Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di đông Viettel Mobile

LỜI MỞ ĐẦU

Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích

hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn Thông di động. Mạng

thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông

tin di động thế hệ trước đó. Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như:

Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao

của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là

chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…chưa đáp ứng được các yêu

cầu như: khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính

mở của mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc

độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,…

Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di

động mới có tên gọi là 4G. Sự ra đời của hệ thống này mở ra khả năng tích hợp tất cả các

dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp

cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh

hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng

lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng

mang đến các chương trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và

công nghệ mã hoá media chất lượng cao trên nền các mạng di động.

Hiện nay thị trường di động Việt Nam được đánh giá là tăng trưởng đứng thứ 2 trên

thế giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu về việc sử dụng các dịch

vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao và càng đòi hỏi cao hơn trong tương lai.

Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mới để đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương

lai là rất cần thiết.

Hiện nay Viettel đã đưa vào sử dụng GPRS để đáp ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ

dữ liệu ngày càng cao của các thuê bao. Các dịch vụ chủ yếu của GPRS như: WAP, truy

nhập Internet có hai phương thức là truy nhập gián tiếp và truy nhập trực tiếp, dịch vụ nhắn

tin đa phương tiện, video, xem các đoạn phim tải về, xem video trực tuyến. Ngoài ra còn có

dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch vụ ngân hàng, quảng cáo trên điện thoại di

động…do giá cước còn cao nên các loại bao có thuê nhập trung bình và cao. Dựa trên nhu

cầu thị trường Việt Nam, hiện tại chúng ta thấy rằng nhu cầu chính trong thông tin di động

vẫn là dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ dữ liệu cũng bắt đầu tăng trưởng, theo dự đoán

tổng số thuê bao có nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm khoảng 50% vào năm 2010. Với đời

sống thu nhập ngày càng cao của người dân, nhu cầu các dịch vụ chất lượng tốt ngày càng

lớn, thì mạng di động Viettel ngày càng phải nâng cấp để đáp ứng được các nhu cầu này.

Mặt khác, xu hướng chung trên thế giới là hội tụ tất cả các mạng viễn thông lại với nhau.

Do đó, yêu cầu phát triển mạng thông tin di động lên thế hệ 4G có tốc độ cao, sử dụng “all

IP” có khả năng tích hợp với các mạng khác là yêu cầu tất yếu của mạng di động Viettel.

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di động Viettel

Mobile” được đưa ra không chỉ nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu các dịch vụ mà nó đáp

ứng mà còn cố gắng đưa vào áp dụng ở Việt Nam cụ thể là trên mạng di động của

Viettel.Với mục đích đó đề tài nghiên cứu của chúng tôi dược chia làm 4 chương:

Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của các mạng di động

Chương 2: Mô hình cấu trúc mạng 4G

Chương 3: Dịch vụ và chất lượng dịch vụ trong mạng 4G

Chương 4: Lộ trình tiến lên mạng thông tin di động 4G cho Viettel Mobile

Với việc triển khai đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di

động Viettel Mobile” , Viettel đã mở ra một cơ hội mới, động lực mới cho sự phát triển

công nghệ mạng cũng như thương mại điện tử trong thời đại kinh tế số hiện nay, không chỉ

cho công ty mà còn mong muốn sẽ đóng góp một phần vào sự phát triển trong lĩnh vực

viễn thông – công nghệ thông tin của nước nhà. Đó cũng là mong muốn lớn nhất của những

người thực hiện đề tài này.

CHƯƠNG 1

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VÀ DỊCH VỤ CỦA CÁC MẠNG DI ĐỘNG

1.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

Việc nghiên cứu chuyển hướng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) để

giải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 (3G). Đó là việc cung cấp các

loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu

video độ phân giải cao, các kênh vô tuyến có tốc độ dữ liệu cao. Khái niệm 4G được sử

dụng rộng rãi không chỉ có các hệ thống điện thoại tế bào mà còn bao gồm các kiểu hệ

thống viễn thông truy nhập vô tuyến băng thông rộng. Một trong số các thuật ngữ dùng để

mô tả 4G là MAGIC: Mobile multimedia (Đa phương tiện di động), Anytime anywhere

(Bất cứ khi nào, bất cứ nơi đâu), Global mobility support (Hỗ trợ di động toàn cầu),

Integrated wireless solution (Giải pháp vô tuyến tích hợp) và Customized personal service

(Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân). Như là một lời hứa cho tương lai, hệ thống 4G là hệ thống

truy nhập vô tuyến tế bào băng thông rộng, đã và đang là mối quan tâm lớn của lĩnh vực

thông tin di động. 4G không chỉ hỗ trợ cho các dịch vụ thông tin di động thế hệ tiếp theo

mà còn hỗ trợ cho cả các mạng vô tuyến cố định.

Chúng ta xem xét trên cơ sở cái nhìn tổng quan về các đặc trưng của 4G, cách tổ

chức và tích hợp hệ thống di động. Đặc trưng của 4G có thể cô đọng lại bằng từ “tích hợp”.

Các hệ thống 4G là một sự tích hợp gắn kết không tách rời của các thành phần thiết bị đầu

cuối, mạng lưới và các ứng dụng nhằm thoả mãn đòi hỏi không ngừng và ngày càng cao

dụng. của người sử

1.2. LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ

4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình tiến triển của

công nghệ thông tin di động thoại.

Quá trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên được biết đến như là 1G trong những năm

70 của thế kỷ trước! Các hệ thống ra đời sớm nhất được thực hiện dựa trên công nghệ tương

tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di động. Nhiều vấn đề có tính nguyên tắc cơ bản

đã được giải quyết trong những hệ thống này. Và có nhiều các hệ thống không tương thích

đã được đưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80.

Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được xây dựng trong những năm 80 vẫn được sử

dụng chủ yếu cho thoại nhưng đã được thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ

thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển

mạch kênh ở tốc độ thấp. Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện

các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ

thống di động toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian)

IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy

nhập phân chia theo mã) IS95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt động rộng

khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ

thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều.

Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với

dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ

3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dung lượng

trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao

hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps. Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ

liệu được tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di động như điện

thoại, PDA hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G đã đưa

internet vào thế giới thông tin di động cá nhân. Đây thực sự đã là một khái niệm mang tính

cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid.

Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế hệ kế

tiếp, thế hệ thứ 3, đã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây

và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng

như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới 2Mbps.

Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao

gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng

roaming toàn cầu không gián đoạn. Chuẩn 3G toàn cầu của ITU đã mở đường cho các ứng

dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị

trí,…). Mạng 3G đầu tiên được thiết lập tại Nhật bản năm 2001. Các mạng 2.5G, như là

GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) đã sẵn sàng ở Châu Âu. Công nghệ 3G hỗ trợ băng

thông 144 Kbps với tốc độ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2

Mbps (đối với trường hợp trong nhà).

Hình 1.1 – Các thế hệ di động

Bảng 1.1 – Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản

Tuy nhiên đòi hỏi của viễn thông đa phương tiện truy nhập tốc độ cao đối với xã hội

ngày nay, phụ thuộc rất lớn vào công nghệ thông tin số. Theo các con số lịch sử của cuộc

cách mạng về công nghệ diễn ra trong 1 thập kỷ thì thời điểm hiện tại chính là thời điểm

thích hợp để nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G.

Hiện nay tốc độ download ở chế độ dữ liệu đang bị giới hạn ở 9.6 Kbps, thấp hơn

khoảng 6 lần so với 1 đường kết nối cố định ISDN (Mạng số tích hợp dịch vụ). Gần đây,

với các thiết bị cầm tay 504i tốc độ download dữ liệu đã được tăng lên 3 lần đạt 28.8 Kbps.

Tuy nhiên trong thực tế sử dụng tốc độ dữ liệu thường thấp hơn, đặc biệt là ở những khu

vực đông đúc, hoặc là khi mạng bị “nghẽn”. Tốc độ dữ liệu di động thế hệ 3 là tối đa 384

Kbps download, điển hình là xấp xỉ 200 kbps, và upload đạt 64 kbps từ năm 2001. Thông

tin di động thế hệ 4 sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, dự kiến có thể đạt tới 20 Mbps.

3G được các nhà sản xuất đề xuất đầu tiên mà không phải là từ các nhà khai thác.

Năm 1996 nó được triển khai nhờ NTT (Hãng điện thoại và điện báo Nhật bản) cùng

Ericsson, năm 1997 Hiệp hội công nghiệp Viễn thông TIA ở Mỹ chọn CDMA như là 1

công nghệ cho 3G, năm 1998 CDMA băng rộng (W-CDMA) và CDMA2000 được thông

qua cho Hệ thống thông tin di động chung UMTS. Trong đó W-CDMA và CDMA2000 là 2

đề xuất chính của 3G. Tuy nhiên 3G vẫn tồn tại một số vấn đề khiếm khuyết ở những điểm

sau:

(cid:17) Rất khó cho việc tăng băng thông liên tục và tốc độ dữ liệu cao để đáp ứng được yêu

cầu của các dịch vụ đa phương tiện, cùng với sự tồn tại song song của các dịch vụ

khác nhau cần có băng thông và QoS khác nhau.

(cid:17) Giới hạn phổ và phân bố phổ

(cid:17) Khó roaming qua các môi trường dịch vụ khác nhau ở các băng tần khác nhau.

(cid:17) Thiếu cơ chế vận chuyển liên tục từ đầu cuối đến đầu cuối để liên kết mở rộng một

mạng di động nhỏ với một mạng cố định nhỏ khác. Trong các lĩnh vực thông tin di động,

dịch vụ di động 4G là sự phát triển của các dịch vụ thông tin di động 3G. Các dịch vụ di

động 4G được chào đón bởi khả năng cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền

dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng

cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ

giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên

nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụng download, công nghệ

truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media chất lượng cao trên

nền các mạng di động.

Với sự xuất hiện của mạng 4G, nó sẽ giải quyết được:

1. Hỗ trợ các dịch vụ tương tác đa phương tiện: truyền hình hội nghị, Internet không

1. dây,… 2. 3. 4. 2. Băng thông rộng hơn, tốc độ bit lớn hơn 3. Tinh di động toàn cầu và tính di chuyển dịch vụ 4. Giá thành hạ

5. Tăng độ khả dụng của hệ thống thông tin di động 5.

Các nhà nghiên cứu và nhà cung cấp đã phát triển các mối quan tâm vào mạng vô tuyến 4G

để hỗ trợ đa roaming các mạng di động và vô tuyến toàn cầu, ví dụ từ một mạng di động tế

bào sang một mạng công nghệ vệ tinh cũng như sang tới mạng LAN không dây băng rộng.

Với đặc trưng này, người dùng sẽ có thể truy nhập vào các dịch vụ khác nhau, tăng

vùng phủ, thuận tiện cho các thiết bị đơn lẻ, một hoá đơn cho việc giảm tối đa tổng cộng

các chi phí và rất nhiều truy nhập không dây đáng tin cậy khác, thậm chí ngay cả khi có sự

hư hỏng hay lỗi của 1 hay nhiều mạng đồng thời. Các mạng 4G cũng có đặc trưng liên hệ

IP cho truy nhập Internet di động không ngắt quãng và tốc độ bit có thể đạt 50 Mbps hay

cao hơn.

Do việc triển khai 4G trên thực tế chỉ có thể thực hiện được từ sau năm 2006 hoặc thậm

chí còn lâu hơn nữa nên các nhà phát triển hy vọng có thời gian để giải quyết nhiều

vấn đề liên quan tới các mạng hỗn hợp, cụ thể là:

(cid:17) Truy nhập

(cid:17) Chuyển giao

(cid:17) Định vị đồng thời

(cid:17) Định nguồn tài nguyên mạng đồng thời để cung cấp cho người sử dụng mới

(cid:17) Hỗ trợ multicasting

(cid:17) Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS

(cid:17) Xác thực và bảo mật vô tuyến

(cid:17) Lỗi mạng và backup

(cid:17) Tính cước Cấu trúc mạng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng được tất

cả những đòi hỏi trên. Hỗ trợ QoS trong mạng 4G là một thử thách chính vì tốc độ

bit, đặc trưng kênh, gán băng thông, mức lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạng vô

tuyến hỗn hợp. Hỗ trợ QoS có thể thực hiện đối với gói, chuyển dịch tác vụ, kênh,

người dùng và các cấp mạng.

(cid:17) Mức QoS gói ứng dụng cho jitter, thông lượng, và tỉ lệ lỗi. Các nguồn tài nguyên

mạng như khoảng đệm và giao thức truy nhập là những ảnh hưởng có khả năng.

(cid:17) Mức QoS chuyển giao tác vụ mô tả cả 2 yếu tố: thời gian cần thiết để hoàn thành

transaction và tỉ lệ mất gói. Các chuyển giao chắc chắn có thể rất nhạy về thời gian,

trong khi một số chuyển giao khác thì không được phép để mất gói.

(cid:17) Mức QoS kênh bao gồm block cuộc gọi mới cũng như các cuộc gọi đang thực hiện.

Nó phụ thuộc ngay vào khả năng của mạng thiết lập và duy trì kênh thông tin từ thiết

bị đầu cuối đến thiết bị đầu cuối. Định tuyến cuộc gọi và quản lý định vị là 2 thuộc

tính quan trọng của mức kênh.

(cid:17) Mức QoS người sử dụng phụ thuộc vào tính di động và loại ứng dụng của người

dùng. Vị trí mới có thể hỗ trợ nhu cầu QoS cực tiểu, thậm chí với các ứng dụng thích

nghi.

Trong một giải pháp vô tuyến hoàn thiện, thông tin từ điểm cuối đến điểm cuối giữa hai

người sử dụng cũng có khả năng liên quan tới nhiều mạng vô tuyến. Vì QoS sẽ thay đổi qua

các mạng khác nhau, nên QoS cho những thuê bao này có khả năng là mức tối thiểu mà

những mạng này hỗ trợ.

* Xu hướng về công nghệ

Có ba xu hướng có thể tiếp cận. Thứ nhất là hướng tập trung quanh 3G, trong đó đa

truy cập phân chia theo mã (CDMA) sẽ được đẩy dần tới điểm tại đó các nhà sản xuất thiết

bị đầu cuối sẽ từ bỏ. Khi đạt tới thời điểm đó, cần có công nghệ khác để đáp ứng được đòi

hỏi tăng lên về dung lượng và tốc độ dữ liệu.

Xu hướng thứ hai là xu hướng về mạng LAN vô tuyến. Sự phát triển rộng khắp của

WiFi được bắt đầu từ năm 2005 cho các PC, máy tính xách tay, và PDA. Trong các doanh

nghiệp, tín hiệu thoại được truyền đi bởi công nghệ Voice qua mạng LAN vô tuyến

(VoWLAN). Tuy nhiên chưa ai thấy rõ được công nghệ thành công tiếp theo là công nghệ

nào. Để đạt tới sự thống nhất về công nghệ 200 Mbps (và cao hơn nữa) vẫn còn là một

chặng đường lâu dài và có quá nhiều giải pháp cần đề xuất.

Xu hướng thứ 3 là IEEE 802.16e và 802.20 thực hiện đơn giản hơn 3G. Sự phát

triển của mạng lõi hướng tới thế hệ NGN băng rộng sẽ hỗ trợ cho việc áp dụng các công

nghệ mạng truy nhập mới thông qua các gateway truy nhập tiêu chuẩn, dựa trên các chuẩn

ETSI-TISPAN, ITU-T,3GPP, hiệp tiêu chuẩn viễn hội

thông Trung Quốc (CCSA) các chuẩn khác. và

số công nghệ quan trọng của được mô tả như sau: 4G Một

OFDMA

Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM không chỉ tạo nên lợi ích rõ ràng cho thực thi

lớp vật lý, mà còn hợp nhất việc cải thiện hiệu năng lớp 2 nhờ việc đưa ra thêm một mức độ

tự do. Nhờ việc sử dụng OFDM có thể khai thác miền thời gian, miền không gian, miền tần

số và thậm chí cả miền mã để tối ưu hoá việc sử dụng kênh vô tuyến. Chắc chắn rằng nó có

ưu thế lớn với truyền dẫn trong môi trường đa đường với việc làm giảm thiểu sự phức tạp

của bộ thu.

Tín hiệu được chia thành các sóng mang nhỏ trực giao, trên mỗi sóng mang đó tín

hiệu là “băng hẹp” (vài KHz) 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.

Điều chế OFDM cũng có thể tận dụng như là một công nghệ đa truy nhập (đa truy

nhập phân chia tần số trực giao, OFDMA). Trong trường hợp này mỗi tín hiệu OFDM có

thể truyền thông tin từ/tới một vài thuê bao sử dụng một bộ các sóng mang nhỏ khác nhau

(subcarrier, subchannel). Điều này không chỉ cung cấp thêm độ linh hoạt cho việc cấp

nguồn tài nguyên (tăng dung lượng), mà còn có thể tối ưu hoá các lớp chéo của việc sử

dụng link vô tuyến. Vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm - SDR

Lợi ích của vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm SDR mang lại hiệu suất xử lý

cao để phát triển các trạm gốc và thiết bị đầu cuối đa băng, đa chuẩn. Mặc dù trong tương

lai các đầu cuối sẽ thích ứng với giao diện vô tuyến để sẵn sàng cho công nghệ truy nhập vô

tuyến, ở thời điểm hiện nay điều này đã được thực hiện nhờ có cơ sở hạ tầng. SDR mang lại

nhiều lợi ích cho một số cơ sở hạ tầng. Ví dụ để tăng dung lượng mạng tại thời điểm nhất

định (ví dụ như 1 sự kiện thể thao), nhà khai thác sẽ cấu hình lại mạng của họ nhờ việc lắp

thêm vào trạm gốc vài thiết bị modem. SDR khiến cho việc cấu hình lại này rất dễ dàng.

Trong bối cảnh các hệ thống 4G, SDR sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho một tập hợp rất

nhiều các picocell và microcell đa chuẩn. Đối với nhà sản xuất, việc này có thể là một sự hỗ

trợ lớn trong việc cung cấp các thiết bị đa chuẩn, đa băng và giảm đi những nỗ lực phát

triển và hạ giá thành thông qua việc xử lý đa kênh một cách đồng thời.

MIMO – Multiple Input Multiple Output

MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát (đa thành phần

không gian) trên miền thời gian hoặc miền tần số. Điều này rất phù hợp với OFDM, bởi vì

có thể xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM được thiết lập chính

xác cho kênh. Đặc điểm này của OFDM giúp cho công đoạn xử lý được đơn giản hoá đi rất

nhiều. Tín hiệu phát đi bởi m anten được n anten thu lại. Việc xử lý các tín hiệu thu được

có thể mang lại một vài cải thiện hiệu năng: phạm vi, chất lượng của tín hiệu thu và hiệu

suất phổ. Triển khai hiệu năng trong mạng tế bào vẫn đang còn là đối tượng cho nhiều

nghiên cứu và mô phỏng (hình 1.2). Tuy nhiên, nói chung có thể thừa nhận rằng những gì

nhận được từ việc sử dụng hiệu quả phổ liên quan trực tiếp tới số lượng anten cực tiểu trong

tuyến kết nối.

Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm

Tối ưu giữa các lớp

Hiển nhiên có sự ảnh hưởng qua lại giữa MIMO và lớp MAC. Các mối ảnh hưởng qua lại

khác được thể hiện trên hình 1.3.

Hình1.3: Ảnh hưởng qua lại giữa các lớp và tối ưu liên quan

Chuyển giao và tính di động

Các công nghệ chuyển giao dựa trên công nghệ IP di động cần có sự xem xét cả về dữ liệu

và thoại. Các kỹ thuật IP di động thường chậm nhưng có thể được tăng tốc với các phương

pháp cổ điển (IP di động nhanh, phân cấp). Các phương pháp này có thể áp dụng được cho

dữ liệu và cũng có thể cho cả thoại. Trong những mạng đơn tần, có thể xem xét các phương

pháp chuyển giao. Một số kỹ thuật có thể sử dụng khi tỉ số sóng mang/nhiễu có giá trị âm

(ví dụ VSFOFDM), nhưng điều trở ngại của những kỹ thuật này chính là dung lượng.

Trong OFDM, cùng một lựa chọn có thể thay thế có trong CDMA, có thể sử dụng phân tập

macro. Trong trường hợp OFDM, MIMO cho phép xử lý phân tập macro với các độ lợi về

hiệu năng. Tuy nhiên, thực hiện phân tập macro dẫn đến việc xử lý MIMO được tập trung

và truyền dẫn được đồng bộ. Điều này không phức tạp như trong CDMA, nhưng những kỹ

thuật này chỉ sử dụng trong các tình huống mà phổ rất khan hiếm.

1.3. CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG 4G

Phần này sẽ đánh giá và chỉ ra được các dịch vụ vô tuyến đang nổi lên, các công nghệ

tiềm năng cho tính an toàn chung được sử dụng trong tương lai gần và xa hơn. Nó sẽ đưa ra

một chuỗi các nghiên cứu tiếp theo cho các công nghệ vô tuyến không dây đang xuất hiện.

Sự nghiên cứu này tập chung chính vào các ứng dụng (các dịch vụ và các thách thức) đang

hoạch định cho sự phát triển của mạng vô tuyến không dây thế hệ thứ tư 4G.

Phần này sẽ trình bày nhiều hơn và cung cấp chi tiết hơn các dịch vụ thấy được trong

mạng 4G. Trên thực tế sự thúc đẩy mạnh mẽ chủ yếu cho các công nghệ 4G là cung cấp

thông tin dữ liệu gói hóa, độ rộng băng lớn, tốc độ cao. Thậm chí người ta mong muốn rằng

lưu lượng thoại được truyền đi tới các thiết bị cầm tay ở trong các gói (trái ngược với việc

phân phát thông qua kênh chuyển mạch dành riêng). Chuyển mạch kênh liên quan tới kỹ

thuật trong đó các kênh dành riêng được sử dụng để phát và nhận tín hiệu thoại hay dữ liệu.

Sự thông tin dữ liệu gói hóa liên quan tới kỹ thuật báo hiệu số trong đó thông tin (thoại hay

dữ liệu) được chuyển thành mã nhị phân và được chia cắt thành các đoạn ngắn (segments).

Các đoạn này sau đó sẽ được giải đóng gói theo thứ tự sắp xếp chính xác và được chuyển

đổi ngược lại thành các thông tin ban đầu ở phía thu. Trong chuyển mạch gói chỉ có tín hiệu

thọai có nội dung thực sự được đóng gói và gửi tới hệ thống. Điều này là có thể nhờ sự tiến

bộ trong các kỹ thuật đa truy cập và công nghệ. Thật đáng tiếc là các kỹ thuật truy nhập vô

tuyến không dây ngày nay không hỗ trợ việc truyền băng rộng và truyền tốc độ cao. Sự hạn

chế này chính là sự thúc đẩy cho quá trình phát triển thông tin vô tuyến không dây. Trong

thị trường vô tuyến không dây ngày nay, những người sử dụng yêu cầu các dịch vụ giá trị

gia tăng. Cùng với sự giới thiệu rầm rộ các dịch vụ thế hệ 3, những người sử dụng mong

muốn công nghệ vô tuyến ở thế hệ kế tiếp sẽ không chỉ là phương tiện thông tin thoại mà

còn sẽ có chức năng hóa giống như Internet. Các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triền

ứng dụng đang trên con đường nhận ra các nhu cầu của người sử dụng nhưng đó vẫn là con

đưòng dài ở phía trước. Thực tế, trong triển khai 3G, việc mong muốn việc chức năng hóa

đặc điểm Internet theo đường thông tin vô tuyến không dây chúng ta có thể không nhận

thức đầy đủ được. Các kỹ thuật đa truy nhập hoạch định cho 3G sẽ không hỗ trợ các tốc độ

truyền dữ liệu và băng thông được yêu cầu cho các ứng dụng cải tiến mà người sử dụng

mong muốn. Các công nghệ 3G sẽ thực sự có các chức năng mạnh hơn các hệ thống vô

tuyến không dây ngày nay, tuy nhiên không mạnh bằng khi chúng ta triển khai 4G.

Những người sử dụng vô tuyến không không dây hôm nay mong đợi nhiều thứ lớn

từ các mạng vô tuyến không dây ngày mai. Họ chờ đợi rằng các mạng vô tuyến không dây

thế hệ tiếp theo nhất là 4G sẽ mang lại gì. Các nhà cung cấp dịch và các phát triển ứng dụng

đang chú ý hơn nữa tới sự mong đợi của người sử dụng để quyết định hướng phát triển và

đưa ra các loại hình dịch vụ. Từ đó các nhà cung cấp phân chia những người sử dụng vô

tuyến ra thành các mảng chung. Các nghành kinh doanh vô tuyến phải hiểu được các mảng

này, sự mong chờ và các nhu cầu của mảng (segment) sẽ đi theo hướng nào trong công

nghệ vô tuyến không dây thế hệ tiếp theo lên 4G. Những người sử dụng được phân mảng

theo nhiều cách. Theo như cách trình bày ở hội thảo gần đây của Lucent Technologies tại

(cid:1) .-Mảng Gender. (cid:1) .-Mảng theo độ tuổi (Age). (cid:1) . -Mảng theo cách sử dụng Internet (Internet Usage). (cid:1) .-Mảng theo mức thu nhập (Income Brackets). (cid:1) .-Mảng những người chuyên sử dụng Mobile (Mobile Profesional). (cid:1) . Mảng Gender: Tìm đến các người sử dụng là phụ nữ. Những người sử dụng này điển hình là những cá nhân thu nhập trung bình. Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng này là các ứng dụng giải trí và xã hội như dịch vụ chat và nhắn tin nhanh. (cid:1) . Mảng Age: Được bao gồm thị trường giới trẻ các đối tượng 18 tuổi hoặc trẻ hơn. Họ không phải trả tiền cho dịch vụ do chính họ dùng mà việc trả tiền đó là do bố mẹ hay người có liên quan thực hiện. Các kiểu ứng dụng đang được phát triển cho đoàn này là các ứng dụng giải trí và xã hội như các dịch vụ âm nhạc. (cid:1) . Mảng Internet Usage : Bao gồm điển hình là các cá nhân sử dụng nhiều hơn so với mức trung bình (nhiều hơn 30 phút trên một phiên) để trình duyệt Internet. Những người sử dụng trong mảng này được hội tụ công nghệ. Các kiểu ứng dụng đang phát triển là các ứng dụng thông tin như các dịch vụ tin tức cá nhân và các dòng tin tức chính (được truyền đi với âm thanh, hình ảnh, văn bản, hoặc bất kỳ sự kết hợp nào ở thế hệ thứ 3). Các nhà cung cấp dịch đặc biệt khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu của các khách hàng này bởi họ đã quen vơi việc tính tiền kiểu Internet. (cid:1) . Mảng người sử dụng Income Bracket: Bao gồm những cá nhân ở độ tuổi trung lưu những cá nhân biết hiểu rõ giá trị dịch vụ. Các loại ứng dụng đang phát triển trong mảng này là các dịch vụ thông tin như dịch vụ thời gian ngắn (up-to-the-minute), personalized stock tickers. Những người sử dụng này cũng được định hướng tính an toàn chung; vì thế các thông tin dữ liệu và thoại có độ tin cậy được nâng cao. (cid:1) . Mảng Mobile Profesional: Hướng tới những người sử dụng tin tưởng vào các thiết bị vô tuyến không dây để quản lý công việc kinh doanh hàng ngày. Mảng này bao gồm những người sử dụng chuyên nghiệp. Những người sử dụng này hầu hết rất quan trọng đối với các

Supercomm, Lucent đang xem xét phân chia các người sử dụng thành 5 mảng như sau:

nhà cung cấp dịch vụ bởi họ thường xuyên sử dụng nhiều hơn các dịch vụ mà họ yêu cầu. Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng này là fax di động, thư điện tử, nhắn tin nhanh. Để tăng sự tin cậy các ứng dụng, các nhà cung cấp cũng đang phát triển thiết bị thuê bao để có thể chuyển vùng vào các mạng vô tuyến không dây khác nhau trên toàn thê giới sử dụng một thiết bị thông tin đơn. Giống như mảng Income Brackets, Mobile Professional yêu cầu các phương tiện thông tin dữ liệu và thoại phải tin cậy và liên tục. Tính an toàn chung sẽ được quan tâm và hiệu chỉnh hợp lý trong mảng này. Toàn bộ chức năng sẽ được thêm vào để đảm bảo tính bảo mật thông tin cho người sử dụng. (cid:1) .

Hình 1.4. Các dịch vụ và ứng dụng trong 4G

- Các trình ứng dụng và các dịch chung:

Mục đích của phần này là định nghĩa các dịch vụ cũng như chức năng mà nhà cung cấp đưa

ra cho khách hàng. Các trình ứng dụng được định nghĩa như các phần mềm, chương trình

hoặc các tính năng mang lại lợi thế cho các dịch vụ cung cấp bởi nhà khai thác. Nhìn chung

có bốn loại dịch vụ hoặc trình ứng dụng được phát triển và đưa vào sử dụng ở thông tin vô

tuyến thế hệ tiếp theo. Đó là dịch vụ thông tin cá nhân/khoanh vùng, các phương tiện liên

lạc, tổ chức, giải trí. Các ứng dụng và các dịch vụ thông tin cá nhân/ khoanh vùng hướng

tới phục vụ hầu hết người sử dụng ở các mảng để cập trước đây nó nói đến nhiều hơn ở các

mảng Inernet Usage, Income Brackets, và Mobile Professional. Các ứng dụng và các dịch

vụ thông tin này sẽ cung cấp cho người sử dụng các bản tin chung, các bản tin tài chính,

hướng dẫn vị trí, thương mại di động, và các dịch vụ du lịch. Các dịch vụ này cho phép

người sử dụng xác minh các thông tin đơn lẻ liên quan tới người sử dụng dù họ ở trong

vùng phục vụ hay chuyển vùng sang các hệ thống khác. Các quốc gia Châu đã có các ứng

dụng theo dõi phương tiện giao thông công cộng. Từ các thông tin giám sát này người sử

dụng có thể xác định thời gian xe buýt hay tầu điện dừng lại ở bến. Kiểu dịch vụ thông tin

cá nhân/khoanh vùng này đã được triển khai giới hạn trong các quốc gia. Dịch vụ này có

thể là push-based hoặc pull-based, phụ thuộc vào vị trí thuê bao muốn thông tin phát tập

trung tự động gửi tới thiết bị vô tuyến không giây hoặc nếu muốn thông tin phát tập trung

trên một điểm có nhu cầu. Các dịch vụ push và pull sẽ đựơc thảo luận chi tiết sau ở phần

này. Các dịch vụ và các ứng dụng có một tầm quan trọng đối với tất cả các mảng người sử

dụng đặc biệt là mảng Mobile Professional.

(cid:1) .-Các dịch vụ thông tin (Communication) bao gồm có dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS), thư điện tử, hội thảo truyền hình, fax, và các bulletin board. Mặc dù một số các dịch vụ đã được sẵn sàng trong các hệ thống không dây ngày nay, nhưng các dịch vụ này sẽ tiếp tục được nâng cao hơn trong thế hệ tương lai. Trong các dịch vụ này: thoại và độ tin cậy được chú ý nhất trong kế hoạch phát triển. (cid:1) .-Các dịch vụ Organizational bao gồm các khả năng hỗ trợ số cá nhân (PDA Personal digital assistant), trao đổi tiền tệ dựa trên cơ sở xác định người sử dụng, và các trình ứng dụng quản lý cá nhân khác (ví dụ: lịch công tác, quản lý cuộc gọi, sổ lưu địa chỉ). Các dịch vụ và cách trình ứng dụng Organizational có liên quan tới tất cả các mảng người sử dụng nhưng nó được hướng tới phục vụ cho các mảng người sử dụng là Income Brackets và Mobile Professional.

- Các dịch vụ giải trí (Entertainment) được đưa vào tầm ngắm của các nhà cung cấp

dịch vụ và các nhà cung cấp quay trở lại đầu tư vào nó khi nhận thấy nó có một tiềm năng

lớn. Các dịch vụ giải trí có thể gồm có đoạn âm thanh, đoạn video, chat, trao đổi hình ảnh,

và chơi game. Trong thị trường vô tuyến không giây Châu Á 3G đang được phát triển, các

dịch vụ giả trí đang tạo ra lợi nhuận đáng kể. Mảng mà các dịch vụ giải trí hướng tới đó là

mảng Age. Một dịch vụ khác đang tạo ra rất nhiều sự sôi động trong nghành kinh doanh đó

là thương mại di động (M-Commerce). Thương mại di động đưa ra khả năng cho thuê bao

đăng ký mua các món hàng ( ví dụ: mua gas, thức ăn từ các máy bán hàng tự động.v.v) sử

dung một thiết bị vô tuyến không dây. Ví dụ để đăng ký mua một món hàng từ máy bán

hàng tự động, mọi người sử dụng sẽ quay số điện thoại hoặc mã truy nhập liên quan tới

món hàng đó và món hàng đó sẽ được phân phối tới người mua. Trong sự phối hợp này,

máy bán hàng tự động sẽ được kết nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN)

thông qua một modem hoặc một thiết bị kiểu gateway. Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến

không dây sẽ gửi thông tin tới công ty bán hàng và công ty này sẽ gửi thông tin tới máy bán

hàng tự động để chỉ thị cho máy bán hàng phân phối món hàng. Tài khoản của người sử

dụng dịch vụ không dây sẽ được tính vào các món hàng mà họ đăng ký, giống như một thẻ

tín dụng. Kiểu dịch vụ thương mại di động này hiện thời đang được thử nghiệm và đã được

thực hiện (trên cơ sở còn nhiều hạn chế) trong các quốc gia ở Châu Âu và Châu á và thực

sự đang tiến xa. Thương mại di động có thể được xem như là một kiểu dịch vụ Information

hoặc Organzation.

- Các dịch vụ dựa trên cơ sở xác định vị trí Push, Pull.

Các dịch vụ Push và Pull đưa ra độ tin cậy cho mạng về khả năng xác định vị trí các thuê

bao. Trong mạng 4G, điều đó có thể nhận thấy, mạng có khả năng xác định vị trí chính xác

của các thuê bao ở cả trong nhà và ngoài nhà. Khả năng này được thực hiện từ các chức

năng được thêm vào từ các nhà cung cấp dịch vụ. Các thông tin cá nhân người dùng được

thiết lập và cập nhật bởi các thuê bao, đảm bảo thông tin tới mỗi người sử dụng đúng yêu

cầu. Thông tin cá nhân chứa đựng các sở thích của thuê bao (ví dụ., thích/không thích, kế

hoạch làm việc, khuôn khổ) và sự cho phép các thuê bao ( ví dụ: người nào được phép biết

hiện tại họ đang ở đâu). Nhà cung cấp dịch vụ sẽ duy trì và lưu dữ thông tin cá nhân người

sử dụng trong cơ sở dữ liệu. Mạng phục vụ sẽ sử dụng các thông tin này để đẩy các dịch vụ

cho các thuê bao. Ví dụ: nếu một thuê bao thích một kiểu thức ăn riêng, mạng sẽ xem trong

thông tin cá nhân của thuê bao đó và sẽ đẩy (push) các thông tin có liên quan tới nhiều nhà

hàng mà phục vụ kiêủ món ăn đó ở vị trí của thuê bao. Tương tự, người sử dụng có thể yêu

cầu các thông tin giống như vậy xuất phát từ mạng (pull) nếu cô ta hay anh ta không lựa

chọn để có thông tin này và thông tin này được đẩy tới (push) thiết bị không dây. Sự thách

thức với các dịch vụ dựa trên cơ sở xác định vị trí là nó không có trong các trình ứng dụng

nhưng có trong sự bổ sung. Để cho các dịch vụ định vị tồn tại ở bất kỳ giá trị thực nào,

mạng phải có khả năng chỉ ta vị trí của các thuê bao với độ chính xác cao có thể trong

khoảng vài Feet. Các mạng không dây hiện thời không có khả năng này. Các mạng ngày

nay nhìn vào các cell đang phục vụ và đang thông tin với thiết bị cầm tay để xác định vị trí

của thuê bao. Kỹ thuật này có thể chính xác cao nhất ở một vài khối nhà trong thành phố

nhưng đối với các trình ứng dụng của 4G sự chính xác này gần như là không cần thiết. Các

kế hoạch hiện thời cho mạng 4G bao gồm sử dụng giao thức Internet phiên bản 6 (IPv6) để

định tuyến các gói dữ liệu tới máy điện thoại cầm tay. IPv6 đã gắn liền với việc theo dõi

định vị và điều này sẽ làm tăng khả năng xác định một cách chính xác vị trí của thuê bao

trong mạng. Một số đã được đề xuất áp dụng các khả năng của hệ thống định vị toàn cầu

(GPS) vào các máy cầm tay giúp cho việc xác định vị trí của các thuê bao. Tuy nhiên GPS

sẽ chỉ hữu ích đối với phạm vi nhỏ. GPS tin vào khả năng máy thu bắt được tín hiệu từ các

vệ tinh quay quanh trái đất. Nếu máy thu không truy cập ở bên ngoài (ở trong nhà), các

thông tin về vị trí không được cung cấp. Ngoài vị trí ra, mạng phải có khả năng xác định

các số liệu thống kê khác.

-Kết luận:

Các dịch vụ và các trình ứng dụng cho 4G vẫn đang được định nghĩa, nó phát triển và

dịch chuyển theo nhu cầu người sử dụng. Các ứng dụng 4G hướng tới phục vụ cho thị

trường khách hàng có nhu cầu lớn về chất lượng dịch vụ cũng như sự đa dạng của dịch vụ.

Với khả năng của mình, 4G thực sự đáp ứng được các nhu cầu về đa dịch vụ của khách

hàng hiện tại và trong tương lai. Chương này mới chỉ giới thiệu và đưa ra một số loại hình

dịch vụ điển hình và một số ví dụ về các ứng dụng trong 4G theo một khía quan điểm

chung. Phần dịch vụ và mô hình cụ thể của nó sẽ được giới thiệu kỹ hơn trong chương 3.

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, mô hình dưới đây có thể là các dịch vụ cụ thể cho 4G :

Hình 1.5. Mô hình các dịch vụ trong mạng 4G

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G

2.1. CÁC YÊU CẦU VỀ CẤU TRÚC MẠNG MỚI

Mạng 4G ra đời là cuộc cách mạng về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng tương tác,

giao tiếp giữa các mạng khác nhau. Nó là sự kết hợp giữa các mạng khác nhau dựa trên nền

IP. 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 phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

a. 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.

Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G

Mạng 4G có khả năng kết hợp với các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP,

với tốc độ cao, nó cung cấp các dịch vụ đa dạng thời gian thực, các ứng dụng chất lượng

cao,… Đây là yếu tố rất quan trọng giúp cho một mạng, công nghệ mới đạt được thành

công. Với sự kết hợp này, người sử dụng có khả năng kết nối tới nhiều mạng, có thể sử

dụng nhiều dạng dịch vụ khác nhau như PSTN, ISDN, internet, WLAN, WiMAX,…vv, mà

không cần quan tâm tới dạng thiết bị đang sử dụng cũng như việc họ đang ở đâu.

Hình 2.2: Sự kết hợp các mạng khác nhau

b. Mạng có tính mở

Xem xét các ứng dụng, dịch vụ mạng hiện nay, chúng ta thấy rằng các hệ thống

mạng hiện nay vẫn đang phát triển như là các hệ thống đóng. Trong mạng thế hệ hai, dịch

vụ cung cấp chỉ là những dịch vụ đơn giản như tin nhắn SMS, MMS,… Các mạng di động

thế hệ ba đã bắt đầu cung cấp một số ứng dụng, dịch vụ nhưng còn rất ít, chất lượng chưa

cao. Các nhà cung cấp dịch vụ cũng chỉ trong phạm vi là “third-party” trong mạng. Điều

này có thể được khắc phục trong mạng 4G. Cấu trúc mở của mạng 4G cho phép cài đặt các

thành phần mới với các giao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp. Đây là điều

rất quan trọng, đặc biệt cho các dịch vụ tối ưu trong mạng di động với liên kết không dây và

các đặc tính di động. Mô hình được xây dựng ra phải có tính mở. Điều này giúp cho hệ

thống trở nên linh hoạt trong quá trình phát triển. Yêu cầu về mở rộng, nâng cấp hệ thống

hay thêm vào các ứng dụng, dịch vụ mới luôn là một đòi hỏi đối với các mạng viễn thông

hiện nay. Do đó mạng phải đảm bảo cho khả năng đáp ứng các nhu cầu này ngay từ thời

điểm hiện tại cho đến tương lai.

Hình 2.3: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống

c. 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.

d. Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin

Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống. Hệ thống thông tin càng phát

triển, càng có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cung truy nhập vào hệ thống thì

thông tin bí mật của người dùng càng không đảm bảo an toàn. Tính an toàn của hệ thống

được đánh giá qua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn và riêng tư của các

dữ liệu người sử dụng cũng như khả năng quản lý, giám sát hệ thống. Bảo mật là yêu cầu

chung đối với tất cả các hệ thống viễn thông.

e. Mạng đảm bảo tính di động:

Một trong những vấn đề quan trọng của 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng di

động và không dây khác nhau. Có ba khả năng: Sử dụng thiết bị đa chế độ, vùng phủ đa

dịch vụ, hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung.

Các thiết bị đa chế độ:

Thiết bị đa chế độ có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, ví dụ như đa truy nhập

phân chia theo mã, thông tin di động toàn cầu GSM, chế độ truy nhập vệ tinh,… Do đó, khi

thiết bị nằm ngoài vùng phủ của mạng mình thì nó vẫn có thể truy nhập được vào thống

thông qua các mạng khác. Đối với loại thiết bị này thì vấn đề chất lượng dịch vụ yêu cầu

phải được xử lý tốt. Xem hình 2.4 - a

Vùng phủ đa dịch vụ:

Trong kiến trúc này, người dùng truy nhập vào vùng phủ đa dịch vụ gồm nhiều điểm

truy chung (UAP: Universal Access Point). Những UAP này kích hoạt để chọn mạng dựa

trên những cái có sẵn, đặc điểm chất lượng, và sự lựa chọn thông thường của người dùng.

Người dùng, thiết bị có thể chuyển dịch vụ khi di chuyển từ UAP này sang UAP khác. Xem

2.4 - b hình

Giao thức truy nhập chung: Trong trường hợp này các mạng không dây có thể hỗ trợ

một hoặc hai giao thức truy nhập chuẩn. Khi đó thiết bị có thể chuyển mạng có cùng giao

thức truy nhập khi không truy nhập được vào mạng của mình. Xem hình 2.4 - c

Hình 2.4: Tính di động của mạng

f) Mạng phải đảm bảo về tốc độ:

Mạng mới ra đời phải có tốc độ truyền dữ liệu cao, đáp ứng được yêu cầu của người

sử dụng. Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 100Mbps, và 160Mbps khi

sử dụng MIMO (Nhiều đầu vào - Nhiều đầu ra)

Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G

2.2. MÔ HÌNH MẠNG 4G

2.2.1. Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G a)

Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA

Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các

mạng thông tin di động thế hệ trước đó. Với việc cấu trúc mạng dùng giao thức IP kết hợp

với công nghệ ATM, cùng với việc hỗ trợ tốc độ lên tới 2Mbps, mạng thông tin di động thế

hệ ba WCDMA có thể hỗ trợ người dùng các dịch vụ như: hội nghị truyền hình, truy cập

internet tốc độ cao, download các file dữ liệu nhỏ,…

Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ

liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả

năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong

việc download các file dữ liệu lớn,…

Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA chưa đáp ứng được các yêu cầu như:

khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở của

mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng

thấp, tài nguyên băng tần ít,…

b) Mạng thông tin di động thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA

Cuộc cách mạng của thị trường thông tin di động đưa ra các yêu cầu nâng cấp cải

tiến về cả dung lượng hệ thống lẫn tốc độ truyền dẫn dữ liệu. Mạng thông tin di động thế hệ

ba WCDMA ra đời là một bước phát triển mạnh mẽ về tốc độ và chất lượng dịch vụ. Tuy

nhiên, tốc độ dữ liệu tối đa trong WCDMA chỉ đạt tới 2Mbps. Để tăng khả năng hỗ trợ cho

các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, đặc biệt là nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, mà trước

hết là tốc độ đường xuống, 3GPP đã phát triển và chuẩn hóa trong phiên bản Release 5 một

công nghệ mới, đó là công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) với những

tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô

tuyến WCDMA/UTRA –FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến

cho hệ thống thông tin di động 3,5G. HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp

chặt chẽ với nhau để cải thiện dung lượng mạng, và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh trên 10 Mbps

đối với lưu lượng gói đường xuống. Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai

thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) của các

dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất. Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của

HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP.

Các khía cạnh kỹ thuật trong nội dung HSDPA bao gồm: • Phát kênh chia sẻ • Điều chế và mã hóa thích ứng • Kỹ thuật phát đa mã • Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ. . . . .

Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao bằng cách sử

dụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) và hỗ trợ thoại được tích hợp

trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng một sóng mang (tương

tự như DSCH trong Release 99).

Lợi ích của HSDPA như đã trình bày trong các phần trước cho đường xuống khi hầu

hết lưu thông dữ liệu 3G được trông đợi đầu tiên là đường xuống. Release 6 sẽ nói về cải

tiến, nâng cấp đường lên, được gọi là nâng cấp đường lên HSUPA (HSUPA: High Speed

Uplink Packet Access). HSUPA sử dụng tương tự các đặc điểm chính như HSDPA, nhưng

thay vì áp dụng cho đường xuống thì nó lại áp dụng cho đường lên. Điều này sẽ làm tăng

tốc độ truyền đường xuống.

c) Nhận xét:

Các mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA

ra đời đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của người tiên dùng như: tốc độ truyền dữ liệu

lên tới 2Mbps đối với mạng WCDMA, 10Mbps đường xuống đối với công nghệ 3,5G), có

thể truy nhập được nhiều dịch vụ như: truyền hình hội nghị, truy nhập Internet tốc độ

cao,…

Tuy nhiên, các mạng di động này còn nhiều nhược điểm như: tốc độ truyền dữ liệu

chưa cao, do đó chất lượng của các dịch vụ thời gian thực chưa cao, tốc độ truyền dữ liệu

vẫn còn thấp, đặc biệt là tính di động kém. Khi người dùng đi vào vùng phủ của loại mạng

khác ví dụ như mạng WLAN, WiMAX,… mà không nằm trong vùng phủ sóng của mình

thì mạng không thể phục vụ người dùng được. Ngoài ra, việc sử dụng IPv4 cũng gây ra các

hạn chế như không đủ địa chỉ để triển khai theo yêu cầu của mạng,… Khả năng triển khai

các dịch vụ mới trên các mạng này rất khó do các hạn chế về tốc độ truyền thông và băng

tần,…

Trong tương lai, người sử dụng mong muốn được sử dụng nhiều loại hình dịch vụ

khác nhau với tốc độ truyền cao lên tới hàng trăm Mbps, có chất lượng tốt, có thể thâm

nhập vào mạng từ mọi nơi, có khả năng sử dụng các dịch vụ mới một cách dễ dàng,…

2.2.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G:

Phạm vi của mạng 4G sẽ bao phủ toàn bộ từ các phần truyền dẫn vô tuyến, truyền

dẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối. Với yêu cầu một kiến trúc

phân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho hệ thống, các thành

phần chức năng trong mạng sẽ được chuẩn hoá theo các chức năng chung và mỗi chức năng

chung này sẽ đại diện cho chức năng trong 1 lớp. Với yêu cầu này, chúng tôi phân chia cấu

trúc mạng trên cơ sở của 4 lớp chức năng, tương ứng với 4 phạm vi chức năng của các

thành phần trong hệ thống mạng.

Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G

Với mô hình trên, tính tích hợp hệ thống đã được giải quyết trên lớp truyền dẫn. Các

hệ thống sử dụng môi trường truyền vô tuyến được tích hợp chung vào mạng RAN. Với mô

hình này, các mạng truy nhập vô tuyến được tích hợp vào một môi trường chung, có nghĩa

thuê bao di động đầu cuối khi ở bất cứ môi trường truyền vô tuyến nào cũng đảm bảo hoạt

động trong mạng.

Tính tương tác giữa các lớp giúp cho mô hình có tính mở trong việc phát triển công

nghệ cũng như dịch vụ trong tương lai. Việc xử lý các công nghệ điều chế, mã hoá và truy

nhập trên các lớp tương tác cũng tạo ra tính thích nghi với các yêu cầu về dịch vụ, đảm bảo

đầy đủ các yêu cầu về tốc độ dịch vụ trong tương lai.

Chức năng mạng truy nhập vô tuyến:

-Có khả năng tích hợp giữa các

thiết bị đầu cuối

-Đảm bảo tốc độ dịch vụ Chức

năng của mạng lõi:

-Kết nối các mạng khác nhau:

mạng không dây và mạng có dây.

-Truyền tải traffic trên các tuyến từ nơi gửi đến đích an toàn.

-Định tuyến lưu lượng

-Chuyển đổi dạng dữ liệu all IP

Chức năng điều khiển:

-Cung cấp nền tảng hạ tầng kết nối mạng dịch vụ

(cid:1) .+ Báo hiệu (cid:1) .+ Lưu lượng (cid:1) .+ Bảo mật (Security) (cid:1) .+ Billing (cid:1) .+ Mobity và Roaming

-Điều khiển hệ thống:

Dịch vụ:

Cung cấp dịch vụ sử dụng cho người dùng

2.3.CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH

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). Thiết bị người dùng ở đây có thể là các MS, các thiết bị xách

tay,… Do đó, mạng truy nhập vô tuyến phải có khả năng giao tiếp với các thiết bị đầu cuối,

kể cả khi thiết bị đầu cuối là thiết bị di động không dây thuộc mạng khác.

- Thiết bị đầu cuối:

Thiết bị đầu cuối di động trong mạng 4G phải có sự phát triển trong việc chạy nhiều

dạng ứng dụng khác nhau. Điều này cũng đảm bảo cơ hội tăng lợi nhuận cho các nhà cung

cấp dịch vụ bằng việc cung cấp thêm các dịch vụ giá trị gia tăng. Do vậy, các thiết bị này

phải hoạt động có tính thích nghi và linh động cao. Hiện nay, các thiết bị đầu cuối di động

đang trong quá trình chuyển dịch sang dạng tích hợp hội tụ. Các nhà sản xuất cũng cung

cấp các hệ điều hành (OS) và phần mềm dịch vụ có tính mở, có kiến trúc dạng lớp và có

khả năng chạy trên những phần mềm của các nhà cung cấp thứ 3. Tính phức tạp của thế hệ

thiết bị đầu cuối di động này sẽ phải chưa đựng đầy đủ các điều kiện về phần cứng và phần

mềm như sau:

-Các dạng ứng dụng khác nhau về di động ( như email, MMS …) -Thực

hiện được nhiều phần mềm ghép ứng dụng ( như dự đoán kiểu gõ, soạn

thảo văn bản, kiểm tra phát âm …) -Thực hiện trên nhiều dạng hệ điều

hành (như Symbian, SmartPhone,

Linux..) -Hoạt động trên nhiều môi trường ứng dụng ( như J2ME, .NET) -Hoạt động

trên nhiều phương thức mã hoá vô tuyến ( như cdma2000,

GPRS, GSM, W-CDMA, WiFi ….) -Hoạt động trên nhiều phương thức mã hoá (

tiếng nói, hình ảnh…). -Hoạt động trên nhiều phạm vi giao thức mạng ( Ipv4, IPv6 …) -

Bộ vi xử lý mạng với các ứng dụng của di động và tính năng chung của PC. -Có bộ nhớ

lớn.

-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,…). Nó cũng thực hiện một phần khai thác quản lý

tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong.

Điểm truy nhập vô tuyến cũng tương tự như Node B trong 3G, tuy nhiên có một số

kỹ thuật mới nhằm làm tăng tốc độ đường truyền, đó là:

+ Sử dụng Anten thông minh

Anten thông minh là một thành phần không thể thiếu được trong mạng 4G. Một hệ

thống anten thông minh là sự kết hợp của nhiều phần tử anten với một khả năng xử lý tín

hiệu để tự động tối ưu mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trường tính

hiệu. Hệ thống 3.5G dùng Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA – High Speed

Downlink Packet Access) dựa trên công nghệ giao diện vô tuyến W-CDMA dự định cung

cấp tốc độ lên đến 10 Mbps bằng cách sử dụng hiệu quả hơn phổ tần số 3G hiện hành. Hệ

thống 4G sẽ dùng một phổ tần khác (có thể là 40 hoặc 60 GHz) và có thể cung cấp lên đến

100 Mbps cho tế bào WAN và đến 1 Gbps đối với truy suất không dây nội bộ.

Mục đích của hệ thống anten thông minh là để làm tăng chất lượng tín hiệu của hệ

thống vô tuyến bằng cách truyền tập trung các tín hiệu vô tuyến trong khi tăng dung lượng

bằng cách tăng việc dùng lại tần số. Bảng sau sẽ liệt kê các đặc tính và lợi ích của một hệ

thống anten thông minh.

Đặc tính Lợi ích

Độ lợi tín hiệu: Tín hiệu ngỏ vào từ nhiều anten được kết hợp lại để tối ưu Vùng phủ tốt hơn: Việc tập trung năng lượng gửi ra trong một tế bào sẽ làm

công suất có sẵn nhằm thiết lập mức tăng vùng phủ của trạm gốc. Các yêu

vùng phủ đã cho. cầu công suất tiêu thụ thấp hơn dẫn đến

thời gian dùng pin lâu hơn và kích

thước handset sẽ nhỏ hỏn

Sự loại bỏ nhiễu: Antenna pattern có thể được tạo ra do các nguồn nhiễu đồng kênh, việc cải thiện tỷ số tín hiệu Tăng dung lượng:Việc điều khiển chất lượng các null tín hiệu chính xác và giảm nhiễu kết hợp với việc sử dụng lại

trên nhiễu của tín hiệu thu được.

tần số sẽ làm tăng dung lượng mạng. Kỹ thuật thích nghi (như là đa truy cập phân chia theo không gian) hổ trợ việc

sử dụng lại tần số trong cùng một tế bào.

Loại bỏ đa đường: Có thể giảm tác

Phân tập không gian: Thông tin được tập hợp từ mảng anten được dùng để tối động trải trể của kênh, cho phép truyền

thiểu fading và các tác động của truyền tốc độ bit cao hơn mà không cần dùng

đa đường không mong muốn. bộ cân bằng.

Hiệu quả công suất: kết hợp các ngỏ vào đến nhiều thiết bị để tối ưu tăng ích Chi phí giảm: Chi phí khuyếch đại công suất, công suất tiêu thụ giảm và độ tin

xử lý có sẳn trên đường xuống. cậy cao hơn.

Bảng 2.1: Các đặc tính và lợi ích của hệ thống anten thông minh

(cid:1) .+ Một trong những kĩ thuật thích ứng liên kết sẽ được đề cập đến gọi là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC – Adaptation and Modulation Coding).Với kĩ thuật AMC, 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. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao. (cid:1) .+ Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM: 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 OMDF. 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. Điều này không chỉ tạo nên lợi ích rõ ràng cho thực thi lớp vật lý, mà còn hợp nhất việc cải thiện hiệu năng lớp 2 nhờ việc đưa ra thêm một mức độ tự do.

Hình 2.7. Nguyên lý OFDM

+ MIMO:MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát và thời

gian hay tần số. Nó kết hợp với OFDM xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng

sóng OFDM được thiết kế chính xác cho kênh. Sự kết hợp giữa OFDM và MIMO giúp cho

việc xử lý đơn giản hơn, hiệu quả thu phát cao.

Ngoài ra lớp thâm nhập dịch vụ còn sử dụng thêm một số kỹ thuật khác như kỹ thuật

SDR,… để tăng thêm tính thích nghi cho UE trong môi trường mạng tích hợp chung.

-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.

Đối với một UE thì RAC thực hiện kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người

sử dụng và cả báo hiệu tương ứng từ/tới mạng lõi. RAC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển

tài nguyên vô tuyến, xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến. Các thao

tác quản lý tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mang thâm nhập vô tuyến với

các thông số kênh truyền tải giao diện 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.

Trong 4G, thêm một số kỹ năng mới như yêu cầu phát lại tự động nhanh (HARQ:

Hybrid Automatic Repeat Request), lập lịch nhanh, thời gian phát truyền dẫn ngắn (TTI:

Transmission Time Interval). Hai tính năng quan trọng nhất của công nghệ WCDMA như

điều khiển công suất vòng kín và hệ số trải phổ biến thiên không còn được sử dụng.

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:

-Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của NGN trên toàn cầu, người ta xây dựng 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.

-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. MGW được điều khiển bởi MGCF.

Đường truyền cho các cuộc gọi được

thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC, chuyển đổi

dữ liệu theo định dạng gói IP và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường

trục gói. Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng “Giao thức truyền tải thời gian

thực”(RTP: Real Time Transport Protocol) trên “Giao thức Internet” (IP).

Ở nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PTSN chẳng hạn, có một

cổng các phương tiện khác (MGW), MGW này sẽ chuyển tiếng thoại đóng gói thành PCM

tiêu chuẩn để đưa đến PTSN. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này.

Truyền tải kiểu đóng gói này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần, nhất là khi các

MGW cách xa nhau.

-Các router: Trong mạng lõi thì các router thực hiện chức năng chính là định tuyến

cuộc gọi, đưa các 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). BGP là giao

thức định tuyến một hệ thống mạng “tự trị” AS (AS: Autonomous System). Hệ thống tự trị

ở đây là một mạng hoặc một nhóm mạng có cùng quản lý chung với cùng chính sách định

tuyến chung. BGP được sử dụng để thay đổi thông tin định tuyến cho Internet và là giao

thức được sử dụng giữa các nhà cung cấp dịch vụ ISP. Khi định tuyến trong mạng, dựa trên

bảng định tuyến router gửi cho các router “láng giềng” để các BGP láng giềng thay đổi

thông tin định tuyến. Việc cập nhập định tuyến BGP chỉ thông báo con đường tối ưu để gói

tin tới mạng đích.Cùng với việc sử dụng Tuyến liên vùng không phân lớp CIDR (Classless

Interdomain Routing), đã làm tăng hiệu quả của việc phân lớp sử dụng địa chỉ IP. Khi BGP

được sử giữa một nhóm mạng (AS) thì giao thức đó gọi là BGP ngoài, còn nếu nhà cung

cấp dịch vụ sử dụng BGP để thay đổi định tuyến trong một AS, thì giao thức đó là BGP

trong.

Ngoài ra, mạng lõi còn sử dụng một kỹ thuật mới nữa là Chuyển mạch nhãn đa giao

thức MPLS (MPLS: Multiprotocol Label Switching). Trong môi trường định tuyến bình

thường, các khung truyền từ nguồn đến đích theo từng bước từng bước một. Định tuyến

đánh giá mỗi khung tiêu đề lớp 3 và thực hiện bảng định tuyến để xác định bước nhảy tiếp

theo hướng đến đích. Điều này có khuynh hướng làm giảm dung lượng mạng bởi vì các yêu

cầu CPU tập trung để xử lý mỗi khung. Với sự bùng nổ số người sử dụng Internet, cùng với

việc yêu cầu thay đổi về lưu lượng truyền tải thì phương pháp cũ không đáp ứng được.

MPLS thay đổi kiểu định tuyến từng bước bằng cách cho phép các đường dẫn cụ thể trong

mạng dựa trên chất lượng và băng tần cần dùng cho các ứng dụng. Nói cách khác, lựa chọn

đường dẫn bây giờ có thể đưa vào lớp 2. Điều này sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng lưu lượng

trong mạng.

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: (cid:1) . -Chức năng báo hiệu: Báo hiệu trong mạng lõi là loại báo hiệu tập trung. Do yêu cầu tích hợp được các mạng khác nhau, do đó phải có phương thức báo hiệu giống nhau cho các mạng. Ở mạng lõi người ta xây dựng các trung tâm mã điểm báo hiệu STP dùng để điều khiển báo hiệu trong toàn mạng và để liên kết với các trung tâm mã điểm báo hiệu của các nhà cung cấp dịch vụ khác trong nước và trên quốc tế. 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 chính của SGW là kết nối các mạng báo hiệu khác nhau thông qua việc chuyển đổi giữa các lớp và điều khiển thực hiện báo hiệu trong nội mạng thông qua giao thức SS7oIP. (cid:1) . -Chức năng bảo mật: Đây là một trong những chức năng quan trọng trong hệ thống tương lai, nó đảm bảo cho việc thông tin của người sử dụng được an toàn, bí mật và có tính

riêng tư. 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). Proxy server sẽ định ra các chính sách về an ninh trong toàn mạng. Bên cạnh đó, Firewall sẽ thực hiện phân vùng an ninh và đảm bảo tính bảo mật cho các vùng mạng. Để thực hiện bảo mật thông tin, dữ liệu sẽ được đi qua Security Gateway trước khi vào hoặc ra khỏi vùng bảo mật. Vùng bảo mật này thường là mạng được quản lý chặt chẽ và SEG được đặt ở biên của mạng này. Một nhà cung cấp có thể có 1 hoặc một vài SEG để đảm bảo tính an ninh cho mạng đồng thời phòng ngừa trường hợp bị sự cố trên 1 SEG đơn lẻ gây ảnh hưởng đến hoạt động của mạng. (cid:1) .-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. Nó thực hiện nhận các thông tin về tính cước từ lớp mạng lõi, căn cứ vào các đặc điểm về thông tin (cid:1) .tinh cước của từng UE, từng dịch vụ để chọn lọc thông tin về tính cước. Các thông tin này sau đó được định dạng lại và được gửi đến các hệ thống tính cước tương ứng và gửi đến các UE. (cid:1) .-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. (cid:1) .+ Thanh ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ của người sử dụng để lưu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Lý lịch dịch vụ này bao gồm: thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được phép chuyển mạng, và thông tin về các dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi… Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu trong HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR thường là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạng nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. (cid:1) .+ Bộ ghi định vị tạm trú (VLR): chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí của UE trong hệ thống đang phục vụ ở mức độ chính xác hơn HLR. (cid:1) .+ EIR: thực hiện quản lý thiết bị người sử dụng UE. EIR lưu tất cả các dữ liệu liên quan đến UE. EIR được nối đến MSC và SGSN qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. (cid:1) .+ Trung tâm nhận thực (AUC): quản lý các thông tin nhận thực và mật mă hóa liên quan đến từng cá nhân liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khóa bí mật. Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua khóa nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao. Khóa này được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE. (cid:1) .+ MSCS – MSC server là bộ phận cải tiến của mạng 3G so với các thế hệ trước. Khi yêu cầu về dữ liệu sử dụng tăng cao, số thuê bao phát triển cao đã buộc MSC truyền thống tách thành 2 bộ phận chức năng riêng biệt: MSC Server dùng để điều khiển chung việc định tuyến cuộc gọi và phần chuyển mạch PS + CS được tập trung trong chức năng của MGW. Với việc tách ra 2 thành phần chức năng này, MSCS đã tăng được hiệu quả hoạt động của hệ thống thông qua việc điều khiển tập trung các MGW. Nó cũng thể hiện được tính linh động đồng thời giúp phần tăng dung lượng hệ thống. (cid:1) .+ Chức năng quản lý di động được thực hiện riêng biệt trên mạng lõi và mạng RAN. Những tiến trình về truy nhập vô tuyến được thực hiện trên mạng RAN. Do đó RAN quản lý tính di động ở mức cell, trong khi đó mạng lõi không cần quan tâm đến cấu trúc cell. Các quá trình quản lý di động bao gồm: (cid:1) .+ Quản lý trạng thái UE và vị trí của nó.

(cid:1) .+ Quản lý UE khi thâm nhập vào mạng. (cid:1) .+ Cập nhật các vùng định tuyến. (cid:1) .+ Quản lý thay đổi Handover và phân định lại vùng phục vụ cho các UE thực hiện handover.

-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. Các thành phần trong IP Multimedia bao gồm:

Hình 2.8. Cấu trúc chức năng của khối IP Multimedia

+ HSS (Home Subcriber Server): Đây là cơ sở dữ liệu chính của hệ thống trong đó

lưu giữ toàn bộ các thông tin về thuê bao và các dữ liệu liên quan đến dịch vụ IP Media.

Các thông tin này bao gồm số nhận thực thuê bao, các thông tin đăng ký, các tham số truy

nhập …. Nó bao gồm các chức năng tương tự như của HLR, AUC trong hệ thống di động

chuyển mạch kênh nhưng đối với các thuê bao và dịch vụ chuyển mạch gói.

+CSCF (Call Session Control Function): Chức năng điều khiển trạng thái

phiên cuộc gọi, quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện

đến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến.

+MRCF (Multimedia Resource Control Function): Chức năng điều khiển tài

nguyên đa phương tiện. Khi có yêu cầu về các phiên làm việc đa phương tiện,

MRFC sẽ điều khiển thực hiện trên MRFP. MRFC cũng đảm nhận chức năng gửi

các thông tin về tính cước.

(cid:1) .+ MRFP (Multimedia Resource Function Process): Cung cấp tài nguyênđược yêu cầu và chỉ dẫn bởi MRFC. MRFP thực hiện những chức năng sau: . . . (cid:1) .+ MGCF (Media Gateway Control Function): Chức năng điều khiển thiết lập kết nối giữa mạng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Nó xử lý các báo hiệu dịch vụ đến từ các thuê bao chuyển mạch gói và thực hiện chuyển đổi giao thức làm việc giữa 2 mạng.

• • • Kết hợp giữa các dòng dữ liệu media đầu vào (có thể từ nhiều nhà cung cấp). Là nguồn cung cấp các thông báo về đa phương tiện. Xử lý các dòng dữ liệu đa phương tiện như chuyển đổi mã âm thanh ….

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, đồng thời nó tương tác với

2.4. CÔNG NGHỆ TRÊN IP VÀ IP DI ĐỘNG

Trong hệ thống thông tin di động 4G thì IP di động (MIP: Mobile IP) là một vấn đề

rất quan trọng. Vấn đề thách thức đối với IP di động là phải chuyển các ứng dụng IP đến

các kết cuối di động. Hiện nay có hai phiên bản MIP là MIPv4 và MIPv6 được thiết kế để

đảm bảo hỗ trợ di động bên trong mạng IPv4 và mạng IPv6 tương ứng. Trong hệ thống

thông tin di động 4G, trong giai đoạn đầu, chúng ta sử dụng cả hai loại này, sau đó sẽ dần

thay thế IPv4 để được mạng toàn IPv6. Bởi vì MIPv6 có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với

MIPv4 như:

-Đánh địa chỉ: Chúng ta thấy rằng với độ dài 32bit thì MIPv4 không thể đánh hết địa

chỉ cho các thiết bị đầu cuối được, còn ở MIPv6 thì số bit dùng để đánh địa chỉ là 128bit đủ

sức để đánh địa chỉ cho toàn bộ các thiết bị.

-Việc định tuyến tối ưu chỉ là một bộ phận thêm vào cho MIPv4 nhưng nó lại là một

bộ phận tích hợp của MIPv6.

-Định tuyến tối ưu MIPv4 vẫn đòi hỏi truyền đường hầm lưu lượng giữa các máy

tính đối tác và nút di động. Trong MIPv6 các gói có thể gửi đi không theo tunnel mà chỉ cần

bổ sung thêm một tiêu đề định tuyến…

Các loại truy nhập trong mạng 4G

Trong giai đoạn phát triển đầu của mạng 4G, thì tồn tại cả hai giao thức IP là MIPv4 và

MIPv6, do đó yêu cầu phải có sự chuyển đổi địa chỉ trong quá trình truy nhập khi cần thiết.

Truy nhập từ MS đến các dịch vụ có các khả năng sau:

1) MS IPv4 truy nhập dịch vụ IPv4 qua mạng IPv4:

Cả MS, loại dịch vụ, và cả mạng sử dụng chung một giao thức đó là IPv4.

Trường hợp này thường xảy ra khi chúng là các dịch vụ và thiết bị đầu cuối

của 2,5G và 3G. Khi MS và dịch vụ trong cùng mạng, địa chỉ IPv4 cá nhân

được sử dụng, còn khi dịch vụ ở ngoài mạng thì phải sử dụng địa chỉ IPv4

công cộng để định tuyến, do đó bộ phiên dịch địa chỉ mạng NAT (NAT:

Network Address Translator) được sử dụng.

2) MS IPv6 truy nhập dịch vụ IPv6 qua mạng IPv6

Trong trường hợp này, cả MS, loại hình dịch vụ và mạng cũng đều sử dụng

cùng giao thức IPv6. Với địa chỉ IPv6, chúng ta không cần hỗ trợ của bộ phiên dịch

địa chỉ mạng (NAT). Khi cả dịch vụ và người dùng nằm cùng trong một mạng thì

chúng ta có thể dùng địa chỉ vị trí IPv6. 3) MS IPv6 truy nhập dịch vụ IPv6 thông

qua mang IPv4 Thường xảy ra trong giai đoạn đầu phát triển IPv6, yêu cầu có tunnel

của IPv6 qua IPv4. Có hai trường hợp xảy ra: a) MS IPv6 ở trong mạng IPv6 nhưng

phần mạng ngoài kết nối tới dịch vụ là IPv4. b) MS IPv6 roam tới một mạng IPv4 4)

MS IPv6 truy nhập dịch vụ IPv4 Trường hợp này ít xảy ra trong mạng 4G. Tuy

nhiên khi xảy ra nhiều thì yêu cầu phải có NAT. 5) MS IPv4 truy nhập dịch vụ của

IPv6 Trường hợp này yêu cầu phải có bộ phiên dịch địa chỉ từ địa chỉ IPv4 sang địa

chỉ IPv6. Điều này sẽ được hỗ trợ bởi một Router hoặc một node nào đó 6) MS IPv4

truy nhập dịch vụ IPv4 thông qua mạng IPv6

Giao tiếp giữa hai mạng dịch vụ: 7) Server IPv4 giao tiếp với Server IPv4 thông qua mạng

IPv4 8) Server IPv6 giao tiếp với Server IPv6 thông qua mạng IPv6 9) Server IPv6

giao tiếp với Server IPv6 thông qua mạng IPv4 Trường hợp này thường xảy ra trong

giai đoạn đầu chuyển tiếp lên IPv6. Yêu cầu phải có đường hầm (Tunnel) từ IPv6

qua IPv4. Đường hầm này có thể được thiết lập trước hoặc được thiết lập tự động.

10) Server IPv6 giao tiếp với Server IPv4 Trường hợp này yêu cầu có bộ phiên dịch

địa chỉ mạng-phiên dịch giao thức NAT-PT. Nếu Server IPv6 là một IMS, thì ngoài

việc chuyển đổi và riêng biệt giao thức IP, cón phải chuyển đổi SIP/SDP qua một

ALG. 11) Server IPv4 giao tiếp với Server IPv6 Trường hợp này giống trường hợp 4

12) Server IPv4 giao tiếp với Server IPv4 thông qua mạng IPv6 Trường hợp này ít

xảy ra, bởi khi IPv6 chiếm ưu thế trong mạng và IPv4 không đủ thì khi đó tất cả dịch

vụ sẽ được triển khai IPv6.

CHƯƠNG 3

DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G

3.1. DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G

Sự cạnh tranh gay gắt trong lĩnh vực mạng thông tin cũng như mạng viễn thông đang

diễn ra trong những năm gần đây. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều đặc biệt quan trọng đối

với các công ty là xác định vị trí thích hợp để mang lại thuận lợi cho bản thân mình, và để

chuẩn bị cho môi trường truyền thông mới đang nổi lên. Trong môi trường này, sự hòa

nhập, liên kết và cạnh tranh của các thành viên mới tham gia vào thị trường phải hoạt động

tích cực để tìm ra phương thức mới, nhằm giữ và thu hút hầu hết các khách hàng có tiềm

năng. Các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đang cố gắng tìm ra lối đi riêng cho mình để tạo

ra sự khác biệt với các nhà cung cấp khác, chẳng hạn như tìm kiếm phương thức mới để

đóng nhãn và đóng gói dịch vụ, thực hiện giảm các chi phí hoạt động,…

Trong các chương trước chúng ta đã nghiên cứu vì sao phải lên 4G? Vì nó có thể đáp

ứng được: tốc độ truy nhập lên tới 200Mb/s, hỗ trợ roaming toàn cầu, dựa trên mạng lõi

thuần IP, tương tác mạnh với các mạng khác cùng tồn tại… Tất cả các yếu tố đó đã mở ra

một khả năng cung cấp dịch vụ dồi dào cho mạng 4G. Có ba loại dịch vụ chủ yếu trong 4G:

dịch vụ thời gian thực và thời gian không thực, dịch vụ nội dung, dịch vụ quản lý. Các dịch

vụ này giúp cho các nhà khai thác có sự điều khiển, bảo mật và độ tin cậy tốt hơn đồng thời

giảm chi phí vận hành. Nhờ đó, các nhà cung cấp dịch vụ có thể nhanh chóng có nguồn thu

mới. Phần sau sẽ đề cập tới các yêu cầu về dịch vụ trong 4G và một số dịch vụ có thể triển

khai trước mắt.

3.1.2 Các loại dịch vụ cung cấp

Cũng giống như hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3, các hệ thống thông tin di động thế

hệ 4 cũng sẽ cung cấp các loại dich vụ chính: di động, viễn thông và internet nhưng với tốc

độ cao hơn lên đến 200 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 4

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.Các dịch vụ cơ sở gồm:

-Các dịch vụ xa (Teleservice): “ Là một kiểu dịch vụ viễn thông cung cấp các khả năng

đầy đủ bao gồm cả chức năng thiết bị đầu cuối để thông tin giữa hai người sử dụng theo các

giao thức được thỏa thuận giữa các cơ quan quản lý ” bao gồm: điện thoại, các cuộc gọi

khẩn, dịch vụ bản tin ngắn, các dịch vụ nhóm thoại, phát thanh thoại.v.v

-Các dịch vụ mang (Bearer Service): “ Là một loại dịch vụ viễn thông cung cấp khả

năng để truyền dẫn tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng – mạng”.

 . + Các dịch vụ bổ sung bao gồm  .+ Các dịch vụ bổ sung cho gọi  .+ Các dịch vụ bổ sung đa phía  .+ Các dịch vụ bổ sung cho một cộng đồng  . + Các dịch vụ bổ sung tính cước

-Các dịch vụ bổ sung (Supplementary): gồm có:

+ Các dịch vụ bổ sung hạn chế cuộc gọi Các

dịch vụ đa phương tiện gồm:  . -Các dịch vụ điểm tới điểm đối xứng: Truyền hình hội nghị (chất lượng cao, thấp), điện thoại thấy hình, điện thoại, truy nhập Internet thư điện tử, điện thoại IP  .-Các dịch vụ điểm tới điểm không đối xứng: Y tế từ xa có hình ảnh, thư tiếng, truy xuất cơ sở dữ liệu như mua hàng theo catalog video, video theo yêu cầu (tin tức, thể thao, phim), báo điện tử, xuất bản điện tử, Fax.

-Các dịch điểm đa điểm đa phương: Các dịch vụ phân phối thông tin gồm có

tin tức, dự báo thời tiết, truyền hình di động, truyền thanh di động,… Sau

đây xin đưa ra một số dịch vụ điển hình cho mạng 4G.

Một số loại hình dịch vụ điển hình cho 4G

(cid:17) Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia): Với khả năng truyền số liệu tốc độ cao, 4G cho phép truy cập internet với tốc độ rất cao, phục vụ cho các ứng dụng theo yêu cầu như: video độ phân giải cao, audio chất lượng hoặc các ứng dụng mua bán trực tuyến với các sản phẩm hữu hình như âm nhạc, phần mềm…

(cid:17)

Dịch vụ thoại (Voice telephony): 4G vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau đang tồn tại như chờ cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, gọi ba bên, các thuộc tính AIN khác nhau, Centrex, Class,… Tuy nhiên cần lưu ý là 4G không cố gắng lặp lại các dịch vụ thoại truyền thống hiện đang cung cấp; dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhưng công nghệ thì thay đổi, chủ yếu dùng thoại trên nền IP.

(cid:17)

Tin nhắn (Messaging): Không giống như dịch vụ tin nhắn thông thường trong mạng 2G, 3G chỉ đơn thuần là bản tin text. Tin nhắn trong 4G cho phép email đi kèm và có thể được sử dụng trong việc thanh toán trực tuyến cho các dịch vụ gia đình như mua vé xem phim, thanh toán hóa đơn điện nước,…

(cid:17)

Dịch vụ dữ liệu (Data Service) cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối, cùng với các đặc tả giá trị giá tăng như tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo (SVC- Switched

Virtual Connection), và quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi,… Tóm lại các dịch vụ dữ liệu có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu.

(cid:17)

Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service): cho phép nhiều người tham gia tương tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu. Các dịch vụ này cho phép khách hàng vừa nói chuyện, vừa hiển thị thông tin. Ngoài ra, các máy tính còn có thể cộng tác với nhau.

(cid:17)

Tính toán mạng công cộng (PNC: Public Network Computing): Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại và các khách hàng. Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý riêng ( chẳng hạn như làm chủ một trang web, lưu trữ/ bảo vệ/ dự phòng các file số liệu hay chạy một ứng dụng tính toán). Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ mạng công cộng có thể cung cấp các dịch vụ thương mại cụ thể (như hoạch định tài nguyên công ty (ERP: Enterprise Resource Planning), dự báo thời gian, hóa đơn chứng thực,…) với tất cả hoặc một phần các lưu trữ và xử lý xảy ra trên mạng. Nhà cung cấp dịch vụ có thể tính cước theo giờ, ngày, tuần,… hay theo phí bản

quyền

đối với dịch vụ.

(cid:17) Bản tin hợp nhất (Unified Messaging): Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voice

mail, email, fax mail, pages qua các giao diện chung. Thông qua các giao diện này, người sử dụng sẽ truy nhập (cũng như được thông báo) tất cả các

loại tin nhắn trên, không phụ thuộc vào hình thức truy nhập (hữu tuyến hay

vô tuyến, máy tính, thiết bị dữ liệu vô tuyến). Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi

lời nói sang file văn bản và ngược lại được thực hiện ở server ứng dụng cần

phải được sử dụng ở dịch vụ này.

(cid:17)

Môi giới thông tin (Information Brokering): Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến khách hàng tương ứng với nhà cung cấp. Ví dụ như khách hàng có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu chuẩn cụ thể hay trên các cơ sở tham chiếu cá nhân,…

(cid:17)

Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce): Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng; có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung cấp khả năng bảo mật,… Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thương mại, ví dụ như quản lý dây chuyển cung cấp và các ứng dụng quản lý tri thức.

(cid:17)

Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive gaming): Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (chẳng hạn như video games)

(cid:17)

Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality): tham chiếu đến sự thay đổi được tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện, con người, địa điểm, kinh nghiệm,… của thế giới thực, ở đó những người tham dự và các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý. Dịch vụ này yêu cầu sự

phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau.

(cid:17)

Quản lý tại gia (Home Manager): Với sự ra đời của các thiết bị mạng thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà, các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống giải trí, và các công cụ khác tại nhà. Giả sử như chúng ta đang xem ti vi và có chuông cửa,

không vấn đề gì cả, ta chỉ việc sử dụng điều khiển ti vi từ xa để xem được trên màn hình ai đang đứng trước cửa nhà mình. Hoặc chẳng hạn như chúng ta có thể quan sát được ngôi nhà của mình trong khi đang đi xa, hoặc quan sát được người trông trẻ đang chăm sóc em bé như thế nào khi ta đang làm việc tại cơ quan.

Ngoài các dịch vụ đã nêu trên còn có rất nhiều dịch vụ khác có thể triển khai

trong môi trường 4G như: các dịch vụ ứng dụng trong y học, chính phủ điện tử, nghiên

cứu đào tạo từ xa, nhắn tin đa phương tiện,… Như vậy các dịch vụ thế hệ sau là rất đa

dạng và phong phú, việc xây dựng, phát triển và triển khai chúng là mở và linh hoạt.

Chính vì vậy nó thuận tiện cho các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng triển khai dịch vụ

đến cho khách hàng trong mạng 4G.

3.1.2.1 Các yêu cầu về dịch vụ Dịch vụ trên mạng di động 4G cần tuân theo các đặc tính

sau:

(cid:17) Dịch vụ truy nhập không đồng nhất: các hệ thống 4G sẽ phải cung cấp nhiều dạng

dịch vụ ứng với nhiều loại thiết bị truy nhập đầu cuối của khách hàng, các mạng

truyền dẫn và các tiêu chuẩn dịch vụ được mong đợi. Các kiến trúc dịch vụ đầu cuối

sẽ phải khai thác phương tiện phần mềm để có được sự đồng hợp tác.

(cid:17) Mạng truy nhập không đồng nhất: Có một loạt các kỹ thuật mạng sẽ được sử dụng

tại cùng một thời gian bao gồm các kỹ thuật dùng trong các mạng cũ như EDGE,

HSCSD, GPRS và cả các mạng peer-to-peer, Wifi, bluetooth…Các kiến trúc 4G

phải cung cấp dịch vụ trong suốt nhờ trừu tượng hóa các mode khác biệt cơ bản

trong hoạt động của mạng.

(cid:17) Nhãn dịch vụ: Kiến trúc dịch vụ phải là một thực thể thương mại cung cấp các dịch

vụ tăng cường, với nghĩa từ nhà cung cấp dịch vụ này đến nhà cung cấp dịch vụ

khác, điều này được thực hiện nhờ kiến trúc mạng và kiến trúc dịch vụ.

Các kiến trúc dịch vụ trong mạng di động 4G phải tuân theo các tính chất sau:

(cid:17) Các mẫu ấn định tài nguyên và dịch vụ mở: Các khung dịch vụ phải được tạo ra,

thiết lập và sắp xếp một cách độc lập trong các miền chồng lấn của các nhà cung cấp

dịch vụ. Việc cung cấp các tài nguyên, khả năng và trạng thái hiện thời cần được mô

tả và trao đổi giữa các nhà cung cấp dịch vụ liên kết với nhau, đó là mục đích “tái

bản lại tài nguyên” tại đó các dịch vụ được kết hợp hay thực hiện các chức năng

thông qua nhà cung cấp địa phương.

(cid:17) Mẫu nguyên lý và thỏa thuận khả năng mở: Hiển nhiên thỏa thuận khả năng cần

được hiểu trong môi trường có nhiều sự kết hợp và phức tạp hơn các mạng điện

thoại truyền thống. Đây là yêu cầu tự nhiên giống như một thị trường dựa trên khuôn

dạng ấn định dịch vụ. Thực ra đó là các kỹ thuật ấn định động dựa trên các phương

pháp kinh tế như đấu giá điện tử, đi đôi với các hệ thống thanh toán/quảng cáo/thanh

toán thời gian thực cho sử dụng các tài nguyên.

(cid:17) Quản lý trách nhiệm: Các kỹ thuật quản lý trách nhiệm dựa trên quan hệ giữa các

nhà cung cấp dịch vụ với người sử dụng và giữa các nhà cung cấp dịch vụ với nhau.

Các mối quan hệ đang tồn tại giữa các nhà cung cấp dịch vụ được dựa trên các hợp

đồng giữa các hãng kinh doanh lớn mạnh. Các giả thiết có thể không phù hợp trong

trường hợp các nhà cung cấp dịch vụ tăng bất thường. “Better business bureau” cung

cấp một tốc độ dịch vụ ở đó chia thành các bên tham gia tin cậy từ các thành viên

không tin cậy.

(cid:17) Các nhóm dịch vụ kết hợp: Một mẫu được sử dụng cho định hình kết hợp dịch vụ

động thông qua các kỹ thuật hợp tác được yêu cầu. Các tính chất mong muốn có thể

bao gồm khả năng khám phá các liên kết tiềm năng, các kỹ thuật cho thiết lập các

mối quan hệ trách nhiệm, cho quản lý các liên hệ trách nhiệm phân tán và quản lý

các cấp độ thay đổi của các hệ thống trong suốt. Chú ý là không phải tất cả các liên

kết đều là các đối tác tiềm năng. Ví dụ nhà cung cấp WiFi có thể kết hợp với một

nhà cung cấp dịch vụ thoại di động tế bào để cung cấp hai phần tách biệt ứng dữ liệu

cần băng thông lớn và các luồng thoại cần băng thông thấp trong việc hỗ trợ các ứng

dụng hội thảo đa phương tiện của người sử dụng. Trong trường hợp này, giả sử là

trong cùng lân cận của người sử dụng tồn tại một điện thoại di động và một số loại

thiết bị vi tính màn hình liền, các thiết bị này hình thành một liên kết cho một ứng

dụng hỗ trợ trong suốt với dịch vụ audio di theo đường mạng điện thoại còn dịch vụ

video di theo đường mạng WiFi.

(cid:17) Khả năng chịu lỗi dịch vụ: Các liên minh có thể, nhóm dịch vụ kết hợp cung cấp cơ

hội cho khả năng chịu lỗi tiên tiến. Các tính chất mong muốn trong khía cạnh này

bao gồm khám phá lỗi, đăng kí dịch vụ và phát hiện nhờ mode đa truy nhập.

3.1.2.2 Xu hướng dịch vụ trong mạng 4G

Để xác định được các dịch vụ trong mạng 4G cũng như chiến lược đầu tư

của các công ty, xu hướng phát triển các dịch vụ trong tương lai là vấn đề rất cần

xem xét.

(cid:164) Trước hết chúng ta cần quan tâm đến xu hướng của dịch vụ thoại. Đây là

dịch vụ phổ biến, lâu đời và thu nhiều lợi nhuận nhất từ những ngày đầu cho đến nay. Do

đó, dịch vụ thoại truyền thống sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian dài. Sau đó, một phần dịch

vụ truyền thống này chuyển sang thông tin di động và thoại qua IP.

(cid:164) Đối với dịch vụ truyền thông đa phương tiện, hiện nay H.323 đã là môi

trường cho giải pháp thoại qua giao thức IP và các dịch vụ đa phương tiện

tương đối đơn giản. Tuy nhiên, sau đó SIP sẽ thay thế cho H.323 do SIP có

nhiều ưu điểm hơn và thích hợp với các dịch vụ truyền thông đa phương tiện

phức tạp.

(cid:164) Trong tương lai, tính cước dịch vụ theo nội dung và chất lượng, không theo

thời gian sẽ chiếm ưu thế.

(cid:164) Cuối cùng, phương thức truy nhập mạng, ra lệnh, nhận thông tin,… bằng lời

nói (voice portal) sẽ là một chọn lựa trong tương lai. Hiện nay, kỹ thuật

chuyển đổi từ lời nói sang file văn bản và ngược lại đang phát triển mạnh.

Mục tiêu chính của các dịch vụ trong 4G là cho phép khách hàng có thể lấy thông tin

họ muốn ở bất kỳ dạng nào, trong bất kỳ điều kiện nào, tại mọi nơi và dung lượng tùy ý.

Dựa trên các khuynh hướng được đề cập ở trên, sau đây là một số đặc tính dịch vụ quan

trọng trong mạng 4G:

(cid:17) Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện, đảm bảo độ tin

cậy, thân thiện trong việc liên kết các thuê bao, truy nhập tốc độ cao và truyền

tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, vào mọi lúc, tại mọi nơi,…

(cid:17) Nhiều thực thể và các phần tử mạng thông minh được phân bố trên toàn

mạng. Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các dịch

vụ mạng. Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay thế cho nhà

cung cấp dịch vụ hoặc mạng. Ta có thể xem nó như một tác tử quản lý có thể

thực hiện giám sát tài nguyên mạng, tập hợp các số liệu,…

(cid:17) Dễ dàng sử dụng. Khách hàng không bị ảnh hưởng từ các quá trình tập

trung, xử lý và truyền dẫn thông tin phức tạp của hệ thống. Nó cho phép

khách hàng truy xuất và sử dụng các dịch vụ mạng một cách đơn giản hơn,

bao gồm các giao diện người dùng cho phép tương tác tự nhiên giữa khách

hàng và mạng. Khách hàng được cung cấp các thông tin hướng dẫn, các tùy

chọn, các tương tác quản lý xuyên suốt các dịch vụ. Ngoài ra nó còn cung cấp

các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm ngược lại với

những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp một môi trường thống nhất cho

các dạng thông tin.

(cid:17) Cho phép khách hàng quản lý hồ sơ các nhân, tự dự phòng các dịch vụ

mạng, giám sát thông tin tính cước, cá nhân hóa giao diện người dùng, tạo ra

và dự phòng các ứng dụng mới

(cid:17) Quản lý thông tin thông minh, giúp người dùng quản lý sự quá tải của thông

tin bằng cách cung cấp cho họ khả năng tìm, sắp xếp và lọc các bản tin hoặc

dữ liệu, quản lý chúng cho mọi phương tiện.

3.2. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G 3.2.1 Khái niệm QoS 1. 2.

3.2.1.1 Khái niệm QoS theo ITU

Định nghĩa về QoS theo tiêu chuẩn E800 của ITU: Chất lượng dịch vụ viễn thông

là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối tượng sử

dụng dịch vụ đó.

Hình 3.1 mô tả một cách tổng quát các khái niệm cơ bản về QoS theo khuyến nghị

của ITU-T. Các khái niệm được trình bày trong sơ đồ có thể được áp dụng để đánh giá mức

QoS có thể đạt được trong thực tế, hướng tới mức QoS theo chỉ tiêu hoặc các yêu cầu mô tả

đặc tính thiết kế mạng. Tuy nhiên từng khái niệm trong sơ đồ có thể mang ý nghĩa thể hiện

theo mức tổng thể hay riêng lẻ, những khái niệm được trình bày trong sơ đồ có thể chưa thể

hiện toàn bộ những mối liên hệ của chúng. Khía cạnh cần quan tâm khi đánh giá tổng thể

một dịch vụ là quan điểm sử dụng dịch vụ. Kết quả đánh giá này thể hiện mức độ hài lòng

của những người sử dụng dịch vụ. Điều này sẽ được xem xét theo các nội dung sau:

(cid:17) Khái niệm QoS.

(cid:17) Mối quan hệ giữa QoS và NP

(cid:17) Các chỉ tiêu về QoS và NP

Một điều hiển nhiên là một dịch vụ được sử dụng chỉ khi nó được cung cấp và

người ta mong muốn nhà cung cấp dịch vụ có sự hiểu biết cụ thể về chất lượng của

các dịch vụ mà họ phát hành. Theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ, khái niệm

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. Nhà

cung cấp dịch vụ có nhiệm vụ phải tổ hợp các tham số NP khác nhau thành một bộ

chỉ tiêu để có thể vừa đảm bảo các nhu cầu lợi ích kinh tế của mình đồng thời phải

thoả mãn một cách tốt nhất cho những người sử dụng dịch vụ.

Trong khi sử dụng dịch vụ, thông thường người sử dụng chỉ biết đến nhà cung cấp

dịch vụ. Mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ phụ thuộc vào chất lượng dịch vụ QoS

hay những cảm nhận sau cùng của khách hàng về thực hiện dịch vụ

(cid:17) Hỗ trợ dịch vụ (service support performance)

(cid:17) Khai thác dịch vụ (service operability performance)

(cid:17) Năng lực phục vụ (serveability performance)

(cid:17) An toàn dịch vụ ( service security performance)

Hình 3.1: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng

Hỗ trợ dịch vụ: là khả năng của một tổ chức cung cấp dịch vụ và trợ giúp trong

việc sử dụng dịch vụ đã cung cấp .

Khai thác dịch vụ: là khả năng vận hành dịch vụ một cách thành công và dễ dàng

của người sử dụng, bao gồm các đặc tính về thiết bị đầu cuối, các âm hiệu và tin báo dễ

hiểu

Mức độ an toàn dịch vụ: là mức độ bảo vệ chống lại sự giám sát trái phép, sử dụng

gian lận, quấy phá, thao tác sai, thảm hoạ thiên nhiên.

Năng lực phục vụ: là khả năng dịch vụ đạt được khi người sử dụng yêu cầu và tiếp

tục được cung cấp mà không có sự suy giảm quá mức trong khoảng thời gian sử dụng

(trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau). Khả năng phục vụ là phần

phụ thuộc vào đặc tính mạng nhiều nhất và tiếp tục được chia thành ba khái niệm:

-Năng lực truy nhập đến dịch vụ (service accessibility performance): là khả năng dịch

vụ đạt được trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau khi được

yêu cầu bởi người sử dụng

-Năng lực duy trì dịch vụ (service retainability performance): là khả năng của một dịch

vụ tiếp tục được cung cấp trong các điều kiện đưa ra trong khoảng thời gian sử dụng.

-Mức độ hoàn hảo của dịch vụ (service integrity performance): là mức độ dịch vụ được

cung cấp mà không bị suy giảm quá mức, một khi đã đạt được

Năng lực tính cước chính là thông số đánh giá về ghi cước và hoá đơn, trong đó

phần xác suất về tính cước sai, tính cước thừa và tính cước thiếu thuộc về chỉ tiêu của QoS.

Phần đánh giá về độ chính xác ghi cước là chỉ tiêu của chất lượng mạng.

Qua hình vẽ 3.1, chúng ta cũng thấy rằng năng lực phục vụ sẽ có mối liên hệ với

các khái niệm thuộc phần chất lượng mạng như khả năng xử lý lưu lượng, độ tin cậy, tài

nguyên và phương tiện cũng như chất lượng truyền dẫn (gồm cả năng lực truyền lan). Điều

này có nghĩa là QoS có mối quan hệ chặt chẽ với chất lượng mạng. Chất lượng mạng là khả

năng của mạng cung cấp các chức năng liên quan đến thông tin giữa những người sử dụng

(theo ITU-E800).

Dịch vụ viễn thông là các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp của các doanh nghiệp

cung cấp cho khách hàng khả năng truyền, đưa và nhận các loại thông tin thông qua mạng

lưới viễn thông công cộng. QoS được xác định bằng các chỉ tiêu định tính và chỉ tiêu định

lượng. Chỉ tiêu định tính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng, còn chỉ tiêu định lượng

được thể hiện bằng số liệu đo cụ thể.

Có rất nhiều tổ chức đưa ra các khái niệm QoS như ISO/IEC, RM-ODP, ETSI… tuy

nhiên các khái niệm này không hoàn toàn giống nhau. Sau đây sẽ trình bày thêm khái niệm

QoS theo ETSI.

3.2.1.2 Khái niệm QoS theo ETSI

Theo ETSI thì quan điểm của người sử dụng /khách hàng về

mức độ QoS là sự mô tả các tham số sau: -Tổng hợp những

kết quả mà người sử dụng/khách hàng nhận được, bao gồm cả

những nguyên nhân liên quan đến mạng -Không phụ thuộc

vào những hiểu biết của khách hàng về thiết kế mạng chi tiết -

Nắm được các khía cạch của dịch vụ theo quan điểm của

người sử dụng/khách hàng -Các khái niệm liên quan đến

mạng được mô tả theo một ngôn ngữ chung, dễ hiểu bởi

người sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. -Có sự

hiểu biết giữa người sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp

dịch vụ

Hình 3.2: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI

3.2.2 Kiến trúc QoS

Có rất nhiều kiến trúc QoS được đưa ra cho mạng di động 4G. Sau đây sẽ giới

thiệu một kiến trúc QoS:

Để đảm bảo QoS cần phải có kiến trúc QoS. Nó là một framework đảm bảo chất

lượng từ đầu cuối đến đầu cuối và cung cấp các chức năng tích hợp về quản lý điều khiển

QoS, và giao diện QoS

Các nguyên tắc của QoS: -Tích hợp (Integration): có khả năng cấu hình lại, có thể dự đoán

truớc và có thể quản lý được thông qua tất cả các lớp mạng

-Phân tách (Separation): tách giữa báo hiệu và dữ liệu truyền.

-Trong suốt (Transparency): tách biệt giữa QoS và ứng dụng

-Thực thi (performance): Xử lý các giao thức một cách có hiệu quả

Như vậy kiến trúc QoS liên quan đến: QoS

specification, QoS mechanism, Traffic Engineering,

QoS supporting protcol. (cid:17) QoS specification: -

Yêu cầu QoS mức ứng dụng -Kế hoạch chính sách

QoS trong mỗi lớp -Cấu hình và duy trì cơ chế QoS -

Theo tính đồng bộ, khả năng thực thi, mức dịch vụ,

chính sách, giá,... (cid:17) QoS Mechanism -Cung cấp

QoS: sắp xếp QoS, kiểm tra kết quả vào -Điều khiển

QoS: theo trạng thái, theo kế hoạch, chính sách, điều

khiển, đồng bộ. Điều này liên quan đến quản lý lưu

lượng -Quản lý QoS: giám sát QoS, duy trì QoS

(cid:17) QoS supporting protcol -Hỗ trợ chuyển vùng

của Micro mobility: CIP, Hawaii, HMIP

-Hỗ trợ chuyển vùng của Macro mobility: MIP v4, MIP v6… Tuy nhiên các

tiêu chuẩn về chất lượng của dịch vụ 4G cũng như 3G vẫn còn là vấn đề đang

đuợc các nhà chuyên môn, các hãng trên toàn thế giới nghiên cứu. Hiện tại

chưa có các tiêu chuẩn cụ thể nào về chất lượng dịch vụ của mạng 4G. Đó

cũng là dễ hiểu vì theo kiến trúc QoS ở trên: (cid:17) Đánh giá của người sử

dụng: họ mới sử dụng các dịch vụ thế hệ mới cho nên chưa có được sự đánh

giá về chất lượng. Bên cạnh đó quá trình phát

triển mạng cũng như dịch vụ mạng vẫn đang phát triển mạnh về thiết bị, về chất

lượng dịch vụ theo xu hướng ngày một tốt hơn và hoàn thiện hơn.

(cid:17) QoS của các ứng dụng: các ứng dụng mới ở giai đoạn đầu của sự phát triển nên

chưa có đánh giá một cách chính xác, cụ thể về QoS

(cid:17) Hiệu năng của các thiết bị đầu cuối, hiệu năng của mạng, và hiệu năng của các

phần tử mạng: các hãng sản xuất thiết bị trên thế giới cũng đã tập trung vào vấn

đề liên quan đến chất lượng dịch vụ trong các sản phẩm của mình, đó là một ưu

thế cạnh tranh quan trọng. Tuy nhiên quá trình vẫn đang phát triển.

Các dịch vụ và ứng dụng của mạng di động 4G được phân loại theo tiêu chuẩn chung

của ITU-T/-R. Tuy nhiên đứng trên quan điểm QoS chúng ta có thể phân loại dịch vụ theo

năm mức sau:

-Đảm bảo chắc chắn (deterministic guarantee)

-Đảm bảo thống kê (Statistical guarantee)

-Mục tiêu đích ( Target objectives)

-Nỗ lực nhất (best effort)

-Không đảm bảo (no guarantee)

-Đảm bảo chắc chắn: luôn luôn cung cấp các dịch vụ với QoS theo yêu cầu hoặc tốt

hơn trong mọi hoàn cảnh.

-Đảm bảo thống kê: cho phép QoS có thể không được như yêu cầu trong một khoảng

thời gian nào đó.

Ba phương pháp cuối không đảm bảo QoS, nhưng chúng ta phân loại để có các

biện pháp kỹ thuật hợp lý để đạt được QoS mong muốn. Với hệ thống target objectives

mạng sẽ cố gắng thoả mãn các yêu cầu, sau đó căn cứ vào mục tiêu mà mạng có thể đưa ra

biện pháp hợp lý như quyết định độ ưu tiên scheduling. Với hệ thống best effort (ví dụ

mạng internet), mạng sẽ cung cấp QoS như nhau cho toàn bộ các thuê bao. No guarantee

cũng tương tự như best effort.

Hình 3.3: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau 3.2.3 Các tham số QoS trong mạng di động 4G Phân loại Tham số Ghi chú

Độ trễ ( delay) Thời gian một bản tin được truyền

Tính đúng lúc (Timeliness) Thời gian đáp ứng (response time)

Jitter Độ biến động của độ trễ hay thời gian phản hồi

Tốc độ dữ liệu mức hệ

thống

Băng thông (Bandwidth) Tốc độ dữ liệu mức ứmg dụng

Tốc độ truyền tải (Transaction rate Khả năng xử lý/s

Khoảng thời gian hoạt động bình thường giữa các sự cố MTTF (Mean time to failure)

Khoảng thời gian từ khi có sự cố tới lúc bắt đầu hoạt động bình thường MTTR (Mean time to repair)

Độ tin cậy (reliability) MTBF (Mean time between MTBF=MTTF+MTTR

failures)

Phần trăm thời gian sử MTTF/MTTF+MTTR dụng

Tỷ lệ lỗi hay mất mát Tỷ lệ lỗi mạng

-Độ phân giải ảnh

- Picture detail - Video smoothness -Video/audio synchronisation Cảm nhận của khách hàng (Perceived QoS)

Per-use cost Tiền phải trả để thiết lập kết nối, hay truy cập lại tới

Cước (Cost) tài nguyên

Per-unit cost Tiền phải trả cho một đơn vị dữ liệu hay đơn vị thời gian (tức là cước kết nối

và cước per query)

Sự tin cẩn (Confidentiality) Ngăn chặn truy cập thông tin

Đảm bảo dữ liệu không thay đổi trong quá trình truyền dẫn Tính nguyên vẹn (Integrity)

Tính bảo mật (Security)

Non-repudiation of sending or delivery Các chữ ký để xác nhận người gửi hay người nhận

Sự xác nhận Kiểm chứng nhận dạng của người sử dụng hay nhà

(Authentication) cung cấp dịch vụ để ngăn

chặn sự gian lận....

3.2.4 Thách thức về chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4G

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 (ví dụ 4G yêu

cầu độ tin cậy đạt tới 99,99%). QoS trong mạng 4G phải đối mặt với rất nhiều khó khăn.

Khi xem xét QoS phải quan tâm tới rất nhiều yếu tố trong mạng 4G như: đặc tính kênh tốc

độ biến thiên, ấn định băng tần, mức độ dung sai lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạng

vô tuyến khác nhau,… Hỗ trợ QoS xuất hiện trong đóng gói, truyền dẫn, định tuyến và tại

cấp độ mạng. QoS có thể khác nhau tại các cấp độ hoạt động khác nhau. Các đặc tính kênh

tốc độ thích ứng cho các ứng dụng thực tế 4G có độ rộng băng và các yêu cầu truyền dẫn

khác nhau. Theo yêu cầu cung cấp một mạng vững chắc cho truy nhập tới các ứng dụng 4G

hỗ trợ đã dề cập ở phía trên, mạng 4G phải đựoc thiết kế trên cả hai phưong diện mềm dẻo

và quy mô. Các tính chât kênh tốc độ thay đổi phải được xem xét trên hiệu năng người sử

dụng yêu cầu và đảm bảo quản lý mạng hiệu quả.

Phổ là một tài nguyên hữu hạn. Trong các hệ thống vô tuyến hiện tại cấp phép tần số

và quản lý phổ hiệu quả là vấn đề mấu chốt. Với các hệ thống 4G, ấn định độ rộng băng tần

vẫn còn là một sự quan tâm lớn. Sự quan tâm khác là đồng hợp tác giữa các kỹ thuật báo

hiệu được định hướng sử dụng trong 4G (ví dụ 3xRTT, W-CDMA).

So sánh với mạng 2G và 2.5G hiện tại, 4G có nhiều khả năng khắc phục lối như

chấp nhận hay loại trừ khi mạng sự cố, vùng phủ kém, rớtt cuộc gọi. Kỹ thuật 4G hứa hẹn

cải thiện QoS nhờ sử dụng các kỹ thuât chuẩn đoán và các công cụ báo hiệu. 4G sẽ hỗ trợ

tốt hơn roaming và chuyển giao giữa các mạng khác nhau. 4G thậm chí có thể hỗ trợ

roaming giữa các mạng có công nghệ khác nhau nhờ sử dụng kỹ thuật báo hiệu LAS-

CDMA. Một giải pháp khác là vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm cũng có thể hỗ trợ

roaming giữa các mạng áp dụng công nghệ khác nhau.

Phần lớn các thách thức về QoS trong 4G đều dang được nghiên cứu và các giải

pháp đang được phát triển. Các nhà nghiên cứu rất tin tưởng 4G sẽ tạo ra chất lượng dịch

vụ hơn hẳn mạng 2G và 2.5G hiện tại.

3.2.5 Bảo mật dịch vụ

Có nhiều thành phần yêu cầu về bảo mật ở mức độ cao trong mạng 4G:

(cid:17) Khách hàng/ thuê bao cần phải có tính riêng tư trong mạng và các dịch vụ được

cung cấp, bao gồm cả việc tính cước. Thêm vào đó, họ yêu cầu dịch vụ phải có tính

sẵn sàng cao, cạnh tranh lành mạnh và bảo đảm sự riêng tư của họ.

(cid:17) Các nhà vận hành mạng, các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp truy nhập

đều cần phải bảo mật để bảo vệ hoạt động, vận hành và kinh doanh của họ, đồng thời

có thể giúp họ phục vụ tốt khách hàng cũng như cộng đồng.

(cid:17) Các quốc gia khác nhau yêu cầu và đòi hỏi tính bảo mật bằng cách đưa ra các

hướng dẫn và tạo ra các bộ luật để đảm bảo tính sẵn sàng của dịch vụ, cạnh tranh lành

mạnh và tính riêng tư.

(cid:17) Sự gia tăng rủi ro do sự thay đổi trong toàn bộ các quy định và các môi trường kỹ

thuật càng nhấn mạnh sự cần thiết ngày càng gia tăng về tính bảo mật trong mạng.

Các vấn đề cần bảo mật

Các vấn đề này được thực hiện trong mọi dạng cấu hình 4G, bao gồm các dạng truyền

dẫn khác nhau và xử lý các nguy cơ sau đây:

(cid:17) Từ chối dịch vụ: Nguy cơ này tấn công vào các thành phần mạng truyền dẫn

bằng cách liên tục đưa dồn dập dữ liệu làm cho các khách hàng khác không thể sử

dụng tài nguyên mạng.

(cid:17) Nghe trộm: Nguy cơ này ảnh hưởng đến tính riêng tư của một cuộc nói

chuyện bằng cách chặn đường dây giữa người gửi và người nhận.

(cid:17) Giả dạng: Thủ phạm sử dụng một mặt nạ để tạo ra một đặc tính giả. Ví dụ

anh ta có thể thu được một đặc tính giả bằng cách theo dõi mật mã và ID của khách

hàng, bằng cách thao tác khởi tạo tin nhắn hay thao tác địa chỉ vào/ra của mạng.

(cid:17) Truy nhập trái phép: Truy nhập vào các thực thể mạng phải được hạn chế và

phù hợp với chính sách bảo mật. Nếu kẻ tấn công truy nhập trái phép vào các thực

thể mạng thì các dạng tấn công khác như từ chối dịch vụ, nghe trộm hay giả dạng

cũng có thể xảy ra. Truy nhập trái phép cũng là kết quả của các nguy cơ kể trên.

(cid:17) Sửa đổi thông tin: Trong trường hợp này, dữ liệu bị phá hỏng hay làm cho

không thể sử dụng được do thao tác của hacker. Một hậu quả của hành động này là

những khách hàng hợp pháp không truy xuất vào tài nguyên mạng được. Trên

nguyên tắc không thể ngăn cản khách hàng thao tác trên dữ liệu hay phá hủy một

cơ sở dữ liệu trong phạm vi truy nhập cho phép của họ. (cid:17) Từ chối khách hàng:

Một hay nhiều khách hàng trong mạng có thể bị từ chối tham gia vào một phần hay

toàn bộ mạng với các khách hàng/ dịch vụ/server khác. Phương pháp tấn công có

thể là tác động lên đường truyền, truy nhập dữ liệu hay sửa đổi dữ liệu. Trên quan

điểm của nhà vận hành mạng hay nhà cung cấp dịch vụ, dạng tấn công này gây hậu

quả là mất niềm tin, mất khách hàng dẫn tới mất doanh thu.

Các giải pháp tạm thời

Các biện pháp đối phó có thể chia thành

hai loại sau: phòng chống và dò tìm.

Sau đây là các biện pháp tiêu biểu:

(cid:164) Nhận thực (cid:164) Chữ ký số

(cid:164) Điều khiển truy nhập (cid:164) Mạng

riêng ảo (cid:164) Phát hiện xâm nhập

(cid:164) Ghi nhật ký và kiểm toán

(cid:164) Mã hóa Trong mọi trường hợp cần lưu ý rằng các hệ thống vận hành trong các

− Tất cả các thành phần không quan trọng (chẳng hạn như các cổng TCP/UDP) phải

thành phần của mạng 4G cần phải bảo vệ cấu hình như một biện pháp đối phó cơ bản:

− Các đặc tính truy nhập từ xa cho truy nhập trong và truy nhập ngoài cũng phải thụ

ở tình trạng thụ động.

động. Nếu các đặc tính này được đăng nhập, tất cả các hoạt động cần được kiểm

− Bảng điều khiển server để điều khiển tất cả các đặc tính vận hành của hệ thống cần được bảo vệ. Tất cả các hệ thống vận hành có một vài đặc tính đặc biệt để bảo vệ bảng điều khiển này.

− Hệ thống hoàn chỉnh có thể đăng nhập và kiểm tra. Các log file cần phải được giám

tra.

sát thường xuyên.

Thêm vào đó, cần phải nhấn mạnh rằng mạng tự nó phải có cách bảo vệ cấu hình. Ví dụ

− Thay đổi password đã lộ.

− Làm cho các port không dùng phải không hoạt động được.

− Duy trì một nhất ký password.

− Sử dụng sự nhận thực các thực thể.

− Bảo vệ điều khiển cấu hình.

như nhà vận hành phải thực hiện các công việc sau:

CHƯƠNG 4

LỘ TRÌNH TIẾN LÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 CHO VIETTEL MOBILE

4.1. ĐẶC ĐIỂM MẠNG THÔNGTIN DI ĐỘNG VIETTEL

VietTel tuy là mạng mới được hơn một năm nhưng tính đến ngày 01/3/2006 đã có hơn hai triệu vượt qua S-fone để trở thành nhà cung cấp dịch vụ lớn thứ 3 tại Việt Nam. Viettel đang đẩy mạnh phát triển thêm các vùng phủ sóng và mua sắm thêm các thiết bị mới. Với hơn 1700 trạm thu phát sóng hiện tại và trên 1000 trạm phát sóng sẽ đầu tư vào năm 2006 mạng này sẽ mở rộng vùng phủ sóng và phục vụ nhu cầu phát triển của thuê bao. Về dịch vụ chuyển vùng quốc tế, dự kiến, đến đầu quí II/2006 thuê bao Viettel sẽ liên lạc được tại hầu hết các nước sử dụng công nghệ GSM (hơn 200 mạng GSM khác trên thế giới).

Thị trường di động Việt Nam hiện tại được đánh giá là tăng trưởng đứng thứ 2 trên thế giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, do đó nhu cầu về việc sử dụng các dịch vụ ngày càng cao. Trong thời gian gần đây, mạng Viettel liên tục phát triển cả về vùng phủ sóng và các loại hình dịch vụ.

Hiện nay Viettel đã đưa vào sử dụng GPRS để đáp ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu ngày càng cao của các thuê bao. Các dịch vụ chủ yếu của GPRS như: WAP, truy nhập Internet có hai phương thức truy nhập Internet bằng GPRS là truy nhập gián tiếp và truy nhập trực tiếp. Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện. Video, xem các đoạn phim tải về, xem video trực tuyến. Ngoài ra còn có dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch vụ ngân hàng, quảng cáo trên điện thoại di động…do giá cước còn cao nên các loại hình dịch vụ này chưa thu hút được nhiều thuê bao chỉ thu hút được những thuê bao có thuê nhập cao. Dựa trên nhu cầu thị trường Việt Nam, hiện tại chúng ta thấy rằng nhu cầu chính trong thông tin di động vẫn là dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ dữ liệu cũng bắt đầu tăng trưởng, theo dự đoán tổng số thuê bao có nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm khoảng 50% vào năm 2010. Với đời sống thu nhập ngày càng cao của người dân, nhu cầu các dịch vụ chất lượng tốt ngày càng lớn, thì mạng di động Viettel ngày càng phải nâng cấp để đáp ứng được các nhu cầu này. Mặt khác, xu hướng chung trên thế giới là hội tụ tất cả các mạng viễn thông lại với nhau. Do đó, yêu cầu phát triển mạng thông tin di động lên thế hệ 4G có tốc độ cao, sử dụng “all IP” có khả năng tích hợp với các mạng khác là yêu cầu tất yếu của mạng di động Viettel. Với nền tảng hạ tầng cơ sở, cùng với sự phát triển của mạng di động Viettel hiện nay, chúng ta thấy rằng mạng thông tin di động này hoàn toàn có thể phát triển lên 4G trong tương lai. Để phát triển các hệ thống GSM hiện tại lên 4G, nhà khai thác dịch vụ cần chú ý tới những vấn đề sau:

Phát triển dịch vụ: Song song với việc giảm giá cước, cần phát triển các dịch vụ mới theo hướng đi lên thông tin di động thế hệ thứ tư như GPRS, EDGE…nhằm thu hút thuê bao và tiến gần đến sự tương thích với các hệ thống 4G. Sẽ xuất hiện những khó khăn lớn trong việc đồng thời giảm giá cước và phát triển dịch vụ, vì giá cước giảm sẽ làm giảm lợi nhuận tức thời của doanh nghiệp, dẫn đến cản trở sự phát triển các dịch vụ mới. Nhưng đây là hai vấn đề mà các nhà khai thác viễn thông cần phải thực hiện nếu muốn cạnh tranh hiệu quả trong bối cảnh mở cửa của thị trường viễn thông.

Quy hoạch mạng: Quy hoạch mạng hiện nay đang là một vấn đề cần quan tâm đối với các mạng di động. Khi mạng lưới phát triển càng lớn, số lượng thuê bao càng tăng thì hiện tượng nhiễu giữa các lân cận cũng tăng tương ứng. Do đó vấn đề tối ưu hoá mạng thông tin di động trong quá trình phát triển đi lên thông tin di động thế hệ thứ ba là rất cần thiết.

Xây dựng cơ sở hạ tầng viễn thông: Điều kiện tiên quyết để phát triển hệ thống di động

băng rộng là các mạng xương sống backbone phải có dung lượng đủ lớn và công nghệ tương thích với mạng core network của 3G, 4G. Nói một cách khác, thước hết phải phát triển các dịch vụ có tốc độ các và linh hoạt như ATM… Đồng thời cũng phải tăng tốc độ cho các kết nối vào Internet vì mục đích chính của việc tăng tốc độ truyền dữ liệu cho thuê bao là tăng tốc độ thuy cập Internet. Mô hình phát triển của công nghệ di động từ 2G lên 4G:

Hình 4.1: Mô hình phát triển lên 4G từ hệ thống GSM

4.2. TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI LÊN 4G TỪ 2.5 G CỦA MẠNG VIETTEL

Để có thể đưa ra được các bước phát triển theo mỗi giai đoạn, chúng ta cần xem xét xu hướng phát triển mạng 3G trong tương lai. Phiên bản 3GPP R5 đã hướng tới việc phát triển một mạng toàn IP. Các bước chuyển đổi cho các nhà khai thác GSM ở nước ta hiện nay là triển khai mạng lõi dữ liệu gói GPRS (IP) rồi mới đến WCDMA sẽ là phương án phù hợp nhất với một điều kiện duy nhất là mạng lõi IP của GPRS phải được sử dụng làm cơ sở cho mạng lõi của mạng 3G WCDMA. Để tiến lên 4G, có thể chia thành 5 giai đoạn. Giai đoạn đầu kết hợp GSM với GPRS, giai đoạn thứ hai thiết lập mạng UMTS, giai đoạn ba chuyển sang mạng lõi cơ sở IP, giai đoạn là mạng cơ sở IP, và cuối cùng là triển khai mạng 4G. Các bước chi tiết được giới thiệu như sau:

Giai đoạn 1: Kết hợp GPRS vào mạng GSM

Giai đoạn này dự kiến hoàn thành trong năm 2006. Thực chất vấn đề ở đây là chủ yếu nhằm vào việc chuẩn bị một mạng lõi IP cho 3G trong tương lai gần với hai nút mạng cho dịch vụ dữ liệu gói là GGSN và SGSN. GGSN được kết nối với mạng GSM đang có qua SGSN và PCU (Packet Control Unit). PCU được lắp đặt phía BSC với mục đích bổ sung chức năng điều khiển gói cho BSC trong quá trình khai thác dịch vụ GPRS.

Cấu trúc mạng GPRS được xây dựng trên nền của hệ thống GSM hiện tại. Hệ thống mạng truy cập của GSM được giữ nguyên mà chỉ cần nâng cấp phần mềm. Cụ thể BTS, BSC phải được nâng cấp phần mềm, MS phải có chức năng GPRS, HLR/VLR, AuC và EIR cũng cần được nâng cấp phần mềm để quản lý dịch vụ dữ liệu. Phân hệ mạng lõi được bổ sung thêm phần chuyển mạch gói với hai nút chính: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS(SGSN) và nút hỗ trợ cổng GPRS(GGSN). Bằng cách này, với nâng cấp không đáng kể, hệ thống có thể cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho thuê bao di động rất thích hợp với các dịch vụ dữ liệu không đối xứng. Giai đoạn này chủ yếu nhằm vào việc chuẩn bị một mạng lõi IP cho 3G trong tương lai gần với hai nút mạng cho dịch vụ dữ liệu gói là GGSN và SGSN.

Chức năng định tuyến chính được thực hiện thực hiện thông qua các điểm hỗ trợ, bao gồm: GGSN và SGSN. Bên cạnh đó có một mạng backbone để nối các điểm GGSN và SGSN với nhau, và một cổng biên giới để kết nối với các mạng PLMN khác. Ngoài ra còn tên miền để phục vụ cho mục đích biên dịch địa chỉ. có server quản lý

Hình 4.2: Cấu trúc mạng GSM-GPRS

Để tăng tốc độ trên giao diện vô tuyến, EDGE thay thế phương thức điều chế GMK của GSM (1bit/ symbol) bằng điều chế 8-PSK, tương ứng với 3bit/symbol. Tốc độ symbol của

một kênh vật lý trong EDGE là 271 kbit/s, tức là 69,2 kbp/khe thời gian, gấp 3 lần so với tốc độ 22,8 kbit/s /khe thời gian nếu dùng GSMK.

Bằng việc sử dụng lại cấu trúc của GPRS, EDGE có thể cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu gói với tốc độ từ 11,2 kbit/s đến 69,2 kbit/s cho một khe thời gian. Ngoài ra, EDGE còn hỗ trợ phương thức sử dụng nhiều khe thời gian để tăng tốc độ truyền gói lên 554 kbit/s.

Việc triển khai EDGE trong các hệ thống GSM đòi hỏi phải nâng cấp hạ tầng vô tuyến, còn phần core network sẽ không có nhiều thay đổi vì các node của GPRS, SGSN, GGSN đều ít nhiều độc lập với tốc độ truyền dữ liệu. Đối với các giao thức truyền trong suốt, EDGE sẽ thực hịên cơ chế tương tích kết nối (lin adaptation) để thay đổi các phương thức mã hoá và điều chế nhằm cung cấp các khe thời gian có chất lượng đáp ứng các yêu cầu về tốc độ bit và BER.

Giai đoạn hai: Triển khai mạng UMTS

Trong giai đoạn này, bên cạnh việc sử dụng các BTS GSM sẵn có, các trạm mới triển khai là các Node B (Node B Universal BTS), được kết nối với mạng di động qua các RNC (Radio Network Controler). Các RNC có thể nối trực tiếp với SGSN hoặc nối với MSC. Lúc này MSC và SGSN được thay đổi cho mục đích thích ứng với mạng UMTS nên gọi là MSCu và SGSNu. Những thay đổi này là cần thiết để từng bước xoá bỏ mạng GSM thế hệ hai, phát triển lên mạng 3G. Các Node B là các trạm thu phát gốc chung (Node B Universal BTS) tích hợp đầu tư về từ các site GSM đang tồn tại (tầng vĩ mô, M-Cell, InCell). Chúng rất linh hoạt để sử dụng lại/ triển khai các site đang tồn tại.

Trong giai đoạn này chúng ta tiến hành triển khai thử nghiệm mạng 3G tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh. Dự kiến thời gian tiến hành thử nghiệm là từ tháng 10/2006 đến 12/2006.

Hình 4.3: Mô hình triển khai mạng UMTS

Giai đoạn 3: mạng lõi cơ sở IP

Trong giai đoạn này, Viettel Mobile sẽ tập trung cho việc phát triển mạng lõi thông qua việc xây dựng một mạng lõi IP có tốc độ cao, sử dụng những công nghệ tiên tiến. Song song với quá trình này, Viettel Mobile sẽ nâng cấp MSC Server, MGW. MGW sẽ được nâng cấp lên để đảm bảo có những tính năng:

-Giao diện Gigabit Ethernet cho kết nối với mạng lõi IP. -Chức năng nén tín hiệu thoại GSM, có khả năng chuyển đổi mã tín hiệu PCM sang

IP và ngược lại.

Để đáp ứng việc phát triển thoại và dữ liệu, Viettel Mobile tiến hành đồng thời việc

nâng cấp MSC Server và MGW cùng với việc mở rộng dung lượng của chúng.

Giai đoạn này dự kiến được thực hiện từ tháng 6 năm 2007 với khả năng đáp ứng được

4 triệu thuê bao GSM và 1 triệu thuê bao 3G.

Hình 4.4: Mạng lõi cơ sở IP

Giai đoạn 4: Mạng cơ sở IP và triển khai mạng 3,5G

Trên cơ sở mạng lõi IP và mạng 3G đã được xây dựng, Viettel Mobile sẽ tập trung phát triển dịch vụ 3G cung cấp cho khách hàng. Điều này được thực hiện thông qua việc phát triển lên IMS và 3,5G cho toàn mạng. Cấu trúc mạng IMS trên nền tảng IP core sẽ đảm bảo được việc cung cấp các dịch vụ đa phương tiện trong tương lai cho khách hàng. Đây là quá trình chuyển dịch mạng di động sang hướng IP trên cơ sở một nền tảng dịch vụ IP linh động của IMS.

Đồng thời với các công nghệ tiên tiến trong 3,5G cũng giải quyết được các vấn đề đối với mạng truy nhập vô tuyến. Với các công nghệ HSDPA và HSUPA cho phép cải thiện đáng kể tốc độ dữ liệu tới người sử dụng. Đây là nền tảng và là bước chuẩn bị cho việc phát triển tiếp theo lên mạng 4G của Viettel Mobile. Mô hình cấu trúc mạng được thể hiện trên hình 4.5.

Hình 4.5: Mô hình mạng 3,5G Viettel Mobile

Các khía cạnh kỹ thuật thực hiện trong nội dung HSDPA bao gồm:

• Phát kênh chia sẻ • Điều chế và mã hóa thích ứng • Kỹ thuật phát đa mã • Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ. . . . .

Để nâng cấp từ công nghệ WCDMA lên HSDPA, thì cần phải thay đổi phần cứng và

phần mềm của RNC, Node B (BS), và UE. Sự thay đổi chính đó là ở lớp điều khiển truy

nhập môi trường (MAC: Medium Access Control), Node B có thêm MAC-hs để điều khiển

tài nguyên của kênh HS-DSCH. Node B cũng được cải tiến để có thể liên tục giám sát chất

lượng tín hiệu nhờ nhận được các bản tin về chất lượng kênh hiện thời, cho phép kích hoạt

giao thức HARQ từ lớp vật lý, giúp cho các quá trình phát lại nhanh hơn. Lớp điều khiển

truy nhập môi trường (MAC-Medium Access Control) được đặt tại Node B, do đó cho phép

truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và

nhanh hơn, cũng như điều khiển chất lượng chặt chẽ hơn. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã

hóa Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS-

DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120Kbps tới hơn 10 Mbps.

Hình 4.6: Thay đổi ở RNC và Node B

HSUPA sử dụng các kỹ thuật, công nghệ của HSDPA nhưng được áp dụng cho kênh đường lên.

Giai đoạn 5: Triển khai mạng 4G

Hình 4.7: Mô hình cấu trúc mạng 4G Viettel Mobile

Sau giai đoạn 4, thì mạng đã có dựa trên nền IP, có tốc độ khá cao. Trong

giai đoạn 5 này chúng ta cần nâng cấp giao diện vô tuyến, nâng cấp mạng thâm nhập vô

tuyến, thiết bị đầu cuối, để nó có tính linh hoạt trong quá trình giao tiếp với nhau. Ngoài ra,

thay thế dần IPv4 thành IPv6. Đưa ra một số giao thức chuẩn cho các mạng để dễ dàng

trong việc tích hợp các mạng với nhau. Với cấu trúc này, thì Viettel Mobile có thể cung cấp

được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, có tốc độ cao, chất lượng tốt. Lúc này, mạng có thể

tích hợp được với nhiều mạng khác nhau như WiMAX, WLAN,…

4.4 KẾT LUẬN

Với điều kiện của Việt nam và cơ sở hạ tầng viễn thông mà Viettel đang quản lý, việc nâng cấp từng bước mạng lưới thông tin di động nhằm tiến tới 4G, và trước mắt đáp ứng nhu cầu dịch vụ GPRS như đã đề cập ở trên là hợp lý và cần thiết. Qua từng bước phat triển như trên, ta có thể tận dụng nguồn cơ sở vật chất sẵn có, đồng thời tiếp cận được công nghệ hiện đại nhằm xây dựng một mạng lưới thông tin di động hiện đại, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng.

Việc phát triển các thông tin di động thế hệ thứ tư là một xu hướng tất yếu mà tất cả các quốc gia trên thế giới đều phải thực hiện. Tuy nhiên, phạm vi, mức độ và thời gian triển khai sẽ khác nhau đối với điều kiện cụ thể của từng quốc gia, từng khu vực.

KẾT LUẬN

Cùng với sự phát triển nhanh chóng về mọi mặt của đời sống xã hội, thì nhu cầu của

con người cũng ngày càng tăng trên tất cả các lĩnh vực. Đặc biệt trong lĩnh vực thông tin,

con người mong muốn thông tin được cập nhập nhanh nhất, dữ liệu được lấy với tốc độ cao.

Trong thông tin di động, công nghệ WCDMA ra đời là một bước phát triển lớn, nó làm tăng

tốc độ truy cập mạng lên đến 2Mbps, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ Internet di động đa

phương tiện với chất lượng được cải thiện so với 2,5G. Trong giai đoạn tiếp theo, người ta

phát triển một công nghệ mới đó là công nghệ HSDPA. Với nhiều kỹ thuật mới, công nghệ

này có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10Mbps. Tuy nhiên, công nghệ HSDPA cũng

chưa đáp ứng được hết được nhu cầu phát triển dịch vụ của con người. Người sử dụng

mong muốn mạng có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nữa, chất lượng dịch vụ tốt, đặc biệt là

có khả năng tích hợp được với các mạng không dây khác. Với yêu cầu đó, mạng thông tin

di động thế hệ 4 ra đời. Khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao lên đến 160Mbps, chất lượng

các dịch vụ tốt, khả năng tích hợp dễ dàng với các mạng khác, đã phần nào đáp ứng được

nhu cầu của con người.

Viettel hiện là một trong những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, di động hàng đầu

ở Việt Nam. Với mong muốn phục vụ người dùng các dịch vụ chất lượng cao, Viettel

không ngừng vận động, nâng cấp, phát triển mạng điện thoại di động của mình. Việc nghiên

cứu các xu hướng phát triển về công nghệ và dịch vụ mới cũng không nằm ngoài mục tiêu

này. Công nghệ 4G với những tính năng ưu việt của nó cũng như lợi ích trong việc cung

cấp và sử dụng dịch vụ là một xu hướng tất yếu cho các nhà cung cấp dịch vụ di động.

Chúng tôi mong muốn đề tài này sẽ là tài liệu có ích cho Viettel Mobile cũng như góp phần

nào trong việc định hướng về phát triển công nghệ cho mạng di động Viettel Mobile.

Chúng tôi xin chân thành cám ơn!

Các từ viết tắt

3G Third Generation 3GPP Third Generation Partnership Project

4G

Fourth Generation

AAL

ATM Adaptation Layer

AMC

Adaptive Modulation and Coding

ATM

Asynchronous Transfer Mode

BCCH

Broadcast Control Channel

BER

Bit Error Rate

BSC

Base Station Controller

BSS

Base Station System

BTS

Base Transceiver Station

CCCH

Common Control Channel

CDMA

Code Division Multiple Access

CN

Core Network

CPCH

Common Packet Channel

CPCH

Common Pilot Channel

CPCH

Common Packet Channel Power Control Part

PCP

CQI

Channel Quality Indicator

CRC

Cyclic Redundance Check

CS

Circuit Switching

CSCF

Call Session Control Function

DCH

Dedicated Channel

DPCCH

Dedicated Physical Control Channel

DPCH

Dedicated Physical Channel

DPDCH

Dedicated Physical Data Channel

DTX

Discontinuos Transmission

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM Evolution

ETSI

European Telecommunications Standards Institute

FACH

Forward Access Channel

FDD

Frequency Correction Channel Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Dự án hợp tác

thông tin di động thế hệ 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 Lớp thích ứng ATM

Điều chế và mã hóa thích ứng Chế độ phát không đồng bộ Kênh điều khiển quảng bá

Tốc độ lỗi bít Bộ điều khiển tạm gốc Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Kênh điều

khiển chung Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Kênh gói chung Kênh hoa tiêu

chung Phần điều khiển công suất kênh gói chung Chỉ thị chất lượng kênh Kiểm tra

vòng dư Chuyển mạch kênh Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi Kênh riêng Kênh

điều khiển vật lý dành riêng Kênh vật lý riêng Kênh dữ liệu vật lý riêng Phát không

liên tục Tốc độ số liệu tăng cường phát triển GSM Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu.

Kênh truy nhập đường xuống Ghép song công phân chia theo tần số

GGSN Gi

GMSC Gn Gp Gr Gs

GSM GTP-U

Gx HARQ HLR HSCSD HSDPA HS-DSCH HSPDSCH HSS HS-SCCH

HS-SICH IMS IP M3UA MAC MCS MEHO MGCF

MGW MIMO MRFC

Nút hỗ trợ GPRS cổng

Gateway GPRS Support Node Interface Between GGSN and External Network Giao diện giữa GGSN và mạng bên

ngoài.

Gateway MSC

Trung tâm chuyển mạch di động cổng

Interface Between Two GSNs

Giao diện giữa hai GSN

Interface Between Two GGSNs

Giao diện giữa hai GGSN

Interface Between SGSN and HLR/AuC

Giao diện giữa SGSN với HLR/AuC

Interface Between SGSN and Serving

Giao diện giữa SGSN với MSC/VLR

MSC/VLR

phục vụ

Global System for Mobile communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

User Plane Part of the GPRS Tunelling Protocol Phía người sử dụng của giao thức

Tunel GPRS

Any G Interface Hybrid Automatic Repeat Request

Giao diện G Yêu cầu phát lại tự động nhanh

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

High Speed Circuit Switched Data

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

High Speed Downlink Packet Access

High Speed Downlink Shared Channel

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao

High Speed Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc

độ cao

Home Subscriber Server

Kênh điều khiển chia sẻ cho HS

Shared Control Channel for HS-DSCH

DSCH

Shared Information Channel for HS-DSCH Internet Protocol Multimedia Subsystem

Kênh thông tin chia sẻ cho HS-DSCH

Internet Protocol

Giao thức Internet

MTP3-User Adaptation Layer Medium Access Control

Lớp thích ứng người sử dụng-MTP3 Điều khiển truy nhập môi trường

Modulation and Coding scheme

Lược đồ điều chế và mã hóa

Mobile Evaluated Handover

Chuyển giao quyết định bởi thuê bao

Media Gateway Control Function

Chức năng điều khiển cổng phương

tiện

Media Gateway Multi Input Multi Output

Cổng đa phương tiện Đa đầu vào đa đầu ra

Điều khiển chức năng tài nguyên đa

Multimedia Resource Function Controller

phương tiện

Xử lý chức năng tài nguyên đa phương

tiện

MSC Mobile Switching Centre MTP3b Message Transfer Part Level 3

Trung tâm chuyển mạch di động Mức 3 của phần truyền bản tin

NEHO Network Evaluated Handover

Chuyển giao quyết định bởi mạng

NW

Network

Mạng

PDN

Packet Data Network

Mạng dữ liệu gói

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị số liệu giao thức

PRACH Physical Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý

PS

Packet Switching

Chuyển mạch gói

MRFP Multimedia Resource Function Processor

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

Khóa dịch pha cầu phương

RAB

Kênh mang truy nhập vô tuyến

Radio Access Bearer

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RACH Random Access Channel

RAN

Mạng truy nhập vô tuyến

Radio Access Network

RANAP Radio Access Network Application Part

Phần ứng dụng mạng truy nhập vô

tuyến

Quỹ đường truyền

Radio Link Budget

RLC

Điều khiển liên kết vô tuyến

Radio Link Control

RNC

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

Radio Network Controller

RNS

Phân hệ mạng vô tuyến

Radio Network Subsystem

RR

Phương pháp vòng

Round Robin

RRC

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

Radio Resource Control

SCCP

Signalling Connection Control Part

Phần điều khiển nối thông báo hiệu

SCTP

Simple Control Transmission Protocol

Giao thức truyền dẫn điều khiển đơn

giản

RLB

Đơn vị số liệu phục vụ

Service Data Unit

SEG

Security Gateway

SGSN

SDU

Serving GPRS Support Node

SGW

Signalling Gateway

SMS

Dịch vụ tin ngắn

Short Message Service

SSCF-

Service Specific Co-ordination Function-

Chức năng điều phối đặc thù dịch vụ-

NNI

Network Node Interface

giao diện nút mạng

Giao thức định hướng theo nối thông

SSCOP

Service Specific Connection Oriented Protocol

đặc thù dịch vụ

TCH

TCP

Traffic Channel Transmission Control Protocol

Kênh lưu lượng Giao thức điều khiển phát

TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo thời

gian

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TE

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

TFCI

Transport Format Combination Indicator

Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng phát

TDMA Time Division Multiple Access

TFRC

Transport Format Resource Combination

Tổ hợp tài nguyên khuôn dạng phát

TFRI

Transport Format and Resource Indicator

Điều khiển khuôn dạng và tài nguyên

phát

Điều khiển công suất phát

TSN

Transmission Sequence Number

Số chuỗi phát

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức datagram người sử dụng

UE

User Equipment

Thiết bị người dùng

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM

Universal Subcriber Identity Module

Môđun chỉ thị thuê bao toàn cầu

UTRA

Universal Terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

cầu

Uu

VLR

Radio Interface for UTRA Visitor Location Register

Giao diện vô tuyến dùng cho UTRA Thanh ghi định vị tạm trú

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng

rộng

TPC Transmit Power Control

Tài liệu tham khảo

1. Thông tin di động thế hệ 3 Tác giả: TS Nguyễn Phạm Anh Dũng – Nhà xuất bản bưu

2. Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển Tác giả: TS. Đặng Đình Lâm, TS.

4. “WCDMA mobile communications system” Tác giả: Keiji Tachikawa, Tài liệu của NTT

5. “4G Mobile” Các tác giả: D.Rouffet, S. Kerboeuf, L. Cai, V. Capdevielle, Tài liệu của

6. “An Architecture Supporting Adaptation and Evolution in Fourth Generation Mobile

7. “Mobility Aspects in 4G Networks” Các tác giả: Frederic Paint, Paal Engelstad, Erik

8. Packet Scheduling and Quality of Service in HSDPA Tác giả: Pablo José, Ameigeiras

9. Tính toán mạng thông tin di động số cellular Tác giả: Vũ Đức Thọ - Nhà xuất bản Giáo

10. “High Speed Downlink Packet Access (HSDPA): Higher Data Rates for UMTS”,

11. “HSDPA for Improved Downlink Data Transfer”, QUALCOMM 12. http://www.3GPP.org 13. http://www.3GPP2.org 14. http://www.4g.co.uk/ 15. http://www.3g.co.uk/

1. điện – 2001. 2. Chu Ngọc Anh, ThS. Nguyễn Phi Hùng, ThS. Hoàng Anh – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – 2004. 3. 3. “The IMSIP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain” Các tác giả: Miikka Poikselka, Georg Mayer, Hisham Khartabil, Aki Niemi 4. DoCoMo, Nhật Bản 5. Alcatel 6. Communication Systems” Các tác giả: Christian Prehofer, Wolfgang Kellerer, Robert Hirschfeld, Hendrik Berndt, Katsuya Kawamura. 7. Vanem, Thomas Haslestad, Anne Mari Nordvik, Kjell Myksvoll, Stein Svaet 8. Gutiérrez. 9. Dục – 2003. 10. Naveen Shankpal. 11. 12. 13. 14. 15.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của các mạng di động 1

1.1. Giới thiệu hệ thống thông tin di động 4G 1

1.3. Các ứng dụng và dịch vụ trong 4G 9

1.2. Lịch sử và xu hướng phát triển 1

Chương 2 Mô hình cấu trúc mạng 4G 16

2.1 Cácyêu cầu về cấu trúc mạng mới 16

2.2. Mô hình mạng 4G 21

2.2.1. Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G 21

2.2.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G 23

2.3.Chức năng các phàn tử trong mô hình 25

2.3.1.Các phần tử mạng truy nhập vô tuyến 25

2.3.2. Các phần tử của mạng lõi 29

2.3.3. Chức năng điều khiển 31

2.3.4. Dịch vụ: 34

2.4. Công nghệ trên IP và IP di động 35

Chương 3 Dịch vụ và chất lượng dịch vụ trong mạng 4G 37

3.1. Dịch vụ trong mạng 4G 37

3.1.1. Giới thiệu 37

3.1.2. Các loại dịch vụ cung cấp 37

3.2. Chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4G 44

3.2.1 Khái niệm QoS 44

3.2.2 Kiến trúc QoS 48

3.2.3 Các tham số QoS trong mạng di động 4G 51

3.2.4 Thách thức về chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4G 53

3.2.5 Bảo mật dịch vụ 54

Chương 4 Lộ trình tiến lên mạng di động thế hệ 4 cho mạng Viettel 57

4.1. Đặc điểm mạng thông tin di động Viettel 57

4.2. Tiến trình triển khai lên 4G từ 2.5G của mạng Viettel 58

4.3 Kết luận 65

KẾT LUẬN 66

PHỤ LỤC: CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.3: Ảnh hưởng qua lại giữa các lớp và tối ưu liên quan 9

Hình 1.4: Các dịch vụ và ứng dụng trong 4G 12

Hình 1.5: Mô hình các dịch vụ trong mạng 4G 15

Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G 16 Hình 2.2: Sự kết hợp các mạng khác nhau 17 Hình 2.3: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống 18

Hình 1.1: Các thế hệ di động 3 Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm 8

Hình 2.4: Tính di động của mạng 20

Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G 21

Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G 24

Hình 2.7: Nguyên lý OFDM 28

Hình 2.8: Cấu trúc chức năng của khối IP multimedia 33

Hình 4.1: Mô hình phát triển lên 4G từ hệ thống GSM 58

Hình 4.2: Cấu trúc mạng GSM-GPRS 60

Hình 4.3: Mô hình triển khai mạng UMTS 61

Hình 4.4: Mạng lõi cơ sở IP 62

Hình 4.5: Mô hình mạng 3.5G Viettel Mobile 63

Hình 4.6: Thay đổi RNC và Node B 64

Hình 4.7: Mô hình cấu trúc mạng 4G Viettel Mobile 64