Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng di động 3g

Tối ưu khi lập quy hoạch đã là một giải pháp tốt, phần nào thể hiện tầm nhìn phát triển mạng của các nhà cung cấp dịch vụ.. Chính vì vậy,với đề tài”Nghiên cứu các giải pháp đảm bảo chất

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Hồng Quân

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

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

Tuy nhiên, trên thực tiễn mạng lưới mạng 3G có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến dịch vụ, chất lượng mạng, phân bố lưu lượng,…vì thế mạng di động 3G cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để tăng chất lượng dịch vụ, mở rộng kinh doanh, phục vụ tốt khách hàng Ngoài ra khi bổ sung, mở rộng mạng lưới chất lượng mạng sẽ thay đổi kéo theo chất lượng dịch vụ sẽ thay đổi nên phải tính chất lượng hợp lý để đảm bảo hiệu quả kinh doanh

Trong vài năm gần đây, nhiều công trình đã được công bố xung quanh lĩnh vực lập quy hoạch mạng 3G[5,6,8], nghiên cứu nâng cao chất lượng dịch vụ 3G [5, 10] Các tác giả đã phân tích mạng, các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ thoại, video, hội nghị truyền hình,… Từ đó đã đề xuất các giải pháp để tối ưu mạng để đảm bảo chất lượng dịch vụ Tối ưu khi lập quy hoạch đã là một giải pháp tốt, phần nào thể hiện tầm nhìn phát triển mạng của các nhà cung cấp dịch vụ Tuy vậy có những vấn đề chưa tính hết trong phát triển

và khai thác mạng làm cho mạng giảm bớt tính tối ưu ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ Vì vậy việc phải kiểm tra, phát hiện sự cố và tối ưu lại để đảm bảo chất lượng mạng được đặt ra trong quá trình vận hành, khai thác mạng viễn thông

Chính vì vậy,với đề tài”Nghiên cứu các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng 3G” tác giả sẽ tập trung vào vấn đề nghiên cứu, phân tích, đề xuất các giải pháp nhằm đảm

bảo chất lượng dịch vụ cho mạng 3G, trong đó đi sâu vào các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ

Luận văn bao gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về dịch vụ và mạng 3G

Với mụ tiêu là giới thiệu tổng quan về mạng di động 3G, xu hướng phát triển của mạng Đồng thời giới thiệu có thể trên mạng và các đặc trưng cơ bản của chúng

Chương 2: Chất lượng dịch vụ mạng 3G

Để tạo điều kiện cho nghiên cứu các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ ở chương 3, chương này luận văn làm rõ định nghĩa QoS và mối quan hệ giữa 4 yếu tố trong QoS, phân loại dịch vụ người dung đầu cuối, các yêu cầu chất lượng dịch vụ và yêu cầu quản lý QoS

Chương 3: Giải pháp đảm bảo QoS cho mạng di động 3G

Chương 3 luận văn kết hợp với các kiến thức nêu ở chương 1, chương 2, kết hợp với các kiến thức đã học và kinh nghiệm bản than sẽ giới thiệu và phân tích một số độ đo hiệu năng dịch vụ mạng 3G, các tình huống xảy ra làm suy giảm chất lượng dịch vụ và đưa ra một số giải pháp, các bước thực hiện và minh họa bằng một vài cách xử lý trên mạng thực tế nhằm duy trì, nâng cao chất lượng dịch vụ mạng 3G

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ DỊCH VỤ MẠNG DI ĐỘNG 3G

Chương I sẽ giới thiệu chung về sự hình thành và cấu trúc mạng 3G WCDMA, các dịch vụ của mạng 3G, từ đó đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng di động 3G Đồng thời trong chương này sẽ đưa ra các đặc trưng cơ bản của các dịch vụ và mô hình kinh doanh dịch vụ mạng 3G để đề cập tới mối quan hệ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng

1.1 Giới thiệu

1.2 Tổng quan mạng di động 3G

1.2.1 Quá trình phát triển mạng 3G (WCDMA)

Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn

có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G theo hướng WCDMA

1.2.2 Định hướng công nghệ và dịch vụ theo tiêu chuẩn châu Âu do 3GPP qui định

Hình 1.2 Các phiên bản 3GPP

1.2.3 Kiến trúc mạng 3G

Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

CDMA băng rộng (WCDMA) đã được UMTS chọn làm công nghệ đa truy nhập WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio [Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.3) [3]

Hình 1.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

Một vài đặc tính của WCDMA là:

WCDMA là hệ thống CDMA băng rộng Các bit thông tin người sử dụng trải trên toàn bộ băng tần rộng (5MHz) bởi nhiều mã trải phổ trước khi truyền và được tái tạo bằng giải trải phổ ở phía thu

Tốc độ chip là 3.84 Mcps sử dụng trên một sóng mang có độ rộng băng tần xấp xỉ 5 MHz.Trong GSM, độ rộng băng tần sóng mang chỉ là 200kHz Trong khi các hệ thống CDMA băng hẹp, như IS-95, độ rộng băng tần sóng mang chỉ là 1.25 MHz Với độ rộng băng tần sóng mang lớn vốn có WCDMA cung cấp tốc độ dữ liệu người sử dụng cao và chắc chắn cũng có lợi ích thực hiện, như tăng nhiều loại đường truyền

WCDMA hỗ trợ tốc độ người dùng cao và hay thay đổi; Nói cách khác quan niệm đạt được Bandwidth on Demand (BoD) được hỗ trợ tốt Mỗi người sử dụng được cấp phát khung

10ms trong thời gian sử dụng, trong thời gian đó tốc độ đó được giữ không đổi Tuy nhiên, khả năng dữ liệu có thể thay đổi từ khung này đến khung khác giữa những người sử dụng WCDMA được thiết kế để triển khai cùng với GSM Do đó, chuyển giao giữa GSM và WCDMA được hỗ trợ

1.2.4 Điều khiển công suất

1.2.5 Chuyển giao

1.3 Dịch vụ mạng 3G

Không giống như các công nghệ viễn thông trước đây, người ta thường nhấn mạnh vào việc tìm kiếm các ứng dụng, với 3G sẽ có các hàng loạt các ứng dụng, nhiều ứng dụng đã được dự đoán sẽ được phổ biến rộng rãi, ch ng hạn như dịch vụ dựa trên địa điểm, các ứng dụng chơi game, và thể dục thể thao Tuy nhiên, các dịch vụ khác cũng sẽ phát triển và mở rộng Việc phát triển UMTS (3G), có khả năng đáp ứng các dịch vụ khác nhau như trong bảng 1.1 Dưới đây là một số ví dụ của các dịch vụ 3G có thể có khả năng tồn xuất hiện trong tương lai gần:

- Các dịch vụ về địa điểm

- Ngân hàng ảo, tiền tệ

- Gửi tin nhắn đa phương tiện

- Video theo yêu cầu, trên mạng thư viện, và sách điện tử thương mại

- Tin tức và giao thông, gọi điện video

- Ứng dụng Gaming

- Các dịch vụ bán vé, tương tác mua sắm

- Bản dịch trực tuyến, thông minh tìm kiếm

- Cuộc gọi video, nhận dạng giọng nói, và phản ứng

- Tương tác và trường học ảo, thuê bao nhận dạng hướng dẫn sử dụng (SIM) và thẻ tín dụng

Những dịch vụ này sẽ chạy cùng với tất cả các hệ thống hiện tại hiện đang có sẵn trong hệ thống truyền thông di động các mạng toàn cầu (GSM)

1.4 Một số khía cạnh về phổ

WCDMA: (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập

vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD & TDD

và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc

độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ

1.5 Các đặc trƣng dịch vụ 3G

Vì TTDĐ 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra TTDĐ 3G cũng được sử dụng cho các dịch vụ tiếng Nói chung TTDĐ 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ Với sự ra đời của WCDMA, hệ thống UMTS cho phép triển khai tất cả các loại dịch vụ trên môi trường vô tuyến.1.6 Mô hình kinh doanh dịch vụ mạng 3G

1.6.1 Mục tiêu của mô hình kinh doanh

1.6.2 Kế hoạch kinh doanh

Lĩnh vực đầu tiên liên quan đến nhu cầu mạnh mẽ trong việc tạo mô hình kinh doanh là việc quy hoạch của doanh nghiệp Nó có thể liên quan đến việc điều hành một thực thể mới, tìm kiếm các vị trí mới trong chuỗi giá trị hay chỉ trong phần mở rộng của các sản phẩm hiện hành và các danh mục dịch vụ UMTS là một trong những trưòng hợp đó

Trên thế giới việc cấp phép kinh doanh UMTS tất cả những tập đoàn, công ty đăng ký mới phải thực hiện một phân tích kinh doanh rất chi tiết và tỉ mỉ đưa ra thông tin về tính khả thi của việc đầu tư cùng với một mức lệ phí nhất định Tại Việt Nam cũng không ngoại lệ các nhà cung cấp dịch vụ đã phải đấu thầu để được cung cấp dịch vụ 3G Nhiều quy định trong giấy phép giống như nghĩa vụ, quyền hoặc sự cho phép liên quan đến lãnh thổ quốc gia, và việc chung hạ tầng, việc điều hành mạng, chất lượng của dịch vụ đều ảnh hưởng đến kế hoạch kinh doanh

1.6.3 Phát triển hạ tầng

Các vấn đề quan trọng khác liên quan đến mô hình kinh doanh là sự phát triển của cơ sở hạ tầng đã có, nâng cấp mạng lưới hoạt động để cung cấp dịch vụ 3G Từ quan điểm các nhà điều hành mạng UMTS, nó có thể là cần thiết để nâng cấp kỹ thuật như việc giới thiệu các phiên bản mới của UMTS(R4, R5 ) IMS, HSDPA…

1.6.4 Ngân sách

Mục tiêu quan trọng cuối của việc lập mô hình kinh doanh là quá trình lập ngân sách Trong các công ty viễn thông hiện đại, gần như không thể thực hiện bất kỳ ý tưởng mới nào nếu không có một số tài nguyên ngân sách lên kế hoạch cho nó trước Bởi vì điều này , lập ngân sách là một quá trình với đặc tính lặp đi lặp lại

Ba quan điểm chính của một quá trình lập ngân sách là:

- Kế hoạch ngân sách hàng năm

- Kế hoạch trung hạn (3-5 năm)

- Kế hoạch dài hạn

Sự khác biệt giữa chúng không tập trung chỉ vào một quan điểm thời gian Các yếu tố tạo nên sự khác biệt nữa là mức độ chi tiết của từng kế hoạch

1.6.5 Phương pháp lập mô hình kinh doanh

Có rất nhiều phương pháp lập mô hình kinh doanh Những phương pháp hay cách tiếp cận nào phù hợp nhất với nhu cầu cụ thể phụ thuộc rất nhiều vào mục tiêu cần đạt đuợc Các phương pháp khác nhau có mức độ chính xác khác nhau, nhưng yếu tố quan trọng đối với tính chính xác của kết quả kế hoach kin doanh không phải là lỗi gây ra bởi phương pháp

ma là bởi các giả định ban đầu Trọng lượng các lỗi của các giả định đầu vào liên quan đến lỗi tổng thể là lớn nhất và quan trọng nhất tuy nhiên việc lựa chọn phương pháp cũng không được bỏ qua Phần tiếp theo sẽ được trình bày một cách nhìn tổng quan về các phương pháp tạo mô hình kinh doanh và các cách tiếp cận khác nhau.[6]

1.6.5.1 Định lượng mô hình chi tiết

1.6.5.2 Phương pháp không định lượng khác

Kết luận chương

Hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS 3G dựa trên công nghệ truy nhập băng rộng phân chia theo mã WCDMA và đến nay hệ thống này đã được chuẩn hóa và sử dụng rộng rãi trên

thế giới Trong đó kiến trúc hệ thống truy nhập vô tuyến 3G (UTRAN) gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS), một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một

bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hay nhiều Node-B

Với 3G QoS yêu cầu cao hơn 2G Điều này do có nhiều dịch vụ yêu cầu tốc độ cao, các dịch

vụ được cung cấp trên băng thông rộng Các dịch vụ như cuộc gọi video, trao đổi dữ liệu đòi hỏi QoS cao hơn, do đó cần đảm bảo trễ truyền dẫn và chất lượng có thể chấp nhận được

So với dung lượng và vùng phủ sóng, QoS là vấn đề sống còn của hệ thống UMTS do tính chất của các dịch vụ và nhu cầu của thiết bị người dùng

Ngoài ra chương I cũng đưa ra mô hình kinh doanh dịch vụ 3G qua đó để nhận biết được sự ràng buộc về chất lượng dich vụ của các nhà cung cấp đối với các sản phẩm của mình

Yêu cầu QoS của khách hàng

QoS theo đánh giá của khách hàng

QoS dự kiến được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ

QoS thực tế được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ

CHƯƠNG II - CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG 3G

Chương II sẽ đưa ra định nghĩa về chất lượng dịch vụ và những đặc trưng cơ bản và các yêu cầu của dịch vụ Ngoài ra trong chương này sẽ đưa ra kiến trúc chất lượng dịch vụ của 3GPP và cách quản lý chất lượng dịch vụ của UMTS

2.1 Định nghĩa chất lượng dịch vụ

QoS được định nghĩa như sau: "QoS là các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của dịch

vụ, nó xác định mức độ hài lòng của khách hàng đối với dịch vụ"

Ma trận định nghĩa QoS được minh họa trong Hình 2.1 chỉ ra các tiêu chí đánh giá chất lượng của chức năng thông tin mà bất kỳ dịch vụ nào cũng phải cung cấp Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU-T) liệt kê các quan điểm sau về QoS [ITU-T G.1000]

Hình 2.1 Bốn góc nhìn của QoS 2.2 Phân loại dịch vụ người dùng cuối

Loại dịch vụ cung cấp trong mạng UMTS phụ thuộc vào chính sách của nhà khai thác và khả năng của đầu cuối di động UMTS cho rằng các ứng dụng chạy trong thiết bị đầu cuối có thể thông báo yêu cầu QoS, nhưng cơ chế thông báo thì lại nằm ngoài phạm vi tiêu chuẩn của UMTS, tuy vậy có thể chọn cách khác là sử dụng cơ chế SDP của SIP hay dùng H.245 Các kiểu đầu cuối đời đầu không có khả năng trao đổi yêu cầu QoS nên nhà khai thác ban đầu chỉ cung cấp QoS dựa trên loại thuê bao hoặc khả năng của thiết bị đầu cuối, và thường chỉ áp dụng cho một số loại khách hàng Ngoài ra, nhà khai thác cũng cung cấp QoS theo yêu cầu cho các khách hàng có yêu cầu cao hơn Do vậy, UMTS đề xuất một

số tình huống thiết lập QoS từ đầu cuối đến đầu cuối, cũng như phân biệt cơ chế sử dụng cho mạng lõi sử CS và PS dùng ATM và mạng lõi IM Phương pháp truyền thống là cơ chế QoS UMTS, trong đó profile QoS chứa trong phương pháp dịch hoạt ngữ cảnh PDP được

dịch thành tham số QoS B-ISUP Tham số này sẽ được gửi kèm với yêu cầu kết nối ATM Trong khi đó, IM đề xuất sử dụng bộ quản lý dịch vụ kênh mang để cung cấp QoS trên nền

IP

Như đã nói ở trên, lớp thuê bao được sử dụng để xác định QoS cung cấp cho khách hàng Lớp thuê bao được định nghĩa theo ba mức độ tin cậy và 4 mức độ trễ [7] Mức độ tin cậy chỉ ra xác suất mất, lặp, nhận sai thứ tự, và nhận sai một SDU Lớp 1, dùng cho các ứng dụng nhạy cảm với lỗi, đòi hỏi xác suất nhỏ hơn 10-9 Lớp 2 và 3, dùng cho ứng dụng kém hoặc không nhạy cảm với lỗi, có đòi hỏi thấp hơn nhiều Hai lớp này đòi hỏi lỗi gửi lặp và lỗi thứ tự là 10-5 và xác suất mất và hỏng được phép là 10-2 cho lớp 3, và 10-4 và 10-6 cho lớp

2

Những giá trị này cao hơn nhiều so với mức QoS dự kiến cho ứng dụng đàm thoại

Thông lượng kết nối thực tế sẽ phụ thuộc vào kết quả thỏa thuận cho kết nối chứ không dựa trên loại thuê bao

2.3 Những đặc trƣng và yêu cầu của dịch vụ

Khía cạnh khác nhau của các dịch vụ có liên quan đến phân bổ nguồn lực đầy đủ cho chúng Sau này, chúng được gọi là 'yêu cầu' và 'đặc điểm' yêu cầu bao gồm hỗ trợ chất lượng dịch vụ là cần thiết của các dịch vụ, trong khi đặc điểm của một dịch vụ mô tả sự xuất hiện của nó

2.3.1 Truyền tải dữ liệu

Thường thì quan điểm của người dùng cuối là ít quan tâm hơn đối với các loại sự kiện dịch vụ khác Tuy nhiên, có những trường hợp nhất định khi quan điểm của người dùng cuối có thể có liên quan Một trong số đó là nền tải dữ liệu, mà sẽ được sử dụng trực tiếp bởi người sử dụng cuối, ch ng hạn như các tập tin MP3 Trong những trường hợp như vậy, mong muốn thời gian tải về là biết trước