Luận án Tối ưu hóa quản lý di động trong mạng vô tuyến hỗn hợp đa dịch vụ
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
-----------------------------------
LÊ NGỌC HƯNG
TỐI ƯU HÓA QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG
MẠNG VÔ TUYẾN HỖN HỢP ĐA DỊCH VỤ
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 9.48.01.04
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2020
BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
-------------------------
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
ĐỀ TÀI
TỐI ƯU HÓA QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG VÔ TUYẾN HỖN
HỢP ĐA DỊCH VỤ
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 9.48.01.04
Nghiên cứu sinh : Lê Ngọc Hưng
Người hướng dẫn khoa học: GS. TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh
Hà Nội - năm 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả trình bày
trong luận án là trung thực và chưa được công bố ở bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Lê Ngọc Hưng
i
LỜI CẢM ƠN
Luận án Tiến sỹ này được thực hiện tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông dưới
sự hướng dẫn của GS.TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh. Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới GS.TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh, thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tạo mọi điều kiện
thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thiện công trình nghiên cứu của mình. Thầy đã có rất nhiều
ý kiến gợi mở về hướng nghiên cứu để tôi thực hiện thành công đề tài.
Tôi cũng xin cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Khoa
Đào tạo sau đại học, Công ty TNHH VKX (nơi tôi đang công tác), cũng như các đồng nghiệp
đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành được đề tài nghiên cứu của mình.
Cuối cùng là sự biết ơn tới gia đình, bạn bè đã thông cảm, động viên giúp đỡ cho tôi có
đủ nghị lực để hoàn thành luận án.
Hà Nội, tháng 12 năm 2020
Lê Ngọc Hưng
ii
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................................. iii
DANH MỤC BẢNG MẪU ...................................................................................................... xi
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................................... xii
BẢNG KÝ HIỆU TOÁN HỌC ............................................................................................. xiv
MỞ ĐẦU......................................................................................................................................1
1. Lý do nghiên cứu...............................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.........................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................................................................................2
4. Phương pháp và công cụ nghiên cứu ................................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..........................................................................3
6. Cấu trúc của Luận án.........................................................................................................3
Chương 1: Tổng quan các vấn đề cần nghiên cứu .......................................................................5
1.1 Mạng thông tin vô tuyến băng rộng đa dịch vụ BcN........................................................5
1.2 Yêu cầu chuyển giao trong mạng BcN .............................................................................7
1.3 Phân tích và đánh giá các nghiên cứu liên quan đến Luận án...........................................9
1.4 Các vấn đề còn tồn tại .....................................................................................................12
1.4.1 Phân loại chuyển giao..............................................................................................12
1.4.2 Các yêu cầu về hiệu suất..........................................................................................14
1.4.3 Phân tích trễ chuyển giao.........................................................................................15
1.4.4 Tối ưu hoá trễ HO....................................................................................................16
1.5 Kết luận chương 1 ...........................................................................................................17
Chương 2: Xây dựng tập tham số phân tích và đánh giá hiệu suất của các kĩ thuật chuyển giao
dựa trên MIP, TCP-M, và SIP....................................................................................................19
2.1 Mở đầu ............................................................................................................................19
2.2 Phân tích hiệu suất chuyển giao dựa trên các giao thức quản lý di động hiện tại. .........19
2.2.1 Các giao thức quản lý di động ở lớp liên kết (Lớp 2).............................................21
2.2.2 Các giao thức quản lý di động ở lớp mạng (Lớp 3).................................................21
2.2.3 Các giao thức quản lý di động ở lớp giao vận (Lớp 4)............................................22
iii
2.2.4 Các giao thức quản lý di động ở lớp ứng dụng (lớp 5)............................................23
2.3 Xác định các tham số cơ bản của mô hình phân tích......................................................24
2.3.1 Xác suất gói tin bị thất lạc từ điểm đến điểm ..........................................................25
2.3.2 Độ trễ truyền bản tin điểm tới điểm.........................................................................27
2.3.3 Trung bình độ trễ truyền gói tin báo hiệu khi sử dụng giao thức UDP ...................27
2.4 Xây dựng phương thức đánh giá hiệu suất chuyển giao của các ứng dụng dạng B và dạng
C (MIP và TCP-M)..................................................................................................................30
2.4.1 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của kết nối TCP khi sử dụng MIP........................32
2.4.2 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của kết nối TCP khi sử dụng TCP-M...................36
2.5 Xây dựng phương thức đánh giá hiệu suất chuyển giao của các ứng dụng dạng D và dạng
E (MIP và SIP) ........................................................................................................................38
2.5.1 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của một kết nối UDP khi sử dụng MIP ................39
2.5.2 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của một kết nối UDP khi sử dụng SIP .................41
2.6 Phân tích đánh giá tương quan giữa tiêu hao nguồn điện và hiệu suất chuyển giao ......43
2.6.1 Mô hình phân tích....................................................................................................43
2.6.2 Mô tả giao thức........................................................................................................43
2.6.3 Thuật toán tìm tuyến................................................................................................44
2.6.4 Cấu trúc bản tin RREQ............................................................................................46
2.6.5 Mô phỏng và đánh giá .............................................................................................47
2.7 Kết luận chương 2 ...........................................................................................................50
Chương 3: Xây dựng phương thức định trước băng thông chuyển giao trong mạng BcN........53
3.1 Mở đầu ............................................................................................................................53
3.2 Xây dựng mô hình hệ thống............................................................................................53
3.2.1 Kiến trúc trao đổi tin................................................................................................54
3.2.2 Đánh số tế bào..........................................................................................................55
3.2.3 Mô hình hoá di chuyển ............................................................................................55
3.2.4 Phân lớp các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển giao.....................................................56
3.2.5 Tính toán xác suất chuyển giao................................................................................62
3.3 Thuật toán định trước băng thông và điều khiển đăng nhập...........................................64
iv
3.3.1Định trước băng thông không thông tin di chuyển .........................................................64
3.3.2Định trước băng thông với thông tin di chuyển ..............................................................66
3.3.3Điều khiển cửa sổ ước tính thời gian di chuyển..............................................................67
3.3.4Điều khiển đăng nhập......................................................................................................69
3.3.5Kết quả mô phỏng ...........................................................................................................71
3.4 Thuật toán dự báo chuyển giao đi và đến........................................................................72
3.4.1 Ba trạng thái xác suất...............................................................................................72
3.4.2 Điều khiển đăng nhập ..............................................................................................74
3.5 Thuật toán dự báo băng thông theo kết nối.....................................................................74
3.5.1 Điều khiển AG.........................................................................................................74
3.5.2 Định trước băng thông theo kết nối sau khi đăng nhập...........................................75
3.5.3 Định trước băng thông theo kết nối trước khi đăng nhập........................................76
3.6 Kết luận chương 3 ...........................................................................................................77
Chương 4: Xây dựng phương thức quản lý chuyển giao linh hoạt trong mạng BcN ................78
4.1 Mở đầu ............................................................................................................................78
4.2 Phân tích hiệu suất của các giao thức định tuyến cho MANETs....................................78
4.2.1 Xu hướng nghiên cứu trong thời gian gần đây...............................................................79
4.2.2 Các giao thức định tuyến truyền thống...........................................................................80
4.2.3 Mô phỏng và phân tích kết quả ......................................................................................82
4.3. Giải pháp Quản lý chuyển giao linh hoạt (AMMS) .........................................................87
4.3.1 Cấu trúc của AMMS.......................................................................................................87
4.4 Phân tích mô hình đánh giá hiệu suất của AMMS............................................................92
4.4.1 Mất số liệu của MIP và SIP.....................................................................................96
4.4.2 Thời gian giảm thông lượng của TCP-M ................................................................96
4.5 Kết luận chương 4 .............................................................................................................96
KẾT LUẬN ...............................................................................................................................98
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ................................................................................100
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ...................................................................101
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................102
v
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
3/4/5G
Nghĩa tiếng Anh
Mobile 3/4/5th Generation
Nghĩa tiếng Việt
Mạng di động thế hệ 3/4/5
A_WCETT Advance Weighted Cumulative Expected Thời gian truyền với trọng số
Transmission Time
mở rộng
AAA
Authentication,
Accounting
Authorization,
and Xác thực, Phân quyền, và Giám
sát
AIMD
AMC
Additive
Increase
Multiplicative- Thuật toán điều khiển nghẽn
Decrease (AIMD)
trong TCP
Architecture for ubiquitous Mobile Kiến trúc thông tin di động phổ
Communications
biến
AMMS
AODV
APME
Adaptive
Multi-layer
Mobility Giải pháp quản lý di động đa
lớp thích ứng
management Solution
Ad hoc On-Demand Distance Vector
Véc tơ khoảng cách theo yêu
cầu
Access Point Management Entity
Thực thể quản lý điểm trruy
nhập
AR
Access Router
Router lớp truy nhập
Đơn vị xác thực
Trung tâm xác thực
Đăng ký vị trị biên
Trạm cơ sở
AU
Authentication Unit
AC
Authentication Center
Boundary Location Register
Base Station
BLG
BS
CARD
Candidate Access Router Discovery
Khám phá bộ định tuyến lớp
truy nhập
CDR
Call Detail Records
Bản tin cước
CDMA
Code Division Multiple Access
Tiêu chuẩn đa truy nhập theo
mã
CH
Correspondent Host
Thuê bao di động trong mạng
vi
IP
CMP
CN
Cross-layer (Layer 2 + 3) handoff Giao thức quản lý chuyển giao
Management Protocol
lớp 2-3
Correspondent Node
Thuê bao cố định trong mạng
IP
CA
Care-of-Addresses
Địa chỉ IP tạm thời cấp phát
cho thuê bao di động
DECT
DHCP
DSR
Digital Enhanced Cordless Telephone
Dynamic Host Configuration Protocol
Dynamic Source Routing
Điện thoại cố định không
Giao thức cấu hình máy chủ
Định tuyến nguồn động
EAP
Extensible Authentication Protocol
EAP over LAN
Giao thức xác thực mở rộng
EAPOL
EEMA
Efficient Energy and High-Performance Giao thức định tuyến cân bằng
Routing Protocol
năng lượng và hiệu suất
Số lần truyền dự kiến
Thời gian truyền dự kiến
ETX
ETT
FA
Expected Transmission Count
Expected Transmission Time
Foreign Agent
Hệ thống xử lý yêu cầu truy
nhập trên mạng khách
FN
Foreign Network
Mạng xử lý yêu cầu truy nhập
trên mạng khách
FEC
Forward Error Correction
Frame Error Rate
Sửa lỗi
FER
Tỷ lệ lỗi khung
Quỹ đạo địa tĩnh
Cổng trạm khách
Điểm hỗ trợ cổng GPRS
GEO
GFA
GGSN
GPRS
Geostationary Earth Orbit
Gateway Foreign Agent
Gateway GPRS Support Node
General Packet Radio Services
Dịch vụ chuyển mạch gói vô
tuyến
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
vii
GRX
GSM
GPRS Roaming eXchange
Global System for
Chuyển giao GPRS
Mobile Công nghệ thông tin di động
thế hệ 2 của châu Âu
communications
HA
Home Agent
Hệ thống xử lý yêu cầu truy
nhập trên mạng đăng ký thuê
bao
HM
Hysteresis Margin
Biên độ trễ
HMIP
Hierarchical Mobile IP
Giao thức quản lý di động cục
bộ theo mạng phân cấp
HN
Home Network
Mạng xử lý yêu cầu truy nhập
trên mạng đăng ký thuê bao
HHO
Horizontal Handover
Chuyển giao trong mạng cùng
công nghệ
HO
Handover
Chuyển giao
HOF
IAPP
IG
Hand Over Failure
Lỗi chuyển giao
Inter-Access Point Protocol
Interworking Gateway
Internet Protocol
Giao thức điểm liên truy nhập
Cổng liên mạng
IP
Giao thức lớp mạng
Chuyển giao liên mạng
Quỹ đạo trái đất thấp
Thông tin di động tốc độ cao
Mã xác thực bản tin
ISHO
LEO
LTE
MAC
MAHO
Inter-System Handover
Low Earth Orbit
Long-Term Evolution
Message Authentication Code
Mobile Assisted network controlled Mạng hỗ trợ di động điều khiển
Handoff
chuyển giao
MANET
MAP
Mobile Ad Hoc Network
Mobile Application Part
Minimum Battery Cost Routing
Mobile Host
Mạng di động tùy biến
Ứng dụng di động
MBCR
MH
Chi phí định tuyến nguồn tối ưu
Trạm chủ di động
viii
MIP
Mobile IP
IP di động
MN
Mobile Node
Node di động
MSE
MT
Mobility State Estimation
Mobile Terminal
Ước lượng trạng thái di động
Đầu cuối di động
NAHO
Network Assisted mobile controlled Mạng hỗ trợ điều khiển chuyển
Handoff
giao
NAI
Network Access Identifier
New Base Station
Bộ định dạng mạng truy nhập
Trạm cơ sở mới
NBS
NGWS
NIA
Next-Generation Wireless Systems
Network Inter-operating Agent
New Network
Hệ thống vô tuyến thế hệ sau
Trạm liên mạng
NN
Mạng mới
OBS
PCF
Old Base Station
Trạm cơ sở cũ
Packet Control Function
Packet Data Serving Node
Public Land Mobile Network
Power Spectral Density
Quality of Service
Chức năng điều khiển gói
Điểm hỗ trợ dữ liệu gói
Mạng di động mặt đất
Mật độ phổ năng lượng
Chất lượng dịch vụ
Mạng truy nhập vô tuyến
Đề nghị nhận xét
PDSN
PLMN
PSD
QoS
RAN
RFC
RLP
Radio Access Network
Request For Comment
Radio Link Protocol
Route Reply
Giao thức liên kết vô tuyến
Trả lời tuyến
RREP
RREQ
RRER
RSS
Route Request
Yêu cầu tuyến
Route Error
Lỗi tuyến
Received Signal Strength
Retransmission Timeout
Real-time Transport Protocol
Cường độ tín hiệu nhận
Quá thời gian truyền lại
RT
RTP
Giao thức giao vận thời gian
thực
ix
RTT
SCTP
SIM
Round-Trip Time
Thời gian nhận dữ liệu phản hồi
Giao thức điều khiển luồng
Khối nhận dạng thuê bao
Giao thức thoại trên Internet
Thỏa thuận lớp dịch vụ
Stream Control Transmission Protocol
Subscriber Identity Module
Session Initiation Protocol
Service Level Agreement
Time Division Multiple Access
SIP
SLA
TDMA
Tiêu chuẩn đa truy nhập kênh
vô tuyến theo thời gian
TTT
Time To Triger
Thời điểm kích hoạt HO
Hồ sơ người dung
UMP
UMTS
User Mobility Profile
Universal Mobile Telecommunication Hệ thống thông tin di động thế
System
hệ 3 của châu Âu
VEPSD
VGSN
VHO
Velocity estimation using the PSD
Virtual GPRS Support Node
Vertical Handover
Ước lượng vận tốc bằng PSD
Khối hỗ trợ GPRS ảo
Chuyển giao giữa các mạng
công nghệ khác nhau
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng không dây cục bộ
x
DANH MỤC BẢNG MẪU
NỘI DUNG
BẢNG
TRANG
24
Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 3.1
Bảng 4.1
Bảng 4.2
Hiệu suất quản lý di động của các giao thức
Phương pháp tính cho phí tuyến
45
47
Các tham số mô phỏng
70
Tổng hợp các cơ chế điều kiển đăng nhập được trình bày ở trên
Các giao thức định tuyến trên IEEE giai đoạn 2011-2020
Các tham số mô phỏng
78
83
xi
DANH MỤC HÌNH VẼ
NỘI DUNG
HÌNH
TRANG
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Cấu trúc ví dụ của một hệ thống vô tuyến tích hợp
Sự di chuyển trong các hệ thống vô tuyến thế hệ tiếp theo
Các mô hình quản lý di động trong MobileIP, MIP-RR và SIP
Các mô hình quản lý di động trong 3GPP, 3GPP2 và Micro mobility
Các kết nối Vô tuyến và Hữu tuyến giữa CH/HA, BS và MH
Cấu trúc gói số liệu
6
7
9
10
25
28
32
36
39
42
Cơ chế chuyển giao của kết nối TCP sử dụng giao thức MIP
Sơ đồ hoạt động của TCP-M
Chuyển giao kết nối TCP sử dụng MIP và SIP
So sánh trễ chuyển giao giữa MIP và SIP khi không có RLP (a) và có
RLP (b)
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
43
43
44
46
48
48
49
49
53
54
56
56
58
60
60
Mô hình mạng MANET
Thủ tục kiểm tra tiêu hao năng lượng
Tập tuyến khả dụng giữa các cặp nút sau pha khám phá
Cấu trúc của bản tin RREQ
Thời gian duy trì mạng
Tỷ lệ phân phối bản tin
Trung bình trễ kết cuối
Trung bình thông lượng
Giao tiếp giữa MSC và BS
Đánh số tế bào
Mô hình Handoff sử dụng Lý thuyết
Vùng dịch vụ của 2 cell mỗi cell 3 véc tơ
Hàm thuộc của BTS thứ k xác định theo khoảng cách vật lý
Số lần chuyển vùng trung bình ứng với các điều kiện khác nhau
Số lần chuyển vùng trung bình khi sử dụng SVAV với T=10
xii
Hình 3.8
Hình 3.9
Thuật toán RSSI và SVAV đối với (a) Bất định đơn giản, và (b) Bất
định có trọng số
60
61
Các cửa sổ thời gian thu được các hàm ước tính chuyển giao với
Nwin_days=2
Hình 3.10
Hình 3.11
Ví dụ về đồ thị của hàm ước tính chuyển giao với prev=1
62
64
ví dụ về tính toán ph(C0,j → next) pꢀ(Cꢁ,ꢂ → next) khi prev(C0,j)=1 và
next=4 sử dụng đồ thị của FHOE(t0, prev(C0,j), next’, Tsoj)
Hình 3.12
Mã giả của thuật toán điều chỉnh Test trong mỗi BS
67
70
70
70
70
79
80
83
83
83
83
84
84
84
84
86
92
93
Hình 3.13a Xác suất rớt cuộc gọi HO theo lưu lượng trên mỗi kênh.
Hình 3.13b Xác suất khóa cuộc gọi mới theo lưu lượng trên mỗi kênh.
Xác suất khóa cuộc gọi mới theo lưu lượng trên mỗi kênh với C khác nhau
Xác suất rớt cuộc gọi HO theo lưu lượng trên mỗi kênh với C khác nhau
Hình 3.14a
Hình 3.14b
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8
Hình 4.9
Hình 4.10
Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13
Giai đoạn khám phá tuyến
Quá trình xác định nút MPR của giao thức OLSSR
Tỷ lệ phân phối gói – Di động
Băng thông trung bình - Di động
Trễ trung bình - Di động
Tải định tuyến chuẩn hóa - Di động
Tỷ lệ phân phối gói – Lưu lượng
Băng thông trung bình - Lưu lượng
Trễ trung bình - Lưu lượng
Tải định tuyến chuẩn hóa - Lưu lượng
Cấu trúc của AMMS
Vùng phủ sóng của OBS và NBS
Sơ đồ hoạt động của AMMS
xiii
BẢNG KÝ HIỆU TOÁN HỌC
Ký hiệu
Ý nghĩa
Tập chứa các phần tử x, y, z
Tập chứa các số nguyên từ a1 tới an
Tập các số thực trong khoảng a ≤ b
Tập các số thực trong khoảng a < b
Tập các số thực trong khoảng a < b gồm cả a
Tập các số thực trong khoảng a < b gồm cả b
Đầu vào thứ i
{x, y, z}
{a1, a2,…, an}
[a, b]
(a, b)
[a, b)
(a, b]
x(i)
a
Số thực a
A
Ma trận A
[ai]n Hoặc (a1,….., am)
Véc tơ hàng a cấp n
T
(a1,….., am)
Véc tơ cột a cấp n
[Aij]mn
f : A -> B
f(x)
Ma trận A cấp m x n
Hàm f với tập xác định A và tập giá trị B
Hàm 1 biến f theo biến x
f(x,y)
ꢈꢃ
Hàm 2 biến f theo biến x và y
Đạo hàm của f theo x
( )ꢅ
ꢃ ꢄ ℎꢆặꢇ
ꢈꢄ
ꢉꢃ
ꢉꢄ
Đạo hàm riêng của f theo x
xiv
ꢋ
Tích phân theo x trong khoảng [a, b]
( )
ꢊ ꢃ ꢄ ꢈꢄ
ꢌ
Lo ga rít tự nhiên
log ꢄ ℎꢆặꢇ ꢍꢎꢄ
xv
MỞ ĐẦU
1. Lý do nghiên cứu
Cùng với sự phát triển của công nghệ Thông tin và Viễn thông, đặc tính di động đã và đang
trở thành tính năng cơ bản của các mạng thông tin hiện tại và tương lai. Ngày càng có nhiều
hình thức truyền thông mới ra đời như Mạng xã hội, Điện toán đám mây di động, IoT, ... làm
nền tảng để xây dựng xã hội 5.0 [55], làm đa dạng các loại hình dịch vụ, tăng độ phức tạp và
phạm vi hoạt động của mạng,… Do vậy, các kỹ thuật quản lý di động hiện tại đang gặp nhiều
vấn đề trong việc xử lý yêu cầu chuyển giao, đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ và di chuyển
của người dùng với QoS đảm bảo. Vấn đề đặt ra là phải xây dựng phương án lựa chọn hệ
thống chuyển giao tối ưu, vừa nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng vừa đảm bảo chất
lượng dịch vụ cam kết.
Ngày nay các thiết bị và ứng dụng di động phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu sử dụng
dịch vụ di động tăng cao. Theo dự báo của IDC (tháng 6 năm 2019), số lượng thiết bị IOT sẽ
đạt 41.6 tỷ trên toàn thế giới vào năm 2025, trong khi năm 2017 mới chỉ là 27 tỷ [41] [42]. Do
vậy, nhu cầu truyền tải dữ liệu hàng tháng sẽ tăng từ 20EB năm 2018 lên 119EB năm 2023
[71]. Từ thực tế này, các ứng dụng di dộng như mạng xã hội, điện toán đám mây, IoT,… mở
ra mô hình kiến trúc hạ tầng mạng mới, đối tượng mới bao gồm đầu cuối, dịch vụ, mạng, nội
dung, tính toán, mã hóa... tất cả đều di động [16].
Xu hướng hội tụ công nghệ và nhu cầu sử dụng dịch vụ đa dạng mọi lúc, mọi nơi của
người sử dụng đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ phải thiết lập các hệ thống hạ tầng mạng có
khả năng tích hợp nhiều loại hình dịch vụ, các loại lưu lượng khác nhau lên trên một hạ tầng
truyền thông duy nhất. Hệ thống hạ tầng truyền thông đó về cơ bản phải hỗ trợ các cơ chế
truyền dữ liệu tốc độ cao bằng dịch vụ best-effort, đồng thời vẫn đảm bảo QoS cho các loại
hình dịch vụ khác nhau, nhất là các dịch vụ thời gian thực. Hạ tầng truyền thông như vậy được
gọi là một mạng vô tuyến hỗn hợp băng rộng đa dịch vụ [29] (BcN).
Mạng BcN cho phép người dùng sử dụng các dịch vụ đồng thời mọi lúc, mọi nơi, thông
qua các loại đầu cuối khác nhau mà không cần quan tâm tới công nghệ của mạng mình đang
kết nối tới, chỉ cần ký thoả thuận với nhà cung cấp dịch vụ (SLA). Vì thế một trong những yêu
cầu đối với mạng BcN là phải tối ưu hoá chức năng xử lý chuyển giao liên mạng (ISHO) để
đáp ứng các yêu cầu này của khách hàng. ISHO phải có khả năng chuyển hướng dòng dữ liệu
của ứng dụng giữa các mạng khác nhau mà vẫn duy trì tính liên tục cho các ứng dụng đó theo
QoS thoả thuận. Do vậy, hiện tại có nhiều Viện nghiên cứu, trường đại học, các tổ chức trong
và ngoài nước,... đã và đang nghiên cứu tìm các giải pháp tối ưu khác nhau xử lý yêu cầu này.
Tuy nhiên, cho đến này các nghiên cứu về ISHO phần lớn chỉ tập trung vào việc giải quyết vấn
1
đề kích hoạt ISHO khi dịch vụ người dùng bị ngắt quãng do di chuyển ra khỏi vùng phủ sóng
[53][73]. ISHO cho mạng BcN không chỉ đáp ứng được yêu cầu trên, mà phải xử lý được các
vấn đề như dự báo gián đoạn kết nối, cải thiện QoS, giảm trễ do chuyển giao, và các yêu cầu
của người dùng như loại hình dịch vụ, tiết kiệm nguồn tiêu thụ, cước phí,...
Điều khiển chuyển giao là kỹ thuật cung cấp khả năng cho các đối tượng di động trao đổi
thông tin và truy cập dịch vụ mọi lúc, mọi nơi. Thời gian đầu chỉ được áp dụng cho hệ thống
thông tin di động tế bào (Cellular), sau đó nó không ngừng được phát triển để ứng dụng cho
các mạng khác như Internet, Mobile Internet, Ubiquitous, ICN (Information Centric
Network),… và mạng tương lai [66].
Với nhu cầu sử dụng dịch vụ di động ngày càng cao và sự phát triển không ngừng của các
hệ thống truy nhập có công nghệ khác nhau (LTE, NB, WLAN, Bluetooth, Wifi,...), yêu cầu
cung cấp dịch vụ tích hợp liên tục cho thuê bao di động ngày càng tăng, do đó việc nghiên cứu
đưa ra các giải pháp ISHO mới có khả năng hoạt động xuyên suốt giữa các hệ thống khác nhau
vẫn đang là cơ hội và thách thức cho nhiều nhà nghiên cứu. Hơn nữa, các mạng di động trong
tương lai vẫn sẽ sử dụng hạ tầng IP như là mạng lõi [32]. Do vậy, bước đột phá kiến trúc mạng
trong tương lai sẽ là sự hội tụ giữa Internet (như là mạng lõi) và mạng truy nhập vô tuyến với
các công nghệ khác nhau. Để đạt được mục tiêu này, cần có các kỹ thuật ISHO mới, tối ưu đáp
ứng nhu cầu dịch vụ và di chuyển của ứng dụng.
Tại nước ta, Chính phủ đã ban hành Quy hoạch phát triển viễn thông và công nghệ thông
tin Việt Nam đến năm 2020 và định hướng tới năm 2030 [42], theo đó hệ thống mạng viễn
thông đang từng bước được chuyển sang mạng hội tụ băng rộng đa dịch vụ (BcN) theo từng
giai đoạn phù hợp với yêu cầu thực tế, nhằm cung cấp đa dịch vụ trên một hạ tầng viễn thông
thống nhất. Vì vậy, các vấn đề liên quan đến việc xây dựng các cơ chế quản lý, điều khiển trên
BcN cũng đang được giới khoa học chuyên ngành trong nước quan tâm nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là đề xuất một phương pháp quản lý chuyển giao linh
hoạt nhằm tối ưu hóa quản lý chuyển giao trong mạng Vô tuyến hỗn hợp đa dịch vụ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là cơ chế quản lý chuyển giao trong mạng BcN.
Phạm vi nghiên cứu của luận án này được giới hạn trong việc nghiên cứu các giao thức
(protocol) và các giải thuật (procedure, algorithm) quản lý chuyển giao. Luận án chỉ tập trung
vào việc phân tích hiệu suất chuyển giao dựa trên các giao thức đã có như MIP, TCP-M, SIP
từ đó xây dựng các tham số có ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ khi thực hiện chuyển giao,
2
xây dựng phương thức dự báo và đặt trước băng thông để đi đến việc đề xuất phương pháp
quản lý chuyển giao linh hoạt nhằm tối ưu hóa quản lý chuyển giao trong mạng BcN. Mọi vấn
đề khác liên quan đến quản lý vị trí của ứng dụng, cập nhật và thống kế các thông tin liên quan
đến hướng di chuyển của người dùng,... coi như đã được giải quyết bằng các công cụ khác
nằm ngoài phạm vi nghiên cứu của luận án này.
4. Phương pháp và công cụ nghiên cứu
Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp và phân tích: tổng hợp các kết quả
nghiên cứu đã có của các tác giả khác có liên quan đến đề tài và phân tích các yếu tố liên quan
đến vấn đề quản lý di động trong mạng BcN, qua đó đề xuất phương pháp quản lý di động linh
hoạt nhằm tối ưu hóa quản lý di động trong mạng BcN.
Luận án sử dụng các công cụ toán học và các công cụ của lý thuyết hệ thống, lý thuyết điều
khiển để giải quyết yêu cầu nghiên cứu. Do chưa có các chuẩn chung thống nhất về kết cấu,
giao thức và công nghệ của BcN, nên trước tiên luận án đưa ra một mô hình chung được chấp
nhận rộng rãi của mạng BcN, và lấy đó làm cơ sở để xây dựng và đề xuất cơ chế điều khiển
chuyển giao.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài được thể hiện qua các đóng góp mới của luận án, bao gồm:
Thông qua phân tích hiệu suất chuyển giao dựa trên các giao thức đã có để xây dựng các tham
số cơ bản ảnh hưởng nhiều nhất tới QoS khi chuyển giao; Sử dụng lý thuyết Bayes để xác định
xác suất chuyển giao, từ đó xây dựng phương pháp đặt trước băng thông nhằm đảm bảo QoS
và nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng; Cuối cùng dựa trên việc xác định được các
yếu tố ảnh hưởng tới QoS và phương pháp đặt trước băng thông, luận án đề xuất phương pháp
quản lý chuyển giao linh hoạt, tùy thuộc vào loại ứng dụng để đạt được mục tiêu tối ưu hóa
quản lý chuyển giao.
6. Cấu trúc của Luận án
Luận án gồm phần Mở đầu, phần Kết luận và 04 chương nội dung. Sau phần Mở đầu,
Chương 1, giới thiệu tổng quan về cấu trúc, đặc trưng và yêu cầu trong việc quản lý chuyển
giao của mạng BcN; Phân tích và đánh giá các nghiên cứu liên quan đến luận án, nêu lên các
vấn đề còn tồn tại cần phải giải quyết, từ đó đưa ra hướng nghiên cứu của luận án. Chương 2,
phân tích và đánh giá hiệu suất chuyển giao dựa trên các giao thức đã có, từ đó xây dựng tập
các tham số cơ bản ảnh hưởng đến QoS khi chuyển giao. Chương 3, tính toán xác suất chuyển
giao Pb và xây dựng phương pháp đặt trước băng thông cho các ứng dụng. Chương 4, xây
3
Tải về để xem bản đầy đủ
124 trang
21580
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Tối ưu hóa quản lý di động trong mạng vô tuyến hỗn hợp đa dịch vụ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_an_toi_uu_hoa_quan_ly_di_dong_trong_mang_vo_tuyen_hon_h.pdf
