Luận án tiến sĩ kỹ thuật về một phương pháp mới điều khiển mượn
- 142 trang
- file .pdf
BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
VIỆN NGHIÊN CỨU ðIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ðỘNG HOÁ
HÀ MẠNH ðÀO
VÒ MéT PH¦¥NG PH¸P MíI §IÒU KHIÓN
M¦îN, KHãA K£NH TÇN Sè M¹NG DI §éNG TÕ BµO
Chuyên ngành: Kỹ thuật ðiện tử
Mã số :62.52.70.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Thái Quang Vinh
HÀ NỘI – 2011
2
LỜI CAM ðOAN
Tác giả xin cam ñoan tất cả các kết quả ñược trình bày trong
luận án là của riêng tác giả, không sao chép từ bất kỳ một công trình
nào khác.
3
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn và biết ơn sâu sắc nhất ñến Thầy hướng
dẫn: PGS. TS. Thái Quang Vinh ñã tận tình dày công hướng dẫn và giúp ñỡ tác giả
hoàn thành luận án này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy GS. TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh, các
Thầy và bạn ñồng nghiệp Viện Nghiên cứu ðiện tử, Tin học, Tự ñộng hóa; Viện Công
nghệ Thông tin ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian
học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn Giáo sư Yao- Tien Wang, Trường ðại học Kainan, ðài
Loan ñã cung cấp thông tin hữu ích ñể trên cơ sở ñó tôi hoàn thành luận án.
Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia ñình và những người thân ñã luôn chia sẻ
mọi khó khăn cùng tác giả và là chỗ dựa vững chắc về vật chất và tinh thần trong suốt
thời gian thực hiện và hoàn thành luận án.
Hà Nội, tháng 10 năm 2011
4
MỤC LỤC
Lời cam ñoan.........................................................................................................................................................1
Lời cảm ơn..............................................................................................................................................................2
MỤC LỤC.............................................................................................................................................................3
Danh mục các từ viết tắt......................................................................................................................................6
Danh sách hình vẽ.................................................................................................................................................9
Danh sách bảng...................................................................................................................................................11
MỞ ðẦU .............................................................................................................................................................12
Chương 1. TỔNG QUAN MẠNG DI ðỘNG TẾ BÀO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MƯỢN
KHÓA KÊNH....................................................................................................................................................20
1.1. Mở ñầu........................................................................................................................... 20
1.2. Mô hình mạng di ñộng tế bào ................................................................................... 23
1.2.1. Khái niệm tế bào.................................................................................... 23
1.2.2. Kênh, cấp phát kênh, tái sử dụng kênh.................................................. 25
1.3. Quá trình chuyển giao (handoff) .............................................................................. 37
1.4. Các thuật toán mượn khóa kênh.................................................................................. 39
1.4.1. Mượn, khóa kênh................................................................................... 39
1.4.2. Thuật toán mượn, khoá kênh ñơn giản ................................................. 40
1.4.3. Các thuật toán mượn, khóa kênh lai ghép ............................................ 42
1.4.4. Thuật toán thử trực tiếp ........................................................................ 43
1.4.5. Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc............................... 43
1.4.6. Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc phân tán ................ 45
1.4.7. Thuật toán mượn, khóa kênh thích nghi ................................................ 46
1.5. Nhận xét các thuật toán mượn, khóa kênh ................................................................ 47
1.6. Kết luận ....................................................................................................................... 47
Chương 2. MƯỢN, KHÓA KÊNH ðỘNG TRÊN CƠ SỞ BỘ ðIỀU KHIỂN LOGIC MỜ VÀ
MẠNG NƠ RON..............................................................................................................................................49
5
2.1. Mở ñầu ........................................................................................................................ 49
2.2. Thuật toán mượn kênh FDCBS và NFDCBS ...................................................... 50
2.2.1 Mô hình hệ thống mạng di ñộng tế bào ................................................ 50
2.2.2 Bộ ñiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ..................................... 52
2.2.3 Pha ra quyết ñịnh trạng thái tải tế bào .................................................. 53
2.2.4 Pha thỏa thuận với tế bào liên quan...................................................... 60
2.2.5 Sự di chuyển ña kênh............................................................................ 61
2.2.6 Thuật toán mượn kênh NFDCBS ......................................................... 62
2.3. ðánh giá các thuật toán FDCBS và NFDCBS ....................................................... 65
2.4. Một số cải tiến thuật toán mượn kênh NFDCBS..................................................... 66
2.4.1 Sử dụng bộ ñiều khiển ANFIS thay cho bộ ñiều khiển NFC ................ 66
2.4.2 Tối ưu tập luật mờ ANFIS.................................................................... 70
2.5. Kết luận........................................................................................................................ 73
Chương 2. MƯỢN, KHÓA KÊNH ðỘNG PHÂN TÁN TRÊN CƠ SỞ BỘ ðIỀU KHIỂN NƠ
RON - MỜ - SUBSETHOOD.......................................................................................................................75
3.1. Mở ñầu........................................................................................................................... 75
3.2. Xây dựng bộ ñiều khiển mượn kênh DDBNFS ........................................................ 76
3.2.1. Mô hình mạng di ñộng tế bào ............................................................... 76
3.2.2. Bộ ñiều khiển mượn kênh mạng nơ ron mờ-subsethood(DDBNFS) .... 78
3.2.3. Thuật toán ñiều khiển mượn kênh cân bằng tải ñộng phân tán........... 100
3.3. Kết luận .......................................................................................................................102
Chương 4. MÔ PHỎNG, ðÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..........................................................104
4.1. Mô tả mạng di ñộng mô phỏng..................................................................................104
4.2. Cài ñặt và huấn luyện NFS ........................................................................................107
4.2.1. Cài ñặt bộ ñiều khiển NFS bằng Matlab.............................................. 107
4.2.2. Phát sinh tập dữ liệu huấn luyện và huấn luyện ANFIS, NFS, NFC .. 108
4.2.3. Kết quả huấn luyện ANFIS, NFS, NFC .............................................. 109
6
4.3. Kết quả mô phỏng.......................................................................................................109
4.4. ðánh giá kết quả và so sánh.......................................................................................112
4.5. Kết luận .......................................................................................................................112
KẾT LUẬN.......................................................................................................................................................114
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ...................................................................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................118
PHỤ LỤC ..........................................................................................................................................................126
7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
ABC Always Best Connected concept Khái niệm luôn kết nối tốt nhất
AC Available Channels Số kênh cho phép ( còn rỗi)
AMPS Advanced Mobile Phone Hệ thống ñiện thoại di ñộng
System AMPS
ANFIS Adaptive Neuro-Fuzzy Hệ thống suy diễn nơ ron- mờ
Inference Systems thích nghi
BCO Borrowing with Channel Mượn với sắp xếp kênh
Ordering
BS Base Station Trạm cơ sở
BP Back Propagation Thuật truyền ngược
CBWL Channel Borrowing Without Mượn kênh không khoá
Locking
CD Code Division Phân chia theo mã
CDMA Code Division Multiplexing ða truy nhập phân chia theo mã
CP-Based- Compact Pattern Based Phân cụm dựa trên gán kênh ñộng
DCA Dynamic Channel Assignment
CNIR Carrier to Noise plus Tỉ số công suất sóng mang trên tạp
Interference Ratio âm và nhiễu.
CS Channel Segregation Chia tách kênh
DAB/DVB Digital Audio Broadcast/Digital Kỹ thuật tiếng nói / hình ảnh số
Video Broadcast mặt ñất
DBCL Borowing with Direction Mượn kênh với khóa kênh theo
Channel Locking hướng
DCA Dynamic Channel Assignment Gán kênh ñộng/Cấp kênh ñộng
DBNFS Distributed dynamic channel Mượn kênh ñộng phân tán trên cơ
borrowing based on Neural sở mạng nơ ron mờ- subsethood
networks – fuzzy –
subsethood
D-LBSB Distributed-LBSB LBSB phân tán
ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Standard Institute Âu
EV-DO EVolution-Data Optimized Phát triển – tối ưu hóa dữ liệu
ETACS European Total Access
Communications System
FCA Fixed Channel Assignment Gán kênh cố ñịnh
FCM Fuzzy C-Means clustering Thuật toán gom cụm C-Mean mờ
8
FD Frequency Division Phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division ða truy nhập phân chia theo tần số
Multiplexing Access
FDCBS Fuzzy-based Dynamic Channel- Mượn kênh ñộng trên cơ sở logic
Borrowing Scheme mờ
FIFO First In First Out Hàng ñợi FIFO
FIS Fuzzy Inference System Hệ thống suy diễn mờ
FlCA Flexible Channel Assignment Gán kênh linh hoạt
FLC Fuzzy Logic Controller Bộ ñiều khiển logic mờ
GA Generic Algorithm Thuật gen
GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di ñộng toàn
cầu
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
ICA Independent Component Phân tích thành phần ñộc lập
Analysis
IETF Internet Engineering Task Force Nhóm ñặc trách kỹ thuật Internet
IMT-A International Mobile Di ñộng quốc tế nâng cao
Telecommunication- Advance
IMT-2000 International Mobile Di ñộng quốc tế hoạt ñộng ở băng
Telecommunication at 2000 tần 2000 MHz
MHz
IS-95 Interim Standard 95 Chuẩn IS-95
IP Internet Protocol Giao thức Internet
JTACS Japanese Total Access Hệ thống truy cập tổng Nhật Bản
Communications System
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LBSB Load Balancing with Selective Cân bằng tải với mượn chọn lọc
Borrowing
LODA Locally Optimised Dynamic Chiến lược gán kênh ñịa phương
Assignment Strategy ñộng
LSE Least Square Error Sai số bình phương tối thiểu
MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
ñộng
MS Mobile Station Thiết bị di ñộng
MIMO Multi Input- Multi Output Hệ thống nhiều ñầu vào – nhiều
ñầu ra
MTSO Mobile Telephone Switching Tổng ñài chuyển mạch thoại di
Office ñộng
NFC Neural-Fuzzy Controller Bộ ñiều khiển Nơ ron – Mờ
9
NFDCBS Neural-Fuzzy Controller for Mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ
the Dynamic Channel- ñiều khiển Nơ ron – Mờ
Borrowing Scheme
NFS Noron- Fuzzy- Subsethood Bộ ñiều khiển mạng nơ ron – mờ -
subsethood
NMT Nordic MobileTelephone
OFDMA Orthogonal Frequency-Division ða truy cập phân chia tần số trực
Multiplexing Access giao
OVSF Orthogonal Variable Spreading Mã OVSF
Factor
PCA Principal Component Analysis Phân tích thaanhf phần cơ bản
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân
PDC Personal Digital Cellular di ñộng cá nhân tế bào số
PSTN Post Switch Telephone Network Mạng ñiện thoại chuyển mạch
công cộng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RSS Received Signal Strengh Cường ñộ tín hiệu thu ñược
RMSE Root Mean Square Error Sai số bình phương trung bình
SB Simple Borrowing Mượn kênh ñơn giản
SHCB Simple Hybrid Channel Thuật toán mượn kênh lai ghép
Borrowing Scheme ñơn giản
Subsethood Phép ño subsethood mờ
TACS Total Access Communication Hệ thống truy nhập tổng
System
TD Time Division Phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiplexing ða truy nhập phân chia theo thời
Access gian
TL Traffic Load Tải lưu lượng
TSK Takagi-Sugeno-Kang Model Mô hình TSK
xG x Generic Thế hệ x (x=1,2,3,4,5)
UMTS Universal Mobile Telephone Hệ thống di ñộng UMTS
System
UWB Ultra-WideBand Công nghệ không dây UWB
WCDMA Wideband Code Division ða truy cập phân chia mã băng
Multiple Access thông rộng.
WISDOM Wireless Innovative System for Hệ thống phát minh vô tuyến ñể
Dynamic Operating Mega truyền thông Mega ñộng.
communications concept
10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sự phát triển qua các thế hệ của mạng di ñộng tế bào .............................................................20
Hình 1.2: Mạng di ñộng tế bào........................................................................................................................23
Hình 1.3: Các phương pháp ña truy cập N kênh cơ bản ...........................................................................26
Hình 1.4: Cách xác ñịnh các tế bào ñồng kênh với tham số shift i=3, j=2.............................................28
Hình 1.5: Nhóm kênh .......................................................................................................................................29
Hình 1.6: Chuyển giao cứng giữa MS và các BS ......................................................................................38
Hình 1.7: Cường ñộ tín hiệu và hiện tượng trễ giữa hai BS liền kề ñể chuyển giao có thể xẩy ra 38
Hình 1.8: Mượn kênh và khoá kênh...............................................................................................................41
Hình 1.9: Phân loại tế bào lạnh, tế bào trung bình, tế bào nóng...............................................................46
Hình 2.1: Mạng tế bào với tế bào hình lục giác ..........................................................................................51
Hình.2.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ .......................................................................52
Hình 2.3: a) Hàm liên thuộc số kênh cho phép;b) Hàm liên thuộc tải lưu lượng . .............................56
Hình 2.4: Hàm liên thuộc ñầu ra mờ ............................................................................................................60
Hình 2.5: Bộ ñiều khiển NFC với luật mờ singleton ................................................................................63
Hình 2.6: Hàm liên thuộc hình tam giác .......................................................................................................64
Hình 2.7: a) Hệ thống suy diễn mờ ANFIS; b) Cấu trúc ANFIS .........................................................68
Hình 2.8: Mạng nơ ron huấn luyện tìm hệ số γ của toán tử mờ ...........................................................72
Hình 3.1: Phân vùng mạng di ñộng tối ưu ...................................................................................................77
Hình 3.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh ñộng DBNFS .................................................................................78
Hình 3.3: Mờ hoá tín hiệu kênh cho phép AC ............................................................................................80
Hình 3.4: Mờ hoá tính hiệu tải lưu lượng TL .............................................................................................81
Hình 3.5: Các tập mờ ñầu ra với hàm liên thuộc Gauss ..........................................................................82
Hình 3.6: Cấu trúc mạng nơ ron mờ sử dụng subsethood(NFS) ...........................................................83
Hình 3.7: Trường hợp 1:ν OL
C
,k
=Ck ...........................................................................................................87
m
Hình 3.8: Trường hợp 2:ν OL
C
,k
> Ck ............................................................................................................88
m
11
Hình 3.9: Trường hợp 3:ν OL
C
,k
< Ck ............................................................................................................92
m
Hình 3.10: Cơ chế suy diễn NFS của DBNFS............................................................................................96
Hình 3.11: Thuật toán ñiều khiển mượn, khoá kênh DBNFS ..............................................................101
Hình 4.1: PDF thời gian giữ cuộc gọi ..........................................................................................................110
Hình 4.2: Sai số huấn luyện mạng NFC, ANFIS, NFS .........................................................................111
Hình 4.3: Xác xuất khóa cuộc gọi của các thuật toán khác nhau .......................................................112
Hình 4.4: Xác xuất dớt cuộc gọi của các thuật toán khác nhau .............................................................112
Hình 4.5: Sự phức tạp truyền thông ñiệp của các thuật toán khác nhau ............................................113
Hình 4.6: Thời gian trễ thu kênh của các thuật toán khác nhau ............................................................113
12
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Các luật mờ ñể ñiều khiển mượn/cho mượn kênh ..................................................................60
Bảng 3.1: Bảng ñịnh nghĩa giá trị biến ngôn ngữ .......................................................................................81
Bảng 3.2: Mạng ñầu vào và ra của các lớp của NFS .................................................................................84
Bảng 3.3: Bảng luật và ε của NFS 2 ñầu vào, 1 ñầu ra..............................................................................96
Bảng 4.1: Cài ñặt bộ ñiều khiển NFS bằng Matlab .................................................................................109
13
MỞ ðẦU
Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước, mạng di ñộng tế bào ñã và ñang
phát triển mạnh mẽ, nhất là mạng di ñộng tế bào thế hệ mới 3G và 4G. ðồng thời
các nước cũng ñang ñầu tư nghiên cứu phát triển mạng di ñộng thế hệ thứ 5 (5G)
[1]. ðặc ñiểm nổi bật của các hệ thống mạng di ñộng thế hệ mới là tốc ñộ truyền dữ
liệu lớn, khả năng di ñộng cao và cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng ngày
càng phong phú hơn.
Một bài toán quan trọng xuyên suốt qua mọi thế hệ mạng di ñộng tế bào là làm
thế nào sử dụng phổ tần số (kênh) cấp cho mỗi mạng hiệu quả trong ñiều kiện phổ tần
số là hạn chế. Từ ñó nâng cao khả năng phục vụ, chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ
thống mạng di ñộng tế bào. ðiều này ñòi hỏi phải có một chiến lược gán kênh phù hợp
[5][6][7]. Bài toán gán kênh là một trong các bài toán quan trọng nhất trong hệ thống di
ñộng tế bào. Và nó là một bài toán có ñộ phức tạp theo thời gian mũ (NP-Hard) nên
khó tìm ñược lời giải chính xác.
Mục ñích của bài toán gán kênh chủ yếu là ñể khai thác khả năng tái sử dụng lại
kênh dưới ñiều kiện ràng buộc nhiễu, như nhiễu ñồng kênh, nhiễu kênh liền kề, nhiễu
kênh tại cùng chỗ sử dụng. Các thuật toán gán kênh ñược ñề xuất từ nhiều tác giả khác
nhau rất phong phú, nhưng có thể chia làm 3 loại khác nhau là: Gán kênh cố ñịnh
(FCA), gán kênh ñộng (DCA) và gán kênh lai ghép (HCA).
Ưu ñiểm của FCA là ñơn giản. Tuy nhiên, nó không thể phù hợp ñối với tình
huống thực tế của mạng mà có tải tế bào biến ñổi bất thường và thay ñổi từ tế bào sang
tế bào khác. Phương pháp DCA cho phép gán/ tái gán lại kênh và do ñó linh hoạt hơn.
DCA tùy theo cách quản lý kênh mà chia làm 2 loại: DCA tập trung và DCA phân tán.
Trong DCA tập trung, tất cả các kênh ñược ñặt trong một nguồn chung và ñược
gán cho các cuộc gọi mới khi cần thiết, và tất cả các công việc gán kênh ñược thực hiện
bởi MSC. Trong DCA phân tán, các BS sẽ tham gia thực hiện công việc này. ðể có
ñược ưu ñiểm của FCA và DCA, kỹ thuật HCA ñược ñề xuất sử dụng. Trong HCA,
14
các kênh ñược chia thành hai tập riêng biệt: một tập các kênh ñược gán cho mỗi tế bào
trên cơ sở FCA, trong khi tập kênh còn lại ñược giữ trong nguồn chung dành cho việc
gán ñộng. Một vấn ñề quan trọng của các phương pháp cấp phát kênh là cân bằng tải
trong mạng di ñộng tế bào có tải phân bố không ñều. Cân bằng tải là quá trình phân bố
lại các kênh của mạng di ñộng tế bào ñể tránh tình huống mà một số tế bào ñang nhàn
rỗi trong khi một số tế bào khác ñang ở trạng thái bị tắc nghẽn (nóng) [29][30][31]. Do
sự nóng của các tế bào biến ñổi theo cả không gian và thời gian, cho nên trong thực tế,
ñể giải quyết vấn ñề này có thể tăng ñộ rộng băng thông cho tế bào ñể tăng dung lượng
hệ thống. Nhưng giải pháp tăng băng thông lại không hiệu quả ñối với mạng mà lưu
lượng mất cân bằng mà biến ñổi theo thời gian. Có giải pháp hiệu quả hơn ñể giải
quyết vấn ñề này là thực hiện chuyển các kênh rỗi từ các tế bào tải nhẹ (lạnh) sang tế
bào tải nặng (nóng) hoặc từ vùng tải nhẹ sang vùng tải nặng trong các mạng thế hệ
mới. Hay nói cách khác, ñó là quá trình thực hiện mượn kênh trong mạng di ñộng tế
bào. ðây là phương pháp ñược sử dụng phổ biến trong mọi mạng tế bào và mọi thế hệ
mạng tế bào, thậm chí cả mạng vệ tinh [51].
Các chiến lược mượn kênh truyền thống thường mượn kênh ñể cân bằng tải
bằng cách sử dụng một số ngưỡng cố ñịnh ñể phân biệt trạng thái tải của mỗi tế bào.
Một tải tế bào ñược gọi là "nóng", nếu tỷ số giữa số kênh còn rỗi với tổng số kênh cấp
cho tế bào ñó nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị ngưỡng, ngược lại nó là "lạnh". Hạn chế
trong các thuật toán này chính là do sử dụng các giá trị ngưỡng cố ñịnh nên có thể gây
ra một chuỗi các biến ñổi bất thường, như hiệu ứng quả bóng bàn (ping-pong), do tải
dao ñộng xung quanh ngưỡng. ðiều này dẫn ñến lãng phí một lượng ñáng kể tài
nguyên mạng do việc chuyển kênh qua lại giữa các tế bào. Mặt khác, việc thu thập các
thông tin tải tế bào không chỉ ñể ước lược tải lưu lượng mạng biến ñổi theo thời gian,
mà còn cung cấp các thông tin hữu ích ñể ra quyết ñịnh gán lại kênh mạng di ñộng tế
bào. Việc thu thập thông tin tải tốt cho phép phản ánh chất lượng ước lượng tải hiện
thời của tế bào, dự báo ñược tải trong tương lai gần, ñảm bảo sự ổn ñịnh tương ñối và
15
có một quan hệ ñơn giản với các chỉ số tài nguyên của mạng. Trong hệ thống di ñộng,
số các cuộc gọi xuất hiện là không biết trước, cũng như thời gian thực hiện cuộc gọi là
mơ hồ, không chắc chắn (bất ñịnh). Chính vì những lý do như vậy, ñể giải bài toán này
cần có một cơ chế dự báo phù hợp hơn, hiệu quả hơn. Gần ñây, ña số các phương pháp
giải quyết vấn ñề gán kênh cho mạng tế bào nói chung, phương pháp ñiều khiển mượn
kênh nói riêng ñều sử dụng công cụ tính toán thông minh, hoặc kết hợp các phương
pháp truyền thống với các phương pháp tính toán thông minh ñể giải quyết bài toán
mạng di ñộng tế bào (hệ thống lai) [47][48][50].
Trong phương pháp tính toán thông minh, nền tảng cốt lõi của nó là bộ ñiều
khiển logic mờ, mạng nơ ron, thuật gen. Ngoài ra còn có lý thuyết trò chơi, tính toán
dựa trên bầy ñàn, dựa trên tình huống (case), Automata... Các bộ ñiều khiển thông
minh có thể ñược xây dựng từ các công nghệ thông minh riêng rẽ hoặc tích hợp các
công nghệ này, tuỳ từng bài toán cụ thể. Mạng nơ ron có ưu ñiểm nổi bật là khả năng
học, khả năng khái quát hoá và khả năng xấp xỉ hàm phi tuyến bất kỳ với ñộ chính xác
yêu cầu. Còn bộ ñiều khiển logic mờ ñược phát triển trên cơ sở lý thuyết tập mờ có ưu
ñiểm là tích hợp ñược tri thức chuyên gia và phỏng theo cách tư duy của con người với
cơ chế suy diễn trên cơ sở tập luật IF-THEN mờ. Thuật gen (GA) cho phép giải bài
toán tối ưu toàn cục dựa trên các toán tử lai ghép, ñột biến, chọn lọc tự nhiên ñể tìm lời
giải tối ưu trong không gian lời giải của bài toán. Automata cho phép tạo ra khả năng
tự trị, thích nghi với môi trường. Sự kết hợp các công nghệ này cho phép tạo ra các bộ
ñiều khiển mạnh, mềm dẻo và giải quyết hiệu quả các bài toán phức tạp, nhiều yếu tố
bất ñịnh, không rõ ràng hoặc nghèo thông tin. Chính vì những ưu ñiểm như vậy, bộ
ñiều khiển thông minh ñã ñược nhiều tác giả nghiên cứu sử dụng trong các thuật toán
mượn kênh, cân bằng tải ñộng, lập lịch gán mã trong mạng di ñộng tế bào với các cơ
chế ña truy cập khác nhau. Nổi bật là nghiên cứu của tác giả Harilaos G. Sandalidis,
Peter P. Stavroulakis’, J. Rodriguez-Tellez [37], ñã sử dụng mạng nơ ron Hopfield và
các chiến lược tiến hoá ñể thực hiện mượn kênh trong mạng tế bào (BCA). Somnath
16
Sinha Maha Patra, Kousik Roy, Sarthak Banerjee, and Deo Prakash Vidyarthi [40], ñã
sử dụng GA ñể cải tạo thuật toán mượn kênh nhằm tối ưu số trạm bị khoá kênh. Sitao
Wu, Tommy W. S. Chow, Kai Tat Ng [41] ñã sử dụng bản ñồ tự tổ chức thực hiện
chiến lược mượn kênh hiệu quả. Yao-Tien Wang [47][48][49] ñã ñề xuất thuật toán
mượn kênh sử dụng bộ ñiều khiển logic mờ, bộ ñiều khiển mạng nơ ron- mờ và bộ ñiều
khiển nơ ron-mờ- GA ñể thực hiện mượn kênh ñộng ñể cân bằng tải ñộng mạng di
ñộng tế bào.
Trong [47] Yao-Tien Wang ñề xuất bộ ñiều khiển mờ (FDCBS) gồm bốn khối
thành phần: (1) cơ sở luật mờ, (2) ñộng cơ suy diễn mờ, (3) khối mờ hóa, và (4) khối
giải mờ. FDCBS gồm 3 pha hoạt ñộng: (1) ra quyết ñịnh tải tế bào, (2) trao ñổi thỏa
thuận giữa các tế bào liên quan, và (3) di chuyển ña kênh. Cấu trúc của bộ ñiều khiển
mượn kênh của mạng di ñộng tế bào gồm ba pha thiết kế bằng cách áp dụng ñiều khiển
logic mờ cho các pha ñó. Pha ra quyết ñịnh tải tế bào cho chỉ thị một lượng thông tin
liên quan ñến tế bào cũng như các luật thu thập thông tin sẽ ñược sử dụng khi thực hiện
ra quyết ñịnh phân bố lại tải tế bào. Mục ñích là ñể thu ñược ñầy ñủ thông tin ñể ñưa ra
quyết ñịnh trạng thái tải tế bào mà có thể là rất nóng, nóng, trung bình, .... FDCBS sử
dụng số kênh cho phép và tải lưu lượng tế bào như là các biến ñầu vào cho tập mờ và
xác ñịnh một tập các hàm liên thuộc mờ. Khái niệm số mờ ñóng một vai trò quan trọng
trong xây dựng các biến ñịnh lượng mờ và xác ñịnh các giá trị ngôn ngữ biểu diễn
trạng thái của tải tế bào, chẳng hạn như “rất nóng”, “nóng”, “vừa phải”, “lạnh” hoặc
“rất lạnh”. Pha thực hiện thỏa thuận giữa các tế bào liên quan nhằm mục ñích lựa chọn
các tế bào hoặc các kênh sẽ ñược di chuyển khi các sự kiện cấp phát lại tải diễn ra. Các
cách tiếp cận cấp phát kênh truyền thống có thể ñược phân loại thành loại cập nhật và
tìm kiếm. Ý tưởng cơ bản là một tế bào phải tham chiếu tất cả các tế bào liên quan
trong phạm vi khoảng cách tái sử dụng kênh tối thiểu trước khi nó có thể thu ñược một
kênh. Cả hai phương pháp này ñều có những ưu và nhược ñiểm. Cách tiếp cận cập nhật
có thời gian trễ thu kênh ngắn nhưng ñộ phức tạp thông ñiệp cao hơn, trong khi
17
phương pháp tìm kiếm có ñộ phức tạp thông ñiệp thấp nhưng thời gian trễ thu kênh dài
hơn. FDCBS thực hiện thỏa thuận giữa tế bào hiện thời với các tế bào liên quan như
sau: Khi trạng thái tải tế bào hiện thời là nóng, nó ñóng vai trò mượn kênh, ngược lại,
khi trạng thái tải của nó là lạnh nó ñóng vai trò cho mượn kênh. Trong trường hợp tế
bào có trạng thái tải trung bình thì nó không ñược phép mượn bất kỳ kênh nào từ bất cứ
một tế bào khác, và cũng không cho bất kỳ tế bào nào mượn kênh từ nó. Pha di chuyển
ña kênh liên quan ñến việc quản lý sự di chuyển của các kênh từ một tế bào tới tế bào
khác. Trong các thuật toán truyền thống khi một tế bào yêu cầu và một tế bào ñích
ñược xác ñịnh, số kênh cấp phát chỉ là một kênh trong mỗi lần lặp. ðiều này không
hiệu quả nếu tải lưu lượng của hai tế bào là rất khác nhau. Ý tưởng của FDCBS là
mượn một số kênh một lần thay vì chỉ có một giữa hai tế bào. Ví dụ, trong các mạng
truyền thông ña phương tiện thế hệ mới, một cuộc gọi có thể cần nhiều kênh khác nhau
tại một thời ñiểm. Ngoài ra, FDCBS cũng cho phép một tế bào yêu cầu có thể mượn
nhiều kênh khác nhau tại một thời ñiểm, dựa trên tải lưu lượng của các tế bào, các kênh
có khả năng và giảm thiểu chi phí mượn kênh.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu ñiểm thu ñược, FDCBS còn có nhiều hạn chế do
bản chất của tập mờ: (1) cần chuyên gia con người ñể xác ñịnh trước hàm liên thuộc
mờ ban ñầu, tức là, các phương pháp này không thể xây dựng các hàm liên thuộc mờ từ
tập dữ liệu huấn luyện một cách hoàn toàn tự ñộng; (2) quá phức tạp và cần rất nhiều
thời gian tính toán; 3) tạo ra quá nhiều luật mờ. ðể khắc phục hạn chế của FDCBS,
Yao-Tien Wang ñã ñề xuất bộ ñiều khiển mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ ñiều khiển
mạng nơ ron – mờ (NFDCBS) [48]. Bộ ñiều khiển này gồm bốn khối của bộ ñiều khiển
logic mờ và mạng nơ ron-mờ. Hoạt ñộng của NFDCBS cũng gồm 3 pha như FDCBS.
Mục ñích chính của bộ ñiều khiển nơ ron-mờ sử dụng trong NFDCBS là phát sinh tập
luật mờ tự ñộng bằng cách áp dụng các kỹ thuật học ñể tìm và ñiều chỉnh các tham số
trên cơ sở tập dữ liệu huấn luyện.
18
Các phương pháp mượn kênh thông minh ñã ñược ñề xuất nói chung, thuật toán
FDCBS, NFDCBS của Yao-Tien Wang nói riêng, ñều tồn tại một số hạn chế do bản
chất của mạng nơ ron, logic mờ. Các thuật toán này hoặc là quá phức tạp, hoặc là số
lượng tính toán quá nhiều. Riêng thuật toán FDCBS phù thuộc mạnh vào tri thức
chuyên gia, số luật quá lớn. Trong NFDCBS thì hạn chế: 1) khả năng xấp xỉ với dữ liệu
ñầu ra mong muốn hạn chế về mức ñộ chính xác, 2) số luật phát sinh tự ñộng còn lớn,
3) sử dụng phép toán t-norms, t-cornom mà có nhiều sự lựa chọn khác nhau cho cùng
một bài toán.
Từ quá trình phân tích, luận án sẽ tập trung nghiên cứu các vấn ñề sau:
1) Thực hiện một số cải tiến ñối với thuật toán NFDCBS ñể nâng cao chất lượng
của mạng di ñộng tế bào.
2) ðề xuất phương pháp mượn kênh ñộng phân tán DBNFS trên cơ sở bộ ñiều
khiển mạng nơ ron mờ có tích hợp phép ño subsethood NFS [33][57][58] ñể khắc phục
các hạn chế của các thuật toán ñề xuất bởi Yao-Tien Wang [47][48]. Bộ ñiều khiển này
sử dụng liên kết mờ cho phép ño mức ñộ ñóng góp của các phần ñiều kiện của tập luật
lên phần kết luận sử dụng phép ño subsethood ñược ñề xuất bởi Kosko [33], cho nên
ñầu ra xấp xỉ với dữ liệu mong muốn tốt hơn. ðồng thời NFS không bỏ qua thông tin
kích cỡ số chiều của véc tơ ñầu vào bộ ñiều khiển logic mờ, mà cũng không làm cường
ñộ của các luật mờ giảm nhanh chóng khi số chiều ñầu vào tăng như ñã xẩy ra do dùng
toán tử min hoặc toán tử tích trong các bộ ñiều khiển NFDCBS. Cuối cùng NFS loại bỏ
ñược việc sử dụng các phép toán số học khoảng ñối với các tập mức –α và cho phép
giải thích rõ ràng hơn tác ñộng của các luật mờ lên phần kết luận của tập luật mờ. NFS
cũng loại bỏ ñược việc sử dụng toán tử mờ t-norms hoặc t-cornom trong các bộ ñiều
khiển nơ ron –mờ truyền thống, ñồng thời cho tín hiệu ñầu ra số là một tổ hợp tuyến
tính của các phần kết luận ñã ñược giải mờ, cho nên tín hiệu ñầu ra cũng “mịn” hơn so
với các bộ ñiều khiển khác.
19
Phương pháp DBNFS thực hiện mượn kênh phân tán kết hợp với các chiến lược
khóa kênh, nên vấn ñề cân bằng tải của mạng ñược ñáp ứng ñộng hơn, hiệu quả hơn so
với NFDCBS (sử dụng phương pháp quản lý kênh tập trung và thực hiện cân bằng tải
theo chu kỳ).
3) Thông qua mô phỏng, chúng tôi ñánh giá xác suất khóa cuộc gọi, xác suất rớt
cuộc gọi, sự cập nhật thông ñiệp, thời gian trễ thu kênh của phương pháp ñề xuất. Kết
quả thực nghiệm cho thấy phương pháp mượn, khóa kênh trên DBNFS cho kết quả tốt
hơn so với các phương pháp thông thường và các thuật toán FDCBS, NFDCBS của
Yao-Tien Wang [47][48].
Mục tiêu của luận án tập trung nghiên cứu ba vấn ñề chính. Vấn ñề thứ nhất là
so sánh và ñánh giá các phương pháp mượn khóa kênh truyền thống, phương pháp
mượn kênh FDCBS, NFDCBS ñể vạch ra những ñiểm hạn chế của các phương pháp
này, từ ñó ñề xuất phương pháp cải tiến. Vấn ñề thứ hai là ñề xuất phương pháp mới
sử dụng phép ño subsethood và chứng minh phương pháp mới hiệu quả hơn các
phương pháp cũ và cải tiến. Vấn ñề thứ ba là ñề xuất mô hình mô phỏng và thu kết
quả, ñánh giá phương pháp mới.
ðối tượng nghiên cứu của luận án là nghiên cứu phương pháp mới với các
thuật toán mượn, khóa kênh sử dụng mạng nơ ron mờ, phép ño subsethood sử dụng tập
dữ liệu huấn luyện trong chế ñộ online và batch ñể tăng dung lượng số cuộc gọi ñược
phục vụ, thực hiện cân bằng tải hiệu quả và kịp thời, từ ñó cải thiện và nâng cao các
chỉ số chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ thống di ñộng tế bào.
Phạm vi nghiên cứu của luận án là nghiên cứu phương pháp mượn khóa kênh
trên mô hình mạng di ñộng tế bào ñề xuất.
Phương pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu
thực nghiệm. Về nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu các thuật toán, các phương pháp
mượn khóa kênh dựa vào các kiến thức cơ bản và các kết quả nghiên cứu lý thuyết ñã
công bố. Về nghiên cứu thực nghiệm, luận án thực hiện cài ñặt các thuật toán, chạy thử
20
nghiệm thuật toán với các bộ số liệu ñã ñược công bố, so sánh và ñánh giá kết quả thực
nghiệm, từ ñó kết luận tính ưu việt của phương pháp mới.
Bố cục của luận án gồm phần mở ñầu và bốn chương nội dung, phần kết luận,
danh mục công trình công bố và danh mục các tài liệu tham khảo. Chương 1 trình bày
các khái niệm cơ bản về mô hình mạng di ñộng tế bào và một số khái niệm quan trọng.
ðồng thời chương 1 cũng trình bày tổng quan các phương pháp gán kênh, mượn khóa
kênh truyền thống và chỉ ra những hạn chế của các phương pháp này.
Các ñóng góp chính của luận án ñược trình bày trong chương 2, chương 3 và chương 4.
Chương 2 thực hiện khảo sát các phương pháp mượn kênh FDCBS trên cơ sở
logic mờ, mà tập luật mờ ñược xây dựng sử dụng tri thưc chuyên gia; NFDCBS trên cơ
sở mạng nơ ron mờ mà tập luật mờ ñược phát sinh và tối ưu tự ñộng sử dụng tập dữ
liệu huấn luyện. Chương 2 cũng chỉ ra những hạn chế của các phương pháp này và ñề
xuất một số cải tiến ñối với NFDCBS.
Chương 3 trình bày phương pháp mượn khóa kênh mới sử dụng bộ ñiều khiển nơ
ron mờ với phép ño subsethood. Trong chương này trình bày mô hình bộ ñiều khiển
mượn khóa kênh phân tán, xây dựng bộ ñiều khiển mạng nơ ron mờ- subsethood và
thuật toán huấn luyện online, huấn luyện batch. ðề xuất thuật toán mượn khóa kênh
mờ, qui trình thực hiện mượn, khóa kênh và di chuyển ña kênh ñể cân bằng tải ñộng
mạng di ñộng tế bào.
Chương 4 trình bày xây dựng mô hình mô phỏng, thực hiện phát sinh tập dữ liệu
huấn luyện, huấn luyện mạng nơ ron, thực hiện chạy mô phỏng các thuật toán mượn,
khóa kênh với các tham số giả ñịnh, sau ñó phân tích, ñánh giá kết quả thu ñược.
Cuối cùng, phần kết luận nêu những ñóng góp của luận án, hướng phát triển và
những vấn ñề quan tâm của tác giả.
VIỆN NGHIÊN CỨU ðIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ðỘNG HOÁ
HÀ MẠNH ðÀO
VÒ MéT PH¦¥NG PH¸P MíI §IÒU KHIÓN
M¦îN, KHãA K£NH TÇN Sè M¹NG DI §éNG TÕ BµO
Chuyên ngành: Kỹ thuật ðiện tử
Mã số :62.52.70.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Thái Quang Vinh
HÀ NỘI – 2011
2
LỜI CAM ðOAN
Tác giả xin cam ñoan tất cả các kết quả ñược trình bày trong
luận án là của riêng tác giả, không sao chép từ bất kỳ một công trình
nào khác.
3
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn và biết ơn sâu sắc nhất ñến Thầy hướng
dẫn: PGS. TS. Thái Quang Vinh ñã tận tình dày công hướng dẫn và giúp ñỡ tác giả
hoàn thành luận án này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy GS. TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh, các
Thầy và bạn ñồng nghiệp Viện Nghiên cứu ðiện tử, Tin học, Tự ñộng hóa; Viện Công
nghệ Thông tin ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian
học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn Giáo sư Yao- Tien Wang, Trường ðại học Kainan, ðài
Loan ñã cung cấp thông tin hữu ích ñể trên cơ sở ñó tôi hoàn thành luận án.
Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia ñình và những người thân ñã luôn chia sẻ
mọi khó khăn cùng tác giả và là chỗ dựa vững chắc về vật chất và tinh thần trong suốt
thời gian thực hiện và hoàn thành luận án.
Hà Nội, tháng 10 năm 2011
4
MỤC LỤC
Lời cam ñoan.........................................................................................................................................................1
Lời cảm ơn..............................................................................................................................................................2
MỤC LỤC.............................................................................................................................................................3
Danh mục các từ viết tắt......................................................................................................................................6
Danh sách hình vẽ.................................................................................................................................................9
Danh sách bảng...................................................................................................................................................11
MỞ ðẦU .............................................................................................................................................................12
Chương 1. TỔNG QUAN MẠNG DI ðỘNG TẾ BÀO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MƯỢN
KHÓA KÊNH....................................................................................................................................................20
1.1. Mở ñầu........................................................................................................................... 20
1.2. Mô hình mạng di ñộng tế bào ................................................................................... 23
1.2.1. Khái niệm tế bào.................................................................................... 23
1.2.2. Kênh, cấp phát kênh, tái sử dụng kênh.................................................. 25
1.3. Quá trình chuyển giao (handoff) .............................................................................. 37
1.4. Các thuật toán mượn khóa kênh.................................................................................. 39
1.4.1. Mượn, khóa kênh................................................................................... 39
1.4.2. Thuật toán mượn, khoá kênh ñơn giản ................................................. 40
1.4.3. Các thuật toán mượn, khóa kênh lai ghép ............................................ 42
1.4.4. Thuật toán thử trực tiếp ........................................................................ 43
1.4.5. Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc............................... 43
1.4.6. Thuật toán cân bằng tải ñộng mượn kênh chọn lọc phân tán ................ 45
1.4.7. Thuật toán mượn, khóa kênh thích nghi ................................................ 46
1.5. Nhận xét các thuật toán mượn, khóa kênh ................................................................ 47
1.6. Kết luận ....................................................................................................................... 47
Chương 2. MƯỢN, KHÓA KÊNH ðỘNG TRÊN CƠ SỞ BỘ ðIỀU KHIỂN LOGIC MỜ VÀ
MẠNG NƠ RON..............................................................................................................................................49
5
2.1. Mở ñầu ........................................................................................................................ 49
2.2. Thuật toán mượn kênh FDCBS và NFDCBS ...................................................... 50
2.2.1 Mô hình hệ thống mạng di ñộng tế bào ................................................ 50
2.2.2 Bộ ñiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ..................................... 52
2.2.3 Pha ra quyết ñịnh trạng thái tải tế bào .................................................. 53
2.2.4 Pha thỏa thuận với tế bào liên quan...................................................... 60
2.2.5 Sự di chuyển ña kênh............................................................................ 61
2.2.6 Thuật toán mượn kênh NFDCBS ......................................................... 62
2.3. ðánh giá các thuật toán FDCBS và NFDCBS ....................................................... 65
2.4. Một số cải tiến thuật toán mượn kênh NFDCBS..................................................... 66
2.4.1 Sử dụng bộ ñiều khiển ANFIS thay cho bộ ñiều khiển NFC ................ 66
2.4.2 Tối ưu tập luật mờ ANFIS.................................................................... 70
2.5. Kết luận........................................................................................................................ 73
Chương 2. MƯỢN, KHÓA KÊNH ðỘNG PHÂN TÁN TRÊN CƠ SỞ BỘ ðIỀU KHIỂN NƠ
RON - MỜ - SUBSETHOOD.......................................................................................................................75
3.1. Mở ñầu........................................................................................................................... 75
3.2. Xây dựng bộ ñiều khiển mượn kênh DDBNFS ........................................................ 76
3.2.1. Mô hình mạng di ñộng tế bào ............................................................... 76
3.2.2. Bộ ñiều khiển mượn kênh mạng nơ ron mờ-subsethood(DDBNFS) .... 78
3.2.3. Thuật toán ñiều khiển mượn kênh cân bằng tải ñộng phân tán........... 100
3.3. Kết luận .......................................................................................................................102
Chương 4. MÔ PHỎNG, ðÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..........................................................104
4.1. Mô tả mạng di ñộng mô phỏng..................................................................................104
4.2. Cài ñặt và huấn luyện NFS ........................................................................................107
4.2.1. Cài ñặt bộ ñiều khiển NFS bằng Matlab.............................................. 107
4.2.2. Phát sinh tập dữ liệu huấn luyện và huấn luyện ANFIS, NFS, NFC .. 108
4.2.3. Kết quả huấn luyện ANFIS, NFS, NFC .............................................. 109
6
4.3. Kết quả mô phỏng.......................................................................................................109
4.4. ðánh giá kết quả và so sánh.......................................................................................112
4.5. Kết luận .......................................................................................................................112
KẾT LUẬN.......................................................................................................................................................114
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ...................................................................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................118
PHỤ LỤC ..........................................................................................................................................................126
7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
ABC Always Best Connected concept Khái niệm luôn kết nối tốt nhất
AC Available Channels Số kênh cho phép ( còn rỗi)
AMPS Advanced Mobile Phone Hệ thống ñiện thoại di ñộng
System AMPS
ANFIS Adaptive Neuro-Fuzzy Hệ thống suy diễn nơ ron- mờ
Inference Systems thích nghi
BCO Borrowing with Channel Mượn với sắp xếp kênh
Ordering
BS Base Station Trạm cơ sở
BP Back Propagation Thuật truyền ngược
CBWL Channel Borrowing Without Mượn kênh không khoá
Locking
CD Code Division Phân chia theo mã
CDMA Code Division Multiplexing ða truy nhập phân chia theo mã
CP-Based- Compact Pattern Based Phân cụm dựa trên gán kênh ñộng
DCA Dynamic Channel Assignment
CNIR Carrier to Noise plus Tỉ số công suất sóng mang trên tạp
Interference Ratio âm và nhiễu.
CS Channel Segregation Chia tách kênh
DAB/DVB Digital Audio Broadcast/Digital Kỹ thuật tiếng nói / hình ảnh số
Video Broadcast mặt ñất
DBCL Borowing with Direction Mượn kênh với khóa kênh theo
Channel Locking hướng
DCA Dynamic Channel Assignment Gán kênh ñộng/Cấp kênh ñộng
DBNFS Distributed dynamic channel Mượn kênh ñộng phân tán trên cơ
borrowing based on Neural sở mạng nơ ron mờ- subsethood
networks – fuzzy –
subsethood
D-LBSB Distributed-LBSB LBSB phân tán
ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Standard Institute Âu
EV-DO EVolution-Data Optimized Phát triển – tối ưu hóa dữ liệu
ETACS European Total Access
Communications System
FCA Fixed Channel Assignment Gán kênh cố ñịnh
FCM Fuzzy C-Means clustering Thuật toán gom cụm C-Mean mờ
8
FD Frequency Division Phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division ða truy nhập phân chia theo tần số
Multiplexing Access
FDCBS Fuzzy-based Dynamic Channel- Mượn kênh ñộng trên cơ sở logic
Borrowing Scheme mờ
FIFO First In First Out Hàng ñợi FIFO
FIS Fuzzy Inference System Hệ thống suy diễn mờ
FlCA Flexible Channel Assignment Gán kênh linh hoạt
FLC Fuzzy Logic Controller Bộ ñiều khiển logic mờ
GA Generic Algorithm Thuật gen
GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di ñộng toàn
cầu
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
ICA Independent Component Phân tích thành phần ñộc lập
Analysis
IETF Internet Engineering Task Force Nhóm ñặc trách kỹ thuật Internet
IMT-A International Mobile Di ñộng quốc tế nâng cao
Telecommunication- Advance
IMT-2000 International Mobile Di ñộng quốc tế hoạt ñộng ở băng
Telecommunication at 2000 tần 2000 MHz
MHz
IS-95 Interim Standard 95 Chuẩn IS-95
IP Internet Protocol Giao thức Internet
JTACS Japanese Total Access Hệ thống truy cập tổng Nhật Bản
Communications System
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LBSB Load Balancing with Selective Cân bằng tải với mượn chọn lọc
Borrowing
LODA Locally Optimised Dynamic Chiến lược gán kênh ñịa phương
Assignment Strategy ñộng
LSE Least Square Error Sai số bình phương tối thiểu
MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
ñộng
MS Mobile Station Thiết bị di ñộng
MIMO Multi Input- Multi Output Hệ thống nhiều ñầu vào – nhiều
ñầu ra
MTSO Mobile Telephone Switching Tổng ñài chuyển mạch thoại di
Office ñộng
NFC Neural-Fuzzy Controller Bộ ñiều khiển Nơ ron – Mờ
9
NFDCBS Neural-Fuzzy Controller for Mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ
the Dynamic Channel- ñiều khiển Nơ ron – Mờ
Borrowing Scheme
NFS Noron- Fuzzy- Subsethood Bộ ñiều khiển mạng nơ ron – mờ -
subsethood
NMT Nordic MobileTelephone
OFDMA Orthogonal Frequency-Division ða truy cập phân chia tần số trực
Multiplexing Access giao
OVSF Orthogonal Variable Spreading Mã OVSF
Factor
PCA Principal Component Analysis Phân tích thaanhf phần cơ bản
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân
PDC Personal Digital Cellular di ñộng cá nhân tế bào số
PSTN Post Switch Telephone Network Mạng ñiện thoại chuyển mạch
công cộng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RSS Received Signal Strengh Cường ñộ tín hiệu thu ñược
RMSE Root Mean Square Error Sai số bình phương trung bình
SB Simple Borrowing Mượn kênh ñơn giản
SHCB Simple Hybrid Channel Thuật toán mượn kênh lai ghép
Borrowing Scheme ñơn giản
Subsethood Phép ño subsethood mờ
TACS Total Access Communication Hệ thống truy nhập tổng
System
TD Time Division Phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiplexing ða truy nhập phân chia theo thời
Access gian
TL Traffic Load Tải lưu lượng
TSK Takagi-Sugeno-Kang Model Mô hình TSK
xG x Generic Thế hệ x (x=1,2,3,4,5)
UMTS Universal Mobile Telephone Hệ thống di ñộng UMTS
System
UWB Ultra-WideBand Công nghệ không dây UWB
WCDMA Wideband Code Division ða truy cập phân chia mã băng
Multiple Access thông rộng.
WISDOM Wireless Innovative System for Hệ thống phát minh vô tuyến ñể
Dynamic Operating Mega truyền thông Mega ñộng.
communications concept
10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sự phát triển qua các thế hệ của mạng di ñộng tế bào .............................................................20
Hình 1.2: Mạng di ñộng tế bào........................................................................................................................23
Hình 1.3: Các phương pháp ña truy cập N kênh cơ bản ...........................................................................26
Hình 1.4: Cách xác ñịnh các tế bào ñồng kênh với tham số shift i=3, j=2.............................................28
Hình 1.5: Nhóm kênh .......................................................................................................................................29
Hình 1.6: Chuyển giao cứng giữa MS và các BS ......................................................................................38
Hình 1.7: Cường ñộ tín hiệu và hiện tượng trễ giữa hai BS liền kề ñể chuyển giao có thể xẩy ra 38
Hình 1.8: Mượn kênh và khoá kênh...............................................................................................................41
Hình 1.9: Phân loại tế bào lạnh, tế bào trung bình, tế bào nóng...............................................................46
Hình 2.1: Mạng tế bào với tế bào hình lục giác ..........................................................................................51
Hình.2.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh trên cơ sở logic mờ .......................................................................52
Hình 2.3: a) Hàm liên thuộc số kênh cho phép;b) Hàm liên thuộc tải lưu lượng . .............................56
Hình 2.4: Hàm liên thuộc ñầu ra mờ ............................................................................................................60
Hình 2.5: Bộ ñiều khiển NFC với luật mờ singleton ................................................................................63
Hình 2.6: Hàm liên thuộc hình tam giác .......................................................................................................64
Hình 2.7: a) Hệ thống suy diễn mờ ANFIS; b) Cấu trúc ANFIS .........................................................68
Hình 2.8: Mạng nơ ron huấn luyện tìm hệ số γ của toán tử mờ ...........................................................72
Hình 3.1: Phân vùng mạng di ñộng tối ưu ...................................................................................................77
Hình 3.2: Bộ ñiều khiển mượn kênh ñộng DBNFS .................................................................................78
Hình 3.3: Mờ hoá tín hiệu kênh cho phép AC ............................................................................................80
Hình 3.4: Mờ hoá tính hiệu tải lưu lượng TL .............................................................................................81
Hình 3.5: Các tập mờ ñầu ra với hàm liên thuộc Gauss ..........................................................................82
Hình 3.6: Cấu trúc mạng nơ ron mờ sử dụng subsethood(NFS) ...........................................................83
Hình 3.7: Trường hợp 1:ν OL
C
,k
=Ck ...........................................................................................................87
m
Hình 3.8: Trường hợp 2:ν OL
C
,k
> Ck ............................................................................................................88
m
11
Hình 3.9: Trường hợp 3:ν OL
C
,k
< Ck ............................................................................................................92
m
Hình 3.10: Cơ chế suy diễn NFS của DBNFS............................................................................................96
Hình 3.11: Thuật toán ñiều khiển mượn, khoá kênh DBNFS ..............................................................101
Hình 4.1: PDF thời gian giữ cuộc gọi ..........................................................................................................110
Hình 4.2: Sai số huấn luyện mạng NFC, ANFIS, NFS .........................................................................111
Hình 4.3: Xác xuất khóa cuộc gọi của các thuật toán khác nhau .......................................................112
Hình 4.4: Xác xuất dớt cuộc gọi của các thuật toán khác nhau .............................................................112
Hình 4.5: Sự phức tạp truyền thông ñiệp của các thuật toán khác nhau ............................................113
Hình 4.6: Thời gian trễ thu kênh của các thuật toán khác nhau ............................................................113
12
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Các luật mờ ñể ñiều khiển mượn/cho mượn kênh ..................................................................60
Bảng 3.1: Bảng ñịnh nghĩa giá trị biến ngôn ngữ .......................................................................................81
Bảng 3.2: Mạng ñầu vào và ra của các lớp của NFS .................................................................................84
Bảng 3.3: Bảng luật và ε của NFS 2 ñầu vào, 1 ñầu ra..............................................................................96
Bảng 4.1: Cài ñặt bộ ñiều khiển NFS bằng Matlab .................................................................................109
13
MỞ ðẦU
Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước, mạng di ñộng tế bào ñã và ñang
phát triển mạnh mẽ, nhất là mạng di ñộng tế bào thế hệ mới 3G và 4G. ðồng thời
các nước cũng ñang ñầu tư nghiên cứu phát triển mạng di ñộng thế hệ thứ 5 (5G)
[1]. ðặc ñiểm nổi bật của các hệ thống mạng di ñộng thế hệ mới là tốc ñộ truyền dữ
liệu lớn, khả năng di ñộng cao và cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng ngày
càng phong phú hơn.
Một bài toán quan trọng xuyên suốt qua mọi thế hệ mạng di ñộng tế bào là làm
thế nào sử dụng phổ tần số (kênh) cấp cho mỗi mạng hiệu quả trong ñiều kiện phổ tần
số là hạn chế. Từ ñó nâng cao khả năng phục vụ, chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ
thống mạng di ñộng tế bào. ðiều này ñòi hỏi phải có một chiến lược gán kênh phù hợp
[5][6][7]. Bài toán gán kênh là một trong các bài toán quan trọng nhất trong hệ thống di
ñộng tế bào. Và nó là một bài toán có ñộ phức tạp theo thời gian mũ (NP-Hard) nên
khó tìm ñược lời giải chính xác.
Mục ñích của bài toán gán kênh chủ yếu là ñể khai thác khả năng tái sử dụng lại
kênh dưới ñiều kiện ràng buộc nhiễu, như nhiễu ñồng kênh, nhiễu kênh liền kề, nhiễu
kênh tại cùng chỗ sử dụng. Các thuật toán gán kênh ñược ñề xuất từ nhiều tác giả khác
nhau rất phong phú, nhưng có thể chia làm 3 loại khác nhau là: Gán kênh cố ñịnh
(FCA), gán kênh ñộng (DCA) và gán kênh lai ghép (HCA).
Ưu ñiểm của FCA là ñơn giản. Tuy nhiên, nó không thể phù hợp ñối với tình
huống thực tế của mạng mà có tải tế bào biến ñổi bất thường và thay ñổi từ tế bào sang
tế bào khác. Phương pháp DCA cho phép gán/ tái gán lại kênh và do ñó linh hoạt hơn.
DCA tùy theo cách quản lý kênh mà chia làm 2 loại: DCA tập trung và DCA phân tán.
Trong DCA tập trung, tất cả các kênh ñược ñặt trong một nguồn chung và ñược
gán cho các cuộc gọi mới khi cần thiết, và tất cả các công việc gán kênh ñược thực hiện
bởi MSC. Trong DCA phân tán, các BS sẽ tham gia thực hiện công việc này. ðể có
ñược ưu ñiểm của FCA và DCA, kỹ thuật HCA ñược ñề xuất sử dụng. Trong HCA,
14
các kênh ñược chia thành hai tập riêng biệt: một tập các kênh ñược gán cho mỗi tế bào
trên cơ sở FCA, trong khi tập kênh còn lại ñược giữ trong nguồn chung dành cho việc
gán ñộng. Một vấn ñề quan trọng của các phương pháp cấp phát kênh là cân bằng tải
trong mạng di ñộng tế bào có tải phân bố không ñều. Cân bằng tải là quá trình phân bố
lại các kênh của mạng di ñộng tế bào ñể tránh tình huống mà một số tế bào ñang nhàn
rỗi trong khi một số tế bào khác ñang ở trạng thái bị tắc nghẽn (nóng) [29][30][31]. Do
sự nóng của các tế bào biến ñổi theo cả không gian và thời gian, cho nên trong thực tế,
ñể giải quyết vấn ñề này có thể tăng ñộ rộng băng thông cho tế bào ñể tăng dung lượng
hệ thống. Nhưng giải pháp tăng băng thông lại không hiệu quả ñối với mạng mà lưu
lượng mất cân bằng mà biến ñổi theo thời gian. Có giải pháp hiệu quả hơn ñể giải
quyết vấn ñề này là thực hiện chuyển các kênh rỗi từ các tế bào tải nhẹ (lạnh) sang tế
bào tải nặng (nóng) hoặc từ vùng tải nhẹ sang vùng tải nặng trong các mạng thế hệ
mới. Hay nói cách khác, ñó là quá trình thực hiện mượn kênh trong mạng di ñộng tế
bào. ðây là phương pháp ñược sử dụng phổ biến trong mọi mạng tế bào và mọi thế hệ
mạng tế bào, thậm chí cả mạng vệ tinh [51].
Các chiến lược mượn kênh truyền thống thường mượn kênh ñể cân bằng tải
bằng cách sử dụng một số ngưỡng cố ñịnh ñể phân biệt trạng thái tải của mỗi tế bào.
Một tải tế bào ñược gọi là "nóng", nếu tỷ số giữa số kênh còn rỗi với tổng số kênh cấp
cho tế bào ñó nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị ngưỡng, ngược lại nó là "lạnh". Hạn chế
trong các thuật toán này chính là do sử dụng các giá trị ngưỡng cố ñịnh nên có thể gây
ra một chuỗi các biến ñổi bất thường, như hiệu ứng quả bóng bàn (ping-pong), do tải
dao ñộng xung quanh ngưỡng. ðiều này dẫn ñến lãng phí một lượng ñáng kể tài
nguyên mạng do việc chuyển kênh qua lại giữa các tế bào. Mặt khác, việc thu thập các
thông tin tải tế bào không chỉ ñể ước lược tải lưu lượng mạng biến ñổi theo thời gian,
mà còn cung cấp các thông tin hữu ích ñể ra quyết ñịnh gán lại kênh mạng di ñộng tế
bào. Việc thu thập thông tin tải tốt cho phép phản ánh chất lượng ước lượng tải hiện
thời của tế bào, dự báo ñược tải trong tương lai gần, ñảm bảo sự ổn ñịnh tương ñối và
15
có một quan hệ ñơn giản với các chỉ số tài nguyên của mạng. Trong hệ thống di ñộng,
số các cuộc gọi xuất hiện là không biết trước, cũng như thời gian thực hiện cuộc gọi là
mơ hồ, không chắc chắn (bất ñịnh). Chính vì những lý do như vậy, ñể giải bài toán này
cần có một cơ chế dự báo phù hợp hơn, hiệu quả hơn. Gần ñây, ña số các phương pháp
giải quyết vấn ñề gán kênh cho mạng tế bào nói chung, phương pháp ñiều khiển mượn
kênh nói riêng ñều sử dụng công cụ tính toán thông minh, hoặc kết hợp các phương
pháp truyền thống với các phương pháp tính toán thông minh ñể giải quyết bài toán
mạng di ñộng tế bào (hệ thống lai) [47][48][50].
Trong phương pháp tính toán thông minh, nền tảng cốt lõi của nó là bộ ñiều
khiển logic mờ, mạng nơ ron, thuật gen. Ngoài ra còn có lý thuyết trò chơi, tính toán
dựa trên bầy ñàn, dựa trên tình huống (case), Automata... Các bộ ñiều khiển thông
minh có thể ñược xây dựng từ các công nghệ thông minh riêng rẽ hoặc tích hợp các
công nghệ này, tuỳ từng bài toán cụ thể. Mạng nơ ron có ưu ñiểm nổi bật là khả năng
học, khả năng khái quát hoá và khả năng xấp xỉ hàm phi tuyến bất kỳ với ñộ chính xác
yêu cầu. Còn bộ ñiều khiển logic mờ ñược phát triển trên cơ sở lý thuyết tập mờ có ưu
ñiểm là tích hợp ñược tri thức chuyên gia và phỏng theo cách tư duy của con người với
cơ chế suy diễn trên cơ sở tập luật IF-THEN mờ. Thuật gen (GA) cho phép giải bài
toán tối ưu toàn cục dựa trên các toán tử lai ghép, ñột biến, chọn lọc tự nhiên ñể tìm lời
giải tối ưu trong không gian lời giải của bài toán. Automata cho phép tạo ra khả năng
tự trị, thích nghi với môi trường. Sự kết hợp các công nghệ này cho phép tạo ra các bộ
ñiều khiển mạnh, mềm dẻo và giải quyết hiệu quả các bài toán phức tạp, nhiều yếu tố
bất ñịnh, không rõ ràng hoặc nghèo thông tin. Chính vì những ưu ñiểm như vậy, bộ
ñiều khiển thông minh ñã ñược nhiều tác giả nghiên cứu sử dụng trong các thuật toán
mượn kênh, cân bằng tải ñộng, lập lịch gán mã trong mạng di ñộng tế bào với các cơ
chế ña truy cập khác nhau. Nổi bật là nghiên cứu của tác giả Harilaos G. Sandalidis,
Peter P. Stavroulakis’, J. Rodriguez-Tellez [37], ñã sử dụng mạng nơ ron Hopfield và
các chiến lược tiến hoá ñể thực hiện mượn kênh trong mạng tế bào (BCA). Somnath
16
Sinha Maha Patra, Kousik Roy, Sarthak Banerjee, and Deo Prakash Vidyarthi [40], ñã
sử dụng GA ñể cải tạo thuật toán mượn kênh nhằm tối ưu số trạm bị khoá kênh. Sitao
Wu, Tommy W. S. Chow, Kai Tat Ng [41] ñã sử dụng bản ñồ tự tổ chức thực hiện
chiến lược mượn kênh hiệu quả. Yao-Tien Wang [47][48][49] ñã ñề xuất thuật toán
mượn kênh sử dụng bộ ñiều khiển logic mờ, bộ ñiều khiển mạng nơ ron- mờ và bộ ñiều
khiển nơ ron-mờ- GA ñể thực hiện mượn kênh ñộng ñể cân bằng tải ñộng mạng di
ñộng tế bào.
Trong [47] Yao-Tien Wang ñề xuất bộ ñiều khiển mờ (FDCBS) gồm bốn khối
thành phần: (1) cơ sở luật mờ, (2) ñộng cơ suy diễn mờ, (3) khối mờ hóa, và (4) khối
giải mờ. FDCBS gồm 3 pha hoạt ñộng: (1) ra quyết ñịnh tải tế bào, (2) trao ñổi thỏa
thuận giữa các tế bào liên quan, và (3) di chuyển ña kênh. Cấu trúc của bộ ñiều khiển
mượn kênh của mạng di ñộng tế bào gồm ba pha thiết kế bằng cách áp dụng ñiều khiển
logic mờ cho các pha ñó. Pha ra quyết ñịnh tải tế bào cho chỉ thị một lượng thông tin
liên quan ñến tế bào cũng như các luật thu thập thông tin sẽ ñược sử dụng khi thực hiện
ra quyết ñịnh phân bố lại tải tế bào. Mục ñích là ñể thu ñược ñầy ñủ thông tin ñể ñưa ra
quyết ñịnh trạng thái tải tế bào mà có thể là rất nóng, nóng, trung bình, .... FDCBS sử
dụng số kênh cho phép và tải lưu lượng tế bào như là các biến ñầu vào cho tập mờ và
xác ñịnh một tập các hàm liên thuộc mờ. Khái niệm số mờ ñóng một vai trò quan trọng
trong xây dựng các biến ñịnh lượng mờ và xác ñịnh các giá trị ngôn ngữ biểu diễn
trạng thái của tải tế bào, chẳng hạn như “rất nóng”, “nóng”, “vừa phải”, “lạnh” hoặc
“rất lạnh”. Pha thực hiện thỏa thuận giữa các tế bào liên quan nhằm mục ñích lựa chọn
các tế bào hoặc các kênh sẽ ñược di chuyển khi các sự kiện cấp phát lại tải diễn ra. Các
cách tiếp cận cấp phát kênh truyền thống có thể ñược phân loại thành loại cập nhật và
tìm kiếm. Ý tưởng cơ bản là một tế bào phải tham chiếu tất cả các tế bào liên quan
trong phạm vi khoảng cách tái sử dụng kênh tối thiểu trước khi nó có thể thu ñược một
kênh. Cả hai phương pháp này ñều có những ưu và nhược ñiểm. Cách tiếp cận cập nhật
có thời gian trễ thu kênh ngắn nhưng ñộ phức tạp thông ñiệp cao hơn, trong khi
17
phương pháp tìm kiếm có ñộ phức tạp thông ñiệp thấp nhưng thời gian trễ thu kênh dài
hơn. FDCBS thực hiện thỏa thuận giữa tế bào hiện thời với các tế bào liên quan như
sau: Khi trạng thái tải tế bào hiện thời là nóng, nó ñóng vai trò mượn kênh, ngược lại,
khi trạng thái tải của nó là lạnh nó ñóng vai trò cho mượn kênh. Trong trường hợp tế
bào có trạng thái tải trung bình thì nó không ñược phép mượn bất kỳ kênh nào từ bất cứ
một tế bào khác, và cũng không cho bất kỳ tế bào nào mượn kênh từ nó. Pha di chuyển
ña kênh liên quan ñến việc quản lý sự di chuyển của các kênh từ một tế bào tới tế bào
khác. Trong các thuật toán truyền thống khi một tế bào yêu cầu và một tế bào ñích
ñược xác ñịnh, số kênh cấp phát chỉ là một kênh trong mỗi lần lặp. ðiều này không
hiệu quả nếu tải lưu lượng của hai tế bào là rất khác nhau. Ý tưởng của FDCBS là
mượn một số kênh một lần thay vì chỉ có một giữa hai tế bào. Ví dụ, trong các mạng
truyền thông ña phương tiện thế hệ mới, một cuộc gọi có thể cần nhiều kênh khác nhau
tại một thời ñiểm. Ngoài ra, FDCBS cũng cho phép một tế bào yêu cầu có thể mượn
nhiều kênh khác nhau tại một thời ñiểm, dựa trên tải lưu lượng của các tế bào, các kênh
có khả năng và giảm thiểu chi phí mượn kênh.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu ñiểm thu ñược, FDCBS còn có nhiều hạn chế do
bản chất của tập mờ: (1) cần chuyên gia con người ñể xác ñịnh trước hàm liên thuộc
mờ ban ñầu, tức là, các phương pháp này không thể xây dựng các hàm liên thuộc mờ từ
tập dữ liệu huấn luyện một cách hoàn toàn tự ñộng; (2) quá phức tạp và cần rất nhiều
thời gian tính toán; 3) tạo ra quá nhiều luật mờ. ðể khắc phục hạn chế của FDCBS,
Yao-Tien Wang ñã ñề xuất bộ ñiều khiển mượn kênh ñộng trên cơ sở bộ ñiều khiển
mạng nơ ron – mờ (NFDCBS) [48]. Bộ ñiều khiển này gồm bốn khối của bộ ñiều khiển
logic mờ và mạng nơ ron-mờ. Hoạt ñộng của NFDCBS cũng gồm 3 pha như FDCBS.
Mục ñích chính của bộ ñiều khiển nơ ron-mờ sử dụng trong NFDCBS là phát sinh tập
luật mờ tự ñộng bằng cách áp dụng các kỹ thuật học ñể tìm và ñiều chỉnh các tham số
trên cơ sở tập dữ liệu huấn luyện.
18
Các phương pháp mượn kênh thông minh ñã ñược ñề xuất nói chung, thuật toán
FDCBS, NFDCBS của Yao-Tien Wang nói riêng, ñều tồn tại một số hạn chế do bản
chất của mạng nơ ron, logic mờ. Các thuật toán này hoặc là quá phức tạp, hoặc là số
lượng tính toán quá nhiều. Riêng thuật toán FDCBS phù thuộc mạnh vào tri thức
chuyên gia, số luật quá lớn. Trong NFDCBS thì hạn chế: 1) khả năng xấp xỉ với dữ liệu
ñầu ra mong muốn hạn chế về mức ñộ chính xác, 2) số luật phát sinh tự ñộng còn lớn,
3) sử dụng phép toán t-norms, t-cornom mà có nhiều sự lựa chọn khác nhau cho cùng
một bài toán.
Từ quá trình phân tích, luận án sẽ tập trung nghiên cứu các vấn ñề sau:
1) Thực hiện một số cải tiến ñối với thuật toán NFDCBS ñể nâng cao chất lượng
của mạng di ñộng tế bào.
2) ðề xuất phương pháp mượn kênh ñộng phân tán DBNFS trên cơ sở bộ ñiều
khiển mạng nơ ron mờ có tích hợp phép ño subsethood NFS [33][57][58] ñể khắc phục
các hạn chế của các thuật toán ñề xuất bởi Yao-Tien Wang [47][48]. Bộ ñiều khiển này
sử dụng liên kết mờ cho phép ño mức ñộ ñóng góp của các phần ñiều kiện của tập luật
lên phần kết luận sử dụng phép ño subsethood ñược ñề xuất bởi Kosko [33], cho nên
ñầu ra xấp xỉ với dữ liệu mong muốn tốt hơn. ðồng thời NFS không bỏ qua thông tin
kích cỡ số chiều của véc tơ ñầu vào bộ ñiều khiển logic mờ, mà cũng không làm cường
ñộ của các luật mờ giảm nhanh chóng khi số chiều ñầu vào tăng như ñã xẩy ra do dùng
toán tử min hoặc toán tử tích trong các bộ ñiều khiển NFDCBS. Cuối cùng NFS loại bỏ
ñược việc sử dụng các phép toán số học khoảng ñối với các tập mức –α và cho phép
giải thích rõ ràng hơn tác ñộng của các luật mờ lên phần kết luận của tập luật mờ. NFS
cũng loại bỏ ñược việc sử dụng toán tử mờ t-norms hoặc t-cornom trong các bộ ñiều
khiển nơ ron –mờ truyền thống, ñồng thời cho tín hiệu ñầu ra số là một tổ hợp tuyến
tính của các phần kết luận ñã ñược giải mờ, cho nên tín hiệu ñầu ra cũng “mịn” hơn so
với các bộ ñiều khiển khác.
19
Phương pháp DBNFS thực hiện mượn kênh phân tán kết hợp với các chiến lược
khóa kênh, nên vấn ñề cân bằng tải của mạng ñược ñáp ứng ñộng hơn, hiệu quả hơn so
với NFDCBS (sử dụng phương pháp quản lý kênh tập trung và thực hiện cân bằng tải
theo chu kỳ).
3) Thông qua mô phỏng, chúng tôi ñánh giá xác suất khóa cuộc gọi, xác suất rớt
cuộc gọi, sự cập nhật thông ñiệp, thời gian trễ thu kênh của phương pháp ñề xuất. Kết
quả thực nghiệm cho thấy phương pháp mượn, khóa kênh trên DBNFS cho kết quả tốt
hơn so với các phương pháp thông thường và các thuật toán FDCBS, NFDCBS của
Yao-Tien Wang [47][48].
Mục tiêu của luận án tập trung nghiên cứu ba vấn ñề chính. Vấn ñề thứ nhất là
so sánh và ñánh giá các phương pháp mượn khóa kênh truyền thống, phương pháp
mượn kênh FDCBS, NFDCBS ñể vạch ra những ñiểm hạn chế của các phương pháp
này, từ ñó ñề xuất phương pháp cải tiến. Vấn ñề thứ hai là ñề xuất phương pháp mới
sử dụng phép ño subsethood và chứng minh phương pháp mới hiệu quả hơn các
phương pháp cũ và cải tiến. Vấn ñề thứ ba là ñề xuất mô hình mô phỏng và thu kết
quả, ñánh giá phương pháp mới.
ðối tượng nghiên cứu của luận án là nghiên cứu phương pháp mới với các
thuật toán mượn, khóa kênh sử dụng mạng nơ ron mờ, phép ño subsethood sử dụng tập
dữ liệu huấn luyện trong chế ñộ online và batch ñể tăng dung lượng số cuộc gọi ñược
phục vụ, thực hiện cân bằng tải hiệu quả và kịp thời, từ ñó cải thiện và nâng cao các
chỉ số chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ thống di ñộng tế bào.
Phạm vi nghiên cứu của luận án là nghiên cứu phương pháp mượn khóa kênh
trên mô hình mạng di ñộng tế bào ñề xuất.
Phương pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu
thực nghiệm. Về nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu các thuật toán, các phương pháp
mượn khóa kênh dựa vào các kiến thức cơ bản và các kết quả nghiên cứu lý thuyết ñã
công bố. Về nghiên cứu thực nghiệm, luận án thực hiện cài ñặt các thuật toán, chạy thử
20
nghiệm thuật toán với các bộ số liệu ñã ñược công bố, so sánh và ñánh giá kết quả thực
nghiệm, từ ñó kết luận tính ưu việt của phương pháp mới.
Bố cục của luận án gồm phần mở ñầu và bốn chương nội dung, phần kết luận,
danh mục công trình công bố và danh mục các tài liệu tham khảo. Chương 1 trình bày
các khái niệm cơ bản về mô hình mạng di ñộng tế bào và một số khái niệm quan trọng.
ðồng thời chương 1 cũng trình bày tổng quan các phương pháp gán kênh, mượn khóa
kênh truyền thống và chỉ ra những hạn chế của các phương pháp này.
Các ñóng góp chính của luận án ñược trình bày trong chương 2, chương 3 và chương 4.
Chương 2 thực hiện khảo sát các phương pháp mượn kênh FDCBS trên cơ sở
logic mờ, mà tập luật mờ ñược xây dựng sử dụng tri thưc chuyên gia; NFDCBS trên cơ
sở mạng nơ ron mờ mà tập luật mờ ñược phát sinh và tối ưu tự ñộng sử dụng tập dữ
liệu huấn luyện. Chương 2 cũng chỉ ra những hạn chế của các phương pháp này và ñề
xuất một số cải tiến ñối với NFDCBS.
Chương 3 trình bày phương pháp mượn khóa kênh mới sử dụng bộ ñiều khiển nơ
ron mờ với phép ño subsethood. Trong chương này trình bày mô hình bộ ñiều khiển
mượn khóa kênh phân tán, xây dựng bộ ñiều khiển mạng nơ ron mờ- subsethood và
thuật toán huấn luyện online, huấn luyện batch. ðề xuất thuật toán mượn khóa kênh
mờ, qui trình thực hiện mượn, khóa kênh và di chuyển ña kênh ñể cân bằng tải ñộng
mạng di ñộng tế bào.
Chương 4 trình bày xây dựng mô hình mô phỏng, thực hiện phát sinh tập dữ liệu
huấn luyện, huấn luyện mạng nơ ron, thực hiện chạy mô phỏng các thuật toán mượn,
khóa kênh với các tham số giả ñịnh, sau ñó phân tích, ñánh giá kết quả thu ñược.
Cuối cùng, phần kết luận nêu những ñóng góp của luận án, hướng phát triển và
những vấn ñề quan tâm của tác giả.