Luận án Tiến sĩ: Tối ưu hóa quản lý di động trong mạng vô tuyến hỗn hợp đa dịch vụ - Lê Ngọc Hưng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG LÊ NGỌC HƯNG TỐI ƯU HÓA QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG VÔ TUYẾN HỖN HỢP ĐA DỊCH VỤ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 9.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2020 BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỀ TÀI TỐI ƯU HÓA QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG VÔ TUYẾN HỖN HỢP ĐA DỊCH VỤ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 9.04 Nghiên cfíu sinh : Lê Ngọc Hưng Người hướng dẫn khoa học: GS. Nguyễn Xuân Quỳnh Hà Nội - năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cfíu của tôi, các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa được công bố ở bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Lê Ngọc Hưng iii LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sỹ này được thực hiện tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông dưới sự hướng dẫn của GS. Nguyễn Xuân Quỳnh.

Nghiên cfíu sinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. Nguyễn Xuân Quỳnh, thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi để nghiên cfíu sinh hoàn thiện công trình nghiên cfíu của mình. Thầy đã có rất nhiều ý kiến gợi mở về hướng nghiên cfíu để tôi thực hiện thành công đề tài. Tôi cũng xin cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Khoa Đào tạo sau đại học, Công ty TNHH VKX (nơi tôi đang công tác), cũng như các đồng nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành được đề tài nghiên cfíu của mình.

Cuối cùng là sự biết ơn tới gia đình, bạn bè đã thông cảm, động viên giúp đỡ cho tôi có đủ nghị lực để hoàn thành luận án. Hà Nội, tháng 12 năm 2020 Lê Ngọc Hưng MỤC LỤC MỤC LỤC.iii DANH MỤC BẢNG MẪU.xi DANH MỤC HÌNH VẼ.xii BẢNG KÝ HIỆU TOÁN HỌC.xiv MỞ ĐẦU. Lý do nghiên cfíu. Mục đích nghiên cfíu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cfíu. Phương pháp và công cụ nghiên cfíu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Cấu trúc của Luận án.3 Chương 1: Tổng quan các vấn đề cần nghiên cfíu.1 Mạng thông tin vô tuyến băng rộng đa dịch vụ BcN.2 Yêu cầu chuyển giao trong mạng BcN.3 Phân tích và đánh giá các nghiên cfíu liên quan đến Luận án.4 Các vấn đề còn tồn tại.1 Phân loại chuyển giao.2 Các yêu cầu về hiệu suất.3 Phân tích trễ chuyển giao.4 Tối ưu hoá trễ HO.5 Kết luận chương 1.17 Chương 2: Xây dựng tập tham số phân tích và đánh giá hiệu suất của các kĩ thuật chuyển giao dựa trên MIP, TCP-M, và SIP.2 Phân tích hiệu suất chuyển giao dựa trên các giao thfíc quản lý di động hiện tại.1 Các giao thfíc quản lý di động ở lớp liên kết (Lớp 2).2 Các giao thfíc quản lý di động ở lớp mạng (Lớp 3).3 Các giao thfíc quản lý di động ở lớp giao vận (Lớp 4).4 Các giao thfíc quản lý di động ở lớp fíng dụng (lớp 5).3 Xác định các tham số cơ bản của mô hình phân tích.1 Xác suất gói tin bị thất lạc từ điểm đến điểm.2 Độ trễ truyền bản tin điểm tới điểm.3 Trung bình độ trễ truyền gói tin báo hiệu khi sf í dụng giao thfíc UDP.4 Xây dựng phương thfíc đánh giá hiệu suất chuyển giao của các fíng dụng dạng B và dạng C (MIP và TCP-M).1 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của kết nối TCP khi sf í dụng MIP.2 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của kết nối TCP khi sf í dụng TCP-M.5 Xây dựng phương thfíc đánh giá hiệu suất chuyển giao của các fíng dụng dạng D và dạng E (MIP và SIP).1 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của một kết nối UDP khi sf í dụng MIP.2 Đánh giá hiệu suất chuyển giao của một kết nối UDP khi sf í dụng SIP.6 Phân tích đánh giá tương quan giữa tiêu hao nguồn điện và hiệu suất chuyển giao.1 Mô hình phân tích.2 Mô tả giao thfíc.3 Thuật toán tìm tuyến.4 Cấu trúc bản tin RREQ.5 Mô phỏng và đánh giá.7 Kết luận chương 2.50 Chương 3: Xây dựng phương thfíc định trước băng thông chuyển giao trong mạng BcN.2 Xây dựng mô hình hệ thống.1 Kiến trúc trao đổi tin.2 Đánh số tế bào.3 Mô hình hoá di chuyển.4 Phân lớp các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển giao.5 Tính toán xác suất chuyển giao.3 Thuật toán định trước băng thông và điều khiển đăng nhập.1 Định trước băng thông không thông tin di chuyển.2 Định trước băng thông với thông tin di chuyển.3 Điều khiển cfía sổ ước tính thời gian di chuyển.4 Điều khiển đăng nhập.5 Kết quả mô phỏng.4 Thuật toán dự báo chuyển giao đi và đến.1 Ba trạng thái xác suất.2 Điều khiển đăng nhập.5 Thuật toán dự báo băng thông theo kết nối.1 Điều khiển AG.2 Định trước băng thông theo kết nối sau khi đăng nhập.3 Định trước băng thông theo kết nối trước khi đăng nhập.6 Kết luận chương 3.77 Chương 4: Xây dựng phương thfíc quản lý chuyển giao linh hoạt trong mạng BcN.2 Phân tích hiệu suất của các giao thfíc định tuyến cho MANETs.1 Xu hướng nghiên cfíu trong thời gian gần đây.2 Các giao thfíc định tuyến truyền thống.3 Mô phỏng và phân tích kết quả.

Giải pháp Quản lý chuyển giao linh hoạt (AMMS).1 Cấu trúc của AMMS.4 Phân tích mô hình đánh giá hiệu suất của AMMS.1 Mất số liệu của MIP và SIP.2 Thời gian giảm thông lượng của TCP-M.5 Kết luận chương 4.98 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.100 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ.101 TÀI LIỆU THAM KHẢO.102 CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 3/4/5G Mobile 3/4/5th Generation Mạng di động thế hệ 3/4/5 A_WCETT Advance Weighted Cumulative Expected Thời gian truyền với trọng số Transmission Time mở rộng AAA Authentication, Authorization, and Xác thực, Phân quyền, và Giám Accounting sát AIMD Additive Increase Thuật toán điều khiển nghẽn Multiplicative- trong TCP Decrease (AIMD) AMC Architecture ubiquitous Mobile Kiến trúc thông tin di động phổ biến for Communications AMMS Adaptive Multi-layer Mobility Giải pháp quản lý di động đa management Solution lớp thích fíng AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector Véc tơ khoảng cách theo yêu cầu APME Access Point Management Entity Thực thể quản lý điểm trruy nhập AR Access Router Router lớp truy nhập AU Authentication Unit Đơn vị xác thực AC Authentication Center Trung tâm xác thực BLG Boundary Location Register Đăng ký vị trị biên BS Base Station Trạm cơ sở CARD Candidate Access Router Discovery Khám phá bộ định tuyến lớp truy nhập CDR Call Detail Records Bản tin cước CDMA Code Division Multiple Access Tiêu chuẩn đa truy nhập theo mã CH Correspondent Host Thuê bao di động trong mạng IP CMP Cross-layer (Layer 2 + 3) handoff Giao thfíc quản lý chuyển giao Management Protocol lớp 2-3 CN Correspondent Node Thuê bao cố định trong mạng IP CA Care-of-Addresses Địa chỉ IP tạm thời cấp phát cho thuê bao di động DECT Digital Enhanced Cordless Telephone Điện thoại cố định không DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thfíc cấu hình máy chủ DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động EAP Extensible Authentication Protocol Giao thfíc xác thực mở rộng EAPOL EAP over LAN EEMA Efficient Energy and High-Performance Giao thfíc định tuyến cân bằng Routing Protocol năng lượng và hiệu suất ETX Expected Transmission Count Số lần truyền dự kiến ETT Expected Transmission Time Thời gian truyền dự kiến FA Foreign Agent Hệ thống xfí lý yêu cầu truy nhập trên mạng khách FN Foreign Network Mạng xfí lý yêu cầu truy nhập trên mạng khách FEC Forward Error Correction Sfía lỗi FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung GEO Geostationary Earth Orbit Quỹ đạo địa tĩnh GFA Gateway Foreign Agent Cổng trạm khách GGSN Gateway GPRS Support Node Điểm hỗ trợ cổng GPRS GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GRX GPRS Roaming eXchange Chuyển giao GPRS GSM Global System for Mobile Công nghệ thông tin di động communications thế hệ 2 của châu Âu HA Home Agent Hệ thống xfí lý yêu cầu truy nhập trên mạng đăng ký thuê bao HM Hysteresis Margin Biên độ trễ HMIP Hierarchical Mobile IP Giao thfíc quản lý di động cục bộ theo mạng phân cấp HN Home Network Mạng xfí lý yêu cầu truy nhập trên mạng đăng ký thuê bao HHO Horizontal Handover Chuyển giao trong mạng cùng công nghệ HO Handover Chuyển giao HOF Hand Over Failure Lỗi chuyển giao IAPP Inter-Access Point Protocol Giao thfíc điểm liên truy nhập IG Interworking Gateway Cổng liên mạng IP Internet Protocol Giao thfíc lớp mạng ISHO Inter-System Handover Chuyển giao liên mạng LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo trái đất thấp LTE Long-Term Evolution Thông tin di động tốc độ cao MAC Message Authentication Code Mã xác thực bản tin MAHO Mobile Assisted network controlled Mạng hỗ trợ di động điều khiển Handoff chuyển giao MANET Mobile Ad Hoc Network Mạng di động tùy biến MAP Mobile Application Part Ứng dụng di động MBCR Minimum Battery Cost Routing Chi phí định tuyến nguồn tối ưu MH Mobile Host Trạm chủ di động MIP Mobile IP IP di động MN Mobile Node Node di động MSE Mobility State Estimation Ước lượng trạng thái di động MT Mobile Terminal Đầu cuối di động NAHO Network Assisted mobile controlled Mạng hỗ trợ điều khiển chuyển Handoff giao NAI Network Access Identifier Bộ định dạng mạng truy nhập NBS New Base Station Trạm cơ sở mới NGWS Next-Generation Wireless Systems Hệ thống vô tuyến thế hệ sau NIA Network Inter-operating Agent Trạm liên mạng NN New Network Mạng mới OBS Old Base Station Trạm cơ sở cũ PCF Packet Control Function Chfíc năng điều khiển gói PDSN Packet Data Serving Node Điểm hỗ trợ dữ liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất PSD Power Spectral Density Mật độ phổ năng lượng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RFC Request For Comment Đề nghị nhận xét RLP Radio Link Protocol Giao thfíc liên kết vô tuyến RREP Route Reply Trả lời tuyến RREQ Route Request Yêu cầu tuyến RRER Route Error Lỗi tuyến RSS Received Signal Strength Cường độ tín hiệu nhận RT Retransmission Timeout Quá thời gian truyền lại RTP Real-time Transport Protocol Giao thfíc giao vận thời gian thực RTT Round-Trip Time Thời gian nhận dữ liệu phản hồi SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thfíc điều khiển luồng SIM Subscriber Identity Module Khối nhận dạng thuê bao SIP Session Initiation Protocol Giao thfíc thoại trên Internet SLA Service Level Agreement Thỏa thuận lớp dịch vụ TDMA Time Division Multiple Access Tiêu chuẩn đa truy nhập kênh vô tuyến theo thời gian TTT Time To Triger Thời điểm kích hoạt HO UMP User Mobility Profile Hồ sơ người dung UMTS Universal Mobile Telecommunication Hệ thống thông tin di động thế System hệ 3 của châu Âu VEPSD Velocity estimation using the PSD Ước lượng vận tốc bằng PSD VGSN Virtual GPRS Support Node Khối hỗ trợ GPRS ảo VHO Vertical Handover Chuyển giao giữa các mạng công nghệ khác nhau WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây cục bộ DANH MỤC BẢNG MẪU BẢNG NỘI DUNG TRANG Bảng 2.