Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng bài toán quy hoạch mạng vô tuyến GSM và thuật toán biến đổi GEN: Phân tích quá trình biến đổi, các yếu tố ảnh hưởng đến tính hội tụ của thuật toán biến đổi GEN và kết quả của chương trình mô phỏng
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC I CHƯƠNG DANH MỤC HÌNH VẼ .III CHƯƠNG DANH MỤC BẢNG BIỂU IV CHƯƠNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .V LỜI NÓI ĐẦU VI CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM 1.1 TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM .9 1.1.1 Các yếu tố quy hoạch mạng .9 1.1.1.1 Sử dụng lại tần số ( frequency reuse ) 11 1.1.1.2 Lưu lượng 13 1.1.1.3 Chuyển cell (Hand over) 15 1.1.1.4 Sestor cell phân chia cell 16 1.1.2 Các mục tiêu trình quy hoạch mạng 18 1.1.3 Quá trình thiết kế mạng 19 1.2 LÝ THUYẾT TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN 20 1.2.1 Mơ hình truyền sóng cho Macrocell 21 1.2.3 Mơ hình truyền sóng nhà (indoor): 25 1.3 DỰ BÁO VÙNG PHỦ SÓNG 26 1.3.1 Xác xuất phủ sóng 26 1.3.2 Xác xuất lựa chọn cell 28 1.4 DUNG LƯỢNG THOẠI 29 1.4.1 Lưu lượng 29 1.4.2 Xác định số lượng kênh tần số 31 1.4.3 Xác định số lượng kênh tần số cần thiết 32 1.5 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU 33 1.5.1 Nhiễu qua lại cell .34 1.5.2 Xây dựng ma trận khoảng cách tần số SNxN cell 36 1.6 PHÂN BỔ TẦN SỐ 37 1.6.1 Bài toán phân bổ tần số 40 1.6.2 Phát triển toán phân bố tần số 41 1.7 KẾT LUẬN 42 CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU QUY HOẠCH MẠNG VƠ TUYẾN GSM VÀ THUẬT TỐN BIẾN ĐỔI GEN 35 2.1 BÀI TỐN QUY HOẠCH MẠNG VƠ TUYẾN GSM 35 2.1.1 Bài toán lựu chọn vị trí cell 35 2.1.2 Bài toán phân bố tần số .36 2.1.3 Bài tốn xác định kích thước cell .36 2.1.4 Bài tốn xác định vị trí trạm kích thước cell tự động 37 Vũ Hoàng Linh - D04VT2 I Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 2.1.5 Bài toán phát triển mạng .38 2.2 CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO TỪNG CELL 39 2.2.1 Lưu lượng 39 2.2.2 Điều kiện nhiễu 40 2.3 CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU TỔNG THỂ 41 2.3.1 Tỷ lệ phủ sóng 42 2.3.1.1 Xác suất phủ sóng tập cell 42 2.3.1.2 Tỷ lệ phủ sóng theo diện tích 43 2.3.1.3 Tỷ lệ phủ sóng theo lưu lượng 43 2.3.2 Hàm chi phí tần số 44 2.3.3 Hàm chi phí hệ thống .46 2.4 BÀI TOÁN TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU (MOP) 47 2.4.1 Các khái niệm toán tối ưu đa mục tiêu 48 2.4.2 Phương pháp cổ điển giải toán tối ưu đa mục tiêu 51 2.4.2.1 Phương pháp trọng số .51 2.4.2.2 Phương pháp ràng buộc 53 2.4.2.3 Phương pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu 54 2.5 THUẬT TOÁN BIẾN ĐỔI GEN(GA) 55 2.5.1 Thiết kế thuật toán biến đổi Gen-GA: 58 2.5.2 Biểu diễn thuật toán 58 2.5.2.1 Đánh giá xác định giá trị phù hợp 58 2.5.2.2 Các phương pháp lựa chọn .62 2.5.2.3 Các toán tử GA 63 2.5.2.4 Quá trình thay .64 2.5.3 Thuật toán biến đổi Gen với toán tối ưu đa mục tiêu 65 2.5.3.1 Các kỹ thuật tìm kiếm đa mục tiêu 65 2.5.3.2 Lựa chọn cá thể không bị trội 68 2.5.4 Sự kết hợp tìm kiếm định 74 2.6 KẾT LUẬN 75 CHƯƠNG PHÂN TÍCH Q TRÌNH BIẾN ĐỔI, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH HỘI TỤ CỦA THUẬT TỐN BIẾN ĐỔI GEN VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG .78 3.1 PHÉP ÁNH XẠ CỦA THUẬT TOÁN GA 78 3.2 GIẢN ĐỒ GEN 81 3.2.1 Khái niệm 81 3.2.2 Giản đồ Gen với trình biến đổi GA 82 3.2.2.1 Tác động trình sinh sản .83 3.2.2.2 Tác động toán tử giao hoán 84 3.2.2.3 Tác động toán tử đột biến 86 3.3 PHÂN TÍCH Q TRÌNH HỘI TỤ CỦA THẬT TOÁN GA BẰNG CHUỖI MARKOV 86 3.3.1 Quá trình biến đổi thuật toán GA .86 3.3.2 Chuỗi Markov giới hạn 87 Vũ Hoàng Linh - D04VT2 II Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 3.3.3 Phân tích q trình biến đổi GA .88 3.3.4 Các bước biến đổi GA .89 3.3.4.1 Toán tử lựa chọn .90 3.3.4.2 Toán tử giao hoán .90 3.3.4.3 Toán tử đột biến 91 3.3.5 Mức độ đa dạng dân số GA 92 3.3.5.1 Khơng có tác động đột biến .93 3.3.5.2 Tác động toán tử đột biến 94 3.4 THỜI GIAN HỘI TỤ CỦA THUẬT TOÁN 95 3.5 BÀI TỐN LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG GA 97 3.5.1 Xây dựng toán lựa chọn vị trí trạm tối ưu 97 3.5.1.1 Hàm phủ sóng 97 3.5.2.1 Hàm chi phí .98 3.5.1.3 Phát triển toán lựa chọn vị trí đặt tram tối ưu .99 3.5.2 Đề xuất giải thuật 99 3.5.3 Ví dụ .101 3.5.3.1 Kết chương trình mô GA 101 3.5.3.2 Nhận xét 106 3.6 KẾT LUẬN 106 CHƯƠNG KẾT LUẬN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .109 Vũ Hoàng Linh - D04VT2 III Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ CHƯƠNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Mẫu sử dụng lại tần số với K = .12 Hình 1-2 Lưu lượng tính theo đơn vị Erlang .15 Hình 1-3 Phân chia theo hướng tăng vùng phủ sóng phân chia cell theo hướng tăng dung lượng 17 Hình 1-4 Sơ đồ bước thiết kế mạng vô tuyến GSM 20 Hình 1-5 Nhiễu qua lại cells 33 Hình 1-6 Cấu trúc ma trận khoảng cách tần số SNxN .37 Hình 1-7 Ảnh hưởng nhiễu sử dụng lại tần số 38 Hình 1-8 Băng tần số GSM 900 MHz .39 Hình 2-9 Đường tối ưu Pareto không gian hai chiều .49 Hình 2-10 Các giải pháp khơng gian đa mục tiêu 50 Hình 2-11 Phương pháp trọng số giải toán tối ưu đa mục tiêu 53 Hình 2-12 Phương pháp tràng buộc giải toán tối ưu đa mục tiêu .54 Hình 2-13: Các bước thuật toán GA 56 Hình 2-14: Sơ đồ thực thuật toán biến đổi Gen .60 Hình 2-15: Giao hốn điểm hai chuỗi nhiểm sắc thể .63 Hình 2-16: Sơ đồ thuật tốn GA kết hợp lựa chọn cá thể không bị trội .70 Hình 2-17: khoảng cách thể đường cong không bị trôi 71 Hình 3-18: Tọa độ trạm bố trí theo hình lục lăng .102 Hình 3-19: (a) Hình dạng phủ sóng cell 103 Vũ Hoàng Linh - D04VT2 III Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu CHƯƠNG DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Tóm tắt tham số liên quan đến loai cell 10 Bảng 1-2: Số lượng kênh CCH FCH tương ứng với số lượng kênh TCH 32 Bảng 1-3 Khoảng cách phân biệt kênh tần số 35 Bảng 2-4 Tóm tắt đặc điểm tốn quy hoạch mạng vô tuyến GSM .39 Bảng 3-5: Các tham số thuật toán tương ứng với giá trị N 101 Bảng 3-6: Tổng hợp kết toán 103 Vũ Hoàng Linh - D04VT2 IV Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt CHƯƠNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ACI BSC BTS CAP CCH C/I CCI CDMA Erf ETSI FCH GA GoS GSM LOS MOGA MOP MSC NP NLOS NSGA Pdf SOP Nội dung tiếng Anh Adjacent Channel Interference Base Station Control Base Transceiver Station Channel Assignment Problem Control Channel Carrier-To-Interference Co-Channel Interference Code Division Multiple Access Error function Eroupean Telecommunication Standard Institude Frequency Chanel Genetic Algorithm Grade of Service Global System for Mobile Communicatuons Line of Sight Multi-Objective Genetic Algorithm Multi-Objective Optimzation Problem Mobile Switching Center Nondeterminitistic Polynomial Non-Line-Of-sight Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm Probability density function Single Objective Optimization Problem Vũ Hoàng Linh - D04VT2 Nội dung tiếng Việt Nhiễu kênh lân cận Điều khiển trạm gốc Trạm thu phát gốc Bài toán phân bố kênh tần số Kênh điều khiển Tỷ số sóng mang nhiễu Nhiễu đồng kênh Đa truy nhập theo mã Hàm sai số Viện tiêu chuẩn Viễn Thông Châu Âu Kênh tần số Thuật toán biến đổi Gen Cấp độ chất lượng dịch vụ Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Đường truyền vơ tuyến trực thị Thuật tốn biến đổi Gen cho toán tối ưu đa mục tiêu Bài toán tối ưu đa mục tiêu Trung tâm chuyển mạch thông tin di động Đa thức không xác định Đường truyền vơ tuyến bị che chắn Thuật tốn biến đổi Gen lựa chọn cá thể không bị trội Hàm phân bố xác suất Bài toán tối ưu đơn mục tiêu V Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, phát triển nhanh chóng Viễn thơng nên vấn đề quy hoạch mạng ngày phức tạp cấp thiết Quy hoạch mạng vô tuyến GSM tốn có quy mơ lớn tính chất phức tạp tốn có liên quan tới nhiều yếu tố: địa hình, phân bổ lưu lượng, sở hạ tầng nhiều yếu tố khác Vấn đề cịn phức tạp quy hoạch mạng vơ tuyến GSM liên quan đến loạt ràng buộc như: dung lượng hệ thống, chất lượng dịch vụ, độ rộng băng tần số v v Hiện nay, phần lớn công cụ quy hoạch mạng vô tuyến GSM hổ trợ tính tốn dự báo vùng phủ sóng, phân tích nhiễu phân bỏ tần số cho trạm xác định vị trí Tuy nhiên, vấn đề khác liên quan đến quy hoạch mạng lựa chọn vị trí đặt trạm, điều chỉnh kích thước trạm, Đánh giá giải pháp thường thực sở kinh nghiệm khả xử lý trực giác người quy hoạch mạng Quá trình quy hoạch mạng theo kinh nghiệm đảm bảo bước xử lý cân nhắc trước định giải pháp quy hoạch, nhiên giải pháp lựa chọn giải pháp theo kinh nghiệm cho tốt nhất, không bảo đảm giải pháp lựa chọn giải pháp tốt nhất, không đảm bảo giải pháp giải pháp tối ưu giải pháp cụ thể Vấn đề đặt làm để xác định vị trí để xác định vị trí giá trị tham số trạm BTS cho đạt tối ưu hoạt động mạng lưới sở số liệu phân tích, đánh giá đảm bảo tiêu kỹ thuật hệ thống giá thành lại thấp Để xây dựng giải toán tối ưu vậy, mơ tả tổng qt vấn đề sau: Cho cell ci = (xI, yi, pi, hi, ai) đây: (xI, yi): vị trí trạm thu phát Pi :là công suất phát trạm hi : độ cao antenna trạm :là hướng antenna trạm Các cell tạo thàmh tập hợp cell C = (c1, c2, c3, … , cN), N số lượng cell Các cell có vị trí trạm BTS gọi cell trạm Trong thực tế, mạng vơ tuyến nói chung mạng GSM nói riêng, cell có ảnh hưởng tác động qua lại với phủ sóng nhiễu vô tuyến Một tập hợp cell C gọi tập hợp cell Vũ Hoàng Linh - D04VT2 VI Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt đáp ứng tiêu chất lượng hoạt động hệ thống thỏa mãn điều kiện sau: a) b) c) d) e) Tải lưu lượng cell nhỏ giá trị T max tương ưng với số lượng kênh tần số có để bảo đảm giá trị G0S mong muốn Xác suất xẩy nhiễu cell thấp ngưỡng θ int cho trước để đảm bảo chất lượng tín hiệu vơ tuyến Diện tích phủ sóng hteo diện tích ( theo lưu lượng ) cao ngưỡng cho trước θ cov Phí tần số có hiệu Phí tần số tính tốn dựa số lượng tần số cần thiết để phân bố cho cell số lượng tần số không vượt số lượng tần số có mạng Chi phí đầu tư cho việc xây nhà trạm thê kênh bảo dưỡng nhà trạm giới hạn ngân sách đầu tư sở hạ tầng Ebudget Điều kiện (a), (b) gọi điều kiện cụ thể cho cell điều kiện (c), (d), (e) gọi điều kiện tổng quát cho trình quy hoạch mạng vơ tuyến điều kiện xác định cho tập hợp cell Các điều kiện cụ thể tổng quát phân tích chi tiết phần Các điều kiện liên đưa phụ thuộc vào đặc điểm hệ thống thông tin di động khác Các hệ thống CDMA, GSM, UMTS có điều kiện cụ thể khác nhau, phạm vi đồ án đề cập đến điều kiện dựa tiêu chuẩn hệ thống GSM Tuy nhiên phương pháp đề xuất giải toán qui hoạch mạng áp dụng cho hệ thống TTDĐ khác Các điều kiện từ (a) đến (e) điều kiện liên quan đến hoạt động hệ thống vùng phủ sóng, dung lượng, chất lượng tín hiệu sóng vơ tuyến Q trình quy hoạch mạng vơ tuyến q trình thiết kế hệ thống sở xác định số lượng cell, kích thước cell, vị trí tham số tương ứng cell, bảo đảm chất lượng mạng theo yêu cầu tối thiểu giá thành đầu tư hệ thống Như chất quy hoạch mạng vô tuyến tốn tối ưu hóa tổng hợp Trong phạm vi đồ án tơi đặt tốn tối ưu quy hoạch mạng vô tuyến theo hướng: - Tối đa vùng phủ sóng khu vực cho trước sở xác định tập hợp cell có vị trí tối ưu phủ sóng - Tối thiểu hóa giá thành đầu tư hệ thống sở xác định tập hợp cell tối ưu có số lượng cell nhỏ Vũ Hoàng Linh - D04VT2 VII Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt - Cho phép xác định, đánh giá phân tích tham số dung lượng, nhiễu xẩy cell Giả sử ta có N vị trí cell dự kiến đặt trạm số lượng tổ hợp trạng thái vị trí N cel 2N khối lượng tính tốn tốn lớn Khối lượng tính tốn tỷ lệ theo hàm số mũ tham số đầu vào Như tốn tối ưu hóa tổ hợp toán NP-đầy đủ Trong điều kiện toán có nhiều buộc liên quan tốn tối ưu mạng vơ tuyến GSM chưa có thuật tốn giải trực tiếp toán với tất điều kiện ràng buộc thời gian hợp lý Như để giải tốn tối ưu quy hoạch mạng vơ tuyến, vấn đề đặt để nghiên cứu giải xây dựng thuật toán giải toán tối ưu quy hoạch mạng đưa giải pháp tối ưu thơi gian cho phép áp dụng vào thiết kế tối ưu mạng vô tuyến GSM Việt Nam Đồ án đưa hướng giải sử dụng thuật toán biến đổi GEN Đồ án trình bày bao gồm chương sau: Chương I: Tông quan nghiên cứu quy hoạch mạng vô tuyến GSM Chương II: Xây dựng toán quy hoạch mạng vơ tuyến GSM thuật tốn biến đổi GEN Chương III: Phân tích q trình biến đổi, yếu tố ảnh hưởng đến tính hội tụ thuật tốn biến đổi GEN kết chương trình mơ Em xin chân thành cảm ơn Ths Phạm Thị Thúy Hiền thầy, cô Bộ môn Vô Tuyến I tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án Tuy nhiên thời gian hạn chế đồ án khó kiến thức em cịn nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy bạn để đồ án hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng năm 2007 Sinh Viên: Vũ Hoàng Linh Vũ Hoàng Linh - D04VT2 VIII Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương Tồng quan nghiên cứu quy hoạch mạng vô tuyến GSM CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM 1.1 TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM 1.1.1 Các yếu tố quy hoạch mạng Trong quy hoạch mạng vô tuyến thông tin di động, thuật ngữ cell dùng để vùng phủ sóng vơ tuyến thơng tin di động trạm thu phát vô tuyến (BTS) Trên thực tế, đơn giản tài liệu thiết kế mạng di động, vùng phủ sóng mơ tả theo mơ hình lục giác hình dạng lục giác biểu hình dạng tối ưu, lý tưởng cell Tuy nhiên thực tế, hình dạng kích thước cell phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường phủ sóng di động, tác động mơi trường xung quanh Tùy theo kích thước cell ta phân thành loại cell sau: Macro cell: - Kích thước bán kính cell khoảng từ 1-30 km - Trạm thu phát sóng lăp đặt tịa nhà - Phủ sóng phạm vi rộng Micro cell - Kích thước bán kính cell khoảng km - Trạm thu phát lắp đăt cột đèn đường, sử dụng cho khu vực có mật độ thuê bao cao - Phủ sóng cho đường phố, phạm vi nhỏ Pico cell - Kích thước bán kính cell khoảng 10-200 m - Sử dụng cho khu vực có mật độ thuê bao cao ứng dụng yêu cầu tốc độ liệu cao - Thường dùng để phủ sóng điều kiện nhà - Trạm BTS thường có kích thước nhỏ lắp đặt nhà Các hệ thống thông tin di động truyền thống trước thường thiết kế mạng giống trung tâm phát sóng đài FM vơ tuyến truyền hình, tức làm trạm thu phát vị trí cao khu vực phủ sóng với bán kính lên đến 50 km Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Phân tích thuật tốn GEN kết mô đơn đẩy nhanh tốc độ tìm kiếm GA khoong đóng góp vào ngăn chặn trình hội tụ sớm GA Hệ 3.3.3: Cho chuỗi dân số {Xk:k ≥ } kiểu chuỗi Markov với Xo = X Gọi L1 = {X: Xm = 1} Lo = {X: Xm = 0} giản đồ gen cạnh tranh với giả sử am>bm, thì: P{ X ⊆ Lo X o = X } > P{ X ⊆ L1 X o = X } Và (3.38) M T ≥ Tmax Kết thúc Kết thúc 3.5.3 Ví dụ Cho ví dụ có diện tích S cần phủ sóng thơng tin di động Tìm tập hợp cell C cho diện tích phủ sóng (3.46) bao chùm tồn S hàm chi phí (3.47) tối thiểu 3.5.3.1 Kết chương trình mơ GA Sau đây, trình bầy chi tiết mang tính kỹ việc áp dụng thuật trình đề xuất để giải tốn Để phủ sóng tồn diện tích S cho trước, cell có bán kính ri bố trí hình 3.2 Trong hình dạng phủ sóng cell có hình dạng hình 3.2 (a) ta thấy đê phủ kín tồn S số lượng trạm 72 cell xếp cho đường giao tạo thành hình lục lăng theo thứ tự từ c 1, c2,…, c72 hình 3.2 (b) Ví trí đặt trạm bố trí tạo thành hình lục lăng theo hình dựa vào tọa độ khu vực S ta xác định vị trí trạm C1(x1,y1), từ dùng tọa độ cực xác định tọa độ trạm khác Theo giả thiết cell có bán kính r, xét tam giác ABC ta có đường cao AH = AC.cos30 o = r.cos30o Như ta có tọa độ C6 (x6 = 3r/2, y6 = r.cos30o = r ) C2 (x2 = 3.r, y2 = y1 = 0) Tương tự xác định vị trí trạm cịn lại Lần lượt cho thêm vị trí trạm ngẫu nhiên khác vào diện tích S nhằm mục đích gây nhiễu để kiểm tra xử lý thuật toán Tổng số lượng trạm thay N = 80, 100, 150, 300 trạm Với vị trí trạm nhiễu xác định cách lấy giao điểm đường thẳng đứng (chia khu vực S thành cac phần nhỏ) với cạnh hình thoi, đỉnh hình thoi vị trí trạm hình 3.1 hình 3.2 (b) Các giá trị tham số thuật tốn tương ứng với giá trị N trình bày Bảng 3.1 Như theo Bảng 1, với giá trị N = 80 ta có tập hợp giải pháp ban đầu gồm 200 tổ hợp vị trí khác tổ hợp có độ dài 80 bit biểu diễn giá trị (0, 1) Kết thuật toán tổng hợp theo bảng 3.2 Bảng 3-5: Các tham số thuật toán tương ứng với giá trị N Tham số N = 80 N = 100 N = 150 N = 200 N = 250 N = 300 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Phân tích thuật tốn GEN kết mô Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị Kích thước dân số M 200 400 600 800 1000 1500 X/suất giao hoán pr 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.9 X/suất đột biến pm 0.001 0.001 0.001 0.001-0.05 0.0010.05 0.0010.05 Số lần lặp 300 400 500 600 700 800 Chiều dài cá thể 80 100 150 200 250 300 Hình 3-18: Tọa độ trạm bố trí theo hình lục lăng Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Phân tích thuật tốn GEN kết mơ Hình 3-19: (a) Hình dạng phủ sóng cell (b) Bố trí 72 trạm giao phủ kín diện tích S Bảng 3-6: Tổng hợp kết toán N = 80 N = 100 N = 150 N = 200 N = 250 N = 300 73 100 150 155 250 300 74 95 143 148 244 262 75 86 142 136 233 251 76 80 141 128 223 241 77 73 0.993 140 125 210 222 78 72 133 112 200 203 79 71 0.988 132 101 183 181 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Phân tích thuật tốn GEN kết mơ 80 70 0.983 131 100 164 161 72 69 0.978 130 117 141 142 71 0.992 68 0.975 120 107 121 132 70 0.99 67 0.969 112 106 113 123 69 0.986 66 0.965 111 98 100 102 68 0.982 65 0.96 110 97 91 90 67 0.976 64 0.956 103 81 0.99 90 80 66 0.968 63 0.949 102 79 89 0.942 77 0.969 65 0.96 62 0.943 101 77 0.971 88 76 0.965 64 0.951 61 0.936 100 76 78 75 0.967 63 0.943 60 0.928 93 75 0.971 77 0.968 74 0.958 62 0.935 59 0.919 92 74 76 73 0.96 61 0.926 58 0.911 91 73 72 72 60 0.918 57 0.903 90 72 71 0.981 71 0.96 59 0.91 56 0.894 80 0.996 71 0.943 70 0.982 70 0.958 58 0.901 55 0.886 73 0.986 70 0.946 69 0.971 69 0.956 57 0.893 54 0.876 72 69 0.94 68 0.961 68 0.951 56 0.885 53 0.867 71 0.983 68 0.943 67 0.96 67 0.95 55 0.875 52 0.857 70 0.981 67 0.935 66 0.96 66 0.947 54 0.865 51 0.847 69 0.978 66 0.932 65 0.95 65 0.946 53 0.856 50 0.837 68 0.974 65 0.922 64 0.936 64 0.94 52 0.846 49 0.828 67 0.969 64 0.925 63 0.931 63 0.933 51 0.836 48 0.818 66 0.965 63 0.921 62 0.928 62 0.928 50 0.826 47 0.807 65 0.961 62 0.915 61 0.919 61 0.918 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Phân tích thuật tốn GEN kết mô 49 0.813 46 0.797 64 0.956 61 0.908 60 0.911 60 0.913 48 0.801 45 0.786 63 0.95 60 0.903 59 0.903 59 0.906 47 0.788 44 0.774 62 0.943 59 0.9 58 0.894 58 0.901 46 0.775 43 0.767 61 0.936 58 0.9 57 0.885 57 0.894 45 0.762 42 0.754 60 0.929 57 0.892 56 0.875 56 0.887 44 0.747 41 0.742 59 0.921 56 0.893 55 0.865 55 0.878 43 0.731 40 0.731 58 0.913 55 0.883 54 0.856 54 0.872 39 0.718 57 0.904 54 0.875 53 0.846 53 0.861 38 0.703 56 0.893 53 0.865 52 0.836 52 0.853 37 0.69 55 0.886 52 0.857 51 0.826 51 0.843 36 0.676 54 0.875 51 0.847 50 0.817 50 0.833 35 0.663 53 0.864 50 0.839 49 0.807 49 0.826 34 0.646 52 0.854 49 0.828 48 0.797 48 0.817 33 0.629 51 0.843 48 0.818 47 0.788 47 0.806 32 0.61 50 0.832 47 0.807 46 0.776 46 0.796 31 0.593 49 0.819 46 0.796 45 0.765 45 0.785 30 0.574 48 0.808 45 0.785 44 0.754 44 0.769 29 0.557 47 0.794 44 0.772 43 0.742 43 0.761 28 0.533 46 0.779 43 0.761 42 0.729 42 0.749 45 0744 42 0.749 41 0.717 41 0.735 44 0728 41 0.736 40 0.703 40 0.718 40 0.724 39 0.686 39 0.706 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Phân tích thuật tốn GEN kết mơ 3.5.3.2 Nhận xét Kết toán cho thấy với N = 80, 100, 150, 200, 250, 300 thuật toán cho kết hội tụ tổ hợp 72 trạm c1, c2,…, c72 Qua kết thu cho thấy ảnh hưởng toán tử q trình hội tụ thật tốn, đặc biệt tác động kích thước tổ hợp vị trí ban đầu Nguyên nhân số lượng tổ hợp vị trí ban đầu định đa dạng tập hợp dân cư thuật tốn có xác suất hội tụ cao quần thể dân cư có đa dạng dân cư cao ngược lại, điều phù hợp với phân tích phần Trong q trình thực chúng tơi nhận thấy việc thay đổi xác suất đột biến p m có trường hợp làm tăng tính đa dạng tập hợp giải pháp tạo điều kiện cho thuật tốn hội tụ có trường hợp làm xáo trộn trình tìm kiếm Hiện tượng thể số điểm dao động điểm 73 với N = 300 Điều thống với kết luận phần 3.3 Với toán N = 250 N = 300, thấy số lượng trạm tăng lên diện tích S khơng đổi nên vị trí trạm gần nhau, điều dẫn đến chênh lệch giá trị phủ sóng cell nhỏ Để giải vấn đề phải khuếch đại chênh lệch trước đưa vào so sánh nhằm hỗ trợ cho trình tìm kiếm 3.6 KẾT LUẬN Quá trình biến đổi GA có đặc tính chuỗi Markov đồng theo thời gian với không gian trạn thái Sn không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu Khi xác suất đột biến pm = 0, khả hội tụ GA phụ thuộc vào mức độ đa dạng tập dân cư ban đầu Do việc xác định kích thước số liệu đầu vào có ảnh hưởng đến khả hội tụ GA Thêm vào việc hội tụ sớm GA độc lập với xác suất giao hoán phương pháp dựa biến đổi xác suất giao hoán (tại điểm) có tác dụng đẩy nhanh tốc độ tìm kiếm mà khơng ngăn chặn q trình hội tụ sớm GA Trong trường hợp xác suất pm > thuật tốn GA thực tìm kiếm kết tối ưu thơng qua q trình lặp nhu cầu phương pháp đẩy nhanh tốc độ tìm kiếm GA gặp phải vấn đề hội tụ sớm Kết nghiên cứu tác động kích thước dân số đến việc ngăn chặn khả hội tụ sớm GA hiệu so với tác động xác xuất đột biến lên trình hội tụ thuật tốn GA Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương III: Phân tích thuật tốn GEN kết mô Tuy nhiên, vấn đề GA cần tiếp tục nghiên cứu tính bền vững tốn tử T s, Tc, Tm Điều có nghĩa tác động nhiễu xạ không mong muốn lên toán tử thuật toán GA tạo tính khơng chắn GA cần khám phá biện pháp khác Các biện pháp sử dụng thuyết ( H ∞ ) để nghiên cứu tính khơng chắn ánh xạ tốn tử, phương pháp sử dụng mơ hình chuỗi Markov ẩn để tạo điều kiện đưa sai số ngẫu nhiên tác động lên Ts, Tc, Tm Thuật toán xây dựng phần có khả áp dụng cho việc xác định đặt trạm tối ưu quy hoạch mạng thông tin di động Tuy nhiên để áp dụng cho toán tối ưu thực tế cần mở rộng thêm điều kiện suy hao môi trường khác nhau, phân bố thuê bao không đồng đều, phân bố tần số ảnh hưởng nhiễu Trong thực tế tham số đưa thêm vào xem xét làm tăng số lượng tính tốn chương trình theo hàm mũ, việc phân tích ảnh hưởng sai số gây trình thực tốn tử đột biến, giao hốn, lựa chọn kể nhiễu xạ thông tin tính đa dạng quần thể dân cư ban đầu q trình hội tụ thuật tốn GA Thêm vào đó, phương pháp nâng cao tốc độ xử lý chương trình vấn đề cần đặt để tiếp tục nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong tương lai, mà mật độ thuê bao trở nên dày đặc, lưu lượng gọi tăng cao cạnh tranh giá cước nhà cung cấp trở nên khốc liệt tốn quy hoạch trở nên phức tạp với nhiều tham số cần tối ưu Hiện trình quy hoạch mạng dựa kinh nghiệm khả xử lý trực giác người quy hoạch mạng bảo đảm bước xử lý cân nhắc trước định giải pháp quy hoạch giải pháp định giải pháp theo kinh nghiệm cho tốt không đảm bảo giải pháp giải pháp tối ưu giải pháp Do q trình quy hoạch mạng vơ tuyến qua trình thiết kế xây dựng hệ thống cở sở xác định số lượng cell, kích thước cell, vị trí cell tham số tương ứng cell, đảm bảo chất lượng mạng theo yêu cầu phải tối thiểu giá thành đầu tư hệ thống Đồ án phân tích chất tốn quy hoạch mạng vơ tuyến tốn tối ưu hóa tổng hợp Trong phạm vi đồ án tơi giải tốn quy hoạch mạng theo hướng : • Tối đa hóa vùng phủ sóng khu vực cho trước sở xác định tập hợp cell có vị trí tối ưu vùng phủ sóng • Tối thiểu hóa giá thành đầu tư hệ thống sở xác định tập hợp cell tối ưu có số lượng cell nhỏ • Cho phép xác định, đánh giá phân tích tham số dung lượng, nhiễu xẩy cell Đồ án quy hoạch mạng vơ tuyến di động tốn tối ưu đa mục tiêu (MOP) phân tích phương pháp cổ điển ứng dụng để giải toán MOP Qua việc phân tích hạn chế phương pháp cổ điển khả thuật toán biến đổi GEN-GA đề tài chọn thuật toán GA để giải toán quy hoạch mạng GSM Thuật toán GA có khả xử lý giải pháp vấn đề tối phức tạp với đặc trưng biến có liên quan lẫn nhau, khó xác định hàm mục tiêu mà kỹ thuật tối ưu khác gặp nhiều khó khăn giải Đồ án xây dựng thuật tốn có khả áp dụng cho việc đặt trạm tối ưu quy hoạch mạng Thông tin di động Tuy nhiên thời gian hạn chế đề tài khó nên em chưa xây dựng chương trình mơ q trình xác định vị trí cell tối ưu Thuật tốn GA giải tốn viễn thơng đa mục tiêu giới hạn đồ án giới thiệu tối ưu cho mạng GSM nhiên thuật toán sử dụng cho mạng 3G, 4G toán kinh tế đa mục tiêu khác Sinh viên thực Vũ Hoàng Linh Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Ts.Nguyễn Phạm Anh Dũng , “Lý thuyết tải phổ” Ts.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình thông tin di động” Ts Nguyễn phạm Anh Dũng, “Giáo trình Vi Ba Số” D.Beckmann and U Killat,“ A new strategy for the application of genetic algorithms to the chanel assignment problem”, in IEEE transactions on vehicular techlonogy D.E.Goldberg, “Genetic Algorithms in search, optimization, and machine learning” J.D.Schaffer, “Multi objective optimization with vector evaluated genetic algorithms”, In proceedings of the first International conference on genetic algorithms J.Horn, N Nafpliotis and D.E.Goldberg: “A niched pareto genetic algorithm for multiobjective optimization” in proceedings of the first IEEE confirence on Evolutionary computation (ICEC ' 94) K.DEB, “Evolutionary algorithms for multi-criterion optimization in engineering desing” R.Mathar and J.Mattfeldt, “Channel assignment in cellular radio networks” in IEEE Transactions on Vehicular Technology Ay tug, H and koehler, G.J.: Stopping criterie for finite length genetic Algorithm”, ORSA J.on computing D.E.Goldberg, “Simple Genetic Algorithms and the minimal deceptive problem”, Genetic Algorithms and Simulated annealing Mogan Kaifmann 1987 Greenhalgh.D and Marshall.S ” convergence criteria for genetic algorithms” Siam J.on computing Iosifescu,M: “Finite Markov processes and their applications” Wiley, 1980 Michalewicz,Z and Shoenauer,M, “Evolutionary Algorithms for constrained parameter optimization problems” in Evolutionary commputation ... Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Xây dựng toán tối ưu mạng GSM thuật toán biến đổi GEN CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TỐN TỐI ƯU QUY HOẠCH MẠNG VƠ TUYẾN GSM VÀ THUẬT TOÁN BIẾN ĐỔI GEN 2.1 BÀI TOÁN QUY. .. QUAN NGHIÊN CỨU VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM 1.1 TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN GSM 1.1.1 Các yếu tố quy hoạch mạng Trong quy hoạch mạng vô tuyến thông tin di động, thuật ngữ cell dùng... Đại học Chương II: Xây dựng toán tối ưu mạng GSM thuật toán biến đổi GEN 2.1.5 Bài toán phát triển mạng Trong qúa trình quy hoạch mạng vơ tuyến, để tăng dung lượng mạng vơ tuyến cấu hình trạm mức