SKKN nghiên cứu ảnh hưởng truyền thông dạng máy đối với truyền thông dạng người trong mạng không dây

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 4
MỤC LỤC 5
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

7

DANH MỤC HÌNH VẼ 9
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU

10

11

1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu

11

2. Mục tiêu nghiên cứu 11
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12
4. Nội dung nghiên cứu12
5. Kết cấu của luận văn 12
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC DẠNG
TRUYỀN THÔNG
13
1.1. Giới thiệu...........................................................................................13
1.2. Mạng truyền thông không dây...........................................................13
1.3. Truyền thông kiểu người....................................................................15
1.4. Truyền thông kiểu máy.......................................................................18
1.5. Thực trạng hiện tại trong 3GPP các đặc trưng cơ bản.....................21

1.6. Quản lý tài nguyên vô tuyến điện.......................................................23
1.7. Phân bổ tài nguyên cho luồng dạng MTC và HTC............................25
CHƯƠNG II: MÔ HÌNH QUẢN TRỊ TÀI NGUYÊN RADIO 29
2.1. Mô hình hệ thống và luồng................................................................29
2.2. Lược đồ quản trị tài nguyên Radio dựa trên chuỗi Markov liên tục
theo thời gian............................................................................................32
2.2.1. Các trạng thái của mô hình chuỗi Markov liên tục theo thời gian
...............................................................................................................32
2.2.2. Chuyển đổi trạng thái...................................................................32
2.3. Xác suất bị chặn và sử dụng kênh của các luồng..............................35
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG

37

3.1. Các tham số mạng..............................................................................37
3.2. Phân tích các tình huống...................................................................37
3.3. Chỉ báo hiệu năng..............................................................................37


3.4. Kết quả đánh giá hiệu năng...............................................................38
3.4.1. Ảnh hưởng của sự biến thiên tốc độ luồng đến MTC đối với xác
suất chặn của luồng HTC.......................................................................38
3.4.2. Ảnh hưởng của sự biến thiên của tốc độ luồng đến MTC đối với
sử dụng kênh của luồng HTC................................................................42
3.4.3. Ảnh hưởng của sự biến thiên tốc độ luồng đến MTC đối với sử
dụng kênh cho vùng chia sẻ...................................................................44
3.5. Kết luận chương.................................................................................48
KẾT LUẬN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO

51


DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
1G
2G
3G
4G
API
AT&T
BS
CABM
CDMA
CTMC
ECACB
EDGE
GPRS
GSM
HSPA
HTC
IoT
IP
LAN
LTE
M2M
MNO
MTC
MTS
NMT

NTT
ORA
QoS
RAN
RCE
RRM
RUPRA
SA2
SMRA
SMS
TARRM
UE
UMTS

Thuật ngữ đầy đủ
First Generation Telecommunication
Second Generation Telecommunication
Third Generation Telecommunication
Fourth Generation Telecommunication
Application Programming Interface
American Telephone & Telegraph
Base Station
Context-Aware Backhaul Management
Code Division Multiple Access
Continuous-Time Markov Chain
Enhanced Cooperative Access Class Barring
Enhanced Data rates for GSM Evolution
General Packet Radio Service
Global System for Mobile Communications
High Speed Packet Access

Human Type Communication
Internet of Things
Internet Protocol
Local Area Networks
Long-Term Evolution
Machine-to-Machine
Mobile Network Operators
Machine Type Communication
Mobile Telephone Service
Nordic Mobile Telephone
Nippon Telegraph and Telephone
Orthogonal Resource Allocation
Quality of Service
Radio Access Networks
Recursive Contending Users Estimation
Radio Resource Management
Random User-Pairing Resource Allocation
System Architecture Working Group 2
Suboptimal Minimal Resource Allocation
Short Message Service
Trac Adaptive Radio Resource Management
User Equipment
Universal Mobile Telecommunications System
3


Viết tắt
VoIP
WAN
WCDMA

WiFi
WiMax

Thuật ngữ đầy đủ
Voice over Internet Protocol
Wide Area Networks
Wideband Code Division Multiple Access
Wireless Fidelity
Worldwide Interoperability for Microwave Access

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sự phát triển của mạng di động tế bào về tốc độ dữ liệu................15
Hình 1.2. Kiến trúc chung của MTC..............................................................22
Hình 1.3. Thiết bị MTC truyền thông trực tiếp với nhau...............................22
Hình 1.4. Thiết bị MTC truyền thông với một hoặc nhiều máy chủ MTC (a)
MTC Server nằm trong miền mạng và (b) MTC Server nằm ngoài miền mạng
.........................................................................................................................23
Hình 2.1. Sơ đồ RRM cho luồng HTC và MTC.............................................30
Hình 2.2. Biểu đồ biểu diễn lược đồ RRM cho luồng HTC và MTC.............31
Hình 2.3. Sơ đồ chuyển trạng thái trạng thái của mô hình CTMC (a) Chuyển
tiếp sang trạng thái s = (1; 1; 1; 1)S và (b) Chuyển tiếp từ trạng thái s = (1;
1; 1; 1)S........................................................................................................34
Hình 3.1. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng thay đổi đối với
xác suất chặn HTC..........................................................................................39
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng là hằng số đối với xác
suất chặn HTC.................................................................................................40
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng HTC là hằng số đối

với xác suất chặn HTC....................................................................................41
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC đối với xác suất chặn HTC trong
trường hợp không ấn định ngưỡng..................................................................42
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng thay đổi đối với
sử dụng kênh của HTC....................................................................................43
Hình 3.6. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng là hằng số đối với
sử dụng kênh của HTC....................................................................................43
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng là hằng số của HTC
đối với sử dụng kênh của HTC........................................................................44
Hình 3.8. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với các ngưỡng thay đổi đối với
sử dụng kênh của vùng chia sẻ........................................................................45
Hình 3.9. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng MTC là hằng số đối
với sử dụng kênh của vùng chia sẻ..................................................................46
Hình 3.10. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC với ngưỡng HTC là hằng số đối
với sử dụng kênh của vùng chia sẻ..................................................................46
Hình 3.11. Ảnh hưởng của tốc độ đến MTC trong trường hợp không ấn định
ngưỡng cho cả HTC và MTC đối với sử dụng kênh của vùng chia sẻ...........47

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các dạng luồng của HTC trong mạng di động tế bào....................17
Bảng 1.2. Các ứng dụng MTC........................................................................21
Bảng 2.1. Sự chuyển tiếp của các trạng thái...................................................33
Bảng 3.1. Các thông số mạng.........................................................................37
Bảng 3.2. Các giá trị ngưỡng..........................................................................38

6

MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu
Những thập niên gần đây công nghệ mạng không dây phát triển bùng
nổ, việc sử dụng truyền dẫn không dây cho hệ thống mạng đã trở thành phổ
biến. Mạng không giây đã thay thế mạng có dây trong thiết lập cơ sở hạ tầng
mạng trong các dạng mạng như LAN, WAN,.. Mạng truyền thông không dây
dạng tế bào hỗ trợ rất nhiều các loại hình dịch vụ cho cá nhân và thương mại.
Hạ tầng mạng truyền thông tế bào được thiết kế nhằm đáp ứng dạng truyền
thông kiểu người (human type communication - HTC) hoặc dữ liệu dạng âm
thanh. Tuy nhiên sự ra đời và phát triển của Internet vạn vật (Internet of
Things - IoT) [1] và truyền thông kiểu máy (Machine Type Communication MTC) đã trở thành đối thủ của truyền thông dạng người trong sử dụng tài
nguyên cho truyền dẫn. Theo dự báo từ kết quả nghiên cứu [3] cuối thập niên
này số thiết bị truyền thông đồng thời sẽ tăng lên đến hàng triệu thiết bị, sẽ
ảnh hưởng không nhỏ đến truyền thông dạng người hay dữ liệu âm thanh.
Chúng ta nhận thức rõ ràng những dịch vụ truyền thông dạng máy như
hỗ trợ giám sát giao thông, các dịch vụ giám sát và cảnh báo an ninh,… cũng
cần được truyền thông theo thời gian thực. Như vậy việc thiết lập tối ưu tài
nguyên mạng để đáp ứng các dịch vụ truyền thông kiểu máy và kiểu người
trong hệ thống là bài toán đang là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Trong mạng truyền thông không dây quản trị tài nguyên Radio (radio
resource management - RRM) giữ vai trò rất quan trọng cho sử dụng tối đa
năng lực tài nguyên hiện có. Một lược đồ sử dụng hiệu quả có thể giảm đáng
kể yêu cầu đối với phần cứng. Triển khai hạ tầng và mở rộng phạm vi của
mạng tế bào là thích hợp nhất đối với triển khai các ứng dụng dạng máy, có
thể xem mạng tế bào là trung tâm hay lõi của môi trường triển khai truyền
thông kiểu máy. MTC có những đặc trưng và yêu cầu khác nhau về chất
lượng chẳng hạn như kích thước gói nhỏ, tần suất truyền, số lượng lớn về

7


thiết bị những đặc trưng nay khác với truyền thông dạng thông thường trong
HTC. Những khác biệt đó dẫn đến thách thức chính trong việc cấp phát tài
nguyên hiệu quả trong mạng truyền thông có cả luồng dữ liệu dạng HTC và
MTC. Trong thực tế việc thiết kế một lược đồ quản trị tài nguyên Radio hiệu
quả phải có sự phân tích sâu ảnh hưởng của MTC đối với HTC, hiệu năng của
luồng HTC thực hiện đồng thời với nhiều luồng dạng MTC. Đây chính là mục
tiêu nghiên cứu của luận văn này.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu bao gồm hệ thống truyền tin không dây.
Phạm vi nghiên cứu tìm hiểu các chuẩn truyền tin không giây, các mô
hình lược đồ quản lý tài nguyên Radio và đánh giá hiệu suất các mô hình đó.

4. Nội dung nghiên cứu
Các nội dung nghiên cứu chính bao gồm:
- Tổng quan về công nghệ truyền thông không dây, các chuẩn kỹ thuật
không dây.
- Nghiên cứu mô hình chuỗi Markov liên tục theo thời gian sử dụng
cho lược đồ quản trị tài nguyên Radio trong mạng truyền thông không dây.
- Đánh giá hiệu năng của mô hình quản trị tài nguyên Radio thông qua
phân tích ảnh hưởng của MTC đối với HTC trong mạng truyền thông không
dây
5. Kết cấu của đề tài
Cấu trúc đề tài bao gồm phần mở đầu, ba chương và kết luận:
Mở đầu: Giới thiệu tổng quan, ngắn gọn về luận văn, mô tả sự cần thiết
và mục tiêu nghiên cứu.
Chương 1: Trình bày một số thông tin cơ bản về mạng không dây và

phân bổ tài nguyên cho các luồng dạng MTC và HTC.
Chương 2: Nghiên cứu mô hình quản trị tài nguyên Radio dựa trên
chuỗi Markov liên tục theo thời gian.
Chương 3: Đánh giá hiệu năng của các mô hình quản trị tài nguyên
Radio.
8


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC
DẠNG TRUYỀN THÔNG
1.1. Giới thiệu
Mục tiêu của chương này giới thiệu về nền tảng của mạng không dây và
công nghệ truyền thông trong tương lai. Giới thiệu sơ lược lịch sử mạng di
động tế bào và những cải tiến của nó trong thập kỷ qua. Tác động của những
tiến bộ về công nghệ đối với các thế hệ tiếp theo của các thiết bị, ví dụ như
các thiết bị dựa trên MTC. Các đặc trưng và các ứng dụng cơ bản của luồng
dạng HTC là thành phần cơ bản của mạng không dây di động tế bào sẽ là một
trong những nội dung của chương. Các đặc tính và ứng dụng của MTC cùng
với trạng thái hiện thời của nó trong 3GPP cũng được giới thiệu. Việc sử dụng
MTC trong mạng không dây di động tế bào có sẵn luồng HTC đã dẫn đến
những thách thức mới và phức tạp về quản lý tài nguyên vô tuyến điện
(RRM) cũng là một vấn đề được xem xét nghiên cứu trong chương này.
1.2. Mạng truyền thông không dây
Trong thời đại ngày nay, nhiều loại mạng không dây đang được sử dụng
để truyền dữ liệu giữa các loại thiết bị khác nhau trong mạng truyền thông
không dây. Ví dụ về các mạng như LAN không dây, Wi-Fi, Wi-Max, ZigBee,
TransferJet, Bluetooth, mạng Ham radio, mạng di động tế bào, ... Trong số
này, mạng di động tế bào là mạng phổ dụng nhất bởi vì chúng có phạm vi phủ
sóng về địa lý rộng nhất. Công nghệ của các mạng này đã phát triển từ GSM
đến 2G, 3G và ngày nay là 4G hoặc LTE [9]. Sự phát triển công nghệ đạt

được như ngày hôm nay là nhờ có sự phát triển của các thiết bị điện toán,
thiết kế vi kiến trúc, hiệu suất năng lượng của bộ xử lý đa luồng và đa nhân,
cải thiện thời gian và công suất sử dụng pin, xử lý tín hiệu số,… Trong suốt
chu kỳ phát triển mạng di động tế bào đã liên tục đưa ra tốc độ truyền dữ liệu
tốt hơn. Trong giai đoạn khởi đầu của mạng di động tế bào dựa trên 2G, tốc
độ dữ liệu chỉ đạt 14,4 kbps và đã được cải thiện theo thời gian lên đến 171
kpbs bằng cách sử dụng công nghệ GPRS (General Packet Radio Service), đạt
9


đến 384 kbps bằng cách sử dụng công nghệ làm tăng tốc độ dữ liệu cho GSM
(EDGE), đạt đến 2 Mbps trong thế hệ 3G bằng cách sử dụng công nghệ băng
thông rộng đa truy nhập phân chia theo mã(WCDMA), đạt đến 14,4 Mbps khi
sử dụng công nghệ HSPA (High Speed Packet Access) và hiện nay ở khoảng
50-100 Mbps với QoS được đảm bảo, cải thiện hiệu suất và độ phủ sóng lớn
hơn khi sử dụng công nghệ 4G (hoặc LTE) [9]. Sự phát triển của công nghệ
mạng di động về tốc độ dữ liệu được thể hiện trong hình 1.2.
Mạng di động tế bào làm việc và mở rộng bằng các khối kiến trúc cơ bản
được gọi là các tế bào. Các tế bào quy định vùng phủ sóng của một mạng di
động. Các tế bào được phục vụ bởi một trạm cơ sở hạ (BS) hoặc một tập các
trạm cơ sở. Các thiết bị vật lý như ăng ten, sao lưu điện, thiết bị truyền tín
hiệu, thiết bị xử lý, … được đặt đúng vị trí trong các BS. Vùng phủ sóng của
tế bào phụ thuộc vào khả năng của các BS, chúng được kết nối với mạng lõi
và được gán một nhóm các dải tần số vô tuyến hoặc các kênh. Mỗi BS có thể
hỗ trợ nhiều người dùng hoặc thiết bị được kết nối với nhau bằng các dải tần
số hoặc các kênh radio. Do các quy định và luật được đưa ra bởi chính phủ và
các nhóm chuẩn công nghệ chỉ có một tập hợp các tần số có thể được sử dụng
để truyền tín hiệu di động. Ràng buộc này thực sự giới hạn số lượng các kênh
vô tuyến có thể được sử dụng trong các BS để truyền tín hiệu. Vì các kênh bị
hạn chế nhưng có nhiều người dùng và các tế bào trong mạng nên việc thiết

lập các thông số như tốc độ dữ liệu, định vị người dùng, công suất truyền và
công suất nhận, lược đồ điều chế, tiêu chí chuyển giao, … đóng một vai trò
quan trọng trong việc quản lý các tài nguyên.
Do những tiến bộ trong công nghệ không dây, mạng di động không dây tế
bào với tính năng ban đầu dùng để truyền dữ liệu thoại, giờ đây đang chuyển
từ thời kỳ điện thoại di động sang thời kỳ của điện toán không dây nhờ vào
kết quả tăng tốc độ truyền dữ liệu. Điều này cho phép các mạng di động cung
cấp các dịch vụ như xem phim theo yêu cầu. Trong sự phát triển mới này tất
cả các cuộc truyền thông liên lạc được khởi tạo với sự can thiệp của con
người qua điện thoại di động hoặc các thiết bị tương tự sử dụng HTC chiếm
10


ưu thế đã cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau mà không cần sự can thiệp
của con người nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ phần cứng, năng lực
tính toán của các thiết bị và trí tuệ nhân tạo. Sự phát triển này đã mở ra cánh
cửa cho các công nghệ trong tương lai như MTC để mở rộng các tính năng
của các mạng di động tế bào. Các mạng di động có tiềm năng chưa được khai
thác vô cùng to lớn, có thể thay đổi lối sống của các thế hệ tiếp theo của
chúng ta bằng cách cung cấp nhiều dịch vụ hơn như truyền hình không dây,
giám sát an ninh, y tế truyền hình, theo dõi và tìm vết, ...

Hình 1.1. Sự phát triển của mạng di động tế bào về tốc độ dữ liệu

1.3. Truyền thông kiểu người
Mặc dù dịch vụ di động được bắt đầu từ thời gian trước đây chưa lâu
khi AT & T thương mại hoá dịch vụ điện thoại di động (MTS) vào giữa thập
niên 1940[10], điện thoại di động cầm tay cầm tay đầu tiên được Motorola
phát triển vào năm 1973 [11]. Mạng di động tế bào xuất hiện vào cuối những
năm 1970 và đầu những năm 1980 với việc triển khai các hệ thống điện thoại

tự động tương tự (analog) của NTT ở Tokyo (1979) và NMT ở các nước Bắc
Âu (1981) [10]. Đây là sự khởi đầu của HTC với mạng đầu tiên (1G) của
mạng di động, nơi các tín hiệu analog được sử dụng để truyền thông tin.
Luồng mạng được gọi là HTC vì sự can thiệp của con người đối với yêu cầu
11


và chấp nhận cuộc gọi (chỉ gọi điện thoại). Thế hệ thứ hai (2G) của mạng di
động tế bào xuất hiện từ việc số hóa các tín hiệu và bổ sung các tính năng mới
như SMS. Cùng thời điểm đó hệ thống Toàn cầu về Truyền thông di động
(GSM) và kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) xuất hiện xem
như các tiêu chuẩn sử dụng các tín hiệu số để truyền thay vì các tín hiệu
tương tự. Điều này giúp nâng cao chất lượng cuộc gọi cho người dùng cuối.
Với những công nghệ này, mạng di động dựa trên 2G có thể hỗ trợ các
phương tiện cơ bản như nhạc chuông qua các thiết bị di động, cũng như các
dịch vụ Internet cơ bản như duyệt web, chuyển email, nhưng với tốc độ dữ
liệu thấp. Mạng thế hệ 2G cũng được tối ưu hóa để hỗ trợ HTC.
Sau khi đưa ra các dịch vụ internet cơ bản và chất lượng dịch vụ được
cung cấp bởi mạng di động dựa trên 2G đã thu hút một lượng lớn người tiêu
dùng sử dụng các mạng này. Do nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ dữ liệu,
mạng di động 2G đã nhanh chóng chuyển sang mạng di động dựa trên 3G
thông qua việc bổ sung cơ chế truy cập gói tốc độ cao (HSPA) trên các mạng
dựa trên Hệ thống Viễn thông Di động Toàn cầu (UMTS). Với sự tăng cường
này, các ứng dụng qua các mạng di động dựa trên 3G như các cuộc gọi, duyệt
web, ứng dụng dạng luồng, các cuộc gọi điện video, truyền tệp, … vẫn còn là
tương tác mà con người là trung tâm. Con người vẫn đóng vai trò chủ đạo
trong thiết lập yêu cầu, chấp nhận và hoạt động của hệ thống. Với sự gia tăng
số lượng người dùng và nguồn lực hạn chế, QoS đã quan tâm chính đối với
luồng đến của HTC trong mạng di động dựa trên 3G. Để xử lý một cách hiệu
quả, các dịch vụ HTC nên được phân chia thành bốn lớp, cụ thể là: đàm thoại,

streaming, tương tác và nền tảng[12]. Với phân loại này, một tham số QoS
quan trọng được sử dụng để tách các dịch vụ vào lớp khác nhau là độ trễ (ví
dụ tham số trễ thời gian thường được sử dụng trong các ứng dụng đa phương
tiện). Các dịch vụ cuộc gọi điện video và gửi email có ảnh hưởng khác nhau
đến người dùng cuối xét theo yếu tố độ trễ. Sự chậm trễ 5 giây trong cuộc gọi
video quan trọng hơn là sự chậm trễ 5 giây khi chuyển email. Hầu hết các ứng
dụng có độ trễ nhạy cảm như cuộc gọi video và phát trực tuyến thuộc về lớp
12


đàm thoại. Ngược lại, các ứng dụng có độ trễ kém nhạy cảm nhất như tải tệp
được giữ ở lớp nền. Cả hai lớp đàm thoại và streaming đều sử dụng luồng thời
gian thực để cung cấp mạng đáp ứng cho người dùng cuối, trong khi các lớp
tương tác và lớp nền hỗ trợ các ứng dụng internet cơ bản như duyệt web,
chuyển email, … [12].
Các mạng di động đang dần dần phát triển từ các hệ thống trung tâm
thoại tới các hệ thống trung tâm dữ liệu và thế hệ các mạng không dây hiện
nay ( hệ thống mạng 4G) hỗ trợ các loại dữ liệu chủ đạo khác như MTC đi
cùng với luồng HTC. Trong các hệ thống 5G trong tương lai, việc sử dụng
MTC cùng HTC trong mạng di động tế bào (mạng truyền thông chính) dự
kiến sẽ phát triển mạnh mẽ. Bảng 1.3 cho thấy các loại luồng của HTC trong
mạng di động.
Thế hệ

Kiểu luồng HTC

1G

Âm thanh (Cuộc gọi di động)
Âm thanh số

2G

Tin nhắn
Dữ liệu (tốc độ truyền dữ liệu thấp)

3G

Âm thanh, hình ảnh và video chất lượng cao
Dữ liệu

4G

Dữ liệu tốc độ cao
VoIP

Bảng 1.1. Các dạng luồng của HTC trong mạng di động tế bào

13


1.4. Truyền thông kiểu máy
Giao tiếp máy MTC hoặc M2M có thể được định nghĩa như một hình
thức giao tiếp dữ liệu mà hai hay nhiều thực thể tương tác một cách độc lập
với nhau mà không cần bất kỳ sự tương tác hoặc giám sát của con người.
Truyền thông này có thể xảy ra bằng cách sử dụng các hệ thống có dây hoặc
không dây. Ý tưởng chính của MTC là giảm sự phụ thuộc của các thiết bị vào
hành động của con người, làm cho các thiết bị có khả năng tự khởi tạo các
hành động dựa trên thông tin có sẵn trong mạng. Để thay thế cho việc đưa ra
quyết định thông minh của con người bằng máy móc cần có một số thông tin

thu được từ các thiết bị và năng lực xử lý của các thiết bị. Thông thường, một
số lượng lớn các thiết bị MTC tham gia vào các ứng dụng MTC và trong hầu
hết các trường hợp các thiết bị MTC hỗ trợ truyền dữ liệu. Các ứng dụng
MTC bao gồm trong các lĩnh vực trong vận tải, chăm sóc sức khoẻ, an toàn,
an ninh, theo dõi, nhà thông minh, … và di động tế bào phù hợp với các loại
ứng dụng này.
Một số ưu điểm quan trọng của việc sử dụng MTC trong mạng di động
tế bào bao gồm: (1) Việc sử dụng vùng phủ sóng rộng lớn do mạng di động
cung cấp. Trên thực tế, sử dụng MTC trong các mạng di động, nhà mạng
(MNOs) có thể cung cấp dịch vụ di động liền mạch khắp nơi trên thế giới với
các giải pháp mạnh mẽ về an ninh, tính cơ động cao, đảm bảo độ trễ, băng
thông cao, với những thay đổi giới hạn trong tiêu chuẩn hiện hành và chi phí
thấp khi thực hiện và hoạt động; (2) Công nghệ mạng di động (ví dụ như
femtocell) [13] có thể được sử dụng để cung cấp QoS mong muốn cho các
ứng dụng quan trọng như: nhàchăm sóc người già, dịch vụ y tế từ xa, ...
Sự phát triển nhanh chóng trong việc sử dụng các thiết bị MTC trong
mạng di động dự kiến sẽ xảy ra trong thập kỷ tới, với tỷ lệ hàng năm là trên
20% để đạt 200 triệu thiết bị MTC đến năm 2019 [4]. Theo GSMA [14], một
tổ chức hàng đầu châu Âu, các kết nối MTC đạt 195 triệu vào cuối năm 2013
và đã đạt hơn 9 tỷ kết nối tính đến tháng 4 năm 2018, tăng đều đặn
4.90%/năm trong ba năm gần đây.
14


Các tính năng nổi bật của các ứng dụng MTC (khác với ứng dụng
HTC) đã được mô tả trong bản thảo dự án 3GPP [15]. Trong đó cho biết rằng
không cần thiết phải ứng dụng MTC tuân theo tất cả các tính năng của ứng
dụng HTC và các tính năng này có thể được kích hoạt riêng lẻ trong một hệ
thống. Các đặc trưng của MTC công bố bởi 3GPP Release 10 [5] có thể được
tóm tắt như sau:

- Truyền dữ liệu nhỏ: các gói dữ liệu nhỏ có thể được trao đổi trong
luồng MTC. Ngoài ra, các thiết bị MTC có thể gửi dữ liệu thu được như nhiệt
độ, tốc độ chuyển động, tọa độ GPS, ...
- Số lượng lớn các thiết bị: luồng MTC có thể liên kết được một số
lượng lớn các thiết bị kết nối trong một mạng tại cùng một thời điểm.
- Tính di động thấp: nói chung sự di chuyển của các thiết bị MTC rất
hạn chế, chỉ được giới hạn trong một khu vực nhất định.
- Kiểm soát thời gian: việc truyền và nhận dữ liệu trong thiết bị MTC
được giới hạn trong khoảng thời gian cụ thể (slots).
- Dung sai thời gian: Các thiết bị MTC có thể nhận biết được luồng và
làm trễ việc truyền dữ liệu của chúng.
- Cảnh báo ưu tiên: Các thiết bị MTC có thể ưu tiên gửi các thông báo
có cảnh báo ưu tiên như cảnh báo trộm, cảnh báo cháy, ...
- Chỉ dùng chuyển mạch gói: các dịch vụ chuyển mạch gói được cung
cấp cho các thiết bị MTC có hoặc không cần các dịch vụ tích hợp thuê bao di
động.
- Kết nối an toàn: yêu cầu kết nối an toàn giữa các thiết bị MTC và máy
chủ.
- Giám sát MTC: tính năng này được sử dụng bởi các ứng dụng MTC
đòi hỏi phải giám sát các sự kiện liên quan đến thiết bị MTC.
- Kích hoạt định vị: thiết bị MTC được kích hoạt bằng cách sử dụng
thông tin vị trí của chúng.
- Tần suất truyền không thường xuyên: truyền ngẫu nhiên và khoảng
cách giữa các lần truyền liên tiếp xa nhau từ các thiết bị MTC.
15


- Chỉ truyền thông đối với thiết bị di động gốc: truyền thông thiết bị di
động gốc được triển khai cho các ứng dụng MTC di động.
- Đầu cuối di chuyển không thường xuyên: Tính năng này được sử

dụng để giảm tần suất quản lý di động của các thiết bị MTC và hỗ trợ truyền
thông thiết bị di động ban đầu.
- Mạng cung cấp đích đến cho dữ liệu đường lên: tính năng này có thể
được sử dụng cho mục đích truyền dữ liệu lên mạng.
- Các tính năng MTC dựa trên nhóm: các thiết bị MTC có thể được
quản lý như một nhóm trong trường hợp cần phải truyền cùng một thông điệp
hoặc cần phải thực thi chính sách QoS kết hợp nhiều thiết bị MTC.
Một loạt các ứng dụng dựa trên MTC đã được báo cáo trong các khu
vực công và tư nhân, một số trong số đó được trình bày trong Bảng 2.2.

Các dạng ứng dụng MTC

Ví dụ
Cuộc gọi khẩn cấp
Quản lý phi đội máy bay

Sự theo dõi và truy vết

Theo dõi trộm cắp
Luồng thông tin
Hải quân
Taxi công nghệ
Điện

Đồng hồ đo lường thông minh

Gas
Nước
Theo dõi bệnh nhân từ xa

Sức khỏe

Trợ giúp cuộc sống
Dáng vóc cá nhân

16


Điều khiển truy nhập
An toàn

Hệ thống cảnh báo
Hệ thống giám sát
Điều khiển nhiệt

Nhà thông minh

Điều khiển ánh sáng
Điều khiển trang thiết bị

Chẩn đoán phương tiện giao
thông
Điều khiển và duy trì hoạt động từ
xa
Điều khiển máy bán hàng từ
xa
Bảng 1.2. Các ứng dụng MTC

1.5. Thực trạng hiện tại trong 3GPP các đặc trưng cơ bản
Nghiên cứu ban đầu về MTC của 3GPP được giới thiệu trong phiên bản

8 [3]. Trong phiên bản 3GPP 10 [5], sự hỗ trợ cho luồng MTC cùng với các
yêu cầu dịch vụ cho luồng MTC đã được giới thiệu. Chúng bao gồm các tùy
chọn đăng ký, tiến trình gửi và nhận dữ liệu dựa trên trình kích hoạt, sơ đồ địa
chỉ, tính phí, an ninh và các yêu cầu quản trị từ xa, ... Nhóm làm việc kiến
trúc hệ thống 2 (SA2) của 3GPP đã đưa ra các yêu cầu kiến trúc và các mô
hình để hỗ trợ MTC trong mạng 3GPP [16]. Trong phiên bản 3GPP 10+ [16],
xác định rằng dồn toàn lực để phân tích và tối ưu hóa kiến trúc mạng nhằm
mục đích giảm tác động của MTC đối với các luồng thông thường trong mạng
di động tế bào. Trong bối cảnh này, do mong muốn sử dụng một số lượng lớn
các thiết bị MTC thì các vấn đề chính như địa chỉ IP, tắc nghẽn tín hiệu, quá
tải truyền thông, … yêu cầu phải được cải thiện. Tất cả những vấn đề đó
được báo cáo trong [16] rằng một trong những cách tối ưu hóa hệ thống để
giải quyết những vấn đề này bao gồm việc sử dụng địa chỉ IPv6 và nhóm các
thiết bị MTC tương tự nhau để quản lý. Một kiến trúc chung dựa trên MTC
được đề xuất bởi 3GPP [16] [15] như mô tả trong hình 1.2, bao gồm ba thành
phần chính, cụ thể là: miền thiết bị MTC, miền mạng và miền ứng dụng
MTC.
Miền thiết bị MTC: miền này bao gồm tất cả các thiết bị MTC được cài
đặt để thu thập và truyền tải dữ liệu tự trị. Máy dò khói, thiết bị kiểm soát
trộm cắp, báo cháy, đồng hồ đo thông minh, thiết bị theo dõi sức khoẻ, thiết bị
17


cảm biến thu thập dữ liệu, thiết bị theo dõi, cảm biến luồng, … là ví dụ về
thiết bị vật lý MTC thuộc miền này. Các thiết bị này truyền dữ liệu tới các
máy chủ MTC hoặc truyền với nhau

Hình 1.2. Kiến trúc chung của MTC.

Miền mạng: miền này là xương sống của toàn bộ hệ thống MTC.

Mục đích của miền này là cung cấp môi trường truyền thông giữa các thiết bị
MTC và các máy chủ MTC hoặc giữa các thiết bị MTC với nhau thông qua
mạng có dây hoặc không dây. Các mạng di động tế bào 3GPP như UMTS
hoặc LTE dự kiến sẽ được sử dụng làm miền mạng cho các ứng dụng MTC.
Miền ứng dụng MTC: miền này bao gồm các máy chủ MTC phục vụ
như đích đến cho dữ liệu được truyền bởi các thiết bị MTC qua mạng. Dựa
trên nhiều kịch bản sử dụng máy chủ MTC có thể được kiểm soát và quản lý
bởi các nhà khai thác mạng di động hoặc các nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba
[5]. Các máy chủ MTC cung cấp cho người dùng cuối một giao diện để truy
cập các ứng dụng MTC được chỉ định.
Theo 3GPP [16], kịch bản truyền thông của luồng MTC có thể được
tách thành hai mô hình dựa trên các yêu cầu khác nhau:
Mô hình truyền thông trực tiếp: Trong mô hình này, có sự liên lạc
trực tiếp giữa các thiết bị MTC được cung cấp bởi tác tử 3GPP. Thiết bị MTC
bên trong cùng một miền mạng hoặc các miền mạng khác nhau có thể truyền
thông với nhau trực tiếp và như vậy thiết lập thành kết nối ngang hàng [15].
Hình 1.3 cho thấy kịch bản truyền thông giữa các thiết bị MTC.

18


Hình 1.3. Thiết bị MTC truyền thông trực tiếp với nhau.

(a)

(b)

Hình 1.4. Thiết bị MTC truyền thông với một hoặc nhiều máy chủ MTC (a)
MTC Server nằm trong miền mạng và (b) MTC Server nằm ngoài miền mạng

Mô hình truyền thông gián tiếp: Mô hình này mô tả mô hình kháchchủ, trong đó MTC thiết bị (khách) truyền dữ liệu tới một hoặc nhiều máy chủ
MTC. Kịch bản này có thể ứng dụng trong đo lường thông minh, điều khiển
luồng, các ứng dụng giám sát, ... [15]. Ngoài ra, trong mô hình truyền thông
này máy chủ MTC có thể nằm bên trong miền mạng, do đó nó có thể được
điều khiển bởi nhà cung cấp dịch vụ 3GPP (tương ứng là nhà cung cấp dịch
vụ bên thứ ba). Khi máy chủ MTC nằm trong miền mạng, nhà cung cấp mạng
cung cấp API cho người dùng MTC để truy cập vào máy chủ. Hình 1.4 cho
thấy kịch bản truyền thông giữa các thiết bị MTC và các máy chủ MTC.
1.6. Quản lý tài nguyên vô tuyến điện
Trong các mạng di động tế bào cần phải có một lược đồ quản lý tài
nguyên vô tuyến (RRM) để đảm bảo rằng các luồng đến từ các thiết bị dựa
trên MTC có thể được phục vụ một cách thích hợp bằng cách sử dụng một số
lượng hạn chế các tài nguyên có sẵn và đảm bảo rằng các thiết bị này sẽ
không bị thiếu thốn tài nguyên. Mục đích cơ bản của lược đồ RRM tận dụng
tối đa các nguồn lực hạn chế và đảm bảo QoS phù hợp bằng cách sử dụng các
chiến lược và các thuật toán cấp phát tài nguyên khác nhau. Điều khiển đầu
vào, quản lý hàng đợi, lập lịch luồng và kiểm soát năng lượng là những thành
19


phần quan trọng nhất [17] tham gia vào việc thiết kế khung hoạt động của
RRM. Các thành phần này có thể được mô tả như sau:
Điều khiển đầu vào: điều khiển đầu vào sẽ giúp lược đồ RRM đảm bảo
chất lượng dịch vụ cho cả người dùng đến và đang sử dụng. Giúp xác định số
người dùng thích hợp được chấp nhận vào mạng. Để làm được điều này,
thành phần này sẽ giám sát các nguồn tài nguyên vô tuyến đang có và điều
chỉnh luồng vào và luồng đang thực hiện cho phù hợp. Một số lược đồ điều
khiển đầu vào sẽ ưu tiên người dùng trong các lớp dịch vụ khác nhau để đảm
bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Ví dụ: cuộc gọi điện video (hoặc luồng
video) sẽ yêu cấp phát tài nguyên ngay lập tức vì bất kỳ sự chậm trễ nào trong

việc truyền dữ liệu sẽ dẫn đến kết quả không đạt yêu cầu. Ngược lại, sự chậm
trễ vài giây trong việc truyền tin nhắn máy nhắn tin (truyền dữ liệu) không
làm thay đổi nhiều đến người dùng cuối. Bởi vì không có hạn chế về sự di
chuyển của các thiết bị di động, các thiết bị này có thể tự do di chuyển từ một
trạm cơ sở (tế bào) này sang một trạm khác. Do đó, ưu tiên các cuộc gọi là
một tính năng quan trọng của mạng di động tế bào được thực hiện bởi lược đồ
kiểm soát đầu vào.
Quản lý hàng đợi: Một yếu tố quan trọng khác của lược đồ RRM là
quản lý hàng đợi, xác định trình tự hành động được thực hiện đối với các gói
tin đến trong hàng đợi của bộ truyền không dây trước khi truyền. Điều này rất
quan trọng vì nó giúp tránh được sự tắc nghẽn trong quá trình truyền. Một hệ
thống quản lý hàng đợi sẽ làm giảm tốc độ truyền dữ liệu khi nó phát hiện ra
rằng các gói dữ liệu trong hàng đợi đã đạt đến một mức độ nhất định và nếu
thêm các gói dữ liệu sẽ dẫn đến việc một số gói tin bị loại bỏ.
Lập lịch: Sự truyền thực sự của các gói dữ liệu ra khỏi hàng đợi được
xử lý bởi phần lập lịch luồng của lược đồ quản lý hàng đợi, xác định hàng đợi
nào(trong số hàng đợi đã sẵn sàng) cần được ưu tiên khi việc truyền đi được
quyết định bởi trình lập lịch luồng dựa trên chính sách lập lịch đã xác định.
Thông thường, kỹ thuật xoay vòng hoặc xoay vòng có trọng số được sử dụng
làm chính sách lập lịch.
Điều khiển công suất: Thành phần này dùng để điều khiển nhiễu giữa
những người sử dụng trong cùng một hệ thống ở giới hạn nhất định để đạt
được tốc độ truyền tốt hơn. Trong mạng không dây đa người dùng như mạng
di động tế bào CDMA tất cả người dùng sử dụng cùng một băng thông để
truyền thì công suất truyền của người sử dụng được điều khiển bởi thành phần
điều khiển công suất, thông qua cách này làm tăng thêm hiệu suất sử dụng lại
các kênh radio hiện có.
Việc triển khai các ứng dụng MTC qua mạng di động tế bào được thiết
kế theo các đặc trưng của luồng HTC tạo ra một số thách thức đối với RRM.
20

Các đặc trưng của MTC như kích thước gói nhỏ, truyền tải đường lên, số
lượng luồng nhỏ, độ di động của thiết bị thấp cùng với số lượng lớn các thiết
bị, khá khác so với các đặc trưng của HTC. Những sự khác biệt này góp phần
tạo nên sự phức tạp của thiết kế RRM trong phân bổ nguồn tài nguyên vô
tuyến điện cho luồng MTC sẽ tác động đến hiệu suất của chiếc luồng HTC
hiện có. Do đó, thiết kế một lược đồ RRM cho các mạng truyền thông không
dây hỗ trợ cả luồng MTC và luồng HTC vẫn là một thách thức. Lược đồ quản
trị tài nguyên RRM phải đảm bảo có thể hỗ trợ số lượng lớn các thiết bị MTC
trong khi duy trì đáp ứng các yêu cầu đảm bảo chất lượng cho cả luồng HTC
và luồng MTC. Các kỹ thuật như phân cụm hoặc nhóm các thiết bị MTC [18]
có thể giúp đạt được các mục tiêu đó.
1.7. Phân bổ tài nguyên cho luồng dạng MTC và HTC
Trong những năm gần đây, sự tồn tại của luồng MTC và HTC trong
mạng di động tế bào đã được nhiều nghiên cứu khác nhau tập trung theo quan
điểm quản lý tài nguyên vô tuyến điện [6], [7], [8], [18], [19], [20], [21], [22]
- [27].
Lien và các đồng tác giả [18] đề xuất một phương pháp RRM để xử lý
luồng MTC trong các mạng LTE, nơi các thiết bị MTC được nhóm thành các
cụm dựa trên đặc tính QoS của chúng. Tốc độ gói tin đến và dung sai tối đa
đều nằm trong khoảng chấp nhận được của tham số QoS. Ưu tiên cao hơn
dành cho cụm có tốc độ đến của gói tin lớn hơn. Tài nguyên vô tuyến được
quản lý dựa trên các cụm thay vì các thiết bị MTC riêng lẻ. Tuy nhiên,
phương pháp này chỉ cung cấp đảm bảo QoS cho luồng MTC mà không
nghiên cứu tác động của luồng MTC đối với luồng HTC.
Bang và cộng sự [19] đã đề xuất một lược đồ phân bổ tài nguyên tối
thiểu tối ưu dựa trên cặp người dùng với mục tiêu chính là giảm thiểu số
lượng các khối tài nguyên để hỗ trợ một số lượng lớn các thiết bị MTC trong
các mạng LTE. Trong lược đồ đã đề xuất các khối tài nguyên được giảm bằng

cách ghép nối tối đa hai thiết bị MTC sử dụng cùng khối tài nguyên giống
nhau. Hiệu suất của SMRA được so sánh với lược đồ phân bổ nguồn trực giao
(ORA) và lược đồ cấp phát tài nguyên theo cặp đôi người dùng ngẫu nhiên
(RUPRA). Tuy nhiên, trường hợp của luồng thông thường của mạng LTE
chưa được xem xét.
Liu và cộng sự [6] đã tập trung nghiên cứu tầm quan trọng của phân
loại QoS của luồng MTC và HTC trong mạng di động tế bào. Một lược đồ
phân loại QoS cho các dịch vụ dựa trên MTC trong mạng di động tế bào được
đề xuất, lược đồ được tạo nên bằng tám lớp dựa trên các tham số QoS như
thời gian thực, chính xác và độ ưu tiên. Một lớp QoS của HTC được giới
21


thiệu cùng với một lớp QoS chỉ hướng tới các dịch vụ của MTC. Tuy nhiên,
không có thực nghiệm nào được thực hiện cho thấy việc đánh giá và xác nhận
giá trị của lược đồ này.
Aijaz và Aghvami đề xuất một lược đồ RRM nhận biết năng lượng cho
kịch bản cùng tồn tại của MTC/HTC trong mạng LTE với việc đảm bảo yêu
cầu QoS cho người dùng khác nhau. Hai thuật toán heuristic có độ phức tạp
thấp được đề xuất với mục tiêu giảm thiểu công suất truyền tải đồng thời đảm
bảo yêu cầu QoS của cả người dùng HTC và MTC. Heuristic thứ nhất cho
thấy đạt được mục tiêu truyền dữ liệu HTC và MTC với công suất tối thiểu,
ngược lại heuristic thứ hai cho thấy chỉ giảm thiểu công suất truyền cho luồng
HTC.
Các lược đồ phân bổ tài nguyên vô tuyến khác được trình bày trong
[21] cho kịch bản đồng tồn tại của MTC và HTC trong mạng di động LTE
tiên tiến với mục đích tối đa hóa tổng hợp các tiện ích mạng và giảm thiểu tối
đa nhiễu của kênh tạo ra sự tồn tại của cả luồng MTC và HTC trong cùng
một kênh. Các dịch vụ của HTC và MTC được phân thành 4 lớp khác nhau.
Tốc độ dữ liệu được coi là tham số của QoS trong lược đồ RRM được đề

xuất.
Makris và đồng tác giả [7] đã tập trung vào việc quản lý tài nguyên cho
kết hợp giữa luồng HTC và MTC để cung cấp QoS mong muốn cho cả hai
loại luồng bằng cách đề xuất một lược đồ quản lý nhận biết ngữ cảnh
(CABM) phía sau cổng giao tiếp (gateway) MTC. Lược đồ sẽ cung cấp QoS
các luồng thông tin kết hợp giữa HTC và MTC từ việc xem xét các lớp khác
nhau của luồng HTC và MTC bao gồm: truyền thống, streaming, tương tác,
nền tảng, cảnh báo ưu tiên và dung sai thời gian hoặc kiểm soát thời gian.
Lược đồ RRM đã phân bổ năng lực cho các lớp dựa trên dịch vụ ban đầu và
QoS đã được định nghĩa trước. Lược đồ thể hiện đã đáp ứng được các dịch vụ
MTC mới mà không làm giảm QoS đối với các dịch vụ HTC hiện có.
Wei và các cộng sự [8] đã nghiên cứu về tình trạng quá tải trong truy
nhập của mạng vô tuyến (RAN). Đây là kết quả từ việc truy cập hàng loạt vào
mạng bằng thiết bị MTC dẫn đến có thể làm suy giảm chất lượng dịch vụ của
HTC. Một mô hình phân tích được đề xuất dựa trên kỹ thuật đệ quy ước
lượng sự cạnh tranh của người dùng (RCE). Mô hình giúp phân tích chất
lượng dịch vụ của các dịch vụ HTC trong điều kiện gia tăng mạnh mẽ của
luồng MTC. Mô hình phân tích được dùng để xác định tối ưu kích thước
nhóm và nguồn tài nguyên vô tuyến cần thiết đối với từng loại luồng dựa trên
xác suất thành công truy cập mạng.
Potsch và cộng sự [22] nghiên cứu ảnh hưởng của MTC đối với mạng
LTE. Họ đã đề xuất một mô hình luồng để thực hiện một giao thức MTC
22


trong vận tải hậu cần. Một kịch bản có thể của các thiết bị MTC trong tương
lai với luồng HTC thông thường trong các mạng LTE. Ba loại luồng HTC
(âm thanh, video và truyền tệp) cùng với một loại luồng MTC được xem xét
để kiểm tra sự ảnh hưởng của luồng MTC trong các mạng LTE chạy luồng
HTC. Trong nghiên cứu của họ sự ưu tiên được dành cho các dịch vụ thoại và

video do tính năng nhạy cảm độ trễ của chúng. Kết quả cho thấy rằng tải
trọng luồng MTC tăng không ảnh hưởng đến các dịch vụ ưu tiên, nhưng hiệu
suất giảm có thể trông thấy được đối với dịch vụ truyền tệp.
Giluka và cộng sự [23] đề xuất một lược đồ lập lịch ưu tiên dựa trên
lớp cho truyền thông từ thiết bị đến trạm cơ sở trong mạng LTE. Trong lược
đồ luồng QoS được xem là tiêu chí để lập lịch phân bổ tài nguyên vô tuyến
vào các lớp ưu tiên khác nhau, tức là từ lớp ứng dụng ưu tiên cao (HTC) cho
tới ứng dụng lớp ưu tiên thấp (MTC). Giá trị ngưỡng được đặt trên luồng
MTC để đảm bảo QoS của luồng HTC. Hiệu suất của luồng HTC được hiểu
là thông lượng của nó khi có sự thay đổi của luồng MTC.
Hsu và các đồng tác giả [24] đề xuất một lược đồ cải thiện sự hợp tác
truy nhập lớp (ECACB) cùng với lược đồ quản lý tài nguyên vô tuyến điện
thích nghi (TARRM) dành cho luồng MTC trong các mạng LTE-A. Các lược
đồ nhằm tối thiểu hóa độ trễ truy cập ngẫu nhiên và tối đa hóa thông lượng
mạng. Đối với lược đồ ECACB số lượng các thiết bị MTC gắn liền với BS
được sử dụng làm tiêu chí để xác định xác suất truy cập, bản thân nó xác định
liệu các thiết bị MTC tiếp theo có được phép truy cập BS hay không. Dựa trên
kích thước dữ liệu truyền và tỷ lệ truy cập ngẫu nhiên, TARRM có trách
nhiệm phân bổ các tài nguyên vô tuyến điện cho các thiết bị MTC đã được
cấp quyền truy cập vào BS. Để cải thiện thông lượng mạng lược đồ TARRM
cũng cấp phát các khối tài nguyên chưa được sử dụng của UE tới các thiết bị
MTC.
Lin và cộng sự [25] đề xuất một lược đồ truy cập ngẫu nhiên ưu tiên
với việc ngăn chặn truy cập động để giải quyết vấn đề quá tải truy nhập ngẫu
nhiên do tải của luồng MTC trong mạng LTE-A. Lược đồ xem xét năm lớp
khác nhau của luồng HTC và MTC bao gồm khẩn cấp, HTC, ưu tiên cao, ưu
tiên thấp và theo lịch đã lập. Các tài nguyên kênh truy cập ngẫu nhiên khác
nhau được phân bổ trước cho các lớp khác nhau. Lược đồ ngăn chặn truy cập
động được sử dụng để tránh đụng độ do những nỗ lực truy cập ngẫu nhiên
đồng thời của một số lượng lớn các luồng MTC. Hiệu năng của lược đồ được

đánh giá bằng các mô phỏng cho thấy các kết quả có triển vọng đối với xác
suất truy cập.
Lee và cộng sự [26] đã nghiên cứu vấn đề quá tải truy cập ngẫu nhiên
do số lượng lớn các thiết bị MTC trong mạng LTE-A. Họ đã phân tích hiệu
23


suất thông lượng của hai phương pháp được dùng cho việc phân bổ và quản lý
truy cập ngẫu nhiên áp dụng trong các mạng LTE-A. Phương pháp đầu tiên là
chia tách hoàn toàn bộ truy cập ngẫu nhiên ban đầu thành một tập hợp con
cho dạng người-tới-người (H2H) và một tập hợp con khác cho thiết bị-đếnthiết bị (M2M). Lược đồ thứ hai là chia tách các truy cập ngẫu nhiên ban đầu
thành một tập con chỉ cho dạng H2H và một tập hợp con cho cả hai dạng H2H
và M2M. Kết quả nghiên cứu của họ cho thấy rằng có một giới hạn dưới của
tải truy cập ngẫu nhiên và phương pháp thứ hai tốt hơn phương pháp thứ nhất
một chút, nhưng phương pháp thứ hai làm giảm thông lượng một cách đáng
kể.
Ide và các đồng tác giả [27] đề xuất một lược đồ phân bổ tài nguyên dựa trên
MTC nhận biết kênh cho sự đồng tồn tại của luồng HTC và MTC trong mạng
LTE với mục đích tối thiểu hóa tác động của luồng MTC đối với luồng HTC.
Ý tưởng chính của lược đồ là truyền dữ liệu MTC với xác suất cao khi điều
kiện kênh được cho là phù hợp để làm điều đó. Một mô hình Markov được sử
dụng để đánh giá hiệu suất của lược đồ và tác động của luồng MTC đối với
luồng HTC được phân tích theo xác suất chặn luồng.
Trong luận văn này nghiên cứu một lược đồ RRM dựa trên mô hình
CTMC, phân bổ các kênh vô tuyến cho luồng HTC và luồng MTC bằng cách
đưa ra một vùng chia sẻ dành riêng cho phép tách biệt QoS giữa luồng HTC
và luồng MTC. Tính hiệu quả của lược đồ được xác định bằng các tình huống
trong Chương 3.
1.8. Kết luận chương
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền thông không dây,

các loại truy cập không dây xuất hiện ngày càng nhiều. Các hệ thống này sẽ
kết hợp với nhau tạo thành một hệ thống tổng thể để cung cấp dịch vụ với
chất lượng tối ưu nhất. Qua chương này chúng ta đã hiểu hơn về:
- Mạng truyền thông không dây
- Mạng truyền thông kiểu máy
- Mạng truyền thông kiểu người
- Thực trang hiện tại trong 3GPP các đặc trưng cơ bản
- Quản lý tài nguyên vô tuyến điện và phân bổ tài nguyên cho luồng
dạng MTC và HTC.

24


CHƯƠNG II: MÔ HÌNH QUẢN TRỊ TÀI NGUYÊN RADIO
Chương này bao gồm những nghiên cứu cơ sở lý thuyết chính của luận
văn vì nó mô tả lược đồ RRM dựa trên CTMC được sử dụng để phân tích tác
động của các luồng MTC đối với các luồng HTC trong các mạng truyền thông
không dây, đây chính là yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống.
2.1. Mô hình hệ thống và luồng
Mô hình hệ thống bao gồm một BS hỗ trợ người dùng di động và các
thiết bị MTC sử dụng công nghệ không dây. Trong mô hình này, N ch biểu thị
số kênh radio trong BS; hai loại dịch vụ được hỗ trợ bởi mạng là luồng MTC
và luồng HTC có các đặc điểm khác nhau. Ví dụ, luồng MTC có đặc trưng về
kích thước gói tin nhỏ hơn và đến từ nhiều thiết bị ngược lại luồng HTC có
kích thước gói tin lớn hơn nhưng số lượng các thiết bị tương đối ít hơn. Chỉ
có các dịch vụ dữ liệu trong luồng HTC được giả định. Các tiến trình đến của
luồng HTC và MTC tuân theo hai tiến trình Poisson độc lập với các thông số
HTC và MTC tương ứng. Thời gian dịch vụ của luồng HTC (tương ứng với
luồng MTC) được phân bổ theo hàm mũ với tần suất HTC (tương ứng là
MTC).

Để cung cấp sự độc lập chất lượng dịch vụ (QoS) giữa luồng MTC và
luồng HTC, lược đồ RRM đề xuất hai ngưỡng K m cho luồng MTC và Kh cho
luồng HTC được phân bổ qua các kênh radio. Mỗi ngưỡng này có nghĩa là
đảm bảo rằng một phần của các tài nguyên vô tuyến (như thể hiện trong hình
3.1) được dành cho mỗi lớp dịch vụ. Theo cách này, K m kênh radio được dành
riêng để tương tác với luồng MTC và K h kênh được dành riêng để xử lý luồng
HTC. Để tăng độ mềm dẻo trong phân bổ tài nguyên một vùng chia sẻ (vùng
chung) có số kênh radio Ns = Nch - (Kh + Km) được xác định trong lược đồ
RRM (như thể hiện trong hình 3.1). Vùng chia sẻ cho phép các yêu cầu đến
từ cả hai lớp dịch vụ và được chấp nhận bình đẳng khi không có nguồn tài
nguyên rỗi trong vùng dành riêng cho dịch vụ đó. Lược đồ minh họa tiến trình
trong RRM được mô tả trong hình 2.1.
25