Sử dụng mạng hàng đợi phân tích hiệu năng của mạng Femtocell mật độ cao với các chuyển giao Femtocell-To-Femtocell

y ra gọi chuyển giao). Khi femtocell i ở trong trạng thái 
 ()f ()f ()ff
chuyển giao của UE giữa các FAP là rất lớn khi UE nCi # i - Ri , nó tiếp nhận các cuộc gọi mới và 
di chuyển. Do đó, trong nội dung của bài báo này chuyển giao theo cả hai chính sách quản trị với xác 
 ()fn
nhóm nghiên cứu muốn đưa ra giải pháp phân tích suất các cuộc gọi mới được chấp nhận là ri , và 
lưu lượng trong mạng femtocell mật độ cao khi thiết xác suất các cuộc gọi chuyển giao được chấp nhận 
 ()ff ()f ((f) ff)
bị đầu cuối động UE di chuyển giữa các femtocell. ri . Khi femtocell i ở trạng thái nCi 2 i - Ri , 
Đối với chuyển giao giữa các femtocell, trong thì chỉ các yêu cầu chuyển giao được chấp nhận cho 
 ()fn ()ff
khuôn khổ của bài báo chỉ xét các lưu lượng liên sơ đồ ưu tiên cut-off với ri = 0 và ri = 1. Đối 
quan đến chuyển giao của UE giữa các femtocell. với sơ đồ kênh giám sát tỷ lệ, bên cạnh các yêu cầu 
Khi đó, trong một FAP i có thể có các lưu lượng các chuyển giao, từng yêu cầu kết nối mới cũng được 
 ()fn
cuộc gọi phát sinh: chấp nhận với giá trị nào đó của ri . Khi đó, tổng 
 ()fn
 - / mi - các cuộc gọi mới từ các MT trong lưu lượng các cuộc gọi ở femtocell i như sau:
vùng phủ của FAP i. ()fn ()ff ()fo ()f ()f ()ff
 ()ff Z ++ -
 ]mmi / ji /mi , if nCi # i Ri
 - / m ji - các cuộc gọi chuyển giao inter- ] a o
 ()f ] jF! i jF! i
 mi ()c =
femto từ các femtocell j lân cận. [ ()fn ()fn ()ff ()fo ()f ()f ()ff
 ()fo ] ++ -
 ]mri i / mmji / ji , if nCi 2 i Ri
 -/ m ji - các cuộc gọi đến từ các femtocell j ] a o
 ] jF! i jF! i
lân cận bị tràn. \ (2)
 Các cuộc gọi chuyển giao từ các femtocell Trong đó c là số cuộc gọi. 
lân cận đến bị tràn là khi FAP i đã không còn dự 
 ()f
trữ tài nguyên kênh cho cuộc gọi chuyển giao nữa, 4.2. Mô hình hàng đợi M/M/1/Ci và CTMC của 
và khi đó cuộc gọi chuyển giao có thể bị rớt (drop femtocell i
calls) hoặc bị khóa (block calls). Như vậy tổng lưu Vì sự hữu hạn của tài nguyên kênh của 
lượng các cuộc gọi ở FAP sẽ là: femtocell nên femtocell được mô hình bởi hàng đợi 
 ()f
 ()f ()fn ()ff ()fo M/M/1/Ci , là dạng hàng đợi M/M/1/K, trong đó 
 mmi =+/ i / mmji + / ji ( 1 ) ()f
 Ci là kích thước đơn vị băng thông của femtocell. 
 Mỗi femtocell i của mạng femtocell có dung Cho rằng, tốc độ phục vụ cuộc gọi trung bình của 
 ()f ()ff ()f
lượng Ci đơn vị băng thông, và Ri là dự trữ băng femtocell i là ni , và tốc độ di động trung bình của 
thông của femtocell i cho các cuộc gọi chuyển giao. UE (velocity) trong mạng femtocell là v(f). Trạng 
Nó tác dụng như là chính sách quản trị để đảm bảo thái của femtocell được thể hiện bằng đồ thị của 
ưu tiên các kết nối chuyển giao so với các kết nối chuỗi Markov thời gian liên tục CTMC cho ở Hình 
mới phát sinh của femtocell i. Trong các hệ thống 2. Trạng thái ban đầu của femtocell: không có cuộc 
 ()f
thông tin di động có hai loại ưu tiên được xét: ưu gọi nào, trạng thái cuối khi femtocell có Ci cuộc 
 ()f
tiên cut-off và kênh giám sát tỷ lệ. Cho rằng ni là gọi kết nối.
 Hình 2. CTMC trạng thái của femtocell
4.3. Trễ chuyển giao Inter-femto thực hiện cuộc gọi, UE có thể di chuyển trong một 
 ()f
 Cho rằng xcall - quãng thời gian cuộc gọi mà vùng phủ của femtocell (FAP), nhưng cũng có thể 
 ()f
UE thực hiện thành công trong mạng femtocell, và đi qua một số femtocell, do đó xcall có thể kéo dài 
nó là biến tùy tiện có phân bố mũ với giá trị trung một số đoạn thời gian xx()ff() xx()f ()f (Hình 
 n 12,,..., i ,..., n
 ()f ()f ()f ()f
bình E[xcall ]. Tốc độ phục vụ cuộc gọi trung bình 3), nghĩa là xxcall = / i , trong đó xi - thời gian 
 i = 1
 ()f 1
trong mạng femtocell là ncall = ()f . Trong khi UE di chuyển trong một femtocell và thực hiện 
 E[]xcall cuộc gọi.
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology 65
ISSN 2354-0575
 ()f 11 (3)
 E[]xch ==()ff() ()f
 nnch call + v
 ()f ()f
 xcall > xres , được xác định theo Luật Bayes 
 của xác suất có điều kiện là:
 Xác suất xảy ra chuyển giao inter-femto 
 trong mạng femtocell khi thời gian cuộc gọi dài hơn 
 thời gian lưu trú của UE tại femtocell, nghĩa là
Hình 3. Thời gian lưu trú và chiếm kênh trong mạng ()f
 ()ff ()f ()f P{}xcall
 femtocell 2 res
 PP==xxcall ()f ()f
 $.PP{}xxcall + {}res
 ()f
 Cho rằng xres - thời gian lưu trú của UE ()f ()f 
 E[]xcall v
trong một femtocell khi thực hiện cuộc gọi, và có = ()f = ()f
 ()f ()f ()f
 xxcall + res ncall +
phân bố mũ, giá trị trung bình là E[xres ]. Nếu tốc độ EE[][] v (4)
di chuyển trung bình của UE đi qua một femtocell Xác định số chuyển giao trung bình của một 
 (ff)
 (f) ()f 1 cuộc gọi thành công là n - là tỷ số của thời gian 
là v , thì E[]xres = . Như vậy, khi UE đi qua 
 v()f trung bình cuộc gọi thành công và thời gian lưu trú 
các femtocell mà cuộc gọi còn tiếp tục liền mạch, trung bình ở một femtocell:
thì UE đã thực hiện chuyển giao inter-femto (từ một ()ff ()f
femtocell đến một femtocell kề cận). Khi đó, thời ()ff E[]xcall 11v
 ()f n ==()ff ()ff: () = ()f (5) 
gian chiếm tài nguyên kênh xch của femtocell là E [] x re s e nn call o d v n call 
thời gian mà UE tiêu phí trong femtocell trước khi Nếu ở mỗi femtocell UE duy trì cuộc gọi liền 
đi qua các ranh giới của femtocell, hoặc là thời gian mạch trong khi di chuyển, thì n = n(ff) là số femtocell 
cho đến khi kênh của femtocell được giải phóng, 
 ()f ()f ()f ()f mà UE di chuyển qua trong tiến trình duy trì cuộc 
nói cách khác xxch = min call , xres . Vì xch là gọi thành công. Khi đó từ (3) và (5) xác định thời 
 $.()f ()f
tối thiểu của hai biến tùy tiện xcall , xres có phân gian chiếm kênh trung bình ở một femtocell khi có 
bố mũ nên nó cũng có phân bố mũ với thông số thực hiện chuyển giao inter-femto (n > 1) được xác 
 ()ff() ()f
 nnch =+call v , do đó, thời gian chiếm kênh của định bằng:
 ()f 1 1 1 ()f
femtocell trung bình đối với cuộc gọi mới hoặc E[]xch = = = E[]xcall
 ()f ()ff()f ()f ()1 + n
cuộc gọi chuyển giao là: nncall + v ()1 + n call
4.4. Mạng hàng đợi mở của mạng femtocell
 Hình 4. Mạng hàng đợi mở của mạng femtocell (gồm hai femtocell kề cận)
 Chúng tôi đề xuất mạng hàng đợi gồm hai mô phỏng và tính các thông số hiệu năng: Thời gian 
femtocell kề cận nhau để đảm bảo có chuyển giao lưu trú trung bình của cuộc gọi tại FAP 1 và FAP 2 
 ()f
inter-femto giữa chúng. Mỗi hàng đợi FAP có dạng (Residence Time, seconds): E[xres ], Thời gian đáp 
 ()f ()f ()f
M/M/1/Ci , trong đó Ci - kích thước hàng đợi - ứng trung bình (Response Time, seconds): E[xch ], 
thể hiện dung lượng kênh tối đa mà FAP phân phối và tỷ lệ rớt cuộc gọi của lưu lượng class 3 (Drop 
cho các cuộc gọi kết nối. Nguồn (Source) các cuộc rate). Kết quả mô phỏng và tính các thông số hiệu 
gọi là tổng các cuộc gọi như công thức (1) có thể năng được đưa ra ở các bảng 1-8 và Hình 5 được 
xuất hiện ở FAP1 hoặc FAP2 với xác suất 0.5. Mạng thực hiện theo ba kịch bản như sau: 
có các cuộc gọi được chia ra 3 lớp (job class): class Kịch bản 1: Phân bố thời gian các cuộc gọi 
1 - các cuộc gọi mới với m()fn - chỉ định tuyến trong đến (Interarrival Time Distribution): Mean = 2s; λ 
hàng đợi, class 2 - các cuộc gọi chuyển giao với = 0.5 cho tất cả các loại cuộc gọi, thời gian phục vụ 
-m()ff định tuyến giữa FAP1 và FAP2, và class 3 - trung bình của các cuộc gọi giống nhau: Mean = 2s, 
 ()fo ()f
các cuộc gọi chuyển giao bị tràn m - bị FAP loại λ = 0.5, và Ci = 200. Thực hiện tăng tốc độ đến của 
bỏ - chỉ định tuyến đến Sink. Cho rằng tốc độ phục tất cả các cuộc gọi, tốc độ phục vụ của các femtocell 
 ()f
vụ trung bình tất cả các loại cuộc gọi đều bằng n không thay đổi.
. Sử dụng công cụ mô phỏng JMT 1.0.1 thực hiện 
66 Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology
 ISSN 2354-0575
 Bảng 1. Các giá trị của Response Time của FAP1 (seconds)
 Bảng 2. Các giá trị của Response Time của FAP2 (seconds)
 Bảng 3. Các giá trị của Drop Rate (class 3) của FAP1 (j/s)
 Bảng 4. Các giá trị của Drop Rate (class 3) của FAP2 (j/s)
 Nhận xét kết quả kịch bản 1: các bảng 1-4:
 Trong khoảng các cuộc gọi ở các FAP1 và 
FAP2 nhỏ hơn 200 thì FAP1 và FAP2 có đáp ứng 
lớn nhất 405.619 sec (FAP1) và 409.304 sec (FAP2) 
và tỷ lệ rớt cuộc gọi tăng tuyến tính của FAP1: từ 
0.246 đến 0.381 và của FAP2: từ 0.246 đến 0.369. 
Điều này cho thấy khi tốc độ phục vụ các cuộc gọi 
của FAP1 và FAP2 bằng tốc độ đến của các cuộc gọi 
đến thì tỷ lệ rớt cuộc gọi thấp nếu số cuộc gọi đến 
FAP1 và FAP2 không vượt quá dung lượng kênh 
phân phối (200). a)
 Kịch bản 2: Phân bố thời gian các cuộc gọi 
đến (Interarrival Time Distribution): Mean = 2s; λ 
= 0.5 cho tất cả các loại cuộc gọi, thời gian phục vụ 
trung bình của các cuộc gọi giống nhau: Mean = 2s, 
 ()f
λ = 0.5, và Ci = 200. Thực hiện chỉ tăng tốc độ đến 
của các cuộc gọi tràn j/s (class 3), tốc độ phục vụ 
của các femtocell không thay đổi, thì tỷ lệ rớt cuộc 
gọi tăng (Hình 5): (13)-(14). 
 b)
 Hình 5. Drop rate của các femtocell trong kịch bản 2
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology 67
ISSN 2354-0575
 Nhận xét kết quả kịch bản 2, Hình 5 (a)- đến (Interarrival Time Distribution): Mean = 2s; λ 
(b): = 0.5 cho tất cả các loại cuộc gọi, thời gian phục vụ 
 Khi tăng tốc độ đến của các cuộc gọi chuyển trung bình của các cuộc gọi giống nhau: Mean = 2s, 
 ()f
giao tràn giữa các femtocell, tỷ lệ rớt cuộc gọi tăng λ = 0.5, và Ci = 100. Thực hiện chỉ tăng tốc độ đến 
lên ở các FAP1 và FAP2. của các cuộc gọi chuyển giao j/s (class 2), tốc độ 
 Kịch bản 3: Phân bố thời gian các cuộc gọi phục vụ của các femtocell không thay đổi.
 Bảng 5. Các giá trị Response Time của FAP1 (seconds)
 Bảng 6. Các giá trị Response Time của FAP2 (seconds) 
 Bảng 7. Drop rate ở FAP1 (j/s) 
 Bảng 8. Các giá trị Drop rate ở FAP2 (j/s)
 Nhận xét kết quả kịch bản 3, các bảng 5-8: trạng thái và mạng hàng đợi mở gồm các hàng đợi 
 ()f
 Trong khoảng các cuộc gọi ở các FAP1 và M/M/1/Ci để mô phỏng và tính một số thông số 
FAP2 nhỏ hơn 200 thì FAP1 và FAP2 có đáp ứng hiệu năng của femtocell đối với chuyển giao inter-
lớn nhất 405.840 sec (FAP1) và 407.402 sec (FAP2) femto trong điều kiện mạng femtocell mật độ cao 
và tỷ lệ rớt cuộc gọi tăng tuyến tính của FAP1: từ khi các vùng phủ sóng của các femtocell chồng lấn 
0.247 đến 0.255 và của FAP2: từ 0.246 đến 0.255. nhau, là một trong những giải pháp có thể áp dụng 
Điều này cho thấy sự tăng tốc độ đến của các cuộc trong nghiên cứu các cơ chế chuyển giao của mạng 
gọi chuyển giao giữa FAP1 và FAP2 đảm bảo tỷ lệ femtocell mật độ cao. Các kịch bản mô phỏng và 
rớt cuộc gọi ở mức thấp hơn so với sự tăng các cuộc các kết quả tính toán cho thấy tính hợp lý của mô 
gọi tràn (kịch bản 2). hình đề xuất. Trong khuôn khổ của bài báo, chúng 
 tôi chỉ nêu ví dụ minh họa ứng dụng của mô hình 
5. Kết luận hàng đợi và mạng hàng đợi cho trường hợp phân 
 ()f
 Đề xuất mô hình hàng đợi M/M/1/Ci (dạng tích hiệu năng của femtocell với các lượng các cuộc 
M/M/1/K) cho các femtocell (FAP) với CTMC gọi, trong đó có chuyển giao inter-femto.
68 Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology
 ISSN 2354-0575
Tài liệu tham khảo
 [1]. Sungkwan Youm, Jai-Jin Jung, Youngwoong Ko, and Eui-Jik Kim, “Resource Efficient Handover 
 Strategy for LTE Femtocells”, Hindawi Publishing Corporation International Journal of Distributed 
 Sensor Networks Volume 2015, Article ID 962837, 8 pages 
 [2]. Tijane Fatima Zohra BADRI, SAADANE Rachid, Mohammed Wahbi, and Mbarki Samir, 
 “Handover Management Scheme in LTE Femtocell Networks”. International Journal of Computer 
 Science & Information Technology (IJCSIT) Vol 5, No 3, June 2013.
 [3]. K. Dimou, M. Wang, Y. Yang, M. Kazmi, A. Larmo, J. Pettersson, W. Muller, and Y. Timner, 
 “Handover within 3GPP LTE: Design Principles and Performance,” in Vehicular Technology 
 Conference Fall (VTC 2009-Fall), 2009 IEEE 70th, September 2009, pp. 1–5.
 [4]. A. Abdelnasser, E. Hossain, D.I. Kim, Clustering and resource allocation for dense femtocells in 
 a two-tier cellular OFDMA network, IEEE Trans. Wirel. Commun. 13 (3) (2014) 1628–1641. http://
 dx.doi.org/10.1109/TW.2014.011614.131163.
 [5]. A. Hatoum, R. Langar, N. Aitsaadi, R. Boutaba, G. Pujolle, Cluster-based Resource Management 
 in OFDMA Femtocell Networks with QoS Guarantees, IEEE Trans. Veh. Technol. 63 (5) (2014) 
 2378–2391. 
 [6]. Wei LI, Tao SU, Wei ZHENG, Xiangming WEN, “Clustering Based Resource Allocation for 
 Inter-femtocell Interference Management”. Journal of Computational Information Systems 8: 4 
 (2012) 1457–1466. Available at 
 [7]. Jingyi Dai, Shaowei Wang, “Clustering-based Interference Management in Densely Deployed 
 Femtocell Networks”. Digital Communications and Networks 2(2016).
 [8]. A. Hatoum, N. Aitsaadi, R. Langar, R. Boutaba, G. Pujolle, “FCRA: Femtocell Cluster-
 Based Resource Allocation Scheme for OFDMA Networks”. IEEE International Conference on 
 Communications (ICC) (2011), pp.1-6 June.
 [9]. A. Hatoum, N. Aitsaadi, R. Langar, R. Boutaba, G. Pujolle, “QoS-based Power Control and 
 Resource Allocation in OFDMA Femtocell Networks”.
 [10]. Amr Abbelnasser, Ekram Hossain, and Dong In Kim, “Clustering and Resource Allocation 
 for Dense Femtocells in a Two-Tier Cellular OFDMA Network”. IEEE Transactions on wireless 
 communications, vol.13, NO.3, March 2014. 
 [11]. Nurul’Ain Amirrudin et. al. “Mobility Prdiction via Markov Model in LTE Femtocell”. 
 International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) Volume 65– No.18, March 2013. 
 [12]. Wanod Kumar, Samreen Aamir, Sara Qadeer, “Performance Analysis of a Finite Capacity 
 Femtocell Network”, Mehran University Research Journal of Engineering & Technology, Volume 
 33, No. 1, January, 2014 [ISSN 0254-7821].
 [13]. Mostafa Zaman Chowdhury and Yeong Min Jang, “Handover Management in High-dense 
 femtocellular Networks”, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 
 20132013:6. https://doi.org/10.1186/1687-1499-2013-6. © Chowdhury and Jang; licensee Springer. 
 2013. Received: 1 November 2011. Accepted: 15 November 2012. Published: 7 January 2013.
 USING THE QUEUE NETWORK ANALYSES THE PERFORMANCE OF
 FEMTOCELL NETWORKS DENSELY WITH THE TRANSMISSIONS
 OF FEMTOCELL -TO- FEMTOCELL
Abstract:
 Transmissions in 4G-LTE macocell-femtocell networks are of particular interest to research today, 
especially the transmissions of femtocell-to-femtocell (inter-femto) in high density femtocell networks. 
Solutions to improve Quality of Service (QoS) due to mechanism improvements (or transfer algorithms) 
have been targeted by many researchers and carriers. This article proposes using models and queue 
networks to analyze the performance of femtocell in meeting the transmission requirements.
Keywords: 4G-LTE, femtocell-to-femtocell transmission, queue network model.
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology 69