Nghiên cứu các kỹ thuật lập lịch cải thiện chất lượng dịch vụ (qos) trên hệ thống mạng wimax

1

B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

TR N XUÂN PHƯƠNG

NGHIÊN C U CÁC K THU T L P L CH
C I THI N CH T LƯ NG D CH V (QoS)
TRÊN H TH NG M NG WIMAX

Chuyên ngành: K thu t ñi 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: TS.Nguy n Văn Tu n

Ph n bi n 1: TS. Nguy n Lê Hùng

Ph n bi n 2: TS. Lương H ng Khanh

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
21 tháng 5 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

1. TÍNH C P THI T C A Đ TÀI
Nh s phát tri n không ng ng c a khoa h c công ngh , truy n
thông băng thông r ng ñang ngày càng tr thành nhu c u thi t y u mang
l i nhi u l i ích cho ngư i s d ng. Bên c nh vi c cung c p các d ch v
như truy c p Internet, các trò chơi tương tác, h i ngh truy n hình,… thì
truy n thơng băng thơng r ng di ñ ng cũng ñang ñư c ng d ng r ng
rãi, cung c p các k t n i tin c y cho ngư i s d ng ngay c khi di
chuy n qua m t ph m vi r ng l n. Trong b i c nh ñó, Wimax ra ñ i
nh m cung c p m t phương ti n truy c p Internet không dây t ng h p có
th thay th ADSL và Wi-Fi. H th ng Wimax có kh năng cung c p
đư ng truy n vô tuy n v i t c ñ lên ñ n 70Mbps và v i bán kính ph
sóng lên đ n 50km.
Tuy di n đàn Wimax đã ñưa ra các thông s k thu t c a l p PHY
và l p MAC cho ph n l n các chu n nhưng trong m t s chu n các
thơng s chung v n chưa đư c đ c p. Đi u này d n ñ n s khác bi t
trong vi c s d ng các k thu t trong Wimax gi a các nhà cung c p thi t

b , ch ng h n như k thu t l p l ch cho Wimax. Trong m t s

ng d ng

truy n thông th i gian th c, đ tr tín hi u là m t trong các thơng s
quan tr ng. Ví d như theo nhóm tiêu chu n IEEE 802.16, ñ tr cho
phép c a VoIP là 120 ms, khi ñ tr vư t quá 150 ms thì ch t lư ng
tho i s b gi m sút nghiêm tr ng và khi giá tr này vư t q 200 ms thì
khơng th ch p nh n ñư c. Đ gi i quy t v n ñ này, ngư i ta nghiên
c u các thu t toán l p l ch trong Wimax nh m c i thi n ch t lư ng d ch
v cho các ng d ng khác nhau trong h th ng Wimax. Vì v y, đ tài có
tính c p thi t và th c ti n cao.
2. M C ĐÍCH NGHIÊN C U
- Nghiên c u v l p Mac và l p v t lý trong Wimax
- Phân tích m t s k thu t l p l ch trong Wimax


4
- Mô ph ng m t s k thu t l p l ch b ng ph n m m OPNET.
3. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U
3.1. Đ i tư ng nghiên c u:
Đ tài phân tích d a trên nh ng y u t cơ b n nh t, đó là:
- Đ r ng băng thông, Đ tr , Jitter, Đ tin c y.
3.2. Ph m vi nghiên c u:
- Đ tài này không ñi sâu vào ki n trúc m ng Wimax mà t p trung
nghiên c u cách th c xây d ng các kh i cơ s , các tham s thi t k và
các thành ph n trong Wimax ñ làm căn c cho vi c phân tích sau này.
- Đ tài nghiên c u, phân tích các k thu t và thu t toán l p l ch,
th c hi n mô ph ng các k thu t l p l ch nh m th hi n nh hư ng ñ n
vi c c i thi n QoS trong h th ng m ng Wimax.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U
- Nghiên c u lý thuy t, tìm hi u và phân tích k thu t l p l ch liên
quan.
- Xây d ng mơ hình m ng WIMAX đ th c hi n mô ph ng.
- Đánh giá k t qu mô ph ng.
5. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI
WiMax h tr các ng d ng ña phương ti n khác nhau như là
tho i qua giao th c internet (VoIP), truy n hình h i ngh , chơi game
online. Nh ng ng d ng này là g m nhi u lo i khác nhau theo nhu c u
t nhiên và chúng có nhi u yêu c u khác nhau ph i ñư c th a mãn. Đ
th a mãn nh ng lo i yêu c u khác nhau nó c n thi t ph i xem xét ñ n
các yêu c u d ch v (QoS). QoS, m t tiêu chí quan tr ng đư c ch p
nh n đ ño lư ng hi u năng c a m t m ng, đư c cung c p thơng qua
b ng s phân l p và vi c l p l ch c a 5 lo i khác nhau c a các l p lưu
lư ng ñư c ñ nh nghĩa b i các tiêu chu n. M i l p có các u c u v
băng thơng riêng c a nó cũng như m c đ QoS riêng, mà nó c n ph i


5
duy trì. Nhi u lo i thu t tốn l p l ch lưu lư ng cho các m ng không dây
như Round Robin, Proportional Fairness và Cross Layer. Trong s
nh ng cơ ch thu n ti n, m t s khơng có s khác bi t trong d ch v ,
m t s t o ra s khác bi t hoàn toàn v d ch v v i s th c thi có đ
ph c t p cao vì v y vi c l p l ch hi u q a là quan tr ng trong m ng
Wimax.
6. K T C U C A LU N VĂN
- Chương 1 : T ng quan v WiMax.
- Chương 2 : Nghiên c u chi ti t v l p Mac và l p v t lý.
- Chương 3 : K thu t l p l ch h tr QoS trong WiMax.
- Chương 4 : Mơ ph ng thu t tốn l p l ch.

Chương 1 – T NG QUAN V WIMAX
1.1. GI I THI U CHƯƠNG
1.2. T NG QUAN
WiMax cho phép k t n i băng r ng vô tuy n c ñ nh, bán c
ñ nh, mang xách ñư c và di đ ng đ y đ , mà khơng c n thi t ph i
trong t m nhìn th ng (Line of Sight) tr c ti p t i m t tr m g c. Cơng
ngh WiMax đem l i gi i pháp cho nhi u ng d ng băng r ng t c ñ cao
di n ra cùng th i ñi m v i kho ng cách xa và cho phép các nhà khai thác
d ch v h i t t t c trên m ng IP ñ cung c p các d ch v như là: d
li u, tho i, video.
1.3. N N T NG C A IEEE 802.16 VÀ WIMAX
- Năm 2001: hoàn thi n chu n IEEE 802.16: h th ng không dây băng
r ng LOS t ñi m t i ña ñi m, trong d i t n 10Ghz ñ n 66Ghz.
- Năm 2004: hoàn thi n chu n IEEE 802.16-2004.
- Năm 2005: hoàn thành IEEE 802.16e-2005.


6
- WiMax Forum có 2 h th ng profile: m t d a trên IEEE 802.16-2004,
OFDM PHY, g i là profile h th ng c ñ nh. M t profile khác d a trên IEEE
802.16e-2005, m r ng OFDMA PHY, g i là profile h th ng di ñ ng.
1.4. CÁC Đ C TÍNH N I B T C A WIMAX
L p v t lý d a trên n n t ng OFDM, T c ñ d li u ñ nh r t cao,
Kh năng m r ng băng thông và h tr t c ñ d li u, Đi u ch và mã
hố thích ng , H tr truy n l i

l p liên k t n i, H tr c TDD và

FDD, Đa truy nh p phân chia theo t n s tr c giao OFDMA, M m d o

và linh ho t trong vi c c p phát tài nguyên cho t ng ngư i s d ng, H
tr các công ngh anten tiên ti n, H tr ch t lư ng d ch v QoS, Kh
năng b o m t m nh m , H tr cho s di ñ ng.
1.5. KI N TRÚC WIMAX
Giao di n
Roaming (R1)
d a trên IP

Giao di n vô
tuy n (R1)

Phân lo i lưu lương
ñư ng lên

L p l ch ñư ng
lên QoS
Wimax

L p l ch
ñư ng lên
QoS d a vào
IP

Lưu lư ng
ñư ng xu ng

L p l ch
ñư ng xu ng
QoS Wimax

L p l ch
ñư ng xu ng
QoS d a vào
IP

Qn lý khóa
cơng khai

Qu n lý khóa
cơng khai

Xác th c
C p phép

Chuy n giao

Chuy n giao
Đóng gói

Qu n lý di
đ ng
Đóng gói

Đư ng d
li u
M ng truy c p d ch v

Hình 1.1: Ki n trúc WiMAX

Ch c năng policy

C u hình QoS

Xác th c
C p phép

MIP HA
Qu n lý di ñ ng
Đư ng d
li u

M ng truy c p lõi


7
1.6. CH T LƯ NG D CH V
H tr cho QoS là m t ph n cơ b n c a vi c thi t k l p MAC
trong WiMAX, Lu ng d ch v là m t lu ng ñơn hư ng c a các gói có
liên quan ñ n thi t l p các tham s c a QoS và ñư c xác ñ nh b ng ch
s lu ng d ch v (SFID). Các tham s QoS có th bao g m đ ưu tiên
lưu lư ng, t c đ lưu lư ng duy trì liên t c l n nh t, t c ñ Bust l n
nh t, lo i l p l ch, lo i ARQ, dao đ ng có th ch u đư c, kích thư c và
lo i đơn v d li u d ch v , cơ ch yêu c u băng thơng đư c s d ng, các
quy lu t thơng tin truy n d n PDU. M t trong nh ng v n ñ c a vi c
cung c p QoS trong các h th ng m ng không dây băng r ng là vi c
qu n lý hi u qu tài ngun vơ tuy n. Các thu t tốn l p l ch hi u qu
c n cân b ng gi a các yêu c u QoS c a m i ng d ng và ngư i dùng v i
tài ngun vơ tuy n s n có. Các thu t tốn l p l ch này c n đư c phát
tri n.
1.7. K T LU N CHƯƠNG
V i ñ c đi m k thu t mã hóa và đi u ch tương thích, ghép

theo khơng gian và c p phát tài nguyên ñ ng s ñ t ñư c t c ñ và dung
lư ng cao. Khi s d ng các thu t toán l p l ch hi u qu trong l p MAC
ph c h p ñ cung c p nhi u ng d ng (tho i, d li u, video) trên m t k t
n i ñơn ñ n m ng và ñ m bào ch t lư ng cho t ng ng d ng. Các yêu
c u d ch v và nh ng ràng bu t c th c a h th ng m ng không dây
băng r ng t o ra nh ng cơ h i ng d ng trong th c ti n và nh ng thách
th c khó khăn khi thi t k .


8

Chương 2 - L P V T LÝ VÀ L P MAC
TRONG WIMAX
2.1. GI I THI U CHƯƠNG
2.2. L P V T LÝ
2.2.1 Gi i thi u
L p v t lý (PHY) d a trên nguyên lý ña truy nh p phân chia
theo t n s tr c giao (OFDM), nó có cơng ngh đi u ch /truy nh p phù
h p cho ñi u ki n trong t m nhìn khơng th ng (none line of sight) v i
t c ñ d li u cao.Nh ng l p v t lý ñ nh nghĩa trong IEEE 802.16 là:
WirelessMAN

SC,

WirelessMAN

SCa,

WirelessMAN

OFDM,

WirelessMAN OFDMA.
Mi n s

C p phát sóng
mang con +
chèn d n
đư ng

IF
FT

Mi n tương t

D
/
A
Anten 1

Mã hóa
kênh +
tương thích
t cđ

Chèn
(interleav
er)

Ánh x

ký t
(Symbol)

B mã hóa
khơng gian /
th i gian

C p phát
sóng mang
con + chèn
d n ñư ng

IF
F
T

D
/
A
Anten 2

Mi n t n s

Mi n th i gian

Hình 2.1: Kh i ch c năng c a l p v t lý
2.2.2. Mã hóa kênh
Phân đo n mã hóa kênh g m có các bư c sau: (1) ng u nhiên
hóa d li u, (2) mã hóa kênh, (3) tương thích t c đ , (4) HARQ, n u
ñư c s d ng, và (5) Chèn.

9
2.2.3. Chèn
Nh ng bit mã hóa đư c chèn s d ng hai q trình. Bư c đ u
tiên đ m b o r ng nh ng bit mã hóa lân c n nhau ñư c ánh x vào trong
nh ng sóng mang con khơng lân c n nhau. Bư c th hai ñ m b o nh ng
bit lân c n ñư c ánh x luân phiên ñ n nh ng bit quan tr ng ít và nhi u
c a chịm sao đi u ch .
2.2.4. Ánh x ký t (symbol)
Tu n t các bit nh phân ñư c bi n ñ i thành tu n t các ký hi u
có giá tr ph c. Chịm sao cơ b n là QPSK và 16 QAM, v i 1 tùy ch n
c a chòm sao 64 QAM.
2.2.5. C u trúc ký hi u OFDM
OFDM phân chia lu ng d li u theo cơ ch truy n d n ña băng
h p trong mi n t n s b ng cách s d ng các sóng mang con tr c giao
v i nhau. Trong mi n t n s , m i ký hi u OFDM ñư c t o ra b ng vi c
ánh x tu n t các ký hi u đã đi u ch vào trong các sóng mang con, bao
g m các sóng mang con d li u, sóng mang con d n đư ng và sóng
mang con r ng.
2.2.6. Kênh con và s hốn v sóng mang con
Kênh con là t p logic c a sóng mang con. S lư ng và s phân
b chính xác c a sóng mang con đ t o thành m t kênh con ph thu c
vào cơ ch hoán v sóng mang con. S d ng tồn b đư ng xu ng c a
sóng mang con (DL FUSC), s d ng m t ph n sóng mang con

đư ng

xu ng (DL PUSC), s d ng m t ph n sóng mang con ñư ng lên (UL
PUSC).

2.2.7. Đi u ch và mã hóa thích ng AMC
Phương th c MCS đư c s d ng l i ñư c xác ñ nh b ng các th
t c thích nghi đư ng truy n. S l a ch n MCS thích h p tuỳ thu c vào
giá tr c a t l tín hi u trên nhi u SNR thu ñư c. Tuỳ vào ñi u ki n c a


10
t ng thuê bao, h th ng WiMax s th c hi n phương th c ñi u ch và
mã hoá khác nhau. Như v y v i vi c h tr đi u ch và mã hố thích
ng, h th ng WiMax s c g ng t i ưu nh t trong ñi u ki n truy n d n
cho phép.
2.2.8. Khe và c u trúc khung
L p Mac c p phát tài nguyên th i gian/t n s ñ n các user khác
nhau trong ñơn v khe (slot), nó là h n ng ch nh nh t c a tài ngun l p
v t lý, có th đư c phân b ñ n user ñơn l trong mi n th i gian/t n s .
Kích thư c c a khe (slot) ph thu c vào cơ ch hoán v sóng mang con.

Hình 2.7: C u trúc khung TDD
2.3. L P MAC
2.3.1. Gi i thi u v l p MAC
L p MAC n m bên trên l p PHY, ch u trách nhi m ñi u khi n
và ghép/tr n nhi u kênh ñơn trên m t ñư ng truy n v t lý. M t s các
ch c năng quan tr ng c a l p MAC trong WiMAX như: Phân ño n ho c
ghép n i các ñơn v d ch v d li u SDU, L a ch n thông tin c m ,
Truy n l i các MAC PDU mà bên nh n th y l i khi cơ ch ARQ, Cung


11
c p ñi u khi n ch t lư ng d ch v (QoS), L p l ch (schedule) các MAC
PDU d a trên tài nguyên l p PHY, H tr qu n lý di ñ ng (mobility

management) cho các l p trên, Cung c p b o m t và qu n lý khóa (key
management), Cung c p ch ñ ti t ki m năng lư ng và ch đ ch ngh .
2.3.2. Mơ hình tham chi u l p MAC
L p cao hơn

L p con h i t MAC
(nén tiêu ñ và xác ñ nh SFID và DIC)

L p con ph n chung MAC
G n k t các MAC PDU, l p l ch ARQ, qu n lý MAC
Báo hi u
Qu n lý MAC

D li u
L p con b o m t MAC
(mã hóa)
L p v t lý

Hình 2.8: Mơ hình l p MAC
2.3.3. Xây d ng và truy n t i MAC PDU
D a vào kích thư c c a payload, nhi u SDU có th đư c mang
trên m t MAC PDU, ho c m t SDU có th đư c phân m nh đ mang
trên nhi u MAC PDU. Khi m t SDU ñư c phân m nh, v trí c a các
m nh d li u trong SDU ñư c ñánh d u b i m t s th t (sequence
number). S th t này cho phép l p MAC
các phân m nh l i thành SDU.

phía thu nhóm đúng th t

12
2.3.4. Cơ ch yêu c u và c p phát băng thơng
T i đư ng xu ng DL: T t c vi c quy t ñ nh liên quan ñ n vi c
c p phát băng thông cho m t s MS ñư c th c hi n b i BS trên cơ s
t ng s nh n d ng k t n i ñơn hư ng CID.
T i ñư ng lên UL, MS yêu c u tài nguyên b ng cách s d ng
yêu c u băng thông trong MAC PDU yêu c u băng thông, ho c g i yêu
c u băng thông kèm theo trong MAC PDU chung. Các u c u băng
thơng đư ng lên có th là yêu c u tăng d n (incremental) ho c toàn b
(aggregate).
2.3.5. Ch t lư ng d ch v
M t trong nh ng ch c năng quan tr ng nh t c a l p MAC trong
WiMAX là ñ m b o ch t lư ng d ch v (QoS) theo yêu c u cho các
MAC PDU c a nh ng lu ng d ch v khác nhau, càng ñáng tin c y càng
t t theo các ñi u ki n t i c a h th ng.
2.3.5.1. Các d ch v l p l ch (Scheduling Services)
M t d ch v l p l ch riêng bi t xác ñ nh cơ ch mà m ng s d ng
ñ c p ñư ng truy n UL và DL cho các PDU. WiMAX ñ nh nghĩa 5 d ch
v l p l ch: D ch v c p phát t nguy n (UGS), D ch v thăm dò th i
gian th c (rtPS), D ch v thăm dò phi th i gian th c (nrtPS), D ch v n
l c t t nh t (BE ), D ch v thăm dò th i gian th c m r ng (ertPS).
2.3.5.2. Ho t ñ ng c a lu ng d ch v và QoS
M t lu ng d ch v có các thành ph n sau đây: ID lu ng d ch v ,
B tham s QoS ñư c cung c p, B tham s QoS t thi t l p, B tham
s QoS linh ho t, Module c p phép.
2.3.5.3. B l p l ch l p Mac
Tóm l i vi c l p l ch:
-

Xác ñ nh th t truy n d n gói qua giao ti p vô tuy n.

13
-

MS ph i ph n h i thông tin k p th i và chính xác như đi u ki n
lưu lư ng và các yêu c u QoS.

-

L p MAC h tr c p phát tài nguyên t n s - th i gian trong c
UL và DL trên m i khung cơ b n.

-

S c p phát tài ngun đư c phân ph i trong các thơng đi p
MAP t i lúc b t ñ u m i khung, vì v y c p phát tài ngun có
th thay ñ i theo t ng khung tương ng v i các ñi u ki n kênh
truy n và lưu lư ng.

B l p l ch MAC có th tính toán m t metric Mi trên m i lu ng I, đó là
m t hàm f ch a nhi u thu c tính đ c t cho lu ng d ch v như sau:
Mi = f ( CINRi, Delayi, Throughputi, jitteri )
2.4. K T LU N CHƯƠNG

Chương 3 – K THU T L P L CH H TR
TRONG WIMAX

QoS

3.1. GI I THI U CHƯƠNG
3.2. KI N TRÚC CH T LƯ NG D CH V
T i lúc thi t l p k t n i, ng d ng yêu c u tài nguyên m ng phù
h p v i ñ c tính c a nó và đ m b o m c ñ yêu c u d ch v . Đ ñ m
b o r ng lưu lư ng m i ñư c ch p nh n không gây quá t i m ng ho c
gi m ph m ch t d ch v cho lưu lư ng hi n t i, cơ ch ñi u khi n ch p
nh n k t n i cũng ñã ñư c cung c p. M c dù t t c các thành ph n nói
trên là c n thi t đ cung c p m c ñ hi u qu c a h tr QoS nhưng c t
lõi c a công vi c như v y n m trong thu t toán l p l ch. M t thu t toán
l p l ch hi u qu là c n thi t cho vi c cung c p ñ m b o QoS, và nó đóng
m t vai trị thi t y u trong vi c xác ñ nh hi u su t m ng.
3.2.1. Yêu c u v QoS
Đ c ñi m QoS c a l p d ch v khác nhau:


14
- Đ tr : Th i gian gói d li u truy n t ñ u cu i ñ n ñ u cu i do ñ
chi ti t c a chu i l p v t lý.
- Dao ñ ng (jitter): Dao đ ng x y ra khi các gói tin ñ n t i các th i
ñi m khác nhau do th i gian x p hàng khác nhau ho c do các tuy n
truy n d li u khác nhau ñư c th c hi n b i truy n thơng.
-

T c đ lưu lư ng n đ nh l n nh t. T c ñ lưu lư ng n ñ nh l n
nh t xác ñ nh t c đ thơng tin đ nh c a d ch v .

3.2.2. Các l p d ch v h tr QoS l p l ch
3.2.3. Các mơ hình ng d ng lưu lư ng
3.2.4. Cơ ch yêu c u – đáp ng
- UGS: Khơng có s thăm dị (do s c p phát tĩnh)

- rtPS: Có m t yêu c u ch t ch v tr . N u b t kỳ gói nào vư t quá h n
chót deadline, nh ng gói đó s b hu .
- ertPS: D ch v này ñư c s d ng cho các lưu lư ng VoIP, nó có
nh ng kho ng ho t ñ ng và kho ng l ng.
- nrtPS: S r ng bu c duy nh t cho nrtPS là ñ m b o t c ñ t i thi u. S
thăm dò cho d ch v này là ñư c phép.
- BE: T t c cơ ch yêu c u băng thông là cho phép v i BE, nhưng gi i
quy t tranh ch p là cơ ch thư ng ñư c s d ng nhi u nh t.
3.2.5. B l p l ch Wimax


15

Hình 3.2: Các b l p l ch t i BS và các MS
Có ba q trình x lý l p l ch riêng bi t: hai
xu ng và cái cịn l i cho đư ng lên - và m t

BS - m t cho ñư ng

MS cho ñư ng lên.

3.2.6. Các yêu c u c a b l p l ch h tr QoS
Các nhân t mà nh ng ngư i thi t k b l p l ch ph i quan tâm,
hay là nh ng yêu c u c a b l p l ch: thông s QoS, t i ưu thơng lư ng,
tính cơng b ng, s tiêu th năng lư ng và ñi u khi n công su t, s th c
thi ph c t p, kh năng m r ng.
3.2.7. Phân lo i các k thu t l p l ch
Các k thu t l p l ch ph bi n hi n t i cho Wimax có th đư c
phân lo i vào 2 nhóm chính sau: các b l p l ch khơng quan tâm ñ n
kênh truy n (channel-unaware scheduler) và các b l p l ch có quan tâm

đ n kênh truy n (channel-aware scheduler).
3.3. M T S

THU T TOÁN L P L CH CƠ B N

3.3.1. Round Robin (RR)
Round Robin công b ng gán s c p phát cho l n lư t t ng k t
n i m t trong t t c các k t n i. B l p l ch RR cũng có th đư c g i là
b l p l ch vòng tròn.
3.3.2. Weighted Round Robin (WRR)


16
Weighted Round Robin (WRR) s d ng theo cơ ch RR k t h p
v i tr ng lư ng, ñư c áp d ng cho vi c l p l ch trong Wimax.
3.3.3. Deficit Round Robin (DRR)
B l p l ch Deficit Round Robin k t h p m t h n ng ch c ñ nh
Qi (quantum) và m t b ñ m dư th a DCi (deficit counter) vào m i
lu ng d ch v i. Khi b t đ u m t vịng m i, m i lu ng d ch v i ñư c
tăng thêm vào DCi m t lư ng b ng Qi.
3.3.4. Early Deadline First (EDF)
Thu t tốn EDF đư c thi t k ñ c bi t cho các lưu lư ng th i
gian th c như là các l p d ch v UGS, ertPS và rtPS. V i các lưu lư ng
đó gi i h n tr là thơng s QoS chính và v cơ b n các gói v i tr khơng
ch p nh n đư c s b b ñi.
3.3.5. Weighted Fair Queuing (WFQ)
WFQ ñư c s d ng cho các gói có kích thư c thay đ i. Nó cung
c p s qu n lý ưu tiên lưu lư ng, t ñ ng phân lo i gi a các dịng lưu
lư ng đ c l p mà không c n m t danh sách cho phép. Trong WFQ các
gói đư c phân lo i theo lu ng. V cơ b n, m i k t n i có m t hàng đ i

FIFO riêng c a nó và giá tr tr ng lư ng ñư c gán ñ ng cho cho m i
hàng ñ i. Các tài nguyên ñư c chia s theo t l c a tr ng lư ng như
thu t toán WRR.
3.3.6. T ng h p v các thu t l p l ch
B ng 3.1 : So sánh gi a các thu t tốn l p l ch.
Thu t tốn

Ưu đi m

Như c ñi m

FIFO

Nhanh và r t ñơn gi n

Không công b ng, khơng đ m b o
các thơng s QoS

RR

Đơn gi n

Khơng cơng b ng (khi kích thư c
gói thay đ i), khơng đ m b o các
thơng s QoS


17
WRR

Đơn gi n, ñ t ñư c s ñ m
b o v thơng lư ng

Khơng cơng b ng (khi kích thư c
gói thay đ i)

DRR

Đơn gi n, h tr gói có
kích thư c thay đ i

Khơng cơng b ng trong kho ng
th i gian ng n

EDF

Đ t ñư c s ñ m b o v tr

Không công b ng

WFQ

V i tr ng lư ng đ ng và
thích h p, đ m b o v
thông lư ng, tr và s công
b ng

Ph c t p

3.4. M T S

THU T TOÁN L P L CH H

TR

QoS Đ XU T

CHO WIMAX
3.4.1. B l p l ch MDRR
Thu t toán l p l ch MDRR d a vào k thu t l p DRR. Hàng ñ i
trong nguyên t c c a b l p l ch MDDR ñư c xác ñ nh b i hai tham s :
tr ng s và b ñ m dư th a.
3.4.2. B l p l ch gói ñư ng lên v i cơ ch ñi u khi n ch p nh n cu c
g i
Thu t toán b l p l ch gói đư ng lên v i cơ ch ñi u khi n ch p
nh n cu c g i CAC (Call Admission Control) ñư c ñ xu t. Cơ ch
CAC d a trên nguyên lý token bucket.
3.4.3. Thu t toán l p l ch liên l p (Cross-layer) v i h tr QoS
Trong thu t tốn này có các tiêu chí khơng gi ng c a các l p
khác nhau ñư c xem xét ñ tính tính tốn đ ưu tiên c a m i k t n i.
D a trên nh ng tham s này và k t h p v i ñi u ki n kênh truy n đ
tính đ ưu tiên c a k t n i c th .
3.5. K T LU N CHƯƠNG


18

Chương 4 - MƠ PH NG THU T TỐN L P L CH
4.1. GI I THI U CHƯƠNG
4.2. TƯƠNG QUAN GI A THU T TOÁN HÀNG Đ I VÀ

THU T TOÁN L P L CH TRONG WIMAX
Th t ra khái ni m l p l ch hàng đ i gói d li u và l p l ch trong
Wimax có m t s tương ñ ng nh t ñ nh. B i vì trong Wimax cũng t n
t i các hàng ñ i cho các lu ng d ch v riêng bi t. Nhưng vi c l p l ch
trong Wimax trên các hàng đ i có m t s ràng bu c nh t đ nh vì s gi i
h n v tài nguyên cũng như các yêu c u ch t lư ng d ch v .
4.3. ÁP D NG THU T TỐN MDRR TRONG WIMAX
Thu t tốn l p l ch MDRR th t s là m t d ng m r ng c a cơ
ch l p l ch trư c đó là DRR. Nó có m t s bi n ñ i c i ti n hơn so v i
DRR nên có tên là MDRR. Tuy nhiên trong MDRR giá tr h n ng ch
nh n ñư c cho hàng ñ i d a trên tr ng s liên k t v i chúng, như ch ra
trong phương trình (4.1).
Quantum = MTU + 512*Weight
(4.1)
Trong phương trình (4.1), giá tr tr ng s đư c gán tương đương v i t l
ph n trăm và nó ñư c ch ra như sau.
Weight =

(4.2)

Cơ ch l p l ch MDRR là d a trên DRR và c ng thêm vào ph n
hàng ñ i ưu tiên (PQ). Cơ ch hàng ñ i ưu tiên ñư c s d ng nh m m c
đích cách ly lu ng lưu lư ng có yêu c u cao v i các lu ng lưu lư ng
khác ñ cho ch t lư ng c a d ch v ñư c c i thi n t t hơn. Mơ hình thu t
tốn ñư c miêu t như sau:


19

Hình 4.3: Mơ hình thu t tốn MDRR

4.4. MƠ PH NG
4.4.1. Các thơng s ban đ u
Q trình mơ ph ng ñư c th c hi n trên OPNET. Topology PMP
ñư c ch n ñ h tr 8 thuê bao di đ ng trong đó 02 user s d ng ng
d ng Voip (tương ng v i d ch rtPS) v i cơ ch mã hóa G.711. 02 user
s d ng d ch v FTP (tương ng v i d ch v nrtPS) có t i d li u cao,
các user còn l i s d ng d ch email (tương ng v i d ch v BE) có t i d
li u cao.

Hình 4.6: Mơ hình m ng mơ ph ng.
K t qu mô ph ng t p trung chính vào các thơng s b o đ m QoS: thơng
lư ng, đ trư t và đ tr .
4.4.2. K t qu mơ ph ng
• Đánh giá v thơng lư ng.


20

Hình 4.7: Thơng lư ng khi s d ng thu t tốn RR và MDRR
Quan sát trên hình v ta th y: thông lư ng c a rtPS trong MDRR
c i thi n hơn so v i RR, gi m thi u thơng lư ng FTP đ b o đ m cho
các ng d ng th i gian th c nhưng v n b o ñ m ñư c lưu lư ng cho
thuê bao s d ng d ch v FTP và email.
•

Đánh giá v đ tr .

Đ tr (delay) nh n ñư c khi áp d ng thu t toán l p l ch RR và MDRR
cho WIMAX.

21

Hình 4.8: Đ tr khi s d ng thu t tốn RR và MDRR.
•

Ta th c hi n đánh giá v đ tr (delay) khi cho thay đ i kích
thư c gói tin b ng cách thay đ i s frame/s trong ng d ng d ch
v VoIP:

Hình 4.9: Đ tr nh n ñ i v i RR và MDRR khi thay đ i kích gói.


22

Hình 4.10: Đ tr đ i v i RR và MDRR khi thay đ i kích thư c file.
Theo k t qu mơ phịng: đ tr cho các ng VoIP, FTP, email
khi s d ng thu t tốn RR ln cao hơn so v i thu t toán MDRR. Đ tr
này tăng d n khi thay đ i kích thư c gói tin và kích thư c d li u d ch
v , giá tr tăng lên ñ i v i RR cao hơn. Đ tr khi s d ng thu t tốn
MDRR có giá tr nh và ít thay ñ i. Đ tr này tương ñ i n ñ nh khi lưu
lư ng và kích thư c gói tin tăng lên. V i thu t toán MDRR ta nh n ñư c
giá tr ñ tr th p hơn 0.01s (t t hơn) và n đ nh do đó vi c ñáp ng d ch
v cho thuê bao s ñư c c i thi n hơn nhi u. C i thi n ñư c QoS cho
ng d ng th i gian th c (VoIP).
• Đánh giá v đ trư t.
Đ trư t nh n ñư c khi áp d ng thu t toán l p l ch RR và
MDRR cho WIMAX.

23

Hình 4.11: Đ trư t khi s d ng RR và MDRR.
•

Ta th c hi n đánh giá v đ trư t (jitter) khi cho thay đ i kích
thư c gói tin:

Hình 4.12: Đ trư t đ i v i RR và MDRR khi thay đ i kích thư c gói tin


24

Hình 4.13: Đ trư t đ i v i RR và MDRR khi thay đ i kích thư c file.
Nh n xét: Khi s d ng thu t toán RR, ñ trư t có giá tr l n. Khi
ti n hành thay đ i kích thư c gói tin và kích thư c d li u d ch v thì ñ
trư t bi n ñ ng theo. Giá tr ñ trư t này tương đ i l n. Vì thu t tốn
khơng phân bi t đư c nh ng d ch v ưu tiên hơn nên hành x như nhau
gi a các hàng ñ i d n ñ n giá tr đ trư t l n và khơng đ i theo th i gian
th c thi. V i thu t tốn MDRR, giá tr đ trư t c a ng d ng VoIP là
th p và có khuynh hư ng n đ nh hơn so v i thu t tốn RR.
4.5. K T LU N CHƯƠNG
Qua các k t qu mô ph ng th y r ng b l p l ch MDRR cho k t
qu t t v vi c đ m b o các thơng s ch t lư ng cho lu ng d ch v th i
gian th c như tho i ho c video b ng cách duy trì lu ng d ch v ưu tiên.
Đ ng th i cũng b o đ m thơng lư ng t i thi u cho các ng d ng lu ng
d ch v nrtPS và BE.


25

K T LU N VÀ KI N NGH
WMAX (802.16) n i lên như là k thu t m ng không dây băng
r ng đi n hình nh t, v i nhi u ưu ñi m vư t tr i như t c ñ truy n d n
d li u cao, ph m vi ph sóng r ng, d ch v ñư c thi t l p cho t ng k t
n i, tính b o m t cao. WiMAX h tr nhi u ng d ng ña phương ti n
khác nhau như là VoIP, truy n hình h i ngh , trò chơi tương tác, data…
nh ng ng d ng này bao g m nhi u đ c tính t nhiên v n có c a nó như
th i gian th c, s ñ ng b … Do v y b t kỳ k thu t nào cũng c n ph i
đáp ng đư c nh ng tính ch t đó. Đ đáp ng đư c thì c n ph i xem xét
v nđ

khía c nh ch t lư ng d ch v (QoS), nó đư c ch p nh n như là

m t tiêu chí quan tr ng đ ñánh giá hi u su t c a m t m ng. Theo tiêu
chu n 802.16 ñã ñ nh nghĩa và phân lo i thành 5 l p d ch v đó là:
UGS, rtPS, ertPS, nrtPS và BE. V i m i l p d ch v có nh ng u c u
v băng thơng và m c đ ch t lư ng QoS. Hi n có r t nhi u thu t toán
l p l ch gi i quy t cho nh ng v n ñ này. Trong n i dung lu n văn này
em đã trình bày m t s đ c đi m cơng ngh c a WiMAX ñã ñư c Di n
ñàn WiMAX và IEEE chu n hố và đưa ra m t s k thu t l p l ch cơ
b n cũng như m t s k thu t l p l ch riêng bi t ñư c ñ xu t áp d ng
cho WiMAX. Lu n văn trình bày thu t tốn l p l ch MDRR và ñ xu t
áp d ng cho WiMAX, thu t toán l p l ch này d a trên thu t tốn DRR và
đưa vào cơ ch hàng ñ i ưu tiên. Qua k t qu mơ ph ng, ta th y đư c
hi u qu c a b l p l ch này, đó là ñ m b o ñư c thông lư ng cho các
lu ng d ch v và ñáp ng ñư c m t s yêu c u QoS c a các lu ng d ch
v như ñ tr , ñ trư t. B l p l ch MDRR cịn đem l i m t s ưu tiên
cho các lu ng d ch v khi c n thi t thông qua m t tr ng s . Thu t tốn
này có th i gian th c thi nhanh và ñ ph c t p không cao d dàng áp

d ng trong h th ng WiMAX.