-1-

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Để đảm bảo được chất lượng dịch vụ với các tham số cụ thể,
mạng IP vô tuyến cần một thuật toán điều khiển đăng nhập thích hợp
để cho phép hoặc cấm các cuộc gọi dựa trên điều kiện lưu lượng
trong tế bào hoặc trong tế bào bên cạnh. CAC là lĩnh vực được nhiều
nhà nghiên cứu quan tâm
Mục đích nghiên cứu
Trong qu
yển luận văn này, chúng tôi tập trung đi sâu nghiên
cứu mô hình điều khiển đăng nhập hệ thống dựa trên các mức ưu tiên
đối với lưu lượng đa lớp để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Đồng thời
đề xuất biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng lõi.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Cơ chế điều khiển đăng n
hập đối với đầu cuối di động để đảm bảo
chất lượng dịch vụ khi chuyển vùng. Bên cạnh đó, kiến trúc Diffserv
đảm bảo QoS đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và có nhiều
ứng dụng, việc điều khiển các đáp ứng tại các nút mạng là rất quan
trọng, cơ chế điều khiển bộ đệm và biện pháp cân bằng lưu lượng

giữa các tham số QoS được tập trung nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng lý thuyết hàng đợi và mô hình dòng chảy Markov để giải
quyết bài toán chuyển vùng đối với các lớp dịch vụ kết hợp với các
tham số kỹ thuật được đưa ra trong SLA. Lý thuyết fuzzy được sử
dụng để cân bằng giữa các tham số QoS.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận văn nghiên cứu với mục đích đề xuất phương

oại
Mô hình lưu lượng đối với dịch vụ thoại dựa trên lý thuyết
Erlang dựa trên 2 tham số. Đó là tốc độ xuất hiện cuộc gọi và thời
gian chiến giữ trung bình. Phân bố thống kê đối với các xuất hiện
cuộc gọi được coi là phân bố Poisson với thời gian giữa các lần xuất
hiện thuân theo phân bố mũ
1.2.2 Lưu lượng dữ liệu
Đối với liên kết lưu lượng, một số
các tham số điển hình được
sử dụng để đặc tính hóa nguồn lưu lượng như tốc độ dữ liệu đỉnh tốc
độ dữ liệu trung bình cũng như lưu lượng bùng nổ, trong đó có một
số tham số quan trong phụ thuộc vào lớp dịch vụ và loại ứng dụng.
Các tha
m số quan trọng nhất là: Tỷ lệ mất gói, Thông lượng
(throughput), Tính sẵn có (availability), Trễ, Biến đổi trễ.
1.2.3 Lưu lượng và liên kết không đối xứng
Trong thực tế, nhu cầu sử dụng dữ liệu đối với người sử dụng
thường là không đối xứng.Thông thường nhu cầu tải dữ liệu theo
hướng xuống nhiều hơn theo hướng lên.
1.3 Chất lượng dịch vụ và c
ác yếu tố liên quan
1.3.1 QoS Internet
Kiến trúc hỗ trợ QoS trên Internet được phân loại thành hai
nhóm: Các dịch vụ tích hợp IntServ và dịch vụ vi phân DiffServ
-3-

1.3.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ)
Cốt lõi của IntServ là giao thức chuNn bị tài nguyên RSVP.
RSVP cho phép người sử dụng kết cuối báo hiệu mạng về các yêu
cầu QoS của người sử dụng và cho phép các node mạng gửi báo hiệu

sẻ hoàn toàn (CS), nó cho phép tất cả các SLA chia sẻ tài nguyên một
cách tự do.
1.5 Kết luận
Chương này trình bày sơ lược về các dịch vụ trong mạng
N GN và các bài toán đặt ra mà các nhà khoa học phải giải quyết.
Kiến trúc Diffserv thuận lợi cho việc triển khai diện rộng và thích
hợp với bài toán đặt ra hiện nay. Các vấn đề liên quan tới chất lượng

-
4-

dịch vụ được các nhà nghiên cứu quan tâm và cũng như các tồn tại
cần khắc phục làm cơ sở chọn hướng giải quyết và cách giải quyết
mà luận án sẽ đưa ra ở chương 3 và chương 4.
CHƯƠNG 2: CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO
Thuật toán chuyển giao hiệu quả sẽ là cách rẻ nhất để đảm bảo
dung lượng hệ thống và chất lượng dịch vụ.
2.1 Các kịch bản phát triển hệ thống thông tin di động
tế bào
Một số các kiến trúc tế bào cơ bản: macrocell, microcell, hệ
thống chồng lân và các kiến trúc đặc biệt như hệ thống băng rộng đa
kênh…
2.2 Mức độ ưu tiên trong chuyển giao
Hai phương pháp chính trong ưu tiên hóa chuyển giao đó là
kênh bảo vệ và hàng đợi.
• Kênh bảo vệ
• Hàng đợi trong chuyển giao
2.3 Chuyển giao
và quản lý tài nguyên
-5-

Cơ chế hoạt động như sau: nếu số các cuộc gọi mới vượt quá
một ngưỡng cho trước thì khi cuộc gọi mới xuất hiện, cuộc gọi mới
này sẽ bị khóa; ngược lại nó sẽ được chấp nhận. Cuộc gọi chuyển
giao chỉ bị rơi khi tất cả các kênh trong tế bào đã được sử dụng.
Gọi K là ngưỡng đối với cuộc gọi mới và
,,1,1
hh
λ
λμμ

và C lần lượt là tốc độ đến của cuộc gọi mới, tốc độ xuất hiện cuộc
gọi chuyển giao, thời gian chiếm kênh trung bình của cuộc gọi mới
và cuộc gọi cũ và số kênh trong tế bào. Tính toán xác suất khóa cuộc
gọi mới
nb
p
và xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao
hb
p


nn
ρρ
ρρ
ρ
ρ
−
−−
==
−
=
+
−
=
∑∑
∑∑
(2.1)
1
1
1
1
2
1
12
0
11
0
12
.
!( )!
!!
Hình 2.2: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái của cơ chế ưu tiên hoàn toàn
m-1,0 m-1,1
m,0 m,10,0 0,1
m,mm-1,m

m,C-mm-1,C-m

0,m

0,C-m

m-1,C-
m+1

mC
hhh
jjm
j
p
jj
ρρ ρ
ρρ ρρ ρ
−
=
−
==+
+
=
++
+
∑
∑∑
(2.3)
01
()
!
() ()
!!
mCm
hh
a
hb
jmjm
mC

12

C
β
ββ
≥≥≥ lưu lượng cuộc gọi mới sẽ được điều chỉnh để
ngày càng nhỏ hơn (mỏng đi) khi số lượng kênh bận tăng lên.)
Chúng ta có thể tính được xác suất khóa của cuộc gọi mới và
xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao:
0
(1 ) , 0
C
a
nb j j C
j
pp
ββ
=
=
−=
∑
(2.5)
a
hb C
p
p
=
(2.6)
-7-


i
iK
β
≤≤ ≤≤
với mỗi lớp i và
12
0 1
K
β
ββ
≤
≤≤≤.
Chọn các xác suất
i
β
theo QoS: dựa vào QoS chúng ta phân loại
quyền ưu tiên làm K mức và quyền ưu tiên cao hơn có xác suất cao
hơn để chiếm kênh (hoặc băng thông). Cuộc gọi mới trong mỗi lớp
được chấp nhận hoặc từ chối dựa vào việc chiếm kênh và lớp dịch vụ
của nó. Chúng ta giả sử rằng tất cả lưu lượng được tạo ra theo phân
phối Poisson với tốc độ trung bình mỗi tế bào là
,
ih
λ
λ
cho mỗi cuộc
gọi mới của lớp i và cuộc gọi chuyển giao. Quyền ưu tiên được cung
cấp cho cuộc gọi chuyển giao bằng cách phân bổ kênh
h
C

λ
λ
lần lượt là tốc độ xuất hiện trung bình cho cuộc gọi mới
lớp i và cuộc gọi chuyển giao như định nghĩa trong 3.1.1. Số cuộc gọi
mới đến trong mỗi giây với mỗi tế bào
1
K
nii
i
λ
βλ
=
=
∑

Xác suất nghẽn của cuộc gọi mới là tổng các xác suất ở trạng
thái có số kênh bận ở trạm gốc lớn hơn hoặc bằng
h
CC
−
:
()
1
()
11
01
()
!
()()
!!

μμ
−−−
=
=−
−−−
−
==
==−+
+
=
++
+
∑
∑
∑∑
∑∑
(3.1)
Xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao là xác suất ở trạng thái có số
kênh bận ở trạm gốc bằng C:
1
()
11
01
()
!
()()
!!
hh
hh
h

==−+
+
=
++
+
∑
∑∑
∑∑
(3.2)
-9-

3.1.3 Tính toán số cho hệ thống
Ta giả sử rằng
16C
=
và 4
h
C = . Giả sử có hai lớp dịch vụ
QoS với
1
0,95
β
= và
2
1
β
= . Tốc độ cuộc gọi mới ở lớp 1 là
1
120
λ


Hình 3.2: Xác suất khóa của cuộc gọi mới theo tải lưu lượng.

Droppin
g
probabilit
y
of handoff
call
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 20406080100
Traffic loads
Probability
wit h class an d guar d chan n el wit hout class, guar d chan n el

Hình 3.3: Xác suất rớt cuộc gọi chuyển giao theo tải lưu lượng với C
khác nhau.
Hình 3.4: Xác suất nghẽn cuộc gọi mới theo tải lưu lượng với C khác
nhau.
Blocking pr obabilit y of new call
-0.5

sau khi hoạt động thương thảo giữa các
bên về đặc tính dịch vụ. Các
điều khoản của SLA liên quan đến QoS được gọi là thỏa thuận QoS.
3.2.2 Thỏa thuận QoS
Các tham số QoS phải được định nghĩa rõ ràng khi xây dựng
một SLA, các tham số này chính là các thoả thuận QoS. Các tham số
QoS thành loại trực tiếp và loại gián tiếp. Các tham số QoS có thể
được kết hợp theo một thuật toán để đưa ra một chỉ số liên quan đến
QoS tổng thể để có thể đánh giá chất lượng dịch vụ
khách hàng nhận
được phù hợp như thế nào so với dịch vụ đã được ký kết
3.2.3 Cơ chế kênh ưu tiên định sẵn với hàng đợi cho lưu lượng
chuyển giao dựa trên SLA
Để giảm xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao, một bộ đệm có
kích thước K được sử dụng. Cũng giống như cơ chế ưu tiên hoàn to
àn,
chúng ta sử dụng
h
C kênh dành riêng cho các cuộc gọi chuyển giao.
()
h
CC− kênh còn lại được dùng chung cho cả các cuộc gọi mới và
các cuộc gọi chuyển giao. N ếu C kênh đã được sử dụng, cuộc gọi
chuyển giao sẽ được đưa vào đợi trong bộ đệm (có kích thước K).
N hư vậy, hệ thống sẽ bao gồm C kênh và bộ đệm kích thước K và
kích thước hệ thống sẽ là
CK+
.
μ


1
h
CC
μ
−+C
μ
1
λ
h
λ

Hình 3.5: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái của Cơ chế kênh ưu tiên định
sẵn với hàng đợi cho lưu lượng chuyển giao dựa trên SLA
Dựa trên các tham số SLA, các cuộc gọi chuyển giao được
phân làm hai loại ta tạm gọi là loại 1 và loại 2. Gọi
n
λ
là tốc độ xuất
-
12-

hiện của cuộc gọi mới,
1
λ
là tốc độ xuất hiện của cuộc gọi chuyển
giao thoả mãn tham số SLA về độ trễ (cuộc gọi chuyển giao loại 1),
2

CC− :
h
CK
Bj
jCC
PP
+
=−
=
∑
(3.3)
Xác suất rơi cuộc gọi của các cuộc gọi chuyển giao là tổng của
các xác suất trạng thái có số các kênh bận trong hệ thống lớn hơn
hoặc bằng C :

CK
H
j
jC
PP
+
=
=
∑
(3.4)
Xác suất rơi cuộc gọi của các cuộc gọi chuyển giao loại 1:

1
H
CK

∑
(3.6)
3.2.4 Tính toán và phân tích số
Trong quá trình phân tích chúng ta sử dụng các giá trị
16, 4, 4
h
CCK===. Trong cơ chế ưu tiên hoàn toàn, chúng ta giả
-13-

thiết tốc độ xuất hiện cuộc gọi mới trong tế bào là
1/15
n
λ
=
và tốc
độ xuất hiện cuộc gọi chuyển giao là
1/20
h
λ
= . Bên cạnh đó để cho
việc so sánh các giá trị chính xác, trong cơ chế kênh ưu tiên định sẵn
với hàng đợi dựa trên tham số SLA ta giả thiết
1/15
n
λ
=
và tốc độ
xuất hiện các cuộc gọi chuyển giao loại 1 là
1
1/ 25

-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 5 10 15 20 25 30 35
Traffic load (ρ)
Blocking probability of new calls
without priority with queue with queue and priority

Hình 3.7: Xác suất khoá cuộc gọi mới theo lưu lượng tải trên từng
kênh
-
14-

Trong Hình 3.6, khi lưu lượng tải tăng thì xác suất rơi cuộc gọi
cũng tăng theo, cơ chế điều khiển theo SLA có xác suất rơi cuộc gọi
là nhỏ nhất. Trong khi đó, Hình 3.7 cho chúng ta thấy xác suất khoá
cuộc gọi mới đối với tất cả các cơ thế là như nhau. Hình 3.8 và Hình
3.9 cho chúng ta thấy, với số kênh bảo vệ và hàng đợi như nhau, khi
tổng số kênh tăng lên thì xác suất rơi cuộc gọi mới và khoá cuộc gọi
tăng lên, điều này
cũng dễ dàng nhận được bởi vi khi đó tỷ lệ giữa số
kênh bảo vệ dành cho cuộc gọi chuyển giao với tổng số kênh của hệ
thống giảm đi.
-0.2
0

Chương này đề cập tới các phương pháp điều khiển đăng nhập
cuộc gọi dành cho mạng thông tin di động Phương pháp sử dụng
các mức ưu tiên cho các cuộc gọi đa phương tiện, kết nối cuộc gọi đa
phương tiện có thể ở mức ưu tiên cao hơn cuộc gọi thoại, và cuộc gọi
thoại có mức ưu tiên cao hơn cuộc gọi dữ liệu. Bên cạnh đó,
phương
pháp điều khiển đăng nhập cuộc gọi dựa trên các tham số SLA để xử
lý đối với các cuộc gọi sử dụng dịch vụ đa phương tiện.
CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DNCH VỤ
TRONG MẠNG INTERNET
4.1 Kiến trúc hệ thống

Hình 4.1: Mô hình kiến trúc mạng di động vô tuyến Internet.
-
16-

Hệ thống chúng ta quan tâm được minh hoạ trong Hình 4.1
trong đó kiến trúc DiffServ dùng để giám sát QoS. Trong hệ thống,
tất cả các vùng đăng nhập là vùng quản lý DiffServ và trong đó tất cả
các router là DiffServ IP router. Gateway và trạm gốc là các router
biên và được nối với router lõi. Gateway là giao tiếp kết nối với
mạng Internet đường trục, tại đó một SLA được sử dụng để xác định
các tài nguyên được định vị bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet cho
các lưu lượng tập trung
đi và đến gateway
4.2 Điều khiển truy nhập cuộc gọi theo vùng
Giả sử một vùng đăng nhập có M tế bào, trong đó việc xuất
hiện các cuộc gọi mới với mỗi lớp dịch vụ là quá trinh Poisson với
tốc độ λ cuộc trên mỗi tế bào trong một đơn vị thời gian và thời gian
cuộc goi là phân bố mũ với trung bình

j
ε
đối với lớp thứ j,
{1,2, ,J}j
∈
. Gọi S là không gian
trạng thái và M là ma trận tạo của chuỗi Markov của nguồn lưu lượng.
Tại trạng thái i
(
)
iS
∈
, nguồn tạo ra lưu lượng của lớp j
(
)
1
j
J≤≤
-17-

với tốc độ
j
i
λ
. Luật truy nhập dựa trên cơ chế đặt trước không gian,
sử dụng ngưỡng
{
}
,1 1
j

jvv
v
GB z c B B j J
−
=
=
−≤≤
∏
(4.1)
Trong đó để đơn giản coi L = 1. Biểu diễn giá trị riêng dưới
dạng
1
()
v
zc để nhấn mạnh chất lượng dịch vụ bị ảnh hưởng trực tiếp
bởi kênh c. Mục tiêu trong phần này là tìm được một vector
*** *
12 1
( , , , )
tJ
BBBB
−
= có dung lượng kênh c nhỏ nhất.
4.6 Hệ thống ghép kênh hỗn hợp
Giả sử
K
nguồn lưu lượng được đặc tính hóa theo
( , ) ( 1, 2, , )
kk
M

4.7.2 Kiến trúc hệ thống và phương pháp luận
Lưu đồ phương pháp luận phát triển hệ thống
được đưa ra
trong Hình 4.2, trong đó có các thủ tục thực hiện nhiệm vụ của hệ
thống và các khối kiểm tra, người điều hành mạng có thể làm hoàn
chỉnh các chỉ tiêu kỹ thuật được cam kết trong SLA

Hình 4.2: Lưu đồ điều khiển ứng dụng lôgic mờ
4.7.3 Cân bằng giữa độ trễ và tổn thất trong dịch vụ Diffserv
Chúng ta xem xét một mạng có bốn loại hình
dịch vụ cơ bản
và được mã hóa như sau:
11: lưu lượng thời gian thực với mức ưu tiên cao nhất (1)
10: lưu lượng thời gian thực với mức dịch vụ thông thường
(0)
01: lưu lượng không phụ thuộc thời gian thực với mức ưu
tiên cao (1)
00: lưu lượng không phụ thuộc thời gian thực với mức dịch
vụ thông thường (0)
Các tham số kỹ
thuật dùng cho
chính sách
Fuzzy hóa
Điều khiển
fuzzy
Kết quả mô
phỏng
Giải fuzzy
Điều khiển hệ
thống

0,1, ,
x
ss BB=+= +. Các quyết định được thực hiện khi
các gói đi và đến bộ đệm. Chúng ta có các luật điều khiển sau:
(1) N ếu trạng thái hệ thống
10 01
0xs s===, nếu không có gói
nào trong hàng đợi thì sẽ không có gói nào được gửi đi;
(2) N ếu
1
x
=
thì nếu chỉ có một gói trong hệ thống thì gói này
sẽ được gửi đi
Do vậy chúng ta chỉ tập trung vào lập lịch cho các gói đang
nằm trong hàng đợi khi cả hai bộ đệm đang có gói và kênh truyền đi
đang rỗi (có sẵn).
Chúng ta chọn đầu vào fuzzy của các gói
10
s và
01
s trong
các bộ đệm 10 và 01 với các giá trị ZO, PS, PM, và PB. Đầu ra fuzzy
là các quyết định d = 01 hoặc 10, nó có nghĩa là các gói từ bộ đệm 01
hoặc 10 được phục vụ (gửi đi). Chúng ta phát triển nguyên tắc điều
-
20-

khiển được đưa ra trong Bảng 4.1, trong đó giá trị đầu ra fuzzy d = *
có nghĩa là không gói nào được lựa chọn

=
=
3. Xác định d dựa trên quá trình fuzzy hóa, suy diễn fuzzy dựa
trên nguyên tắc mô tả ở bảng trên, và sau đó giải fuzzy
4. N ếu
01 01
sB
<
thì thiết lập
01 01
1ss
=
+ và quay trở lại bước
(3); ngược lại thiết lập
01
0s
=
và tiến đến bước 5
5. N ếu
10 10
sB
<
, thiết lập
10 10
1ss
=
+ và quay trở lại bước
(3); ngược lại “stop”
4.7.5 Tính toán số
Sử dụng công cụ mô phỏng N S2 (N etwork simulator), topo

nghẽn
-
22- Bảng 4.2: Thống kê lưu lượng của toàn mạng
Packets Statistics
CP TotPkts TxPkts ldrops Edrops
All 26430 26430 0 1080
DS 10 1116 1116 0 0
DS 11 25314 25314 0 1080
Bảng 4.2 cho thấy do có cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ
cho các gói thuộc lớp lưu lượng DS 10 do vậy không có tổn thất lưu
lượng. Đối với các gói thuộc lớp lưu lượng DS 11, tại mạng lõi sau
khi đăng nhập được vào hệ thống, với cơ chế cân bằng tham số hoạt
động trong QoS thì tổn thất lưu lượng là không có. Tuy nhiên để
đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các lưu lượng mức ưu tiên cao hơn
thì các gói bị chặn tại biên
của mạng.
Trên cơ sở kết quả mô phỏng thu được chúng ta nhận thấy
phương pháp cân bằng tham số theo fuzzy ổn định hơn và thời gian
đáp ứng nhanh hơn.
4.8 Kết luận
Chúng ta đã xét một mô hình hệ thống dựa trên cơ chế đăng
nhập theo vùng và đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng thông ti
n di
động vô tuyến Internet thế hệ sau. Kiến trúc này hỗ trợ chuyển giao
nhanh và giám sát chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ Diffserv.
Chúng ta nghiên cứu một thuật toán hiệu quả để tìm ra ngưỡng tối ưu
cho bộ đệm được phân chia để cung cấp các mức ưu tiên cho nguồn

thấp hơn trong khoảng Δ= 2%÷1,015%).
• Việc cấp phát tài nguyên trong mạng thông tin di động IP
dựa trên kiến trúc Diffserv được thực hiện với cơ chế điều
khiển bộ đệm từng p
hần áp dụng cho các lớp lưu lượng khác
nhau đảm bảo hỗ trợ cơ chế chuyển giao nhanh, đảm bảo
chất lượng dịch vụ (các gói ở mức ưu tiên cao có tỷ lệ tổn
thất ldrops=0).
• Đề xuất cơ chế điều khiển cân bằng giữa các tham số QoS
dựa trên lý thuyết điều khiển fuzzy, trong đó điều k
hiển đăng
nhập đối với lưu lượng tại các nút biên của mạng đề đảm bảo
băng thông trong mạng lõi điều tiết tránh bị quá tải trong
trường hợp đột biến lớn (burstiness>>1)
-
24-

Hướng nghiên cứu tiếp theo
• Đối với cơ chế điều khiển đăng nhập dựa trên các mức ưu
tiên được trình bày trong luận án mới là bước đầu trong việc
xây dựng một thuật toán điều khiển, trong tương lai phân tích
toán học và mô phỏng sẽ được phát triển cho hệ thông với
môi trường di động không đồng nhất, các lưu lượng hỗn hợp
được tạo ra từ các nguồn lưu lượng d
i động với tốc độ di
chuyển thay đổi (mô phỏng với các môi trường như đường
cao tốc hay trong một khu công nghiệp- tốc độ người đi bộ).
• Cơ chế điều khiển đăng nhập kết hợp với SLA đã đề xuất
biện pháp điều khiển dựa trên điều khiển các bộ đệm phụ
thêm cho các mức SLA, trong tương lai