Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Về một phương pháp mới điều khiển mượn, khóa kênh tần số mạng di động tế bào

Chia sẻ: Nguyen Khanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:142

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Về một phương pháp mới điều khiển mượn, khóa kênh tần số mạng di động tế bào. Mời các bạn cùng tham khảo và vận dụng kiến thức vào thực hành cũng như làm tốt bài luận cùng chủ đề của mình.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Về một phương pháp mới điều khiển mượn, khóa kênh tần số mạng di động tế bào

B CÔNG THƯƠNG B GIÁO D C VÀ ðÀO T O VI N NGHIÊN C U ðI N T , TIN H C, T ð NG HOÁ HÀ M NH ðÀO VÒ MéT PH¦¥NG PH¸P MíI §IÒU KHIÓN M¦îN, KHãA K£NH TÇN Sè M¹NG DI §éNG TÕ BµO Chuyên ngành: K thu t ði n t Mã s :62.52.70.01 LU N ÁN TI N SĨ K THU T NGƯ I HƯ NG D N KHOA H C PGS.TS. Thái Quang Vinh HÀ N I – 2011
2 L I CAM ðOAN Tác gi xin cam ñoan t t c các k t qu ñư c trình bày trong lu n án là c a riêng tác gi , không sao chép t b t kỳ m t công trình nào khác.
3 L I C M ƠN Tác gi lu n án xin chân thành c m ơn và bi t ơn sâu s c nh t ñ n Th y hư ng d n: PGS. TS. Thái Quang Vinh ñã t n tình dày công hư ng d n và giúp ñ tác gi hoàn thành lu n án này. Tác gi xin chân thành c m ơn Th y GS. TSKH. Nguy n Xuân Quỳnh, các Th y và b n ñ ng nghi p Vi n Nghiên c u ði n t , Tin h c, T ñ ng hóa; Vi n Công ngh Thông tin ñã giúp ñ và t o ñi u ki n thu n l i cho tác gi trong su t th i gian h c t p và nghiên c u. Xin chân thành c m ơn Giáo sư Yao- Tien Wang, Trư ng ð i h c Kainan, ðài Loan ñã cung c p thông tin h u ích ñ trên cơ s ñó tôi hoàn thành lu n án. Cu i cùng xin chân thành c m ơn gia ñình và nh ng ngư i thân ñã luôn chia s m i khó khăn cùng tác gi và là ch d a v ng ch c v v t ch t và tinh th n trong su t th i gian th c hi n và hoàn thành lu n án. Hà N i, tháng 10 năm 2011
4 M CL C L i cam ñoan.........................................................................................................................................................1 L i c m ơn..............................................................................................................................................................2 M C L C.............................................................................................................................................................3 Danh m c các t vi t t t......................................................................................................................................6 Danh sách hình v .................................................................................................................................................9 Danh sách b ng...................................................................................................................................................11 M ð U .............................................................................................................................................................12 Chương 1. T NG QUAN M NG DI ð NG T BÀO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MƯ N KHÓA KÊNH....................................................................................................................................................20 1.1. M ñ u........................................................................................................................... 20 1.2. Mô hình m ng di ñ ng t bào ................................................................................... 23 1.2.1. Khái ni m t bào.................................................................................... 23 1.2.2. Kênh, c p phát kênh, tái s d ng kênh.................................................. 25 1.3. Quá trình chuy n giao (handoff) .............................................................................. 37 1.4. Các thu t toán mư n khóa kênh.................................................................................. 39 1.4.1. Mư n, khóa kênh................................................................................... 39 1.4.2. Thu t toán mư n, khoá kênh ñơn gi n ................................................. 40 1.4.3. Các thu t toán mư n, khóa kênh lai ghép ............................................ 42 1.4.4. Thu t toán th tr c ti p ........................................................................ 43 1.4.5. Thu t toán cân b ng t i ñ ng mư n kênh ch n l c............................... 43 1.4.6. Thu t toán cân b ng t i ñ ng mư n kênh ch n l c phân tán ................ 45 1.4.7. Thu t toán mư n, khóa kênh thích nghi ................................................ 46 1.5. Nh n xét các thu t toán mư n, khóa kênh ................................................................ 47 1.6. K t lu n ....................................................................................................................... 47 Chương 2. MƯ N, KHÓA KÊNH ð NG TRÊN CƠ S B ðI U KHI N LOGIC M VÀ M NG NƠ RON..............................................................................................................................................49
5 2.1. M ñ u ........................................................................................................................ 49 2.2. Thu t toán mư n kênh FDCBS và NFDCBS ...................................................... 50 2.2.1 Mô hình h th ng m ng di ñ ng t bào ................................................ 50 2.2.2 B ñi u khi n mư n kênh trên cơ s logic m ..................................... 52 2.2.3 Pha ra quy t ñ nh tr ng thái t i t bào .................................................. 53 2.2.4 Pha th a thu n v i t bào liên quan...................................................... 60 2.2.5 S di chuy n ña kênh............................................................................ 61 2.2.6 Thu t toán mư n kênh NFDCBS ......................................................... 62 2.3. ðánh giá các thu t toán FDCBS và NFDCBS ....................................................... 65 2.4. M t s c i ti n thu t toán mư n kênh NFDCBS..................................................... 66 2.4.1 S d ng b ñi u khi n ANFIS thay cho b ñi u khi n NFC ................ 66 2.4.2 T i ưu t p lu t m ANFIS.................................................................... 70 2.5. K t lu n........................................................................................................................ 73 Chương 2. MƯ N, KHÓA KÊNH ð NG PHÂN TÁN TRÊN CƠ S B ðI U KHI N NƠ RON - M - SUBSETHOOD.......................................................................................................................75 3.1. M ñ u........................................................................................................................... 75 3.2. Xây d ng b ñi u khi n mư n kênh DDBNFS ........................................................ 76 3.2.1. Mô hình m ng di ñ ng t bào ............................................................... 76 3.2.2. B ñi u khi n mư n kênh m ng nơ ron m -subsethood(DDBNFS) .... 78 3.2.3. Thu t toán ñi u khi n mư n kênh cân b ng t i ñ ng phân tán........... 100 3.3. K t lu n .......................................................................................................................102 Chương 4. MÔ PH NG, ðÁNH GIÁ K T QU ..........................................................104 4.1. Mô t m ng di ñ ng mô ph ng..................................................................................104 4.2. Cài ñ t và hu n luy n NFS ........................................................................................107 4.2.1. Cài ñ t b ñi u khi n NFS b ng Matlab.............................................. 107 4.2.2. Phát sinh t p d li u hu n luy n và hu n luy n ANFIS, NFS, NFC .. 108 4.2.3. K t qu hu n luy n ANFIS, NFS, NFC .............................................. 109
6 4.3. K t qu mô ph ng.......................................................................................................109 4.4. ðánh giá k t qu và so sánh.......................................................................................112 4.5. K t lu n .......................................................................................................................112 K T LU N.......................................................................................................................................................114 DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG B ...................................................................................116 TÀI LI U THAM KH O............................................................................................................................118 PH L C ..........................................................................................................................................................126
7 DANH M C CÁC T VI T T T T vi t t t Ti ng Anh Nghĩa ti ng Vi t ABC Always Best Connected concept Khái ni m luôn k t n i t t nh t AC Available Channels S kênh cho phép ( còn r i) AMPS Advanced Mobile Phone H th ng ñi n tho i di ñ ng System AMPS ANFIS Adaptive Neuro-Fuzzy H th ng suy di n nơ ron- m Inference Systems thích nghi BCO Borrowing with Channel Mư n v i s p x p kênh Ordering BS Base Station Tr m cơ s BP Back Propagation Thu t truy n ngư c CBWL Channel Borrowing Without Mư n kênh không khoá Locking CD Code Division Phân chia theo mã CDMA Code Division Multiplexing ða truy nh p phân chia theo mã CP-Based- Compact Pattern Based Phân c m d a trên gán kênh ñ ng DCA Dynamic Channel Assignment CNIR Carrier to Noise plus T s công su t sóng mang trên t p Interference Ratio âm và nhi u. CS Channel Segregation Chia tách kênh DAB/DVB Digital Audio Broadcast/Digital K thu t ti ng nói / hình nh s Video Broadcast m tñ t DBCL Borowing with Direction Mư n kênh v i khóa kênh theo Channel Locking hư ng DCA Dynamic Channel Assignment Gán kênh ñ ng/C p kênh ñ ng DBNFS Distributed dynamic channel Mư n kênh ñ ng phân tán trên cơ borrowing based on Neural s m ng nơ ron m - subsethood networks – fuzzy – subsethood D-LBSB Distributed-LBSB LBSB phân tán ETSI European Telecommunication Vi n tiêu chu n vi n thông Châu Standard Institute Âu EV-DO EVolution-Data Optimized Phát tri n – t i ưu hóa d li u ETACS European Total Access Communications System FCA Fixed Channel Assignment Gán kênh c ñ nh FCM Fuzzy C-Means clustering Thu t toán gom c m C-Mean m
8 FD Frequency Division Phân chia theo t n s FDMA Frequency Division ða truy nh p phân chia theo t n s Multiplexing Access FDCBS Fuzzy-based Dynamic Channel- Mư n kênh ñ ng trên cơ s logic Borrowing Scheme m FIFO First In First Out Hàng ñ i FIFO FIS Fuzzy Inference System H th ng suy di n m FlCA Flexible Channel Assignment Gán kênh linh ho t FLC Fuzzy Logic Controller B ñi u khi n logic m GA Generic Algorithm Thu t gen GSM Global System for Mobile H th ng thông tin di ñ ng toàn c u GPRS General Packet Radio Service D ch v vô tuy n gói chung ICA Independent Component Phân tích thành ph n ñ c l p Analysis IETF Internet Engineering Task Force Nhóm ñ c trách k thu t Internet IMT-A International Mobile Di ñ ng qu c t nâng cao Telecommunication- Advance IMT-2000 International Mobile Di ñ ng qu c t ho t ñ ng băng Telecommunication at 2000 t n 2000 MHz MHz IS-95 Interim Standard 95 Chu n IS-95 IP Internet Protocol Giao th c Internet JTACS Japanese Total Access H th ng truy c p t ng Nh t B n Communications System LAN Local Area Network M ng c c b LBSB Load Balancing with Selective Cân b ng t i v i mư n ch n l c Borrowing LODA Locally Optimised Dynamic Chi n lư c gán kênh ñ a phương Assignment Strategy ñ ng LSE Least Square Error Sai s bình phương t i thi u MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuy n m ch d ch v di ñ ng MS Mobile Station Thi t b di ñ ng MIMO Multi Input- Multi Output H th ng nhi u ñ u vào – nhi u ñ u ra MTSO Mobile Telephone Switching T ng ñài chuy n m ch tho i di Office ñ ng NFC Neural-Fuzzy Controller B ñi u khi n Nơ ron – M
9 NFDCBS Neural-Fuzzy Controller for Mư n kênh ñ ng trên cơ s b the Dynamic Channel- ñi u khi n Nơ ron – M Borrowing Scheme NFS Noron- Fuzzy- Subsethood B ñi u khi n m ng nơ ron – m - subsethood NMT Nordic MobileTelephone OFDMA Orthogonal Frequency-Division ða truy c p phân chia t n s tr c Multiplexing Access giao OVSF Orthogonal Variable Spreading Mã OVSF Factor PCA Principal Component Analysis Phân tích thaanhf ph n cơ b n PDA Personal Digital Assistant Thi t b k thu t s h tr cá nhân PDC Personal Digital Cellular di ñ ng cá nhân t bào s PSTN Post Switch Telephone Network M ng ñi n tho i chuy n m ch công c ng QoS Quality of Service Ch t lư ng d ch v RSS Received Signal Strengh Cư ng ñ tín hi u thu ñư c RMSE Root Mean Square Error Sai s bình phương trung bình SB Simple Borrowing Mư n kênh ñơn gi n SHCB Simple Hybrid Channel Thu t toán mư n kênh lai ghép Borrowing Scheme ñơn gi n Subsethood Phép ño subsethood m TACS Total Access Communication H th ng truy nh p t ng System TD Time Division Phân chia theo th i gian TDMA Time Division Multiplexing ða truy nh p phân chia theo th i Access gian TL Traffic Load T i lưu lư ng TSK Takagi-Sugeno-Kang Model Mô hình TSK xG x Generic Th h x (x=1,2,3,4,5) UMTS Universal Mobile Telephone H th ng di ñ ng UMTS System UWB Ultra-WideBand Công ngh không dây UWB WCDMA Wideband Code Division ða truy c p phân chia mã băng Multiple Access thông r ng. WISDOM Wireless Innovative System for H th ng phát minh vô tuy n ñ Dynamic Operating Mega truy n thông Mega ñ ng. communications concept
10 DANH M C CÁC HÌNH V Hình 1.1: S phát tri n qua các th h c a m ng di ñ ng t bào .............................................................20 Hình 1.2: M ng di ñ ng t bào........................................................................................................................23 Hình 1.3: Các phương pháp ña truy c p N kênh cơ b n ...........................................................................26 Hình 1.4: Cách xác ñ nh các t bào ñ ng kênh v i tham s shift i=3, j=2.............................................28 Hình 1.5: Nhóm kênh .......................................................................................................................................29 Hình 1.6: Chuy n giao c ng gi a MS và các BS ......................................................................................38 Hình 1.7: Cư ng ñ tín hi u và hi n tư ng tr gi a hai BS li n k ñ chuy n giao có th x y ra 38 Hình 1.8: Mư n kênh và khoá kênh...............................................................................................................41 Hình 1.9: Phân lo i t bào l nh, t bào trung bình, t bào nóng...............................................................46 Hình 2.1: M ng t bào v i t bào hình l c giác ..........................................................................................51 Hình.2.2: B ñi u khi n mư n kênh trên cơ s logic m .......................................................................52 Hình 2.3: a) Hàm liên thu c s kênh cho phép;b) Hàm liên thu c t i lưu lư ng . .............................56 Hình 2.4: Hàm liên thu c ñ u ra m ............................................................................................................60 Hình 2.5: B ñi u khi n NFC v i lu t m singleton ................................................................................63 Hình 2.6: Hàm liên thu c hình tam giác .......................................................................................................64 Hình 2.7: a) H th ng suy di n m ANFIS; b) C u trúc ANFIS .........................................................68 Hình 2.8: M ng nơ ron hu n luy n tìm h s γ c a toán t m ...........................................................72 Hình 3.1: Phân vùng m ng di ñ ng t i ưu ...................................................................................................77 Hình 3.2: B ñi u khi n mư n kênh ñ ng DBNFS .................................................................................78 Hình 3.3: M hoá tín hi u kênh cho phép AC ............................................................................................80 Hình 3.4: M hoá tính hi u t i lưu lư ng TL .............................................................................................81 Hình 3.5: Các t p m ñ u ra v i hàm liên thu c Gauss ..........................................................................82 Hình 3.6: C u trúc m ng nơ ron m s d ng subsethood(NFS) ...........................................................83 Hình 3.7: Trư ng h p 1:ν OL C m ,k =Ck ...........................................................................................................87 Hình 3.8: Trư ng h p 2:ν OL C m ,k > Ck ............................................................................................................88
11 Hình 3.9: Trư ng h p 3:ν OL C m ,k < Ck ............................................................................................................92 Hình 3.10: Cơ ch suy di n NFS c a DBNFS............................................................................................96 Hình 3.11: Thu t toán ñi u khi n mư n, khoá kênh DBNFS ..............................................................101 Hình 4.1: PDF th i gian gi cu c g i ..........................................................................................................110 Hình 4.2: Sai s hu n luy n m ng NFC, ANFIS, NFS .........................................................................111 Hình 4.3: Xác xu t khóa cu c g i c a các thu t toán khác nhau .......................................................112 Hình 4.4: Xác xu t d t cu c g i c a các thu t toán khác nhau .............................................................112 Hình 4.5: S ph c t p truy n thông ñi p c a các thu t toán khác nhau ............................................113 Hình 4.6: Th i gian tr thu kênh c a các thu t toán khác nhau ............................................................113
12 DANH M C CÁC B NG BI U B ng 2.1: Các lu t m ñ ñi u khi n mư n/cho mư n kênh ..................................................................60 B ng 3.1: B ng ñ nh nghĩa giá tr bi n ngôn ng .......................................................................................81 B ng 3.2: M ng ñ u vào và ra c a các l p c a NFS .................................................................................84 B ng 3.3: B ng lu t và ε c a NFS 2 ñ u vào, 1 ñ u ra..............................................................................96 B ng 4.1: Cài ñ t b ñi u khi n NFS b ng Matlab .................................................................................109
13 M ð U Hi n nay trên th gi i cũng như trong nư c, m ng di ñ ng t bào ñã và ñang phát tri n m nh m , nh t là m ng di ñ ng t bào th h m i 3G và 4G. ð ng th i các nư c cũng ñang ñ u tư nghiên c u phát tri n m ng di ñ ng th h th 5 (5G) [1]. ð c ñi m n i b t c a các h th ng m ng di ñ ng th h m i là t c ñ truy n d li u l n, kh năng di ñ ng cao và cung c p các d ch v cho ngư i s d ng ngày càng phong phú hơn. M t bài toán quan tr ng xuyên su t qua m i th h m ng di ñ ng t bào là làm th nào s d ng ph t n s (kênh) c p cho m i m ng hi u qu trong ñi u ki n ph t n s là h n ch . T ñó nâng cao kh năng ph c v , ch t lư ng d ch v (QoS) c a h th ng m ng di ñ ng t bào. ði u này ñòi h i ph i có m t chi n lư c gán kênh phù h p [5][6][7]. Bài toán gán kênh là m t trong các bài toán quan tr ng nh t trong h th ng di ñ ng t bào. Và nó là m t bài toán có ñ ph c t p theo th i gian mũ (NP-Hard) nên khó tìm ñư c l i gi i chính xác. M c ñích c a bài toán gán kênh ch y u là ñ khai thác kh năng tái s d ng l i kênh dư i ñi u ki n ràng bu c nhi u, như nhi u ñ ng kênh, nhi u kênh li n k , nhi u kênh t i cùng ch s d ng. Các thu t toán gán kênh ñư c ñ xu t t nhi u tác gi khác nhau r t phong phú, nhưng có th chia làm 3 lo i khác nhau là: Gán kênh c ñ nh (FCA), gán kênh ñ ng (DCA) và gán kênh lai ghép (HCA). Ưu ñi m c a FCA là ñơn gi n. Tuy nhiên, nó không th phù h p ñ i v i tình hu ng th c t c a m ng mà có t i t bào bi n ñ i b t thư ng và thay ñ i t t bào sang t bào khác. Phương pháp DCA cho phép gán/ tái gán l i kênh và do ñó linh ho t hơn. DCA tùy theo cách qu n lý kênh mà chia làm 2 lo i: DCA t p trung và DCA phân tán. Trong DCA t p trung, t t c các kênh ñư c ñ t trong m t ngu n chung và ñư c gán cho các cu c g i m i khi c n thi t, và t t c các công vi c gán kênh ñư c th c hi n b i MSC. Trong DCA phân tán, các BS s tham gia th c hi n công vi c này. ð có ñư c ưu ñi m c a FCA và DCA, k thu t HCA ñư c ñ xu t s d ng. Trong HCA,
14 các kênh ñư c chia thành hai t p riêng bi t: m t t p các kênh ñư c gán cho m i t bào trên cơ s FCA, trong khi t p kênh còn l i ñư c gi trong ngu n chung dành cho vi c gán ñ ng. M t v n ñ quan tr ng c a các phương pháp c p phát kênh là cân b ng t i trong m ng di ñ ng t bào có t i phân b không ñ u. Cân b ng t i là quá trình phân b l i các kênh c a m ng di ñ ng t bào ñ tránh tình hu ng mà m t s t bào ñang nhàn r i trong khi m t s t bào khác ñang tr ng thái b t c ngh n (nóng) [29][30][31]. Do s nóng c a các t bào bi n ñ i theo c không gian và th i gian, cho nên trong th c t , ñ gi i quy t v n ñ này có th tăng ñ r ng băng thông cho t bào ñ tăng dung lư ng h th ng. Nhưng gi i pháp tăng băng thông l i không hi u qu ñ i v i m ng mà lưu lư ng m t cân b ng mà bi n ñ i theo th i gian. Có gi i pháp hi u qu hơn ñ gi i quy t v n ñ này là th c hi n chuy n các kênh r i t các t bào t i nh (l nh) sang t bào t i n ng (nóng) ho c t vùng t i nh sang vùng t i n ng trong các m ng th h m i. Hay nói cách khác, ñó là quá trình th c hi n mư n kênh trong m ng di ñ ng t bào. ðây là phương pháp ñư c s d ng ph bi n trong m i m ng t bào và m i th h m ng t bào, th m chí c m ng v tinh [51]. Các chi n lư c mư n kênh truy n th ng thư ng mư n kênh ñ cân b ng t i b ng cách s d ng m t s ngư ng c ñ nh ñ phân bi t tr ng thái t i c a m i t bào. M t t i t bào ñư c g i là "nóng", n u t s gi a s kênh còn r i v i t ng s kênh c p cho t bào ñó nh hơn ho c b ng m t giá tr ngư ng, ngư c l i nó là "l nh". H n ch trong các thu t toán này chính là do s d ng các giá tr ngư ng c ñ nh nên có th gây ra m t chu i các bi n ñ i b t thư ng, như hi u ng qu bóng bàn (ping-pong), do t i dao ñ ng xung quanh ngư ng. ði u này d n ñ n lãng phí m t lư ng ñáng k tài nguyên m ng do vi c chuy n kênh qua l i gi a các t bào. M t khác, vi c thu th p các thông tin t i t bào không ch ñ ư c lư c t i lưu lư ng m ng bi n ñ i theo th i gian, mà còn cung c p các thông tin h u ích ñ ra quy t ñ nh gán l i kênh m ng di ñ ng t bào. Vi c thu th p thông tin t i t t cho phép ph n ánh ch t lư ng ư c lư ng t i hi n th i c a t bào, d báo ñư c t i trong tương lai g n, ñ m b o s n ñ nh tương ñ i và
15 có m t quan h ñơn gi n v i các ch s tài nguyên c a m ng. Trong h th ng di ñ ng, s các cu c g i xu t hi n là không bi t trư c, cũng như th i gian th c hi n cu c g i là mơ h , không ch c ch n (b t ñ nh). Chính vì nh ng lý do như v y, ñ gi i bài toán này c n có m t cơ ch d báo phù h p hơn, hi u qu hơn. G n ñây, ña s các phương pháp gi i quy t v n ñ gán kênh cho m ng t bào nói chung, phương pháp ñi u khi n mư n kênh nói riêng ñ u s d ng công c tính toán thông minh, ho c k t h p các phương pháp truy n th ng v i các phương pháp tính toán thông minh ñ gi i quy t bài toán m ng di ñ ng t bào (h th ng lai) [47][48][50]. Trong phương pháp tính toán thông minh, n n t ng c t lõi c a nó là b ñi u khi n logic m , m ng nơ ron, thu t gen. Ngoài ra còn có lý thuy t trò chơi, tính toán d a trên b y ñàn, d a trên tình hu ng (case), Automata... Các b ñi u khi n thông minh có th ñư c xây d ng t các công ngh thông minh riêng r ho c tích h p các công ngh này, tuỳ t ng bài toán c th . M ng nơ ron có ưu ñi m n i b t là kh năng h c, kh năng khái quát hoá và kh năng x p x hàm phi tuy n b t kỳ v i ñ chính xác yêu c u. Còn b ñi u khi n logic m ñư c phát tri n trên cơ s lý thuy t t p m có ưu ñi m là tích h p ñư c tri th c chuyên gia và ph ng theo cách tư duy c a con ngư i v i cơ ch suy di n trên cơ s t p lu t IF-THEN m . Thu t gen (GA) cho phép gi i bài toán t i ưu toàn c c d a trên các toán t lai ghép, ñ t bi n, ch n l c t nhiên ñ tìm l i gi i t i ưu trong không gian l i gi i c a bài toán. Automata cho phép t o ra kh năng t tr , thích nghi v i môi trư ng. S k t h p các công ngh này cho phép t o ra các b ñi u khi n m nh, m m d o và gi i quy t hi u qu các bài toán ph c t p, nhi u y u t b t ñ nh, không rõ ràng ho c nghèo thông tin. Chính vì nh ng ưu ñi m như v y, b ñi u khi n thông minh ñã ñư c nhi u tác gi nghiên c u s d ng trong các thu t toán mư n kênh, cân b ng t i ñ ng, l p l ch gán mã trong m ng di ñ ng t bào v i các cơ ch ña truy c p khác nhau. N i b t là nghiên c u c a tác gi Harilaos G. Sandalidis, Peter P. Stavroulakis’, J. Rodriguez-Tellez [37], ñã s d ng m ng nơ ron Hopfield và các chi n lư c ti n hoá ñ th c hi n mư n kênh trong m ng t bào (BCA). Somnath
16 Sinha Maha Patra, Kousik Roy, Sarthak Banerjee, and Deo Prakash Vidyarthi [40], ñã s d ng GA ñ c i t o thu t toán mư n kênh nh m t i ưu s tr m b khoá kênh. Sitao Wu, Tommy W. S. Chow, Kai Tat Ng [41] ñã s d ng b n ñ t t ch c th c hi n chi n lư c mư n kênh hi u qu . Yao-Tien Wang [47][48][49] ñã ñ xu t thu t toán mư n kênh s d ng b ñi u khi n logic m , b ñi u khi n m ng nơ ron- m và b ñi u khi n nơ ron-m - GA ñ th c hi n mư n kênh ñ ng ñ cân b ng t i ñ ng m ng di ñ ng t bào. Trong [47] Yao-Tien Wang ñ xu t b ñi u khi n m (FDCBS) g m b n kh i thành ph n: (1) cơ s lu t m , (2) ñ ng cơ suy di n m , (3) kh i m hóa, và (4) kh i gi i m . FDCBS g m 3 pha ho t ñ ng: (1) ra quy t ñ nh t i t bào, (2) trao ñ i th a thu n gi a các t bào liên quan, và (3) di chuy n ña kênh. C u trúc c a b ñi u khi n mư n kênh c a m ng di ñ ng t bào g m ba pha thi t k b ng cách áp d ng ñi u khi n logic m cho các pha ñó. Pha ra quy t ñ nh t i t bào cho ch th m t lư ng thông tin liên quan ñ n t bào cũng như các lu t thu th p thông tin s ñư c s d ng khi th c hi n ra quy t ñ nh phân b l i t i t bào. M c ñích là ñ thu ñư c ñ y ñ thông tin ñ ñưa ra quy t ñ nh tr ng thái t i t bào mà có th là r t nóng, nóng, trung bình, .... FDCBS s d ng s kênh cho phép và t i lưu lư ng t bào như là các bi n ñ u vào cho t p m và xác ñ nh m t t p các hàm liên thu c m . Khái ni m s m ñóng m t vai trò quan tr ng trong xây d ng các bi n ñ nh lư ng m và xác ñ nh các giá tr ngôn ng bi u di n tr ng thái c a t i t bào, ch ng h n như “r t nóng”, “nóng”, “v a ph i”, “l nh” ho c “r t l nh”. Pha th c hi n th a thu n gi a các t bào liên quan nh m m c ñích l a ch n các t bào ho c các kênh s ñư c di chuy n khi các s ki n c p phát l i t i di n ra. Các cách ti p c n c p phát kênh truy n th ng có th ñư c phân lo i thành lo i c p nh t và tìm ki m. Ý tư ng cơ b n là m t t bào ph i tham chi u t t c các t bào liên quan trong ph m vi kho ng cách tái s d ng kênh t i thi u trư c khi nó có th thu ñư c m t kênh. C hai phương pháp này ñ u có nh ng ưu và như c ñi m. Cách ti p c n c p nh t có th i gian tr thu kênh ng n nhưng ñ ph c t p thông ñi p cao hơn, trong khi
17 phương pháp tìm ki m có ñ ph c t p thông ñi p th p nhưng th i gian tr thu kênh dài hơn. FDCBS th c hi n th a thu n gi a t bào hi n th i v i các t bào liên quan như sau: Khi tr ng thái t i t bào hi n th i là nóng, nó ñóng vai trò mư n kênh, ngư c l i, khi tr ng thái t i c a nó là l nh nó ñóng vai trò cho mư n kênh. Trong trư ng h p t bào có tr ng thái t i trung bình thì nó không ñư c phép mư n b t kỳ kênh nào t b t c m t t bào khác, và cũng không cho b t kỳ t bào nào mư n kênh t nó. Pha di chuy n ña kênh liên quan ñ n vi c qu n lý s di chuy n c a các kênh t m t t bào t i t bào khác. Trong các thu t toán truy n th ng khi m t t bào yêu c u và m t t bào ñích ñư c xác ñ nh, s kênh c p phát ch là m t kênh trong m i l n l p. ði u này không hi u qu n u t i lưu lư ng c a hai t bào là r t khác nhau. Ý tư ng c a FDCBS là mư n m t s kênh m t l n thay vì ch có m t gi a hai t bào. Ví d , trong các m ng truy n thông ña phương ti n th h m i, m t cu c g i có th c n nhi u kênh khác nhau t i m t th i ñi m. Ngoài ra, FDCBS cũng cho phép m t t bào yêu c u có th mư n nhi u kênh khác nhau t i m t th i ñi m, d a trên t i lưu lư ng c a các t bào, các kênh có kh năng và gi m thi u chi phí mư n kênh. Tuy nhiên, bên c nh nh ng ưu ñi m thu ñư c, FDCBS còn có nhi u h n ch do b n ch t c a t p m : (1) c n chuyên gia con ngư i ñ xác ñ nh trư c hàm liên thu c m ban ñ u, t c là, các phương pháp này không th xây d ng các hàm liên thu c m t t p d li u hu n luy n m t cách hoàn toàn t ñ ng; (2) quá ph c t p và c n r t nhi u th i gian tính toán; 3) t o ra quá nhi u lu t m . ð kh c ph c h n ch c a FDCBS, Yao-Tien Wang ñã ñ xu t b ñi u khi n mư n kênh ñ ng trên cơ s b ñi u khi n m ng nơ ron – m (NFDCBS) [48]. B ñi u khi n này g m b n kh i c a b ñi u khi n logic m và m ng nơ ron-m . Ho t ñ ng c a NFDCBS cũng g m 3 pha như FDCBS. M c ñích chính c a b ñi u khi n nơ ron-m s d ng trong NFDCBS là phát sinh t p lu t m t ñ ng b ng cách áp d ng các k thu t h c ñ tìm và ñi u ch nh các tham s trên cơ s t p d li u hu n luy n.
18 Các phương pháp mư n kênh thông minh ñã ñư c ñ xu t nói chung, thu t toán FDCBS, NFDCBS c a Yao-Tien Wang nói riêng, ñ u t n t i m t s h n ch do b n ch t c a m ng nơ ron, logic m . Các thu t toán này ho c là quá ph c t p, ho c là s lư ng tính toán quá nhi u. Riêng thu t toán FDCBS phù thu c m nh vào tri th c chuyên gia, s lu t quá l n. Trong NFDCBS thì h n ch : 1) kh năng x p x v i d li u ñ u ra mong mu n h n ch v m c ñ chính xác, 2) s lu t phát sinh t ñ ng còn l n, 3) s d ng phép toán t-norms, t-cornom mà có nhi u s l a ch n khác nhau cho cùng m t bài toán. T quá trình phân tích, lu n án s t p trung nghiên c u các v n ñ sau: 1) Th c hi n m t s c i ti n ñ i v i thu t toán NFDCBS ñ nâng cao ch t lư ng c a m ng di ñ ng t bào. 2) ð xu t phương pháp mư n kênh ñ ng phân tán DBNFS trên cơ s b ñi u khi n m ng nơ ron m có tích h p phép ño subsethood NFS [33][57][58] ñ kh c ph c các h n ch c a các thu t toán ñ xu t b i Yao-Tien Wang [47][48]. B ñi u khi n này s d ng liên k t m cho phép ño m c ñ ñóng góp c a các ph n ñi u ki n c a t p lu t lên ph n k t lu n s d ng phép ño subsethood ñư c ñ xu t b i Kosko [33], cho nên ñ u ra x p x v i d li u mong mu n t t hơn. ð ng th i NFS không b qua thông tin kích c s chi u c a véc tơ ñ u vào b ñi u khi n logic m , mà cũng không làm cư ng ñ c a các lu t m gi m nhanh chóng khi s chi u ñ u vào tăng như ñã x y ra do dùng toán t min ho c toán t tích trong các b ñi u khi n NFDCBS. Cu i cùng NFS lo i b ñư c vi c s d ng các phép toán s h c kho ng ñ i v i các t p m c –α và cho phép gi i thích rõ ràng hơn tác ñ ng c a các lu t m lên ph n k t lu n c a t p lu t m . NFS cũng lo i b ñư c vi c s d ng toán t m t-norms ho c t-cornom trong các b ñi u khi n nơ ron –m truy n th ng, ñ ng th i cho tín hi u ñ u ra s là m t t h p tuy n tính c a các ph n k t lu n ñã ñư c gi i m , cho nên tín hi u ñ u ra cũng “m n” hơn so v i các b ñi u khi n khác.
19 Phương pháp DBNFS th c hi n mư n kênh phân tán k t h p v i các chi n lư c khóa kênh, nên v n ñ cân b ng t i c a m ng ñư c ñáp ng ñ ng hơn, hi u qu hơn so v i NFDCBS (s d ng phương pháp qu n lý kênh t p trung và th c hi n cân b ng t i theo chu kỳ). 3) Thông qua mô ph ng, chúng tôi ñánh giá xác su t khóa cu c g i, xác su t r t cu c g i, s c p nh t thông ñi p, th i gian tr thu kênh c a phương pháp ñ xu t. K t qu th c nghi m cho th y phương pháp mư n, khóa kênh trên DBNFS cho k t qu t t hơn so v i các phương pháp thông thư ng và các thu t toán FDCBS, NFDCBS c a Yao-Tien Wang [47][48]. M c tiêu c a lu n án t p trung nghiên c u ba v n ñ chính. V n ñ th nh t là so sánh và ñánh giá các phương pháp mư n khóa kênh truy n th ng, phương pháp mư n kênh FDCBS, NFDCBS ñ v ch ra nh ng ñi m h n ch c a các phương pháp này, t ñó ñ xu t phương pháp c i ti n. V n ñ th hai là ñ xu t phương pháp m i s d ng phép ño subsethood và ch ng minh phương pháp m i hi u qu hơn các phương pháp cũ và c i ti n. V n ñ th ba là ñ xu t mô hình mô ph ng và thu k t qu , ñánh giá phương pháp m i. ð i tư ng nghiên c u c a lu n án là nghiên c u phương pháp m i v i các thu t toán mư n, khóa kênh s d ng m ng nơ ron m , phép ño subsethood s d ng t p d li u hu n luy n trong ch ñ online và batch ñ tăng dung lư ng s cu c g i ñư c ph c v , th c hi n cân b ng t i hi u qu và k p th i, t ñó c i thi n và nâng cao các ch s ch t lư ng d ch v (QoS) c a h th ng di ñ ng t bào. Ph m vi nghiên c u c a lu n án là nghiên c u phương pháp mư n khóa kênh trên mô hình m ng di ñ ng t bào ñ xu t. Phương pháp nghiên c u c a lu n án là nghiên c u lý thuy t và nghiên c u th c nghi m. V nghiên c u lý thuy t, nghiên c u các thu t toán, các phương pháp mư n khóa kênh d a vào các ki n th c cơ b n và các k t qu nghiên c u lý thuy t ñã công b . V nghiên c u th c nghi m, lu n án th c hi n cài ñ t các thu t toán, ch y th
20 nghi m thu t toán v i các b s li u ñã ñư c công b , so sánh và ñánh giá k t qu th c nghi m, t ñó k t lu n tính ưu vi t c a phương pháp m i. B c c c a lu n án g m ph n m ñ u và b n chương n i dung, ph n k t lu n, danh m c công trình công b và danh m c các tài li u tham kh o. Chương 1 trình bày các khái ni m cơ b n v mô hình m ng di ñ ng t bào và m t s khái ni m quan tr ng. ð ng th i chương 1 cũng trình bày t ng quan các phương pháp gán kênh, mư n khóa kênh truy n th ng và ch ra nh ng h n ch c a các phương pháp này. Các ñóng góp chính c a lu n án ñư c trình bày trong chương 2, chương 3 và chương 4. Chương 2 th c hi n kh o sát các phương pháp mư n kênh FDCBS trên cơ s logic m , mà t p lu t m ñư c xây d ng s d ng tri thưc chuyên gia; NFDCBS trên cơ s m ng nơ ron m mà t p lu t m ñư c phát sinh và t i ưu t ñ ng s d ng t p d li u hu n luy n. Chương 2 cũng ch ra nh ng h n ch c a các phương pháp này và ñ xu t m t s c i ti n ñ i v i NFDCBS. Chương 3 trình bày phương pháp mư n khóa kênh m i s d ng b ñi u khi n nơ ron m v i phép ño subsethood. Trong chương này trình bày mô hình b ñi u khi n mư n khóa kênh phân tán, xây d ng b ñi u khi n m ng nơ ron m - subsethood và thu t toán hu n luy n online, hu n luy n batch. ð xu t thu t toán mư n khóa kênh m , qui trình th c hi n mư n, khóa kênh và di chuy n ña kênh ñ cân b ng t i ñ ng m ng di ñ ng t bào. Chương 4 trình bày xây d ng mô hình mô ph ng, th c hi n phát sinh t p d li u hu n luy n, hu n luy n m ng nơ ron, th c hi n ch y mô ph ng các thu t toán mư n, khóa kênh v i các tham s gi ñ nh, sau ñó phân tích, ñánh giá k t qu thu ñư c. Cu i cùng, ph n k t lu n nêu nh ng ñóng góp c a lu n án, hư ng phát tri n và nh ng v n ñ quan tâm c a tác gi .