuẩn bị 4G… chương này cũng trình bày tóm tắt về quá trình phát triển của mạng không dây băng thông rộng.
- Chương 3,trình bày về khái niệm thuật ngữ chuyển giao, khái quát về thuật toán chuyển giao dọc, tiêu chuẩn xác định chuyển giao, phân loại các thuật toán quyết định chuyển giao, biểu diễn các quyết định chuyển giao dọc, các thuật toán Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 10 chuyển giao dựa vào RSS, thuật toán chuyển giao dựa vào băng thông và thuật toán tổ hợp, so sánh các phương pháp.
- Chương 4, trình bày về kế hoạch tối ưu hóa quyết định chuyển giao dọc, giới thiệu khối đánh giá cần thiết chuyển giao HNE.
- Chương 5 là chương quan trong nhất, trình bày phương pháp mới đánh giá sự cần thiết chuyển giao, dự đoán thời gian di chuyển bao gồm: dự đoán thời gian di chuyển sử dụng đo lường RSS và thông tin tốc độ, tính toán ngưỡng thời gian bao gồm: tính toán ngưỡng thời gian cho giảm thiểu chuyển giao thất bại, tính toán ngưỡng thời gian để giảm thiểu chuyển giao không cần thiết.
- Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 11 CHƯƠNG 2: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1 Cuộc cách mạng của hệ thống thông tin di động 2.1.1 Cuộc cách mạng của công nghệ tế bào Trải qua hơn 25 năm, cuộc cách mạng của Internet và các ưu điểm của công nghệ không dây đã tạo ảnh hưởng to lớn đến lối sống của mọi người trên thế giới.
- Với hệ thống viễn thông di động tế bào, chúng ta thấy sự phụ thuộc vào các dịch vụ không dây.
- Sự phát triển nhanh chóng đến năm 2002, lần đầu tiên trong lịch sử viễn thông, số lượng thuê bao di động vượt qua điện thoại cố định và xu hướng này vẫn tiếp tục.Theo số liệu ITU, tháng 9/2005 số thuê bao di động vượt qua 2 tỷ thuê bao.
- Theo thống kê của hiệp hội các nhà cung cấp toàn cầu (GSA), vào cuối quý 1 của năm 2007, số thuê bao di động vượt quá 2,8 tỷ.
- Mặc dù lịch sử của mạng di động khá ngắn mới có phát triển đến thế hệ thứ 3 (3G) và thế hệ 4 cũng mới chuẩn bị xuất hiện.
- Trong các hệ thống thông tin di động, có các mô hình thay đổi ở mỗi thập kỷ.
- Thế hệ thứ 2 (2G) xuất hiện trong những năm 1990 dựa trên công nghệ kỹ thuật số cho điện thoại di động bằng giọng nói và dữ liệu giao thông.
- Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin được mô tả trong hình sau: Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 12 Hình 1.1 Quá trình phát triển của công nghệ tế bào Thế hệ 1G Hệ thống 1G, được ra mắt lần đầu tại Nhật Bản vào năm 1979, là những hệ thống truyền dẫn analog.
- Các tiêu chuẩn 1G bao gồm: Hệ thống điện thoại di đông tiên tiến (AMPS), Các hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn (TACS), Các hệ thống truyền thông truy nhập hoàn toàn Nhật bản (JTACS), và Hệthống di động Bắc Âu (NMT).
- Mạng 2G hiện đang phục vụ đại đa số các thuê bao di động và sẽcòn trên thị trường trong một thời gian dài.
- Các phần cơ bản của chuẩn di động 2G là GSM, IS-136 và CDMAOne.
- Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 13 • GSM sử dụng Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và Song công chia tần số (FDD).GSM đã trở thành công nghệ truyền thông phát triển nhanh nhất thế giới mọi thời và là tiêu chuẩn điện thoại di động hàng đầu thế giới.
- IS-136, được biết đến như Hệ thống Điện thoại di động số tiên tiến (D-AMPS), sử dụng TDMA và Song công chia thời gian (TDD).
- IS-136 cho phép tốc độ dữ liệu lên đến 30Kbps.
- IS-95B có thể hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 115 Kbps bởi nhóm lênđến tám kênh.
- Do tốc độ dữ liệu có khả năng hỗ trợ của nó, IS-95B được phân loại như là một công nghệ 2.5G.
- GPRS là một nâng cao dịch vụ dữ liệu di động cho người sử dụng GSM và IS-136.
- Thế hệ 3G Vũ Mạnh Hùng Luận văn cao học ĐTTH 2009 14 Mạng 3G được đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao hơn, hệ thống công suất lớn hơn, và cải thiện phổ hiệu quả, giữa những khả năng khác.
- UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà khai thác mạng di động GSM/GPRS.
- HSDPA là tính năng dịch vụ gói dữ liệu dựa trên các tiêu chuẩn WCDMA cung cấp nhằm cải thiện đường xuống tốc độ dữ liệu.
- HSUPA mang lại những cải thiện đáng kể tốc độ dữ liệu đường lên và QoS là rất tốt.
- CDMA2000 là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà khai thác mạng di động CDMA.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt