zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Báo cáo khoa học: " CẢI TIẾN CÁC THUẬT TOÁN MƯỢN VÀ KHOÁ KÊNH TẦN SỐ MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Báo xấu

85
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo này chúng tôi trình bày hai cải tiến trong cấp phát kênh tần số của mạng di động tế bào. Bằng việc sử dụng hai ngưỡng nhằm phân loại các tế bào (ô) thành 3 lớp khác nhau, tiếp theo là định vị chính xác ô đồng kênh cần phải khoá kênh tần số, số lượng ô đồng kênh cần phải khoá kênh tần số và gia tăng số kênh mà ô nóng có thể mượn được từ ô lạnh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: " CẢI TIẾN CÁC THUẬT TOÁN MƯỢN VÀ KHOÁ KÊNH TẦN SỐ MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO"

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 CẢI TIẾN CÁC THUẬT TOÁN MƯỢN VÀ KHOÁ KÊNH TẦN SỐ MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO IMPROVING THE FREQUENCY CHANNEL BORROWING AND LOCKING ALGORITHM IN CELLULAR MOBILE SYSTEM ĐỖ HỮU TRÍ Học viện Công nghệ Bưu chính, Viễn thông VŨ DUY LỢI Trung tâm Tin học - Văn phòng Trung ương Đảng HÀ MẠNH ĐÀO Viện Công nghệ Thông tin TÓM T ẮT Trong bài báo này chúng tôi trình bày hai cải tiến trong cấp phát kênh tần số của mạng di động tế bào . Bằng việc sử dụng hai ngưỡng nhằm phân loại các tế bào (ô) thành 3 lớp khác nhau, tiếp theo là định vị chính xác ô đồng kênh cần phải khoá kênh tần số, số lượng ô đồng kênh cần phải khoá kênh tần số và gia tăng số kênh mà ô nóng có thể mượn được từ ô lạnh. Kết quả cho thấy xác xuất khoá kênh của phương pháp mới thấp hơn và số kênh mà ô nóng mượn được từ các ô lạnh cao hơn so với LBSB [2], Adapt [4]. ABSTRACT In this paper, we propose two reformations of channel frequency allocation in the cellular mobile system. By using two thresholds to classify cellular in three difference classes, we determine the co-channel cells that need to lock the channel frequency and the number of co-channel cell have to be locked and increase the number of chanels which a hot cell can borrow from a cold cell. Expriments have showed the proposal method has a lower blocking probability and a higher borrowing channel than LBSB [2], Adapt [4]. 1. Giới thiệu Trong mạng di động tế bào, việc mượn kênh tần số nhằm làm giảm tải ở những vùng có lưu lượng cao, khoá tần số ở ô đồng kênh nhằm tránh nhiễu có vai trò hết sức quan trọng trong việc quản lý và chia sẻ phổ tần số cho các thuê bao một cách hiệu quả. Tác giả Sajal K. Das đã đề xuất phương pháp cân bằng tải với mượn chọn lọc (LBSB) [2], theo đó việc mượn kênh được thực hiện trước khi số kênh rỗi trong ô cạn kiệt và việc mượn kênh không chỉ từ các ô lân cận mà bao gồm tất cả các ô cùng nhóm compact với nó. Trong LBSB, độ lạnh của một ô được xác định bởi tỉ số giữa số kênh rỗi và tổng số kênh mà ô đó được cấp phát. Nếu tỉ số này lớn hơn một giá trị ngưỡng nào đó thì nó được gọi là ô lạnh, ngược lại là ô nóng và phải mượn kênh. Tuy nhiên, ô nóng chỉ ưu tiên mượn kênh từ các ô lân cận để phục vụ cho các thuê bao chuyển giao, mặc dù các ô này vẫn còn kênh rỗi nhưng chúng không được tiếp tục tham gia cho 49
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 mượn, mặt khác do sử dụng một ngưỡng nên phương pháp này hay xảy ra hiệu ứng quả bóng bàn, nghĩa là sau khi ô lạnh và các ô đồng kênh tham gia cho mượn kênh thì chúng lại trở thành ô nóng cần phải mượn kênh. Bên cạnh đó ô đồng kênh phải khoá luôn là 6. Tác giả Yongbing ZHANG đã đề xuất phương pháp gán kênh thích nghi (Adapt) [4], sử dụng hai ngưỡng nóng và lạnh để phân các ô thành 3 lớp: lạnh, trung bình, nóng. Ô nóng mới được mượn kênh và ô lạnh mới được cho mượn kênh. Phương pháp này đã giảm số ô phải khoá đồng kênh xuống còn 3 tuy nhiên ô nóng vẫn chỉ ưu tiên mượn kênh từ các ô lân cận để phục vụ nhu cầu chuyển giao và sau đó có thể các ô này vẫn còn kênh rỗi nhưng nó không mượn tiếp. Do sử dụng 2 ngưỡng nên phương pháp này tránh được hiện tượng quả bóng bàn tuy nhiên số kênh mà ô nóng mượn được sẽ thấp hơn so với LBSB do số kênh rỗi của ô lạnh và ô đồng kênh phải lớn hơn ngưỡng lạnh mới được khoá kênh. Nhằm làm tối đa số kênh mà một ô nóng có thể mượn được, chúng tôi đề xuất 2 thuật toán mượn kênh và khoá kênh, theo đó ô nóng còn mượn kênh từ các ô khác nếu chúng còn kênh rỗi, số ô phải khoá đồng kênh trong một số trường hợp chỉ cần 2 là đảm bảo tránh được nhiễu đồng kênh. Các thuật toán này cũng sử dụng hai ngưỡng nóng và lạnh. Mặt khác để tăng số kênh mà ô nóng có thể mượn được nhằm giảm hơn nữa số ô nóng còn lại sau khi chạy thuật toán, các ô đồng kênh của ô cho mượn có thể khoá kênh ở cho đến khi số kênh rỗi giảm xuống một mức thấp hơn ngưỡng lạnh nhưng vẫn đảm bảo không gây ra hiệu ứng quả bóng bàn. Nội dung bài báo được bố cục như sau: Phần hai sẽ trình bày tóm tắt những khái niệm cơ bản nhất liên quan đến phân hoạch ô trong mạng tế bào. Phần ba đề xuất cải tiến thuật toán mượn kênh tần số và khoá ô đồng kênh. Phần bốn trình bày về mô phỏng và đánh giá kết quả. Phần năm là kết luận của bài báo. 2. Hệ thống thông tin đi động tế bào 2.1. Nhóm Compact a) Tổ chức kết nối b) Nhóm Compact (i=2, j=1) Hình 1. Mạng di động tế bào Mạng di động tế bào được tổ chức thành một tập hợp các ô lục lăng, mỗi ô được phục vụ bởi một trạm điều khiển BS (Base Station) đặt tại trung tâm ô [1]. Tập hợp các ô được liên kết với nhau tạo thành một trung tâm chuyển mạch (MSC) và hoạt động như 50
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 một cổng của mạng tế bào kết nối tới các mạng viễn thông PSTN, ISDN hoặc mạng máy tính LAN/WAN khác. Các BS kết nối với các thuê bao di động bằng đường truyền vô tuyến và với MSC bằng đường truyền hữu tuyến (Hình 1-a). Mỗi ô được cấp phát một tập kênh C, tập kênh này lại được tái sử dụng trong ô khác với khoảng cách đủ để nhiễu đồng kênh gây ra là không đáng kể, khoảng cách này gọi là khoảng cách tái sử dụng đồng kênh. Hai tham số i và j được gọi là các tham s ố shift, được xác định trước. Bắt đầu từ bất kỳ ô nào, di chuyển i ô theo hướng bất kỳ một trong sáu hình lục lăng bên cạnh của ô đó, đổi hướng ngược chiều kim đồng hồ 60 độ và di chuyển j ô (Hình 1 -b). Ô đích là ô đồng kênh gần nhất với ô ba n đầu. Bằng cách lặp lại mô hình này, các cụm các ô được hình thành, trong đó mỗi ô được cấp phát tập hợp các kênh tần số khác nhau. Một cụm các ô như vậy được gọi là một nhóm Compact. Số ô trong nhóm Compact được tính bởi công thức N=i2 + ij + j2. 2.2. Phân lớp ô Một ô sẽ được phân thành ô nóng hoặc lạnh [2] theo cách thức sau: d c =(số kênh rỗi trong ô/C) − h: tham s ngưỡng thường là 0,2 hoặc 0,25,…, h xác định bởi trung bình các ố cuộc gọi đến và cuộc gọi bị rớt. Nếu dc≤h thì ô ở trạng thái nóng (ô nóng), ngược lại ô ở trạng thái lạnh (ô lạnh). Khi ô đạt tới trạng thái nóng, nó phải thực hiện mượn kênh từ ô lạnh. Ô nóng không được phép cho ô khác mượn kênh và ô lạnh cũng không được mượn kênh từ ô khác. 2.3. Phân lớp thuê bao trong ô Thuê bao trong ô đưc phân thành một trong 3 loại ợ mới, rời ô và khác [2]. Thuê bao là mới nếu nó ở trong ô trong nhỏ hơn một khoảng thời gian τ. Thuê bao rời ô được xác định như sau: Xem xét vùng ình 2. Tham số r là độ rộng Hình 2. Phân lớp thuê bao biên bóng xung quanh ô A như h của vùng bóng, xác định xác xuất tìm kiếm thuê bao trong vùng đó. Thuê bao rời ô là thuê bao bên trong vùng bóng và đang nh cường độ tín hiệu giảm dần từ BS của ô A ận trong khoảng thời gian cuối cùng ∝. Thuê bao không phải là mới hoặc rời ô sẽ được phân thành lớp khác. 3. Đề xuất thuật toán mượn kênh và khoá kênh Ô nóng sẽ chọn các ô lạnh để mượn kênh một cách ngẫu nhiên và mượn một tập kênh mỗi lần như theo Adapt. Khi ô lạnh cho mượn kênh, các ô đồng kênh với nó phải khoá tần số này lại để tránh nhiễu. 3.1. Xác định ngưỡng và phân lớp thuê bao Ký hiệu c i là số kênh rỗi trong ô thứ i. Ở đây sẽ sử dụng 2 ngưỡng nóng h và 51
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 lạnh l để phân loại các ô thành 3 lớp và 0≤ h ≤ l ≤ C. Ô có giá trị c i ≥ l thì nó được gọi là ô lạnh, nếu c i ≤h thì đó là ô nóng, nếu l >c i > h thì nó được gọi là ô trung bình. Ngưỡng lạnh l được xác định bằng trung bình cộng của số kênh rỗi của các ô trong toàn mạng c avr , ngưỡng nóng h xác định bởi trung bình cộng của số kênh rỗi của các ô mà có c i < c avr . Ô nóng được phép mượn kênh từ các ô lạnh nhưng ô lạnh không được phép mượn kênh. Ô trung bình không được phép mượn hoặc cho mượn kênh. 3.2. Số lượng kênh cần mượn Số lượng kênh tần số mà một ô nóng cần mượn như sau: X= C.d c avr-1 -c i , ở đây c i là số kênh rỗi của ô nóng. (1) 3.3. Thuật toán mượn kênh  Bước 1. Khi không có thuê bao r i ô, mượn kênh cho các thuê bao bên trong ô ờ từ các ô lân cận và compact, khoá đồng kênh. Break (chấm dứt thuật toán).  Bước 2. Có thuê bao rời ô, m ượn kênh từ ô lân cận, lạnh cho các thuê bao đang rời ô nóng và hướng tới ô này. Khoá kênh. Nếu cần mượn=0, Break.  Bước 3. Kiểm tra còn thuê bao nào rời ô không ? nếu không còn thì mượn cho các thuê bao bên trong ô ừ ô lân cận (bao gồm cả các ô đã được xét ở bước 2) t và các ô còn lại trong nhóm compact. Khoá kênh. Break.  Bước 4. Nếu có thuê bao rời ô, mượn kênh cho các thuê bao này ừ ô lân cận, t lạnh mà không có thuê bao nào hướng tới (bao gồm cả các ô đã được xét ở Bước 2). Khoá kênh. Nếu cần mượn=0 Break hoặc nếu cần mượn>0, tiếp tục bước tiếp theo.  Bước 5. Kiểm tra số thuê bao rời ô, nếu=0 thì mượn kênh cho các thuê bao bên trong ô từ các ô lân cận và cùng compact. Khoá kênh. Break.  Bước 6. Nếu số thuê bao rời ô >0, mượn kênh từ các ô cùng nhóm compact cho các thuê bao này. Khoá kênh Nếu cần mượn=0, Break hoặc nếu cần mượn=0>, tiếp tục bước tiếp theo.  Bước 7. Thực hiện mượn kênh từ các ô cùng nhóm compact cho các thuê bao còn lại. Khoá kênh. Break. 3.4. Xác định ô đồng kênh cần khoá R là bán kính của mỗi ô, D là khoảng cách giữa 2 tâm của 2 ô, theo [3]: D=(i2 + ij + j2) 1/2 . 31/2. R = (3N) 1/2. R (2) Xét tham số s hift giữa A và các ô đồng kênh của ô cho mượn kênh là (i k , j k ) thì dựa theo công thức (2) ta có: D k = (3N k ) 1/2. R (3) D k là khoảng cách tái sử dụng đồng kênh giữa ô A và một trong các ô đồng kênh 52
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 của ô cho mượn kênh, do vậy: Nếu Dk ≥D hoặc N k ≥N thì ô đồng kênh của ô cho mượn không phải khoá kênh. (4) Nếu Dk
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 kênh gần nhất. 4.1. Khả năng mượn kênh Bảng 1. Khả năng mượn kênh của ô nóng Ô nóng 0 11 18 24 25 32 35 55 59 60 64 66 68 71 74 Số kênh rỗi 9 3 18 7 18 12 6 14 17 13 3 1 3 5 0 LBSB 29 3 18 40 18 12 6 46 49 13 34 1 18 5 6 Adaptive 23 3 18 52 18 12 23 16 50 13 3 51 3 5 2 TT mới 52 3 18 52 18 12 32 47 51 13 6 51 3 6 2 Ô nóng 80 91 106 108 111 118 125 126 129 139 147 169 180 186 Số kênh rỗi 17 16 17 5 19 16 13 17 2 15 7 8 12 5 LBSB 17 16 47 5 19 33 19 17 31 43 35 23 33 5 Adaptive 22 30 28 5 27 16 30 17 8 24 10 27 49 15 TT mới 26 36 49 5 43 16 47 19 12 36 11 49 49 48 Hình 4. So sánh khả năng mượn kênh của các phương pháp Số lượng ô nóng còn lại trong thuật toán LBSB là 20, trong thuật toán Adapt là 18, và trong thuật toán mới là 17. Trong một số trường hợp, ô nóng trong cả 3 thuật toán cùng không mượn được kênh (ô 11, 18, 25, 32, 60, 108) vì lý do m vài ô thuộc nhóm compact của nó ở trạng ột thái nóng nên không th cho mượn kênh hoặc có ô lạnh có thể cho mượn kênh nhưng ể trong nhóm các ô đồng kênh mà phải khoá kênh lại có ô ở trạng thái nóng (số kên h rỗi
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 toán Adapt và thuật toán mới . 7 trường hợp, ô nóng mượn kênh theo thuật toán LBSB mượn được số lượng kênh lớn nhất so với 2 thuật toán còn lại, tuy nhiên đây là do ngưỡng h của LBSB thấp hơn so với ngưỡng l nên số ô lạnh có thể tham gia cho mượn kênh sẽ lớn hơn. 16 trường hợp, ô nóng mượn kênh theo thuật toán mới đề xuất mượn được số lượng kênh là lớn nhất so với thuật toán LBSB và Adapt. 4.2. Khoá ô đồng kênh Sau khi m ô lạnh cho mượn kênh, thì tần số này phải bị khoá ở các ô đồng ột kênh, số lần phải khoá khi ô nóng mượn kênh như ở bảng 2: Bảng 2. Số lần khoá ở ô ô đồng kênh Ô nóng 0 11 18 24 25 32 35 55 59 60 64 66 68 71 74 LBSB 60 0 0 99 0 0 0 96 96 0 93 0 45 0 18 Adaptive 2 0 0 40 0 0 17 3 66 0 0 24 0 0 4 TT mới 15 0 0 27 0 0 26 58 67 0 7 36 0 2 3 Ô nóng 80 91 106 108 111 118 125 126 129 139 147 169 180 186 LBSB 0 0 90 0 0 68 18 0 116 84 90 60 63 0 Adaptive 15 42 12 0 23 0 51 0 12 19 9 19 49 10 TT mới 18 60 33 0 26 0 102 4 20 42 8 40 22 11 Hình 5. Số lần khoá kênh của phương pháp mới và LBSB. Ta thấy, trong hầu hết các trường hợp ô nóng mượn kênh, mặc dù số kênh mượn được lớn hơn nhưng số lần phải khoá kênh trong thuật toán mới bao giờ cũng thấp hơn so với thuật toán LBSB. Khoá kênh theo phương pháp m và Adapt: Số ô phải khoá đồng kênh trong ới thuật toán Adapt bao giờ cũng là 3, đối với thuật toán mới trong một số trường hợp chỉ cần 2 là đủ. Như đã trình bày ở trên, trong tất cả các trường hợp, số lượng kênh mà ô nóng mượn được trong thuật toán mới bao giờ cũng lớn hơn so với trong thuật toán 55
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 Adapt nên nhiều khi số lần khoá kênh ở thuật toán mới lớn hơn số lần khoá đồng kênh ở thuật toán Adapt. 4.3. Điều chỉnh ngưỡng khoá đồng kênh Để tăng cường thêm số kênh cho mượn, làm giảm bớt số ô nóng, chúng tôi điều chỉnh đối với các ô đồng kênh, ngưỡng khoá kênh thấp hơn giá tr ng ưỡng lạnh. Khi ị ngưỡng này là 40, kết quả cho thấy số ô nóng trước đây còn là 17 thì đã giảm xuống chỉ còn 14, thậm chí nếu ng ưỡng khoá kênh là 35 thì số ô nóng chỉ còn là 12. Qua các lần điều chỉnh, ngưỡng khoá ô đồng kênh là C.h+C. d c avr-h .3/4 là phù hợp. 5. Kết luận Bài báo đ đề xuất phương pháp mới trong cấp phát kênh tần s ố của mạng di ã động tế bào, kiểm nghiệm kết quả và so sánh với phương pháp LBSB và Adapt. Kết quả cho thấy: Khi một ô nóng mượn kênh, số kênh nó mượn được theo thuật toán của chúng tôi đề xuất là lớn nhất, sau đó là Adapt, phương pháp LBSB cho khả năng mượn kênh thấp nhất. Số ô nóng còn lại sau khi chạy mô phỏng theo thuật toán của chúng tôi là thấp nhất. Trong LBSB, số lượng ô đồng kênh phải khoá kênh tần số là 6, Adapt là 3, tuy nhiên theo thuật toán đề xuất thì trong một số trường hợp chỉ cần 2 là đủ để đảm bảo tránh nhiễu. Tổng kết các lần mô phỏng cho thấy số lần phải thực hiện hoá kênh ở các ô đồng kênh trong thuật toán mới là 41% so với LBSB và 83% so với Adapt. Nếu giảm ngưỡng khoá kênh thấp đi thì số lượng kênh các ô nóng mượn được sẽ tăng lên, số ô nóng còn lại sau khi chạy mô phỏng sẽ càng giảm, nâng cao hiệu quả mượn kênh. Tuy nhiên không giảm nhiều quá sẽ gây ra hiệu ứng quả bóng bàn, theo đánh giá thì giá trị này khoảng C.h+C. d c avr-h .3/4 là đảm bảo hiệu quả. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] I.Katzela and M.Naghshineh, Channel Asignment Schemes for Cellular Mobile Telecommunication Systems: A Comprehensive Survey, IEEE Personal Communications Magazine, vol 3, No 2, pages 10-31. June 1996. [2] Sajal K.Das, Sanjoy K.Sen, Rajeev Jayaram. A Dynamic Load Balancing Strategy for Channel Assignment Using Selective Borrowing in Cellular Mobile Environment. Wireless Networks, volume 3, page 333-347, 1997. [3] V. H. Mac Donald. Advanced Mobile Phone Service: The Cellular Concept. The Bell System Technical Journal, volume 58, number 1 (1979), pages 15-41. [4] Yongbing ZHANG. A New Adaptive Channel Assignment Algorithm in Cellular Mobile Systems, Proc 32 nd Hawaii International Conference on System Science 56
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 1999. 57

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA

165 tài liệu

2069 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.