Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ THẾ DUẨN NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG WIMAX BẰNG THUẬT TOÁN LẬP LỊCH Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60 52 70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG - 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh Phản biện 1: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Phản biện 2: TS Lê Thanh Thu Hà Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng năm 2011 * Có thể tìm hiểu Luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Ngày nay, ñi với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật, ñặc biệt lĩnh vực Điện tử Viễn thông, phát triển nhu cầu thông tin liên lạc người Từ nhu cầu liên lạc, tương tác trao ñổi với với môi trường bên ngoài, nhu cầu người ñã nâng lên bước mới, ñó là: liên lạc, tương tác, truy nhập lúc nơi Chúng ta thấy rõ ñiều phát triển bùng nổ công nghiệp không dây Công nghệ ñã ñem ñến kết nối Bluetooth, Wifi,…tuy nhiên kết nối nhiều ñều có hạn chế tốc ñộ truy cập phạm vi kết nối Do ñó chưa thể ñáp ứng ñược yêu cầu kết nối internet lúc nơi với tốc ñộ cao người Trong hoàn cảnh ñó, công nghệ WiMAX ñời mang theo triển vọng tạo cách mạng thực việc truy cập internet người năm tới Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM-Radio Resource Management) vấn ñề thách thức quan trọng mạng thông tin vô tuyến ñại nói chung, WiMAX nói riêng Một chiến lược quản lý tài nguyên vô tuyến hiệu thông minh cải thiện ñáng kể hiệu hệ thống Trong mạng không dây ñại, ñặc biệt mạng không dây băng rộng WiMAX băng thông, tần số, khe thời gian, công suất hoạt ñộng hệ thống ñều tài nguyên hữu hạn quan trọng quý giá nhiệm vụ nhà phát triển phân phối, quản lý, tối ưu hóa tài nguyên ñể ñạt ñược hiệu sử dụng cao nhất, tốn hạn chế tối ña nhiễu có hệ thống ñể ñảm bảo chất lượng dịch vụ Footer Page of 126 Header Page of 126 tiết kiệm công suất truyền cho hệ thống Có số giải pháp khác cho vấn ñề quản lý tài nguyên vô tuyến WiMAX, ñó Lập lịch gói giải pháp hiệu Lập lịch gói trình phân giải cạnh tranh tài nguyên dùng chung người dùng, loại hình dịch vụ khác mạng Quá trình bao gồm cấp phát băng thông cho người dùng xác ñịnh thứ tự truyền Vì lẽ ñó, kết hợp với yêu thích mạng Viễn thông, em ñã chọn ñề tài : “Nâng cao hiệu quản lý tài nguyên vô tuyến WiMAX thuật toán lập lịch” Để hoàn thành tốt luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh, ñang công tác khoa Điện tử Viễn thông, Đại học Bách khoa Hà Nội, ñã tận tình hướng dẫn giúp ñỡ em suốt thời gian làm luận văn vừa qua Em xin gửi lời cảm ơn ñến thầy, cô giáo khoa Điện tử Viễn thông, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, bạn học ngành cao học Đại học Đà Nẵng ñã giúp ñỡ trình làm luận văn Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan mạng truy cập không dây băng rộng IEEE 802.16 WiMAX WiMAX tên viết tắt Worldwide Interoperability fof Microwave Access WiMAX công nghệ không dây băng rộng dựa truy nhập viba, ñược phát triển theo chuẩn 802.16 tổ chức IEEE IEEE ñã ñề xuất hai mô hình ứng dụng WiMAX cố ñịnh (Fix WiMAX) WiMAX di ñộng (Mobile WiMAX) Chuẩn WiMAX quy ñịnh hỗ trợ kết nối ñiểm – ña ñiểm (PMP - poin to multipoint) chế ñộ lưới (mesh) Trong chế ñộ PMP, nhiều trạm thuê bao (SSs – Subscriber Stations) ñược kết nối với trạm gốc (BS – Base Station) (hình 1.1) Hình 1.1 Mạng WiMAX hoạt ñộng chế ñộ PMP Kênh truy cập từ BS tới SS ñược gọi kênh downlink (ñường xuống), kênh truy cập từ SS tới BS ñược gọi kênh uplink (ñường lên) Theo lý thuyết, chuẩn IEEE 802.16 có khả phủ sóng khoảng rộng tới 50 km cho tốc ñộ khoảng 75Mb/s, nhiên thực tế thử nghiệm, tốc ñộ liệu nhận ñược ñạt khoảng 12 Mb/s với khoảng cách 20 km 1.2 Vấn ñề quản lý tài nguyên vô tuyến quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) mạng IEEE 802.16 Footer Page of 126 Header Page of 126 Quản lý chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) ñược hiểu trình cung cấp liệu theo chế tin cậy Sự tin cậy ñược ño ñạc nhiều thông số ñánh giá hiệu bao gồm xác suất gói, trễ trượt, thông lượng ñạt ñược 1.3 Đóng góp luận văn Trong chương luận văn tốt nghiệp này, học viên phân tích khảo sát kỹ lưỡng số thuật toán lập lịch gói hỗ trợ nâng cao quản lý tài nguyên vô tuyến, chất lượng dịch vụ mạng IEEE 802.16 chưa ñược ñề cập ñến chuẩn 1.4 Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương: Chương 1: Mở ñầu Chương 2: Tổng quan mạng IEEE 802.16/WiMAX Chương 3: Quản lý tài nguyên vô tuyến mạng IEEE 802.16/WiMAX Chương 4: Thuật toán lập lịch gói ñường WiMAX downlink Chương 5: Mô số kỹ thuật lập lịch WiMAX CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IEEE 802.16/WIMAX 2.1 Sự phát triển chuẩn truy cập không dây băng rộng IEEE 802.16 2.1.1 IEEE 802.16 – 2001 2.1.2 IEEE 802.16a - 2003 2.1.3 IEEE 802.16c – 2002 2.1.4 IEEE 802.16d - 2004 Phiên mở rộng thường ñược biết ñến với tên gọi “Fixed WiMAX” (WiMAX cố ñịnh), Chuẩn mở rộng hỗ trợ Footer Page of 126 Header Page of 126 hai phương thức truyền song công truyền song công phân chia theo tần số (FDD) truyền song công phân chia theo thời gian (TDD) Hệ thống sử dụng phương thức ñiều chế OFDM 256-FFT Một ñiểm bật phiên mở rộng ghép nối ñơn vị giao thức liệu (PDU – Protocol Data Unit) với ñơn vị dịch vụ liệu (SDU – Service Data Unit) làm giảm tải cho lớp MAC 2.1.5 IEEE 802.1e – 2006 Phiên mở rộng thường ñược biết ñến với tên gọi “Mobile WiMAX” (WiMAX di ñộng) ñã thêm ñặc tả ñể hỗ trợ tính di ñộng mà phiên trước chưa ñề cập tới Phiên ñưa phương pháp ñiều chế, ña truy nhập sử dụng công nghệ OFDMA cho phép tín hiệu ñược chia thành nhiều kênh khác (kênh hóa– subchannelization) nhằm giảm thiểu nhiễu ña ñường 2.1.6 IEEE 802.16f – 2005 2.1.7 IEEE 802.16g 2.1.8 Một số phiên bổ sung khác ñang ñược tiến hành 2.2 Lớp vật lý (PHY) 2.2.1 Cơ kỹ thuật ñiều chế ña sóng mang phân chia theo tần số trực giao OFDM OFDM nằm họ phương thức truyền ñược gọi ñiều chế ña sóng mang, phương thức dựa ý tưởng chia dòng liệu có tốc ñộ bit cao thành nhiều dòng liệu song song có tốc ñộ bit thấp hơn, ñiều chế dòng ñó sóng mang riêng biệt – thường gọi sóng mang OFDM cho phép chồng phổ tần số lên sóng mang trực giao với nên phía thu có chế khôi phục lại tín hiệu, Footer Page of 126 Header Page of 126 nhờ chồng lẫn phổ mà hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kỹ thuật ñiều chế thông thường 2.2.2 Kênh hóa (Subchannelization): OFDMA 2.2.3 Cấu trúc Slot (khe) Frame (khung) 2.2.4 Điều chế mã hóa thích ứng (Adaptive Modulation and Coding) WiMAX 2.3 Lớp ñiều khiển truy nhập (MAC) Nhiệm vụ lớp MAC WiMAX cung cấp giao diện lớp cao lớp vật lý (hình 2.6) Hình Các khối chức lớp PHY MAC WiMAX 2.3.1 Các lớp lớp MAC Lớp MAC WiMAX, ñược chia làm phần riêng biệt: Lớp hội tụ CS (service-specific convergence sublayer), lớp phần chung CPS (common-part sublayer), lớp bảo mật SS Footer Page of 126 Header Page of 126 (security sublayer) Lớp CS, giao diện lớp MAC lớp mạng, tiếp nhận PDU từ lớp cao hơn, phân loại map MSDU vào CID tương ứng ñể phục vụ cho QoS truyền chúng xuống lớp MAC CPS Các MSDU ñược truyền ñến lớp MAC CPS thông qua ñiểm truy nhập dịch vụ MAC (MAC SAP) Lớp CS có nhiệm vụ thực hoạt ñộng, chức phụ thuộc vào chất lớp giao thức cao hơn, nén header ánh xạ ñịa Lớp CPS cung cấp chức lớp MAC: truy nhập, phân bố băng thông, thiết lập, quản lý kết nối, phân mảnh ghép nối SDUs vào MAC PDUs, truyền MAC PDUs, ñiều khiển QoS (lập lịch) ARQ Lớp bảo mật SS chịu trách nhiệm mã hóa, phân quyền trao ñổi khóa bảo mật BS (Base Station) MS (Mobile Subcriber) 2.3.2 Khái niệm CID SFID Lớp MAC WiMAX kết nối ñịnh hướng (connection oriented), tức trước liệu ñược truyền ñi BS SS phải có trình thiết lập kết nối ñơn hướng mặt logic hai lớp MAC ngang hàng Mỗi kết nối dành cho loại dịch vụ (ví dụ voice email có kết nối MAC) Mỗi kết nối ñược ñịnh danh giá trị 16 bít gọi CID (connection ID), CID ñược coi ñịa tạm thời dùng cho việc truyền liệu thông qua kết nối riêng biệt Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 10 CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG MẠNG IEEE 802.16/WIMAX 3.1 Tại phải quản lý tài nguyên vô tuyến? 3.1.1 Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến mạng không dây Tài nguyên vô tuyến bề rộng phổ cho phép ñể truyền tin [21] Vấn ñề quản lý tài nguyên vô tuyến với dải băng tần cố ñịnh cho trước hệ thống hoạt ñộng với chất lượng tốt với tốc ñộ truyền số liệu cao 3.1.2 Mục ñích quản lý tài nguyên vô tuyến mạng không dây Việc sử dụng phổ hiệu tối ưu cấp phát tài nguyên nằm nhiệm vụ quản lý tài nguyên vô tuyến RRM ñặc biệt quan trọng ñối với hiệu hoạt ñộng mạng không dây ñại 3.1.3 Một số giải pháp cho quản lý tài nguyên vô tuyến Có số giải pháp khác cho vấn ñề RRM mạng không dây Chúng ta tạm chia mô hình giải pháp ñó làm hai nhóm nhóm thiết kế RRM tĩnh (fixed design) nhóm thuật toán RRM ñộng (dynamic RRM algorithms) 3.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến mạng IEEE 802.16 Đứng phương diện người dùng cá nhân WiMAX, RRM phải ñảm bảo tối thiểu công suất phát thiết bị người dùng (trong mối quan hệ ràng buộc tốc ñộ công suất truyền) ñồng thời phải hạn chế tối ña tượng nhiễu ñồng kênh CCI Đứng phương diện loại hình dịch vụ Do Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 12 vụ thời gian thực mở rộng) : Dịch vụ ñược thiết kế ñể hỗ trợ ứng dụng thời gian thực VoIP (có triệt khoảng lặng) 3.3.2 Các tiêu chí lập lịch gói hiệu ñảm bảo chất lượng dịch vụ QoS Hỗ trợ QoS linh hoạt: Tính công bằng: Độ ñơn giản khả mở rộng: Tính sử dụng hiệu kênh truyền (Link Utilization): Đảm bảo giới hạn trễ (Delay bound): Đảm bảo thông lượng (Throughput): Tính trì lượng hoạt ñộng thiết bị di ñộng Đảm bảo tính di ñộng thiết bị (Device Mobility): Tính ổn ñịnh (Scalability): CHƯƠNG 4: THUẬT TOÁN LẬP LỊCH GÓI TRÊN ĐƯỜNG WIMAX DOWNLINK WiMAX có lập lịch, lập lịch phía BS: lập lịch DL lập lịch UL, với lập lịch phía MS Quá trình hoạt ñộng lập lịch ñược diễn sau: -Với lập lịch DL BS: ñường DL BS hoàn toàn biết ñược kết nối, luồng dịch vụ ñược lập lịch, ñi kèm ñó tham số QoS, cộng thêm việc BS lắng nghe, thăm dò phản hồi CINR từ MS -Với lập lịch UL BS: với ñường UL, ban ñầu bên phía MS ñưa yêu cầu cấp phát băng thông ñường UL tới BS Các yêu cầu ñược lập lịch UL phía BS tiếp nhận, sau ñó lập Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 13 lịch UL phía BS thực phân loại luồng dịch vụ, CID riêng, kết hợp tham số QoS gửi lại thông tin cấp phát băng thông UL cho MS thông qua tin UL-MAP Các MS sau nhận ñược thông tin cấp phát băng thông UL tiến hành truyền tải UL PDU 4.1 Các thuật toán ñơn (Homogeneous) 4.1.1 Thuật toán Round Robin (RR) 4.1.2 Thuật toán Maximum Sum Rate (MSR) [1] [3] 4.1.3Thuật toán Maximum Fairness (MF) [1] [3] 4.1.4 Thuật toán ràng buộc tỉ lệ tốc ñộ (Propotional Rate Constraints) [1] 4.1.5 Thuật toán Weighted Round Robin (WRR) [11] 4.1.6 Thuật toán Deficit Round Robin (DRR) [11] 4.1.7 Thuật toán Early Deadline First (EDF) [20] 4.1.8 Thuật toán Proportional Fair (PF) [19] 4.1.9 Thuật toán Weighted Fair Queueing (WFQ) [16] 4.2 Các thuật toán lai (Hybrid) 4.2.1 EDF + WFQ + FIFO [12] 4.2.2 EDF + WFQ 4.3 Tổng kết ñánh giá sơ lược thuật toán CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG MỘT SỐ KỸ THUẬT LẬP LỊCH TRONG WIMAX 5.1 Môi trường mô NS-2 hay Network Simulator phần mềm mô kiện rời rạc ñược sử dụng rộng rãi giới nghiên cứu trường ñại học tính chất mở phần mềm Chúng ta làm việc với NS thông qua hai thành phần chính: mô Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 14 hướng ñối tượng ñược viết C++ thông dịch ñược viết OTcl (là phần mở rộng hướng ñối tượng ngôn ngữ Tcl) ñể chạy câu lệnh OTcl sử dụng ñối tượng ñược compile C++ thông qua cầu nối OTcl linkage ánh xạ ñối tượng OTcl sang C++ 5.1.1 Các thành phần trạm gốc Base Station triển khai công cụ mô 5.1.1.1 Khối phân loại luồng (Flow Classifier) 5.1.1.2 Bộ lập lịch (Scheduler DL ARQ/HARQ) 5.1.1.3 Khối UL ARQ 5.1.1.4 Khối xử lý khung DL (DL Frame Assembler) 5.1.1.5 Khối phân loại gói (Packet Parser) 5.1.1.6 Khối Tx/Rx PHY 5.1.2 Các thành phần trạm MS (Mobile Station) triển khai công cụ mô 5.1.2.1 Bộ lập lịch UL (UL Scheduler ARQ/HARQ Module) 5.1.2.2 Xử lý UL (UL Assembler) 5.1.3 Bộ lập lịch UL/DL Bộ lập lịch ñược chia làm phần Một phần nằm BS phần lại nằm MS Bộ lập lịch BS (wimax/scheduling/bsscheduler.cc) chịu trách nhiệm cấp phát băng thông cho ñường downlink uplink qua khung tin DLMAP UL-MAP Bộ lập lịch MS (wimax/scheduling/ ssscheduler.cc) chịu trách nhiệm phân chia băng thông cho ñường cấp phát cho MS cho kết nối Trong luận văn tốt nghiệp học viên tập trung thử nghiệm hai thuật toán PF WFQ cho ñường downlink triển khai tác ñộng tới lập lịch downlink BS phần code C++ ñược sửa ñổi chủ yếu Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 file bsscheduler.cc 5.1.3.1 Cấp phát khe liệu (slot) theo chiều dọc (Vertical Stripping) 5.1.3.2 Cấp phát khe liệu (slot) theo chiều ngang (Horizontal Stripping) 5.1.3.3 Chế ñộ truyền song công TDD công cụ mô 5.2 Các thuật toán lập lịch gói sử dụng kịch mô Trong phần học viên chọn hai số thuật toán ñã khảo sát chương ñể triển khai phần mềm mô NS2 Hai thuật toán ñược chọn ñây ñó thuật toán công tỉ lệ (PF) thuật toán ñề xuất WFQ kết hợp với ràng buộc Leaky Bucket Công việc triển khai hai thuật toán ñược thực cách thay ñổi phần code C++ hàm dl_stage2( ) file bsscheduler.cc nằm thư mục ns-2.31/wimax/scheduling công cụ mô Sau ñây học viên trình bày kỹ ưu nhược ñiểm mức ñộ quản lý tài nguyên vô tuyến thuật toán 5.2.1 Thuật toán PF [19] Thuật toán PF ñược ñề xuất lần ñầu tiên công ty Qualcomm chuẩn IS-856 ñể thực lập lịch cho ñường downlink, thuật toán lập lịch ñược sử dụng phổ biến WiMAX PF thuật toán thuộc nhóm thuật toán có quan tâm ñến kênh truyền, tức tham số phản hồi từ SS ñiều kiện kênh truyền ñược sử dụng yếu tố dẫn ñến ñịnh cấp phát băng thông Thuật toán ñược ñưa nhằm cân yếu tố trễ, thông lượng tính cân cần thiết lập lịch Thuật toán dựa hàm ưu tiên Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 sau: U i (t) = 16 ri ( t ) R i (t ) (4.10) Trong ñó ri(t) tốc ñộ liệu thời ñiểm Ri(t) tốc ñộ trung bình ñộng liệu nhận ñược SS i tính ñến khe thời gian t Hàng ñợi có giá trị Ui(t) lớn ñược phục vụ khe thời gian t Để cập nhập giá trị tốc ñộ trung bình ñộng liệu công thức sau ñây ñược sử dụng: kết nối i ñược phục vụ khe thời gian t 1   Ri (t + 1) = (1 − T ) Ri (t ) + T ri (t ), (4.11)  c c   R (t + 1) = (1 − ) R (t ), kết nối i không ñược phục vụ khe thời gian t i  i Tc Ở ñây Tc số ñể tính tốc ñộ trung bình ñộng dùng ñể ñiều khiển tham số trễ hệ thống Nếu Tc lớn trễ hệ thống tăng tổng thông lượng nhận ñược lại cao Nếu Tc nhỏ trễ hệ thống giảm, giá trị thông lượng trung bình thay ñổi nhanh nên phần thông lượng bị hao phí Thuật toán PF với công thức lập lịch ñã cân ñược hai yếu tố là: tận dụng băng thông công người dùng Sự tận dụng băng thông thể tham số ri (t ) , tham số lớn nghĩa tốc ñộ tức lớn, ñiều tương ñương với việc ñiều khiển kênh truyền tốt, thuật toán phục vụ kết nối với mức MCS (Modulation and Coding Scheme) tốt nhằm tận dụng hiệu băng thông Tuy nhiên quan tâm phục vụ tới kết nối có ñường truyền tốt tính công thuật toán Do tham số Ri (t ) ñược ñưa vào nhằm thực tính công Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 17 Với kết nối có kênh truyền tốc ñộ trung bình (giá trị Ri (t ) ) thấp, ñó giá trị ri (t ) cao, ñồng Ri (t ) nghĩa với việc kết nối ñó có hội ñược phục vụ ñiều kiện kênh truyền 5.2.2 Thuật toán WFQ kết hợp ràng buộc Leaky Bucket 5.2.2.1 Điều khiển tốc ñộ Leaky Bucket 5.2.2.2 Thuật toán WFQ với ràng buộc Leaky Bucket Hình 10 Bộ lập lịch gói WFQ kết hợp với ràng buộc Leaky Bucket 5.3 Xây dựng kịch mô 5.3.1 Mô hình mạng Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 18 Hình 11 Mô hình mạng sử dụng kịch mô Mô hình mạng sử dụng kịch mô gồm có trạm gốc BS với bán kính phủ sóng 500m, SourceNode ñể truyền gói tin thuộc luồng dịch vụ khác tới BS thông qua liên kết 100Mbps, trễ 1ms, hàng ñợi DropTail Trong bán kính phủ sóng BS có MS ñó MS1 ñến MS4 nhận luồng dịch vụ UGS, rtPS, nrtPS BE, MS5 lại nhận luồng Background Traffic (BGT) với dịch vụ BE có thông lượng lớn ñể làm tăng tối ña tải mạng (bursty) 5.3.2 Lựa chọn nguồn traffic 5.3.3 Các tham số sử dụng kịch mô 5.4 Kết mô Để kiểm tra ưu nhược ñiểm hai thuật toán ñã trình bày phần trước, học viên thực chạy hai kịch mô Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 19 Trong ñó kịch cho phép MS di ñộng kịch lại MS cố ñịnh vùng phủ sóng trạm BS Cả hai kịch ñều sử dụng hai thuật toán PF WFQ với hỗ trợ Leaky Bucket Kết thu ñược sau 5.4.1 Kịch di ñộng 5.4.1.1 Thông lượng Trên ñồ thị hình 5.12 5.13 (thời gian lấy mẫu 2s) ta thấy ñược phân bố thông lượng MS sử dụng luồng dịch vụ khác với hai thuật toán PF WFQ Có thể thấy có di ñộng MS nên thông lượng luồng không ổn ñịnh không ñạt ñược mức thông lượng giới hạn ñặt Leaky Bucket (nominated rate), rõ ràng thời ñiểm 32s có sụt giảm thông lượng luồng nrtPS BE hai MS nhận hai luồng ñi xa BS Tuy nhiên tổng thông lượng luồng sử dụng thuật toán WFQ lớn tổng thông lượng sử dụng thuật toán PF thuật toán WFQ thông lượng luồng phân bố gần với mức thông lượng giới hạn thuật toán PF Qua ñánh giá thấy rõ thuật toán PF ñảm bảo phân bố công thông lượng cho luồng tính ổn ñịnh giá trị thông lượng không cao so với sử dụng thuật toán WFQ Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 20 Hình 12 Thông lượng luồng dịch vụ với lập lịch WFQ kịch di ñộng Hình 5.13 Thông lượng luồng dịch vụ với lập lịch PF kịch di ñộng Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 21 5.4.1.2 Độ trễ hàng ñợi Để khảo sát ñộ trễ hàng ñợi hai lập lịch ta tiến hành lấy giá trị trễ hàng ñợi gói tin (với dịch vụ thời gian thực rtPS) ñược gửi ñi BS tiến hành vẽ ñồ thị phân bố trễ sử dụng hàm phân bố trễ xác suất Nhìn vào ñồ thị hàm phân bố xác suất (hình 5.14) ta thấy rõ PF thuật toán có ñộ trễ hàng ñợi cao nhiều so với WFQ, kết hoàn toàn phù hợp với lý thuyết lập lịch phân tích Hình 5.14 Đồ thị xác suất trễ với lập lịch WFQ PF kịch di ñộng Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 22 5.4.2 Kịch cố ñịnh Các kết thu ñược phần mô với kịch cố ñịnh sát hợp lý với phân tích lý thuyết kết kịch di ñộng ñã phân tích nên phần học viên ñưa ñồ thị ñể so sánh ñối chiếu kết 5.4.2.1 Thông lượng Hình 5.15 Thông lượng luồng dịch vụ với lập lịch WFQ kịch cố ñịnh Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 23 Hình 5.16 Thông lượng luồng dịch vụ với lập lịch PF kịch cố ñịnh 5.4.2.2 Độ trễ hàng ñợi Hình 5.17 Đồ thị xác suất trễ với lập lịch WFQ PF kịch cố ñịnh Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 24 KẾT LUẬN Công nghệ truy nhập không dây băng rộng WiMAX công nghệ có tiềm phát triển lớn dựa ưu ñiểm bật so với công nghệ DSL, Wifi hay 3G Đó khả kết nối linh hoạt, khả trì tốc ñộ kết nối cao với vận tốc di chuyển tương ñối nhanh, WiMAX hứa hẹn ñem ñến cho người dùng khả truy nhập lúc nơi với tốc ñộ cao Với ñặc tính linh hoạt kết nối, phạm vi phủ sóng rộng, WiMAX có thuận lợi lớn việc lắp ñặt triển khai vùng cao, vùng sâu, vùng xa nơi mà ñịa hình phức tạp, dân cư ñông ñúc, ñất ñai chật chội khó triển khai lắp ñặt sở hạ tầng cho thiết bị mạng hữu tuyến Do ñó WiMAX ñược coi công nghệ có khả ứng dụng thực tế hiệu kinh tế cao Trong luận văn tốt nghiệp học viên ñã ñi sâu nghiên cứu ñặc tả quan trọng ảnh hưởng tới nhiệm vụ quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) lớp PHY lớp MAC ñược ñề cập tới chuẩn IEEE 802.16/WiMAX Qua việc nghiên cứu ñặc tả ñó, học viên nêu lên ñiểm cần ý quản lý tài nguyên vô tuyến quản lý chất lượng dịch vụ mạng không dây băng rộng WiMAX, ñồng thời tiêu chí ñể ñánh giá thuật toán lập lịch gói hiệu hỗ trợ quản lý vào việc quản lý tài nguyên vô tuyến, quản lý chất lượng dịch vụ ñược phân tích làm rõ Học viên ñã có khảo sát, phân tích kỹ lưỡng ưu nhược ñiểm khía cạnh quản lý tài nguyên vô tuyến số thuật toán lập lịch Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 25 gói ñược nghiên cứu ứng dụng cộng ñồng khoa học ngày Xuất phát từ ưu nhược ñiểm thuật toán phân tích ñược, học viên ñã ñề xuất việc sử dụng thuật toán kết hợp thuật toán chia sẻ công theo trọng số Weighted Fair Queueing (WFQ) với thuật toán giới hạn tốc ñộ luồng Leaky Bucket Để làm rõ ưu nhược ñiểm mà thuật toán mang lại, học viên thực mô với thuật toán ñề xuất so sánh, ñánh giá hiệu với thuật toán lập lịch phổ biến Proportional Fair (PF) Kết mô sát với mong ñợi lý thuyết, thuật toán PF cho phép phân phối ñều băng thông cho luồng dịch vụ theo số trễ cho trước không tối ña tổng thông lượng hệ thống Mặt khác thuật toán PF ñường bao trễ hàng ñợi, ñó ta kiểm soát ñược ñộ trễ hàng ñợi hệ thống thời ñiểm khác nhau, ñó không ñảm bảo hỗ trợ yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS Đối với thuật toán WFQ tổng thông lượng thu ñược toàn hệ thống cao PF gần với mức mong muốn ñã xác ñịnh trước tham số mô Với thuật toán WFQ việc cấp phát băng thông cho luồng dịch vụ khác trở nên ổn ñịnh hơn, băng thông ñược cấp phát ñều theo trọng số φi cho trước Một ưu ñiểm quan trọng thuật toán WFQ sử dụng phối hợp với ràng buộc Leaky Bucket ñã giới hạn ñược trễ hàng ñợi, giá trị trễ giới hạn Dmax ta hoàn toàn tính toán trước ñược thay ñổi tham số Leaky Bucket Bm ,i R i , ñó ta kiểm soát ñược trễ hàng ñợi hệ thống, từ ñó quản lý ñược yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS Tuy thuật toán WFQ kết hợp Leaky Bucket mạnh mẽ xét khía cạnh cung cấp thông lượng cho hệ thống ñảm bảo trễ hệ thống, nhược ñiểm dễ thấy Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 26 thuật toán phức tạp dẫn ñến tốn tài nguyên hệ thống Tuy nhiên với sức mạnh vi xử lý với công nghệ thời ñại ngày nay, hoàn toàn khả thi ñể áp dụng triển khai thuật toán ñề xuất vào thực tế Còn nhiều việc phải làm ñể chứng minh tính hiệu thuật toán ñề xuất thực tế hướng phát triển trước mắt luận văn thử nghiệm ñánh giá kết hợp số thuật toán xấp xỉ khác GPS dễ thực WFQ với ñiều khiển tốc ñộ Leaky Bucket Sau ñã có kết luận thuật toán khả thi học viên phát triển khung làm việc (framework) ñể giải vấn ñề nhiễu ñồng kênh CCI hệ thống sử dụng ña truy nhập OFDMA WiMAX/3GPP-LTE Giải ñược vấn ñề có ñược nhìn toàn diện ñầy ñủ quản lý tài nguyên vô tuyến mạng IEEE 802.16/ WiMAX./ Footer Page 26 of 126 ... CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG MẠNG IEEE 802.16 /WIMAX 3.1 Tại phải quản lý tài nguyên vô tuyến? 3.1.1 Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến mạng không dây Tài nguyên vô tuyến bề rộng... vô tuyến quản lý chất lượng dịch vụ mạng không dây băng rộng WiMAX, ñồng thời tiêu chí ñể ñánh giá thuật toán lập lịch gói hiệu hỗ trợ quản lý vào việc quản lý tài nguyên vô tuyến, quản lý chất... 4: THUẬT TOÁN LẬP LỊCH GÓI TRÊN ĐƯỜNG WIMAX DOWNLINK WiMAX có lập lịch, lập lịch phía BS: lập lịch DL lập lịch UL, với lập lịch phía MS Quá trình hoạt ñộng lập lịch ñược diễn sau: -Với lập lịch