Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết giới thiệu một vài nghiên cứu của các tác giả trong môi trường di động phục vụ công nghệ mobile internet. Ứng dụng công nghệ Data mining để dự báo vị trí các thuê bao di động, chúng tôi đề xuất một phương pháp cải tiến tính toán sẽ làm giảm thời gian để tính toán mô hình di động, Các nghiên cứu này có thể áp dụng trong giảng dạy cho sinh viên các trường đại học ngành công nghệ.
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÁC GIAO TÁC TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG ỨNG DỤNG THUẬT TỐN DỰ BÁO VỊ TRÍ TRONG MẠNG DI ĐỘNG Lê Mạnh*, Giang Minh Đức**, Đỗ Hồng Tuấn*** TÓM TẮT Bài báo giới thiệu vài nghiên cứu tác giả môi trường di động phục vụ công nghệ mobil internet Ứng dụng công nghệ Data mining để dự báo vị trí thuê bao di động, đề xuất phương pháp cải tiến tính tốn làm giảm thời gian để tính tốn mơ hình di động, Các nghiên cứu áp dụng giảng dạy cho sinh viên trường đại học ngành cơng nghệ Từ khóa: Giao tác thuê bao di động, dự báo vị trí, mạng GSM, khai phá liệu ABSTRACT Transactions of mobile network apply location prediction algorithms for mobile networks This paper presents some of the author's research in environmental mobile internet mobil Apply Data mining technology to predict the location of mobile user, we propose an improved method to reduce computational time the cell model, These studies can be applied in teaching students from other university of technology Keywords: Transactions of MOBILE User, location prediction, GSM network, data mining I Giới thiệu tổng quan Hiện với phát triển nhanh chóng cơng nghệ truyền thơng khơng dây (wireless communications) thiết bị di động đầu cuối đại tạo nên môi trường trao đổi liệu mới, mơi trường làm việc di động (Mobile Work Environment) Môi trường làm việc di động khác với môi trường làm việc cố định số đặc điểm sau: - Sự di chuyển người sử dụng (Mobility) - Hay bị ngắt kết nối (Disconnection) mơi trường truyền sóng (bị che chắn sóng vơ tuyến khơng phủ hết,…) - Tiến trình chuyển giao kênh truyền dẫn (hand-over) tế bào mạng di động tổ ong (Cellular), tiến trình ngắt kết nối (đối với truyền số liệu) khoảng thời gian ngắn (100ms ÷ 200ms) Mặt khác, mơi trường di động mơi trường mới, người ta truy xuất liệu xử lý thông tin di chuyển Với mơi trường này, người ta làm việc cách uyển chuyển linh hoạt Tuy nhiên, để làm việc tốt môi trường cần phải giải vấn đề tranh chấp giao tác di động (Mobile Transactions), thời gian trì hỗn dài, kết nối (Disconnect) với sở liệu trung tâm chuyển giao kết nối (hand-over) trạm thu phát sóng di động,… Theo Accenture: “Vào năm 2013 có khoảng tỷ thiết bị di động truy cập vào internet, bỏ xa số lượng máy tính cá nhân truy cập vào Hơn 400 triệu thuê bao điện thoại toàn giới truy cập từ xa thông qua môi trường di động (3G, 4G) để giải công việc” [10] II Các giao tác di động Trong môi trường làm việc di động, ln phải đối phó với vấn đề như: vị trí ln thay đổi thiết bị di động, chất lượng kết nối hay thay đổi mạng di động, hay bị ngắt kết nối, giải xung đột giao tác môi trường di động Người sử dụng truy xuất liệu xử lý thông tin di chuyển cách uyển chuyển linh hoạt Tuy nhiên, để làm việc tốt môi trường cần phải giải vấn đề tranh chấp giao tác di động, thời gian trì hỗn dài, kết nối với sở liệu trung tâm chuyển giao kết nối trạm thu phát sóng di động Việc nâng cao chất lượng dịch vụ di *TS , Trường ĐH Văn Hiến, **ThS, Công ty Viễn thơng Bình Dương, ***TS, Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM 50 SỐ 09 - THÁNG 11/2015 động u cầu khơng thể bỏ qua Bài tốn đặt phải giải vấn đề kết nối với CSDL trung tâm chuyển giao kết nối trạm thu phát sóng di động BTS) Sau số loại giao tác di động giới nghiên cứu [6-12]: Kiểu giao tác Xúc tiến (Pro-motion transaction model ) Đặc điểm: Giao tác hỗ trợ 10 mức tách khác Giao tác cho phép “commit” cục thiết bị di động đầu cuối (mobile hosts); kết “commit” giao tác có ảnh hưởng đến giao tác cục khác Tuy nhiên, kết “commit” hợp lệ mobile host (MH) kết nối trở lại với máy chủ sở liệu Độ di động (mobility): Mặc dù quản lý độ di động (mobility manager) hỗ trợ việc truyền thông mobile host máy chủ sở liệu, loại giao tác Pro-motion không đề cập đến độ di chuyển Ngắt kết nối (disconnection): Giao tác Promotion hỗ trợ xử lý giao tác bị ngắt kết nối thông qua đối tương gọi “compact” Khi mobile host bị ngắt kết nối từ sở liệu cố định (fixed database), giao tác (subtransactions) chia nhỏ thực thi mobile host Việc xử lý ngắt kết nối tính trội loại giao tác Do đó, loại giao tác Pro-motion yêu cầu nguồn tài nguyên mobile host cao Sự thực phân tán (distributed execution): Hầu hết giao tác thực mobile host kết thống máy chủ sở liệu Vì vậy, xử lý giao tác phân tán không hỗ trợ loại giao tác Kiểu giao tác hai lớp (Two-tier transaction model) Đặc điểm: Loại giao tác dựa lược đồ chép liệu Mỗi đối tượng liệu có chủ riêng Có hai loại giao tác là: Base Tentative Các giao tác Base hoạt động chủ; giao tác Tentative truy cập riêng Một mobile host lưu trữ chủ riêng đối tượng liệu Trong lúc mobile host bị ngắt kết nối, giao tác tentative cập nhật Khi mobile host kết nối trở lại với máy chủ sở liệu, giao tác tenta- NGHIÊN CỨU KHOA HỌC tive chuyển đổi trở lại giao tác gốc, giao tác thực lại chủ Nếu giao tác gốc khơng hồn thành qui định xác (được rõ ứng dụng), giao tác tentative liên kết bị hủy bỏ Giao tác hai lớp không hỗ trợ “mobility” Trong lúc mobile host ngắt kết nối từ database servers, giao tác tentative thực nội dựa vào đối tượng liệu Các giao tác thực thử mobile hosts bị ngắt kết nối thực lại giao tác gốc máy chủ sở liệu Kiểu giao tác Yếu – Nghiêm ngặt (WeakStrict transaction model) Giao tác Weak-Strict (còn gọi Clustering) bao gồm loại giao tác: weak (hoặc loose) strict Các giao tác thực bên clusters, tập hợp mobile host kết nối thông qua mạng tốc độ cao tin cậy Mỗi cluster, liệu liên quan lưu cục Có loại sao: local consistency (weak) global consistency (strict) Bản weak dùng mobiles hosts bị ngắt kết nối kết nối thông qua mạng tốc độ chậm không tin cậy Các giao tác Weak Strict truy xuất liệu weak strict riêng biệt Khi mobile hosts kết nối trở lại với máy chủ sở liệu, tiến trình đồng thống thay đổi liệu cục với liệu toàn cục Các giao tác Weak phép “commit” bên cluster nó, kết có ảnh hưởng đến giao tác weak nội khác Khi mobile hosts kết nối trở lại, kết giao tác weak thống với kết giao tác strict Nếu kết giao tác weak không xung đột với việc cập nhật giao tác strick, giao tác weak “commit” tồn cục, khơng chúng bị hủy Độ di động (mobility): Khái niệm “migration” giao tác đưa để hỗ trợ cho độ di động, giảm chi phí đường truyền Khi mobile hosts di chuyển kết nối với trạm hỗ trợ di động (MSS – mobile support station) mới, phần giao tác thực MSS cũ chuyển đến trạm Tuy nhiên, chi tiết thiết kế thực khơng SỐ 09 - THÁNG 11/2015 51 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC cung cấp Ngắt kết nối (disconnection): giao tác weakStrick hỗ trợ xử lý giao tác lúc ngắt kết nối kết nối với sóng yếu thơng qua giao tác weak Một số nghiên cứu độ di động giao tác di chuyển qua tế bào di động: Vị trí MH (mobile host) định danh ID (identity) tế bào di động (MCmobile cell) Trong tế bào di động mới, MH kết nối với trạm hỗ trợ di động (MSS – Mobile Support Station) Trong [6], có định nghĩa giao tác gọi “anchor transaction” cài mạng cố định: MSS máy chủ sở liệu Các MSS điểm “anchor” “anchor transaction” Khi MH di chuyển vào MC mới, tiến trình “hand-over” (hoặc Hand-off) xảy ra, “anchor transaction” chuyển từ điểm “anchor” trước tới điểm “anchor” Hình thể MHi di chuyển từ MCn tới tế bào di động MCm , tiến trình hand-over di chuyển TiA từ trạm hỗ trợ di động MSSn tới MSSm Giao tác “anchor” TiA giữ vết (track) MSS mà di chuyển qua, ví dụ MSSn MSSm, hỗ trợ “mobility” giao tác di động qua tế bào di động khác Hình 2: Sơ đồ mạng lưới trạm BTS Hướng nghiên cứu để giải vấn đề quản lý mạng internet di động: Khi MH di chuyển mạng tổ ong, hệ thống tìm cách dự báo trước MH di chuyển đến tế bào số tế bào xung quanh Làm cách để dự báo trước MH di chuyển đến tế bào số tế bào xung quanh - Biết khoảng cách từ MH đến tế bào lân cận thời điểm - Biết mức thu tín hiệu MH tế bào lân cận (BTS lân cận) Chuẩn bị liệu đến BTS đó, khơng đợi đến tiến trình chuyển giao (Handover) bị kết nối (Disconnect) MH vào vùng tối (vùng khơng có sóng) tế bào Hình 3: Lưu đồ để dự đốn Hình 1: Ngun lý chuyển giao kết nối di động Tuy nhiên, loại giao tác đề cập không giải vấn đề thời gian thực tiến trình chuyển giao (hand-over) tế bào (cell) mạng di động tế bào (cellular) Khi Mobile Host (MH) di chuyển từ tế bào sang tế bào khác tiến trình hand-over thực để chuyển MH sang kênh truyền Vấn đề chuyển giao (Hand-over) Khi người sử dụng di chuyển từ tế bào sang tế bào khác mạng thực việc điều khiển chuyển mạch Thời gian thực chuyển giao 100ms 52 SỐ 09 - THÁNG 11/2015 vị trí môi trường di động BTS quản lý MH kết nối với CSDL Tất BTS mạng MSC quản lý kiểm soát MH kết nối với CSDL xác định Ví dụ: Cơ sở liệu hàng không dùng cho khách hàng đặt mua vé qua mạng NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thu thập liệu MH Các liệu MH bao gồm: Khoảng cách từ MH đến BTS; Công suất thu BTS MH Hệ thống phân tích dự báo MH đến BTS Sau thu thập liệu, hệ thống dự báo trước MH BTS tiếp nhận (ví dụ phương pháp phân lớp Bayes) Chuẩn bị liệu cho BTS Sau dự báo trước BTS tiếp nhận MH liệu đến BTS Như thế, khơng bị ngắt quảng tiến trình hand-over tạo III Dự báo trước vị trí Mobil User Việc quản lý đường mobile users mơi trường tính tốn di động (Mobile Computing Environments) bao gồm phương pháp lưu trữ cập nhật thơng tin vị trí phục vụ hệ thống Một vấn đề quan trọng lĩnh vực nghiên cứu quản lý đường dự báo trước đường mobile users [8], [10] Dự báo trước đường định nghĩa việc dự báo di chuyển mobile user tế bào (cell) mạng GSM Dự báo trước đường mobile users dùng để gia tăng hiệu mạng GSM Bằng cách dự báo trước đường đi, hệ thống cấp phát hiệu nguồn tài nguyên tới cell cần thiết thay cấp phát dàn trải đến tồn cell toàn mạng Ngoài ra, cách dự báo trước đường mobile users nhà cung cấp dịch vụ tính tốn cách tối ưu thiết kế lắp đặt điều chỉnh cấu trúc mạng di động GSM, điều chỉnh băng thông cho phù hợp với thực tế Nhiều ứng dụng điều hành lưu lượng giao thơng, chăm sóc sức khỏe cộng đồng, sinh học, quản lý khách sạn quân áp dụng tiến trình xử lý phụ thuộc vị trí (location – dependent) Với việc dự báo trước vị trí cách hiệu quả, trả lời câu hỏi liên quan đến vị trí tương lai users 3.1 Định nghĩa vấn đề Hiện mạng GSM thông dụng Việt Nam giới Vùng phủ sóng mạng GSM chia vùng nhỏ gọi “cell” Trong “cell” mạng GSM có trạm thu phát sóng gọi BTS (Base Transceiver Station) có nhiệm vụ thu phát sóng vơ tuyến đến Mobile Users [11][12] Các BTS kết nối với thông qua mạng truyền dẫn quang vô tuyến Các Mobile Users sử dụng kênh truyền dẫn vô tuyến để truyền thông với BTS Sự di chuyển mobile user từ “cell” tới “cell” khác ghi nhận sở liệu gọi VLR (Visitor Location Register) Sau đó, liệu từ VLR chuyển HLR (Home Location Registry) [13] [14] đặt tổng đài MSC (Mobile Switching System) Từ liệu lấy lịch sử di chuyển mobile user để dự báo trước vị trí cúa họ Ta gọi mẫu liệu lịch sử di chuyển UAPs (User Actual Paths) UAPs nguồn thơng tin có giá trị di chuyển mobile user bao gồm mẫu di chuyển ngẫu nhiên mẫu di chuyển thường xuyên Trong báo [8] đưa thuật toán khai phá mẫu di chuyển mobile users nhằm dự báo vị trí di chuyển Trong báo chúng tơi đưa dựa theo thuật tốn cải tiến hiệu thời gian chạy Cụ thể trình bày phần sau 3.2 Phương pháp thực dự báo vị trí thuê bao di động Theo lưu đồ hình 4, ta thấy phương pháp thực để dự báo trước vị trí mobile users qua bước sau: Hình 4: Lưu đồ thực tính tốn giao tác thuê bao di động Bước 1: Lấy liệu từ logfile HLR Sự di chuyển mobile user từ cell tới cell khác ghi nhận sở liệu gọi SỐ 09 - THÁNG 11/2015 53 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC HLR Chúng lưu trữ thường trực thông tin khách hàng mạng di động Lịch sử di chuyển user mobil (máy điện thoại lấy từ log file HLR Bước 2: Khai thác UAPs để UMPs Giả sử, đặt tên đường thực tế mobile user UAPs (User Actual Paths) UAPs nguồn thơng tin có giá trị chứa đựng mẫu di chuyển thường xuyên mẫu di chuyển ngẫu nhiên Do đó, sử dụng UAPs, ta rút mẫu di chuyển thường xuyên sử dụng chúng để dự báo trước Giả sử UAPs có dạng: C= {c1,c2,…, cn} Mỗi ck biểu thị số ID “cell” thứ k vùng phủ sóng Gọi mẫu di chuyển users là: UMPs (User Mobility Patterns) Khai thác UMPs cho ta rút luật di chuyển (Mobility Rules) UMPs chuỗi “cell” lân cận vùng phủ sóng Để khai thác UMPs từ UAPs thực sau: Gọi G đồ thị có hướng tương ứng với “cell” vùng phủ sóng Mỗi “cell” đỉnh G hình Nếu có “cell” gọi A B lân cận (có chung biên) vùng phủ sóng có đường trực tiếp khơng có trọng số từ A đến B ngược lại Hình 5: Mơ hình mạng tế bào đồ thị G mạng di động Giả sử có UAPs, A={a1, a2, …,an} B={b1,b2,…,bm} B chuỗi A, tồn : 1≤ i1