Nghiên cứu, đáng giá hiệu suất một số thuật toán quản trị tài nguyên trong mạng không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




GIÁP THỊ HƢỜNG





NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT
MỘT SỐ THUẬT TOÁN QUẢN TRỊ TÀI NGUYÊN
TRONG MẠNG KHÔNG DÂY




Ngành: Công nghệ thông tin
Mã số : 1.01.10




LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Duy Lợi







Hà Nội - 2007


2
Mục lục
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
MỞ ĐẦU 8
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 10
1.1 Lịch sử phát triển của mạng di động 10
1.2 Kiến trúc mạng di động tế bào 13
1.3 Vấn đề gán kênh 15
1.3.1 Các chiến lược gán kênh 15
1.3.2 Tiêu chí đánh giá các chiến lược gán kênh 18
CHƢƠNG 2 - CHIẾN LƢỢC MƢỢN KÊNH CÓ CHỌN LỌC
TRÊN CƠ SỞ CÂN BẰNG TẢI ĐỘNG 20
2.1 Mô hình mạng và các định nghĩa 20
2.1.1 Lược đồ phân phối cố định sử dụng mô hình mẫu 20
2.1.2 Chiến lược thuê kênh 21
2.1.3 Lược đồ phân phối tần số có cân bằng tải 22
2.2 Kiến trúc cân bằng tải 23

2.2.1 Phân lớp tế bào 23
2.2.2 Phân lớp các thuê bao bên trong một tế bào 24
2.3 Nguyên tắc mƣợn kênh có chọn lọc (LBSB) 25
2.3.1 Chiến lược thuê kênh 27
2.3.2 Nguyên tắc của chiến lược mượn kênh 28
2.3.3 Chiến lược gán kênh 32
2.3.3.1 Phân lớp yêu cầu kênh 32
2.3.3.2 Thuật toán gán kênh 33
2.4 Đánh giá hiệu suất hoạt động của chiến lƣợc mƣợn kênh 34
2.4.1 Mô hình Markov 34
2.4.2 Tính toán thông số h 37
2.4.3 Kết quả thực nghiệm 37
CHƢƠNG 3 - CHIẾN LƢỢC GÁN KÊNH ĐỘNG 47
3.1 Đặt vấn đề 47
3.2 Phƣơng thức trao đổi thông tin di động 49
3.2.1 Cấu trúc dữ liệu 49


3
3.2.2 Kiểu thông điệp và hàm hệ thống 50
3.2.3 Các thủ tục và hàm cơ bản 51
3.3 Thuật toán gán kênh thích nghi 58
3.3.1 Mô tả thuật toán 58
3.3.2 Tính đúng đắn của thuật toán 62
3.3.3 Hiệu suất của thuật toán 64
KẾT LUẬN 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
FCC
Federal Communication
Commission
Uỷ ban truyền thông liên
bang (Mỹ)
AMPS
Advanced Mobile Phone
Systems
Hệ thống điện thoại di động
tiên tiến
ES
Expanded Spectrum
Trải phổ mở rộng
NES
Non-Expanded Spectrum
Trải phổ không mở rộng
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập chia theo tần
số
TACS
Total Access Communications
System

Hệ thống viễn thông truy
nhập tổng
NMT
Nordic Mobile Telephone
Hãng điện thoại Nordic
NTT
Nippon Telegraph and
Telephone Corporation
Công ty Điện tín và Điện
thoại Nippon (Nhật bản)
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập chia theo thời
gian
NA-
TDMA
North American TDMA
Chuẩn đa truy nhập chia
theo thời gian tại khu vực
Bắc Mỹ
D-AMPS
Digital – AMPS
Hệ thống điện thoại di động
tiên tiến - kỹ thuật số
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập chia theo mã
GSM
Global System for Mobile
Communications

Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
ETSI
European Telecommunication
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
PDC
Personal Digital Cellular
Hệ thống tế bào số cá nhân
PCN
Personal Communication
Network
Mạng viễn thông cá nhân
UMTS
Universal Mobile Telephone
System
Hệ thống điện thoại di động
phổ thông


6
FPLMTS
Future Public Land Mobile
Telecommunication System
Hệ thống thông tin di động
mặt đất tương lai
ITM
International Mobile
Telecommunications

Hệ thống viễn thông di
động quốc tế
MSC
Mobile Switching Centre
Trung tâm chuyển mạch di
động
MTSO
Mobile Telephone Switching
Office
Cơ vụ điện thoại di động
FCA
Fix Channel Assignment
Gán kênh cố định
DCA
Dynamic Channel Assignment
Gán kênh động
FlCA
Flexible Channel Assignment
Gán kênh linh hoạt
CBWL
Channel Borrowing Without
Locking
Mượn kênh không khoá
CBWL/C
R
Channel borrowing with
Locking/ channel rearrangement
Mượn kênh đã bị khoá có
sự điều chuyển kênh
BS

Base Station
Trạm điều khiển
RSS
Received Signal Strength
Cường độ tín hiệu thu được
LBSB
Load Balancing With Selective
Borrowing
Mượn kênh có chọn lọc trên
cơ sở cân bằng tải động
MSS
Mobile Service Station
Trạm dịch vụ di động


7
DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang
Hình 1.1 – Phân bố dải tế bào
10
Hình 1.2 – Kiến trúc mạng di động tế bào
14
Hình 2.1 – Kiến trúc Manager/Agent tổng quan
21
Hình 2.2 – Phân lớp thuê bao trong một tế bào
24
Hình 2.3 – Thuật toán gán kênh cho các thuê bao trong một tế bào
34
Hình 2.4 – Mô hình Markov đối với tế bào

34
Hình 2.5 – Sự biến thiên của xác suất khoá cuộc gọi
39
Hình 2.6 – Xác suất khoá cuộc gọi theo tỷ lệ biến thiên của h
41
Hình 2.7 – Xác suất khoá cuộc gọi theo λ với các giá trị biến thiên
của C
42
Hình 2.8 – Xác suất khoá cuộc gọi và kích thước mô hình mẫu
43
Hình 2.9 – So sánh xác suất khoá cuộc gọi giữa các lược đồ
45
Hình 3.1 – Tế bào i yêu cầu 1 kênh
53
Hình 3.2 – Hàm thu nhận kênh r
54
Hình 3.3 – Tế bào i nhận yêu cầu từ tế bào j
56
Hình 3.4 – Tế bào i tiếp nhận thông điệp thay đổi phương thức từ
tế bào j
56
Hình 3.5 – Tế bào i nhận thông điệp từ tế bào j
57
Hình 3.6 – Tế bào i nhận thông điệp giải phóng kênh từ tế bào j
57
Hình 3.7 – Tế bào i phân phối lại kênh r
58
Hình 3.8 - Tế bào i thay đổi phương thức
59
Hình 3.9 - Hàm xác định tế bào lân cận có khả năng cho tế bào i

mượn kênh
60
Bảng 1 – Thông báo và thời gian trễ đối với 1 lần lặp trong thuật
toán
31
Bảng 2 – Đánh giá các giá trị của b, λ
1
, λ
2

38
Bảng 3 – So sánh xác suất khoá cuộc gọi của các lược đồ phân
phối kênh
44
Bảng 4 - Sự khác nhau của các lược đồ phân phối kênh
66
Bảng 5 - Sự khác nhau của các thuật toán với tải nhẹ
67
Bảng 6 - Giới hạn của các thuật toán
67


8
MỞ ĐẦU
Ngày nay, các dịch vụ không dây đang là một trong những lĩnh vực
truyền thông phát triển mạnh mẽ nhất. Trên thế giới cũng như tại Việt Nam,
số lượng các thiết bị không dây sử dụng và khai thác nguồn tài nguyên mạng
đang tăng lên nhanh chóng về số lượng, như vậy, đồng hành với số lượng,
các nhà nghiên cứu đang tìm các thuật toán, giải pháp tối ưu để sử dụng các
nguồn tài nguyên mạng hiệu quả nhất.

Các lược đồ phân phối kênh động đã và đang thu hút sự quan tâm đặc
biệt của các nhà nghiên cứu, ví dụ như các phương pháp để khai thác hiệu
quả nhất các nguồn tài nguyên sẵn có trong mạng không dây. Sự kết hợp
rộng rãi của các thành phần như: nhiệm vụ kênh cố định, mượn kênh, chia sẻ
kênh, điều hành kênh, phân bố lại nhiệm vụ của kênh, và điều chỉnh động
các tham số yêu cầu. Các chính sách phân phối kênh động giúp chúng ta mở
rộng các khái niệm nêu trên đối với các dịch vụ tích hợp các hệ thống không
dây trong tương lai.
Nghiên cứu các vấn đề về phân phối nguồn tài nguyên tối ưu trong
mạng không dây, trong đó có những tài nguyên quý giá (băng thông) phải
được sử dụng hiệu quả nhất và chia sẻ công bằng giữa những người sử dụng.
So với mạng có dây truyền thống, những tính chất đặc trưng của mạng
không dây đặt ra cho chúng ta nhiều thử thách mới, và ngăn chặn ứng dụng
lặp của các phương pháp phân phối nguồn tài nguyên sẵn có.
Nghiên cứu sự phân loại các lược đồ phân phối kênh động trong phạm
vi luận văn này là trả lời 3 câu hỏi:
o Khi nào có thể chấp nhận một tín hiệu truy nhập?
o Kênh nào có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu truy nhập?
o Khi nào và làm cách nào để phân lại nhiệm vụ cho các kênh
mới đối với các tín hiệu truy nhập đang tồn tại?
Luận văn chia làm ba phần tương ứng với ba chương:
 Chƣơng 1- Tổng quan về Mạng di động tế bào: Chương này trình
bày lịch sử phát triển, giới thiệu một số hệ thống mạng di động đã
và đang được ứng dụng trên thế giới. Các khái niệm cơ bản về


9
mạng di động tế bào, trong đó quan trọng nhất là khái niệm tái sử
dụng tần số, giới thiệu một số chiến lược cấp phát kênh và các tiêu
chí đánh giá hiệu suất của các chiến lược cấp phát.

 Chƣơng 2 - Chiến lược mượn kênh có chọn lọc trên cơ sở cân
bằng tải động: Chương này trình bày các kỹ thuật cân bằng tải đơn
giản trong môi trường tế bào di động để giải quyết bài toán lưu
lượng quá tải tại các điểm nóng. Mục tiêu quan trọng mà ta cần đạt
được là làm giảm bớt nhu cầu kênh tại các tế bào nóng bằng cách
thuê kênh từ các tế bào lạnh thích hợp và có sự phân phối hợp lý
của các kênh đang hoạt động giữa một số lượng thuê bao khổng lồ.
Lược đồ phân phối kênh cố định thuận lợi để khởi đầu, thuật toán
cân bằng tải chạy định kỳ hoặc theo yêu cầu phục thuộc vào tính
toán tải hệ thống. Một mô hình chuỗi Markov cho một tế bào trong
hệ thống và giải pháp để đánh giá ngưỡng nhằm xác định tế bào là
nóng hay lạnh. Các ví dụ mô phỏng để đánh giá hiệu quả các chiến
lược cho thấy lược đồ gán kênh làm giảm đáng kể số lượng các
cuộc gọi bị khoá trong hệ thống quá tải với một lượng lớn các tế
bào nóng.
 Chƣơng 3 - Chiến lược gán kênh động. Các lược đồ cấp phát kênh
động hỗ trợ tốt hơn dưới các điều kiện lưu lượng quá tải dù thời
gian thu nhận kênh lớn hơn và phải bổ sung các thông điệp điều
khiển. Chương này trình bày một lược đồ gán kênh với các trạm
chuyển mạch làm cân bằng lưu lượng mà không phụ thuộc vào các
trạm khác trong vùng giao thoa, mục tiêu là làm giảm thiểu tỷ lệ
các cuộc gọi bị rớt, tại cùng một thời điểm duy trì thời gian thu
kênh trung bình và độ phức tạp thông điệp là nhỏ nhất.
Ngoài ba chương chính, bố cục luận văn còn có các phần Mở đầu, Kết
luận và Tài liệu tham khảo. Phần kết luận nêu tóm tắt các vấn đề đã trình
bày trong các chương, đánh giá các kết quả đã đạt được và chưa đạt được,
đồng thời đưa ra các định hướng nghiên cứu, phát triển tiếp theo.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do khuôn khổ thời gian có hạn nên luận
văn còn những hạn chế nhất định, tác giả rất mong nhận được những góp ý
để vấn đề nghiên cứu này ngày càng được hoàn thiện hơn.

10
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO
1.1 Lịch sử phát triển của mạng di động
Năm 1974, FCC đã cấp một dải băng 40 MHz trong dải tần 800-900
MHz cho lĩnh vực truyền thông tế bào. Chuẩn AMPS (Advance Mobile
Phone Systems) cũng được giới thiệu vào năm 1979 và được FCC công
nhận, lĩnh vực hoạt động chia làm 2 dải: dải A và dải B. Truyền thông tế bào
là song công và băng tần chia làm 2 đường truyền: 25MHz được cấp cho
đường định hướng hoặc đường downlink, đây là đường truyền từ máy phát
tín hiệu ban đầu tới trạm thu tín hiệu đầu cuối. Đường truyền thứ hai chủ yếu
là đường uplink hoặc đường đổi chiều theo chiều ngược lại với đường thứ
nhất. Hai đường truyền này chia nhau dải băng an toàn 45MHz để tránh hiện
tượng giao thoa giữa các kênh phát và thu. Hình 1.1 mô tả giới hạn dải phổ
do AMPS quản lý.

Hình 1.1: Phân bố dải tế bào
Mỗi dải A và B chiếm giữ 12.5MHz, trong đó 10MHz là phổ không
mở rộng (NES) và 2.5MHz là phổ mở rộng ES. Mỗi dải 12.5MHz này được
chia thành các kênh 30kHz, tạo thành tổng số 416 kênh/dải. 21 kênh trong số
đó được sử dụng cho các thủ tục riêng như là: phân phối kênh, xác định vị
trí, gửi thông điệp,… chúng được gọi là các kênh điều khiển. Các kênh còn
lại được dùng để giao tiếp và gọi là kênh hội thoại.
Trong AMPS, mỗi kênh tần tương đương với một sóng mang tần số
(sóng tần) và mỗi trạm di động được phân phối một kênh. Do đó, AMPS chỉ
là FDMA (truy nhập đa tần) và là 1 hệ thống tế bào tương tự.
Hệ thống tế bào được sử dụng phổ biến ở Châu âu là TACS (Hệ thống
viễn thông truy nhập tổng) và NMT (hãng điện thoại di động Nordic). TACS
được giới thiệu ở Anh vàp năm 1982, hệ thống này hoạt động với dải

900MHz, mỗi đường truyền có dải băng 25MHz và băng thông kênh là


11
25KHz. Tại Ả Rập, Tây Ban Nha đã xây dựng hệ thống NMT hoạt động với
dải 450MHz và 900MHz, tổng băng thông là 10MHz với băng thông kênh là
25KHz và 200 kênh. Cả 2 hệ thống này đều có khả năng chuyển giao và
roaming. Tuy nhiên, các mạng tế bào ở các quốc gia không tương thích với
nhau vì mỗi quốc gia được phân phối 1 dải tần khác nhau. Trong tương lai,
hạn chế này của dịch vụ mạng tế bào sẽ được khắc phục và phải xây dựng
được một hệ thống mạng tế bào đa quốc gia.
Tại Nhật, tập đoàn NTT đã phát triển hệ thống ở dải 800MHz tương
tự như AMPS. Tokyo đã xây dựng được hệ thống điện thoại di động đầu tiên
vào năm 1979. Năm 1985, hệ thống này đã hoạt động ở dải 30MHz với 600
kênh và băng thông kênh là 25kHz.
Hệ thống viễn thông di động thế hệ thứ 2, là hệ thống tế bào số phát
triển mạnh mẽ vào những năm 1990. Tại Bắc Mỹ, các chuẩn mở được giới
thiệu cho các hệ thống tế bào số có sử dụng cùng một dải tần như AMPS.
Những chuẩn này được tích hợp thêm các kỹ thuật đa truy nhập và tạo thành
FDMA.
NA-TDMA hoặc D-AMPS là các chuẩn IS-54 đã được tích hợp kỹ
thuật TDMA, trong đó sử dụng bộ chia thời gian có thể chia sẻ cho 6 thuê
bao di động (thực tế chỉ có 3 thuê bao)
Năm 1994, chuẩn IS-95 giới thiệu kỹ thuật CDMA. Kỹ thuật này dựa
trên sự điều biến trải phổ cho phép nhiều thuê bao có thể truy nhập tới cùng
một dải băng. Mỗi thuê bao di động được phân phối một mã trực giao duy
nhất gọi là mã Walsh. Dải băng 12.5MHz được chia thành 10 dải băng
CDMA, mỗi dải 1.25MHz. Mỗi dải CDMA hỗ trợ 64 mã Walsh. Mỗi dải
CDMA có thể cung cấp gấp 8 lần so với khả năng của hệ thống tương tự
[Gar00].

Tại Châu Âu, hệ thống viễn thông di động toàn cầu GSM, chuẩn hệ
thống điện thoại di động số Pan-European do Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu (ETSI) xác lập, được giới thiệu vào năm 1982. Đây là một hệ
thống TDMA và hoạt động ở dải 890 - 915 MHz với đường uplink và 935 -
960 MHz với đường downlink. Băng thông tần số sóng mang là 200MHz và
có thể chia sẻ cho 8 thuê bao di động có sử dụng bộ chia thời gian.


12
Hệ thống tế bào số cá nhân (PDC: Personal Digital Cellular) là một
chuẩn hệ thống tế bào số của Nhật, đây là hệ thống TDMA hoạt động ở dải
800MHz và 1.5GHz. Nhìn chung, hệ thống PDC rất giống với hệ thống NA-
TDMA, 3 thuê bao di động có thể chia sẻ cùng một tần số sóng mang. Với
giới hạn dải 800MHz, băng thông của đường uplink nằm giữa 810 và
826MHz và đường downlink nằm giữa 940 – 956MHz.
Thành công của công nghệ tế bào thế hệ thứ 2 là giá thành giảm rất
nhiều, dẫn đến sự bão hoà về khả năng và dịch vụ. Không chỉ các hệ thống
tế bào phát triển mà khách hàng còn được sử dụng các dịch vụ thu phát đa
ứng dụng, hỗ trợ âm thanh, dữ liệu và đa phương tiện. Để hỗ trợ cho các nhu
cầu cá nhân của các thuê bao di động, hệ thống vệ tinh đã bắt đầu khởi động.
Năm 1989, mạng viễn thông cá nhân (PCN: Personal Communication
Network) đưa vào hoạt động ở dải 1.8GHz. PCN là phiên bản của GSM, đó
là DCS-1800 (Digital Cellular System 1800) và ngày nay gọi là GSM-1800.
Năm 1991, FCC cung cấp 120MHz quang phổ, chia thành 7 dải băng và gọi
là dịch vụ viễn thông cá nhân băng rộng (PCS) với dải băng 1.85GHz và
dịch vụ viễn thông cá nhân băng hẹp với dải băng 900MHz.
Sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống viễn thông di động phục vụ cộng
đồng và thương mại càng thúc đẩy nhanh việc tích hợp các mạng di động và
cố định. Ngày nay, mạng di động hoàn toàn có khả năng đáp ứng các dịch
vụ đa dạng cả về chất lượng và bảo mật. Hệ thống di động phải có tính mềm

dẻo để tích hợp các loại hệ thống viễn thông khác đang sử dụng hiện nay
như hệ thống tế bào chung và riêng, các hệ thống sóng vô tuyến và vệ tinh.
Những yêu cầu này đang vượt quá khả năng công nghệ của hệ thống viễn
thông di động thế hệ thứ 2. Những đòi hỏi này trong công nghệ thành phần,
quản trị mạng và kỹ thuật dịch vụ làm cho sự ra đời của hệ thống viễn thông
di động thế hệ thứ 3 là tất yếu. Mục đích chính của hệ thống này là cung cấp
các dịch vụ viễn thông từ bất kỳ thuê bao nào tới bất kỳ thuê bao khác, tại
bất kỳ địa điểm nào, vào bất kỳ thời điểm nào, qua bất kỳ môi trường nào,
bằng cách sử dụng các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ với chất lượng dịch vụ đảm
bảo và bảo mật an toàn.
Hai hệ thống đang được phát triển đó là: UMTS và FPLMTS, được
gọi chung là hệ thống viễn thông di động toàn cầu, hoạt động với dải băng
2000 MHz (IMT-2000: International Mobile Telecommunications). Sự phát


13
triển vượt trội của 2 hệ thống này sẽ là bệ phóng trong suốt thập kỷ đầu của
những năm 2000.
UMTS sẽ xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta như ở nhà, cơ quan,
trên ôtô, tàu hoả, máy bay hay đi bộ. UMTS tích hợp tất cả các dịch vụ trong
một dịch vụ bởi các hệ thống viễn thông di động khác nhau, ví dụ như: điện
thoại di động, điện thoại không dây, vô tuyến công cộng, vô tuyến vệ tinh,…
Nó cho phép người sử dụng di chuyển trong suốt quá trình kết nối giữa các
mạng viễn thông khác nhau. UMTS cung cấp các dịch vụ băng rộng, tức là
khả năng truyền âm thanh, văn bản, dữ liệu và hình ảnh qua một kết nối.
FPLMTS bao gồm các tính năng như UMTS, tuy nhiên nó còn có khả
năng phân bố tần số đều trên toàn cầu. FPLMTS định rõ 4 ranh giới trong
không gian nhằm phân chia nhu cầu khác nhau của các vùng dân cư đông
đúc hoặc thưa thớt.
Một trong những yêu cầu chính của UMTS/FPLMTS là phải có hiệu

suất quang phổ cao, và để đạt được yêu cầu này thì cần phải có cơ chế quản
lý tần số linh hoạt, mềm dẻo đối với các nguồn tài nguyên vô tuyến. Quản lý
tần số hiện vẫn đang là đề tài nóng hổi từ cách đây 20 năm và các giải pháp
đề xuất cho đến nay vẫn đang được nghiên cứu, cải tiến để các hệ thống viễn
thông đạt hiệu suất cao nhất.
1.2 Kiến trúc mạng di động tế bào
Khái niệm tế bào xuất phát từ các hệ thống của Bell nằm trong dịch vụ
điện thoại di động tiên tiến, là một kiến trúc mạng được tổ hợp từ các tế bào
hình lục lăng. Các tế bào đại diện cho các vùng địa lý. Bên trong các tế bào,
người sử dụng được gọi là các trạm di động có khả năng thiết lập hoặc nhận
các cuộc liên lạc trong khi di chuyển bên trong mạng tế bào. Mỗi tế bào có
một trạm điều khiển cung cấp các kênh tần số cho các trạm di động. Mỗi
trạm điều khiển trong dịch vụ điện thoại di động tiên tiến (AMPS) coi là một
tế bào. Mỗi tế bào được liên kết với trung tâm chuyển mạch di động (MSC)
còn được gọi là cơ vụ điện thoại di động (MTSO) có vai trò điều khiển các
cuộc gọi và hoạt động như là một cổng để kết nối với mạng khác. Khi người
sử dụng di chuyển (ví dụ trạm di động đang sử dụng một kênh tần số) tới
gần biên của tế bào, nó cần phải thay đổi kênh tần số hiện thời sang tần số
khác của tế bào lân cận. Quá trình này gọi là chuyển vùng. Kiến trúc của hệ


14
thống di động tiên tiến AMPS được minh hoạ như hình 1. Mục tiêu của
AMPS là cung cấp dịch vụ điện thoại di động có khả năng: (a) Dung lượng
thuê bao lớn; (b) Sử dụng hiệu quả phổ; (c) Đảm bảo tính tương thích, tiện
lợi, dễ thích ứng với mật độ lưu lượng cao;

Hình 1.2: Kiến trúc mạng di động tế bào
Để có thể tạo ra các khả năng trên, người ta sử dụng các đặc trưng của
hệ thống tế bào là việc tái sử dụng tần số và phân chia tế bào.

Tái sử dụng tần số là việc sử dụng cùng tần số mang ở những vùng
khác nhau mà khoảng cách vừa đủ để nhiễu do việc sử dụng cùng tần số
mang gây ra không ảnh hưởng đến chất lượng liên lạc. Phân chia tế bào là
việc cấu hình lại một tế bào thành các tế bào nhỏ hơn.
Tái sử dụng tần số
Phân phối các kênh tần số trong mạng tế bào phụ thuộc vào rất nhiều
tham số, chẳng hạn như kiến trúc hình học của tế bào, các đặc tính truyền tín
hiệu và nhiễu tín hiệu. Gán các kênh tần số là việc cấp phát tĩnh kênh tần số
cho các thuê bao trong tế bào. Cùng tập hợp tần số này được sử dụng lại
trong tế bào khác với khoảng cách đủ để cho phép sử dụng các kênh tần số
này với nhiễu tín hiệu gây ra là chấp nhận được. Các tế bào mà sử dụng cùng
tập hợp kênh tần số được gọi là các tế bào đồng kênh và khoảng cách giữa
chúng gọi là khoảng cách tái sử dụng đồng kênh. Tổng số tần số mang cấp
phát cho mạng được phân chia thành các tập hợp và mỗi tập được gán cho
một tế bào bên trong một cụm các tế bào. Một cụm các tế bào hình thành
một mẫu (pattern). Mẫu được tái sử dụng tuỳ thuộc vào khoảng cách tái sử


15
dụng đồng kênh. Lựa chọn số tế bào cho mỗi cụm bị chi phối bởi việc xem
xét nhiễu tế bào đồng kênh. Việc hiểu rõ về truyền tín hiệu và kiến trúc hình
học tế bào là cần thiết để lắm rõ việc gán tần số được thực hiện trong hệ
thống di động tế bào (ví dụ: AMPS).
Tổn hao đường truyền sóng là một hàm số của nhiều nhân tố, như là
môi trường, kiểu anten, độ cao anten, địa điểm, … Qua xem xét đối với
anten vô hướng, tổn hao đường truyền sóng trong môi trường di động vô
tuyến bình thường là 40 dB cho 10, ví dụ tín hiệu cứ mỗi 10 km sẽ suy giảm
40 dB [Lee 95]. Tỉ lệ công suất thu ở hai khoảng cách khác nhau d
1
, d

2
như
sau:

C
1
là công suất sóng mang thu được tại máy thu 1, C
2
là công suất
sóng mang thu được tại máy thu 2.
d
1
là khoảng cách từ máy phát tới máy thu 1, d
2
là khoảng cách từ máy
phát tới máy thu 2.
Do vậy cường độ tín hiệu tỉ lệ nghịch với khoảng cách tới nơi phát 4
lần. Biểu diễn theo decibel phương trình (1.1) trở thành

1.3 Vấn đề gán kênh
1.3.1 Các chiến lược gán kênh
Gán kênh tần số trong mạng tế bào là khái niệm tĩnh. Sau khi qui
hoạch tần số một cách chặt chẽ, các kênh tần số được gán cho vị trí các tế
bào và các tập tần số này sẽ không thay đổi trừ khi cần cấu hình lại cho một
giai đoạn mới. Các vị trí tế bào sẽ chỉ sử dụng tập kênh đã được gán hoặc
các tập kênh đã được gán riêng trên mỗi sector. Chiến lược gán kênh này
được gọi là gán kênh cố định (FCA). Sau khi hệ thống mạng tế bào được cấu
hình, tế bào đơn giản chỉ việc sử dụng kênh đã được gán cố định. Tuy nhiên,
(1.1)

16
có sự ràng buộc giữa các kênh. Nếu yêu cầu về lưu lượng trong tế bào lớn
hơn số lượng kênh danh định (số các kênh đã gán cho mỗi tế bào) thì tất cả
những yêu cầu vượt quá như vậy sẽ bị khóa mà không cần quan tâm tới
trạng thái của các tế bào khác. Ràng buộc này đã làm cho mạng tế bào bị hạn
chế và nhiều chiến lược đã được đề xuất nhằm làm cực đại việc sử dụng tần
số và giảm thấp nhất khả năng khóa kênh. Các chiến lược được chia thành 3
nhóm: Nhóm cơ bản dựa trên phương pháp FCA, gán kênh động (DCA) và
gán kênh linh hoạt (FlCA).
Lược đồ phân phối kênh có hai loại: tĩnh và động. Kỹ thuật phân phối
kênh tĩnh là gán các kênh tới các tế bào theo mô hình sử dụng lại theo thứ tự
ưu tiên và sự phân phối này không thay đổi theo thời gian hoặc tải hệ thống.
Các kỹ thuật này thực hiện đơn giản và có thời gian thu kênh không đáng kể.
Tuy nhiên, chúng không thích nghi với những thay đổi trong các mô hình
lưu lượng (traffic parterns) và phân bố thuê bao di động mà kết quả là làm
giảm hiệu suất băng thông không dây cũng như là từ chối dịch vụ ngay cả
khi có kênh rỗi trong vùng giao thoa của tế bào đó. Trong lược đồ phân phối
kênh động, tất cả kênh được định vị trong một nhóm, được phân phối tới các
tế bào và được yêu cầu ngay cả khi không có hiện tượng giao thoa kênh.
Lược đồ phân phối kênh động nâng cao hiệu suất sử dụng băng thông, giảm
thiểu các cuộc gọi bị rớt nhưng lại làm tăng thời gian thu nhận kênh, tăng độ
phức tạp của thông điệp điều khiển.
Hai chiến lược gán kênh FCA được đề xuất là: Chia sẻ tải và thuê
kênh (có hoặc không khóa kênh). Trong phương pháp chia sẻ tải [Ekl86]
[KE89], giả thiết là có vùng phủ sóng chồng lấn giữa các tế bào mà ở vùng
này các thuê bao có thể thu được chất lượng tín hiệu phát từ tế bào lân cận
tốt gần như là trong tế bào chủ của mình. Khi một thuê bao thử thiết lập cuộc
gọi và không còn kênh rỗi nào nữa [Ekl86] hoặc các kênh bị chiếm giữ đã
đạt tới một ngưỡng xác định [KE89], MSC có thể chỉ dẫn một vài thuê bao

của tế bào kiểm tra chất lượng tín hiệu phát các kênh tần số từ các tế bào lân
cận. Thuê bao nào mà nhận được chất lượng tín hiệu phát có thể chấp nhận
được từ một tế bào lân cận, một yêu cầu chuyển vùng sẽ được chuyển tới tế
bào này và thuê bao được chuyển miễn là tế bào này có đủ kênh rỗi để cấp
phát một kênh theo yêu cầu của thuê bao. Bằng cách này, tế bào mà có lưu
lượng cao có thể có một số kênh danh định vừa được tự do và sử dụng chúng


17
cho các yêu cầu cuộc gọi mới. Phương pháp chia sẻ tải này còn được gọi là
thử trực tiếp (directed retry).
Các phương pháp sử dụng chiến lược thuê kênh khác với phương pháp
FCA cơ bản ở chỗ nó cho phép một tế bào sử dụng một số kênh từ các tập
kênh khác ngoài các kênh của nó. Việc thực hiện thuê kênh được thực hiện
khi không còn kênh danh định nào để đáp ứng cho yêu cầu cuộc gọi (các
cuộc gọi mới hoặc các chuyển giao) hoặc khi kênh các kênh bị chiếm giữ đã
đạt tới một ngưỡng xác định. Chiến lược thuê kênh có khóa kênh
[TJ91][ZY89] [DSJ97][DSJA97] thuê kênh từ tế bào liền kề nhưng ngăn cản
hoàn toàn hoặc một phần việc sử dụng kênh đã được thuê trong các tế bào
đồng kênh với tế bào cho thuê mà gần với tế bào thuê để tránh nhiễu đồng
kênh. Khóa kênh làm giảm dung lượng của mạng. Để vượt qua trở ngại này,
phương pháp bổ sung chiến lược tái gán kênh. Tái gán kênh là một chuyển
giao trong tế bào, tức là thuê bao được yêu cầu thay đổi tần số đang sử dụng
hiện thời sang một tần số khác dưới sự điều khiển của cùng trạm điều khiển.
Tái gán kênh được thực hiện như là cách làm giảm khả năng khóa kênh và
làm cực đại việc tái sử dụng kênh. Chiến lược thuê kênh không khóa
(CBWL) đề xuất việc sử dụng kênh của những tế bào lân cận, theo cách này,
kênh đi thuê được sử dụng cùng với việc giảm công suất phát để tránh nhiễu
với các tế bào đồng kênh của tế bào cho thuê mà gần với tế bào thuê (trong
phạm vi khoảng cách tái sử dụng đồng kênh).

Trong chiến lược DCA, không gán trước các kênh tần số cho các tế
bào trong mạng tế bào. Tất cả các tần số được giữ trong một trung tâm
chung (central pool). Khi có một yêu cầu kênh từ một trạm điều khiển, MSC
chọn kênh tần số thích hợp mà cho hiệu quả cao nhất có tính đến các ảnh
hưởng về nhiễu tín hiệu. Các kênh được gán trong suốt thời gian diễn ra
cuộc gọi. Sau khi cuộc gọi kết thúc, kênh được trả lại cho trung tâm chung
hoặc tái cấp phát cho thuê bao trong cùng tế bào mà đã điều khiển kênh này
trước đó.
Cuối cùng, chiến lược FlCA là sự kết hợp của chiến lược FCA và
DCA.
Một số phương pháp cấp phát kênh sử dụng các chiến lược gán kênh
khác nhau, có những đặc thù riêng. Có các phương pháp có những chính


18
sách đặc biệt nhằm ưu tiên các yêu cầu chuyển vùng hơn so với yêu cầu các
cuộc gọi mới. Chuyển vùng có tác động trực tiếp đối với chất lượng dịch vụ.
Một trong những yếu tố quan trọng nhằm nâng cao chất lượng của mạng là
làm cho thuê bao không hề nhận thấy có việc chuyển vùng và phải chuyển
vùng thành công. Yêu cầu chuyển vùng không thành công là một trong
những nguyên nhân chính gây ra việc buộc chấm dứt cuộc gọi. Do vậy một
số mạng chọn các phương pháp mà làm giảm khả năng buộc chấm dứt cuộc
gọi bằng cách gia tăng khả năng khóa các cuộc gọi mới. Các phương pháp
gán kênh khác chỉ dành cho các mạng tế bào phân cấp. Mạng tế bào phân
cấp là một hệ thống tế bào phủ trong đó cụm các tế bào nhỏ được bao bởi tế
bào lớn. Số kênh được phân chia giữa cụm các tế bào nhỏ và tế bào lớn.
Trong các tế bào nhỏ, việc chuyển vùng xuất hiện thường xuyên. Nếu không
còn kênh rỗi trong các tế bào nhỏ để thực hiện một chuyển giao thì một kênh
từ tế bào lớn có thể được sử dụng. Kênh đã thuê sẽ được giải phóng một
cách nhanh nhất, hoặc đối với giải phóng cuộc gọi hoặc tái gán kênh. Hạn

chế của việc sử dụng kênh tái gán là chuyển vùng bên trong tế bào cao.
1.3.2 Tiêu chí đánh giá các chiến lược gán kênh
Hiệu suất của một phương pháp cấp phát kênh sử dụng một chiến lược
gán kênh xác định được đánh giá bởi các đặc điểm sau: Xác suất khóa các
yêu cầu cuộc gọi mới, xác suất buộc chấm dứt cuộc gọi đang thực hiện, số
lượng các yêu cầu chuyển giao, độ trễ gán kênh và tổng lưu lượng vận
chuyển.
Trong việc lựa chọn một chiến lược gán kênh, mục tiêu là đạt được
mức độ tối ưu trong việc sử dụng trải phổ nhằm mang lại chất lượng dịch vụ
với số các khả năng tìm kiếm dữ liệu là thấp nhất, thuật toán ở trạm phát
hoặc MSC là đơn giản nhất.
Phương pháp gán kênh cố định FCA giới hạn rất nhiều khả năng của
các mạng di động, nhiều chiến lược đã được đề xuất nhằm làm cực đại việc
cấp phát kênh tần số và làm nhỏ nhất khả năng khóa cuộc gọi. Các phương
pháp DCA thực hiện tốt hơn trong trường hợp mật độ lưu lượng thấp. Các
phương pháp FCA cải tiến có hiệu suất cao hơn trong trường hợp tải lưu
lượng lớn. Các phương pháp DCA sử dụng kênh hiệu quả hơn đối với cùng
tỉ lệ khóa kênh, các cuộc gọi buộc phải chấm dứt (rớt cuộc gọi) trong


19
phương pháp DCA thấp hơn so với các phương pháp FCA cơ bản. Tuy
nhiên, cấp phát kênh gần tối ưu đòi hỏi thông tin cần trao đổi rất lớn vì sử
dụng các phương pháp cấp phát tập trung, điều này có nghĩa là các phương
pháp này không thích hợp đối với các mạng lớn. Các phương pháp DCA
phân tán với việc hạn chế truyền thông giữa các ô đã làm thông tin trao đổi
giảm đi nhưng lại dẫn đến hiệu suất cấp phát giảm. Các phương pháp này
được đề suất cho các hệ thống tế bào ô nhỏ vì cấu trúc ô cho phép chia sẻ
thông tin giữa các ô bị ảnh hưởng bởi nhiễu ít và không phải chịu giám sát
tại mỗi trạm gốc. Đối với các hệ thống ô lớn, phương pháp FCA với thuê

kênh cho kết quả tốt và độ phức tạp tính toán thấp hơn DCA. Tuy nhiên, các
phương pháp FCA này lại áp dụng việc điều khiển tập trung tại MSC, mặc
dù chúng kém phức tạp hơn các phương pháp DCA nhưng vẫn cần thiết duy
trì việc cập nhật thông tin trên toàn mạng di động dẫn đến việc phản hồi
chậm và tải tín hiệu lớn.


20
CHƢƠNG 2 - CHIẾN LƢỢC MƢỢN KÊNH CÓ
CHỌN LỌC TRÊN CƠ SỞ CÂN BẰNG TẢI ĐỘNG
2.1 Mô hình mạng và các định nghĩa
Mô hình mạng tế bào ở đây là một vùng địa lý gồm một số các tế bào
lục lăng, mỗi tế bào được phục vụ bởi một trạm điều khiển. Trạm điều khiển
và các thuê bao di động liên lạc với nhau thông qua các đường tín hiệu vô
tuyến. Một nhóm các tế bào được phục vụ bởi một trung tâm chuyển mạch
di động (MSC). MSC được kết nối với nhau thông qua các đường truyền dẫn
cố định và mỗi MSC cũng hoạt động như là một cái cổng liên lạc với các
trạm điều khiển. Mỗi tế bào được cấp phát một tập C các kênh tuỳ thuộc vào
phương pháp gán kênh cố định.
2.1.1 Lược đồ phân phối cố định sử dụng mô hình mẫu
Trong lược đồ phân phối cố định, một tập các tần số được định vị cố
định tại mỗi tế bào và được sử dụng lại ở tế bào khác có khoảng cách vừa đủ
sao cho hiện tượng giao thoa cùng kênh là không đáng kể.
Khoảng cách ngắn nhất mà tần số có thể sử dụng lại để không xảy ra
hiện tượng giao thoa được gọi là khoảng cách sử dụng lại cùng kênh. Mục
tiêu là nhằm sử dụng hiệu quả tần số được phân phối dựa trên hiện tượng
giao thoa cùng kênh. Lược đồ này được mô tả như sau:
Hai tham số i và j (là các tham biến) đã được xác định. Bắt đầu từ một
tế bào bất kỳ, di chuyển i tế bào thẳng theo 1 trong 6 mắt xích toả ra của
hình lục giác, quay theo chiều kim đồng hồ (hoặc ngược chiều kim đồng hồ)

60
o
, di chuyển j tế bào dọc theo mắt xích này (xem hình 2.1). Tế bào cuối
cùng (tế bào đích) là tế bào cùng kênh gần nhất với tế bào ban đầu. Mỗi tế
bào có 2 tập gồm 6 tế bào cùng kênh gần nhất tuỳ thuộc vào sự dịch chuyển
cùng chiều hay ngược chiều kim đồng hồ. Bằng cách lặp lại mô hình như
trên, các cụm tế bào được hình thành, mỗi tế bào được phân phối một tập
kênh tần. Mỗi cụm như vậy được gọi là mô hình mẫu.
Số lượng tế bào trong mô hình mẫu được tính như sau: N = i
2
+ ij + j
2
.


21

Hình 2.1: Các tế bào cùng kênh với i = 3, j = 2
Kỹ thuật tô màu đồ thị được sử dụng để giải quyết bài toán tối ưu
phân phối tần số, tức là nhằm đạt tối đa khả năng sử dụng lại các kênh tần.
Mặc dù các lược đồ phần phối cố định hoạt động tốt khi lưu lượng quá tải
nhưng hạn chế lớn nhất là nếu số lượng các cuộc gọi vượt quá tập kênh tại tế
bào đó thì các cuộc gọi quá tải bị khoá lại cho đến khi các kênh trong tế bào
đó có thể tiếp nhận. Để giải quyết được hạn chế này, chiến lược thuê kênh từ
các tế bào khác được đề xuất.
2.1.2 Chiến lược thuê kênh
 Chiến lược đơn giản: đây là một biến thể của lược đồ phân phối
kênh cố định, nguyên tắc hoạt động là thuê một kênh từ các tế
bào bên cạnh sao cho các cuộc gọi đang tồn tại không bị nhiễu.
 Chiến lược lai ghép: Tập kênh cố định phân phối tới một tế bào

được chia thành 2 nhóm, 1 nhóm chỉ sử dụng trong nội vùng,
còn nhóm kia để cho các tế bào bên cạnh mượn theo nhu cầu.
Số lượng kênh trong mỗi nhóm phụ thuộc vào trạng thái lưu
lượng.


22
 Chiến lược yêu cầu kênh (mở rộng của chiến lược lai ghép): Số
lượng kênh của mỗi nhóm có thể biến đổi động tuỳ thuộc vào
trạng thái lưu lượng.
2.1.3 Lược đồ phân phối tần số có cân bằng tải
 Lược đồ thử trực tiếp: Các tế bào láng giềng gối lên nhau
[Eklund86] và một số thuê bao trong vùng giao nhau có thể nghe
thấy tín hiệu từ các tế bào bên cạnh. Nếu thuê bao yêu cầu một
kênh và hiện tại không có kênh nào rỗi, thuê bao đó sẽ kiểm tra
cường độ tín hiệu tại các tế bào láng giềng. Nếu tìm thấy một kênh
có tín hiệu thích hợp thì cuộc gọi đó được thiết lập.
Để giảm bớt nhược điểm của lược đồ trên, Karkson và Eklundh
[KE89] đề xuất cân bằng tải kết hợp, xem xét các thuê bao dựa trên
cơ sở liệu họ có nghe thấy nhiều hơn một tín hiệu hay không.
Trong lược đồ này, mỗi khi trạm gốc tìm thấy nhiều hơn một kênh
đang sử dụng, trạm gốc sẽ yêu cầu thuê bao kiểm tra chất lượng
kênh tại tế bào bên cạnh. Nếu thuê bao nhận được đầy đủ tín hiệu
từ các tế bào bên cạnh thì quá trình tìm kiếm kênh rỗi bắt nguồn từ
các tế bào này. Các thuê bao được di chuyển một cách đơn giản từ
tế bào này tới tế bào khác bằng cách chuyển giao (hand-over).
 Lược đồ mượn kênh có khoá (CBWL): tức là mượn kênh khi
tập kênh trong 1 tế bào đã sử dụng hết [JR94], nhằm tránh hiện
tượng giao thoa giữa các tế bào cùng kênh với tế bào mượn mà có
sử dụng cùng 1 tần số. Tập kênh trong 1 tế bào đặc trưng chia làm

7 nhóm, 1 nhóm chỉ dành riêng cho các thuê bao trong tế bào, còn
6 nhóm phục vụ cho các yêu cầu kênh từ tế bào láng giềng.
Nguyên tắc cho mượn này làm giảm hiện tượng nhiễu cùng
kênh do có quá nhiều cuộc gọi và giảm hiện tượng xung đột trong
khi mượn kênh bằng cách khoá kênh.
Nếu số lượng kênh trong một nhóm kênh đã sử dụng hết, một
thuê bao đang sử dụng một kênh nào đó có thể bị chuyển hướng tới
một kênh rỗi ở nhóm khác, như vậy một nhóm đang hoạt động có
thể được giải phóng. Một thuê bao thực hiện việc tìm kiếm và thấy


23
các kênh đều đang được sử dụng, 1 thuê bao nào đó đang sử dụng
1 kênh có thể bàn giao lại kênh của nó và tự chuyển tới 1 kênh
thuê khác. Sự biến đổi đặc biệt này gọi là thuê kênh đã bị khoá có
sự điều chuyển kênh (CBWL/CR : Channel borrowing with
Locking/ channel rearrangement).
Ưu điểm của lược đồ CBWL hơn hẳn các lược đồ DA và FCA
thông thường. Nhưng vẫn còn hạn chế là trong trường hợp tế bào
“nóng” thì hiệu suất của hệ thống không cao, chẳng hạn ta có 1 tế
bào “nóng” được bao quanh bởi 6 tế bào “nóng”, thực hiện lược đồ
CBWL là không hiệu quả với tế bào trung tâm, vì không có kênh
nào có thể cho mượn.
Mức độ cải thiện hiệu suất của các lược đồ cố định, thử trực
tiếp, mượn đơn giản và CBWL là 59.8%; 44.3%; 39.9% và 14.1%.
Các lược đồ này được thực hiện khi số lượng tế bào “nóng” tương
đối lớn.
2.2 Kiến trúc cân bằng tải
2.2.1 Phân lớp tế bào
Một tế bào có thể được phân thành tế bào nóng hoặc tế bào lạnh tuỳ

thuộc vào độ lạnh của nó, được xác định như sau:
d
c
= Số kênh có sẵn / C
h là tham số ngưỡng cố định, nếu d
c
≤h thì tế bào đó là nóng, ngược
lại, nó là lạnh. Một tế bào chỉ có 1 trong hai trạng thái hoặc nóng hoặc lạnh.
Giá trị của h là 0.2, 0.25, … và được xác định bởi trung bình các cuộc gọi
đến và tỉ lệ các cuộc gọi thành công, và cũng bằng tỉ lệ kênh thuê từ các tế
bào khác. Nếu tham số h>0 tức là luôn giữ một tập con các kênh có sẵn do
vậy thậm chí khi một tế bào đạt tới trạng thái nóng, các cuộc gọi cần thiết
ban đầu không bị khoá. Khi một tế bào đạt tới trạng thái “nóng”, nó chỉ đơn
thuần phục vụ giống như là một cảnh báo rằng tài nguyên (kênh) trong tế
bào đó đã đạt tới điểm thấp và việc di chuyển nguồn tài nguyên là cần thiết
để giảm nhẹ áp lực có thể dẫn tới việc tăng lưu lượng ồ ạt.


24
2.2.2 Phân lớp các thuê bao bên trong một tế bào
Thuê bao di động trong một tế bào được phân thành một trong 3 kiểu
là mới, đang rời tế bào và khác:
- Thuê bao được gọi là mới nếu nó trong tế bào hiện thời trong một giai
đoạn nhỏ hơn một khoảng thời gian .
- Thuê bao đang rời tế bào được xác định như sau: Xem xét vùng biên
bóng bao quanh tế bào lục lăng A như hình 3. Tham số r là độ rộng của vùng
bóng, xác định xác suất (khả năng) tìm kiếm thuê bao trong vùng đó. Một
thuê bao đang rời tế bào là thuê bao bên trong vùng bóng và đang nhận
cường độ tín hiệu giảm dần từ trạm điều khiển của tế bào A trong thời gian
cuối cùng .

- Thuê bao không phải là mới hoặc đang rời tế bào sẽ được phân thành
lớp khác.

Hình 2.2: Phân lớp các thuê bao bên trong một tế bào
Trạm điều khiển BS định kỳ giám sát chất lượng cường độ tín hiệu đã
thu được (RSS) từ mỗi thuê bao. Bất cứ khi nào một thuê bao vào một tế bào
mới, trạm điều khiển xác định nó là thuê bao mới và bắt đầu tính thời gian .
Thuê bao vẫn là mới nếu trạng thái của nó không thay đổi trong suốt khoảng
thời gian này.
Nếu cường độ tín hiệu thu được từ thuê bao kém hơn một giá trị
ngưỡng xác định, có nghĩa là thuê bao ở trong vùng bóng quanh biên của tế


25
bào (hình 2.2). Nếu kiểu mới hoặc khác của người sử dụng ở trong một
những vùng bóng ngoại vi và cường độ tín hiệu của nó bắt đầu giảm, trạm
điều khiển bắt đầu tính thời gian . Nếu cường độ tín hiệu tiếp tục giảm
trong những khoảng thời gian  tiếp theo, thuê bao được phân thành lớp
đang rời tế bào. Nếu trong khoảng thời gian này, cường độ tín hiệu ngừng
giảm, bộ đếm khởi tạo lại và trạng thái của thuê bao vẫn được giữ nguyên.
Như đã định nghĩa ở trên, một thuê bao không phải là mới cũng không
phải là đang rời tế bào thì được phân thành lớp khác. Một thuê bao mới mà
giữ nguyên được trạng thái trong thời gian  thì được chuyển thành khác ở
thời điểm kết thúc của khoảng thời gian này. Một người sử dụng đang rời tế
bào sẽ thay đổi trạng thái thành khác nếu cường độ tín hiệu đã thu được từ
thuê bao ngừng giảm trong 3 khoảng thời gian giám sát bởi trạm điều khiển.
Thuê bao không bao giờ được chuyển từ lớp đang rời tế bào hoặc khác sang
lớp mới.
2.3 Nguyên tắc mƣợn kênh có chọn lọc (LBSB)
Phương pháp mượn kênh có chọn lọc trên cơ sở cân bằng tải động

(LBSB) được đề xuất cho môi trường di động tế bào là phương pháp điều
khiển tập trung. Thuật toán có thể được kích hoạt bởi một tế bào bất cứ khi
nào nó trở nên nóng hoặc nó có thể chạy định kỳ bởi server thường trú trong
MSC. Ý tưởng ở đây là việc di chuyển các kênh (thông qua thuê kênh) từ
các tế bào lạnh sang các tế bào nóng.
Một tế bào lạnh không được phép thuê kênh từ bất kỳ một tế bào nào
khác. Tương tự một tế bào nóng không thể cho bất kỳ một tế bào nào khác
mượn kênh. Điểm đặc biệt của thuê kênh là hạn chế nghiêm ngặt các tế bào
nóng và thuê bao đang rời tế bào từ tế bào này có mức ưu tiên cao nhất
trong việc sử dụng các kênh đã thuê. Ngoài ra một số lượng kênh xác định
cần được thuê để làm giảm áp lực từ các tế bào nóng.
Khi một tế bào trở thành nóng và việc di chuyển kênh là cần thiết, các
kênh được thuê từ một số tế bào lạnh và được lưu trong tập kênh có sẵn của
tế bào cho thuê gọi là các kênh đã cho thuê. Làm thế nào để các kênh có sẵn
này được gán cho người sử dụng trong tế bào nhằm tận dụng tối đa nguồn tài
nguyên là vấn đề cấp phát tài nguyên. Dưới những điều kiện thích hợp, các


26
kênh đã thuê được tái gán lại cho những người sử dụng „đang rời tế bào‟
trong tế bào và các kênh địa phương mà họ đang dùng được trả về tập kênh
có sẵn. Theo cách này tập các kênh của tế bào nóng được bổ sung.
Khi một kênh được thuê từ một tế bào lạnh, để tránh nhiễu đồng kênh
với tế bào thuê, kênh đã thuê phải bị khoá không chỉ trong tế bào lạnh mà
trong cả các tế bào đồng kênh với nó. Nhóm các tế bào này có thể gồm một
số tế bào nóng mà ở đó việc khoá kênh sẽ gây bất lợi cho mục tiêu cân bằng
tải của chúng ta. Chúng ta sẽ xem xét các trở ngại trên như sau:
1. Mỗi tế bào sẽ vẫn có một số hữu hạn các kênh có sẵn (h.C) khi nó
đạt tới trạng thái nóng, do vậy tổng số cuộc gọi phong toả sẽ không có kết
quả ngay. Nhưng các điều kiện có thể nhanh chóng trở thành không ổn định.

2. Do kênh được thuê trong hầu hết các trường hợp người sử dụng
‘đang khởi hành’ từ một tế bào nóng, trong thời gian thuê (khoá) đối với một
kênh được cho là thấp. Có thể nảy sinh hai trường hợp:
Thuê bao khởi hành đi về hƣớng tế bào lạnh: Trong trường hợp
này, thuê bao đang rời tế bào thuê kênh từ tế bào lạnh đích trong hầu hết các
trường hợp và kênh được giải phóng nhanh chóng khi thuê bao vào trong tế
bào đó.
Ngƣời sử dụng khởi hành về hƣớng tế bào nóng: Trong trường hợp
này, thuê bao đang khởi hành thuê kênh từ một tế bào lạnh nhất định mà
thoả mãn một số điều kiện thuê được đề cập chi tiết trong mục tiếp theo.
Thuê bao đang khởi hành nhanh chóng trở thành thuê bao mới trong tế bào
nóng đích, nơi mà tập kênh có sẵn liên tục được bổ sung do các kênh nội bộ
được giải phóng bởi các thuê bao đang khởi hành khi họ được tái gán lại
kênh thuê (kiểu kênh 2). Một số kênh địa phương này được tái gán lại cho
những thuê bao sử dụng các kênh đã thuê để giải phóng chúng.
Lý do tại sao các kênh đã thuê được gán cho những thuê bao đang
khởi hành với thứ tự ưu tiên cao nhất trong tế bào nóng là họ có khả năng
cao nhất đi qua tế bào khác và giải phóng các kênh đã thuê.
Phương pháp mượn kênh có chọn lọc trên cơ sở cân bằng tải động
gồm 2 phần: di chuyển tài nguyên (thuê kênh) và cấp phát tài nguyên (gán
kênh). Hai mục tiếp theo sẽ thảo luận chi tiết về 2 phần này.