Luận Văn Tìm hiểu bài toán cân bằng lưu lượng trong hệ thống thông tin di động sử dụng phương thức chuyển tiế

LỜI MỞ ĐẦU
Trong xu thế hội nhập và phát triển như hiện nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu. Nó là yếu tố quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt thông tin một cách nhanh chóng trong nhiều lĩnh vực: kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật, là cầu nối cho mọi người, mọi quốc gia. Trong đó, thông tin di động đã không ngừng phát triển và ngày càng khẳng định vị trí của mình trong lĩnh vực viễn thông; nó đã trở thành một phương tiện liên lạc quen thuộc và tiện ích. Với dịch vụ ngày càng đa dạng, thông tin di động đã và đang đáp ứng được phần nào nhu cầu liên lạc trong xã hội. Trong những năm gần đây, số thuê bao cố định phát triển gần như bão hòa, trong khi số thuê bao di động tăng với tốc độ rất lớn; với sự hạn chế của tần số được cung cấp cho mỗi nhà mạng thì dung lượng yêu cầu sẽ vượt quá dung lượng của hệ thống. Do vậy mà nhiều kỹ thuật khác nhau đã và đang được sử dụng để làm tăng dung lượng của hệ thống, cân bằng lưu lượng nhằm đảm bảo chỉ số cấp độ phục vụ GoS, sử dụng hiệu quả tần số. Vì vậy nhóm em đã chọn đề tài: “Tìm hiểu bài toán cân bằng lưu lượng trong hệ thống thông tin di động sử dụng phương thức chuyển tiếp kênh” làm đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên. Đề tài này gồm 3 chương với các nội dung như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động số. Chương này sẽ trình bày về đặc tính, cấu trúc cơ bản và nguyên lý hoạt động của hệ thống thống thông tin di động.

Chương 2: Sử dụng tài nguyên tần số trong hệ thống thông tin di động. Trong đó sẽ đi sâu vào phân tích các hình thức phân chia tần số trong mạng, vấn đề tái sử dụng tần số và phương pháp cải thiện chất lượng phục vụ mạng.

Chương 3: Cân bằng lưu lượng trong hệ thống thông tin di động sử dụng phương thức chuyển tiếp kênh. Nội dung chương này sẽ nghiên cứu về điều kiện chuyển tiếp kênh, các hình thức chuyển tiếp kênh và sẽ đi sâu nghiên cứu về hình thức chuyển tiếp kênh tĩnh để giảm nghẽn và cân bằng lưu lượng cho hệ thống di động.

Nhóm em xin chân thành cảm ơn Thầy Ngô Thế Anh đã giúp đỡ, hướng dẫn và cung cấp tài liệu trong quá trình thực hiện đề tài này.

Do sự hạn chế về mặt thời gian và kiến thức nên đề tài của nhóm không tránh khỏi những sai sót; rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài này cũng như kiến thức của nhóm em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ .1
1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động .1
1.2. Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động .3
1.3. Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin di động 4
1.3.1. Mô hình hệ thống .4
1.3.2. Các phần tử chức năng của hệ thống 5
1.3.2.1. Trạm di động (Mobile Station-MS) 6
1.3.2.2. Phân hệ trạm gốc (Base Station Subsystem-BSS). .6
1.3.2.2.1. Trạm thu phát gốc (Base Tranceiver Station - BTS) 7
1.3.2.2.2. Khối chuyển đổi mã và tốc độ (Transcode/Rate Adapter Unit -
TRAU) 7
1.3.2.2.3. Bộ điều khiển trạm gốc (Base Station Controller - BSC) .8
1.3.2.3. Phân hệ chuyển mạch (Switching Subsystem - SS) 9
1.3.2.3.1. Trung tâm chuyển mạch di động (Mobile Services Switching Center
-MSC). 9
1.3.2.3.2. Bộ ghi định vị thường trú (Home Location Register - HLR). .10
1.3.2.3.3. Bộ ghi định vị tạm trú (Visitor Location Register - VLR). .10
1.3.2.3.4. Trung tâm nhận thực (Authentication Center - AUC). .10
1.3.2.3.5. Thanh ghi nhận dạng thiết bị (Equipment Identity Register - EIR). 11
1.3.2.4. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (Operation system – OS). 11
1.3.2.4.1. Khai thác và bảo dưỡng mạng .11
1.3.2.4.2. Quản lý thuê bao 12
1.3.2.4.3. Quản lý thiết bị di động. 12
Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên
GVHD. NGÔ THẾ ANH Nhóm SV KTVT – K46
1.3.3. Các phần tử chức năng của hệ thống 12
1.3.3.1. Kế hoạch đánh số. .12
1.3.3.2. Mã xác định khu vực ( Location Area Identity - LAI ) .13
1.3.3.3. Các mã số đa dịch vụ toàn cầu (International ISDN Numbers). .13
1.3.3.4. Mã nhận dạng tế bào toàn cầu (Cell Global Identity – CGI) 13
1.3.3.5. Số thuê bao ISDN của máy di động (Mobile Subscriber ISDN Number
- MSISDN) 14
1.3.3.6. Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu (International Mobile Subscriber
Identity - IMSI). 14
1.4. Nguyên lý và hoạt động của hệ thống .15
1.4.1. Giao diện vô tuyến 15
1.4.1.1. Kênh vật lý. .16
1.4.1.2. Kênh logic. 17
1.4.1.2.1. Kênh lưu lượng .17
1.4.1.2.2. Kênh điều khiển 18
1.4.2. Một số quá trình diễn ra trong hệ thống thông tin di động .19
1.4.2.1. Quá trình báo hiệu khi bật tắt máy di động trong mạng 19
1.4.2.2. Quá trình cập nhật vị trí cho thuê bao di động trong mạng. 21
1.4.2.3. Quá trình diễn ra đối với một cuộc gọi .22
1.4.3. Chuyển giao (Handover) .24
1.4.3.1. Phân loại chuyển giao 24
1.4.3.2. Các tiêu chuẩn chuyển giao. 24
1.4.3.3. Các quy trình chuyển giao cuộc gọi .25
1.5. Kết luận 27
CHƯƠNG II. SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG. 29
2.1. Mở đầu .29
2.2. Tái sử dụng tần số trong hệ thống thông tin di động 30
Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên
GVHD. NGÔ THẾ ANH Nhóm SV KTVT – K46
2.2.1. Vấn đề sử dụng lại tần số trong hệ thống thông tin di động .30
2.2.2. Các mẫu tái sử dụng tần số. 31
2.3. Các hình thức phân chia tần số trong mạng .33
2.3.1. Hình thức phân kênh cố định (Fixed Channel Assignment - FCA ) .33
2.3.2. Hình thức phân kênh động (Dynamic Channel Assignment - DCA .34
2.3.3. Hình thức phân kênh kết hợp (Hybrid Channel Assignment - HCA .36
2.4. Các phương pháp cải thiện chất lượng phục vụ của mạng .37
2.4.1. Phương pháp tích cực. 37
2.4.1.1. Tách cell 37
2.4.1.2. Sử dụng anten định hướng. .39
2.4.2. Phương pháp thụ động 41
2.4.2.1. Phương pháp mượn kênh 41
2.4.2.1.1. Hình thức mượn kênh đơn giản (Simple Borrowing). 41
2.4.2.1.2. Hình thức mượn kênh rỗi nhất (Borrow from the Richest-SBR) 42
2.4.2.1.3. Hình thức mượn kênh theo thứ tự và sắp xếp lại (On Demand
Channel Assignment-ODCA ) .43
2.4.2.1.4. Hình thức mượn kênh không khóa (Channel Borrowing Without
Locking - CBWL) .45
2.4.2.2. Phương thức chuyển tiếp kênh (Channel Relaying Strategy – CRS) .46
2.5. Kết luận. .48
CHƯƠNG III. CÂN BẰNG LƯU LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG SỬ DỤNG PHƯƠNG THỨC CHUYỂN TIẾP KÊNH .49
3.1. Chỉ số cấp độ phục vụ (Grade of Service - GoS .49
3.2. Phân loại cell .50
3.3. Phương thức chuyển tiếp kênh .50
3.3.1. Các khái niệm 50
3.3.2. Điều kiện chuyển tiếp kênh 51
3.3.3. Các hình thức chuyển tiếp .51
Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên
GVHD. NGÔ THẾ ANH Nhóm SV KTVT – K46
3.4. Cân bằng lưu lượng trong hệ thống thông tin di động bằng phương thức chuyển
tiếp kênh tĩnh 53
3.4.1. Xác định vùng nóng .53
3.4.2. Tính toán các thông số cần thiết .54
3.4.3. Mô hình hệ thống sử dụng phương thức chuyển tiếp kênh để giảm tắc
nghẽn và cân bằng lưu lượng 56
3.5. Các kết quả đạt được 58
3.6. Kết luận .62
KẾT LUẬN .