ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
......
CHU KHÁNH THÀNH
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP
NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG 4G
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 60.52.02.03
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Công trình được hoàn thành tại:
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIÊP- ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ BÁ DŨNG
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Quang Hoan
Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông
Phản biện 2:PGS.TS Nguyễn Thanh Hà
Đại học Thái Nguyên
Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp -
Đại học Thái Nguyên
Vào ngày 18 tháng 04 năm 2014
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Học liệu, Đại học Thái Nguyên
LỜI MỞ ĐẦU
Mạng thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển rất nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà mạng đang khai thác dịch vụ.
Với sự xuất hiện của mạng di động thế hệ 4G đang được các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động 3G chú ý. Công nghệ 4G đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên thế giới; cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ liệu nhanh lên đến hàng trăm Mb/s thậm chí đạt 1Gb/s, cho phép phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền tảng hoàn toàn IP. Việt Nam là nước ứng dụng công nghệ nên trước khi triển khai công nghệ 4G vào Việt Nam cần phải nghiên cứu về các khía cạnh kỹ thuật, kinh tế, luật pháp và chất lượng dịch vụ... của công nghệ 4G.
Vì vậy mục đích của luận văn là nghiên cứu công nghệ 4G, kiến trúc mạng 4G và đưa gia giải pháp quản lý giám sát chất lượng dịch vụ trong mạng 4G.
Kết cấu luận văn gồm 3 chương gồm các nội dung chính như sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động Chƣơng 2: Mô hình cấu trúc mạng 4G
Chƣơng 3: Nghiên cứu các vấn đề đảm bảo chất lƣợng dịch vụ và giám sát lƣu lƣợng cho mạng IP. Ứng dụng triển khai giám sát cho mạng 4G
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Trong chương này, sẽ trình bày quá trình phát triển mạng thông tin di động. Đồng thời, cũng giới thiệu động lực phát triển 4G, sự ủng hộ và sẵn sàng của các nhà khai thác mạng, các nhà sản xuất thiết bị để đưa 4G trở thành tiêu chuẩn trên toàn cầu.Giới thiệu các dịch vụ được cung cấp bởi công nghệ 4G.
1.1.Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 4G [2],[6],[7],[8],[9]
Khác với 1G, 2G và 3G, 4G không phải là công nghệ ứng dụng thông qua giao diện vô tuyến. Trái lại, 4G sẽ không có gì liên quan đến các loại giao diện vô tuyến cơ sở. Để hỗ trợ thông lượng, chuẩn mục tiêu được phác thảo bởi Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU -
International Telecommunication Union), chắc chắn nó sẽ dựa trên
điều biến giải pháp đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) với công nghệ MIMO (multiple input, multiple output) và các cải tiến anten thông minh khác.
Mạng 4G sẽ là một sự hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có và đang phát triển như 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE802.20, IEEE802.22, pre-4G, RFID, UWB, Satellite…
Hình 1.1: Mô hình mạng hỗn tạp 4G 1.2. Lịch sử và xu hƣớng phát triển lên 4G.
1.2.1. Hệ thống di động đầu tiên 1G [1]
Hệ thống này được phát triển vào những năm 70, nó trở nên phổ biến ở Bắc Mỹ, Liên hiệp Anh và Bắc Âu.
AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến, phát triển ở Bắc Mỹ, hoạt động ở dải tần 800MHz.
TACS (Total Access Communication System): Hệ thống
thông tin thâm nhập toàn bộ, được triển khai ở các nước thuộc khối liên hiệp Anh, hoạt động ở dải tần 800 và 900 MHz.
NMT (Nordic Mobile Telephone): Điện thoại di động Bắc Âu,
phát triển ở các nước Bắc Âu, hoạt động ở dải tần 450 và 900 MHz. 1.2.2. Hệ thống di động thế hệ thứ 2 (2G) [1]
Đầu những năm 1982, Hiệp hội Bưu chính Viễn thông châu Âu (CEPT- Conference European Post and Telegraphs) đã thành lập một nhóm nghiên cứu có tên gọi là Group Special Mobile (GSM) để nghiên cứu và phát triển hệ thống di động mặt đất dân dụng châu Âu. Mạng điện thoại di động thế hệ thứ 2 xét về công nghệ có thể chia được làm 2 nhóm là:
Hệ thống thông tin di động dựa trên phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian kết hợp tần số (TDMA/FDMA - Time Division MultiAccess/ Frequency Division MultiAccess).
Hệ thống thông tin di động dựa trên phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA- Code Division MultiAccess)
Dịch vụ của hệ thống GSM được chia làm 2 nhóm chính thoại và dữ liệu.
Bảng 1.1: Dịch vụ của hệ thống GSM
Nhóm dịch vụ Tên dịch vụ
Thoại
- Cuộc gọi thông thường(Normal Call) - Chặn cuộc gọi (Bared Call)
- Chuyển cuộc gọi - Giữ cuộc gọi Dữ liệu
- Tin nhắn ngắn (SMS) - Truyền dẫn số liệu - Phát quảng bá ô
1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) [1],[2],[5]
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil Telecommunication - 2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:
Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau: 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng. 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương.
Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau: Đường lên: 1885-2025 MHz.
Đường xuống: 2110-2200 MHz.
- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến. Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.
- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện. Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao.
Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...)
Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu,...).
Các hệ thống 3G điển hình là:UMTS (W-CDMA) và CDMA2000.
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G.
WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống tĩnh.
CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến 2 Mbps. 1.2.4. Hệ thống di động thứ 4 (4G) [3],[6],[7],[8],[9]
4G hoàn toàn dựa trên mạng chuyển mạch gói. Ngoài ra, tất cả các mạng 4G sẽ được số hóa và sẽ cung cấp băng thông cao hơn lên đến 100 Mbps. 4G thực sự là sự tập hợp các tiêu chuẩn trước đó. 4G cung cấp QoS và tốc độ phát triển hơn nhiều so với 3G đang tồn tại, không chỉ là truy cập băng rộng, dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS), chat video, TV di động mà còn các dịch vụ HDTV,các dịch vụ tối thiểu như thoại, dữ liệu và các dịch vụ khác. Nó cho phép chuyển giao giữa các mạng vô tuyến trong khu vực cục bộ và có thể kết nối với hệ thống quảng bá video số.
Kỹ thuật sử dụng lớp vật lý
- MIMO: để đạt được hiệu suất phổ tần cao bằng cách sử dụng phân tập theo không gian, đa anten đa người dùng.
- Sử dụng lượng tử hóa trong miền tần số, chẳng hạn như OFDM hoặc SC-FDE (single carrier frequency domain equalization)
ở đường xuống: để tận dụng thuộc tính chọn lọc tần số của kênh mà không phải lượng tử phức tạp.
- Ghép kênh trong miền tần số chẳng hạn như OFDMA hoặc SC-FDMA ở đường xuống: tốc độ bit thay đổi bằng việc gán cho người dùng các kênh con khác nhau dựa trên điều kiện kênh.
1.3. Các ứng dụng và dịch vụ trong mạng 4G (4G) [3],[7]
Hệ thống thông tin di động thế hệ 4G sẽ cung cấp các loại dich vụ chính: di động, viễn thông và internet nhưng với tốc độ cao hơn lên đến 100 Mbit/s và điều đáng quan tâm hơn là các dịch vụ đa phương tiện.
Với khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ bit cao, các hệ thống thông tin di động thế hệ 4G cung cấp các dịch vụ chất lượng tốt, đảm bảo: Điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, các dịch vụ thông tin về vị trí, các dịch vụ thương mại di động, các dịch vụ phân phối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải dữ liệu, các dịch vụ điều khiển từ xa, các dịch số liệu tốc độ bít thấp, dịch vụ số liệu bít cao… Cũng có thể phân chia dịch vụ thành hai loại chính: Dịch vụ cơ sở và dịch vụ đa phương tiện.
1.4. Kết luận
Chương này mới chỉ giới thiệu các hệ thống thông tin di động và đưa ra một số loại hình dịch vụ điển hình, một số ví dụ về các ứng dụng trong 4G theo một khía cạnh chung. Định hướng phát triển các dịch vụ cho 4G dựa trên nền tảng của 3G nhưng với độ tin cậy và tính an toàn cao hơn. Ngoài ra, công nghệ 4G sẽ có khả năng kết nối thông suốt trong khi 3G thì không hỗ trợ cho người sử dụng người đi du lịch và yêu cầu kết nối thoại/ dữ liệu không bị gián đoạn.
Chƣơng 2
MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G
Chương 2 sẽ tập trung nghiên cứu cấu trúc mạng di động 4G, so sánh sự khác nhau giữa hệ thống 3G và 4G để thấy sự cần thiết khi chuyển sang công nghệ mới. Tìm hiểu mô hình mạng di động 4G và các chức năng trong thành phần hệ thống mạng.
2.1. Các yêu cầu về cấu trúc mạng 4G [2,3,6,7,8,9,10]
Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp được các mạng khác như các mạng di động thế hệ 2, thế hệ 3, thế hệ 3,5G,… và WLAN, WiMAX, và các mạng không dây khác như Hình 2.1 dưới đây. 3G
4G
WiFi SSR Evolution Wimax 3G+ 3G Evolution Wimax Evolution WiFi SSR Hướng dịch vụ mạng Hướng dịch vụ mạng và gói Hướng dịch vụ gói2.1.1. Mạng có tính mở
Hình 2.3: Ngƣời dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống
2.1.2. Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP
Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập, truyền tải và các dịch vụ Internet. Đặc biệt đối với các vấn đề về độ trễ mạng, băng thông dịch vụ…vv. Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian thực, chất lượng cao. 2.1.3. Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin.
Sử dụng Mobile Ipv6 có 128 bit địa chỉ thay cho địa chỉ 32 bit của Ipv4, tạo ra số lượng địa chỉ lớn, nên không chỉ cho phép nhiều nút mạng hơn kết nối với mạng mà còn cho phép một giao diện có thể có nhiều hơn một địa chỉ sử dụng cho các quy mô mạng khác nhau. 2.1.4. Mạng đảm bảo tính di động
2.1.5. Mạng phải đảm bảo về tốc độ
Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G 2.2. Mô hình mạng 4G [2],[5],[6],[7]
2.2.1. Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 4G và 3,5G - Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G - Tăng hiệu quả sử dụng phổ và giảm thời gian trễ
- Cấu trúc mạng sẽ đơn giản hơn, và sẽ không còn chuyển mạch kênh
- Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần user/cell so với WCDMA.
- Độ rộng băng tần linh hoạt cũng là một ưu điểm của LTE đối với WCDMA
2.2.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G
2.3. Chức năng các phần tử trong mô hình [1],[2],[6],[7]
2.3.1. Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến
Nhiệm vụ chính của mạng truy nhập vô tuyến (Radio Access Network) là tạo và duy trì các kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN).
- Các phần tử truy nhập là các thiết bị đầu cuối có khả năng tích hợp và hội tụ.
- Điểm truy nhập vô tuyến (RAP- Radio Access Point): Chức năng chính của RAP là thực hiện xử lý lớp 1 của giao diện vô tuyến (mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…), Sử dụng một số kỹ thuật mới làm tăng tốc độ đường truyền bằng cách: Sử dụng Anten thông minh, đây là sự kết hợp của nhiều phần tử Anten tự động tối ưu mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trường tín hiệu.
- Điều chế và mã hóa thích ứng :(AMC - Adaptation and Modulation Coding). Điều chế và tỉ lệ mã hóa được thích ứng một cách liên tục và chất lượng kênh thay cho việc điều chỉnh công suất đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao.
- Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM [8]: Tín hiệu gửi đi được chia thành các sóng mang nhỏ, trên mỗi sóng mang đó tín hiệu là “ băng hẹp ” và vì vậy tránh được hiệu ứng đa đường, tạo nên một khoảng bảo vệ chèn vào giữa mỗi tín hiệu OFDM. OFDM cũng tạo nên một độ lợi về phân tập tần số, cải thiện hiệu năng của lớp vật lý. Nó cũng tương thích với những công nghệ mở rộng nâng cao khác, như là các anten thông minh và MIMO [7].
- Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến (RAC: Radio Access Controller): Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến (RAC) là phần tử điều khiển của lớp truy nhập vô tuyến. Chức năng RNC dùng để điều khiển lưu lượng và quản lý tài nguyên vô tuyến của lớp thâm nhập vô tuyến.
- Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến: RRM (Radio Resources Management) là một tập hợp các thuật toán được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đường truyền vô tuyến và QoS của kết nối vô tuyến bằng cách chia sẻ và quản lý tài nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả.
2.3.2. Lớp mạng lõi
Mạng lõi phải tích hợp được tất cả các mạng viễn thông khác như các mạng di động, WLAN, WiMAX, các mạng không dây khác,… Để đạt được điều đó thì trong mạng lõi phải có:
- Phát triển NGN trên toàn cầu, hệ thống truyền dẫn trong mạng lõi sử dụng giao thức IPv6, đặc biệt việc sử dụng IP di động một cách linh hoạt giúp cho việc kết hợp giữa các mạng di động. Cổng đa phương tiện (MGW: Multimedia Gateway): Trong mạng lõi, MGW thực hiện các chức năng chính là:
+ Thực hiện chuyển đổi dữ liệu sang gói IP và ngược lại + Thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến dữ liệu từ/tới một vùng dịch vụ của mạng tuỳ thuộc vào vị trí thuê bao.
- Các Router: Trong mạng lõi thì các router thực hiện chức năng chính là định tuyến cuộc gọi, đưa cuộc gọi số liệu từ/tới các nơi theo đúng yêu cầu. Các router sử dụng giao thức định tuyến tiên tiến trong mạng IP như BGP (BGP: Border Gateway Protocol). Ngoài ra, mạng lõi còn sử dụng một kỹ thuật mới nữa là chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MPLS: Multi protocol Label Switching). 2.3.3. Lớp chức năng
Lớp chức năng điều khiển dùng để điều khiển hệ thống như điều khiển hệ thống báo hiệu, điều khiển lưu lượng, bảo mật thông tin,… đồng thời cung cấp cơ sở hạ tầng cho lớp dịch vụ cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau. Chức năng điều khiển gồm có:
- Chức năng báo hiệu: Báo hiệu trong mạng lõi là loại báo hiệu tập trung. Một đặc điểm chính trong mạng 4G là tất cả đều hội tụ trên nền IP, do đó giao thức báo hiệu thực hiện chính trên mạng 4G là SS7oIP. Điều này được thực hiện thông qua Gateway báo hiệu (SGW - Signalling gateway).
- Chức năng bảo mật: Chức năng này được thực hiện thông qua Gateway an ninh (SEG - Security Gateway) để cung cấp về chính sách an toàn (proxy server) và bức tường lửa (firewall).
- Chức năng về Billing: Chức năng này cung cấp cho mạng khả năng về nhận thực, tính cước đối với các dịch vụ sử dụng trong mạng.
- Chức năng về tính di động trong mạng (Mobility): Chức năng này được kế thừa từ các mạng di động thế hệ trước. Nó được thể hiện qua các thành phần cũ của mạng như HLR, VLR, EIR, AUC, MSCS và cơ cấu điều khiển handover, handoff của thuê bao.
- Chức năng IP Multimedia: Đây là khối chức năng tiên tiến so với các mạng di động 2G. Điểm chính của khối chức năng này là thực hiện các chức năng điều khiển, quản lý các phiên làm việc IP trong mạng 4G.
2.3.4. Lớp dịch vụ
Có chức năng cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của người dùng, có chất lượng cao như: Các dịch vụ thông tin định vị, dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, dịch vụ điều khiển từ xa… Với mô hình này, lớp dịch vụ là lớp cung cấp các nội dung về dữ liệu cho người sử dụng.
2.4. Kết luận
Chương 2 đã tập trung nghiên cứu cấu trúc cụ thể của mạng 4G, cấu trúc vật lý, mô hình kết nối và các lớp kiến trúc trong mạng 4G. So sánh giữa mạng di động hiện tại với hệ thống di động 4G sắp triển khai, có đánh giá về các chỉ tiêu và điều kiện khi lựa chọn các giải pháp chuyển mạng.
Chƣơng 3
NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ VÀ GIÁM SÁT LƢU LƢỢNG CHO MẠNG IP 3.1. Giới thiệu tổng quan về chất lƣợng dịch vụ (QoS) IP [4],[10]
3.1.1. Lịch sử phát triển các mô hình QoS cho mạng IP
Dưới đây chỉ ra các bước phát triển của khái niệm chất lượng dịch vụ: (QoS-Quality of Service) từ khoảng giữa thập kỳ1990 tới đây.
C á c m ô h ìn h ,p hi ên b ản Mô hình IP nỗ lực tối đa Mô hình tích hợp dịch vụ Mô hình phân biệt dich vụ Kỹ thuật lưu lượng và VPN QoS
Điều khiển QoS thông minh tự động
QoS là công cụ bảo mật
1994 1996 1998 2000 2002 2004 Thời Gian
Hình 3.1: Các bƣớc phát triển của mô hình QoS
Nỗ lực tiêu chuẩn hoá chất lượng dịch vụ IP lần đầu tiên khi IETF phát hành RFC1633 vào tháng 6 năm 1994. RFC 1633 đưa ra mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Integrated Sevices) và tập trung vào giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol). Vào cuối những năm 1990, các kỹ thuật QoS được chú trọng nhiều hơn và trở thành vấn đề quan trọng khi tương thích với các công nghệ mạng tiên tiến như: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) và các công nghệ mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network).
3.1.2. Các tham số chất lượng dịch vụ IP
Theo khuyến nghị I.380 ITUT định nghĩa một số tham số đánh giá hiệu năng truyền gói tin IP gồm: Trễ truyền gói IP IPTD (IP packet Transfer Delay) và Tỷ lệ lỗi gói tin IP IPER (IP packet Error Ratio):
3.2. Một số tham số cơ bản ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ (QoS) IP thực tế
Các tham số thông thường nhất thường được biết đến là các tham số: Băng thông, độ trễ, trượt, giá và xác suất mất gói.
3.2.1. Băng thông
Hình 3.3: Băng thông khả dụng
3.2.2. Độ trễ
Gồm 2 thành phần chủ yếu: Trễ truyền lan và trễ xử lý hàng đợi.
IP IP IP IP Trễ truyền lan P1 Trễ xử lý hàng đợi Q1 Trễ truyền lan P2 Trễ xử lý hàng đợi Q2 Trễ truyền lan P3 Trễ xử lý hàng đợi Q3 Trễ truyền lan P4 Delay=P1+Q1+P2+Q2+P3+Q3+P4=X (ms)
3.2.3. Tổn thất gói
Thông thường, tổn thất gói xảy ra khi các bộ định tuyến tràn không gian đệm. Hình vẽ 3.6 dưới đây chỉ ra trong trường hợp hàng đợi đầu ra đầy và các gói tin mới đến bị loại bỏ.
Hình 3.6: Tổn thất gói và hiện tƣợng tràn bộ đệm đầu ra
3.3.4. Jitter (Biến động trễ)
Jitter là vấn đề cố hữu trong các mạng chuyển mạch gói. Nguyên nhân từ cơ chế xử lý lưu giữ và chuyển gói tại các nút mạng. Ngoài ra, còn do các gói đi đến đích theo các đường truyền khác nhau trên mạng.
Để khử jitter người ta dùng một bộ đệm gọi là jitter buffer, đó có thể là một hàng đợi động với kích thước thay đổi phụ thuộc vào khoảng thời gian giữa hai lần gói đến của các gói trước vì bộ đệm cố định nếu quá lớn thì làm tăng trễ nếu quá nhỏ thì làm mất gói.
3.3. Các vấn đề đảm bảo QoS
Một cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS chung nhất gồm 3 phần chính: Cung cấp QoS, điều khiển QoS và quản lý QoS như chỉ ra trên hình 3.8 dưới đây
Hình 3.8: Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS
3.3.1. Cung cấp QoS
- Cung cấp QoS đưa ra hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai đoạn thoả thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.
3.3.2. Điều khiển QoS
- Điều khiển QoS đưa ra hàng loạt các hành vi điều khiển như lập lịch, chia gói lập chính sách và điều khiển luồng.
3.3.3. Quản lý QoS
- Quản lý QoS nhằm giám sát, điều đình lại tài nguyên và duy trì các điều kiện đảm bảo QoS.
3.4. Mô hình ứng dụng đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS) IP
3.4.1. Mô hình tích hợp dịch vụ INTSERV
Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ đề xuất hai lớp dịch vụ bổ sung cho các dịch vụ IP truyền thống gồm:
- Dịch vụ bảo đảm GS cho ứng dụng yêu cầu giới hạn trễ và băng thông.
- Dịch vụ điều khiển tải CL cho ứng dụng yêu cầu độ tổn thất gói thấp.
Hình 3.9: Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv
3.4.2. Mô hình phân biệt dịch vụ
Kiến trúc mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ được coi là bước phát triển tiếp theo của mô hình tích hợp dịch vụ IntServ. Tiếp cận của mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ là không xử lý theo từng luồng lưu lượng riêng biệt mà ghép chúng vào một số lượng hạn chế các lớp lưu lượng. Trong DiffServ, băng thông và các tài nguyên mạng khác được chỉ định trong các lớp lưu lượng.
Phân loại gói theo BA DSCP1 DSCP2 DSCP3 Các gói tin IP đến Giao diện người dùng-mạng Lập lịch
Các gói tin IP đi Hàng đợi PHB
Bộ định tuyến IP SLA
Hình 3.10. Mô hình các bƣớc phân biệt dịch vụ DiffServ 3.5. Ứng dụng triển khai chất lƣợng dịch vụ (QoS) cho 4G tại Việt Nam
3.5.1. Tình hình triển khai 4G trên thế giới và Việt Nam
Hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu...đã nhận ra tiềm năng to lớn này và đã cùng bắt tay với các telco lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom-Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE...) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể.
Tại Việt Nam, Bộ TT&TT đồng ý cho 5 doanh nghiệp VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC được thử nghiệm mạng di động 4G trước khi đấu giá lấy tần số và giấy phép 4G. VNPT đã lựa chọn công nghệ LTE (Long Term Evolution),kết quả thử nghiệm đạt với tốc độ truy cập Internet lên đến 60 Mb/giây.
Hình 3.12: Trạm gốc LTE
Cấu trúc mạng VNPT
Mạng NGN của VNPT được tổ chức theo mô hình chung gồm 2 tầng độc lập: tầng truyền tải và tầng dịch vụ.
(VoIP, HSI, IPTV, Mobile)
Access
MEN
Core
MEN
Access
VPN
Tầng dịch
vụ/ứng
dụng
Tầng
chuyển tải
mạng chuyển tải băng rộng
Hình 3.13: Mô hình truyền tải NGNKết nối Mobile backhaul
Dịch vụ này sử dụng dịch vụ E-LINE, mỗi UPE sẽ cấu hình 1 S-VLAN cho dịch vụ 2G và một S-VLAN cho 3G. Theo nguyên tắc thiết kế, ring CSG sẽ kết nối trực tiếp với UPE
Hình 3.15: Mô hình kết nối Kết nối Mobile backhaul nội tỉnh
3.5.3. Quy trình quản lý và giám sát băng thông trên các NodeB 3G
3 x STM16 1x10GE MANE1 (TNN00TNN) MANE02 (TNN00DTU) TNN_BRS01_E320 MANE TNN VOD-Server 1 x 1 0GE Ex4200 hiD 1 x 1GE TNN_BRS01_ERX
Sơ đồ kết nối mạng VNPT Thái Nguyên 2013
2 x STM16 TNN-PE1 1 x 10GE 1 x 1GE 2 x 1 G E VNP 2 x 1GE HNI-P1 HNI-P2 1 x 1 0G E 2 x 1G E VNP 10GE 1x 10G E & 2 x 1G E POP-VDC 2X1GE
Hình 3.16: Sơ đồ mạng Viễn thông của VNPT Thái Nguyên
Hiện nay, VNPT Thái Nguyên đang khai thác 90 trạm NodeB và 300 trạm BTS 2G. Tất cả lưu lượng thoại, data, Video Call… được truyền tải qua mạng ManE. Các kết nối này được giám sát thời gian thực trên phần mềm giám sát dưới đây:
Hình 3.17: Topo mạng truyền tải băng rộng nội tỉnh
VNPT Thái Nguyên đang sử dụng bản thương mại của phần mềm PRTG version 7.0 để giám sát toàn bộ các hệ thống trên mạng, từ các Node Router biên của ManE đến các thiết bị truy nhập Switch, IPDSLAM….Các Node B sẽ được kết nối qua các Switch L2 thông qua giao tiếp FE hỗ trợ kết nối tối đa 100Mbps.
3.5.4. Khảo sát và đánh giá chất lượng dịch vụ trên các Node 3G RNC Hệ thống quản lý AGG2 AGG1 UPE4 UPE1 UPE3 UPE2 Mobile Router RNC SWITCH L2 NodeB 3G FE (10-100M) GE Hình 3.21: Sơ đồ kết nối phần mềm giám sát băng thông các NodeB 3G
Các chính sách áp dụng để triển khai QoS cho các Node 3G ở đây là tốc độ Dowload và tốc độ Upload của một trạm NodeB 3G. Chính sách này dựa vào 2 tham số đặc trưng là CIR (Committed Information Rate) và CBS (Committed Burst Size).
Hình 3.23: Mô tả cuộc gọi di động của 3G 3.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Chương 3 đã tập trung nghiên cứu lý thuyết về Chất lượng dịch vụ cho các hệ thống QoS IP, các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dich vụ QoS IP thực tế, các vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) và một số ứng dụng khi triển khai các mô hình QoS IP. Ứng dụng triển khai thực tế trên mạng di động 3G của VNPT, các mô hình quản lý và giám sát thiết bị từ đó áp dụng các chính sách kiểm soát chất lượng dịch vụ cho mạng di động 4G.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài tốt nghiệp, với sự nỗ lực của bản thân, cùng với sự giúp đỡ của các giáo viên và các đồng nghiệp đến nay đề tài của tôi đã được hoàn thành về cơ bản đáp ứng được các yêu cầu đặt ra.
Kết quả đạt đƣợc của luận văn
Tìm hiểu quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động. Nghiên cứu đặc điểm hệ thống thông tin di động 4G, so sánh ưu điểm và nhược điểm của các mạng di động, xu hướng nghiên cứu, phát triển. Các ứng dụng và dịch vụ trong mạng 4G.
Nghiên cứu kiến trúc, công nghệ, kỹ thuật sử dụng trong 4G/LTE, Mô hình mạng thông tin di động 4G,chức năng các phần tử trong mạng 4G.
Nghiên cứu về chất lượng dịch vụ (QoS) IP, các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ, mô hình triển khai chất lượng dịch vụ (QoS) cho mạng IP.Mô hình quản lý khai thác QoS của VNPT cho mạng 3G hiện nay, Các chương trình giám sát và quản lý băng thông đang áp dụng trên mạng VNPT Thái Nguyên. Triển khai phần mềm quản lý giám sát băng thông cho các NodeB 3G.
Kiến nghị và hƣớng nghiên cứu tiếp theo
- Nghiên cứu các bước triển khai và quy hoạch mạng di động 4G.
- Dự báo lưu lượng, số lượng thuê bao đối với thị trường cần phục vụ, tập trung vào quy hoạch chi tiết và tối ưu hóa mạng 3G hiện nay.
- Nghiên cứu về quy hoạch vùng phủ và lựa chọn vị trí trạm, số liệu đo về đặc tính truyền dẫn, tối ưu hóa vùng phủ và vị trí trạm.
- Các yêu cầu về dung lượng, phân bố lưu lượng, phân bố dịch vụ là các vấn đề tiếp theo cần nghiên cứu để triển khai cho mạng di động 4G khi đưa vào khai thác.
