Hiệu năng chuyển giao liên kết chủ động cho mạng VLC trong nhà

 tả hiện tượng này, 03 đặc trưng cho hiện tượng chặn kênh 
 (mA 1)
 cos()m Tg (  ) (  ),0   của một cặp (APi, Uu) được đưa ra gồm tỷ lệ xuất hiện
 G 2 sc(1) 
 2 d  , tỷ lệ chiếm đóng và mức độ tắc nghẽn  [17]. 
 iu, iu, iu,
 0, c
 Mức độ tắc nghẽn được biểu thị bằng thang đo từ [0-1], 
Trong đó, A là vùng vật lý của đầu thu quang (PD); d là 
 công thức (5) (6) được chuyển thành công thức (8) dưới 
khoảng cách Euclide giữa AP với PD của UE; là góc tới 
 đây. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu được biểu diễn trong công 
tại máy thu và cũng là độ lợi của bộ lọc quang,  là góc thức (9). 
 .()T 22
chiếu xạ, = s ;mlà chỉ số Lambertian, PRGPiuk,,,,,, (1 iu ) pd iuelecik (8) 
 22
m ln(2) / ln(cos(1/2 )) với 1/2 là góc bức xạ nửa 
 RGPpd i,,, u elec i k
 SNRi,,, u k (1 i u ) (9) 
cường độ của chip LED;  c là độ rộng trường nhìn tại 2
  k
phía thu; độ lợi của bộ tập trung quang có thể được tính 
như sau: 
 III. ĐỀ XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 
 n2
 2 ,0 c A. Nguyên tắc chuyển giao liên kết chủ động 
 g( ) sin (c ) (2) 
 Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đề xuất cơ chế 
 0, c
 chuyển giao liên kết chủ động kết hợp truyền dẫn đa 
Trong đó, n là chỉ số khúc xạ của không khí. 
 điểmtruy nhập hợp táccho mạng VLC, gọi là cơ chế 
 Công suất tín hiệu điện được truyền bởi 푃푖 trên sóng 
 CMcT-HO (Combination of the coordinated Multi-
mang con được xác định như sau [15]: 
 channel Transmission – HandOver). Các điểm chính của 
 P2
 P opt (3) cơ chế CMcT-HO được tóm tắt như sau. 
 elec,, i k (K 2) 2
 x
 DC (4) 
 K 1
 E x2 () t
 k 0 k
Trong đó, Popt là công suất quang truyền trung bình, xDC
là sai lệch dòng một chiều, xtk ()là ký hiệu OFDM trên 
sóng mang con k,(K-2) là số lượng sóng mang con mang 
tín hiệu và E . là toán tử kỳ vọng. 
 Công suất tín hiệu trung bình nhận được củaU từ A 
 u i 
trên sóng mang con k được xác định theo công thức sau. 
 Hình 1: Lược đồ chuyển giao liên kết chủ động 
 PRGP 22 (5) 
 i,,,,, u k pd i u elec i k Cơ chế chuyển giao được thực hiện khi U di chuyển 
 AP UE
Trong đó, Giu, là độ lợi kênh từ i đến u . Rpd là ngẫu nhiên vào vùng phủ chồng lấn giữa hai AP. Thông 
hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện. qua cơ chế đo lường tải, CMcT-HO cho phép chia tải giữa 
 Khi sử dụng kỹ thuật tái sử dụng tần số phân đoạn FFR các AP có lượng tải khác nhau và quyết định chuyển giao 
để phân bổ phổ khác nhau cho các AP thìnhiễu đồng kênh nhằm đảm bảo kết nối liền mạch cho U di chuyển hoặc bị 
CCI cho các Uđược bỏ qua.Tỉ số tín hiệu trên nhiễu chặn kênh. Để thực hiện điều này, CMcT-HO gồm ba quá 
SNRcủa trên sóng mang con từ được xác định trình: Quyết định chuyển giao, truyền dữ liệu và quyết 
theo công thức dưới đây. định chọn lại. 
 RGP22 (i) Quyết định chuyển giao 
 SNR pd i,,, u elec i k (6) Dựa trên thông tin mức tín hiệu nhận được từ U, bộ 
 i,, u k  2
 k điều phối kiểm tra tập hợp các AP, (AP-set) nhằm xác 
 2
Trong đó,  k là công suất nhiễu nhận được do tác động định sự khả dụng tài nguyên từ các AP để cho phép 
nhiễu lên sóng mang con , công suất nhiễu được xác truyền đa kênh phối hợp. Khi tồn tại AP khả dụng, bộ 
định bởi [16]: điều phối thực hiện các thủ tục sau: 
 Hoàng Trọng Minh 
 Xây dựng một danh sách AP dự phòng cho Uu, List- hiện thời. giá trị ngưỡng này được xác định theo biên độ 
APu; một Aj thỏa mãn điều kiện SNRj, u SNR min j với trễ [17]. 
 pp (11) 
SNRmin j là giá trị SNR truyền dữ liệu tại mức điều chế prev curr
thấp nhất thì sẽ nằm trong danh sách, thực nghiệm cho Tuy nhiên, các vật chắn ngẫu nhiên thời gian ngắn sẽ ảnh 
 hưởng tới hiệu quả chuyển giao. Chúng tôi sử dụng thời 
thấy SNRmin,k =13.4 dB [11]. 
 gian trễ quyết định chuyển giao t để giảm thiểu hậu quả 
 Bộ điều phối chọn A để chuyển tiếp dựa trên cặp hai HO
 k của hiệu ứng này. 
bộ tham số: SNRku, và Rk, load tỷ lệ tải của Ak. Tỷ số tín Đối với trường hợp kênh chính không bị chặn, các kịch 
hiệu trên nhiễu được xác định qua công thức (9) trên đây bản chuyển giao Ai sang Ajtheo ngưỡng được xác định 
và tỷ lệ tải của Ak được xác định thông qua số lượng U gồm: 
trong vùng phủ chuyển tiếp theo công thức dưới đây. - Chuyển giao từ AP trần sang AP trần dựa trên ngưỡng 
 NANA()() công suất  . 
 R u i u k (10) 
 k, load PP  (12) 
 NTS max ji
 - Chuyển giao từ AP trần sang AP bàn dựa theo ngưỡng 
 Trong đó, NAui()và NAuk()là số lượng các U nằm 
 thời gian chuyển giao t . 
trong tập AP chính và AP chuyển giao tương ứng. HO
 - Chuyển giao từ AP bàn sang AP trần, ngưỡng chuyển 
N là số lượng tối đa các khe thời gian phân bổ cho các 
 Tsmax giao dựa trên công suất tối thiểu và ngưỡng chênh lệch. 
U trong một khung thời gian. 
 Khi đó, Ak được chọn thỏa mãn hai điều kiện đồng thời PPji min,  (13) 
sau: Tỷ lệ tải được xác định nhỏ nhất trong tập và có tỷ lệ 
tín hiệu trên nhiễu cao nhất. C. Đánh giá hiệu năng 
(ii) Truyền dữ liệu Chúng tôi sử dụng một kịch bản VLC trong nhà điển hình 
 Truyền dữ liệu từ các AP xuống U được thực hiện theo với không gian (12×12×2.5) m. Với N=9, M=10 các AP 
khung phân bổ tài nguyên. Khung Fupri dành cho AP trần và AP bàn được bố trí như hình 3,mô hình chuyển 
chính sử dụng trong kết nối hiện thời và khung Fudành động của U là ngẫu nhiên. Các sự kiện tắc nghẽn kênh 
 ext đường xuống cho U được tạo theo tiến trình Poisson với 
cho AP hỗ trợ. Thuật toán thực hiện quét các kênh khả tỷ lệ đến trung bình là tỷ lệ kênh bị chặn như trong [17]. 
dụng chính trước khi tới các khung hỗ trợ theo các khe 
thời gian lần lượt. 
 Hình 2: Phân bổ khe thời gian chuyển giao 
(iii) Quyết định chọn lại 
 Khi người dùng U di chuyển, chất lượng của kênh hỗ 
trợ có thể thay đổi hoặc tắc nghẽn. Trường hợp U di Hình 3: Vị trí lắp đặt điểm truy nhập 
chuyển khỏi vùng hiện tại mà không có ứng viên AP hỗ 
trợ thì bộ điều phối ra quyết định chọn lại trong tập AP. Các tham số mô phỏng được trình bày trong bảng 1 
Để tránh việc thiết lập AP hỗ trợ bị lặp đi lặp lại, một hàm dưới đây. 
thời gian cập nhậttupdateđược đưa ra để quyết định có nên Bảng 1: Các tham số mô phỏng 
cập nhật kênh hỗ trợ hay không. Giả sử U u hiện kết nối Tham số Giá trị 
 Thời gian mô phỏng 4000 s 
tới Ak và bộ điều phối tìm thấy Am là ứng viên tốt hơn 
 Khe thời gian (ts) 0.001 s 
trong tập danh sách chờ. Hàm thời gian thực hiện trì hoãn Khung thời gian F 10 ts 
một khoảng thời gian cho đến khi tc>tupdate thì quyết định Diện tích PD (A) 1 cm2 
chuyển giao. Nếu bộ điều phối không có ứng viên tốt hơn, 70o 
 Góc FOV ( c ) 
kênh hỗ trợ cũ vẫn sẽ được duy trì. Hiệu suất biến đổi o/E 0.53 A/W 
 1 
B. Đề xuất chuyển giao dựa trên ngưỡng Độ lợi lọc quang Ts () 
 Công suất AP trần 50W 
 Do kiến trúc mạng VCL đa điểm truy nhập chứa hai 
 Công suất AP bàn 25W 
tập AP khác nhau về đặc tính, các điều kiện chuyển giao Số sóng mạng con AP 300 
và tái phân bổ tài nguyên mới xuất hiện và cần được giải Băng thông sóng con 15kHz 
quyết. Điều kiện chuyển giao liên kết chủ động được xác Ngưỡng SNR 13.4dB 
định bởi hai tình huống liên quan tới khả năng chặn của Ngưỡng tải 0.2- 0.6 
kênh chính đang liên lạc (bị chặn hoặc không bị chặn). Biên độ chuyển giao 3 dB 
 Đối với trường hợp kênh chính bị chặn, ngưỡng chuyển Thời gian cập nhật tupdate 0.1 s 
giao quyết định bởi sai lệch tín hiệu thu RSS quá khứ và Thời gian trễ tHO 0.5-1.0 s 
 HIỆU NĂNG CHUYỂN GIAO LIÊN KẾT CHỦ ĐỘNG CHO MẠNG VLC TRONG NHÀ 
 Ngưỡng RSS 7 dB người dùng giảm đi do số lần chuyển giao tăng lên. Tuy 
 Công suất tối thiểu Pmin,i 0.263 W nhiên, khả năng hợp tác chuyển giao theo ngưỡng cho 
 Tỷ lệ nghẽn  0.16 thấy sự khác biệt rõ ràng chỉ giữa các chỉ số cận biên. Vì 
 vậy, hiệu năng hệ thống ổn định trong một dải tốc độ di 
 Để đánh giá hiệu quả của đề xuất, chúng tôi sử dụng chuyển của người dùng. 
 đối sách với các lược đồ chuyển tiếp của các tác giả trước 
 gồm: Location Aware HO [9] và ComP-JT HO [11]. Kết 
 quả trong hình 4 dưới đây cho thấy thông lượng của 
 người dùng U tốt nhất khi sử dụng lược đồ đề xuất. 
 Hình 7: Thông lượng phụ thuộc ngưỡng tải 
 Ngưỡng tải trong chuyển giao hợp tác đóng vai trò 
 Hình 4: Số lượng và thông lượng của người dùng quan trọng tới hiệu năng người dùng. Hình 7 chỉ ra kết 
 quả đối sánh với các kết quả nghiên cứu trước. Khi giá trị 
 ngưỡng tải thấp, cơ hội truyền dẫn hợp tác CMcT-HO sẽ 
 được thực hiện nhiều hơn. Đồng thời, xác suất chọn lại 
 các AP khác thấp đi đáng kể đã dẫn tới thông lượng tăng. 
 Với các điều kiện mức tải khác nhau, CMcT-HO luôn có 
 thông lượng vượt trội so với các lược đồ khác. 
 IV. KẾT LUẬN 
 Chuyển giao đảm bảo chất lượng cho mạng VLC đa 
 điểm truy nhập phức hợp là một trong các giải pháp nâng 
 cao hiệu năng mạng. Thông qua cơ chế lập lịch và phối 
Hình 5: Thông lượng phụ thuộc thời gian ngưỡng trễ hợp các điều kiện chuyển giao, cơ chế CMcT-HO đề xuất 
 đã đem lại hiệu quả tốt hơn so với các phương pháp đề 
 Hình 5 biểu diễn thông lượng của người dùng U theo xuất trước đây và minh chứng bằng mô phỏng số. Thêm 
 cơ chế CMcT-HO với các giá trị ngưỡng thời gian chuyển vào đó, các điều kiện của người sử dụng liên quan tới tốc 
 giao tHO khác nhau. Các giá trị ngưỡng tHO tăng lên đồng độ di chuyển cũng đã được bổ sung trong nghiên cứu này. 
 nghĩa độ trễ chuyển giao tăng và kéo theo khả năng bị Để hỗ trợ nhanh các quyết định chuyển giao trong các 
 mất kết nối tăng và dẫn tới thông lượng của UE bị giảm môi trường ứng dụng khác, hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ 
 đi. Tuy nhiên, mức thông lượng chỉ giảm mạnh khi tHO tập trung vào các hỗ trợ quyết định dựa trên tiếp cận kinh 
 lân cận thời gian cập nhật. nghiệm nhằm giảm độ phức tạp tính toán, nâng cao hiệu 
 quả chuyển giao và có được các quyết định nhanh trong 
 cấu trúc mạng phân tán. 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 [1] L. E. M. Matheus, A. B. Vieira, L. F. M. Vieira, M. A. M. Vieira 
 and O. Gnawali, "Visible Light Communication: Concepts, 
 Applications and Challenges," in IEEE Communications Surveys 
 & Tutorials, vol. 21, no. 4, pp. 3204-3237, 2019. 
 [2] M. Obeed, A. M. Salhab, M. Alouini and S. A. Zummo, "On 
 Optimizing VLC Networks for Downlink Multi-User 
 Transmission: A Survey," in IEEE Communications Surveys & 
 Tutorials, vol. 21, no. 3, pp. 2947-2976, 2019. 
 [3] S. U. Rehman, S. Ullah, P. H. J. Chong, S. Yongchareon, and D. 
 Komosny, “Visible light communication: A system perspective—
 Overview and challenges,” Sensors (Switzerland), vol. 19, no. 5, 
 Hình 6: Thông lượng phụ thuộc tốc độ di chuyển U pp. 1–22, 2019. 
 [4] I. Ahmed, H. Karvonen, T. Kumpuniemi, and M. Katz, “Wireless 
 Nhằm đánh giá khả năng tương thích của CMct-HO với Communications for the Hospital of the Future: Requirements, 
 Challenges and Solutions,” Int. J. Wirel. Inf. Networks, vol. 27, no. 
 tốc độ di chuyển của người dùng, hình 6 chỉ ra kết quả mô 1, pp. 4–17, 2020. 
 phỏng về sự biến thiên thông lượng của người dùng U. [5] Chen C, Tsonev D, Haas H “Joint transmission in indoor visible 
 Kết quả cho thấy khi tốc độ di chuyển tăng, thông lượng light communication downlink cellular networks,” Proc Globecom 
 Workshops (GC Wkshps), 1127-32, 2013. 
 Hoàng Trọng Minh 
[6] M. D. Soltani, H. Kazemi, M. Safari, and H. Haas, “Handover proposes a novel proactive link handover scheme to enhance the 
 modeling for indoor Li-Fi cellular networks: The effects of multiple-access points VLC network performance in varied user 
 receiver mobility and rotation,” IEEE Wirel. Commun. Netw. conditions which have not mentioned in previous studies. The 
 Conf. WCNC, pp. 1–6, 2017. numerical simulation results will be provided to compare with 
[7] Nguyen T, Chowdhury MZ, Jang YM. “A novel link switching 
 scheme using pre-scanning and RSS prediction in visible light other studies and to provide useful recommendations. 
 communication networks.” EURASIP J Wirel Commun Netw., pp 
 293–309, 2013. Keywords— Multiple-acess Points VLC,link handover 
[8] [14] Wu X, Haas H “Handover skipping for LiFi,” IEEE Access, scheme, coordinated transmission, network performance. 
 Vol 7: pp 38369–78, 2019. 
[9] Nguyen T, Chowdhury MZ, Jang YM. “Location-aware fast link 
 switching scheme for visible light communication networks,” The 
 Journal of Korean Institute of Communications and Information 
 Sciences. 37C(10): 888-93, 2012. 
[10] Xiong J, Huang Z, Zhuang K, Ji Y. “A cooperative positioning 
 with kalmanfilters and handover mechanism for indoor 
 microcellular visible light communication network,” Opt Rev. 
 23(4): 683–688, 2016. 
[11] Demir MS, Miramirkhani F, Uysal M., “Handover in VLC 
 networks with coordinated multipoint transmission,” Proc IEEE Int 
 Black Sea Conf Commun Netw (BlackSeaCom), pp 1–5, 2017. 
[12] Chen C, Haas H., “Performance evaluation of downlink 
 cooperative multipoint joint transmission in LiFi systems,” IEEE 
 Globecom Workshops (GCWkshps), pp 1–6, 2017. 
[13] Shao S, Khreishah A, Rahaim MB, Elgala H, Ayyash M, Little T., 
 “An indoor hybrid WIFI-VLC internet access system,” 
 Proceedings IEEE 11th International Conference MASS, 569–74, 
 otc 2014. 
[14] Komine T, Nakagawa M., “Fundamental analysis for visible light 
 communication system using LED lights,” IEEE Trans Consum 
 Electron., 50(1):100–107, 2004. 
[15] Cheng C, Ijaz M, Tsonev D, Haas H., “Analysis of downlink 
 transmission in DCOOFDM-based optical attocell networks,” 2014 
 IEEE Global Communications Conference, 2072-77, 2014. 
[16] Ghimire B, Haas H., “Self-organising interference coordination in 
 optical wireless networks,” EURASIP J Wirel Commun Netw, 
 1(1): pp 1–15, 2012. 
[17] Wu X, Haas H., “Access point assignment in hybrid LiFi and WiFi 
 networks in consideration of LiFi channel blockage,” IEEE 
 SPAWC. 1–5, 2017. 
 Hoàng Trọng Minh tốt nghiệp đại học 
 Bách khoa Hà Nội (1994), tiến sỹ 
 chuyên ngành Kỹ thuật viễn thông tại 
 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn 
 thông (2014). Hiện đang là giảng viên 
 tại Khoa Viễn thông 1, Học Viện Công 
 nghệ Bưu chính Viễn thông. Các lĩnh 
 vực nghiên cứu liên quan bao gồm: tối 
 ưu, điều khiển và bảo mật mạng truyền 
thông. 
Email: Hoangtrongminh@ptit.edu.vn 
 THE PERFORMANCE OF A NOVEL PROACTIVE 
 LINK HANDOVER FOR INDOOR VLC 
 NETWORKS 
 Abstract—Visible Light Communication (VLC) is a high-
speed communication solution that has been strongly developed 
in recent years. Due to the limited coverage of visible light 
communication, multiple access points VLC systems have been 
deployed to provide users with seamless connections over a 
wide area. This multiple-access points VLC architecture has 
supported end-users utilities such as end-to-end connectivity and 
mobility. However, ensuring network performance in the 
handover process is a remained challenge to researchers when 
there are existed many constrained parameter variables. In 
addition, the variation of user parameters also adds more 
constraints to the network optimization problem. This paper