1. Trang chủ >
  2. Luận Văn - Báo Cáo >
  3. Thạc sĩ - Cao học >

CHƯƠNG II: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.25 MB, 59 trang )


nguyên vô tuyến là sự phân chia bề rộng băng tần và điều khiển đa truy nhập sao

cho hệ thống được tối ưu về chất lượng và phổ tín hiêu.

2.1.2. Tại sao phải quản lý tài nguyên trong mạng vô tuyến

Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) là một trong những vấn đề thách thức lớn

nhất và quan trọng nhất của các mạng thông tin vô tuyến hiện đại. Một kỹ thuật quản lý

tài nguyên vô tuyến hiệu quả và thơng minh có thể cải thiện đáng kể hiệu năng của hệ

thống.Vậy mục đích của việc quản lý tài nguyên vơ tuyến trong các mạng khơng dây là

gì? Nhiệm vụ của các nhà phát triển là phân phối, quản lý, tối ưu hóa các tài nguyên này

để đạt được hiệu quả sử dụng cao nhất, ít tốn kém và hạn chế được tối đa nhiễu để đảm

bảo chất lượng dịch vụ cũng như tiết kiệm công suất truyền cho hệ thống. Ở cơ chế RRM

thơng thường thì khá phức tạp do các mục tiệu tối ưu trong sử dụng hiệu quả những tài

nguyên hệ thống thường là đối lập nhau, các tối ưu phủ sóng khả năng hỗ trợ di động lại

phải cân đối với tối ưu hóa dung lượng. Ngoài ra, vấn đề nhiễu trong hệ thống giữa các

hệ thống khác nhau cũng là một vấn đề lớn cần được xem xét, vì nhiễu trong hệ thống sẽ

làm giảm thiểu đáng kể hiệu năng hoạt động (Khi sử dụng phương thức điều chế

OFDMA ta hồn tồn có thể tránh được các hiện tượng về nhiễu trong kênh)….vv.

Quản lý tài nguyên rất cần thiết để tối ưu trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ

(QoS), và dung lượng mạng. RRM gồm nhiều loại điều khiển như: điều khiển truy cập

(AC), điều khiển công suất (PC), điều khiển chuyển giao (HC), lập lịch gói (PS), điều

khiển tải hay là quản lý tải (LC).

2.1.3. Yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến

Những u cầu về quản lí tài ngun vơ tuyến được chia ra như sau: hỗ trợ nâng

cao cho QoS end to end, hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn, và hỗ trợ cho việc

chia sẻ tải cũng như là quản lí chính sách thơng qua các công nghệ truy cập vô tuyến khác

nhau.

Việc hỗ trợ nâng cao cho QoS end to end yêu cầu cải thiện sự thích ứng giữa dịch

vụ, ứng dụng và các điều kiện về giao thức (bao gồm báo hiệu lớp cao hơn) với tài

ngun RAN và các đặc tính vơ tuyến.



Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RAN phải có khả

năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động của các giao thức ở

lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn như quá trình nén tiêu đề IP (IP header).

Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lí chính sách thơng qua các cơng nghệ truy cập vơ

tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu để định hướng các

thiết bị đầu cuối di động theo các dạng cơng nghệ truy cập vơ tuyến thích hợp đã được

nói rõ cũng như là hỗ trợ QoS end to end trong q trình chuyển giao giữa các cơng nghệ

truy cập vơ tuyến.

2.1.4. Mục đích của việc quản lý tài nguyên trong mạng vô tuyến

Trong các mạng không dây hiện đại, đặc biệt là các mạng không dây băng rộng thì

băng thơng, tần số, khe thời gian, cũng như công suất hoạt động của hệ thống đều là

những tài nguyên hữu hạn rất quan trọng và quý giá. Nhiệm vụ của các nhà phát triển là

phân phối, quản lý, tối ưu hóa các tài nguyên này để đạt được hiệu quả sử dụng cao nhất,

ít tốn kém nhất và hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiễu để đảm bảo chất lượng dịch vụ

cũng như tiết kiệm công suất truyền cho hệ thống.

Các cơ chế RRM thông thường khá phức tạp do các mục tiêu tối ưu trong sử dụng

hiệu quả những tài nguyên hệ thống thường là đối lập nhau. Đó là các vấn đề tối ưu hóa

các tài nguyên (tần số, băng thông, khe thời gian, công suất) của người sử dụng phải cân

đối với vấn đề tối ưu hóa vùng phủ sóng (coverage) và dung lượng hệ thống (capacity).

Ngồi ra tối ưu hóa khả năng hỗ trợ di động phải cân đối với tối ưu hóa dung lượng.v.v.

Ngoài ra các vấn đề về nhiễu trong hệ thống và giữa các hệ thống khác nhau cũng

là một vấn đề lớn cần xem xét. Nhiễu trong hệ thống sẽ làm giảm đáng kể hiệu năng hoạt

động, vì thế các bài toán cấp phát tài nguyên cũng phải quan tâm đặc biệt với các vấn đề

chống nhiễu như chống nhiễu trong kênh, nhiễu xuyên kênh, nhiễu đồng kênh, nhiễu đa

truy cập để đảm bảo chất lượng hoạt động của hệ thống. Thí dụ như trong hệ thống 4G,

nếu nhà quản lý thực hiện tốt được công việc quản lý tài nguyên bao gồm việc cấp phát

kênh con (time slots và subcarriers), điều khiển tốc độ truyền, điều khiển công suất thì sẽ

hạn chế được các vấn đề về nhiễu xuyên kênh và nhiễu đồng kênh (đường xuống của 4G

sử dụng phương thức điều chế OFDM nên tránh được các hiện tượng về nhiễu trong

kênh).



Do đó, việc sử dụng phổ hiệu quả và tối ưu cấp phát tài nguyên nằm trong nhiệm

vụ của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM là đặc biệt quan trọng đối với hiệu năng hoạt

động của các mạng không dây hiện đại. Nếu không thực hiện tốt RRM thì rất có thể sẽ

dẫn đến các vấn đề đáng tiếc như để trống vùng phủ, hay chất lượng dịch vụ QoS không

được đảm bảo, thiếu hoặc quá dư thừa tài nguyên cũng sẽ dẫn đến tình trạng bất ổn định

của hệ thống. Mặt khác trong các hệ thống multi-cell hiện nay có một vấn đề được đặt ra

là việc thay đổi cấp phát tài nguyên trong một vùng phủ sóng nhất định sẽ ảnh hưởng đến

hiệu năng hoạt động của các vùng phủ sóng khác kề bên, vì vậy cần xem xét vấn đề một

cách thấu đáo, đặt trong mối liên hệ tương tác qua lại của từng thành phần mạng.

2.1.5. Các chức năng của quản lý tài nguyên trong mạng vô tuyến

Quản lý tài nguyên vơ tuyến có thể chia thành các chức năng: Điều khiển công

suất, chuyển giao, điều khiển tải, điều khiển thu nhận và lập lịch cho gói tin.

2.1.5.1. Điều khiển cơng suất

Điều khiển công suất là một công việc quan trọng trong tất cả các hệ thống di động

vì vấn đề tuổi thọ của pin và các lý do an toàn, nhưng trong các hệ thống điều khiển công

suất là cần thiết bởi vì đặc điểm giới hạn nhiễu.

Trong các hệ thống GSM, chỉ áp dụng điều khiển công suất chậm. Trong IS-95,

điều khiển công suất nhanh với tần số 800 Hz được hỗ trợ ở đường lên, nhưng trên đường

xuống một vòng điều khiển cơng suất tương đối chậm điều khiển công suất truyền.

2.1.5.2. Điều khiển chuyển giao

Chuyển giao là một phần quan trọng của hệ thống thông tin di động tế bào. Sự di

chuyển gây ra sự biến đổi chất lượng liên kết và các mức nhiễu trong các hệ thống tế bào,

yêu cầu khi một người sử dụng cụ thể thay đổi trạm gốc phục vụ nó. Sự thay đổi này

được gọi là chuyển giao.

2.1.5.3. Điều khiển thu nạp

Nếu tải giao diện vô tuyến được cho phép tăng lên một cách liên tục, vùng phủ

sóng của cell bị giảm đi dưới giá trị đã hoạch định và QoS của các kết nối đang tồn tại

không thể đảm bảo. Vì thế trước khi thu nhận một kết nối mới, điều khiển thu nạp cần

kiểm tra xem việc nhận kết nối mới sẽ khơng ảnh hưởng đến vùng phủ sóng hoặc QoS

của các kết nối đang hoạt động. Điều khiển thu nạp chấp nhận hay từ chối yêu cầu thiết



lập một bộ mạng truy cập vô tuyến trong mạng vô tuyến. Chức năng điều khiển thu nạp

được đặt trong bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC, nơi mà lưu trữ về tải của một số cell.

Nhìn chung các chiến lược điều khiển thu nạp có thể chia thành hai loại: chiến

lược điều khiển thu nạp dựa vào công suất băng rộng và chiến lược điều khiển thu nạp

dựa vào thông lượng. Việc điều khiển thu nạp được áp dụng một cách tách biệt trên cả

đường lên và đường xuống và ở mỗi hướng có thể sử dụng các chiến lược điều khiển thu

nạp khác nhau.

2.1.5.4.



Điều khiển tải



Một công cụ quan trọng của các chức năng quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến là

đảm bảo cho hệ thống không bị quá tải và duy trì tính ổn định. Nếu hệ thống được quy

hoạch một cách hợp lý và công việc điều khiển thu nạp hoạt động tốt, các tình huống quá

tải sẽ bị loại trừ. Tuy nhiên, trong mạng di động sự q tải ở một nơi nào đó là khơng thể

tránh khỏi vì các tài ngun vơ tuyến được ấn định trước trong mạng. Khi quá tải được

xử lý bởi điều khiển tải, hay còn gọi là điều khiển nghẽn, hoạt động điều khiển này sẽ trả

lại cho hệ thống tải mục tiêu, được vạch ra trong quá trình quy hoạch mạng một cách

nhanh chóng và có khả năng điều khiển được. Các hoạt động điều khiển tải để làm giảm

hay cân bằng tải được liệt kê như sau:

-



Từ chối các lệnh công suất tới trên đường xuống nhận từ MS.

Giảm chỉ tiêu Eb/Io đường lên sử dụng bởi điều khiển cơng suất nhanh



-



đường lên.

Thay đổi kích cỡ của miền chuyển giao mềm để phục vụ nhiều người sử



-



dụng hơn.

Chuyển giao tới sóng mang khác nhau.

Giảm thơng lượng của lưu lượng dữ liệu gói ( các dữ liệu phi thời gian



-



thực).

Ngắt các cuộc gọi trên một đường điều khiển.



Hoạt động đầu tiên là các hoạt động nhanh được thực hiện bên trong BS. Các hoạt

động này có thể diễn ra trong một khe thời gian, nghĩa là với một tần số 1,5KHz, cung



cấp một quyền ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau. Hoạt động thứ 3 thay đổi kích cỡ của

miền chuyển giao mềm có một lợi ích đặc biệt đối với mạng giới hạn đường xuống.

Các phương pháp điêu khiển tải khác thì chậm hơn. Chuyển giao bên trong băng

tần và chuyển giao bên trong hệ thống có thể khắc phục được hiện tượng quá tải bằng

cách cân bằng tải. Hoạt động cuối cùng là các ngắt người sử dụng dịch vụ thời gian thực

để giảm tải. Hoạt động này chỉ được sử dụng khi tải của toàn bộ mạng vẫn rất lớn thậm

chí sau khi các hoạt động điều khiển tải khác vừa có tác dụng để giảm quá tải. Giao diện

vô tuyến va các yêu cầu tăng của lưu lượng phi thời gian thực đem lại nhiều sự lựa chọn

các hoạt động khả thi để điều khiển tinh huống quá tải, và vì thế nhu cầu cắt những người

sử dụng dịch vụ thời gian thực để giảm quá tải hiếm sảy ra.

2.2. Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS)

2.2.1. QoS là gì?

Chất lượng dịch vụ (QoS) là một thuật ngữ dùng để chỉ chất lượng của một hệ

thống truyền thông hay một kết nối truyền thông trong mạng viễn thông.

Định nghĩa về QoS theo tiêu chẩn E800 của ITU: Chất lượng dịch vụ viễn thông là

kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối tượng sử

dụng dịch vụ đó.

Trong khi sử dụng dịch vụ, thơng thường người sử dụng chỉ biết đến nhà cung cấp

dịch vụ. Mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ phụ thuộc vào chất lượng dịch vụ

QoS hay những cảm nhận sau cùng của khách hàng về thực hiện dịch vụ

- Hỗ trợ dịch vụ (service support performance)

- Khai thác dịch vụ (service operability performance)

- Năng lực phục vụ (serveability performance)

- An toàn dịch vụ (service security performance)

2.2.2. Yêu cầu về QoS

Theo truyền thống, khi nhu cầu về băng thông tăng lên, hiện trường nghẽn mạng

có thể xảy ra. Ta có thể giải quyết bằng cách tăng băng thơng kết nối hoặc dùng thiết bị

phần cứng khác thay thế. Nhược điểm của cách này là không chỉ ra cách thức để ưu tiên

một loại lưu lượng truy cập này so với một lưu lượng truy cập khác. QoS là một loại lưu



lượng truy cập này so với một lưu lượng truy cập khác. QoS là một công cụ tổng thể

được dùng để bảo vệ, ưu tiên một số lưu lượng truy cập quan trọng hoặc các lưu lượng

truy cập đòi hỏi xử lý nhanh về thời gian. QoS sẽ mô tả cách thức gói được chuyển mạch

(forward) như thế nào.

Các ứng dụng khác nhau sẽ có các nhu cầu khác nhau cho việc truyền dẫn dữ liệu.

Ví dụ web, video, audio… Khi một gói tin đi từ máy chủ này đến máy chủ kia, một gói

tin (packet) có thể gặp các vấn đề:

- Trễ: Do bộ định tuyến xử lý tìm kiếm trong bảng định tuyến, thời gian gói truyền

trên đường truyền.

- Biến động trễ: Các gói khơng đến đúng như thời gian dự định. Các dữ liệu dạng

audio sẽ bị ảnh hưởng nhiều bởi vấn đề này.

- Mất gói: Các gói tin bị thất lạc, mất gói.

Chất lượng dịch vụ được áp dụng cho từng luồng dữ liệu riêng biệt hoặc một

nhóm luồng. Luồng được xác định dựa vào 5 thông tin: Giao thức lớp vận chuyển, địa chỉ

IP nguồn, địa chỉ IP đích, chỉ số nguồn, chỉ số cổng đích.



Hình 3.3. Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI



Hình 3.4. Khái niệm QoS với chất lượng mạng

- Hỗ trợ dịch vụ: Là khả năng của một tổ chức cung cấp dịch vụ và trợ giúp trong

việc sử dụng dịch vụ đã cung cấp.



- Khai thác dịch vụ: Là khả năng vận hành một cách thanh công và dễ dàng của

người sử dụng, bao gồm các đặc tính về thiết bị đầu cuối, các âm hiệu và tin báo dễ hiểu.

- Mức độ an toàn dịch vụ: Là khả năng dịch vụ đạt được khi người sử dụng yêu

cầu và tiếp tục được cung cấp mà không có sự suy giảm quá mức trong khoảng thời gian

sử dụng (trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau). Khả năng phục

vụ là phần phụ thuộc vào đặc tính mạng nhiều nhất và tiếp tục được chia thành ba khái

niệm:

+ Năng lực truy nhập đến dịch vụ (service accessibility performance): Là khả năng

dịch vụ đạt được trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau khi được

yêu cầu bởi người sử dụng.

+ Năng lực duy trì dịch vụ (service retainability performance): Là khả năng của

một dịch vụ tiếp tục được cung cấp trong các điều kiện đưa ra trong khỏang thời gian sử

dụng.

+ Mức độ hoàn hảo của dịch vụ (service integrity performance): Là mức độ dịch

vụ được cung cấp mà không bị suy giảm quá mức, một khi đã đạt được.

Năng lực tính cước chính là thơng số đánh giá về ghi cước và hóa đơn, trong đó

phần xác suất về tính sai cước, tính cước thừa và tính cước thiếu thuộc về chi tiêu của

QoS. Phần đánh giá về độ chính xác ghi cước là chỉ tiêu chất lượng của mạng.

2.2.3. Các thuộc tính của QoS

Trong các mạng cố định, để đảm bảo chất lượng dịch vụ người ta thường sử dụng

các bộ lập lịch (packet scheduler) khác nhau. Tùy theo từng loại thuật toán lập lịch mà

các tham số dịch vụ sau được đảm bảo:

- Trễ (Delay): Đối với một lng dữ liệu có tính chất lưu lượng xác định, trễ thông

thường tỷ lệ thuận với băng thông. Bởi thế để đảm bảo trễ nằm trong một giới hạn cho

trước, thông thường người ta thường sử dụng các bộ lập lịch điều khiển băng thông (ratecontrolled scheduler) như WFQ, WF2Q kết hợp với các thuật toán giám sát điều khiển

lưu lượng như thuạt tốn “gáo rò” (leaky bucket) hoặc sử dụng một số thuật toán lập lịch

như EDD (Earliest-Due-Date).



- Biến động trễ (Delay jitter): Đối với các dịch vụ thời gian thực, sự thay đổi về giá

trị trễ từ đầu đến cuối của các gói liên tiếp nhau sẽ ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Vì

vậy người ta cần phải làm cho trễ trung bình của các gói dữ liệu chênh lệch nhau khơng

nhiều. Để đạt được mục đích này, thơng thường người ta sử dụng các thuật toán lập lịch

để cân bằng biến động trễ như Jitter-EDD (Jitter Earliest-Due-Date).

- Băng thông (Bandwidth): Băng thông của một luồng dữ liệu cũng là tham số chất

lượng dịch vụ. Ở đây người ta cũng sử dụng các bộ lập lịch điều khiển băng thơng như

WFQ.

- Xác suất mất gói (Packet loss rate): Thông thường trong mạng hữu tuyến, mất gói

thường xảy ra do tràn hàng đợi. Vì vậy ở để giới hạn xác suất mất gói, người ta thường sử

dụng các thuật toán quản lý bộ đệm như RED (Random Early Detection). Như đã đề cập

ở trên, trong các mạng khơng dây băng rộng nói chung, các MS ở vị trí khác nhau sẽ chịu

ảnh hưởng khác nhau của môi trường truyền vô tuyến như suy giảm theo khoảng cách

(pathloss), nhiễu đồng kênh, đa đường .v.v. Như vậy tài nguyên chia sẻ cho một MS

không nhất thiết phải tỷ lệ thuận với băng thơng mà MS đó nhận được. Do đó, các thuật

tốn lập lịch khơng chỉ có nhiệm vụ đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các luồng dữ liệu

mà ở một mức độ nào đó cần phải đảm bảo tính cơng bằng chp các MS. Điều này có

nghĩa là kể các MS trong tình trạng kênh truyền không tốt vẫn phải được chia sẻ một tài

nguyên vô tuyến nhất định để truyền dữ liệu của mình. Nói tóm lại, các mục tiêu đặt ra

cho các thuật tốn lập lịch tại lớp MAC của các mạng không dây là:

+ Đảm bảo chất lượng dịch vụ: Thông thường do thông lượng kênh truyền trong

các mạng vô tuyến luôn thay đổi nên thông thường các yêu cầu về đảm bảo chất lượng

dịch vụ thường không yêu cầu cao như trong các mạng hữu tuyến.

+ Tối ưu hóa dung lượng kênh truyền: Có thể đạt được bằng cách sử dụng có hiệu

quả tài ngun vơ tuyến.

+ Đảm bảo tính cơng bằng giữa các MS: Các MS dù có trạng thái kênh khác nhau

đều được chia sẻ tài nguyên vô tuyến để truyền dữ liệu. Đối với các mạng không dây

băng rộng sử dụng cơ chế OFDMA như mạng 4G, các thuật tốn lập lịch và quản lý tài



ngun vơ tuyến còn phức tạp hơn các hệ thống sử dụng nguyên lý TDD thông thường do

chúng phải hoạt động trên cả hai miền thời gian và miền tần số.



Hình 3.5. Các tham sốQoS trong mạng 4G



Hình 3.6. Đặc điểm QCI tiêu chuẩn

2.2.4. Kiến trúc QoS

Có rất nhiều kiến trúc QoS được đưa ra cho mạng 4G. Để đảm bảo QoS cần phải

có kiến trúc QoS. Nó là một khung làm việc đảm bảo chất lượng từ đầu cuối đến đầu cuối

và cung cấp các chức năng thích hợp về quản lý điều khiển QoS, và giao diện QoS. Các

nguyên tắc của QoS:

- Tích hợp (Integration): Có khả năng cấu hình lại, có thể dự đốn trước và có thể

quản lý được thơng qua tất cả các lớp mạng.

- Phân tách (Separation): Tách giữa báo hiệu và dữ liệu truyền.

- Trong suốt (Separation): Tách biệt giữa QoS và ứng dụng.

- Thực thi (Performance): Xử lý các giao thức một cách có hiệu quả.

Như vậy, kiến trúc QoS liên quan đến: QoS specification, QoS mechanism, Traffic

Engineering, QoS supporting protcol.

+ Đặc điểm kỹ thuật QoS (QoS specification):

- Yêu cầu QoS mức ứng dụng.

- Kế hoạch chính sách QoS trong mỗi lớp.



Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.docx) (59 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay
×