Thạc Sĩ Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng WiMAX

MỞ ĐẦU
Công nghệ WiMAX là giải pháp tương thích tổng hợp cung cấp đa dịch vụ cùng lúc cho nhiều người dùng ở khoảng cách xa đồng thời cho phép các nhà khai thác dịch vụ hội tụ kỹ thuật trên nền mạng IP. Do đó mặc dù hiện nay công nghệ 3G đang phát triển với tốc độ dữ liệu không ngừng tăng việc nghiên cứu WiMAX vẫn có tính thời sự, nó vẫn là đích nhắm cho phát triển công nghệ thế hệ sau (Long Term Evolution - LTE) và đặc biệt nó là giải pháp kinh tế khi triển khai internet cho những vùng xa, địa hình khó khăn ở đó số người dùng không đủ nhiều để đầu tư triển khai mạng cáp quang cho mạng đường trục 3G.
WiMAX với sự hỗ trợ đảm bảo QoS hoàn toàn đáp ứng những dịch vụ chất lượng gồm có Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật (yêu cầu an ninh cao).
Thách thức đối với mạng truy cập không dây băng thông rộng BWA (Broadband Wireless Access) này là điều phối thế nào để cung cấp hỗ trợ chất lượng dịch vụ đồng thời cho nhiều dịch vụ với những đặc trưng khác nhau với những đòi hỏi về QoS khác nhau Những người dùng truy cập ngẫu nhiên vào mạng với những yêu cầu dịch vụ khác nhau và đều mong muốn được đáp ứng, những nhà cung cấp muốn làm hài lòng khác hàng nhưng cũng muốn đạt doanh thu cao nhất qua cực đại thông lượng mạng. Vì thế bài toán kiến trúc chương trình hay lập lịch cho người dùng với những yêu cầu QoS khác nhau là một bài toán quan trọng, với mục tiêu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho người dùng đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế cho các nhà khai thác mạng.
Luận văn này tập trung tìm hiểu những cách thức, thuật toán để giải quyết bài toán lập lịch nêu ở trên mà trong chuẩn IEEE.802.16 còn có phần để ngỏ cho các nhà phát triển dịch vụ lựa chọn. Lập lịch ở đây thể hiện qua ba giai đoạn: giải quyết xung đột khi nhiều người dùng cùng truy cập mạng (kỹ thuật đa truy cập), quyết định chấp nhận cuộc gọi của người dùng hay không khi đã nhận yêu cầu cuộc gọi từ người dùng (điều khiển tiếp nhận), cấp phát tài nguyên cho người dùng khi đã chấp nhận cuộc gọi (cấp phát tài nguyên).

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 – Giới thiệu chung về mô hình WiMAX và chiến lược phân bổ tài nguyên2
1.1. Cấu trúc lớp vật lý của hệ thống WiMAX . 2
1.1.1. Đặc điểm. 2
1.1.2. IFFT 2
1.1.3. Cấu trúc symbol OFDM 3
1.2. Lớp MAC trong WiMAX 5
1.2.1. Cấu trúc slot và khung 5
1.2.2. Lập lịch lớp MAC 7
Chương 2 – Kỹ thuật đa truy cập . 12
2.1. Phân loại những giao thức đa truy cập 12
2.1.1. Giao thức đa truy cập không tranh chấp (lập lịch) 13
2.1.2. Giao thức đa truy cập tranh chấp (ngẫu nhiên) . 14
2.2. Giao thức ALOHA 14
2.2.1. ALOHA nguyên thủy (Pure ALOHA hay p-ALOHA) 14
2.2.2. ALOHA phân khe (Slotted ALOHA hay s-ALOHA) 16
2.3. Mô phỏng máy tính 18
2.3.1. Mô hình hóa hệ thống thông tin gói 18
2.3.2. Cấu hình mô phỏng cơ bản . 20
2.4. Mô phỏng thuật toán ALOHA . 21
2.4.1. Chương trình và kết quả mô phỏng thuật toán p-ALOHA 21
2.4.2. Chương trình và kết quả mô phỏng thuật toán s-ALOAH 23
Chương 3 – Lôgic mờ và điều khiển tiếp nhận trong WiMAX 26
3.1. Lôgic mờ 26
3.1.1. Giới thiệu . 26
3.1.2. Phép toán trong tập mờ . 27
3.1.3. Quy tắc mờ 27
3.1.4. Điều khiển lôgic mờ 28
3.2. Mô hình hệ thống WiMAX . 29
3.3. Cấp phát tài nguyên trong WiMAX và điều khiển quản lý . 31
3.3.1. Nguồn lưu lượng và ma trận xác suất đến. . 31
3.3.2. Sự truyền trong những kênh con . 32
3.3.3. Không gian trạng thái và Ma trận chuyển tiếp. 33
3.3.4. Phép đo QoS 35
3.3.5. Áp dụng điều khiển lôgic mờ cho điều khiển tiếp nhận 36
Chương 4 - Mô hình hệ thống OFDM và vấn đề lập lịch trong WiMAX . 39
4.1. Mô hình hệ thống OFDM 40
4.1.1. Lập lịch lựa chọn tần số và phân tập tần số . 40
4.1.2. Khái niệm khe trong lớp vật lý 40
4.1.3. Chỉ thị chất lượng kênh truyền 40
4.1.4. Lớp dịch vụ UGS và rtPS 41
4.2. Cấp phát tần số và thời gian theo yêu cầu QoS . 41
4.2.1. Điều kiện kênh truyền đồng nhất 43
4.2.2. Lựa chọn T 43
4.2.3. Kết quả cứng . 44
4.2.4. Thuật toán xấp xỉ đầu vào phụ thuộc cho LP(1) . 45
4.2.5. Phương pháp thực nghiệm dựa trên luồng tương tranh cực đại 46
4.3. Cấp phát kênh phối hợp với công suất 48
4.3.1. Phân tích thông lượng trong trạng thái SINR cao 51
4.3.2. Phân tích thông lượng trong trạng thái SINR thấp 54
4.4. Mô phỏng thuật toán Heuristic cho cấp phát tài nguyên trong WiMAX 55
4.4.1. Thuật toán Heuristic . 55
4.4.2. Một số bài toán thường gặp 55
4.4.3. Mô phỏng cho bài toán lập lịch dùng thuật toán Heuristic 57
4.4.4. Kịch bản và kết quả mô phỏng 59
KẾT LUẬN . 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
PHỤ LỤC 65