Nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên vô tuyến trong wimax bằng thuật toán lập lịch

1

B

GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

VŨ TH DU N

NÂNG CAO HI U QU QU N LÝ
TÀI NGUYÊN VÔ TUY N TRONG WIMAX
B NG THU T TOÁN L P L CH

Chuyên ngành: K thu t Đi n t
Mã s
: 60 52 70

TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T

ĐÀ N NG - 2011


2

Cơng trình đư c hồn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. Nguy n H u Thanh

Ph n bi n 1: PGS.TS. Tăng T n Chi n

Ph n bi n 2: TS. Lê Thanh Thu Hà

Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t
nghi p Th c sĩ K thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào
ngày 25 tháng 7 năm 2011.

* Có th tìm hi u Lu n văn t i:
- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng
- Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.


3
M

Đ U

Ngày nay, ñi cùng v i s phát tri n vư t b c c a khoa h c
k thu t, ñ c bi t trong lĩnh v c Đi n t và Vi n thông, là s phát
tri n trong nhu c u thông tin liên l c c a con ngư i. T nhu c u liên
l c, tương tác và trao ñ i v i nhau cũng như v i mơi trư ng bên
ngồi, nhu c u c a con ngư i ñã nâng lên m t bư c m i, đó là: liên
l c, tương tác, truy nh p m i lúc và m i nơi. Chúng ta có th th y rõ
đi u này trong s phát tri n bùng n c a n n công nghi p không dây.
Công ngh hi n t i ñã ñem ñ n k t n i Bluetooth, Wifi,…tuy
nhiên các k t n i trên ít nhi u ñ u có h n ch v t c ñ truy c p và
ph m vi k t n i. Do đó chưa th đáp ng đư c u c u k t n i
internet m i lúc m i nơi v i t c ñ cao c a con ngư i. Trong hồn
c nh đó, cơng ngh WiMAX ra ñ i mang theo tri n v ng t o ra m t
cu c cách m ng th c s trong vi c truy c p internet c a con ngư i
trong nh ng năm t i.

Qu n

lý tài nguyên vô tuy n (RRM-Radio Resource

Management) là m t trong nh ng v n ñ thách th c nh t và quan
tr ng nh t c a các m ng thông tin vơ tuy n hi n đ i nói chung, trong
WiMAX nói riêng. M t chi n lư c qu n lý tài nguyên vô tuy n hi u
qu và thơng minh có th c i thi n đáng k hi u năng c a h th ng.
Trong các m ng khơng dây hi n đ i, đ c bi t là các m ng
không dây băng r ng như WiMAX thì băng thơng, t n s , khe th i
gian, cũng như cơng su t ho t đ ng c a h th ng ñ u là nh ng tài
nguyên h u h n r t quan tr ng và quý giá và nhi m v c a các nhà
phát tri n là phân ph i, qu n lý, t i ưu hóa các tài ngun này đ đ t
ñư c hi u qu s d ng cao nh t, ít t n kém nh t và h n ch t i đa
các nhi u có trong h th ng ñ ñ m b o ch t lư ng d ch v cũng như


4
ti t ki m công su t truy n cho h th ng. Có m t s các gi i pháp
khác nhau cho v n ñ qu n lý tài ngun vơ tuy n trong WiMAX,
trong đó L p l ch gói là m t trong nh ng gi i pháp hi u qu . L p l ch
gói là quá trình phân gi i s c nh tranh v tài nguyên dùng chung
gi a nh ng ngư i dùng, nh ng lo i hình d ch v khác nhau trong
m t m ng. Quá trình này bao g m c p phát băng thông cho ngư i
dùng và xác đ nh th t truy n.
Vì l đó, k t h p v i s yêu thích v m ng Vi n thơng, em
đã ch n đ tài : “Nâng cao hi u qu qu n lý tài nguyên vô tuy n
trong WiMAX b ng thu t toán l p l ch”.
Đ hoàn thành t t b n lu n văn này, em xin g i l i c m ơn
chân thành t i th y giáo PGS.TS Nguy n H u Thanh, hi n đang

cơng tác t i khoa Đi n t Vi n thông, Đ i h c Bách khoa Hà N i, đã
t n tình hư ng d n và giúp ñ em trong su t th i gian làm lu n văn
v a qua. Em cũng xin g i l i c m ơn ñ n các th y, cô giáo trong
khoa Đi n t Vi n thông, Đ i h c Bách khoa Đà N ng, các b n h c
cùng ngành cao h c t i Đ i h c Đà N ng ñã giúp đ trong q trình
làm lu n văn c a mình.


5
CHƯƠNG 1: M

Đ U

1.1 T ng quan v m ng truy c p không dây băng r ng IEEE
802.16 WiMAX
WiMAX là tên vi t t t c a Worldwide Interoperability fof
Microwave Access. WiMAX là m t công ngh không dây băng r ng
d a trên truy nh p viba, ñư c phát tri n theo chu n 802.16 c a t
ch c IEEE. IEEE đã đ xu t hai mơ hình ng d ng là WiMAX c
đ nh (Fix WiMAX) và WiMAX di ñ ng (Mobile WiMAX).
Chu n WiMAX quy ñ nh h tr k t n i ñi m – ña ñi m
(PMP - poin to multipoint) cũng như c ch ñ lư i (mesh). Trong
ch ñ PMP, nhi u tr m thuê bao (SSs – Subscriber Stations) ñư c
k t n i v i m t tr m g c (BS – Base Station) (hình 1.1).

Hình 1.1 M ng WiMAX ho t ñ ng trong ch ñ PMP
Kênh truy c p t

BS t i SS ñư c g i là kênh downlink

(ñư ng xu ng), và kênh truy c p t các SS t i BS ñư c g i là kênh
uplink (ñư ng lên). Theo lý thuy t, chu n IEEE 802.16 có kh năng
ph sóng m t kho ng r ng t i 50 km và cho t c ñ kho ng 75Mb/s,
tuy nhiên trên th c t các th nghi m, t c ñ d li u nh n ñư c ch
ñ t kho ng 12 Mb/s v i kho ng cách 20 km.
1.2 V n đ qu n lý tài ngun vơ tuy n và qu n lý ch t lư ng
d ch v (QoS) trong m ng IEEE 802.16


6
Qu n lý ch t lư ng d ch v (QoS – Quality of Service) ñư c
hi u là quá trình cung c p d li u theo m t cơ ch tin c y. S tin c y
này ñư c đo đ c b ng nhi u thơng s ñánh giá hi u năng bao g m
xác su t m t gói, tr trư t, thơng lư ng đ t đư c.
1.3 Đóng góp c a lu n văn
Trong các chương ti p theo c a lu n văn t t nghi p này, h c
viên s phân tích và kh o sát k lư ng hơn v m t s thu t tốn l p
l ch gói h tr nâng cao qu n lý tài nguyên vô tuy n, ch t lư ng d ch
v trong m ng IEEE 802.16 chưa ñư c ñ c p ñ n trong chu n.
1.4 C u trúc c a lu n văn
Lu n văn g m 5 chương:
Chương 1: M ñ u
Chương 2: T ng quan v m ng IEEE 802.16/WiMAX
Chương 3: Qu n lý tài nguyên vô tuy n trong m ng IEEE
802.16/WiMAX
Chương 4: Thu t toán l p l ch gói trên đư ng WiMAX downlink
Chương 5: Mơ ph ng m t s k thu t l p l ch trong WiMAX

CHƯƠNG 2: T NG QUAN V M NG IEEE 802.16/WIMAX
2.1 S phát tri n c a chu n truy c p không dây băng r ng IEEE

802.16
2.1.1 IEEE 802.16 – 2001
2.1.2 IEEE 802.16a - 2003
2.1.3 IEEE 802.16c – 2002
2.1.4 IEEE 802.16d - 2004
Phiên b n m r ng này thư ng ñư c bi t ñ n v i tên g i
“Fixed WiMAX” (WiMAX c ñ nh), Chu n m r ng này h tr c


7
hai phương th c truy n song công là truy n song công phân chia
theo t n s (FDD) và truy n song công phân chia theo th i gian
(TDD). H th ng s d ng phương th c ñi u ch là OFDM 256-FFT.
M t trong nh ng ñi m n i b t c a phiên b n m r ng này là
s ghép n i c a các ñơn v giao th c d li u (PDU – Protocol Data
Unit) v i các ñơn v d ch v d li u (SDU – Service Data Unit) làm
gi m t i cho l p MAC.
2.1.5 IEEE 802.1e – 2006
Phiên b n m r ng này thư ng ñư c bi t ñ n v i tên g i
“Mobile WiMAX” (WiMAX di ñ ng) do ñã thêm nh ng ñ c t ñ
h tr tính di ñ ng mà các phiên b n trư c chưa ñ c p t i. Phiên
b n này ñưa ra phương pháp ñi u ch , ña truy nh p s d ng cơng
ngh OFDMA cho phép các tín hi u có th ñư c chia thành nhi u
kênh con khác nhau (kênh con hóa– subchannelization) nh m gi m
thi u nhi u ña ñư ng.
2.1.6 IEEE 802.16f – 2005
2.1.7 IEEE 802.16g
2.1.8 M t s phiên b n b sung khác hi n ñang ñư c ti n hành
2.2 L p v t lý (PHY)
2.2.1 Cơ b n v k thu t ñi u ch đa sóng mang phân chia theo t n

s tr c giao OFDM
OFDM n m trong m t h các phương th c truy n ñư c g i
là ñi u ch ña sóng mang, các phương th c này d a trên ý tư ng chia
m t dòng d li u có t c đ bit cao thành nhi u dịng d li u song
song có t c ñ bit th p hơn, và ñi u ch m i dịng đó trên các sóng
mang riêng bi t – thư ng g i là các sóng mang con. OFDM cho phép
ch ng các ph t n s lên nhau nhưng do các sóng mang con tr c giao
v i nhau nên t i phía thu v n có cơ ch khơi ph c l i tín hi u, chính


8
nh s ch ng l n ph này mà h th ng OFDM có hi u su t s d ng
ph l n hơn nhi u so v i các k thu t đi u ch thơng thư ng.
2.2.2 Kênh con hóa (Subchannelization): OFDMA
2.2.3 C u trúc Slot (khe) và Frame (khung)
2.2.4 Đi u ch và mã hóa thích

ng (Adaptive Modulation and

Coding) trong WiMAX
2.3 L p ñi u khi n truy nh p (MAC)
Nhi m v chính c a l p MAC trong WiMAX là cung c p
m t giao di n gi a các l p cao hơn và l p v t lý (hình 2.6).

Hình 2. 6 Các kh i ch c năng l p PHY và MAC trong WiMAX
2.3.1 Các l p con c a l p MAC
L p MAC c a WiMAX, ñư c chia làm 3 ph n riêng bi t:
L p con h i t CS (service-specific convergence sublayer), l p con
ph n chung CPS (common-part sublayer), và l p con b o m t SS

9
(security sublayer).
L p con CS, là giao di n gi a l p MAC và l p 3 c a m ng,
ti p nh n nh ng PDU t l p cao hơn, phân lo i và map các MSDU
vào các CID tương ng ñ ph c v cho QoS và truy n chúng xu ng
l p MAC CPS. Các MSDU ñư c truy n ñ n l p MAC CPS thơng
qua các đi m truy nh p d ch v MAC (MAC SAP). L p con CS có
nhi m v th c hi n nh ng ho t ñ ng, ch c năng ph thu c vào b n
ch t c a l p giao th c cao hơn, như là nén header và ánh x ñ a ch .
L p con CPS cung c p các ch c năng chính c a l p MAC:
truy nh p, phân b băng thông, thi t l p, qu n lý k t n i, phân m nh
và ghép n i c a các SDUs vào MAC PDUs, truy n các MAC PDUs,
ñi u khi n QoS (l p l ch) và ARQ.
L p con b o m t SS ch u trách nhi m mã hóa, phân quy n
và trao ñ i các khóa b o m t gi a BS (Base Station) và MS (Mobile
Subcriber).
2.3.2 Khái ni m v CID và SFID
L p MAC c a WiMAX là k t n i ñ nh hư ng (connection
oriented), t c là trư c khi d li u ñư c truy n đi thì BS và SS ph i
có q trình thi t l p m t k t n i ñơn hư ng v m t logic gi a hai
l p MAC ngang hàng. M i m t k t n i ch dành cho m t lo i d ch v
(ví d voice và email khơng th có cùng m t k t n i MAC). M i m t
k t n i này s ñư c ñ nh danh b i m t giá tr 16 bít g i là CID
(connection ID), các CID này ñư c coi như là các ñ a ch t m th i
dùng cho vi c truy n d li u thông qua t ng k t n i riêng bi t.


10
CHƯƠNG 3: QU N LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUY N TRONG

M NG IEEE 802.16/WIMAX
3.1 T i sao ph i qu n lý tài nguyên vô tuy n?
3.1.1 T ng quan v qu n lý tài nguyên vô tuy n trong các m ng
không dây
Tài nguyên vô tuy n là b r ng ph cho phép ñ truy n tin
[21]. V n đ c a qu n lý tài ngun vơ tuy n là làm sao v i m t d i
băng t n c ñ nh cho trư c h th ng ho t ñ ng v i ch t lư ng t t
nh t và v i t c ñ truy n s li u cao nh t.
3.1.2 M c đích c a qu n lý tài ngun vơ tuy n trong các m ng
không dây
Vi c s d ng ph hi u qu và t i ưu c p phát tài nguyên n m
trong nhi m v c a qu n lý tài nguyên vô tuy n RRM là ñ c bi t
quan tr ng ñ i v i hi u năng ho t ñ ng c a các m ng khơng dây
hi n đ i.
3.1.3 M t s gi i pháp cho qu n lý tài nguyên vơ tuy n
Có m t s các gi i pháp khác nhau cho v n ñ RRM trong
các m ng khơng dây hi n nay. Chúng ta có th t m chia các mơ hình
gi i pháp đó ra làm hai nhóm là nhóm các thi t k RRM tĩnh (fixed
design) và nhóm các thu t tốn RRM đ ng (dynamic RRM
algorithms).
3.2 Qu n lý tài nguyên vô tuy n trong m ng IEEE 802.16
Đ ng v phương di n ngư i dùng cá nhân trong WiMAX,
RRM ph i ñ m b o t i thi u công su t phát c a thi t b ngư i dùng
(trong m i quan h ràng bu c c a t c ñ và công su t truy n) ñ ng
th i ph i h n ch t i ña hi n tư ng nhi u ñ ng kênh CCI.
Đ ng v phương di n các lo i hình d ch v . Do trong


11
WiMAX đ nh nghĩa ra 5 lo i hình d ch v g m có: Unsolicited grant

service (UGS), Real-time polling service (rtPS), Non-real-time
polling service (nrtPS), Best effort service (BE), Extended real-time
variable rate (ERT-VR) service nên ph i ñ m b o c p phát tài
nguyên cân ñ i theo th t ưu tiên cho các lo i hình d ch v , cho các
k t n i hi n th i và các k t n i m i ñ ñ m b o ñư c các tham s
QoS c a h th ng. Công vi c qu n lý tài ngun vơ tuy n như v y
đư c th c hi n b ng các thu t toán scheduling s ñư c kh o sát k
các chương sau c a b n lu n văn t t nghi p này.
Đ ng v phía h th ng WiMAX/OFDMA, ph i t i thi u
t ng công su t truy n c a h th ng, t i đa thơng lư ng, vùng ph và
dung lư ng, t i thi u chi phí và đ ph c t p c a h th ng.
3.3 Qu n lý ch t lư ng d ch v trong m ng IEEE 802.16
3.3.1 Các lo i hình d ch v

(Polling Service) h tr

b i m ng

IEEE 802.16
1.Unsolicited grant services (UGS) (d ch v cho phép t
nguy n): Đư c thi t k ñ h tr các gói d li u có kích thư c khơng
đ i

m t t c đ truy n khơng đ i (CBR). VoIP (khơng có tri t

kho ng l ng) là m t ví d đi n hình c a d ch v này.
2.Real-time polling services (rtPS – các d ch v thăm dò th i
gian th c); D ch v này ñư c thi t k ñ h tr các d ch v th i gian
th c như là MPEG video.
3.Non-real-time polling service (nrtPS) (D ch v không cho

th i gian th c): D ch v này ñư c thi t k đ h tr các dịng d li u
ch p nh n có tr (delay- tolerant), như là FTP.
4.Best-effort (BE) service: D ch v này ñư c thi t k ñ h
tr các lu ng d li u, như là trình duy t Web.
5. Extended real-time variable rate (ERT-VR) service (D ch


12
v th i gian th c m r ng) : D ch v này ñư c thi t k ñ h tr các
ng d ng th i gian th c như VoIP (có tri t kho ng l ng).
3.3.2 Các tiêu chí c a m t b l p l ch gói hi u qu đ m b o ch t
lư ng d ch v QoS
H tr QoS linh ho t:
Tính cơng b ng:
Đ đơn gi n và kh năng m r ng:
Tính s d ng hi u qu kênh truy n (Link Utilization):
Đ m b o gi i h n tr (Delay bound):
Đ m b o thông lư ng (Throughput):
Tính duy trì năng lư ng ho t đ ng c a thi t b di ñ ng
Đ m b o tính di đ ng c a thi t b (Device Mobility):
Tính n đ nh (Scalability):
CHƯƠNG 4: THU T TỐN L P L CH GĨI TRÊN ĐƯ NG
WIMAX DOWNLINK
WiMAX có 3 b l p l ch, 2 b l p l ch

phía BS: b l p l ch

DL và b l p l ch UL, cùng v i 1 b l p l ch phía MS. Q trình ho t
đ ng c a các b l p l ch ñư c di n ra như sau:
-V i b l p l ch DL

BS:

đư ng DL thì BS hồn tồn bi t

ñư c các k t n i, các lu ng d ch v ñư c l p l ch, ñi kèm đó là các
tham s QoS, c ng thêm vi c BS ln l ng nghe, thăm dị các ph n
h i v CINR t MS.
-V i b l p l ch UL

BS: v i ñư ng UL, ban ñ u bên phía

MS s đưa ra các u c u c p phát băng thơng đư ng UL t i BS. Các
yêu c u này ñư c b l p l ch UL phía BS ti p nh n, sau ñó b l p


13
l ch UL phía BS s th c hi n phân lo i các lu ng d ch v , các CID
riêng, k t h p cùng các tham s QoS r i g i l i thông tin c p phát
băng thông UL v cho MS thông qua b n tin UL-MAP. Các MS sau
khi nh n ñư c thông tin v c p phát băng thông UL s ti n hành
truy n t i các UL PDU.
4.1 Các thu t tốn đơn nh t (Homogeneous)
4.1.1 Thu t tốn Round Robin (RR)
4.1.2 Thu t toán Maximum Sum Rate (MSR) [1] [3]
4.1.3Thu t toán Maximum Fairness (MF) [1] [3]
4.1.4 Thu t tốn ràng bu c t l

t c đ

(Propotional Rate

Constraints) [1]
4.1.5 Thu t toán Weighted Round Robin (WRR) [11]
4.1.6 Thu t toán Deficit Round Robin (DRR) [11]
4.1.7 Thu t toán Early Deadline First (EDF) [20]
4.1.8 Thu t toán Proportional Fair (PF) [19]
4.1.9 Thu t toán Weighted Fair Queueing (WFQ) [16]
4.2 Các thu t toán lai (Hybrid)
4.2.1 EDF + WFQ + FIFO [12]
4.2.2 EDF + WFQ
4.3 T ng k t và ñánh giá sơ lư c các thu t toán
CHƯƠNG 5: MÔ PH NG M T S

K THU T L P L CH

TRONG WIMAX
5.1 Môi trư ng mô ph ng
NS-2 hay Network Simulator là m t ph n m m mô ph ng s
ki n r i r c ñư c s d ng r ng rãi trong gi i nghiên c u t i các
trư ng ñ i h c do tính ch t m c a ph n m m này. Chúng ta làm
vi c v i NS thông qua hai thành ph n chính: m t b mơ ph ng


14
hư ng ñ i tư ng ñư c vi t trên C++ và m t b thơng d ch đư c vi t
b ng OTcl (là ph n m r ng hư ng đ i tư ng c a ngơn ng Tcl) đ
ch y các câu l nh. OTcl có th s d ng các ñ i tư ng ñư c compile
b ng C++ thông qua m t c u n i OTcl linkage ánh x các ñ i tư ng
c a OTcl sang C++ .

5.1.1 Các thành ph n chính c a tr m g c Base Station tri n khai
b i công c mô ph ng
5.1.1.1 Kh i phân lo i lu ng (Flow Classifier)
5.1.1.2 B l p l ch (Scheduler DL ARQ/HARQ)
5.1.1.3 Kh i UL ARQ
5.1.1.4 Kh i x lý khung DL (DL Frame Assembler)
5.1.1.5 Kh i phân lo i gói (Packet Parser)
5.1.1.6 Kh i Tx/Rx PHY
5.1.2 Các thành ph n chính c a tr m MS (Mobile Station) tri n
khai b i công c mô ph ng
5.1.2.1 B l p l ch UL (UL Scheduler ARQ/HARQ Module)
5.1.2.2 X lý UL (UL Assembler)
5.1.3 B l p l ch UL/DL
B l p l ch ñư c chia làm 2 ph n. M t ph n n m
ph n

còn

l i

n m

MS.

B

l p

l ch

BS và
BS

(wimax/scheduling/bsscheduler.cc) ch u trách nhi m c p phát băng
thơng cho đư ng downlink và uplink qua khung các b n tin DLMAP và UL-MAP. B

l p l ch

MS (wimax/scheduling/

ssscheduler.cc) ch u trách nhi m phân chia băng thơng cho đư ng
c p phát cho MS cho các k t n i c a nó. Trong lu n văn t t nghi p
này h c viên t p trung th nghi m hai thu t toán PF và WFQ cho
đư ng downlink vì v y khi tri n khai s ch tác ñ ng t i b l p l ch
downlink

BS và ph n code C++ cũng s ñư c s a ñ i ch y u


15
trong file bsscheduler.cc.
5.1.3.1 C p phát khe d

li u (slot) theo chi u d c (Vertical

Stripping)
5.1.3.2 C p phát khe d li u (slot) theo chi u ngang (Horizontal
Stripping)
5.1.3.3 Ch ñ truy n song công TDD trong công c mô ph ng
5.2 Các thu t toán l p l ch gói s d ng trong k ch b n mơ ph ng

Trong ph n này h c viên s ch n hai trong s các thu t tốn
đã kh o sát

chương 4 ñ tri n khai trong ph n m m mơ ph ng NS-

2. Hai thu t tốn đư c ch n

đây đó là thu t tốn cơng b ng t l

(PF) và thu t tốn đ xu t WFQ k t h p v i ràng bu c v Leaky
Bucket. Công vi c tri n khai hai thu t tốn đư c th c hi n b ng cách
thay ñ i ph n code C++ hàm dl_stage2( ) trong file bsscheduler.cc
n m trong thư m c ns-2.31/wimax/scheduling c a cơng c

mơ

ph ng. Sau đây h c viên s trình bày k hơn ưu như c đi m v m c
đ qu n lý tài ngun vơ tuy n c a m i thu t toán.
5.2.1 Thu t toán PF [19]
Thu t tốn PF đư c đ

xu t l n đ u tiên b i cơng ty

Qualcomm trong chu n IS-856 ñ th c hi n l p l ch cho ñư ng
downlink, là m t trong nh ng thu t tốn l p l ch đư c s d ng ph
bi n nh t trong WiMAX hi n nay. PF là m t thu t toán thu c nhóm
các thu t tốn có quan tâm đ n kênh truy n, t c là các tham s ph n
h i t các SS v ñi u ki n kênh truy n s ñư c s d ng như m t y u
t d n ñ n quy t ñ nh c p phát băng thơng. Thu t tốn này ñư c ñưa
ra nh m cân b ng các y u t v tr , thơng lư ng và tính cân b ng c n

thi t c a m t b l p l ch. Thu t toán này d a trên m t hàm ưu tiên


16
như sau:

U

i

(t) =

(4.10)

ri ( t )
R i (t )

Trong đó ri(t) là t c ñ d li u trong th i ñi m hi n t i và
Ri(t) là t c đ trung bình đ ng c a d li u nh n đư c b i SS i tính
đ n khe th i gian t. Hàng đ i có giá tr Ui(t) l n nh t s ñư c ph c
v

khe th i gian t. Đ c p nh p giá tr t c đ trung bình đ ng c a

d li u thì cơng th c sau đây ñư c s d ng:
n u k t n i i ñư c ph c v
1
1

 Ri (t + 1) = (1 − T ) Ri (t ) + T ri (t ),


c
c

 R (t + 1) = (1 − 1 ) R (t ), n u k t n i i khơng đư c ph c v
i
 i
Tc


khe th i gian t

(4.11)
khe th i gian t

ñây Tc là m t h ng s đ tính t c đ trung bình đ ng và dùng đ
đi u khi n tham s tr c a h th ng. N u Tc l n thì tr h th ng tăng
nhưng t ng thơng lư ng nh n đư c l i cao hơn. N u Tc nh thì tr h
th ng gi m, nhưng giá tr thơng lư ng trung bình thay ñ i nhanh hơn
nên m t ph n thông lư ng b hao phí.
Thu t tốn PF v i cơng th c l p l ch như trên ñã cân b ng
ñư c hai y u t là: t n d ng băng thông và công b ng gi a các ngư i
dùng. S t n d ng băng thông th hi n

tham s ri (t ) , khi tham s

này càng l n nghĩa là t c ñ t c thì càng l n, đi u này cũng tương
đương v i vi c ñi u khi n kênh truy n t t, thì thu t tốn s ph c v
k t n i này v i m c MCS (Modulation and Coding Scheme) t t nh t
nh m t n d ng hi u qu băng thông.

Tuy nhiên n u ch quan tâm ph c v t i nh ng k t n i có
đư ng truy n t t thì s m t tính cơng b ng c a thu t toán. Do v y
tham s

Ri (t ) ñư c ñưa vào nh m th c hi n tính cơng b ng.


17

V i nh ng k t n i có kênh truy n kém thì t c đ trung bình
(giá tr Ri (t ) ) s th p, khi đó giá tr

ri (t )
s càng cao, ñ ng
Ri (t )

nghĩa v i vi c k t n i đó s có cơ h i ñư c ph c v m c dù
ñi u ki n kênh truy n kém.
5.2.2 Thu t toán WFQ k t h p ràng bu c Leaky Bucket
5.2.2.1 Đi u khi n t c ñ b ng Leaky Bucket
5.2.2.2 Thu t toán WFQ v i ràng bu c Leaky Bucket

Hình 5. 10 B l p l ch gói WFQ k t h p v i ràng bu c Leaky Bucket
5.3 Xây d ng k ch b n mơ ph ng
5.3.1 Mơ hình m ng


18

Hình 5. 11 Mơ hình m ng s d ng trong các k ch b n mơ ph ng

Mơ hình m ng s d ng trong các k ch b n mơ ph ng g m có
m t tr m g c BS v i bán kính ph sóng là 500m, m t SourceNode
đ truy n các gói tin thu c các lu ng d ch v khác nhau t i BS thông
qua m t liên k t 100Mbps, tr 1ms, hàng đ i DropTail. Trong bán
kính ph sóng c a BS có 5 MS trong đó MS1 đ n MS4 l n lư t nh n
các lu ng d ch v UGS, rtPS, nrtPS và BE, MS5 còn l i nh n lu ng
Background Traffic (BGT) v i d ch v BE có thơng lư ng l n đ
làm tăng t i ña t i c a m ng (bursty).
5.3.2 L a ch n ngu n traffic
5.3.3 Các tham s s d ng trong k ch b n mô ph ng
5.4 K t qu mô ph ng
Đ ki m tra ưu như c ñi m c a hai thu t tốn đã trình bày
trong nh ng ph n trư c, h c viên th c hi n ch y hai k ch b n mô


19
ph ng. Trong đó m t k ch b n cho phép các MS di ñ ng và k ch b n
cịn l i thì các MS c đ nh trong vùng ph sóng c a tr m BS. C hai
k ch b n ñ u s d ng hai thu t toán PF và WFQ v i s h tr c a
Leaky Bucket. K t qu thu ñư c như sau.
5.4.1 K ch b n di đ ng
5.4.1.1 Thơng lư ng
Trên đ th hình 5.12 và 5.13 (th i gian l y m u là 2s) ta có
th th y đư c s phân b v thơng lư ng gi a 4 MS s d ng 4 lu ng
d ch v khác nhau v i hai thu t toán PF và WFQ. Có th th y do có
s di ñ ng c a các MS nên thông lư ng c a các lu ng khơng n đ nh
và khơng ñ t ñư c m c thông lư ng gi i h n ñ t ra b i Leaky
Bucket (nominated rate), rõ ràng nh t

th i đi m 32s có s s t gi m

v thông lư ng c a 2 lu ng nrtPS và BE do hai MS nh n hai lu ng
này ñi ra xa BS. Tuy nhiên t ng thông lư ng c a các lu ng khi s
d ng thu t toán WFQ là l n hơn t ng thông lư ng khi s d ng thu t
tốn PF và

thu t tốn WFQ thơng lư ng các lu ng phân b g n v i

m c thông lư ng gi i h n hơn là

thu t tốn PF.

Qua nh ng đánh giá trên có th th y rõ thu t tốn PF ch
đ m b o phân b công b ng thông lư ng cho các lu ng nhưng tính
n đ nh c a giá tr thông lư ng không cao so v i khi s d ng thu t
toán WFQ.


20

Hình 5. 12 Thơng lư ng c a các lu ng d ch v v i b l p l ch WFQ
trong k ch b n di đ ng

Hình 5.13 Thông lư ng c a các lu ng d ch v v i b l p l ch PF
trong k ch b n di ñ ng


21
5.4.1.2 Đ tr hàng ñ i
Đ kh o sát ñ tr hàng ñ i

hai b l p l ch ta ti n hành l y

các giá tr tr hàng ñ i c a t ng gói tin (v i d ch v th i gian th c
rtPS) ñư c g i ñi

BS và ti n hành v ñ th phân b tr s d ng các

hàm phân b tr xác su t.
Nhìn vào đ th hàm phân b xác su t (hình 5.14) ta có th
th y rõ PF là thu t tốn có đ tr hàng đ i cao hơn nhi u so v i
WFQ, như v y k t qu này hoàn toàn phù h p v i lý thuy t v các
b l p l ch phân tích

trên.

Hình 5.14 Đ th xác su t tr v i b l p l ch WFQ và PF trong k ch
b n di ñ ng


22
5.4.2 K ch b n c ñ nh
Các k t qu thu đư c c a ph n mơ ph ng v i k ch b n c
ñ nh cũng sát và h p lý v i phân tích v lý thuy t như k t qu c a
k ch b n di đ ng đã phân tích

trên nên

ph n này h c viên ch ñưa

ra các ñ th ñ so sánh và ñ i chi u k t qu .
5.4.2.1 Thơng lư ng

Hình 5.15 Thơng lư ng c a các lu ng d ch v v i b l p l ch WFQ
trong k ch b n c ñ nh


23

Hình 5.16 Thơng lư ng c a các lu ng d ch v v i b l p l ch PF
trong k ch b n c ñ nh

5.4.2.2 Đ tr hàng đ i

Hình 5.17 Đ th xác su t tr v i b l p l ch WFQ và PF trong k ch
b n c ñ nh


24
K T LU N
Công ngh truy nh p không dây băng r ng WiMAX là m t
cơng ngh có ti m năng phát tri n r t l n d a trên nh ng ưu ñi m
n i b t c a nó so v i các cơng ngh như DSL, Wifi hay 3G. Đó là
kh năng k t n i linh ho t, kh năng duy trì m t t c ñ k t n i cao
v i m t v n t c di chuy n tương ñ i nhanh, chính vì v y WiMAX
h a h n s ñem ñ n cho ngư i dùng kh năng truy nh p m i lúc m i
nơi v i t c đ cao.
V i đ c tính linh ho t trong k t n i, ph m vi ph sóng r ng,
WiMAX có thu n l i l n trong vi c l p ñ t và tri n khai t i nh ng
vùng cao, vùng sâu, vùng xa cũng như t i nh ng nơi mà ñ a hình

ph c t p, dân cư đơng đúc, đ t ñai ch t ch i và r t khó tri n khai l p
ñ t cơ s h t ng cho nh ng thi t b m ng h u tuy n. Do đó WiMAX
đư c coi là m t cơng ngh có kh năng ng d ng th c t cũng như
hi u qu kinh t cao.
Trong b n lu n văn t t nghi p này h c viên ñã ñi sâu nghiên
c u các ñ c t quan tr ng nh t nh hư ng t i nhi m v qu n lý tài
nguyên vô tuy n (RRM) và qu n lý ch t lư ng d ch v (QoS) c a
l p PHY và l p MAC ñư c ñ

c p t i trong chu n IEEE

802.16/WiMAX. Qua vi c nghiên c u nh ng ñ c t đó, h c viên nêu
lên nh ng đi m c n chú ý trong qu n lý tài nguyên vô tuy n và qu n
lý ch t lư ng d ch v trong m t m ng không dây băng r ng như
WiMAX, ñ ng th i nh ng tiêu chí đ đánh giá m t thu t tốn l p
l ch gói hi u qu h tr qu n lý vào vi c qu n lý tài nguyên vô tuy n,
qu n lý ch t lư ng d ch v cũng đư c phân tích và làm rõ. H c viên
cũng đã có nh ng kh o sát, phân tích k lư ng v ưu như c ñi m v
khía c nh qu n lý tài nguyên vô tuy n c a m t s thu t toán l p l ch


25
gói đư c nghiên c u và ng d ng b i c ng ñ ng khoa h c ngày nay.
Xu t phát t nh ng ưu như c ñi m c a t ng thu t tốn phân tích
đư c, h c viên ñã ñ xu t vi c s d ng m t thu t toán m i là s k t
h p c a thu t toán chia s công b ng theo tr ng s Weighted Fair
Queueing (WFQ) v i thu t toán gi i h n t c ñ lu ng Leaky Bucket.
Đ làm rõ nh ng ưu như c ñi m mà thu t toán này mang l i, h c
viên th c hi n mơ ph ng v i thu t tốn đ xu t và so sánh, ñánh giá
hi u năng cùng v i thu t toán l p l ch ph bi n Proportional Fair

(PF). K t qu mô ph ng khá sát v i mong ñ i v lý thuy t, thu t toán
PF ch cho phép phân ph i ñ u băng thông cho các lu ng d ch v
theo các h ng s tr cho trư c ch khơng t i đa t ng thơng lư ng c a
h th ng. M t khác thu t toán PF cũng khơng có m t đư ng bao tr
hàng đ i, do đó ta khơng th ki m sốt đư c ñ tr hàng ñ i c a h
th ng t i nh ng th i ñi m khác nhau, do đó khơng đ m b o h tr
u c u ch t lư ng d ch v QoS. Đ i v i thu t tốn WFQ thì t ng
thơng lư ng thu đư c c a tồn h th ng là cao hơn PF và g n v i
m c mong mu n như ñã xác ñ nh trư c trong các tham s mô ph ng.
V i thu t tốn WFQ vi c c p phát băng thơng cho các lu ng d ch v
khác nhau tr nên n đ nh hơn, băng thơng đư c c p phát ñ u hơn
theo các tr ng s φi cho trư c. M t ưu ñi m quan tr ng nh t c a
thu t toán WFQ khi s

d ng ph i h p v i ràng bu c v Leaky

Bucket là ñã gi i h n ñư c tr hàng ñ i, giá tr tr gi i h n Dmax này
ta hồn tồn có th tính tốn trư c ñư c b ng các thay ñ i các tham
s c a Leaky Bucket như Bm ,i và R i , do đó ta có th ki m sốt đư c
tr hàng đ i trong h th ng, t đó có th qu n lý đư c các u c u
ch t lư ng d ch v QoS. Tuy thu t toán WFQ k t h p Leaky Bucket
khá m nh m xét trên khía c nh v cung c p thơng lư ng cho h
th ng và đ m b o tr h th ng, nhưng m t như c ñi m d th y c a