Quản lý di động
Tính toán di động
Quản lý di động
1.
3.
4.
Giới thiệu Quản lý vị trí 2. Quản lý chuyển giao Ví dụ
2 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
1. Giới thiệu
I. Bài toán II. Quản lý vị trí III. Quản lý chuyển giao
3 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
I. Bài toán
Điều kiện
Nút n muốn trao đổi thông tin với nút di động m Nút m kết nối thông qua một điểm truy cập (AP) hoặc một trạm
cơ sở (BS) Để thống nhất, sử dụng thuật ngữ AP Nút m có thể kết nối với một AP khác
4 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Yêu cầu
Nút n có thể thiết lập kết nối với m
=> cần xác định vị trí của m: quản lý vị trí
Nút n có thể duy trì kết nối với m
Cần có cơ chế để thiết lập lại kết nối vật lý với m Cần có cơ chế để duy trì kết nối logic => quản lý chuyển giao (Handoffs)
5 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Ví dụ
Thanh toán tiền điện/điện thoại
Hóa đơn gửi đến nhà Thanh toán tiền qua tài khoản/thu trực tiếp
Đi vắng
Nhờ thanh toán hộ
Chuyển nhà
Báo chuyển địa điểm (cho ai?)
6 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
II. Quản lý vị trí
Các thao tác cơ bản
Tìm kiếm: tìm kiếm vị trí theo địa chỉ
Quảng bá Quảng bá cục bộ
Cập nhật: cập nhật thông tin về vị trí khi có sự thay đổi Đăng ký: ghi lại các thay đổi về vị trí với một server
Cập nhật, đăng ký, tìm kiếm=> hiệu năng
Tính cập nhật của thông tin, phạm vi của cell cục bộ
7 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Phạm vi của cell cục bộ
Nhỏ=>
Tìm kiếm bằng quảng bá nhanh và rẻ hơn Thường xuyên phải cập nhật thông tin (do nút thường xuyên
chuyển từ AP này sang AP khác)
Chi phí về lắp đặt AP tăng
Lớn
Phức tạp trong việc thiết lập kết nối cục bộ
8 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Kiến trúc CSDL
Cơ sở dữ liệu về vị trí Co giãn, hiệu năng, sẵn sàng Phân tán ở mức độ hợp lý => mô hình quản lý vị trí
9 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
III. Chuyển giao-Handoffs
Đảm bảo kết nối khi dịch chuyển từ máy này sang máy
khác
Các gói tin được truyền-nhận cùng một thời điểm Câu hỏi
Khi nào chuyển sang AP mới? Chọn AP nào? Giữ kết nối thế nào? Chuyển giao từ AP cũ sang mới?
10 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Thời điểm chuyển AP mới
Có thể do mạng quyết định hoặc do máy quyết định Căn cứ vào
tín hiệu (SNR) tải của AP (cũ)
11 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Lựa chọn AP mới
Có thể có nhiều khả năng lựa chọn AP mới Tiêu chí lựa chọn Tải của AP (mới) Tín hiệu SNR Hướng chuyển động của thiết bị
Độ phức tạp cao
12 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Thiết lập kênh truyền với AP mới
Thỏa thuận
Thiết lập kênh truyền (hướng kết nối) Tốc độ tải lên, tải xuống Xác định địa chỉ IP ....
Xác định các tài nguyên cần thiết cho kênh truyền tin:
Channel allocation
Phức tạp, liên quan đến chi phí chung của cả hệ thống Cần có cơ chế phân chia tài nguyên
13 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Chuyển giao kết nối từ AP cũ sang AP mới
Soft Handoffs, vd CDMA
=> => Hard Handoffs, vd GSM
Chuyển thẳng đến AP mới Chuyển đến AP cũ sau đó được chuyển tiếp tới AP mới Cùng lúc Tuần tự Trường hợp giao thức hướng kết nối cần duy trì được kết
nối (tầng giao vận)
14 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Quản lý di động=quản lý vị trí+chuyển giao
15 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
2. Nguyên lý, kỹ thuật quản lý vị trí
Quản lý bởi 1 nhà đăng ký Quản lý theo vùng Sao lưu thông tin vị trí
16 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
I. Quản lý một nhà đăng ký
Single Home Location Registrar Ít dùng trong thực tế Cho phép nắm được nguyên lý hoạt động của các Home
Registrar
Thành phần hệ thống
Các AP Các thiết bị di động Home Location Registrar
17 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Thao tác đăng ký
18 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Đăng ký khi chuyển cell
19 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Tìm kiếm m trường hợp thành công
20 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Tìm kiếm m Trường hợp không thành công
21 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Giải pháp 1
- Bổ sung thêm các thông tin cho từng thiết bị di động trên HLR:
: thời gian cập nhật cuối cùng : thời gian có hiệu lực của liên kết
- 𝑡𝑢 - TTL - TTL nhỏ: giảm xác suất không tìm thấy
- Vấn đề:
- khi thời gian vượt quá TTL, HLR sẽ không có thông tin về m
- Giải pháp
- Cập nhật thông tin về m định kỳ chu kỳ 𝑡𝑝 nào đó nhỏ hơn TTL - Số lượng thông báo cập nhật vị trí sẽ tăng lên - Chi phí tìm kiếm giảm. - Xác suất tìm thấy tăng
22 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Giải pháp 2
Nếu không tìm thấy m trong cell c, (m,c) có ở HLR Tìm kiếm các cell k-lân cận (bằng quảng bá) k tăng:
Xác suất tìm thấy tăng Thời gian tìm tăng Chi phí quảng bá trong cell cao
𝑘 = 𝑣𝑚 ∗ 𝑡𝑝: khoảng cách tối đa mà nút có thể di chuyển
trong thời gian cập nhật
23 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Quản lý bằng HLR
Tất cả các thao tác cập nhật đều chạy qua AP và HLR AP chịu trách nhiệm về cell, HLR chịu trách nhiệm cả hệ
thống HLR quá tải
Trễ cập nhật và tìm kiếm tăng HLR sập=> tê liệt cả hệ thống
=> sử dụng nhiều HLR
Phân tán, sao lưu dữ liệu, tổ chức các HLR (phẳng, phân cấp,
...)
Thực tế: GSM
24 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
II. Quản lý vị trí theo vùng Tập hợp các cell tạo thành
một vùng Vùng đăng ký của cells:
BS
MH
Registration Area /Location Area
MSS
Chi phí cập nhật thông tin
giảm Khi dịch chuyển giữa các
AP cùng một LA/RA không cần cập nhật về HLR
Chi phí tìm kiếm tăng
Phạm vi tìm kiếm rộng hơn
(vài cell của AP)
25 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Cập nhật và tìm kiếm với 01 HLR
26 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Cập nhật và tìm kiếm với 1 HLR
Cập nhật thông tin
Định kỳ, khi đăng ký, khi chuyển giao Tương tác giữa RA và HLR
Tìm kiếm
Tại HLR: yêu cầu=> trả lời (điểm-điểm) Tại AP: yêu cầu=> trả lời (quảng bá)
Các thành phần tham gia Mobile, HLR, RA, AP
Phân phối các chức năng giữa các thành phần Trường hợp nhiều HLR?
27 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Tìm kiếm-nhiều HLR
n
HLR1
HLR2 Có m
28 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Tìm kiếm-nhiều HLR Nút n tìm nút m
Nếu m có trong cùng một HLR => như đã thực hiện ở trên Nếu m không trong cùng một HLR => kết nối với HLR 2
Vấn đề
Nút m dịch chuyển và kết nối với 𝐴𝑃 ∈ 𝐻𝐿𝑅2
Giải pháp 1
m đăng ký với HLR2, HLR2 thông báo với tất cả các nút có liên quan về
sự thay đổi này
Thao tác toàn cục: chi phí cập nhật cao Không ảnh hưởng đến quá trình tìm kiếm
Giải pháp 2
m đăng ký với HLR2, HLR2 thông báo với HLR1 về việc m đang thuộc
HLR2
Các nút khác khi tìm m được HLR1 yêu cầu để kết nối với HLR2 Chi phí cập nhật nhỏ, chi phí tìm kiếm tăng
29 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Nhiều hơn 2 HLR Nút m cập nhật thông tin khi đăng ký với LR mới Nút n kết nối với HLR của m để nhận thông tin về LR đang
quản lý m (VLR-Visiting location registrar)
Xuất hiện tương tranh giữa quá trình tìm kiếm và quá trình
đăng ký Có khả năng tìm kiếm sai (n đuổi theo m) Giảm thời gian cập nhật, tăng thời gian tìm kiếm
Giải pháp 1
Forwarding pointer: Nút m khi chuyển giao để lại địa chỉ của mình ở
LR cũ Giải pháp 2
Cập nhật động thông tin về vị trí
Theo thời gian, theo vị trí, theo khoảng cách
30 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
III. Sao lưu thông tin vị trí
Tăng tốc độ tìm kiếm Tăng khả năng sẵn sàng của hệ thống
HLR bị sự cố=> tất cả các nút được quản lý bởi HLR không
truy cập được
Các bài toán cần giải quyêt
Số lượng sao lưu (toàn bộ, một phần)
Sao lưu tại VLR của nút di động Mô hình phẳng Mô hình phân cấp
31 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Sao lưu tại VLR của nút
Các yêu cầu tìm kiếm của nút n đi qua VLR của n VLR có thể tổng hợp các yêu cầu kết nối theo nút m, từ đó xác định liệu vị trí của m có thể được lưu lại hay không
Khi tìm kiếm thông tin,
nếu không có=> thực hiện tìm kiếm như thông thường Nếu có => thực hiện truy cập
Nếu không thành công: xóa bộ nhớ đệm, thực hiện tìm kiếm lại Cơ chế đệm “lười”. Thời gian và chi phí tìm kiếm tăng khi có
cache miss.
32 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Sao lưu tại VLR của nút
Cơ chế đệm tích cực
Quản lý danh sách các LR đang lưu trữ thông tin về m Khi m chuyển đổi vị trí: cung cấp thông tin cho tất cả các LR Giảm chi phí tìm kiếm Tăng chi phí cập nhật
Bài toán
Thông tin về m lưu trữ trên LR nào Khi nào cần lưu trữ thông tin về m
33 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Mô hình phẳng
34 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Mô hình phân cấp
35 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
3. Handoffs
II.
Khái niệm I. Thiết lập kênh III. Chuyển giao liên kết
36 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
I. Khái niệm
MS chuyển từ một vùng phủ sóng sang vùng phủ sóng
khác, trong khi đang trao đổi thông tin
Liên kết vật lý với BS (AP) cũ được thay thế bằng liên kế
với BS (AP) mới
Roaming
MS chuyển từ một hệ thống sang một hệ thống khác
37 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Các vùng bao phủ
Hệ thống thông tin cá nhân (Personal Communication Network, vd GSM)
MSC region
(MSC) Mobile Switch region Location area
BSC
Location area
BSC
BTS
BTS
MSC region
38 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Vùng bao phủ của BS Phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau
Địa lý, ăng ten, ...
Tại ranh giới giữa các vùng bao phủ Tín hiệu từ các BS hàng xóm tăng Tín hiệu từ BS hiện tại giảm
Chi phí chuyển giao
Đắt, đặc biệt với các vùng bao phủ nhỏ Vùng bao phủ nhỏ
Tăng khả năng sẵn sàng của hệ thống Giảm tiêu thụ điện năng của các thiết bị di động
Các vấn đề
Phát hiện, thiết lập kênh, chuyển đổi liên kết 39
@Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
II. Phát hiện chuyển giao
Vì sao cần phát hiện quá trình chuyển giao Thực thể nào sẽ khởi tạo quá trình chuyển giao Dựa vào các thông số của liên kết
WEI (Word Error Indicator) RSSI (Receiving Signal Strength Indicator) QI (Quality Indicator)
40 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
3 cách phát hiện chuyển giao Được điều khiển bởi thiết bị
Thiết bị theo dõi liên tục trạng thái của liên kết Khi điều kiện chuyển giao thỏa mãn, khởi động quá trình chuyển giao
Được điều khiển bởi mạng
Các AP xung quanh giám sát, đo lường chất lượng của kênh kết nối
với MS
Khi điều kiện thỏa mãn, khởi động quá trình chuyển giao
Điều khiển bởi mạng, có sự hỗ trợ của thiết bị
Theo yêu cầu của mạng, MS đo đạc chất lượng kênh truyền và báo về Căn cứ vào kết quả, mạng khởi động quá trình chuyển giáo
41 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Quá trình chuyển giao điều khiển bởi thiết bị
42 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Quá trình chuyển giao điều khiển bởi mạng
BS giám sát chất lượng tín hiệu từ MS Khi chất lượng tín hiệu thấp => MSC thực hiện chuyển
giao
Hỏi tất cả các BS xung quanh về chất lượng tín hiệu của
MS
Chọn một BS, thông báo cho MS và BS mới Nhược điểm
Tải cho MSC Số lượng thông báo lớn Thời gian chuyển giao lớn
43 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
MCHO/MAHO-NCHO
MAHO-NCHO
MCHO
Yêu cầu chuyển giao được gửi trên liên kết mới (chất lượng cao?)
Yêu cầu chuyển giao được gửi trên liên kết cũ (chất lượng thấp, => fail) MS không nhận được thông báo=> quá trình chuyển giao lỗi
Không có thông tin điều khiển được gửi qua liên kêts
44 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
III. Thiết lập kênh
Sử dụng tối ưu hạ tầng truyền thông đảm bảo chất lượng
dịch vụ
Cơ chế chuyển giao Cơ sở: không ưu tiên Kênh đặt trước Hàng đợi ưu tiên Sub rating
45 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Ngắt kết nối bắt buộc Chặn kết nối
Yêu cầu thiết lập kết nối không thành công Không có kênh rỗi trên AP mới dành cho MS
Ngắt kết nối bắt buộc
Yêu cầu chuyển giao không thành công Không có kết nối rỗi trên AP mới cho MS đang có kết nối với
AP cũ
Các yếu tố hiệu năng Chất lượng dịch vụ Băng thông sử dụng Độ phức tạp của thuật toán Số lượng tìm kiếm trong CSDL
46 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Thiết lập kênh cơ sở
47 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Thiết lập kênh đặt trước
48 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Hàng đợi ưu tiên
49 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Thay đổi điểm đánh giá
50 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
III. Chuyển giao liên kết Gỡ bỏ liên kết cũ Thiết lập liên kết mới Thủ tục chuyển giao liên
kết Cứng Mềm Nội BTS Liên BTS Nội BSC Liên BSC Liên hệ thống
51 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Các loại chuyển giao
52 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Liên BS
53 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Liên MSC
54 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Tối ưu
55 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Chuyển giao cứng
MS chỉ kết nối với 1 BS Trao đổi thông tin của MS bị ngắt quãng
56 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
Chuyển giao mềm
MS có thể kết nối với nhiều AP (BS) BS sử dụng chung giải tần BS đồng bộ lẫn nhau Hệ thống có khả năng “trộn” các thông tin từ nhiều BS => rất phức tạp
57 @Hà Quốc Trung 2011 03/10/2011
