Luận Văn Thạc Sĩ: Quản Lý Di Động Trong Mạng Femtocell Nhận Thức

Luận văn thạc sĩ về quản lý di động trong mạng di động nhận thức Femtocell. Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất, tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.

• Tác giả: Nguyễn Thái Minh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nam Hoàng
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ
• Chuyên ngành: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Quản Lý Di Động Trong Hệ Thống Mạng Di Động Nhận Thức Femtocell
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• 1. CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ KIẾN TRÚC FEMTOCELL
• 1.1. Tổng quan vê hệ thống thông tin di động
• 1.1.1. Các hệ thống thông tin di động trƣớc 4G
• 1.2. Kiến trúc mạng Femtocell nhận thức cho hệ thống thông tin di động sau 4G
• 1.2.1. Tổng quan về Femtocell
• 1.2.2. Mạng di động nhận thức Femtocell
• 2. CHƢƠNG II: QUẢN LÝ DI ĐỘNG VÀ CƠ CHẾ LỰA CHỌN FEMTOCELL CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO
• 2.1. Quản lý di động
• 2.1.1. Quản lý di động là gì
• 2.1.2. Các vấn đề cần quan tâm đối với quản lý di động
• 2.1.3. Các chức năng quản lý di động
• 2.2. Mô hình di chuyển trong quản lý di động
• 2.2.1. Mô hình di chuyển ngẫu nhiên
• 2.2.2. Thuộc tính ngẫu nhiên của mô hình di chuyển Random Waypoint
• 2.3. Cơ chế lựa chọn Femtocell
• 3. CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG
• 3.1. Mô hình mô phỏng
• 3.2. Đánh giá hiệu năng
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LỜI MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng Quan Femtocell Giải Pháp Tối Ưu Mạng Di Động 55 ký tự

Thế kỷ XXI chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của ngành Điện tử Viễn thông, đặc biệt là Thông tin Di động. Số lượng thuê bao di động tăng chóng mặt, kéo theo nhu cầu lớn về dung lượng và vùng phủ sóng. Mạng di động nhận thức và Femtocell nổi lên như chìa khóa công nghệ cho mạng 5G tương lai. Femtocell được xem như giải pháp chi phí thấp để tăng vùng phủ và dung lượng ở môi trường trong nhà, nơi mà hơn 67% lưu lượng dữ liệu và cuộc gọi 3G xuất phát. Mạng 4G LTE-Advanced đã cải thiện tốc độ tải dữ liệu, nhưng vấn đề vùng phủ và tài nguyên vô tuyến vẫn còn nan giải. Mạng di động nhận thức và femtocell được xem là chìa khóa công nghệ để xây dựng mạng di động thế hệ thứ 5 (5G). Quản lý di động trong mạng femtocell là một vấn đề thách thức, đặc biệt là quá trình chuyển giao (handover) giữa các femtocell có vùng phủ nhỏ. Lựa chọn femtocell là một tính năng quan trọng trong việc quản lý quá trình chuyển giao, nhằm tìm ra femtocell đích chính xác, giảm thiểu số lần chuyển giao không cần thiết và tránh các femtocell quá tải. Luận văn này trình bày kiến thức tổng quan về mạng thông tin di động Femtocell, liên hệ và áp dụng các cơ chế quản lý quá trình chuyển giao cho mạng di động nhận thức Femtocell, và tập trung nghiên cứu về đánh giá cơ chế lựa chọn femtocell phù hợp để mang lại chất lượng dịch vụ tốt cho người dùng. Nguyễn Thái Minh đã thực hiện nghiên cứu này với đề tài “Quản lý di động trong hệ thống mạng di động nhận thức Femtocell”. Luận văn tập trung vào đánh giá cơ chế lựa chọn femtocell phù hợp để mang lại chất lượng dịch vụ tốt cho người dùng.

1.1. Lịch Sử Phát Triển và Ứng Dụng của Femtocell

Khái niệm “trạm cơ sở nhà” đầu tiên được nghiên cứu bởi phòng thí nghiệm Bell của hãnh Alcatel-Lucent vào năm 1999. Trong năm 2002, Motorola thông báo phát triển sản phẩm trạm cơ sở nhà dựa trên nền tảng công nghệ 3G. Tuy nhiên, cho đến năm 2005 thì khái niệm này mới được chấp nhận rộng rãi. Trong năm 2006, thuật ngữ “femtocell” ra đời. Các công ty đã trình bày về femtocells tại hội nghị thế giới về di động tại Barcelona, thông báo đang thử nghiệm về nó. Trong tháng 7 năm 2007, diễn đàn Femto [2] đã được thành lập để đẩy mạnh nghiên cứu, tiêu chuẩn hóa và triển khai trên toàn thế giới. Đến tháng 12 năm 2008, diễn đàn đã bao gồm hơn 100 công ty viễn thông sản xuất phần cứng và phần mềm và các nhà cung cấp dịch vụ mạng di động. Cũng trong năm Home NodeB (HNB) và Home eNodeB (HeNB) đầu tiên được giới thiệu trong phiên bản 8 của tổ chức 3GPP. Trong phiên bản LTE cũng giới thiệu về macrocell và femtocell trong quá trình triển khai mạng. Femtocell tỏ ra có triển vọng cho các ứng dụng vừa và nhỏ để cung cấp cho khách hàng. Diễn đàn Femto với mục tiêu là định nghĩa các tiêu chuẩn cho thiết bị femtocell và các công nghệ được triển khai trên femtocell như các giao thức truyền thông và ứng dụng. Ngoài ra tổ chức 3GPP cũng đóng góp trong việc tiêu chuẩn hóa femtocell.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội của Công Nghệ Femtocell Hiện Nay

Femtocell mang đến nhiều thuận lợi cho nhà cung cấp dịch vụ cũng như thuê bao sử dụng. Đứng từ quan điểm nhà cung cấp dịch vụ số lượng lớn lưu lượng (từ 70 đến 80%) đã được chuyển từ macrocell sang femtocell, điều đó đồng nghĩa với việc không cẩn sử dụng nhiều macrocell nữa. Khi đó chi phí triển khải hệ thống của các nhà cung cấp dịch vụ sẽ giảm, dẫn đến giảm phí dịch vụ. So sánh với picocell và các công nghệ trong nhà khác, femtocell là giải pháp với chi phí thấp trong khi gia tăng vùng phủ trong nhà và cải tiến chất lượng dịch vụ. Đứng từ quan điểm khách hàng Với femtocell, các dịch vụ như thoại, truyền thông, video và các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao trở nên dễ dàng hơn. Femtocell có thể hoạt động như một điểm trung tâm kết nối tất cả các thiết bị trong nhà đến máy chủ và là cổng chính cho tất cả các thiết bị trong nhà kết nối đến internet. Femtocell sẽ tiếp kiệm nguồn cho các thiết bị đầu cuối, bởi vì khoảng cách từ thiết bị đầu cuối đến femtocell ngắn nên giảm được công suất phát, qua đó tiết kiệm đáng kể về thời lượng pin, nhất là với các thiết bị di động.

II. Thách Thức Quản Lý Di Động Femtocell Giải Pháp Nào 57 ký tự

Quản lý di động (mobility management) là các chức năng được sử dụng để quản lý thuê bao di động đang truy nhập vào các trạm cơ sở trong quá trình người dùng sử dụng các thiết bị di động. Các chức năng này bao gồm việc giao tiếp với mạng nhà để thực hiện nhận thực, cấp quyền, cập nhật vị trí và tải thông tin về người dùng. Các vấn đề cần quan tâm đối với quản lý di động bao gồm di động thiết bị đầu cuối, di động người dùng, di động của mạng, và di động dịch vụ. Các chức năng quản lý di động bao gồm quản lý vị trí và quản lý chuyển giao. Quản lý vị trí bao gồm đăng kí vị trí và phân phối cuộc gọi/tìm gọi. Quản lý chuyển giao được sử dụng để cung cấp cho thiết bị đầu cuối di động những phiên làm việc liên tục mỗi khi thiết bị đầu cuối di động di chuyển sang các vùng mạng khác và thay đổi điểm gắn kết vào mạng trong quá trình một phiên. Mục tiêu chính của chuyển giao suôn sẻ là giảm thiểu sự gián đoạn dịch vụ do mất dữ liệu và trễ trong quá trình chuyển giao. Hầu hết các giao thức quản lý di động thực hiện quản lý chuyển giao cùng với cơ chế quản lý vị trí thích hợp. Tùy theo vùng chuyển giao như đã được đề cập, các dạng chuyển giao có thể được phân loại thành “chuyển giao trong một mạng truy nhập”, trong đó di động di chuyển trong vùng phủ của cùng một mạng truy nhập trong mạng NGN, và “chuyển giao giữa các mạng truy nhập hoặc các mạng lõi khác nhau”, trong đó di động thay đổi hệ thống truy nhập cho các phiên đang thực hiện.

2.1. Các Vấn Đề Quan Trọng Trong Quản Lý Di Động Femtocell

Di động thiết bị đầu cuối là khả năng đáp ứng cho thiết bị đầu cuối của người sử dụng tiếp tục truy nhập mạng khi thiết bị di chuyển. Di động người dùng cho phép người dùng tiếp tục truy nhập mạng dưới cùng nhận dạng người dùng khi người dùng di chuyển. Tính năng này cũng bao gồm khả năng cho phép người dùng từ các thiết bị di động khác nhau nhưng dùng chung nhận dạng thuê bao. Di động của mạng là khả năng của mạng bao gồm các nốt di động được kết nối mạng với nhau, để thay đổi điểm gắn kết (dưới dạng đơn vị mạng) vào mạng tương ứng tùy theo chuyển động của chính mạng đó. Di động dịch vụ là tính di động áp dụng cho một dịch vụ cụ thể, tức là khả năng của một đối tượng di động để sử dụng dịch vụ cụ thể (đã đăng kí) mà không phụ thuộc vào vị trí của người dùng và thiết bị được sử dụng. Khái niệm lớp được sử dụng để phân loại phương thức quản lý di động gồm Di động theo chiều ngang (vẫn sử dụng cùng công nghệ truy nhập) và Di động theo chiều dọc (di động giữa các lớp khác nhau, có sự thay đổi về công nghệ truy nhập).

2.2. Chức Năng Chính Của Quản Lý Di Động Trong Femtocell

Quản lý vị trí bao gồm hai chức năng cơ bản: đăng kí vị trí và phân phối cuộc gọi/tìm gọi. Đăng kí ví trí là thủ tục đăng kí vị trí hiện thời khi thiết bị đầu cuối di động thay đổi điểm gắn kết vào mạng. Chức năng phân phối cuộc gọi được thực hiện để phân phối các gói tin tới di động đích và chức năng tìm gọi được sử dụng để tìm di động trong chế độ chờ. Quản lý vị trí yêu cầu các khả năng đặc thù sau: cập nhật vị trí (quá trình thiết bị di động cung cấp cho mạng biết vị trí hiện tại của nó) và tìm kiếm vị trí (quá trình mạng tìm kiếm chính xác vị trí hiện tại của thiết bị di động). Các chiến lược cập nhật vị trí bao gồm cập nhật dựa vào thời gian, cập nhật dựa vào sự di chuyển, cập nhật dựa vào khoảng cách, cập nhật dựa vào các tham số, cập nhật ngầm và cập nhật xác suất. Quản lý chuyển giao được sử dụng để cung cấp cho thiết bị đầu cuối di động những phiên làm việc liên tục mỗi khi thiết bị đầu cuối di động di chuyển sang các vùng mạng khác và thay đổi điểm gắn kết vào mạng trong quá trình một phiên. Mục tiêu chính của chuyển giao suôn sẻ là giảm thiểu sự gián đoạn dịch vụ do mất dữ liệu và trễ trong quá trình chuyển giao.

III. Phương Pháp Lựa Chọn Femtocell Tối Ưu Handover 59 ký tự

Cơ chế lựa chọn Femtocell quan trọng trong quản lý chuyển giao. Luận văn này tập trung vào các cơ chế: RSS (dựa trên độ mạnh tín hiệu), Prediction (dự đoán hướng di chuyển), và Sensing (cảm nhận). Cơ chế RSS sử dụng độ mạnh của tín hiệu nhận được (RSS) làm tiêu chí. Cơ chế Prediction sử dụng lý thuyết làm mịn theo hàm số mũ để kết hợp thông tin RSS trong quá khứ và hiện tại, dự đoán hướng di chuyển của FU để tránh chuyển giao không cần thiết. Cơ chế Sensing sử dụng tính năng nhận thức của CFAP để đo sự chiếm kênh của các CFAP lân cận, ước lượng mức độ rảnh/bận của từng CFAP. Mỗi cơ chế có ưu nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến số lần chuyển giao, độ trễ gói tin, và thông lượng của người dùng.

3.1. Cơ Chế RSS Received Signal Strength Ưu Điểm Nhược Điểm

Cơ chế này sử dụng độ mạnh của tín hiệu nhận được và coi đó là một tiêu chí dành cho các CFAP đang kết nối để lựa chọn CFAP đích cho quá trình chuyển giao của FU. Khi mà một FU đang sở hữu một kết nối, nó thường xuyên gửi đi các báo cáo đo đạc về RSS (cường độ tín hiệu nhận được) của các CFAP gần kề tới CFAP đang trực tiếp kết nối. Khi mà điều kiện của quá trình handover (1) xảy ra, với X(t) tương ứng với giá trị RSS tại thời điểm t, CFAP đang hoạt động sẽ lựa chọn CFAP đích từ các báo cáo của FU. CFAP đích phải thoả mãn điều kiện (1) và có giá trị RSS cao nhất trong tất cả các CFAP liền kề: X(t)target_CFAP = max{X(t)CFAP(i); CFAP(i)∈(CFAPliền kề), X(t)CFAP(i) thỏa mãn (1)}

3.2. Cơ Chế Prediction Giải Pháp Giảm Thiểu Handover Không Cần Thiết

Trên lý thuyết, cơ chế dựa trên RSS tương đối dễ để thực hiện. Mặc dù vậy, khi một FU di chuyển vào những vùng chồng lấn của nhiều CFAP, sự thay đổi liên tục của RSS có thể gây ra những quá trình chuyển giao không cần thiết, đồng thời làm quá trình truyền tin trở nên phức tạp hơn cũng như làm giảm hiệu năng của hệ thống. Để tránh những quá trình chuyển giao không cần thiết này, tôi xem xét “Cơ chế dự đoán Prediction”, có thể sử dụng lý thuyết làm mịn theo hàm số mũ [21] để kết hợp những thông tin RSS thu thập được trong quá khứ với thông tin RSS hiện tại, nhằm làm giảm biên độ của giá trị RSS nhận được, qua đó dự đoán được hướng di chuyển của FU. Phương pháp này giúp chọn ra một CFAP có khả năng cao nhất mà FU sẽ di chuyển vào và ở đó trong một khoảng thời gian dài. Trong sơ đồ này, khi một FU đang di chuyển, nó sẽ đo tín hiệu RSS của các CFAP gần đó và báo cáo tới CFAP hiện tại theo chu kỳ. Sử dụng thông tin RSS ở trên, CFAP hiện thời sẽ ước lượng các giá trị RSS trung bình X (t) của các CFAP gần đó theo công thức sau: X(t) = a * X(t) + (1- a ) * X(t -1) và tính toán xu hướng di chuyển: b(t) = a *( X(t) - X(t -1)) + (1- a )*b(t -1)

IV. Cơ Chế Sensing Tối Ưu Chất Lượng Dịch Vụ QoS 52 ký tự

Cơ chế Prediction là cơ chế được đưa ra nhằm giảm thiểu số lần chuyển giao. Tuy nhiên nếu chúng ta quan tâm tới khả năng của kênh truyền mà một CFAP có thể cung cấp cho một FU đang di chuyển để có thể đảm bảo QoS, chúng ta cần thiết kế một phương án lựa chọn femtocell khác sao cho FU nhận được QoS tốt nhất. Khi kênh truyền xuống triển khai ghép kênh thống kê phân chia theo thời gian, kênh được xem là rỗi nếu không có gói tin truyền xuống nào trong thời điểm đó. Nếu kênh có càng nhiều thời gian rỗi, thì độ trễ của gói tin sẽ giảm đi và thông lượng dành cho FU sẽ tăng lên. Chúng ta thừa nhận rằng một CFAP có thể sử dụng tính năng nhận thức của nó để đo sự chiếm kênh của các CFAP gần đó nhằm mục tiêu ước lượng xem từng CFAP đang rảnh/ bận ở mức độ nào. Một CFAP đang kết nối sẽ tính toán mức độ nhàn rỗi của các CFAP lân cận trong quá trình đo đạc diễn trong vòng 1 giây.

4.1. FTR Free Time Rate Tiêu Chí Đánh Giá Khả Năng Phục Vụ

Mức độ rảnh rỗi sẽ được thể hiện bằng giá trị FTR (tỉ lệ thời gian rảnh) với ý nghĩa tỉ lệ giữa lượng thời gian rảnh trong một lượt cảm nhận trên thời gian một lượt cảm nhận. Lượng thời gian rảnh chính là tổng thời gian mà CFAP không có dữ liệu truyền qua từ các FU. Thời gian rảnh trong một lượt cảm nhận FTR = Thời gian một lượt cảm nhận. Khi ngưỡng của quá trình handover diễn ra, với giá trị X(t) đại diện cho giá trị RSS tại thời điểm t, CFAP hiện thời sẽ tạo ra và duy trì 1 danh sách các CFAP (set B) chứa những CFAP thoả mãn (1): Danh sách B = {CFAPi: i >= 1; X(t)CFAP(i) thỏa mãn (1)} CFAP hiện thời sẽ lựa chọn CFAP đích cho các FU từ danh sách B, với giá trị FTR là cao nhất: FTRCFAP đích = max{FTRCFAP(i); CFAP(i)∈ (danh sách B)}

4.2. Ứng Dụng Cơ Chế Sensing Trong Mạng Femtocell Thực Tế

Việc áp dụng cơ chế Sensing trong mạng femtocell thực tế đòi hỏi sự phối hợp giữa các CFAP lân cận để đo đạc và chia sẻ thông tin về tình trạng kênh truyền. Điều này có thể đạt được thông qua giao thức truyền thông giữa các CFAP hoặc thông qua một thực thể quản lý trung tâm. Bên cạnh đó, cần xem xét đến vấn đề bảo mật thông tin và khả năng chống lại các cuộc tấn công từ bên ngoài, đặc biệt là khi các CFAP chia sẻ thông tin về tài nguyên mạng.

V. Mô Phỏng Đánh Giá So Sánh Hiệu Năng Các Cơ Chế 54 ký tự

Để đánh giá hiệu năng của các cơ chế, chúng tôi sử dụng mô hình di chuyển ngẫu nhiên Random Waypoint, một mô hình di chuyển mô tả một cách tương đối sát với thực tế cách thức di chuyển của người dùng trong vùng phủ của một trạm cơ sở. Mô phỏng được thực hiện theo hai kịch bản: CFAP có độ tải thấp và CFAP có độ tải cao. Các tham số đánh giá bao gồm số lần chuyển giao của một người dùng (Handover Number), độ trễ của gói tin (Packet Delay Time) và thông lượng của người dùng (ThroughPut). So sánh với các nghiên cứu trước đó, mô hình di chuyển Random Waypoint giúp đưa những tính toán trên máy bám sát những yếu tố thực tế hơn. Bên cạnh đó, mô phỏng được thực hiện với nhiều giá trị khác nhau của trọng số α (bao gồm α = 0.1) để tìm được những giá trị α tối ưu cho các cơ chế lựa chọn femtocell.

5.1. Random Waypoint Mô Hình Di Chuyển Thực Tế Cho Femtocell

Mô hình di chuyển ngẫu nhiên Random Waypoint được đưa ra lần đầu tiên bởi Johson và Maltz trong đó mỗi người dùng di chuyển một cách độc lập theo một hướng và vận tốc ngẫu nhiên [26] Đây là mô hình di chuyển mô tả một cách tương đối sát với thực tế cách thức di chuyển của người dùng trong vùng phủ của một trạm cơ sở. Quá trình di chuyển ngẫu nhiên Random Waypoint có thể được mô tả như sau: Khi quá trình mô phỏng bắt đầu, mỗi một người dùng sẽ lựa chọn một tọa độ ngẫu nhiên nằm trong vùng mô phỏng và xem nó là điểm đến. Sau đó người dùng sẽ di chuyển tới điểm đến này với một vận tốc không đổi được lựa chọn ngẫu nhiên trong khoảng giá trị từ 0 đến V max, trong đó Vmax là giá trị tham số vận tốc lớn nhất cho phép của mỗi người dùng. Vận tốc và hướng của mỗi người dùng được lựa chọn độc lập với nhau. Khi di chuyển thành công tới điểm đến, người dùng sẽ dừng lại trong một khoảng thời gian định trước, được xác định với giá trị tham số Tpause. Khi hết thời gian dừng, người dùng đó lại tiếp tục quá trình lựa chọn ngẫu nhiên một điểm đến tiếp theo trong vùng mô phỏng, theo một hướng và vận tốc ngẫu nhiên

5.2. Kịch Bản Mô Phỏng Đánh Giá Các Cơ Chế Trong Điều Kiện Khác Nhau

Để tiến hành đánh giá hiệu năng của các cơ chế trong hệ thống, chúng tôi đánh giá qua các tham sốsau: số lần chuyển giao của một người dùng (Handover Number), độ trễ của gói tin (Packet Delay Time) và thông lượng của người dùng (ThroughPut). Trước hết, tôi tiến hành mô phỏng theo hai kịch bản với giá trịα=0.1. Tham số mô phỏng bao gồm Mô hình trong nhà ITU P.1238 , Tần số 850 Mhz , Suy hao tường ngoài 10dB , Suy hao cửa sổ 5dB, Độ lệch tín hiệu trong nhà 4dB , Băng thông kênh đường xuống 10 Mbps, Vận tốc di chuyển tối đa 0.5 m/s, Phạm vi mô phỏng Hình chữ nhật 80 x 110 mét, Số lượng Femtocell 24, Số lượng người dùng nền tối đa của 5 mỗi Femtocell, Thời gian tạo mới người dùng di 50 giây chuyển, Khe thời gian 0.1 ms, Kích cỡ gói tin 4 Kbits, Thời gian mô phỏng 3600 giây. Kịch bản mô phỏng 1 có CFAP có độ tải thấp (40%) và CFAP có độ tải cao (80%). Kịch bản mô phỏng 2 có CFAP có độ tải thấp (60%) và CFAP có độ tải cao (80%).

VI. Kết Luận Femtocell Bước Tiến Mạng Di Động Tương Lai 58 ký tự

Luận văn đã trình bày tổng quan về femtocell, các kiến trúc mạng femtocell, và các cơ chế lựa chọn femtocell cho quá trình chuyển giao. Các mô phỏng cho thấy cơ chế Prediction và RSS có khả năng giảm số lần chuyển giao không cần thiết, trong khi cơ chế Sensing tập trung vào tối ưu hóa QoS. Việc lựa chọn cơ chế phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạng và người dùng. Femtocell, cùng với công nghệ mạng di động nhận thức, hứa hẹn mang lại bước tiến quan trọng cho mạng di động tương lai, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về dung lượng, vùng phủ sóng, và chất lượng dịch vụ.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp Của Luận Văn

Luận văn đã nghiên cứu và đánh giá hiệu năng của các cơ chế lựa chọn femtocell khác nhau trong môi trường mạng di động nhận thức. Các kết quả mô phỏng cho thấy mỗi cơ chế có ưu nhược điểm riêng và phù hợp với các mục tiêu khác nhau. Cơ chế Prediction giúp giảm số lần chuyển giao, cơ chế RSS đơn giản và dễ triển khai, trong khi cơ chế Sensing tập trung vào tối ưu hóa QoS. Luận văn đã đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của mạng femtocell và cung cấp cơ sở để lựa chọn cơ chế phù hợp cho các ứng dụng thực tế.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Tiềm Năng Phát Triển Của Femtocell

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc kết hợp các cơ chế lựa chọn femtocell khác nhau để đạt được hiệu năng tối ưu, nghiên cứu các thuật toán phân bổ tài nguyên hiệu quả hơn trong mạng femtocell, và giải quyết các vấn đề về bảo mật và can nhiễu trong môi trường triển khai thực tế. Femtocell có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai, đặc biệt là trong bối cảnh mạng 5G và Internet of Things, khi nhu cầu về kết nối không dây tốc độ cao và độ tin cậy cao ngày càng tăng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÁI MINH QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONGHỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG NHẬN THỨC FEMTOCELL LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội - 2015 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÁI MINH QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONGHỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG NHẬN THỨC FEMTOCELL Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Nam Hoàng Hà Nội – 2015 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 3 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, cho phép tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến quý Thầ y, Cô ở trƣờng Đa ̣i học Công Nghệ – ĐHQG Hà Nộinói chung, Khoa Điê ̣n tƣ̉ - Viễn thôngnói riêng,và các thành viên là NCS, sinh viên trong nhómnghiên cứu tại bộ môn Hệ thống viễn thông; các đồng nghiệp tại Trƣờng Đại học Thủ đô Hà Nộiđã giúp đỡ về mặt chuyên môn, tạo điề u kiê ̣n về mặt thời gian để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đặc biệt và sâu sắ c đế n thầy giáo,TS. Nguyễn Nam Hoàng, Khoa Điê ̣n Tƣ̉ - Viễn Thông, trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Công Nghê ̣ , ngƣời đã trƣ̣c tiế p hƣớng dẫn kiến thức, tận tình chỉ bảocho tôi về mă ṭ chuyên môn cho đề tài luận văn này.

Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Nguyễn Thái Minh TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 4 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu khoa học trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc công bố bởi bất kỳ nơi nào khác. Mọi nguồn tài liệu tham khảo đều đƣợc trích dẫn một cách rõ ràng. Hà Nội, ngày 26tháng 12 năm 2015 Nguyễn Thái Minh TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 5 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .1 LỜI CAM ĐOAN.4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .7 DANH MỤC CÁC BẢNG.9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. 11 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ KIẾN TRÚC FEMTOCELL .1 Tổng quan vê hệ thống thông tin di động .1 Các hệ thống thông tin di động trƣớc 4G .2 Mạng di động thế hệ thứ 4 – 4G.3 Các xu hƣớng công nghệ sau thế hệ 4G .2 Kiến trúc mạng Femtocell nhận thức cho hệ thống thông tin di động sau 4G.2 Tổng quan về Femtocell .3 Mạng di động nhận thức Femtocell.

36 CHƢƠNG II: QUẢN LÝ DI ĐỘNG VÀ CƠ CHẾ LỰA CHỌN FEMTOCELL CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO .1 Quản lý di động .1 Quản lý di động là gì .2 Các vấn đề cần quan tâm đối với quản lý di động .3 Các chức năng quản lý di động .2 Mô hình di chuyển trong quản lý di động .1 Mô hình di chuyển ngẫu nhiên .2 Thuộc tính ngẫu nhiên của mô hình di chuyển Random Waypoint.3 Cơ chế lựa chọn Femtocell. 44 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. 45 CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG .1 Mô hình mô phỏng .2 Đánh giá hiệu năng. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

66 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 7 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ viết tắt Nghĩa 1G One Generation Hệ thống thông tin di độngthế hệ thứnhất 2G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Third Generation Patnership 3GPP Dự án hợp tác thế hệ 3 Project 4G Fourth Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ 5G Fifth Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ năm BDMA Beam Division Multiple Access Phân chia tín hiệu đa truy cập Code Division Multiple CDMA Đa truy cập phân chia theo mã Access CFAP Cognitive Femtocell Access Point Điểm truy nhập Femtocell nhận thức Tốc độ dữ liệu tăng cƣờng cho mạngGSM EDGE Enhance Data rates for GSM Evolution cải tiến eNodeB Enhance NodeB NodeB cải tiến Evolved UMTS Terrestrial E-UTRAN Mạng truy nhập vô tuyến cải tiến Radio Access FAP Femtocell Access Point Điểm truy nhập Femtocell FDMA Frequency Division multipleAccess Đa truy cập phân chia theo tần số FTR Free Time Rate Tỉ lệ thời gian rảnh FU Femtocell User Ngƣời dùng femtocell GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến thông dụng GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu High Speed Downlink Packet HSDPA Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao Access HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao iDEN Intergrated Digital Enhanced Network Mạng kĩ thuật số nâng cao tích hợp Institute of Electrical and Electronics IEEE Viện kỹ nghệ Điện – Điện tử Engineers International Mobile IMT Viễn thông di động quốc tế Telecommunication IP Internet Protocol Giao thức internet IPv6 Internet Protocel version 6 Giao thức internet phiên bản 6 IS-95B Interim Standard 95B Chuẩn di động nền CDMA phiên bản 95B International Telecommunication ITU Liên minh Viễn thông quốc tế Union LTE Long Term Evolution MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trƣờng Orthogonal Frequency Division OFDMA Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Multiple Access PHS Personal Handy Phone System Điện thoại cá nhân cầm tay QoS Quality of Services Chất lƣợng dịch vụ RSS Received Signal Strength Cƣờng độ tín hiệu nhận đƣợc TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 8 Single Carrier Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần số - đơn SC-FDMA multiple Access sóng mang SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu TDD Time Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian Universal UTMS Hệ thống thông tin di động toàn cầu Telecommunication Mobile System UTMS Terrestrial Radio Access UTRAN Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất Networks VoIP Voice over IP Thoại qua IP Wideband Code Division WCDMA Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Multiple Access TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 9 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số của hệ thống tƣơng tự 1G.1 Tham số mô phỏng Bảng 3.2 Kịch bản mô phỏng TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động đến năm 2020.2 Mô hình kiến trúc mạng thông tin di động 2G.3 Điểm truy nhập Femtocell.4 Kiến trúc mạng Femtocell hai lớp.5 Kiến trúc mạng Femtocell nhận thức Hình 2.1Mô hình mạng di động nhận thức Femtocell Hình 2.2 Một số mô hình di chuyển Hình 2.3 Mô hình di chuyển ngẫu nhiên Random Waypoint Hình 3.1 Mô hình mô phỏng di chuyển theo đƣờng thẳng của tác giả Hoàng Nhƣ Đồng Hình 3.2 Mô hình mô phỏng Random Waypoint Hình 3.3Biểu đồ phân phối tích lũy số lần chuyển giao – Kịch bản 1 (α=0.4Biểu đồ phân phối tích lũy độ trễ gói tin – Kịch bản 1 (α=0.5Biểu đồ phân phối tích lũy thông lƣợng – Kịch bản 1 (α=0.6Biểu đồ phân phối tích lũy số lần chuyển giao – Kịch bản 2 (α=0.7Biểu đồ phân phối tích lũy độ trễ gói tin – Kịch bản 2 (α=0.8Biểu đồ phân phối tích lũy thông lƣợng – Kịch bản 2 (α=0.9Biểu đồ phân phối tích lũy số lần chuyển giao – Kịch bản 1 (α=0.10Biểu đồ phân phối tích lũy độ trễ gói tin – Kịch bản 1 (α=0.11Biểu đồ phân phối tích lũy thông lƣợng – Kịch bản 1 (α=0.12Biểu đồ phân phối tích lũy số lần chuyển giao – Kịch bản 2 (α=0.13Biểu đồ phân phối tích lũy độ trễ gói tin – Kịch bản 2 (α=0.14Biểu đồ phân phối tích lũy thông lƣợng – Kịch bản 2 (α=0.15Biểu đồ phân phối tích lũy số lần chuyển giao – Kịch bản 1 (α=0.16Biểu đồ phân phối tích lũy độ trễ gói tin – Kịch bản 1 (α=0.17Biểu đồ phân phối tích lũy thông lƣợng – Kịch bản 1 (α=0.18Biểu đồ phân phối tích lũy số lần chuyển giao – Kịch bản 2 (α=0.19Biểu đồ phân phối tích lũy độ trễ gói tin – Kịch bản 2 (α=0.20Biểu đồ phân phối tích lũy thông lƣợng – Kịch bản 2 (α=0.8) TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 11 LỜI MỞ ĐẦU Thế kỷ XXI đang chƣ́ng kiế n sƣ̣ phát triể n ma ̣nh mẽ và không ngƣ̀ng của ngành công nghiệp Điện tử Viễn thông nói chung và Thông tin Di động nói riêng. Theo thống kê của ITU [1] số lƣợng thuê bao di động đã và đang gia tăng một cách chóng mặt, năm 2000 số lƣợng thuê bao di động hơn bảy trăm triệu, năm 2005 là hơn hai tỷ thuê bao và đến năm 2011 đạt gần sáu tỷ thuê bao, chiếm hơn 80% so với dân số thế giới. Theo đó, sự phát triển của công nghệ kết nối không dây và thiết bị di động mang lại nhiều lợi ích cho ngƣời dùng di động.Kèm theo đó là sự gia tăng lớn về số lƣợng ngƣời dùng di động và một lƣợng lớn dữ liệu đƣợc truyền qua mạng di động. Hiện nay tổ chức 3GPP[2] đã chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 gọi là LTE và cuối năm 2012 đã cho ra đời phiên bản LTE-Avanced.

Tốc độ tải dữ liệu ở kênh truyền xuống và kênh truyền lên đƣợc cải thiện rất nhiều. Tuy nhiên, ngoài việc cải thiện tốc độ thì vấn đề về vùng phủ cũng nhƣ tài nguyên vô tuyến luôn là một bài toán hóc búa đối với giới chuyên môn. Và để giải quyết những yêu cầu đó, mạng di động nhận thức và femtocell đƣợc xem nhƣ là chìa khoá công nghệ để xây dựng mạng di động thế hệ thứ 5 trong tƣơng lai. Một mô hình mạng di động mới ra đời sẽ kéo theo nhiều kỹ thuật, yêu cầ u đi kèm nhằ m nâng cao chấ t lƣơ ̣ng dich ̣ vu ̣.

Một trong những kỹ thuật đó là kỹ thuật chuyển giao (handover).Trong mạng di động nhận thức, quá trình chuyển giao giữa các femtocell là một vấn đề thách thức đối với giới nghiên cứu chuyên môn bởi femtocell có vùng phủ nhỏ. Lựa chọn femtocell là một tính năng quan trọng trong việc quản lý quá trình chuyển giao trong đó mục đích là tìm ra một femtocell đích chính xác, trong khi vẫn giảm thiểu số lần chuyển giao không cần thiết và tránh các femtocell quá tải. Xuấ t phát tƣ̀ nhƣ̃ng vấ n đề trên , tôi đã tim ̀ hiể u và nghiên cƣ́u để thƣ̣c hiê ̣n đề tài “Quản lý di động trong hệ thống mạng di động nhận thức Femtocell” Trong luâ ̣n văn này trình bày các kiế n thƣ́c t ổng quan về ma ̣ng thông tin di đô ̣ng Femtocell , liên hê ̣ và áp du ̣ng các cơ ch ế quản lý quá trình chuyển giao (handover) cho ma ̣ng di động nhận thức Femtocell và tâ ̣p trung nghiên cƣ́u về đánh giá cơ chế lựa chọn femtocell phù hợp để mang lại chất lƣợng dịch vụ tốt cho ngƣời dùng.