Một số phương thức chia sẻ phổ tần trong mạng vô tuyến thông minh (Phần 1)

Giới hạn của băng tần sử dụng trong vô tuyến là một thách thức lớn hiện nay khi mà số lượng thuê bao, công nghệ và dịch vụ vô tuyến đang phát triển không ngừng. Để nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần vô tuyến một công nghệ mới đang thu hút sự quan tâm đó là công nghệ Vô tuyến thông minh (Cognitive Radio – CR). Với công nghệ Vô tuyến thông minh, các thiết bị vô tuyến được sử dụng để cảm nhận, nhận diện và sử dụng phổ tần vô tuyến hiệu quả hơn theo không gian và thời gian. Trong một mạng vô tuyến không chỉ có một mà rất nhiều người sử dụng Vô tuyến thông minh cùng hoạt động. Do vậy, phải có chức năng chia sẻ phổ tần giữa những người sử dụng Vô tuyến thông minh để có thể sử dụng dải băng tần một cách công bằng hợp lý, tránh xung đột. Chia sẻ phổ tần cũng là một thách thức chính trong việc sử dụng phổ tần mở. Bài báo tổng kết lại một số phương pháp chia sẻ phổ tần trong mạng Vô tuyến thông minh.

CÁC BƯỚC CHIA SẺ PHỔ TẦN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN THÔNG MINH

Để có cái nhìn tổng quát việc chia sẻ phổ tần trong mạng Vô tuyến thông minh chúng ta sẽ xem xét các bước để có được sự chia sẻ phổ tần. Quá trình chia sẻ phổ tần gồm năm bước chính:

- Cảm biến phổ tần: Môt người sử dụng mạng Vô tuyến thông minh chỉ có thể chia sẻ một phần phổ tần nếu phần phổ tần đó không được sử dụng bởi người sử dụng có giấy phép. Khi một nút trong mạng Vô tuyến thông minh quyết định truyền trên phổ tần nào trước tiên nó phải nhận thức được sự còn trống của phổ tần đó.

- Phân bổ phổ tần: Dựa trên các thông tin về phổ tần đã thu được từ bước 1, các nút mạng sau đó có thể phân bổ cho một kênh. Việc phân bổ này không chỉ phụ thuộc vào khả năng của phổ tần mà còn dựa vào các chính sách nội mạng cũng như ngoại mạng.

- Truy cập phổ tần: Sau khi có được sự phân bổ phổ tần, các mạng truy nhập Vô tuyến thông minh tiến hành truy cập để sử dụng phổ tần. Việc truy cập phổ tần cần đảm bảo tránh sự chồng chéo và đụng độ giữa các thiết bị.

- Bắt tay giữa các thiết bị Thu-Phát: Khi phổ tần được xác định để truyền thông, bên nhận trong quá trình truyền được biết về phổ tần được chọn. Do đó, một giao thức bắt tay thu - phát rất cần thiết cho thông tin trong mạng Vô tuyến thông minh. Bắt tay giữa các thiết bị góp phần đảm bảo tốc độ tuyền dẫn. Việc bắt tay giữa các thiết bị Thu-Phát nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng của mạng Vô tuyến thông minh.

- Sử dụng phổ tần linh hoạt: Khi mà người sử dụng được cấp phép sử dụng lại phổ tần thì các nút mạng Vô tuyến thông minh phải chuyển sang sử dụng phổ tần mới mà vẫn đảm bảo QoS. “Sử dụng phổ tần linh hoạt” góp phần đảm bảo quá trình truyền dẫn không bị ngắt quãng.

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIA SẺ PHỔ TẦN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN THÔNG MINH

Trong mạng Vô tuyến thông minh, khó khăn chính khi sử dụng phổ tần mở là việc chia sẻ phổ tần.Không giống như cảm nhận phổ liên quan chính tới lớp vật lý, hay quản lý phổ liên quan tới các dịch vụ lớp cao hơn, các chức năng chia sẻ phổ tương tự với các công nghệ phân bổ tài nguyên và đa truy nhập đa người dùng trong lớp MAC của các hệ thống truyền thông đang tồn tại. Vấn đề chính trong việc chia sẻ phổ là sự cùng tồn tại của các người dùng thông minh; người dùng cấp phép và việc quản lý các băng thông không liên tục có sẵn. Có nhiều cách phân loại các công nghệ chia sẻ phổ, như dựa trên kiến trúc, dựa trên cách thức cấp phát phổ tần và dựa trên các công nghệ truy nhập phổ:

Công nghệ chia sẻ phổ tần dựa trên kiến trúc:

- Chia sẻ phổ tần tập trung: Toàn bộ các nút trong mạng gửi thông tin cảm nhận phổ của chúng tới đơn vị điều khiển trung tâm, sau đó đơn vị điều khiển trung tâm sẽ thiết lập lược đồ phân bổ phổ. Chia sẻ phổ tần tập trung được thể hiện như trong Hình 2, một đầu cuối được cấu hình lại đang có nhu cầu sử dụng dịch vụ video từ một server đầu xa thông qua các mạng con liên kết. Tất cả các mạng con được điều khiển bởi một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC). Để thiết lập các luồng con, các thủ tục sau cần được thực hiện:

Bước 1: Bước báo hiệu và khởi tạo. RNC nhận một ứng dụng từ đầu cuối di động với nhiều địa chỉ truy nhập vô tuyến. Sau khi ước tính được tài nguyên vô tuyến hiện có trong mạng con được nó điều khiển, RNC sẽ hỏi server đầu xa về tốc độ trung bình chỉ định cho việc phân chia lưu lượng trên mỗi kết nối con (sub-link).

Bước 2: Lưu lượng được phân chia theo ứng dụng của RNC (bước 1) và được gửi đến RNC. Các luồng con được dán nhãn khác nhau.

Bước 3: RNC nhận được lưu lượng đã phân chia với các gói được dán nhãn để ánh xạ vào các mạng con liên kết (ví dụ lưu lượng với nhãn ‘Vi’ tới WLAN, nhãn ‘Ai” tới UMTS, ‘i’ là chỉ số thông báo cho RNC về mối quan hệ về thời gian giữa các luồng con). Các dịch vụ có thể được áp dụng là: Các luồng con Video và Audio; HTTP với sự phân chia; HTTP với sự phân công của các đối tượng chính; Khả năng mở rộng lưu lượng Video; Lưu lượng thời gian thực và tín hiệu điều khiển của n.

Bước 4: Kĩ thuật đồng bộ trong RNC làm giảm trễ được do mạng vô tuyến con gây ra bởi các nguyên nhân sau:Hoạt động tự động lặp lại yêu cầu do chất lượng kết nối khác nhau; Các BTS khác nhau có công suất xử lí khác nhau.

Hình 2: Chia sẻ phổ tần tập trung

-          Chia sẻ phổ tần phân tán: Giải pháp này thường được đề nghị trong trường hợp mà việc xây dựng một cơ sở hạ tầng là không thích hợp. Ở phương pháp này, không cần một thực thể chia sẻ phổ tần trung tâm mà nó yêu cầu các kênh điều khiển trao đổi thông tin giữa các thuê bao. Các thuê bao sẽ tự đưa ra các quyết định sử dụng phổ tần độc lập theo khu vực nội vùng và đảm bảo truyền dẫn tốt nhất và sử dụng ít phổ tần nhất dựa trên các thông số truyền tin. Giải pháp này cho phép phát triển một loại mạng mới tự cấu hình như là mạng ad-hoc mà không cần bất kỳ một sự thay đổi nào trong các hệ thống mạng đang hoạt động hiện nay.

(Còn nữa)