Tối ưu hóa quá trình quản lý vị trí thuê bao trong mạng di động thế hệ sau potx

Tối ưu hóa quá trình quản lý vị trí thuê bao
trong mạng di động thế hệ sau
An Optimal Solution to Location Management in Next
Generation Wireless Networks
Đinh Văn Dũng

Abstract: The next generation wireless networks vision
requires efficient handoff management schemes that
support mobile users with seemless migration between
mobile networks while providing high bit rate services.
This paper proposes a Markov decision based model to
location management optimization problems. The proposed
optimal location management solution can be applied to
the IP based or ATM based next generation wireless
networks. In this paper, DMIP which is an application of
the proposed model to Cellular IP- a micromobility
proposal to IETF is also described. Finaly, it presents a
performance analysis of the DMIP solution compared to
the existing proposals such as Cellular IP, Hawaii, and
HMIP. The evaluation has been archieved under NetSim-
xG environment (x-Generation wireless Network
Simulator).
I. GIỚI THIỆU
Mạng thông tin di động thế hệ sau với công nghệ
ATM và IP là bước đột phá từ thế hệ di động 2G và
3G. Xu thế phát triển này đã đặt ra yêu cầu cho giới
nghiên cứu là cần tìm ra phương pháp quản lý di động
đáp ứng được nhu cầu của thuê bao với tốc độ di
chuyển khác nhau, mạng có kích cỡ tế bào khác nhau

và dịch vụ băng rộng.
Trong những năm qua, nhiều trung tâm nghiên cứu
và trường
đại học đã đưa ra các phương pháp quản lý
di động trong mạng ATM [1][5]. Bên cạnh đó, nhiều
nghiên cứu đã tập trung vào đề xuất các phương pháp
quản lý di động trong mạng cục bộ nhằm hỗ trợ các
dịch vụ phi kết nối [2]. Có thể điểm qua một số kết
quả nổi bật như: Cellular IP, Hawaii và HMIP [3][7].
Các tổ chức tiêu chuẩn và dự án mạng di động thế hệ
sau nh
ư ITU-T, IETF, 3GPP và 3GPP2 đang chờ đợi
các đề xuất quản lý di động hữu hiệu nhằm đáp ứng
yêu cầu cao của mạng thế hệ sau: tích hợp công nghệ
và dịch vụ đa dạng.
Có thể phân loại các giao thức quản lý di động
trong mạng IP thành 2 nhóm: quản lý di động diện
rộng (Macro-mobility) và quản lý di động cục bộ
(Micro-mobility). Năm 1996, phiên bản tiêu chuẩn
RFC.2002 được IETF đưa ra có tên là Mobile-IP
nhằm giải quyết v
ấn đề quản lý di động thuê bao
Internet trong diện rộng. Sau đó là đề xuất nhằm khắc
phục nhược điểm không tối ưu của tuyến kết nối khi
thuê bao chuyển vùng [1]. Nếu như lúc khởi điểm các
nghiên cứu dành cho IPv4 thì sau này phiên bản IPv6
đã được hỗ trợ tối đa chức năng quản lý di động.
Có thể phân loại các nghiên cứu về quản lý di động
cục bộ (Micro-mobility) thành các nhóm con sau:
−

Phân cấp (Hierarchical Mobility)
− Phân cấp kiểu Tunneling (Hierarchical Tunneling)
− Quản lý di động tại tầng IP (Mobile-Specific
Routing)
Quản lý di động theo nguyên tắc phân cấp xử lý sự
di động một cách cục bộ và độc lập với hệ thống mà
thuê bao đăng ký HA (Home Agent) nhằm giảm ảnh
hưởng của sự di động lên chất lượng dịch vụ. Vì vậy
địa chỉ IP của thuê bao di động (MT) không còn phản
ánh vị trí vật lý của nó. Thay vào đó, HA chỉ
cần biết
địa chỉ IP của bộ định tuyến gốc (Gateway) của các
trạm gốc – vùng mà thuê bao đang di chuyển. Mạng



không cần phải thông báo về vị trí của thuê bao với
HA khi thuê bao đang di chuyển. Giao thức quản lý di
động bảo đảm các gói tin gửi tới MT qua bộ định
tuyến gốc được chuyển tới trạm gốc mà MT đang kết
nối vào. Để có thể định tuyến như vậy, giao thức cần
duy trì một cơ sở dữ liệu cục bộ giúp cho việc ánh xạ
từ địa ch
ỉ IP sang “địa chỉ IP cục bộ” trong mạng mà
MT đang kết nối. Có thể phân loại tiếp 2 kiểu quản lý
di động có cấu trúc quản lý theo nguyên tắc phân cấp
này là: phân cấp kiểu Tunneling và quản lý di động
tại tầng IP.
Kết quả đánh giá các công trình nghiên cứu liên
quan đến quản lý vị trí thuê bao cho thấy vấn đề ra

quyết định thực hiện cập nhật vị trí thuê bao di động
vẫn chư
a giải quyết được. Nói cách khác, còn thiếu
những nghiên cứu nhằm đưa ra mô hình giải tích làm
tiền đề cho các bài toán tối ưu về quản lý di động.
Trong bối cảnh như vậy, tác giả đã chọn mục tiêu
nghiên cứu xây dựng bài toán tối ưu quá trình quản lý
di động cho mạng thế hệ sau và tìm lời giải.
Bài báo được trình bày theo 7 phần. Phần đầu đưa
ra tính cấp thiết của đề tài nghiên cứ
u và phương pháp
tiếp cận để giải quyết vấn đề. Phần 2-6 là những kết
quả đã đạt được, bao gồm mô hình ra quyết định
Markov, hệ phương trình tối ưu, thuật toán để giải,
giải pháp DMIP và kết quả mô phỏng. Cuối cùng,
phần Kết luận đưa ra phân tích các kết quả đã đạt
được và hướng nghiên cứu tiếp.
II. MÔ HÌNH CẬP NHẬT VỊ TRÍ THUÊ BAO
Gọi thờ
i điểm MT bắt đầu xử lý việc cập nhật vị trí
thuê bao là:
σ
0

σ
1

σ
2
, Tại các thời điểm này, thuê

bao có thể cập nhật lại vị trí hiện thời của mình trong
mạng ATM, hay cập nhật bảng định tuyến trong mạng
IP di động. Gía trị
σ
0
=0 nghĩa là
σ
0
là thời điểm kết
thúc cuộc gọi. Gọi thời điểm bắt đầu cuộc gọi tiếp là
biến ngẫu nhiên T. Biến ngẫu nhiên d(T) biểu diễn
thời điểm ra quyết định cuối cùng của MT, trước khi
cuộc gọi tiếp được thiết lập vào thời điểm T.
Gọi tập A={Y,N} là quyết định của thuê bao di
độ
ng. Ở đây, Y ký hiệu trạng thái thuê bao ra quyết
định và N là trạng thái bỏ qua. Biểu diễn hành động
của MT vào thời điểm n bằng biến ngẫu nhiên a
n
.
Kiểu hành động mà MT chọn (ra quyết định) phụ
thuộc vào vị trí thuê bao so với vị trí ra quyết định
trước. Ta biểu diễn trạng thái này qua tập S. Trạng
thái vị trí s
∈
S chứa các thông tin như: khoảng cách tới
vị trí ra quyết định lần trước, khoảng cách tới vùng
giáp ranh giữa hai tế bào, số tế bào vô tuyến đã đi qua,
v.v Ta có thể biểu diễn quá trình quản lý vị trí thuê
bao theo 2 mô hình: quá trình liên tục (mạng ra quyết

định tại bất kỳ thời điểm nào) và quá trình rời rạc (giả
thiết quá trình ra quyết định và xử lý chỉ xẩy ra tại các
thời đ
iểm rời rạc
σ
n
). Đối với quá trình rời rạc, ta biểu
diễn trạng thái thuê bao tại thời điểm ra quyết định n
qua biến ngẫu nhiên
; khoảng thời gian giữa hai
thời điểm ra quyết định
σ
n
s
n
và
σ
n+1
được ký hiệu qua
τ
n+1
. Đối với quá trình liên tục, ta biểu diễn trạng thái
thuê bao tại thời điểm ra quyết định t qua biến ngẫu
nhiên s
t
. Trên thực tế, thuê bao ở trạng thái sau đó
mới chuyển sang s
n
s
t

. Hàm c(s,a) biểu diễn chi phí báo
hiệu khi thuê bao ra quyết định a ở trạng thái s.
Quy tắc miêu tả quá trình mạng lựa chọn phương
pháp quản lý vị trí thuê bao thích ứng tại các thời
điểm ra quyết định. Gọi quy tắc là hàm a
t
. Hàm này
biểu thị quyết định cập nhật vị trí thuê bao tại thời
điểm t và thuê bao đang ở trạng thái s. Gọi phương án
là chuỗi các quy tắc
π
=( , , ). Ký hiệu
1
a
2
a
Π
là
tập các phương án. Đặt
là chi phí báo hiệu
để thuê bao cập nhật vị trí khi MT ở trạng thái
và
có quyết định
. Đặt là chi phí mạng tìm
vị trí hiện tại của thuê bao trước khi sử dụng dịch vụ
(thiết lập cuộc gọi cho dịch vụ có kết nối hoặc truy
nhập dịch vụ phi kết nối). Gọi
là chi phí
quản lý vị trí thuê bao trung bình (LM-Location
Management) để MT sử dụng phương án

π
ở trạng
thái s để cập nhật vị trí thuê bao giữa hai lần sử dụng
dịch vụ kề nhau (chi phí quản lý vị trí trong thời gian
thuê bao rỗi). Có thể biểu diễn giá trị này như ở công
thức (1).
),(
nnu
asc
n
s
n
a
)(
)(Tdp
sc
)(sC
LM
π



⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
+=
∑

=
)(),()(
)(
)(
0
Tdp
Td
n
nnusLM
scascEsC
ππ
(1)
Biểu thức (1) thể hiện sự thoả hiệp giữa chi phí cập
nhật vị trí thuê bao (sử dụng kênh vô tuyến, kênh
mạng cố định, cập nhật cơ sở dữ liệu tại các nút mạng,
v.v ) và chi phí tìm kiếm vị trí thuê bao trong cơ sở
dữ liệu tại các nút mạng. Nếu thường xuyên cập nhật
vị trí thuê bao thì sử dụng nhiều tài nguyên khan hiếm
của mạng (như kênh vô tuyến) song chi phí tìm kiếm
giảm và ngược lại.
)(
)(Tdp
sc
Triển khai (1), tác giả đã tìm thấy
như ở
công thức sau:
)(sC
LM
π
)(sC

LM
π
= (2)
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
∑
∞
=
−
0
),(
n
nnLMs
asceE
n
µσ
π
ở đây:
),(
nnLM
asc = (3)
)()1(),(
1
npnnu
sceasc
n+

−
−+
µτ
Như vậy chính là chi phí để quản lý vị
trí thuê bao di động trong khoảng thời gian từ
σ
),(
nnLM
asc
n
đến
σ
n+1
, cho biết thuê bao ra quyết định a
n
khi ở trạng
thái s
n
. Biểu thức (2) là chi phí quản lý vị trí thuê bao
di động trung bình của quá trình ra quyết định Markov
với tốc độ 1/
µ
và thời gian vô hạn.
III. HỆ PHƯƠNG TRÌNH TỐI ƯU
Gọi
π
opt
là phương án điều khiển tối ưu thuộc tập
. π
Π

opt
là phương án tối ưu, nếu như:
)(sC
opt
LM
π
≤ với mọi π∈Π )(sC
LM
π
Một phương án điều khiển được gọi là dừng nếu
như các quy tắc điều khiển đều giống nhau tại bất kỳ
thời điểm nào, hay a
t
=a với mọi t. Phương án điều
khiển có tính dừng có thể biểu diễn dưới dạng:
=(a, a, ). Mục tiêu là tìm ra phương án điều khiển
tĩnh tối ưu để tổng chi phí quản lý vị trí thuê bao
là bé nhất.
0
π
)(
0
sC
LM
π
Sử dụng (2) để xây dựng phương trình tối ưu dạng
Bellman. Gọi
là tổng chi phí quản lý vị trí
thuê bao khi MT đang ở trạng thái s. Ta viết hệ
phương trình tối ưu như sau:

)(sC
LM
)(sC
LM
= (4)
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
∑
∞
=
−
0
),(min
n
nnLMs
asceE
n
µσ
π
Như vậy, hàm mục tiêu là tổng chi phí để quản lý vị
trí thuê bao. Khi thiết kế các giao thức quản lý di
động, người ta đã xét đến các tiêu chí tối ưu về chất
lượng dịch vụ cũng như một số chỉ tiêu liên quan đến
chất lượng của quá trình chuyển vùng, vì vậy trong
bài toán tối ưu quá trình quản lý vị trí thuê bao này, ta
không xét đến các ràng buộc kèm theo.

IV. THUẬT TOÁN
Có nhiều phương pháp để giải bài toán tối ưu (4)
nh
ư: quy trình lặp theo giá trị hàm, quy trình lặp theo
giá trị phương án và quy hoạch tuyến tính [4]. Tuy
nhiên phương pháp quy trình lặp theo giá trị hàm
thường được sử dụng để giải bài toán tối ưu quá trình
ra quyết định Markov. Áp dụng quy trình này để xây
dựng thuật toán giải bài toán tối ưu hoá quản lý vị trí
thuê bao. Có thể mô tả thuật toán tìm được như sau:
1. Gán
=0 cho mỗi trạng thái của thuê bao
di động s∈S. Đặt ε>0 và n=0.
)(
0
sC
LM
2. Với mỗi trạng thái của thuê bao di động s∈S, tính
: )(
1
sC
n
LM
+
)(
1
sC
n
LM
+

=
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
∑
∞
=
−
0
),(min
n
nnLMs
asceE
n
µσ
π
Ở đây = ),(
nnLM
asc
)()1(),(
1
npnnu
sceasc
n+
−
−+
µτ

3. Nếu
ε
<−
+
)()(
1
sCsC
n
LM
n
LM
, thực hiện bước 4.
Nếu không thoả mãn điều kiện này, tăng n lên 1 và
quay lại bước 2.
4. Với mỗi trạng của thuê bao di động s∈S, tính
phương án tối ưu π
opt
.
V. GIẢI PHÁP QUẢN LÝ VỊ TRÍ THUÊ BAO
DMIP
Các đề xuất quản lý di động như Cellular IP (CIP),
Hawaii và HMIP đã khắc phục nhược điểm của
Mobile IP là gửi thông tin quản lý di động về HA khi



MT di chuyển trong mạng cục bộ nơi không đăng ký
thuê bao [2][7]. Hơn nữa, CIP đưa ra hai dạng cơ sở
dữ liệu: Routing Cache (RC) và Paging Cache (PC).
RC dùng để cập nhật vị trí thuê bao nhằm định tuyến

các gói tin đến đúng trạm gốc mà thuê bao đang kết
nối khi thuê bao đang sử dụng dịch vụ (Active). Trong
trường hợp thuê bao không sử dụng dịch vụ (Idle),
thông tin cập nhật vị trí thuê bao sẽ ít thường xuyên
hơ
n RC và được ghi vào PC. Đây là giải pháp nhằm
tiết kiệm tài nguyên mạng khi quản lý vị trí thuê bao.
Tuy nhiên, CIP đã đưa ra các chu kỳ cập nhật PC và
RC cố định trong suốt thời gian thuê bao truy nhập
mạng. Điều này dẫn đến sự tiêu phí nguồn tài nguyên
mạng không cần thiết khi thuê bao di chuyển.
Nhằm khắc phục nhược điểm của các giao thức
quản lý di động cục bộ trong đó có Cellular IP, tác giả
đề xuất giả
i pháp DMIP (Dynamic Mobile IP). Đây là
một ứng dụng của giải pháp ra quyết định tối ưu
Markov được trình bày ở phần trên để MT chọn thời
điểm tối ưu gửi thông tin về vị trí thuê bao. Để xử lý
bản chất ngẫu nhiên của mạng di động, DMIP chọn
chu kỳ gửi thông tin báo hiệu là động, khi thuê bao
không sử dụng dịch vụ. Với mục tiêu là tối thiểu tổng
lưu lượng báo hi
ệu để xử lý khi thuê di chuyển, ta có
được tập quyết định tối ưu (chu kỳ gửi gói tin báo
hiệu) cho mọi trạng thái của mạng (ví dụ như khoảng
cách từ thuê bao tới vị trí gửi bản tin Paging Update
lần trước). Kết quả mô phỏng ở phần sau khẳng định
được khả năng của DMIP so với 3 giao thức đã được
công bố là: Cellular IP, Hawaii và HMIP.
VI. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Để đánh giá n
ăng lực của các giao thức quản lý di
động, ta cần xét tới sự ảnh hưởng của các giao thức
này lên các dịch vụ cơ bản của mạng hiện có. Việc
đánh giá tập trung vào sự ảnh hưởng của phương pháp
quản lý di động lên kết nối TCP, lên tổng lưu lượng
mạng do phát sinh báo hiệu và khả năng triển khai
dịch vụ trên diện rộng. Đối tượng được đánh giá là 3
giao th
ức quản lý di động cục bộ Cellular IP, Hawaii,
HMIP của IETF và giao thức được đề xuất DMIP.
Công cụ được sử dụng là phần mềm NetSim-xG [6].
1. Mô hình mô phỏng
Mô hình Cellular IP được xây dựng dựa theo bản
thảo draft-ietf-mobileip-cellularip-00, được đề xuất
lên tổ chức tiêu chuẩn IETF gần đây nhất. Phần mềm
có thể hỗ trợ hai chế độ chuyển vùng Hard Handoff và
Soft Handoff. Mô hình Hawaii dựa theo bản thảo
draft-ietf-mobileip-hawaii-00. Hai phương pháp UNF
(Unicast NonFowarding) và MSF (Multiple Stream
Fowarding) của
đề xuất này cũng được mô hình hoá.
Đề xuất HMIP được mô hình hoá theo cấu trúc mạng
2 tầng với các thành phần là GFA (bộ định tuyến gốc)
và FA (trạm gốc).
Trong mạng di động được mô phỏng, nút R0 là bộ
định tuyến ở vị trí gốc của mạng di động hình cây.
Các bộ định tuyến R1-5 nằm ở vị trí “lá” của mạng.
Các trạm gốc BS1-4 là các điểm truy nhập của thuê
bao di động MT. Để tạ

o lưu lượng tới thuê bao di
động, ta kết nối đầu cuối mạng cố định (CH) vào
mạng di động.
Trong cấu hình mô phỏng mạng Cellular IP, các
trạm gốc BS(i) và bộ định tuyến R(i) đóng vai trò của
nút mạng Cellular IP, R0 đóng vai trò nút kết nối ra
mạng Internet. Trong mô hình Hawaii, tất cả các nút
định tuyến R1-R5, trạm gốc BS1-BS4 đều có chức
năng Hawaii, nút định tuyến gốc là R0. Giả thiết nút
di động đang ở trong mạng nơ
i đăng ký thuê bao, như
vậy không cần giao thức Mobile-IP khi CH truyền tin
tới MT.
Các bộ định tuyến được kết nối qua hệ thống cáp
truyền dẫn song công có tốc độ 10Mbit/s. Thuê bao di
động truy nhập vào mạng di động theo phương thức
CSMA/CA (Carrier Sencse Multiple Access with
Collision Avoidance). Các trạm gốc hoạt động ở các
dải tần khác nhau. Kết quả mô phỏng có được nhờ
việc quan trắc quá trình truyền tin từ CH tới một MT.
Nhiều mô hình di động của MT
đã được khảo sát. MT
lấy dữ liệu từ CH qua kết nối FTP với CH.
2. Ảnh hưởng của di động lên kết nối TCP
Phần này khảo sát sự ảnh hưởng của phương pháp
điều khiển chuyển vùng lên chất lượng truyền tin của
kết nối TCP qua tham số: thứ tự gói tin TCP ở đầu thu

là MT. Nếu ta chọn chu kỳ gửi bản tin cập nhật vị trí
thuê bao một cách động theo thuật toán nêu ở trên thì
thời gian trễ chuyển vùng giảm chỉ còn 1s-1,5s (xem
Hình 1). Việc chọn chu kỳ cập nhật bảng định tuyến
động theo quá trình ra quyết định Markov đã nâng
cấp Cellular-IP thành DMIP và giảm sự ảnh hưởng
của phương pháp điều khiển chuyển vùng lên chất
lượng dịch vụ.
250
270
290
310
330
350
370
390
4.55.56.57.58.59.510.5
Thêi gian (s)
Sè thø tù gãi tin TCP
Giao thøc c¶i
tiÕn DMIP
Giao thøc
Cellular IP

Hình 1. So sánh hai giao thức Cellular IP và giao thức cải
tiến DMIP
Quy luật tương tự xẩy ra với giao thức Hawaii. Tuy
nhiên, giao thức Hawaii có thời gian trễ chuyển vùng
trong khoảng 1-1,5s. Tương tự ta khảo sát giao thức
HMIP. Quy luật tác động của quá trình thuê bao

chuyển vùng lên số thứ tự gói tin TCP giống hai giao
thức trên. Thời gian trễ chuyển vùng khoảng 1,5s.
Tóm lại cả ba giao thức Cellular IP, Hawai và
HMIP đều có quy luật: rơi gói tin TCP khi thuê bao
chuyển vùng (kết nối sang trạm gốc khác). Thời gian
trễ chuyển vùng của Hawaii thấp nhất, sau đ
ó là
HMIP, cuối cùng là Cellular IP. Trong khi đó, giao
thức mới DMIP lại cho phép khả năng hồi phục kết
nối nhanh hơn Cellular IP nhờ vào giải pháp chọn chu
kỳ gửi bản tin Paging Update và Route Update động
theo giải pháp tối ưu là nghiệm của phương trình
Bellman.
3. Ảnh hưởng lên thông lượng TCP
Để xác định sự ảnh hưởng của giao thức quản lý di
động lên thông lượng của kết nối TCP của MT với
mạng Internet, ta kh
ảo sát các kịch bản mô phỏng với
các tốc độ chuyển vùng khác nhau của thuê bao di
động. Cho tốc độ chuyển vùng từ 0 lần/phút đến 29
lần/phút, ta xác định lưu lượng trung bình theo thời
gian hay thông lượng của kết nối TCP giữa CH và
MT khi chuyển tải dữ liệu từ CH tới MT bằng dịch vụ
FTP. Nếu chỉ là kết nối vô tuyến tới mạng di động
(tốc độ chuyển vùng =0), thông lượng kế
t nối TCP có
thể đạt tới 1Mbit/s. Nếu thuê bao tăng tốc độ tới 5 lần
chuyển vùng/phút, tương đương với tốc độ chuyển
động là 60 Km/h thì có thể nhận số liệu FTP với tốc
độ khoảng 600 Kbit/s. Tuy nhiên thông lượng chỉ còn

200 Kbit/s nếu như tốc độ chuyển vùng của thuê bao
trên 25 lần/phút. Nếu xét quan hệ giữa thông lượng
kết nối TCP và thời gian, ta sẽ thấy không nhận được
gói tin TCP nào trong lúc thuê bao chuyển vùng và
chưa thông báo được thông tin trạm gốc mới tới các
bộ định tuyến. Phần 2 đã phân tích hiện tượng này
qua số thứ tự gói tin TCP mà MT nhận được.
Đối với mạng Hawaii và HMIP ta cũng thu được
quy luật tương tự như mạng Cellular IP. Nếu so sánh
đặc tính thông lượng – tốc độ chuyển vùng của 3 giao
thức này với giao thức được đề xuất DMIP, ta sẽ thấy
được sự khác nhau về tốc độ bi
ến thiên thông lượng
kết nối TCP (xem Hình 2). Giải pháp Cellular IP có
đặc tuyến thông lượng kết nối TCP giữa MT và CH
giảm nhanh hơn Hawaii và HMIP khi thuê bao tăng
tốc độ chuyển vùng.
Đây chính là điểm hạn chế của Cellular IP, mặc dù
giao thức này có tính năng nổi trội hơn hai giao thức
kia là phát triển khá đơn giản, chỉ sử dụng các gói tin
IP thuần tuý để thực hiện báo hiệu cho quản lý di
động. Khi áp dụng giải pháp ra quyết định tố
i ưu kiểu
Markov để tạo chu kỳ cập nhật vị trí thuê bao vào
Cellular IP, ta có giao thức DMIP với tính năng nổi
trội hơn về thông lượng. Mặc dù chỉ mới tiếp cận
được mức thông lượng của Hawaii hay HMIP khi tốc
độ chuyển vùng <20 lần/phút, nhưng đặc tuyến đã đạt
mức như của hai giao thức này và có xu thế giảm
chậm hơn khi tốc độ chuyển vùng > 25 lần/phút.

0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 5 10 15 20 25 30 35
Tèc ®é chuyÓn vïng (Handoff/phót)
Th«ng l−îng kÕt nèi TCP (Kbit/s)
Cellular IP
Hawaii
HMIP
DMIP
Poly. (DMIP)
Poly. (Cellular IP)
D
MIP: tè i −u
Cellular IP
Cellular IP

Hình 2. Thông lượng TCP và tốc độ chuyển vùng
Nguyên nhân mà DMIP nổi trội hơn nguyên bản
của nó Cellualar IP là vì đã chọn được quyết định tối
ưu gửi bản tin Route Update khi thuê bao đang thực

hiện cuộc gọi, hay Paging Update khi thuê bao ở chế
độ không truy nhập dịch vụ. Cellular sử dụng chu kỳ
cập nhật bảng định tuyến cố định: route-update-
time=3s hay paging-update-time=3 phút tại bất kỳ
thời điểm nào và bất kỳ trạ
ng thái nào của mạng.
Trong khi đó, DMIP cho phép thuê bao di động gửi
các bản tin báo hiệu trên tuỳ thuộc vào trạng thái của
các nút mạng, để cuối cùng giảm thiểu nhất tổng tài
nguyên mà mạng cần phải cung cấp khi thuê bao dịch
chuyển.
4. Ảnh hưởng lên tỉ lệ mất gói tin
Phần này là kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của di
động lên tỉ lệ mất gói tin đối với 4 giao thức Cellular
IP, Hawaii, HMIP và DMIP. Có 3 loại gói tin được
quan trắc: gói TCP, gói phản hồi TCP Ack và gói tin
báo hiệu phục vụ quản lý di động. Nếu như sự thất
thoát hai loại gói tin đầu ảnh hưởng đến chất lượng
dịch vụ sử dụng kết nối TCP thì loại gói tin báo hiệu
sẽ ảnh hưởng đến sự phục hồi các cuộc gọi (thoại
hoặc phi thoại) khi thuê bao chuyển vùng.
5. Ảnh hưởng lên tỉ lệ mất gói tin TCP
Ảnh hưởng c
ủa phương pháp quản lý di động lên tỉ
lệ mất gói tin TCP được thể hiện ở hình 3. Để có hình
3 các đặc tuyến này, tác giả đã thực hiện mô phỏng
các giao thức Cellular IP, Hawaii, HMIP và DMIP với
các tốc độ chuyển vùng khác nhau từ 1 đến 29 lần
/phút. Các đường liền nét là đặc tuyến theo quy luật
hàm mũ e được xây dựng từ số liệu mô phỏng rời rạc.

0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 5 10 15 2 0 2 5 3 0
Tèc ®é chuyÓn vïng (Handoff/phót)
TØ lÖ gãi TCP thÊt tho¸t (%)
Cellualar IP
Haw aii
HMIP
DMIP
Poly. (Haw aii)
Poly. (Cellualar IP)
Poly . (HMIP)
Poly . (DMIP)

Hình 3. Ảnh hưởng lên tỉ lệ mất gói tin TCP
Với loại thuê bao có tốc độ chuyển động để có <15
lần chuyển vùng/phút, giao thức Hawaii và HMIP
mang lại tỉ lệ thất thoát gói tin TCP thấp hơn Cellular
IP và DMIP. Điều này cho thấy khả năng cập nhật
bảng định tuyến của hai giao thức này tốt hơn khi thuê
bao chuyển vùng. Hơn nữa, hai giao thức này đã sử

dụng bản tin báo hiệu riêng chứ không dùng gói IP dữ
liệu thông thường để báo hiệu như Cellular IP và
DMIP. Tuy nhiên, khi t
ốc độ chuyển vùng lớn hơn 20
lần/phút thì xu thế lại ngược lại - Cellular IP và DMIP
tốt hơn. Theo kết quả mô phỏng thì DMIP đã khắc
phục được nhược điểm của Cellular IP khi tốc độ
chuyển vùng <15 lần/phút và duy trì ưu thế của
Cellular IP khi tốc độ >20 lần/phút.
6. Ảnh hưởng lên gói báo hiệu và phản hồi
Ta so sánh tiếp sự ảnh hưởng của di động lên tỉ lệ
thấ
t thoát gói tin phản hồi TCP Ack giữa các phương
thức quản lý di động (xem Hình 4). Hai giao thức
Hawaii và HMIP thực sự mang lại tỉ lệ mất gói tin
TCP Ack và báo hiệu thấp hơn nhiều so với Cellular
IP, trung bình khoảng 1%. Như vậy hai giao thức này
đã có cơ chế bảo vệ gói tin phúc đáp rất tốt. Để khắc
phục nhược điểm này của Cellualar IP, DMIP chọn
chu kỳ truyền gói tin báo hiệu từ MT theo nguyên tắc
thống kê và giả
i pháp ra quyết định Markov. DMIP đã
làm giảm đáng kể tỉ lệ thất thoát gói tin TCP Ack và
báo hiệu, từ 10% thành 1-5% khi tốc độ chuyển vùng
tiến tới 30 lần/phút.



0
2

4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30
Tốc độ chuyển vùng (Handoff/phút)
Tỉ lệ gói TCP Ack thất thoát (%)
Cellular IP
Hawaii
HMIP
DMIP
Poly. (Hawaii)
Poly. (Cellular IP)
Poly. (HMIP)
Poly. (DMIP)

Hỡnh 4. nh hng lờn t l mt gúi tin TCP Ack
Kho sỏt tip t l tht thoỏt cỏc bn tin bỏo hiu
(xem Hỡnh 5). Vn l c ch truyn tin, Hawaii v
HMIP vt tri Cellular trong vic bo v thụng tin
bỏo hiu. cú c kh nng ny, hai giao thc trờn
ó s dng ngay tng chuyn ti UDP chuyn
thụng tin bỏo hiu trc khi qua tng IP, trong khi
Cellular IP úng gúi ngay thụng tin vo gúi IP.
Vi c ch gi bn tin bỏo hiu ng, DMIP ó lm
gim t l tht thoỏt gúi tin bỏo hi
u trung bỡnh l 30%
xung cũn 10%. Tuy nhiờn vi c ch truyn tin

thng qua gúi IP, cỏc b nh tuyn khụng phõn bit
c gúi tin dng bỏo hiu hay khụng, nh vy cỏc
nỳt cú quyn xoỏ gúi tin ra khi hng i. Vỡ vy
DMIP vn cha mang li c cht lng truyn tin
bỏo hiu nh Hawaii hay HMIP.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30
Tốc độ chuyển vùng (Handoff/phút)
Tỉ lệ gói tin báo hiệu thất thoát (%)
Cellular IP
Hawaii
HMIP
DMIP
Poly. (Hawaii)
Poly. (Cellular IP)
Poly. (HMIP)
Poly. (DMIP)

Hỡnh 5. nh hng lờn t l mt gúi bỏo hiu
VII. KT LUN
Bi bỏo ó trỡnh by kt qu ti u hoỏ quỏ trỡnh
qun lý v trớ thuờ bao trong mng th h sau vi cụng

ngh ATM v IP. Vi vic ỏp dng mụ hỡnh ra quyt
nh Markov, tỏc gi ó bin i hm mc tiờu v
dng chớnh tc ca h phng trỡnh ti u Bellman.
Tip ú, tỏc gi trỡnh by thut toỏn vũng lp theo giỏ
tr hm cú th ỏp dng vo tớnh toỏn trong thc t.
Ngoi ra, tỏc gi ó xu
t phng phỏp DMIP
nhm ti u kh nng hot ng ca giao thc
Cellular IP (CIP) ca IETF. DMIP l h qu ca vic
ỏp dng mụ hỡnh gii tớch nhm ti u quỏ trỡnh gi
thụng tin cp nht v trớ thuờ bao di ng trong mng
CIP. Kt qu mụ phng ó lm rừ kh nng ca gii
phỏp ny so vi cỏc gii phỏp khỏc ó c xut
lờn IETF.
Giao thc Cellular IP hay DMIP cú tớnh nng ni
tri hn Hawaii v HMIP v
s n gin trong vic
ng dng vỡ khụng cn thay i gỡ n cu hỡnh hin
cú ca cỏc nỳt mng. Tuy nhiờn, kt qu mụ phng
cho thy, giao thc Hawaii v HMIP ni tri hn v
kh nng cung cp thụng lng TCP cho u cui vi
tc chuyn vựng khỏc nhau. Hn na, hai giao
thc ny cũn cú c ch bo v bn tin d liu dch v
v bỏo hiu tt hn Cellular IP.
Khi quan trc mi quan h gia lu lng bỏo hiu
v chu k gi gúi tin bỏo hiu t thuờ bao Cellular
IP, ta thy nu chu k bộ thỡ thi gian phc hi kt
ni TCP sau khi thuờ bao chuyn kt ni sang trm
gc khỏc nhanh hn. Tuy nhiờn s tn nhiu ti
nguyờn mng x lý cỏc gúi tin ny. Trong mụi

trng khan him kờnh nh truy nhp vụ tuyn thỡ
õy l mt hin tng nờn trỏnh. Ngc li, nu gim
chu k c
p nht v trớ thuờ bao thỡ s nh hng n
cht lng dch v vỡ cỏc gúi tin b nh tuyn sai n
trm gc c s nhiu hn.
Nhm khc phc nhc im ca Cellular IP v gi
nguyờn tớnh n gin vn l kh nng ni tri ca nú,
tỏc gi ó xut giao thc DMIP. õy l mt ng
dng ca gii phỏp ra quy
t nh ti u Markov c
trỡnh by. x lý bn cht ngu nhiờn ca mng di
ng, DMIP chn chu k gi thụng tin bỏo hiu l
ng, khi thuờ bao ang s dng hay khụng s dng
dch v. Vi mc tiờu l ti thiu tng lu lng bỏo
hiu x lý khi thuờ bao di chuyn, ta cú c tp
quyt nh ti u (chu k gi gúi tin bỏo hiu) cho
mi trng thỏi ca m
ng.
Tuy nhiờn, vn cũn mt s vn sau cn nghiờn



cứu tiếp:
− Ứng dụng giải pháp quản lý vị trí thuê bao trong bài
báo này cho các giao thức khác
− Mở rộng bài toán tối ưu cho các mô hình di chuyển
khác nhau của thuê bao và ràng buộc về chất lượng
dịch vụ
− Ứng dụng mạng Neuron để dự báo hướng chuyển

động của thuê bao di động. Cùng với mô hình ra
quyết định Markov để phát triển tiếp bài toán tối ưu
hoá quản lý di động.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] AKYILDIZ F.I., J.MCNAIR, J. HO, H.
UZUNALIOGLU, AND W. WANG, “Mobility
Managemment in Next Generation Wireless Systems ,”
Proc. IEEE, Vol. 87, No. 8, Aug. 1999, pp. 1347 84.
[2] A. T. CAMPBELL ET AL., “IP Micro-Mobility
Protocols, “ ACM SIGMOBILE Review. Vol. 4, No.4.,
pp. 45-54, Oct. 2001.
[3] A. T. CAMPBELL ET AL., Comparison of IP Micro-
mobility Protocols, IEEE Wireless Communications, pp.
72-82, Feb. 2002.
[4] PUTERMAN M. L., Markov Decision Processes:
Discrete Stochastic Dynamic Programming. John
Wiley & Sons, Inc., 1994.
[5] DINH V. D., “Mobility Management in Wireless ATM
networks,” Master Thesis, School of Electrical
Engineering, University of Technology, Sydney (UTS),
Australia, November, 1996.
[6] TRAN V. T., DINH V. D. ET AL., “NetSim-ATM: An
Open ATM Network Simulation Suite,” it has been
accepted for publishing in the Proceeding of the Joint
4
th
IEEE International Conference on ATM and High
Speed Intelligent Internet (ICATM2001), Apr. 23-25,
2001, Seoul, Korea.
[7] DINH V. D., TRAN V. T. ET AL., “Mobile IP

Technology and the Future Applications,” Proceeding
of the 26
th
Asian Info-Communications Conference
(AIC-26), Doc. 60, Nov. 6-9, 2001, Hanoi, Vietnam.
Ngày nhận bài: 9/12/2002
.

SƠ LƯỢC TÁC GIẢ
ĐINH VĂN DŨNG
Tốt nghiệp kỹ sư Viễn thông
khóa 1984-1989 tại Đại học
Bưu điện Odessa (Liên Xô cũ).
Tốt nghiệp Thạc sỹ Kỹ thuật
Viễn thông khóa 1995-1996 tại
Đại học Công nghệ Sydney,
Australia
Từ năm 1990 đến nay làm
việc tại Viện Khoa học Kỹ thuật
Bưu điện. Hiện là nghiên cứu sinh khóa 5, Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
H
ướng nghiên cứu chính hiện nay: Mobility
Management, Networks Performence Analysis,
Simulation Optimization, and Network Design.
Email: