Chuyển giao cứng trong thông tin di động khi xét đến trễ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Đặng Hoàng Long

CHUYỂN GIAO CỨNG TRONG THÔNG
TIN DI ĐỘNG KHI XÉT ĐẾN TRỄ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà nội- 2008


LỜI CẢM ƠN

Em muốn cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Viết Kính– thầy giáo hướng dẫn.
Thầy đã tận tình hướng dẫn, gợi ý cho em hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Cảm ơn
những lời nhận xét quý giá của thầy.
Em xin cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giúp đỡ, góp ý cho em trong quá trình thực hiện luận văn.
Em xin cảm tới toàn thể các thành viên của lớp K11Đ2 – Trường đại học Công
nghệ đã tạo điều kiện giúp đỡ và có những lời khuyên bổ ích giúp đỡ em trong quá trình
thực hiện đề tài này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người đã có nhiều động viên,
khuyến khích em trong cuộc sống cũng như trong học tập.
Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn tới tất cả những người đã hỗ trợ và giúp đỡ
em trong quá trình hòan thành quyển luận văn thạc sĩ này.
Hà Nội, tháng 8 năm 2007
Đặng Hoàng Long

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ....................................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
CHƢƠNG I. CƠ BẢN HỆ THỐNG GSMERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
1.1. Vài nét về hệ thống tổ ong ................................ Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Lý thuyết dung lượng hệ thống và tái sử dụng tần sốError! Bookmark not
defined.
1.1.1.1 Dung lượng hệ thống tế bào ................. Error! Bookmark not defined.
1.1.1.2 Tái sử dụng tần số và khoảng cách tái sử dụng tần sốError! Bookmark
not defined.
1.1.2.1 Các loại mẫu tái sử dụng tần số ........... Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Cơ sở về Lưu lượng và hiệu suất hệ thống. Error! Bookmark not defined.
1.1.2.1 Hiệu suất sử dụng kênh ........................ Error! Bookmark not defined.
1.1.2.2 Hiệu suất phổ tần: ................................ Error! Bookmark not defined.
1.1.2.3 Lưu lượng ............................................. Error! Bookmark not defined.
1.1.2.4 Xác suất nghẽn - Cấp độ phục vụ GoS . Error! Bookmark not defined.
1.1.2.5 Lưu lượng kênh logic ............................ Error! Bookmark not defined.
1.1.2.6 Các tham số hiệu suất cơ bản của O&MError! Bookmark not defined.
1.2. Tổng quan về hệ thống Thông tin Di động GSMError! Bookmark not defined.
1.2.1 Cấu trúc tổng quan hệ thống GSM ............. Error! Bookmark not defined.
1.2.1.1Trạm di động (MS) ................................ Error! Bookmark not defined.
1.2.1.2 Phân hệ trạm gốc (BSS) ....................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1.3 Phân hệ chuyển mạch (SS) ................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1.4 Phân hệ vận hành, khai thác và bảo dưỡng (OSS)Error! Bookmark not
defined.
1.2.2 Giao tiếp vô tuyến trong GSM .................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2.1 Tổ chức tần số và cấu trúc kênh vật lý . Error! Bookmark not defined.
1.2.2.2 Các kênh logic ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2.2.1 Các kênh lưu lượng ........................ Error! Bookmark not defined.

1.2.2.2.2 Các kênh báo hiệu - điều khiển...... Error! Bookmark not defined.
1.2.3 Các giao diện. ............................................ Error! Bookmark not defined.
1.2.4 Các phương pháp truy nhập trong GSM. .... Error! Bookmark not defined.
1.2.4.1. đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) .... Error! Bookmark not
defined.
1.2.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA . Error! Bookmark not
defined.
1.2.5 Báo hiệu trong GSM.................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5.1 Nhiệm vụ báo hiệu các lớp: .................. Error! Bookmark not defined.


1.2.5.1.1 Lớp báo hiệu 1 ............................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5.1.2 Lớp báo hiệu 2 .............................. Error! Bookmark not defined.
1.2.5.1.3 Lớp báo hiệu 3 ............................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5.2 Một số giao thức cơ bản trong báo hiệu:Error! Bookmark not defined.
1.2.5.2.1 Phần truyền bản tin MTP .............. Error! Bookmark not defined.
1.2.5.2.2 Phần điều khiển và nối thông báo hiệu( SCCP)Error! Bookmark not
defined.
1.2.5.2.3 Phần ứng dụng các khả năng giao dịch TCAPError! Bookmark not
defined.
1.2.5.2.4 Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BSSAP . Error! Bookmark not
defined.
1.2.5.2.5 Phần ứng dụng di động MAP ........ Error! Bookmark not defined.
1.2.6 Một số thủ tục trong GSM ........................... Error! Bookmark not defined.
1.2.6.1 Cập nhật vị trí ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.6.2 Tìm gọi .................................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.6.3 Chuyển giao .......................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.6.4 Sự định thời sớm và điều khiển công suấtError! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2. CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG KHÔNG DÂYERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.

2.1. Vai trò của chuyển giao: ................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Các kiểu chuyển giao: ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Khởi tạo chuyển giao: ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Cường độ tín hiệu tương đối: ...................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Cường độ tín hiệu tương đối so với ngưỡng:Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Cường độ tín hiệu tương đối kể đến trễ: ..... Error! Bookmark not defined.
2.3.4 Cường độ tín hiệu tương đối kể đến trễ và ngưỡng: . Error! Bookmark not
defined.
2.3.5 Những phương pháp dự đoán: .................... Error! Bookmark not defined.
2.4 Quyết định chuyển giao:.................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.1 Chuyển giao được điều khiển bởi mạng: .... Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Chuyển giao được hỗ trợ mởi MS: .............. Error! Bookmark not defined.
2.4.3 Chuyển giao được điều khiển bởi MS: ....... Error! Bookmark not defined.
2.5 Các sơ đồ chuyển giao: ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.5.1 Mô hình lưu lượng: ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.5.1.1 Mô hình lưu lượng Hong và Rappaport ( Two-Dimensional): ... Error!
Bookmark not defined.


2.5.1.2 Các mô hình lưu lượng El-Dolil et al (một chiều).Error! Bookmark not
defined.
2.5.1.3 Mô hình Steele và Nofat (hai chiều):.... Error! Bookmark not defined.
2.5.1.4 Mô hình lưu lượng của Xie và Kuek (một và hai chiều):Error! Bookmark
not defined.
2.5.1.5 Mô hình lưu lượng xấp xỉ của Zeng và đồng nghiệp (bất kỳ chiều nào):
.......................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.5.2 Sơ đồ chuyển giao trong các hệ thống đơn lưu lượng:Error! Bookmark not
defined.
2.5.2.1 Sơ đồ không ưu tiên: ............................. Error! Bookmark not defined.
2.5.2.2 Sơ đồ ưu tiên: ....................................... Error! Bookmark not defined.

2.5.2.3 Sơ đồ hàng đợi cho các cuộc gọi chuyển giao: . Error! Bookmark not
defined.
2.5.2.4 Sơ đồ hàng đợi các cuộc gọi chuyển giao và các cuộc gọi khởi thảo:Error!
Bookmark not defined.
2.5.3 Sơ đồ chuyển giao trong hệ thống đa lưu lượng (dịch vụ):Error! Bookmark
not defined.
2.5.3.1 Sơ đồ chuyển giao không có quyền ưu tiên trước:Error! Bookmark not
defined.
2.5.3.2 Sơ đồ chuyển giao có quyền ưu tiên:.... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3. THUẬT TOÁN CHUYỂN GIAO CỨNG VỚI CƠ SỞ BỘ ĐỊNH
THỜI HIỆU QUẢ CAO TRONG MẠNG TỔ ONG ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.
3.1. Giới thiệu: .......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Thuật toán chuyển giao dựa trên hiện tƣợng trễError! Bookmark not defined.
3.2.1. Mô hình truyền : ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2.Trung bình theo số mũ................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Ấn định Cell: .............................................. Error! Bookmark not defined.
3.3 Thuật toán chuyển giao dựa trên bộ định thời Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Trung bình cục bộ. ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Bộ định thời gian rớt cuộc gọi. .................. Error! Bookmark not defined.
3.4. Phân tích hiệu quả chuyển giao ....................... Error! Bookmark not defined.
3.4.1. Việc gán cell và xác suất chuyển giao. ...... Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Số đo hiệu năng quá trình chuyển giao...... Error! Bookmark not defined.
3.4 Kết quả tính toán số ........................................... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ...............................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 11


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt
A
ARFCN
AGCH
ABIS
AUC
AMPS
B
BER
BCCH
BSS
BCH

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

Absolute Radio Frequency
Channel Number
Access Grant Channel
Basic Abis interface and
protocol
Authentication Center
Advanced mobile phone
service

Số kênh tần tuyệt đối

Bit Error Rate
Broadcast control channel

Base Station Susystem
Broadcast Channel

Tỷ số lỗi bít
Kênh thông tin báo hiệu quảng bá
Phân hệ trạm gốc
Kênh quảng bá

Kênh cho phép truy cập
Thủ tục thâm nhập đường truyền
Trung tâm nhận thực
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến


BTS
BSIC
BSSAP
BS
C
CCCH
CCS7
CM
D
DUP
E
ETSI
EIR
E-GSM
F

FDMA

Base Tranceiver Station
Base Station Identity Code
Base Station System
Application Part
Base Station

Trạm thu phát gốc
Mã nhận dạng trạm gốc
Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc

Common Control Channel
Common Channel Signaling 7
Connection Management

Kênh điều khiển chung
Hệ thống báo hiệu kênh chung
Lớp quản lý nối thông

Data User Part

Phần người sử dụng số liệu

Eutopean Telecommunication
Standardisation Institute
Equipment Identity Register
Extended Global System for
Mobile Communications

Viện chuẩn hoá viễn thông Châu
Âu
Thanh ghi nhận dạng thiết bị
GSM mở rộng

Frequency Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo tần
số
Kênh hiệu chỉnh tần số

Trạm cơ sở

FCCH

Frequency Common Control
Channel

FACCH

Fast Associated Cotrol
Channel

Kênh điều khiển liên kết nhanh

FIFO
G
GoS
GSM

First In First Out

Giải thuật vào trước ra trước

Grade of Service
Global System for Mobile
Communications

Cấp độ phục vụ
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu

Home Location Register

Thanh ghi định vị thường trú

Integrated Servises Digital

Mạng số đa dịch vụ

H
HLR
I
ISDN

Network
IMEI
ISUP
L

LAPD
M

International Mobile
Equipment Identity
ISDN User Part

Số nhận diện phần cứng của thiết
bị di động
Phần người sử dụng ISDN

Link Access Procedures on
the D channel

Thủ tục truy cậo liên kết trên
kênh D


MAC

Media Access Control

MS
MSC

Mobile station
Mobile Services Switching
Center
Mobile Asisted Handover

MAHO
MAP
MM
MTP
O
OSS
OMC
OSI
P
PSTN
PLMN
PIN
PCH
R
RACH
RR
S
SE
SS
SIM
SCH
SACCH
SDCCH
SCCP
T
TDMA
TCH
TS

Mobile Application Part

Mobile Management
Message Transfer Protocol

Lớp điều khiển truy nhập phương
tiện
Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ
di động
Chuyển giao có trợ giúp thiết bị
di động
Phần ứng dụng di động
Lớp quản lý di động
Phần truyền bản tin

Operation Station Susystem
Phân hệ khai thác và bảo dưỡng
Operation and Maintenance
Trung tâm khai thác bảo dưỡng
Center
Open Systems Interconnection Mô hình 7 lớp
Public Switched Telephone
Network

Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng

Public Land Mobile Network
Personal Identity Number
Paging Channel

Mạng di động mặt đất công cộng
Số nhận dạng cá nhân
Kênh tìm gọi

Random Access Channel

Kênh truy cập ngẫu nhiên
Lớp quản lý tài nguyên vô tuyến

Radio Regulation
Spectrum efficiency
Switching Subsystem
Subcriber identification
module
Synchronization Channel
Slow Associated Cotrol
Channel
Stand alone Dedicated Control
Channel
Signaling Connection Control
Part

Hiệu suất phổ
Phân hệ chuyển mạch
Modul nhận dạng thuê bao

Time Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo thời

gian
Kênh lưu lượng
Khe thời gian

Traffic Channel
Time Slot

Kênh đồng bộ
Kênh điều khiển liên kết chậm
Kênh báo hiệu thiết lập cuộc gọi
Phần điều khiển và nối thông báo
hiệu


TCH/F
TCH/H
TDM
TUP
TCAP
TACS
U
UP
V
VLR

Kênh toàn tốc
Kênh bán tốc
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
Telephone User Part

Phần người sử dụng điện thoại cố
định
Transaction Capabilities
Phần ứng dụng các khả năng giao
Application Part
dịch
Total Access Communications Hệ thống thông tin truy cập toàn
Systems
diện
Full-rate channel
Half-rate channel
Time Division Multiple

User part

Phần người sử dụng

Visiting Location Register

Thanh ghi định vị tạm trú

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình vẽ

Tên hình vẽ

Số trang

Hình 1.1

Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7

Mẫu tái sử dụng tần số K=3 và K=4
Quan hệ giữa các loại lưu lượng
Cấu trúc tổng quan hệ thống GSM
Tổ chức tần số và thời gian trong GSM 900MHz
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Đa truy nhập phân chia theo tần số
Phân lớp báo hiệu trong GSM

12
15
20
23
24
29
30

Hình 1.8

Hoạt động của 1 MS trong chế độ truyền thoại hoặc
số liệu dùng 1 TS
Hoạt động của 1 MS trong chế độ truyền thoại hoặc
số liệu dùng 1 TS

32

Hình 1.9

38


Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3

Chuyển giao cứng giữa MS và BSs
Khả năng chuyển giao phụ thuộc vào cường độ tín
hiệu và độ trễ giữa hai trọng số liền kề
Mô hình hệ thống chuyển giao thông thường

Sơ đồ chuyển đổi trạng thái
Mô hình hệ thống với chuyển
giao có ưu tiên
Hình 2.6 Sơ đồ chuyển đổi trạng thái
Hình 2.7 Mô hình hệ thống với ưu tiên và hàng đợi cho chuyển
giao
Hình 2.8 Sơ đồ chuyển đổi trạng thái
Hình 2.9 Mô hình hệ thống
Hình 2.10 Sơ đồ chuyển đổi trạng thái
Hình 2.11 Mô hình hệ thống với 02 hàng
đợi cho chuyển giao
Hình 3.1 Đường cong xác suất gán
Hình 3.2 Đường cong xác suất chuyển giao
Hình 3.3 Số cuộc chuyển giao trung bình theo giá trị trễ

Hình 3.4 Các điểm chuyển giao theo tham số trễ
Hình 3.5 Sự kết hợp các điểm chuyển giao theo tham số trễ
trong môi trường micro cell
Hình 2.4
Hình 2.5

40
42
49
49
51
51
53
54
55
56
61
80
81
82
82
84


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt:
1. Vũ Đức Thọ (1997), “Thông tin di đống số Cellular”.
2. Nguyễn Phạm Anh Dũng (1999), “Thông tin Di động GSM”.
Tài liệu tiếng Anh:
3. M. Gudmundson, “Analysis of handover algorithms”, Proc. IEEE VTC ’91, pp. 537–

542, May 1991.
4. V. Kapoor, G. Edwards, and R. Snkar, “Handoff criteria for personal communication
networks”, Proc. IEEE ICC ’94, pp. 1297–1301, May 1994.
5. G. P. Pollini, “Trends in handover design”, IEEE Commun. Magazine, pp. 82–90,
March 1996.
6. N. D. Tripathi, J. H. Reed, and H. F. Vanlandingham, “Handoff in Cellular Systems”,
IEEE Personal Commun, December 1998.
7. D. Hong and S. S. Rappaport, “Traffic model and performance analysis for cellular
mobile radio telephone systems with prioritized and nonprioritized handoff procedures”,
IEEE Trans. Veh. Technol., Vol. VT-35, No. 3, pp. 448–461, August 1986.
8. S. A. El-Dolil, W. C. Wong, and R. Steele, “Teletraffic performance of highway
microcells with overlay macrocell”, IEEE J. Select. Areas in Commun., Vol. 7, No. 1, pp.
71–78, January 1989.
9. R. Steele and M. Nofal, “Teletraffic performance of microcellular personal
communication networks”, IEE PROCEEDINGS-I, Vol. 139, No. 4, August 1992.
10. H. Xie and S. Kuek, “Priority handoff analysis”, Proc. IEEE VTC ’93, pp. 855–858,
1993.
11. Q-A. Zeng, K. Mukumoto, and A. Fukuda, “Performance analysis of mobile cellular
radio systems with two-level priority reservation handoff procedure”, IEICE Trans.
Commun., Vol. E80-B, No. 4, pp. 598–604, April 1997.
12. S. Tekinay and B. Jabbari, “A measurement-based prioritization scheme for
handovers in mobile cellular networks”, IEEE J. Select. Areas in Commun., Vol. 10, No.
8, Oct. 1992.


13. Q-A. Zeng, K. Mukumoto, and A. Fukuda, “Performance analysis of mobile cellular
radio systems with priority reservation handoff procedures”, Proc. IEEE VTC ’94, Vol.
3, pp. 1829–1833, June 1994.
14. R. B. Cooper, “Introduction to Queueing Theory”, 2nd ed. New York: Elsevier North
Holland, 1981.

15. J. D. Wells, “Cellular system design using the expansion cell layout method”, IEEE
Trans. Veh. Technol., Vol. VT-33, May 1984.
16. H. Akimaru and R. B. Cooper, “Teletraffic Engineering”. Ohm, 1985.
17. Q-A. Zeng and D. P. Agrawal, “Performance analysis of a handoff scheme in
integrated voice/data wireless networks”, Proc. IEEE VTC 2000 Fall, Vol. 4, pp. 1986–
1992, September 2000.
18. Q-A. Zeng and D. P. Agrawal, “An analytical modeling of handoff for integrated
voice/data wireless networks with priority reservation and preemptive priority
procedures”, Proc. ICPP 2000 Workshop on Wireless Networks and Mobile Computing,
pp. 523–529, August 2000.
19. R. Beck and H. Panzer, “Strategies for handover and dynamic channel allocation in
micro-cellular mobile radio systems,” in Proc. IEEE VTC ’89,1989, pp. 178-185.
20. B. Gudmundson and O. Grimlund, “Handoff in microcellular based personal
telephone systems,” in Proc. WINLAB Workshop ’90, East Brunswick, NJ, Oct. 1990.
21. W.R.Mende, “On the hand-over rate in future cellular systems,” inProc.IEEE VTC
’88, 1998, pp. 358-361.
22. W.R.Mende, “Evaluation of aproposed handover algorithm for the GSM cellular
system,” in Proc. IEEE VTC ’90, 1990, pp. 264-269.
23. R. Vijayan and J. M. Holtzman, “A Model for Analyzing Handoff Algorithms,” IEEE
Trans. on Vehicular Technology, vol. 42, no. 3, pp. 351-356, Aug. 1993.
24. N.ZhangandJ.M.Holtzman, “Analysis of handoff algorithms using both absolute and
relative measurements,” IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 45, no. 1, pp. 174179, Feb. 1996.
25. A. E. Leu and B. L. Mark, “Discrete-time Modeling and Analysis of Handoff


Algorithms for Cellular Networks: Hard Handoff,” preprint, May 2002.
26. A. E. Leu and B. L. Mark, “Modeling and Analysis of Fast Handoff Algorithms for
Microcellular Networks,” in Proc. IEEE MASCOTS ’2002, Fort Worth, Texas, Oct.
2002 (to appear).
27. K. Pahlavan et al., “Handoff in Hybrid Mobile Data Networks,” IEEE Personal

Communications, pp. 34-47, April 2000.
28. K. D. Wong and D. C. Cox, “Handoff in Hybrid Mobile Data Networks”, IEEE J.
Selected Areas in Comm., vol. 18, no. 7, pp. 1301-1312, July 2000.
29. P. Harley, “Short distance attenuation measurements at 900 MHz and 1.8 GHz using
low antenna heights for microcells,” IEEE J. Selected Areas in Comm., vol. 7, pp. 5-11,
January 1989.
30. O. Grimlund and B. Gudmundson, “Handoff strategies in microcellular systems,” in
Proc. IEEE VTC ’91, 1991, pp. 505-510.
31. M. Gudmundson, “Correlation model for shadowing fading in mobile radio
systems,” Electron. Letters, vol. 27, no. 23, pp. 2145-2146, Nov.1991.
32. G. L. St¨uber, Principles of Mobile Communication, Kluwer Academic Press, 1996.
33. M. D. Austin and G. L. Stuber, “Velocity adaptive handoff algorithms for
microcellular systems,”
August 1994.

IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 43, pp. 549-561,