HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

---------------------------------------

NGUYỄN THÀNH TRUNG

NGHIÊN CỨU VỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG

MẠNG 4G LTE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI -2014

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN TRUNG KIÊN

Phản biện 1: TT.PGS.TS BẠCH NHẬT HỒNG

Phản biện 2: TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại

Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.

Vào lúc: ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1

MỞ ĐẦU

Mạng 4G sẽ cần thiết khi thị trường Việt Nam thực sự cần một dung lượng rất lớn để

đáp ứng nhu cầu thực tế, cần thêm thời gian để khai thác hiệu quả hạ tầng đầu tư cũng như

việc lựa chọn băng tần khai thác phù hợp. Mạng 4G LTE khi được triển khai, đưa vào sử

dụng trong thực tế hứa hẹn sẽ mang lại nhiều dịch vụ tiện ích cho khách hàng. Để đảm bảo

sự hài lòng của khách hàng, các nhà khai thác phải chú ý đến hệ thống giám sát chất lượng

dịch vụ. Việc đảm bảo chất lượng dịch vụ sẽ là yếu tố quyết định để nâng cao uy tín và khả

năng thu hút khách hàng đối với mỗi nhà mạng. Chính vì vậy, để giải quyết vấn đề này, đề

tài “Nghiên cứu về đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong mạng 4G LTE” được lựa chọn để

có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ hơn về các giải pháp cho vấn đề chất lượng dịch vụ.

Chương 1: Tổng quan về tổ chức mạng và dịch vụ trên mạng LTE. Chương 1 đưa ra

được những khái niệm cơ bản nhất, giúp người đọc hiểu được mô hình tổng quan về kiến

trúc và dịch vụ của một mạng LTE.

Chương 2: Nghiên cứu về QoS trong LTE, nghiên cứu về kiến trúc QoS, chất lượng

mạng và các tham số về chất lượng mạng, các đặc trưng của mạng LTE xét trên khía cạnh

QoS, phân tích các yêu cầu đặt ra đối với chất lượng mạng trên LTE liên quan đến các giải

pháp cho vấn đề QoS trên LTE.

Chương 3: Nghiên cứu về giải pháp cho vấn đề QoS trên mạng LTE. Phân tích các

hướng nghiên cứu các kết quả hiện tại cũng như cơ sở lý thuyết chuẩn hóa và tình hình

chuẩn hóa QoS trên LTE. Chỉ ra các tồn tại liên quan đến vấn đề QoS trên LTE cần giải

quyết tiếp theo, từ đó khuyến nghị với các nhà khai thác, cung cấp dịch vụ LTE trong việc

tổ chức mạng 4G trong tương lai.

2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỔ CHỨC MẠNG VÀ DỊCH VỤ

TRÊN MẠNG LTE

1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE

1.2 Kiến trúc và các thành phần của mạng LTE

. Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói

với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độ trễ tối thiểu.

1.2.1 Thiết bị ngƣời dùng (UE)

UE là thiết bị mà ngừời dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thông thường nó là

những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi người

vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G hoặc một máy tính xách tay.

1.2.2 E-UTRAN Node B (eNodeB)

Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB (eNodeB). Đơn giản đặt eNB là

một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong phần cố

định của hệ thống. Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và

EPC, nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa

các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC.

1.2.3 Thực thể quản lý tính di động (MME)

Thực thể quản lý di dộng (MME) là phần tử diều khiển chính trong EPC.

1.2.4 Cổng phục vụ (S-GW)

Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống, chức năng cao cấp của S-GW là quản lý

đường hầm UP và chuyển mạch. S-GW là một phần của hạ tầng mạng nó được duy trì ở các

phòng điều hành trung tâm của mạng.

1.2.5 Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW)

Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW, cũng thường được viết tắt là PDN-GW) là tuyến biên

giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó là nút cuối di động mức cao nhất trong hệ

thống, và nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bị cho UE. Nó thực hiện các

chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các dịch vụ được đề cập. Tương tự như

S-GW, các P-GW được duy trì tại các phòng điều hành tại một vị trí trung tâm.

3

1.2.6 Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên

Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên (PCRF) là phần tử mạng chịu trách

nhiệm về chính sách và điều khiển tính cước (PCC). Nó tạo ra các quyết định về cách xử lý

các dịch vụ về QoS, và cung cấp thông tin cho PCEF được đặt trong P-GW, và nếu được áp

dụng cho cả BBERF được đặt trong S-GW, để cho việc thiết lập các phần tử mang thích

hợp và việc lập chính sách.

1.2.7 Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS)

Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) chứa số liệu đăng ký thuê bao của nguời sử

dụng; thông tin về các PDN (mạng số liệu gói); lưu thông tin dộng nhu số nhận dạng MME

mà hiện thời UE đang đăng nhập hay đăng ký; cũng có thể liên kết với trung tâm nhận thực.

1.3 Kết luận chƣơng I

LTE được xem như là thế thệ thứ tư, thế hệ tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát

triển. Chương 1 đã đưa ra được những khái niệm tổng quan nhất về công nghệ mạng LTE

và trình bày về kiến trúc cũng như các thành phần của mạng LTE

4

CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ QOS TRONG MẠNG LTE

2.1 Khái niệm QoS

Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hướng

khác nhau. Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh

của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”.

ISO 9000 định nghĩa chất lượng là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn có đáp ứng

đầy đủ các yêu cầu của người dùng”

2.2 Chất lƣợng mạng và các tham số chất lƣợng mạng

2.2.1 Khái niệm về chất lƣợng mạng

Theo ITU-E800 chất lượng mạng là khả năng của mạng cung cấp các chức năng liên

quan đến thông tin giữa những người sử dụng.

Theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ, khái niệm chất lượng mạng NP là một

chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo và được điều hành để có thể đạt mức

độ hài lòng của người sử dụng về chất lượng dịch vụ.

2.2.2 Các tham số chất lƣợng mạng

Băng thông hiện thời (throughput)

Trễ (latency hoặc delay)

Rung pha (biến động trễ-jitter)

Tỷ lệ mất gói (loss)

Độ khả dụng (available)

2.3 Đặc trƣng của mạng LTE dựa trên khía cạnh chất lƣợng dịch vụ QoS

Để thực hiện tốt nhất các ý tưởng về QoS trong một mạng LTE, chúng ta phải hiểu

các loại kênh mang và các đặc tính liên quan với mỗi kênh mang. Phân loại theo chức năng

thì có hai loại kênh mang là GBR và Non-GBR. Còn phân loại theo cấu hình thì hai loại

kênh mang hiện có là kênh mang riêng (Dedicated bearer) và kênh mang mặc định (Default

Bearer).

5

QoS trong LTE

Kênh mang mặc

định

Kênh mang riêng

Non-GBR

GBR

Non-GBR

Hình 2.1: Các loại kênh mang trong kiến trúc QoS LTE

2.3.1 Kênh mang mặc định (Default Bearer)

Kênh mang mặc định là dịch vụ nỗ lực tốt nhất có nghĩa là tốc độ và chất lượng có

thể thay đổi phụ thuộc vào việc sử dụng mạng và thời gian trong ngày. Mỗi kênh mang mặc

định đi kèm với một địa chỉ IP. Mỗi thuê bao LTE băng rộng có thể có thêm kênh mang.

Mỗi kênh mang mặc định sẽ có một địa chỉ IP riêng biệt. QCI 5-9 (Không GBR) có thể

được gán cho kênh mang mặc định.

2.3.2 Kênh mang riêng (Dedicated Bearer)

Kênh mang riêng cung cấp đường hầm dành riêng cho một hoặc nhiều luồng lưu

lượng cụ thể (ví dụ như VoIP, video...) Kênh mang riêng là những kênh mang thứ cấp được

tạo ra ở trên kênh mang mặc định hiện có. Kênh mang riêng chia sẻ địa chỉ IP trước đó được

thiết lập bởi kênh mang mặc định vì vậy kênh mang riêng không yêu cầu chiếm địa chỉ IP

bổ sung. Kênh mang riêng chủ yếu được sử dụng như các dịch vụ GBR (Guaranted Bit

Rate) mặc dù nó cũng có thể là một dịch vụ Non- GBR.

2.3.3 GBR và non-GBR

2.3.4 Các thuộc tính liên quan đến kênh mang LTE

1. Định danh lớp QoS (QCI)

2. Độ ưu tiên duy trì cấp phát (ARP)

3. Tốc độ bit tối đa (MBR)

6

4. Tốc độ bit đảm bảo (GBR)

5. Tốc độ bit lớn nhất kết hợp (AMBR)

2.3.5 Các thủ tục thiết lập kênh mang (Bearer)

Khi một kênh mang được thiết lập, các kênh mang đi qua từng giao diện trình bày ở

trên đã được thiết lập. Các PCRF gửi một bản tin “Dự phòng quyết định PCC (thay đổi

chính sách kiểm soát) cho biết QoS được yêu cầu đối với kênh mang đến P-GW. P-GW sử

dụng chính sách QoS này để gán tham số QoS cấp kênh mang. Sau đó P-GW gửi một bản

tin “Yêu cầu tạo kênh mang riêng” bao gồm QoS và UL TFT được sử dụng trong UE đến S

-GW. S-GW chuyển tiếp bản tin “Yêu cầu tạo kênh mang riêng” (bao gồm QoS, UL TFT và

ID kênh mang S1) tới MME ( bản tin thứ 3 trong hình 2.2). Các MME sau đó xây dựng một

tập các thông tin cấu hình quản lý phiên bao gồm cả UL TFT và ID kênh mang EPS , và kể

cả bản tin " Yêu cầu thiết lập kênh mang" mà nó sẽ gửi cho các eNodeB (bản tin thứ 4 trong

hình 2.2). Cấu hình quản lý thông tin trong phiên NAS và do đó được bởi eNodeB tới UE

một cách rõ ràng. Yêu cầu thiết lập kênh mang cũng cung cấp QoS của kênh mang cho các

eNodeB, thông tin này được sử dụng bởi các eNodeB để kiểm soát đầu vào các cuộc gọi và

cũng để đảm bảo QoS cần thiết bằng cách lập lịch phù hợp cho các gói tin IP của mang

chuyển. Các eNodeB ánh xạ QoS kênh mang EPS tới QoS kênh mang vô tuyến. Sau đó nó

báo hiệu một bản tin “Cấu hình lại kết nối RRC” (bao gồm cả QoS kênh mang vô tuyến, cấu

hình quản lý phiên và ID kênh mang vô tuyến EPS) đến UE để thiết lập các kênh mang vô

tuyến (bản tin thứ 5 trong hình 2.2). Các bản tin “Cấu hình lại kết nối RRC” có chứa tất cả

các thông số cấu hình cho giao diện vô tuyến. Điều này chủ yếu cho các cấu hình của lớp 2

(các tham số PDPC, RLC và MAC), nhưng các tham số lớp cần thiết cho UE để khởi tạo

chồng giao thức. Bản tin 6 đến bản tin 10 là những bản tin tương ứng để xác nhận rằng các

kênh mang đã được thiết lập chính xác.

7

(B)

(A)

UE eNodeB MME S-GW PDN-GW PCRF

1. PCC decision provision

2.Creat Dedicated Bearer

Request

4.Bearer Setup Request

5.RRC connection

Reconfiguration

3.Creat Dedicated Bearer

Request

6.RRC connection

ReconfigurationComplete

7.Bearer Setup Respond

8.Creat Dedicated Bearer

Respond

9.Creat Dedicated Bearer

Respond

10. PCC ACK

Hình 2.2 Lược đồ mô tả quá trình thiết lập kênh mang (Bearer)

2.3.6 Các cơ chế QoS

Các cơ chế được sử dụng để cung cấp QoS trong hệ thống EPS có thể được chia

thành các thủ tục báo hiệu mặt phẳng điều khiển và các chức năng mặt phẳng người dùng,

mỗi phần sẽ được mô tả dưới đây:

Các thủ tục báo hiệu mặt phẳng điều khiển:

Bộ điều khiển chính sách trong mạng xác định xem làm thế nào mỗi luồng gói tin cho mỗi

thuê bao phải được xử lý về mặt các thông số QoS được kết hợp với việc xử lý luồng gói tin

này. Bộ điều khiển chính sách có thể đưa ra cái gọi là quy tắc chính sách điều khiển và tính

cước (PCC) cho gateway, lần lượt được sử dụng như là một thiết bị kích hoạt để thiết lập

một kênh mang mới hoặc sửa đổi một kênh mang hiện có để xử lý luồng lưu lượng gói tin

cụ thể hoặc sửa đổi việc xử lý một luồng gói tin.

Các chức năng mặt phẳng người dùng

Cấu hình của các nút cho phép họ thực hiện chức năng QoS mặt phẳng người dùng. Các

chức năng này có thể được phân bổ cho các nút khác nhau và được phân loại thành các chức

năng mà có tác dụng cho mỗi luồng gói tin, mỗi kênh mang (hoặc nhóm đó), hoặc mỗi

DSCP.

8

2.3.7 Kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía mạng và phía thiết bị đầu cuối

Có hai mô hình khác nhau có thể được sử dụng để thiết lập một kênh mang riêng với

một QoS cụ thể trong EPS. Em xin đề cập đến các mô hình này như các mô hình kiểm soát

QoS khởi tạo bởi phía thiết bị đầu cuối và khởi tạo bởi phía mạng. Các nguyên lý cơ bản

được mô tả trong hình 2.3 dưới đây.

Sử dụng mô hình kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía mạng, mạng khởi tạo tín hiệu để

thiết lập một kênh mang riêng với một QoS cụ thể đối với các thiết bị đầu cuối và các RAN.

Quá trình này được kích hoạt bởi một chức năng ứng dụng (AF) hoặc chức năng kiểm tra

sâu gói tin và các tín hiệu được truyền đi qua giao diện chuẩn (Rx và / hoặc GX). ). Sử dụng

mô hình này, các ứng dụng khách hàng có thể bỏ đi "access QoS unaware," có nghĩa là nó

không được yêu cầu quan tâm đến các đặc trưng của mô hình QoS của mạng truy nhập.

Hình 2.3: Minh họa sự khác nhau giữa mô hình kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía mạng

(hình trên) và khởi tạo bởi phía thiết bị đầu cuối (hình dưới)

Sử dụng mô hình kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía thiết bị đầu cuối,nó là thiết bị

đầu cuối mà khởi tín hiệu để thiết lập một kênh mang riêng với một QoS cụ thể đối với

mạng (mà lần lượt gây ra một lệnh tới RAN). Việc kích hoạt cho tín hiệu này được truyền

9

qua một giao diện lập trình ứng dụng thiết bị đầu cuối (API) của nhà cung cấp dịch vụ. Điều

này có nghĩa là để xác định các thông tin QoS cho kênh mang, các ứng dụng khách hàng

phải là"access QoS aware," có nghĩa là nó phải quan tâm đến các đặc tính cụ thể của mô

hình QoS của mạng truy cập.

2.3.8 Minh họa trƣờng hợp sử dụng mô hình E2E

Trong trường hợp này, một thuê bao thiết lập một cuộc gọi thoại IMS ở đó ý tưởng

QoS trong EPS được sử dụng để đạt được QoS. Cụ thể là, mô hình kiểm soát QoS khởi tạo

bởi phía mạng đã được trình bày trong phần trước được áp dụng. Mục đích của trường hợp

sử dụng này là để minh họa phương pháp mà một nhà khai thác có thể sử dụng các cơ chế

đã được mô tả để cung cấp thuê bao và dịch vụ khác biệt.

2.4 Ảnh hƣởng của các yếu tố tới QoS

Trong các mạng vô tuyến, chất lượng dịch vụ được dựa trên đo lường hiệu quả của

một hệ thống được phản ánh từ chất lượng truyền dẫn tới các dịch vụ đang có

Chất lượng là một đặc tính của cuộc gọi có phạm vi từ đầu cuối đến đầu cuối. Do

vậy, mỗi thành phần của mạng đều có ảnh hưởng đến chất lượng này. Các thành phần cần

được xem xét là kết nối vô tuyến từ thiết bị người dùng đến trạm gốc của tế bào di động,

mạng vô tuyến mặt đất kết nối tế bào di động và bộ phận điều khiển, gateway đến mạng lõi,

mạng lõi, và mạng ngoại vi phía đầu xa (cố định và di động).

Ngoài ra, chất lượng cũng bị ảnh hưởng bởi khả năng của toàn mạng trong việc

truyền yêu cầu của từng cuộc gọi trong mặt phẳng điều khiển và hỗ trợ yêu cầu chất lượng

trong suốt cuộc gọi trong mặt phẳng người dùng.

Khả năng báo hiệu cũng cần được đáp ứng ở tất cả các phần trong mạng.

Việc định tuyến sai cũng có thể xảy ra khi thông tin về địa chỉ bị làm sai lệch do lỗi

đường truyền.

Bên cạnh ảnh hưởng của mạng khi hoạt động bình thường, QoS còn bị ảnh hưởng

bởi các yếu tố bảo mật.

Ngoài ra, tính toàn vẹn và xác thực dữ liệu cũng là những yêu cầu QoS quan trọng có

thể được đảm bảo nhờ cơ chế mã hóa dữ liệu.

10

2.5 Các yêu cầu đặt ra đối với chất lƣợng mạng trên LTE

Mục đích chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các

dịch vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng tốt, an toàn, bảo mật. Vì vậy, để đáp ứng

được các nhu cầu và các dịch vụ đó, mạng 4G LTE phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

Khả năng kết hợp

Mạng có tính mở

Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP

Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin

Mạng đảm bảo tính di động

Mạng phải đảm bảo về tốc độ

2.6 Kết luận chƣơng

Chương 2 đã tìm hiểu và nghiên cứu về kiến trúc QoS, chất lượng mạng và các tham

số về chất lượng mạng, các đặc trưng của mạng LTE xét trên khía cạnh QoS, phân tích các

yêu cầu đặt ra đối với chất lượng mạng trên LTE liên quan đến các giải pháp cho vấn đề

QoS trên LTE. Một số trong những thách thức lớn của việc chuyển đổi các hệ thống hiện tại

lên 4G là các dịch vụ bảo mật và đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS thông suốt cho quá trình

trao đổi thông tin liên lạc của người dùng.

11

CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CÁC GIẢI PHÁP CHO VẤN ĐỀ QOS

TRONG MẠNG LTE

3.1 Nền tảng cơ sở lý thuyết chuẩn hóa và tình hình chuẩn hoá QoS trên LTE

3.1.1 Nền tảng cơ sở lý thuyết chuẩn hóa

Các mạng truyền thông nói chung và LTE nói riêng được thiết kế để phục vụ cho

nhiều người sử dụng khác nhau với các thiết bị được cung cấp từ nhiều nhà sản xuất khác

nhau. Để thiết kế và xây dựng các mạng một cách hiệu quả thì các thiết bị mạng cần thống

nhất về chuẩn, để chúng có thể liên kết và tương thích với nhau, cũng như đảm bảo hiệu quả

về giá thành.

Các tiêu chuẩn (các tiêu chuẩn mở) là cần thiết để giúp cho việc kết nối dễ dàng

giữa các hệ thống, thiết bị và các mạng của các nhà sản xuất, các nhà cung cấp và khai

thác khác nhau

Các tiêu chuẩn cho phép việc cạnh tranh

Các chuẩn chung sẽ dẫn tới có một sự cân bằng về kinh tế giữa các yếu tố kỹ

thuật và sản xuất

Các tác động về quyền lợi chính trị sẽ dân tới hình thành nhiều các chuẩn khác

nhau

Các tiêu chuẩn quốc tế sẽ đe dọa các ngành công nghiệp của các nước lớn

nhưng là các cơ hộ tốt cho ngành công nghiệp của các nước nhỏ

Các chuẩn chung sẽ làm cho các hệ thống thuộc các nhà cung cấp khác nhau

có thể kết nối với nhau

Các tiêu chuẩn giúp cho người sử dụng và các nhà điều hành mạng, các hãng

sản xuất thiết bị trở nên độc lập với nhau và tăng độ sẵn sàng của hệ thống

Các tiêu chuẩn làm cho các dịch vụ quốc tế có tính khả thi

3.1.2 Tình hình chuẩn hoá QoS trên LTE

E2E QoS trong mạng LTE được một số tổ chức chuẩn hoá lớn đưa ra và chuẩn hoá:

3GPP: TS 23.107 3rd Generation Partnership Project. Technical Specification

23.107:Quality of Service (QoS) concept and architecture. V6.3.0. June 2005.

12

ITU: Recommendation Y.1291: An architectural framework for support of Quality of

Service in packet networks

3.2 Các hƣớng nghiên cứu và kết quả hiện tại

Trên thế giới hiện nay có một số nhà cung cấp dịch vụ di động đã đưa ra một số giải

pháp cho vấn đề chất lượng dịch vụ QoS hiện tại. Trong phần này, em xin giới thiệu một vài

giải pháp về QoS điển hình

Policing và Shaping của Cisco

Cisco IOS QoS cung cấp hai loại cơ chế quản lý lưu lượng: tính năng giới hạn tốc độ

của tốc độ truy cập cam kết (CAR) cho chính sách lưu lượng và điều hòa lưu lượng chung

(GTS) và Điều hòa lưu lượng trễ khung (FRTS) cho việc định hình lưu lượng. Chúng ta có

thể triển khai các tính năng này trên toàn mạng để đảm bảo rằng một gói tin, hay nguồn dữ

liệu, tuân thủ hợp đồng quy định và để xác định QoS đáp lại gói tin. Cả hai cơ chế lập chính

sách và định hình sử dụng các mô tả lưu lượng cho một gói được chỉ định bởi phân loại gói

tin đảm bảo tuân thủ và dịch vụ.

Tối ưu hóa các lợi ích của mạng LTE bằng cách sử dụng giải pháp True

Carrier Ethernet Backhaul

Các nhà khai thác mạng điện thoại di động (MNOs) đang phát triển cơ sở hạ tầng

không dây của mình cho chuẩn tiến hóa dài hạn (LTE), cung cấp độ trễ thấp và băng thông

cao để cung cấp nội dung phong phú với các thiết bị di động thông minh. Phần này nói lên

những thách thức và phức tạp trong thiết kế LTE với khuyến nghị sử dụng các giải pháp dựa

trên Carrier Ethernet cho truyền dẫn từ các trạm di động để giảm tổng chi phí sở hữu

(TCO). Các nhà cung cấp backhaul có thể sử dụng phương pháp này để mở rộng giá thành

mạng lưới hiệu quả của họ. Cuối cùng, phần này mô tả giải pháp của Ciena, kết hợp True

Carrier Ethernet dựa trên phân chia các trạm di động với hội tụ quang Ethernet kết hợp để

xây dựng mạng lưới giá thành phù hợp và có khả năng mở rộng.

13

Hình 3.1: Kiến trúc và cấu hình mạng LTE packet backhaul thông thường

Phần này của mạng có thể được hưởng lợi từ các cơ chế bảo vệ như Link

Aggregation Group (LAG), với hai hoặc nhiều liên kết Ethernet song song. Bộ chuyển mạch

Carrier Ethernet có thể cung cấp các giao thức mạnh mẽ và các cơ chế hỗ trợ phát hiện lỗi

nhanh và phục hồi từ các lỗi của các liên kết vô tuyến cố định.

Các liên kết vô tuyến cố định, cả bước sóng micro và sóng milimet, được sử dụng

trong gần một nửa số lượng các triển khai backhaul di động trên toàn thế giới. Các hệ thống

gói cố định, điểm-điểm, băng thông cao, cung cấp các giải pháp đơn giản và có chi phí hiệu

quả cho backhaul LTE, vì chúng hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều so với đường dây cáp

đồng và thường được chứng minh là ít tốn kém hơn so với thiết lập sợi mới cho trạm di

động.

Các mạng của các nhà cung cấp backhaul thông thường là sự kết hợp đơn miền hoặc

hai miền và hoặc là cấu hình mạng vòng hoặc mạng mesh đối với mạng metro. Để quy

hoạch một miền metro để hỗ trợ các dịch vụ Ethernet và quang học, một giải pháp metro

thông thường sẽ sử dụng mạng Ethernet quang hội tụ dựa trên các giải pháp hệ thống truyền

tải quang (POTS). Trong kiến trúc này, cùng một mạng có thể hỗ trợ packet backhaul cho

LTE và các khu dân cư/dịch vụ kinh doanh khác.

Với nhiều MNOs tại một số trạm eNB, các UNI Gigabit Ethernet (GbE) dung lượng

cao, và một số lượng lớn các eNB mỗi khu vực metro, các nhà cung cấp backhaul đường có

thể mong đợi để mở rộng mạng lưới của họ tới các bước sóng nhiều 10GbE, 40GbE, hoặc

thậm chí 100GbE trong trong tương lai gần. Các nhà cung cấp sẽ cần phải hỗ trợ cơ chế bảo

vệ khác nhau và các tùy chọn các đường đi đa dạng cho các kết nối đàn hồi cho phép LTE

backhaul.

14

3.3 Các vấn đề còn tồn tại cần giải quyết

Các vấn đề về đường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi

phí. Như vậy không chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống

quản lý cũng phải được xác định rõ. Một yêu cầu quan trọng về giao tiếp nhiều nhà cung

cấp (multi-vendor interfaces) cũng thuộc vào loại yêu cầu này. Ngoài ra thì các vấn đề như:

độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối di động tiêu thụ ít năng lượng cũng được đòi hỏi.

Hầu hết các đề xuất QoS cho mạng LTE thường đưa ra khung xử lý từ đầu cuối đến

đầu cuối, tuy nhiên khung này chủ yếu quan tâm đến vấn đề quản lý chính sách hơn là giải

quyết trực tiếp các vấn đề kỹ thuật như định tuyến, xếp hàng, đánh lịch.. Khi dịch vụ chuyển

tải qua nhiều miền khác nhau thì việc phân chia ra yêu cầu cho từng miền như thế nào là rất

khó bởi vì tuỳ từng domain thì các tham số QoS được thoả mãn khác nhau. Mỗi miền có thể

đảm bảo QoS nhưng tổng một chuỗi các miền có thể không đảm bảo E2E QoS.

LTE hội tụ nhiều công nghệ truy nhập khác nhau(wireline, wireless), từ các công

nghệ truy nhập đã được hỗ trợ QoS tương đối hoàn chỉnh (CDMA) đến các công nghệ truy

nhập có tính chất nghiệp dư (Bluetooth, wifi..). Di động giữa các cell trong cùng công nghệ

truy nhập bản thân nó đã gây ra các vấn đề về QoS trong quá trình chuyển giao (handover),

giờ đây mạng LTE còn phải đối mặt với sự di động mà ở đó còn có sự chuyển giao giữa các

công nghệ (ví dụ giữa wifi và CDMA).

Vấn đề QoS nhiều khi xung đột với với vấn đề an ninh Security). Khi muốn nâng cao

tính bảo mật người ta hay đưa vào các phần tử xử lý gói, mã hoá, chèn thêm thông tin làm

cho trễ tăng lên và có thể cũng sinh ra hiện tượng nút chai nếu thiết bị an ninh này không

đảm bảo về năng lực xử lý. Các phần chức năng khác trong QoS như: dành trước tài

nguyên, xếp hàng, đánh lịch..cũng đang được tiếp tục nghiên cứu. Các kỹ thuật tiên đoán,

kỹ thuật lưu lượng, trí tuệ nhân tạo.. có thể hỗ trợ cho các hướng nghiên cứu về QoS thời

gian tới.

3.4 Khuyến nghị đối với các nhà khai thác, cung cấp dịch vụ

LTE hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu có thể cung cấp giá trị mới đáng kể cho khách

hàng đầu cuối việc tăng băng thông, giảm độ trễ và kiểm soát linh hoạt qua

QoS. Giá trị chỉ có thể được thực hiện bằng các giải pháp tính cước, thanh

toán, quản lý chính sách linh hoạt. Khả năng nhanh chóng triển khai các mô

15

hình tính cước mới và tích hợp các chính sách QoS sẽ rất quan trọng để cạnh

tranh và thành công với LTE. Người vận hành phải tính đến các yêu cầu trong

kế hoạch triển khai LTE của họ.

Hệ thống thanh toán đã được chứng minh là tốn kém và mất thời gian để nâng

cấp. Các nhà khai thác có thể giảm thiểu tác động của nó bằng cách sử dụng

các nền tảng tính cước và sự dàn xếp để che giấu những thay đổi lớn từ hệ

thống thanh toán

tập trung vào việc mở giao diện chuẩn tới nền tảng IN để yêu cầu mới có thể

triển khai trên nền tảng bổ sung. Điều này sẽ giúp việc di chuyển các chức

năng (quản lý thuê bao, tốc độ thời gian thực, mô hình thuế quan…) từ nền

tảng IN tới nền tảng thanh toán trực tuyến sẽ là nền tảng cốt lõi khi việc thực

hiện tất cả LTE / IMS IP được hoàn thành.

Cung cấp dịch vụ thoại qua LTE với IMS hỗ trợ cho các dịch vụ truyền thông

nâng cao có thể tăng thêm giá trị đáng kể cho các dịch vụ được cung cấp

Triển khai các khả năng IMS đầy đủ sẽ làm tăng đáng kể khối lượng chính

sách và tính cước mà các chức năng kiểm soát chính sách và tính cước và

chức năng sắp xếp phải giải quyết. Sự gia tăng khả năng của máy chủ ứng

dụng được hỗ trợ bởi IMS sẽ mở rộng xu hướng này. Từ đó một nhà khai thác

phải đánh giá kỹ khả năng mở rộng và hiệu suất của hệ thống được triển khai

trong giai đoạn chuyển tiếp để triển khai LTE/IMS đầy đủ.

Chính sách và tính cước trực tuyến sẽ ngày càng được kết nối như mạng tiến

hóa theo xu hướng LTE/IMS đầy đủ. Kết quả là một nhà khai thác phải đánh

giá những thứ này sẽ tích hợp theo thời gian như thế nào.

3.5 Kết luận chƣơng

Chương III phân tích các hướng nghiên cứu các kết quả hiện tại cũng như cơ sở lý

thuyết chuẩn hóa và tình hình chuẩn hóa QoS trên LTE. Chỉ ra các tồn tại liên quan đến vấn

đề QoS trên LTE cần giải quyết tiếp theo, từ đó khuyến nghị với các nhà khai thác, cung cấp

dịch vụ LTE trong việc tổ chức mạng 4G trong tương lai.

16

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận văn đã đi tìm hiểu các giải pháp cho vấn đề QoS trên mạng LTE. Luận văn đã

đưa ra các khái niệm, kiến trúc tổng quan về mạng LTE bao gồm: cấu trúc, thành phần

mạng trong mạng LTE. Ngoài ta luận văn cũng đã trình bày các đặc trưng của mạng LTE

trên khía cạnh QoS, các tham số về chất lượng mạng cũng như yêu cầu đặt ra đối với chất

lượng mạng trên mạng LTE. Luận văn cũng đã đưa ra các hướng nghiên cứu và kết quả đạt

được hiện tại, chỉ ra các tồn tại hiện nay cần giải quyết của vấn đề QoS, dựa trên đó đưa ra

các khuyến nghị đối với các nhà cung cấp dịch vụ trong việc tổ chức mạng 4G tương lai.

Hướng phát triển tiếp theo của luận văn là các cơ chế giám sát, quản lý QoS trong

mạng LTE cũng như vấn đề tối ưu hóa QoS.

Qua thời gian nghiên cứu em thấy vấn đề về QoS trong mạng 4G LTE là một mảng

đề tài rộng và đáng quan tâm cho các nhà khai thác mạng viễn thông trên thế giới nói chung

và ở Việt Nam nói riêng. Khả năng ứng dụng của đề tài giúp ích cho những người làm công

tác quy hoạch hóa mạng, là cơ sở lý thuyết để phân tích và tiến hành, từ đó tìm ra giải pháp

tối ưu khoa học nhất. Về phần cá nhân mình, em tin rằng trong tương lai nếu được làm việc

trong lĩnh vực này, em sẽ tiếp tục có sự nghiên cứu thêm về vấn đề bảo đảm chất lượng dịch

vụ QoS trong mạng 4G LTE.

Do thời gian nghiên cứu, tìm hiểu có hạn và những hạn chế không tránh khỏi của

việc hiểu biết các vấn đề dựa trên lý thuyết là chính nên báo cáo tốt nghiệp của em chắc

chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong có được những ý kiến đánh giá, góp ý

của các thầy và các bạn để đồ án thêm hoàn thiện hơn.