Tiểu luận Môn Thông Tin Vô Tuyến Nghiên cứu các phương pháp cấp phát kênh động

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG




BÀI TẬP LỚN
Môn Thông Tin Vô Tuyến


Đề tài:
Nghiên cứu các phương pháp cấp phát kênh động
(Dynamic channel allocation)


Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Vũ Văn Yêm
Nhóm sinh viên :Lớp KSTN-ĐTVT-K54
Nguyễn Tiến Đạt
Nguyễn Đức Nam


Hà Nội, 11-2012





2

Mục lục
1.Giới thiệu chung. 3
2.Cấp phát kênh. 4
2.1.Mục đích của việc cấp phát kênh. 4
2.2. Các phương thức cấp phát kênh. 4
3.Cấp phát kênh động. 5
3.1.Các phương pháp cấp phát kênh động. 5
3.1.1.Cơ chế điều khiển tập trung. 6
3.1.2.Cơ chế điều khiển phân tán. 9
3.2.So sánh phương thức cấp phát kênh động với phương thức cấp phát kênh tĩnh 10
4.Mô phỏng. 12
4.1. Các tham số đánh giá. 12
4.2. Lưu đồ thuật toán mô phỏng. 13
4.3. Quá trình mô phỏng. 17
4.4. Đánh giá kết quả và nhận xét 19
4.4.1.Kết quả mô phỏng. 19
4.4.2.Nhận xét và kết luận 21


3

1.Giới thiệu chung.
Trong truyền thông vô tuyến, nhất là trong lĩnh vực truyền thông di động, khái niệm ô tế
bào được xem như một kĩ thuật đột phá nhằm giải quyết tình trạng tài nguyên tần số hạn
hẹp trong khi số thuê bao ngày một gia tăng. Một vùng cần cung cấp dịch vụ truyền
thông sẽ được chia thành các khu vực nhỏ hơn gọi là ô tế bào. Ở mỗi ô tế bào có một
trạm gốc (base station) phủ sóng toàn bộ ô tế bào đó. Mỗi trạm gốc sẽ được cấp phát một
nhóm kênh trong tổng tất cả các kênh của toàn hệ thống để phục vụ kết nối giữa các thuê
bao với trạm gốc. Để đảm bảo không xảy nhiễu đồng kênh, các trạm gốc ở các tế bào

cạnh nhau sẽ được cấp phát các nhóm kênh khác nhau. Với việc thiết kế anten sao cho
vùng phủ sóng chỉ giới hạn trong ô tế bào cho trước thì các ô tế bào đủ xa nhau có thể
cùng sử dụng một nhóm kênh, miễn là nhiễu đồng kênh không ảnh hưởng quá lớn tới
chất lượng truyền thông, điều này giúp tăng dung lượng của toàn bộ hệ thống. Quá trình
chọn lọc và cấp phát các nhóm kênh cho tất cả các trạm gốc trong hệ thống truyền thông
tế bào gọi là quy hoạch tái sử dụng tần số (frequency reuse).
Hình 1 mô tả việc chia nhỏ một vùng được cung cấp dịch vụ truyền thông di động thành
các ô tế bào. Các ô tế bào kí hiệu giống nhau nghĩa là được cấp phát cùng một nhóm
kênh. Như ta thấy, hai ô tế bào kề nhau bất kì không bao giờ sử dụng cùng một nhóm
kênh. Tổng số tất cả các kênh được cấp phát ở bảy ô tế bào A, B, C, D, E, F, G bằng
Hình 1. Mô hình truyền thông tế bào với nhóm tế bào tái sử dụng bằng 7
4

tổng số kênh của toàn bộ hệ thống, và bảy ô này tạo thành một nhóm tế bào (cluster). Bài
toán đặt ra bây giờ là cấp phát kênh như thế nào để đạt hiệu quả sử dụng hệ thống là tối
đa trong điều kiện bị ràng buộc về dải tần cho trước. Bài báo cáo này sẽ trình bày về việc
cấp phát kênh nói chung và các phương pháp cấp phát kênh động nói riêng.
2.Cấp phát kênh.
2.1.Mục đích của việc cấp phát kênh.
Kênh (channel) hiểu theo nghĩa hẹp trong hệ thống mạng viễn thông là một đường kết
nối vật lý cho phép 2 thiết bị liên lạc với nhau. Ở một số khu vực có lưu lượng cuộc
gọi lớn, số kênh truyền có thể không đủ dẫn đến tình trạng từ chối phục vụ, gây suy
giảm chất lượng của mạng viễn thông. Trong khi đó, ở một số khu vực khác, lưu
lượng cuộc gọi nhỏ, nhiều kênh truyền lại trở nên dư thừa, gây lãng phí. Vì vậy, vấn
đề quản lý tài nguyên kênh truyền và bài toán cấp phát kênh là rất quan trọng.
Trong hệ thống truyền thông tế bào, khi tiến hành cấp phát kênh cho một ô tế bào
phải được xem xét ở 2 điểm sau:
- Số lượng kênh được cấp phát cho ô đó tùy thuộc vào lưu lượng cuộc gọi, tức là
đảm bảo xác suất từ chối cuộc gọi nhỏ hơn một ngưỡng tiêu chuẩn.
- Khả năng xảy ra nhiễu đồng kênh do các ô tế bào lân cận, tức là đảm bảo xác suất

làm gián đoạn (rớt) môt cuộc gọi nhỏ hơn ngưỡng tiêu chuẩn.
2.2. Các phương thức cấp phát kênh.
Để đạt được hiệu quả sử dụng phổ và tăng số lượng thuê bao được phục vụ trong điều
kiện giới hạn về tài nguyên tần số, ta buộc phải tái sử dụng tần số. Như đã đề cập ở
trên, việc cấp phát kênh, tái sử dụng tần số phải đảm bảo sao cho xác suất từ chối
cuộc gọi và xác suất rớt cuộc gọi phải ở mức chấp nhận được. Cấp phát kênh có thể
được phân làm hai phương thức chính: cấp phát kênh tĩnh (fixed channel allocation)
và cấp phát kênh động (dynamic channel allocation). Hình 2 mô tả hai phương thức
cấp phát kênh tĩnh và cấp phát kênh động.
Trong phương thức cấp phát kênh tĩnh, mỗi ô tế bào được cấp phát một nhóm kênh
định trước và thường không thay đổi trong quá trình hệ thống hoạt động. Nếu tại một
thời điểm mà tất cả các kênh của một ô tế bào đều đang bận, các cuộc gọi đến tiếp
theo đều sẽ bị từ chối cung cấp dịch vụ. Để giải quyết vấn đề này, người ta đưa ra một
phương pháp là cho phép mượn một số kênh rỗi từ các ô tế bào khác. Một trung tâm
chuyển mạch MSC sẽ tạo một thủ tục cho mượn kênh từ các ô khác tới ô cần mượn
và đảm bảo chắc chắn rằng việc cho mượn kênh không gây ra việc gián đoạn hoặc từ
chối phục vụ ở ô tế bào cho mượn.
5


Hình 2. Minh họa cách thức cấp phát kênh tĩnh và cấp phát kênh động
Trong phương thức cấp phát kênh động, các kênh không được gán cho các ô tế bào
một cách vĩnh viễn, mà sẽ được cất ở trong “kho chứa”. Khi phát sinh yêu cầu cần
được phục vụ từ phía thuê bao, trạm gốc sẽ làm thủ tục tìm kiếm các kênh sẵn sàng
phục vụ, sau đó, cấp phát một trong số các kênh đó để phục vụ kết nối liên lạc. Thủ
tục tìm kiếm có thể là gửi yêu cầu xin một kênh từ trạm điều khiển trung tâm MSC
hoặc tự động tìm các kênh có thể phục vụ cuộc gọi. Khi cuộc gọi kết thúc, kênh
truyền phục vụ cuộc gọi đó sẽ được giải phóng. Theo nguyên tắc tái sử dụng tần số,
một kênh sẽ chỉ cấp phát cho một ô tế bào khi mà nó vẫn chưa được cấp phát ở trong
ô tế bào đó hoặc các ô tế bào khác không thỏa mãn khoảng cách tái sử dụng tần số.

Để thực hiện được điều này, ta buộc phải biết các kênh nào đang được sử dụng, phân
phối lưu lượng hoặc chỉ số cường độ sóng điện từ. Chính điều này làm tăng dung
lượng lưu trữ và yêu cầu năng lực tính toán mạnh của các trạm (trạm gốc hoặc trạm
MSC) điều khiển việc cấp phát kênh.
3.Cấp phát kênh động.
3.1.Các phương pháp cấp phát kênh động.
Để triển khai phương thức cấp phát kênh động trong các hệ thống truyền thông, cần
có thuật toán để điều khiển việc cấp phát. Có hai loại thuật toán điều khiển chính là
điều khiển theo cơ chế tập trung và điều khển theo cơ chế phân tán.
Với cơ chế điều khiển tập trung, trạm điều khiển trung tâm MSC sẽ tập hợp trạng thái
các kênh từ các trạm gốc, từ đó đưa ra quyết định cấp phát kênh theo một thuật toán
nào đó để giảm thiểu xác suất từ chối cuộc gọi ở các ô tế bào trong tương lai. Khi số
trạm gốc lớn, lượng thông tin cần phải được xử lý sẽ rất lớn, do đó phương pháp này
6

chỉ thích hợp với những hệ thống truyền thông có số lượng các trạm gốc không quá
nhiều.
Với phương pháp điều khiển phân tán, việc quyết định cấp phát kênh sẽ không phải
thông qua trạm điều khiển trung tâm mà sẽ do chính trạm gốc của ô tế bào đó quyết
định. Quyết định này dựa vào khoảng cách đồng kênh, kết quả đo cường độ tín hiệu
và kết quả đo giá trị tỉ số CIR của trạm gốc (C là công suất tín hiệu sóng mang mong
muốn nhận được trên một kênh và I là tổng công suất của các tín hiệu nhận được trên
kênh truyền đó, gọi là công suất nhiễu đồng kênh). Nếu tỉ số này vượt ngưỡng tối
thiểu cho việc đảm bảo chất lượng đường truyền thì trạm gốc sẽ quyết định kênh đó
sẵn sàng phục vụ cuộc gọi.
Bảng 1 dưới đây phân loại một số phương pháp cấp phát kênh động theo cơ chế điều
khiển tập trung và cơ chế điều khiển phân tán.
Cơ chế điều khiển tập trung
First Available (FA)
Mean Square (MSQ)

Nearest Neighbor (NN)
Nearest Neighbor + 1 (NN + 1)
Ring
1 – Clique
Channel borrowing
Hybrid
Scheduled channel assignment
Fixed – Dynamic adaptive
Locally optimized dynamic assignment (LODA)
Moving Direction (MD)
Speed an Move Direction (SMD)
Cơ chế điều khiển phân tán
Channel segregation
Autonomous Reuse Partition (ARP)
Flexible Reuse (FRU)
All – Channel Concentric Allocation (ACCA)
Bảng 1. Các phương pháp cấp phát kênh động.
3.1.1.Cơ chế điều khiển tập trung.
Khi một cuộc gọi phát sinh, một kênh rỗi từ “kho chứa” sẽ được chọn sao cho
tối đa hóa số số người dùng trên các kênh giống nhau, đồng thời, tối thiểu hóa
khoảng cách giữa các ô sử dụng cùng một kênh. Một số thuật toán cấp phát
kênh theo cơ chế tập trung được nêu ở bảng 1.
Phương pháp First Available (FA) là phương pháp cấp phát động đơn giản
nhất theo cơ chế tập trung. Với phương pháp này, trạm điều khiển trung tâm
sẽ kiểm tra tất cả các kênh trong kho xem liệu có thể dùng để phục vụ cuộc
gọi được hay không, sau đó, sẽ chọn ra kênh đầu tiên có trong danh sách các
7

kênh sẵn sàng phục vụ cuộc gọi. Phương pháp này tối thiểu hóa khối lượng
công việc tính toán và do vậy, phương pháp này có hiệu quả tái sử dụng tần số

khá tốt.
Cả ba phương pháp cấp phát MSQ (Mean SQuare), NN (Nearest Neighbor)
và NN + 1 (Nearest Neighbor + 1) đều dựa trên một nguyên tắc cơ bản là gán
lại kênh cho ô tế bào cần được cấp phát. Hình 3 mô tả việc cấp phát kênh cho
ba phương pháp này. Giả sử vào một thời điểm, một cuộc gọi phát sinh ở ô tế
bào số 6. Trước đó, ô tế bào số 1 đang sử dụng các kênh b và c, ô tế bào số 2
đang sử dụng kênh a, ô tế bào số 4 đang sử dụng kênh d, ô tế bào số 9 đang sử
dụng kênh b, ô tế bào số 10 đang sử dụng kênh a và c. Đồng thời chúng ta
cũng giả thiết rằng hệ thống có 4 kênh a, b, c, d và khoảng cách tái sử dụng
tần số D = 3. Vì kênh d đang được sử dụng ở ô số tế bào số 4, nên không thể
cấp phát kênh d cho ô tế bào số 6 được, như vậy chỉ còn các kênh a, b, c là
thỏa mãn. Đối với phương pháp NN, kênh sẽ được cấp phát cho ô số 6 giống
với cả kênh ở ô tế bào gần nhất với nó (thỏa mãn khoảng cách tái sử dụng), do
vậy, kênh b sẽ được cấp phát cho ô số 6. Đối với phương pháp NN + 1, các
kênh đang được dùng ở các ô tế bào mà có khoảng cách tới ô cần được cấp
phát lớn hơn khoảng cách tái sử dụng sẽ sẵn sàng cho việc cấp phát lại, như
vậy, kênh a hoặc c đều có thể được cấp phát cho ô số 6. Còn với phương pháp
MSQ, kênh sẽ được cấp phát lại sao cho bình phương khoảng cách từ ô cần
được cấp phát tới các ô tế bào sử dụng kênh đó là nhỏ nhất. Trong trường hợp
này, kênh a sử dụng ở ô số 2 và 10, tổng bình phương khoảng cách tới ô số 6
là 32, kênh b sử dụng ở ô số 1 và 9, tổng bình phương khoảng cách tới ô số 6
là 34, kênh c sử dụng ở ô số 1 và số 10, tổng bình phương khoảng cách tới ô
số 6 là 41. Vậy, kênh a sẽ được chọn nếu dùng phương pháp cấp phát MSQ.
Phương pháp channel borrowing (mượn kênh) gần tương tự như cấp phát
kênh tĩnh. Các kênh (nhóm kênh) được cấp phát cho từng ô và không thay đổi
theo thời gian. Khi phát sinh một cuộc gọi trong một ô tế bào, trạm gốc của ô
tế bào đó sẽ cấp phát kênh phục vụ cuộc gọi đó nếu còn kênh rỗi. Tuy nhiên,
nếu tất cả các kênh của ô tế bào đó đang bị sử dụng, trạm gốc sẽ gửi yêu cầu
Hình 3. Minh họa cách cấp phát kênh bằng thuật toán NN, NN + 1, MSQ.
Hình 3. Minh họa phương pháp cấp kênh MSQ, NN và NN + 1

8

tới trạm điều khiển trung tâm MSC để làm thủ tục xin mượn một kênh từ các
ô tế bào lân cận nó. Sau khi phục vụ xong cuộc gọi, kênh mượn sẽ được giải
phóng và trả lại cho ô tế bào cho mượn.
Phương pháp hybrid là sự kết hợp giữa phương thức cấp phát động (hoàn
toàn) và cấp phát tĩnh. Với phương pháp này, một phần trong toàn bộ các
kênh của hệ thống truyền thông sẽ được gán tĩnh cho các ô tế bào, phần còn
lại sẽ được dự trữ. Nếu tại một ô tế bào, số lượng các kênh tĩnh không đủ để
phục vụ các cuộc gọi đến, trạm điều khiển trung tâm sẽ cấp phát một kênh cho
ô đó theo cách thức cấp phát động. So với các phương pháp cấp phát động
hoàn toàn khác, phương pháp này giúp giảm bớt số lượng các thiết bị điều
khiển cũng như yêu cầu về năng lực xử lý của chúng.
Phương pháp MD (Moving Direction) được sử dụng để giảm xác suất bị rớt
cuộc gọi khi các thuê bao di chuyển qua lại giữa các ô tế bào. Với phương
pháp MD (hình 4), thông tin về hướng di chuyển của người dùng sẽ được báo
về trạm điều khiển trung tâm. Những người dùng di chuyển cùng một hướng
sẽ được cấp phát cùng một kênh. Khi đi qua phân biên giữa các tế bào, kênh
đang sử dụng ở ô trước đó sẽ được thiết lập cho ô mà người dùng di chuyển
đến, do vậy, xác suất rớt cuộc gọi được giảm bớt. Tất nhiên, trong mô hình hai
chiều, rất nhiều vấn đề nảy sinh và làm giảm chất lượng của hệ thống truyền
thông.

Hình 4. Minh họa cấp phát kênh động sử dụng phương pháp MD
Phương pháp SMD (Speed and Moving Direction) là một phương pháp cải
tiến của phương pháp MD, được áp dụng cho hệ thống truyền thông trong đó
có cả các thuê bao di chuyển tốc độ cao và các thuê bao di chuyển tốc độ thấp.
Các kênh của hệ thống được phân thành 2 nhóm, một nhóm dành cho các thuê
bao di chuyển tốc độ cao, một nhóm dành cho các thuê bao di chuyển tốc độ
thấp. Mỗi nhóm kênh này được cấp phát theo phương pháp MD cho mỗi

nhóm đối tượng.
9

3.1.2.Cơ chế điều khiển phân tán.
Khác với cơ chế điều khiển
tập trung được thực hiện bởi
trạm điều khiển trung tâm, cơ
chế điều khiển phân tán được
thực hiện bởi trạm gốc của
mỗi ô tế bào. Trạm gốc sẽ
tiến hành xác định một trong
ba tham số: khoảng cách
đồng kênh (co – channel
distance), cường độ tín hiệu
và tỉ số CIR của từng kênh.
Sau đó, dựa vào ngưỡng cho
trước, trạm gốc sẽ quyết định
các kênh sẵn sàng phục vụ
cuộc gọi.
Để xác định CIR, ta xét ví dụ
như trong hình 5. Giả sử ta
mong muốn thực hiện truyền thông giữa hai thiết bị T và R. Tuy nhiên, ngoài
2 thiết bị sử dụng kênh truyền này để giao tiếp với nhau thì còn các thiết bị 1,
2, …, 5 cũng sử dụng kênh truyền đó để giao tiếp với các thiết bị khác, điều
này gây ra nhiễu đồng kênh cho cuộc gọi của T – R. Chỉ số CIR sẽ được tính
tại R như sau:
5
1
tt
o i i

Pd
CIR
N Pd








Trong đó, P
t
là công suất phát trung bình của trạm T, d
t
là khoảng cách từ trạm
T đến R, α là bậc suy hao do khoảng cách truyền sóng, phụ thuộc vào môi
trường truyền sóng. Tích
tt
Pd


chính là công suất tín hiệu của trạm T mà
trạm R nhận được. N
o
là nhiễu môi trường. P
i
và d
i
lần lượt là công suất phát

của trạm i và khoảng cách từ trạm i tới trạm R.
Để đạt được tỉ số CIR ở trạm R trên ngưỡng tối thiểu, có thể có 2 giải pháp.
Giải pháp thứ nhất là tăng các khoảng cách d
i
, nghĩa là tăng khoảng cách tái
sử dụng tần số. Giải pháp thứ 2 là điều chỉnh công suất phát P
t
và giảm công
suất nhiễu do giao thoa đồng kênh để đạt được tỉ số CIR cho phép.
Trong phương pháp channel segregation, từng trạm gốc sẽ giám sát trạng
thái sử dụng (bận hay rỗi) của các kênh và gán chỉ số ưu tiên cho từng kênh.
Hình 5. Tính tỉ số CIR
10

Khi phát sinh một cuộc gọi, trạm gốc sẽ xem xét xem liệu kênh với chỉ số ưu
tiên cao nhất có rỗi không bằng cách quét năng lượng trên kênh đó. Nếu như
công suất tín hiệu trên kênh đó nhỏ hơn ngưỡng cho trước, kênh được xác
định là rỗi. Nếu như kênh đó rỗi, thì nó sẽ được cấp phát và chỉ số ưu tiên của
nó sẽ tăng lên. Còn trong trường hợp kênh đó bận, chỉ số ưu tiên của nó sẽ bị
giảm đi và kênh có chỉ số ưu tiên cao thứ 2 sẽ được quét tiếp. Nếu toàn bộ
kênh của hệ thống đều bận thì sẽ xảy ra việc từ chối cuộc gọi. Chỉ số ưu tiên
được xác định như sau:
 
   
 
1
1
P i N i
Pi
Ni




nếu kênh rỗi, và
 
   
 
1
P i N i
Pi
Ni


nếu kênh bận.
P(i) đánh giá khả năng truyền thành công trên kênh i. N(i) là số lần kênh i
được truy cập.
Phương pháp ARP (Autonomous Reuse Partition) dựa trên khái niệm phân
vùng tái sử dụng (reuse partition) kết hơp với đo tỉ số CIR thời gian thực. Tất
cả các kênh đều có thể sử dụng ở tất cả các trạm gốc miễn là thỏa mãn ngưỡng
CIR tối thiểu. Ở mỗi ô, các kênh có chỉ số CIR vượt ngưỡng tối thiểu sẽ được
sắp xếp theo thứ tự tuần tự. Khi có yêu cầu kết nối từ thiết bị đầu cuối, kênh
đầu tiên mà thỏa mãn ngưỡng điều kiện CIR sẽ đươc cấp phát. Vì vậy, mỗi
kênh sẽ được tái sử dụng ở các khoảng cách đồng kênh tối thiểu với cường độ
của tín hiệu mong muốn đủ tốt. Phương pháp FRU (Flexible ReUse) là một
cải tiến của phương pháp ARP. Trong phương pháp này, việc chọn kênh để
cấp phát dựa trên ngưỡng CIR nhỏ nhất.
Trong phương pháp ACCA, mỗi ô (cell) sẽ được chia thành các vùng đồng
tâm. Tất cả các kênh mà hệ thống có đều được cấp phát cùng một cơ chế cho
mỗi cell một cách bình đẳng. ở mỗi miền sẽ được cấp phát một số kênh sao
cho mức tín hiệu thỏa mãn chỉ số CIR. Đây là phương pháp hiệu quả nhằm

tăng dung lượng hệ thống. Phương pháp này thực hiện điều khiển theo cơ chế
phân tán tự trị.
3.2.So sánh phương thức cấp phát kênh động với phương thức cấp phát
kênh tĩnh.
Trong phương thức cấp phát kênh tĩnh, vì các kênh được gán sẵn cho từng ô nên thiết
bị điều khiển đơn giản hơn so với trong cấp phát kênh động và phương thức này đã
được ứng dụng trong thực tế. Tuy nhiên, khi điều kiện thay đổi về mật độ lưu lượng,
phương thức cấp phát tĩnh tỏ ra kém linh động, do đó xác suất từ chối cuộc gọi cao
hơn so với phương thức cấp phát động. Ngoài ra, xác suất bị rớt (gián đoạn) cuộc gọi
khi đi qua các vùng chuyển tiếp giữa hai ô tế bào cao hơn so với phương thức cấp
phát động, hình 5 mô tả nhược điểm này.
11


Hình 6. Minh họa khả năng bị rớt cuộc gọi khi chuyển vùng
Phương thức cấp phát động đã giải quyết được những nhược điểm trên của phương
thức cấp phát tĩnh. Trong bối cảnh số lượng thuê bao ngày càng tăng như hiện nay,
phương thức cấp phát động tỏ ra hiệu quả hơn nhiều so với cấp phát tĩnh. Tuy nhiên,
như đã trình bày ở trên, phương thức cấp phát động đòi hỏi cấu hình cao về phần
cứng tại các trạm gốc, năng lực xử lý tương đối mạnh của trạm điều phối MSC hoặc
cần có thuật toán điều khiển việc cấp phát kênh. Một nhược điểm khác của phương
thức cấp phát động đó là xác suất từ chối cuộc gọi lớn hơn so với phương thức cấp
phát tĩnh trong điều kiện mật độ lưu lượng tải lớn, hình 4 và hình 5 minh họa nhược
điểm này.
12


Hình 7. Minh họa khả năng bị từ chối cuộc gọi khi lưu lượng tải lớn trong cấp phát kênh động

Hình 8. Sự phụ thuộc của xác suất từ chối cuộc gọi vào lưu lượng tải

4.Mô phỏng.
4.1. Các tham số đánh giá.
Trong phần này, chúng em sẽ tiến hành mô phỏng phương thức cấp phát kênh động
theo cơ chế phân tán sử dụng phương pháp ARP. Chúng em sẽ tập trung vào tính toán
hai tham số chính là tỉ lệ từ chối cuộc gọi và tỉ lệ rớt (gián đoạn) cuộc gọi. Một cuộc
13

gọi là bị từ chối (bị chặn) khi không tìm được kênh thích hợp thỏa mãn tỉ số công suất
sóng mang RF so với công suất nhiễu giao thoa đồng kênh, C/(N+I).
11
11
.
/ / ( / ) ( / )
cni
C
R
N I N C I C C N C I

  
  

Một cuộc gọi bị gián đoạn khi nó đã được cấp phát kênh nhưng có thể bị gián đoạn
trước khi kết thúc cuộc gọi do không thỏa mãn CNI. Gọi callnum, blocknum và
f orcenum lần lượt là số cuộc gọi yêu cầu, số cuộc gọi bị chặn và số cuộc gọi gián
đoạn thì ta có xác suất từ chối cuộc gọi P
bl
và xác suất gián đoạn cuộc gọi P
fo
là:
bl

blocknum
P
callnum

và
fo
forcenum
P=
callnum-blocknum

4.2. Lưu đồ thuật toán mô phỏng.
Chương trình mô phỏng bao gồm 3 công đoạn:
a) Bước chuẩn bị: setup các thông số ban đầu cho hệ thống như số người dùng trong
mỗi cell, mỗi cell sẽ chia thành bao nhiêu mắt lưới…
b) Vòng lặp: Chương trình chính sẽ kích hoạt
vòng lặp while tới khi hết “timeend”. Trạng thái
của người dùng sẽ được cập nhật theo mỗi khoảng
thời gian “timestep”. Một vài chỉ số của người
dùng sẽ được chứa trong ma trận userinfo.
userinfo(:,:,1): tọa độ x của người dùng.
userinfo(:,:,2): tọa độ y của người dùng.
userinfo(:,:,3): suy hao trên đường truyền của
người dùng (nếu đã được kết nối).
userinfo(:,:,4): trạng thái 0 là không kết nối, trạng
thái 1 là được kết nối.
userinfo(:,:,5): thời gian kết thúc cuộc gọi.
userinfo(:,:,6): kênh được cấp phát (nếu đã kết
nối).
Trong mỗi chu kỳ của vòng lặp, mỗi người dùng
sẽ khởi tạo cuộc gọi, tìm kiếm kênh, cấp phát

kênh, cấp phát lại và kết thúc cuộc gọi dựa vào ma
trận trạng thái. Trong mỗi chu kỳ:
 Bước 1: Cuộc gọi của người dùng đã kết nối sẽ
kết thúc nếu người dùng hoàn thành cuộc gọi
trong khoảng thời gian của chu kỳ.
 Bước 2: Cuộc gọi của người dùng đã kết nối sẽ
được kiểm tra lại. Nếu tỉ số nhiễu không thỏa
14

mãn thì cấp phát lại kênh bằng cách tìm kiếm kênh mới.
 Bước 3: Với tỉ lệ cho trước, người dùng chưa được kết nối sẽ thực hiện 1 cuộc gọi
mới, và tìm kiếm kênh truyền phù hợp với tỉ số nhiễu cho trước.
 Bước 4: Quay trở lại bước 1.
c) Đầu ra: các dữ liệu đo được và được tích lũy qua các vòng lặp chứa trong ma trận
check và check2.
Sự phân bố của các cell và kĩ thuật đường bao cell (cell-wrapping).
Trong chương trình mô phỏng là hệ thống gồm 19 cell hình lục giác có bán kính mỗi
cell là 1 (đơn vị đo). Các cell này được xác định bởi vị trí của 19 trạm BS. Vị trí của
các trạm BS được xác định trong file “basest.m”, cụ thể hơn là được chứa trong một
ma trận 19x2 baseinfo.
Trong mô phỏng hệ thống cấp phát kênh động, chúng ta không chỉ xét đến vị trí riêng
rẽ của các cell mà còn xét đến các cell lân cận vì nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân
cận có ảnh hưởng rất đáng
kể tới hiệu năng của hệ
thống. Ví dụ như cell 5 sẽ
chịu ảnh hưởng nhiễu của
các cell số 1, 4, 14, 15, 16
và 6. Các cell khác như 2
và 3 rất có thể sẽ ảnh
hưởng đến cell 5 nhưng ở

đây chúng ta có thể bỏ qua
do khoảng cách, chúng ta
chỉ xét đến 6 cell lân cận.
Mặt khác, cell số 9 nằm
trên đường bao, chỉ có 3
cell lân cận là 10, 2 và 8. Như vậy các cell ở đường biên sẽ có hiệu năng khác với các
cell nằm bên trong như cell số 1, 2… và có hiệu năng cao hơn hẳn do có ít kênh lân
cận hơn.
Để mô phỏng một cách đầy đủ hơn, cần một kĩ thuật gọi là cell-wrapping cho phép
hiệu quả sử dụng của các cell là như nhau. Trong kĩ thuật này, các cell ở đường bao
được coi là cell lân cận của cell nằm đối diện với nó. Ở hình 2, chỉ có 19 cell (có
màu) là thật sự tồn tại, và các cell còn lại là bản sao của các cell có cùng số thứ tự.
Chẳng hạn như cell số 9 không chỉ có các cell lân cận là 10 ,2 với 8 mà còn là lân cận
của các cell 17,13 với 14. Và như giả thuyết đã đưa ra, mỗi cell là như nhau có 6 cell
lân cận.
Để thực hiện kĩ thuật cell-wrapping này, một ma trận 19x19 được khởi tạo trong file
“wrap.m” để chứa thông tin liên hệ giữa các cell. Ví dụ như wrapinfo(5,:) chứa thông
Hình 9. Sự phân bố của các cell trong mô phỏng
15

tin các cell khác của cell số 5, đặc biệt là wrapinfo(5,2) tới wrapinfo(5,7) là 6 cell lân
cận của cell số 5.

Hình 10. Kỹ thuật cell-wrapping
Kiến trúc lưới cell
Trong hệ thống, sự phân bố của người dùng sẽ được thống nhất trên toàn bộ các cell.
Một cell sẽ được chia lưới thành các mắt nhỏ. Một mạng lưới sẽ được khởi tạo ở đầu
chương trình trong “cellmesh.m”, đầu ra sẽ là số mắt lưới trong mỗi cell và được
chứa trong một ma trận tọa độ vị trí của các mắt meshposition.

16

Hình trên biểu diễn sự phân bố của các mắt lưới trong mỗi cell trong 2 trường hợp:
“fineness” = 50, và “fineness” = 40. Nhận thấy fineness càng lớn, mức độ mịn của
mỗi cell càng tăng.
Trong hệ thống mô phỏng, khi 1 người dùng bắt đầu cuộc gọi, chương trình sẽ ngẫu
nhiên tạo ra 1 số nguyên trong khoảng từ 1 đến số mắt lưới và sẽ đặt người dùng vào
vị trí đó của cell. Và kết quả là người dùng sẽ nằm rải rác ở một vị trí trong cell,
chúng ta sẽ đưa ra được sự phân bố đồng nhất của người dùng trong tế bào.
Các thông số lưu lượng của cuộc gọi
Mỗi một cuộc gọi được khởi tạo tuân theo quá trình Poission với tốc độ tới trung bình
là “lamda”(cuộc gọi/h). Chúng ta sẽ sử dụng hàm “rand” kiểm tra mỗi người dùng
không được kết nối trong khoảng thời gian “timestep”. Nếu giá trị của hàm “rand”
không vượt quá giá trị lamda*timestep/3600 là giá trị biểu diễn tốc độ đến trung bình
trong khoảng thời gian “timestep”, người dùng sẽ được coi là bắt đầu thực hiện một
cuộc gọi, và sẽ được đếm vào giá trị callnum.
Mặt khác, mỗi một cuộc gọi khi khởi tạo có một giá trị thời gian chiếm giữ cuộc gọi
riêng và cuộc gọi sẽ kết thúc sau khoảng thời gian này. Thời gian giữ cuộc gọi tuân
theo hàm mũ với giá trị trung bình là “ht”(giây). Trong chương trình mô phỏng,
chúng em đưa ra giá trị của thời gian giữ cuộc gọi là đầu ra của hàm “holdtime(ht)”.

Hình 11. Hàm mật độ thời gian giữ cuộc gọi.
Ngoài ra số lượng người dùng cũng là một tham số quan trọng. Ta có thể thiết lập số
lượng người dùng trong mỗi cell và đánh giá ảnh hưởng của biến động người dùng tới
hệ thống.
Điều kiện về truyền dẫn
17

Cường độ của tín hiệu nhận được, ngoài tín hiệu truyền đi còn có tín hiệu nhiễu giao
thoa ảnh hưởng đến hệ thống. Trong chương trình mô phỏng, chúng em đưa ra hệ số

suy giảm do vật cản và suy giảm do khoảng cách là các tác nhân ảnh hưởng đến tín
hiệu truyền đi.

Hình 12. Hàm mật độ suy giảm do vật cản.
Với suy hao do đường truyền sẽ được tính theo hàm “dist(a,b,alpha)” trong đó alpha
=3.5 là hệ số suy giảm trong môi trường như thành phố,đô thị…Còn a,b là 2 ma trận
1x2 chứa tọa độ của 2 điểm cần tính suy giảm.
4.3. Quá trình mô phỏng.
Quá trình cấp phát kênh động
Ban đầu, một tín hiệu yêu cầu được gửi từ người dùng được khởi tạo gửi tới trạm gốc.
Công suất của tín hiệu được cho bởi thông số CNR, tương ứng với thông số mô
phỏng “cnedge” (đo bằng dB), ứng với khoảng các giữa máy phát và máy thu bằng 1.
Trong chương trình chính, chúng ta sẽ khởi tạo các vị trí của người dùng và của trạm
gốc, đưa ra giá trị suy hao đường truyền thông qua hàm “dist(here,there,alpha)” và
nhân với suy hao do vật cản “shadow(sigma)”. Sau khi đưa ra các suy hao của tín
hiệu mong muốn truyền đi “dwave”, từ đó có thể tính được tỉ số CNR của tín hiệu thu
được tại trạm gốc. Tỉ số CNR này tương ứng với biến “cn” có giá trị
“power(10.0,cnedge/10.0) * dwave” .
18


Sau khi tính được CNR của tín hiệu, chúng ta sẽ tìm kiếm một kênh thích hợp mà
chưa được sử dụng, và phải thỏa mãn điều kiện nhiễu giao thoa “C/(N+I)”. Việc tìm
kiếm kênh truyền thích hợp “chn” thực hiện thông qua vòng lặp với số kênh là
“chnum”. Trong trường hợp nếu có người dùng khác được cấp phát cùng kênh “ch”,
chúng ta sẽ tính nhiễu giao thoa từ người dùng này. Trong vòng lặp “for around =
2:7”, biến “othercell = wrapinfo(numcell,around)” tương ứng với kênh truyền lân cận
cell có thứ tự là “numcell”. Và sau đó, chúng ta cũng tính độ suy giảm của tín hiệu
“uwave” của tín hiệu giao thoa từ kênh lân cận này, cũng như cách tính “dwave” ở
trên.

Chúng ta đã có giá trị của C/N là “power(10.0,cnedge/10.0) * dwave” và giá trị của
C/I tương ứng là “dwave/uwave”. Cùng với đó, ta sẽ tính được tỉ số CNI “cnirdb”
trong chương trình mô phỏng.
Bước cuối cùng, chúng ta kiểm tra xem giá trị thu được C/(N+I) có thỏa mãn điều
kiện giao thoa không, nghĩa là xem nó có lớn hơn giá trị ngưỡng C/(N+I) “cnirth”
không. Nếu tín hiệu thu được lớn hơn ngưỡng, cuộc gọi sẽ được chấp nhận, và một
kênh sẽ được cấp phát cho người dùng này. Trong trường hợp này, hàm “holdtime” sẽ
hoạt động, người dùng sẽ được cấp phát kênh với thời gian kéo dài cuộc gọi, sẽ quyết
định đến thời gian cuộc gọi kết thúc. Nếu điều kiện giao thoa không thỏa mãn, chúng
ta sẽ xem như cuộc gọi bị chặn, và số cuộc gọi bị chặn sẽ được đếm thông qua biến
“blocknum”.
Kiểm tra kênh và cấp phát lại
Chúng ta cũng sẽ kiểm tra điều kiện giao thoa cho mỗi người dùng tại trong mỗi thời
điểm tiếp theo. Việc này cũng giống như quá trình cấp phát kênh, và tỉ số C/(N+I) của
kênh đã được cấp phát cho mỗi người dùng sẽ được kiểm tra. Nếu tỉ lệ C/(N+I) của
kênh truyền không thỏa mãn, người dùng sẽ được giải phóng khỏi kênh đã cấp phát
19

hiện tại và sẽ tìm kiếm một kênh khác thích hợp hơn tương tự như quá trình cấp phát
kênh. Tại thời điểm này, nếu như không có kênh truyền nào thỏa mãn, đây cũng được
coi như cuộc gọi bị chặn, nhưng xem như cuộc gọi bị bắt buộc kết thúc. Trong trường
hợp này, có biến “forcenum” sẽ đếm số cuộc gọi bị rớt này.

Thông số đầu ra
Cuối cùng, sau khi vòng lặp chính được thực hiện, thông tin tích lũy đã tính toán
được lưu trong ma trận “output”. Chúng ta đã có các thông số cần thiết như
“callnum”, “blocknum” và “forcenum”, và do đó, chúng ta sẽ tính được tỉ lệ số cuộc
gọi bị chặn P
bl
, tỉ lệ số cuộc gọi buộc kết thúc P

fo
theo công thức nêu ra ở trên.
Ở đây, chương trình sẽ thực hiện 5 lần mô phỏng với các tham số khác nhau của số
người dùng “usernum”. Các thông số tính toán của mỗi lần mô phỏng sẽ được lưu
toàn bộ trong ma trận “output”.
output(1,: ) – số cuộc gọi.
output(2,:) – số cuộc gọi bị chặn
output(3,:) – Tỉ lệ cuộc gọi bị chặn
output(4,:) – Tỉ lệ cuộc gọi buộc kết thúc
Chương trình cũng bao gồm 2 ma trận đầu ra khác là “check” với “check2” tương
ứng chứa tỉ lệ cuộc gọi bị chặn và tỉ lệ số cuộc gọi bị kết thúc trong mỗi thời điểm
trong mỗi thời điểm mô phỏng.Tóm lại, ma trận “check” và “check2” chứa các thông
tin thay đổi tương ứng trong mỗi thời điểm,từ đó ta có thể quyết định chiều dài vòng
lặp cho chương trình mô phỏng.
4.4. Đánh giá kết quả và nhận xét
4.4.1.Kết quả mô phỏng.
Với ma trận “output”, chúng ta có thể đánh giá kết quả mô phỏng qua tỉ lệ
chặn cuộc gọi và tỉ lệ gián đoạn cuộc gọi theo thời gian.
20


Hình 13. Tỉ lệ cuộc gọi bị từ chối theo thời gian


Hình 14. Tỉ lệ gián đoạn cuộc gọi theo thời gian

21


Sau khi chạy chương trình mô phỏng ta thu được kết quả:

Số người dùng
5 users
10 users
15 users
20 users
25 users
Số cuộc gọi
khởi tạo
650
1413
2154
2911
3678
Số cuộc gọi bị
chặn
56
335
695
1155
1645
Tỉ lệ chặn cuộc
gọi
8,62%
23.71%
32.27%
29.68%
44.73%
Tỉ lệ gián đoạn
cuộc gọi

5.6%
16.51%
21.8%
26.37%
28.78%
4.4.2.Nhận xét và kết luận
Qua quá trình mô phỏng, nhóm nhận thấy với cùng một số kênh cho phép được sử dụng như
nhau,nếu số người dùng mà tăng thì tỉ lệ chặn cuộc gọi cũng như gián đoạn cuộc gọi sẽ tăng
theo.Kết quả trên hoàn toàn phù hợp với logic thực tế.