Luận Văn Ứng dụng Logic mờ để nâng cao chất lượng điều khiển thâm nhập cuộc gọi trong hệ thống thông tin di đ

MỤC LỤC
Mục lục ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt v
Danh mục các bảng xi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị xii
MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I. ĐIỀU KHIỂN THÂM NHẬP CUỘC GỌI TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO CDMA.

1.1. Tổng quan đề tài 4
1.1.1. Các nghiên cứu gần đây 4
1.1.2. Vấn đề cần giải quyết trong đề tài 7
1.2. Hệ thống thông tin di động CDMA 4
1.2.1. Nguyên lý Trải phổ 3
1.2.2. Ưu nhược điểm của kỹ thuật trải phổ và ứng dụng của nó 5
1.2.3. Nguyên lý CDMA 5
1.2.4. Hệ thống thông tin di động tế bào CDMA 6
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn 8
1.2.6. Điều khiển công suất trong hệ thống tế bào CDMA 11
1.2.7. Chuyển giao trong hệ thống tế bào CDMA 13
1.3. Điều khiển thâm nhập cuộc gọi trong hệ thống tế bào CDMA 18
1.4. Điều khiển thâm nhập trong một số mạng thông tin di động 3G thực tế tại 19
Việt Nam
1.4.1. Điều khiển thâm nhập dựa vào nhiễu 20
1.4.2. Điều khiển thâm nhập dựa vào tải 21
1.4.3. Thuật toán điều khiển thâm nhập 21
1.5. Ứng dụng Logic mờ trong điều khiển thâm nhập cuộc gọi 22
1.5.1. Giới thiệu về hệ mờ 22


1.5.2. Nguyên tắc xây dựng hệ mờ 28
1.5.3. Các mô hình điều khiển mờ 30
1.5.3. Ứng dụng hệ mờ trong điều khiển thâm nhập cuộc gọi 30
1.6. Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng dịch vụ có liên quan đến thuật toán CAC 35
1.7. Kết luận Chương I 36

CHƯƠNG II. ĐIỀU KHIỂN THÂM NHẬP CUỘC GỌI MỜ CÓ ƯU TIÊN LƯU LƯỢNG. 37

2.1. Mô hình hệ thống và mô hình lưu lượng 37
2.1.1. Mô hình hệ thống 37
2.1.2. Mô hình lưu lượng 40
2.2. Mô hình và thuật toán CAC mờ trên cơ sở ưu tiên lưu lượng TP-FCAC 40
2.2.1. Mô hình TP-FCAC 40
2.2.2. Thuật toán TP-FCAC 44
2.2.3. Đánh giá băng thông hiệu dụng của cuộc gọi 44
2.2.4. Đánh giá thông tin di chuyển của MS và dự trữ băng thông chuyển 48 giao
2.2.5. Đánh giá băng thông sẵn dùng của hệ thống 53
2.2.6. Xử lý thâm nhập cuộc gọi mờ trên cơ sở ưu tiên lưu lượng 54
2.3. Mô phỏng và kết quả 58
2.2.1. Các tham số hệ thống 58
2.2.2. Mô phỏng bộ đánh giá băng thông hiệu dụng của cuộc gọi 60
2.2.3. Mô phỏng bộ đánh giá thông tin di chuyển của MS và dự trữ băng 63 thông
2.2.4. Mô phỏng bộ đánh giá băng thông sẵn dùng của hệ thống 65
2.2.5. Mô phỏng bộ xử lý thâm nhập cuộc gọi mờ 66
2.2.6. Kết quả mô phỏng 69
2.4. Kết luận chương II 84

CHƯƠNG III. ĐIỀU KHIỂN THÂM NHẬP CUỘC GỌI DỰA TRÊN CHỈ SỐ CHIẾM DỤNG TÀI NGUYÊN CỦA LỚP LƯU LƯỢNG.

3.1. Khái niệm chỉ số chiếm dụng tài nguyên 86
3.2. Đặt vấn đề 88
3.3. Mô tả toán học 90
3.4. Mô hình hệ thống 94
3.5. Mô tả thuật toán 96
3.6. Hệ mờ quyết định ngắt cuộc gọi 98
3.7. Mô phỏng và kết quả 100
3.7.1. Hệ mờ ngắt cuộc gọi 100
3.7.2. Các tham số mô phỏng 103
3.7.3. Kết quả mô phỏng 103
3.8. Kết luận chương III 114

CHƯƠNG IV. ĐIỀU KHIỂN THÂM NHẬP CUỘC GỌI MỜ ƯU TIÊN LƯU LƯỢNG DỰA TRÊN CHỈ SỐ CHIẾM DỤNG TÀI NGUYÊN.
115

4.1 Đặt vấn đề 115
4.2 Mô hình hệ thống 117
4.3 Mô tả thuật toán 118
4.4 Mô phỏng và kết quả 119
4.4.1. Các tham số mô phỏng 119
4.4.2. Kết quả mô phỏng 120
4.4. Kết luận chương IV 132

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133

1. Các kết quả mới của luận án 133
2. Những kiến nghị nghiên cứu tiếp theo 134
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 135

TÀI LIỆU THAM KHẢO 136
PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU
Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ viễn thông mới, các hệ thống thông tin di động đang triển khai thế hệ thứ 3 (3G) và đang tiến tới thế hệ 4G. Ở các thế hệ này, các hệ thống thông tin di động có xu hướng hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên tới 2Mb/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin băng hẹp trước đây, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 được gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng. Phương thức đa truy nhập được sử dụng trong hệ thống 3G là đa truy nhập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access, CDMA). Bên cạnh đó, Trong mạng không dây thế hệ sau (NGWN), CDMA đã nổi lên như một phương thức đa truy nhập đầy hứa hẹn và được lựa chọn rộng rãi cho giao tiếp không dây thế hệ 4G [31].

Quản lý tài nguyên là một trong những vấn đề kỹ thuật quan trọng nhất trong các hệ thống không dây, nơi đáp ứng được nhiều lớp lưu lượng mà trong đó mỗi lớp được đặc trưng bởi các tham số chất lượng dịch vụ (Quality of Service, QoS) yêu cầu của riêng nó. Điều khiển thâm nhập cuộc gọi (Call Admission Control, CAC) là một trong những chức năng quản lý tài nguyên, nó quy định việc thâm nhập mạng phải đảm bảo QoS. CAC được sử dụng để quyết định chấp nhận hay không một yêu cầu dịch vụ mới và mục tiêu của nó là cho phép một số lượng lớn hơn các yêu cầu dịch vụ trong khi vẫn đảm bảo được QoS yêu cầu của tất cả các kết nối đang hoạt động. CAC trong các hệ thống CDMA kinh điển đều dựa vào việc đánh giá nhiễu hoặc tỷ số tín hiệu trên nhiễu và so sánh với ngưỡng. Theo truyền thống, một mô hình CAC phải xem xét một tập hợp các tham số đo được để quyết định chấp nhận hay từ chối một yêu cầu kết nối. Dạng mô hình này không cho phép hoặc cho phép rất hạn chế sự thiếu chính xác của kết quả đo. Tuy nhiên, trong các hệ thống không dây, do sự di chuyển của các thuê bao, các yêu cầu QoS động, và điều kiện kênh thay đổi nên các kết quả đo nhận được nói chung là thiếu chính xác. Hơn nữa, rất khó để có được một thống kê đầy đủ lưu lượng đầu vào. Do đó, các quyết định thâm nhập phải dựa trên các kết quả đo mơ hồ và thiếu chính xác.
Để giải quyết vấn đề này, logic mờ cung cấp một phương pháp thực hiện xấp xỉ nhưng hiệu quả cho mô hình CAC, theo đó nếu sử dụng công cụ toán học thì rất phức tạp và không dễ thực hiện. Với khả năng có thể giải quyết các vấn đề mang tính mơ hồ và thiếu chính xác,
logic mờ được hy vọng sẽ cung cấp một giải pháp tốt để phát triển các mô hình CAC [58].


Trong định nghĩa về QoS của 3GPP, có bốn lớp ưu tiên bao gồm P1, P2, P3, và P4, đại diện cho bốn lớp dịch vụ là nền (background), tương tác (interactive), luồng (streaming), và hội thoại (conversation) tương ứng. Trong bốn lớp này, lớp dịch vụ hội thoại có độ ưu tiên cao nhất, trong khi lớp dịch vụ nền có độ ưu tiên thấp nhất [18]. Rõ ràng là các cuộc gọi thuộc dịch vụ có độ ưu tiên cao phải được thâm nhập vào mạng thuận lợi hơn so với các cuộc gọi thuộc dịch vụ có độ ưu tiên thấp. Tức là, khi tải lưu lượng của mạng lớn, tài nguyên mạng không còn nhiều thì các cuộc gọi ưu tiên cao sẽ được chấp nhận và các cuộc gọi ưu tiên thấp phải bị từ chối. Tuy nhiên, điều này đã không được đề cập tới trong tất cả các nghiên cứu trước đây.
Đề tài này nghiên cứu một phương pháp mới cho mô hình CAC mờ cho các mạng tế bào CDMA đa lớp dịch vụ trên cơ sở ưu tiên lưu lượng (TP-FCAC). Mô hình này áp dụng nguyên tắc ưu tiên thâm nhập cho các cuộc gọi có độ ưu tiên cao. Theo đó, khi tải lưu lượng của mạng còn thấp, tài nguyên mạng còn nhiều thì cuộc gọi của bất kỳ lọai dịch vụ nào cũng đều có thể thâm nhập vào mạng. Trong trường hợp ngược lại, khi tải lưu lượng cao, tài nguyên của mạng còn ít thì chỉ có các cuộc gọi thuộc loại dịch vụ có độ ưu tiên cao mới được thâm nhập vào mạng, các cuộc gọi thuộc dịch vụ có độ ưu tiên thấp sẽ bị chặn. Việc đánh giá hiệu quả của mô hình này cũng được thực hiện dưới các góc độ đảm bảo QoS cũng như sự tận dụng tài nguyên trên cơ sở so sánh với các nghiên cứu đã có trước đây.
Đề tài cũng đề xuất một thuật toán ngắt các cuộc gọi có độ ưu tiên thấp đang hoạt động để dành tài nguyên phục vụ các cuộc gọi mới có độ ưu tiên cao hơn (DP-FCAC) trong điều kiện tải lưu lượng của tế bào cao, tài nguyên của tế bào trở nên khan hiếm.
Cấu trúc của đề tài này bao gồm bốn chương, một phần kết luận và phần phụ lục. Các chương cụ thể như sau:
- Chương I: Điều khiển thâm nhập cuộc gọi trong hệ thống thông tin di động tế bào CDMA.
- Chương II: Điều khiển thâm nhập cuộc gọi mờ có ưu tiên lưu lượng.
- Chương III: Điều khiển thâm nhập cuộc gọi dựa trên chỉ số chiếm dụng tài nguyên của lớp lưu lượng.
- Chương IV: Điều khiển thâm nhập cuộc gọi mờ có ưu tiên lưu lượng dựa trên chỉ số chiếm dụng tài nguyên.

Phần kết luận tóm tắt các vấn đề nghiên cứu được của đề tài trong mạng thông tin di động tế bào CDMA. Cuối cùng, phần phụ lục là tập hợp các đoạn chương trình viết trên môi trường Matlab, được sử dụng để mô phỏng các nghiên cứu của đề tài.
Các số liệu mô phỏng cho thấy rằng kết quả nghiên cứu của đề tài đã cải tiến được chất lượng điều khiển thâm nhập cuộc gọi trong các hệ thống tế bào CDMA đồng thời các nhà sản xuất thiết bị hoàn toàn có thể đưa các kết quả này vào áp dụng cho các hệ thống
thông thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA.