TỐI ƯU VÔ TUYẾN CHO CÁC MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI ĐỀ TÀI: Reduce Drive Test Costs and Increase Effectiveness of 3G Network Optimization

Bia TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC TỐI ƯU VÔ TUYẾN CHO CÁC MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI ĐỀ TÀI Reduce Drive Test Costs and Increase Effectiveness of 3G Network Optimization Hà Nội, tháng 052012 Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Hải Đăng Học viên Nguyễn Hải Cường MSHV CB110816 Lớp BK01 GIẢM CHI CHÍ DRIVE TEST VÀ TĂNG HIỆU QUẢ VIỆC TỐI ƯU HÓA MẠNG 3G TỔNG QUAN Ngày nay, việc tối ưu hóa mạng 3G là rất quan trọng cho các nhà khai thác mạng 3G hiện nay để thay đổi.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

TỐI ƯU VÔ TUYẾN CHO CÁC MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI

ĐỀ TÀI: Reduce Drive Test Costs and Increase Effectiveness of

3G Network Optimization

Hà Nội, tháng 05/2012

Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Hải Đăng

Học viên Nguyễn Hải Cường

MSHV CB110816

Lớp BK01

GIẢM CHI CHÍ DRIVE TEST VÀ TĂNG HIỆU QUẢ VIỆC

TỐI ƯU HÓA MẠNG 3G

TỔNG QUAN

Ngày nay, việc tối ưu hóa mạng 3G là rất quan trọng cho các nhà khai thác mạng 3G hiện nay để thay đổi cách tiếp cận của họ để tối ưu hóa mạng nếu họ muốn duy trì khả năng cạnh tranh và lợi nhuận Tuy nhiên những cái mà có thể chấp nhận được và có hiệu quả với mạng 2G và 2.5G thì không thể áp dụng được với tối ưu hóa mạng 3G nữa Nếu các nhà khai thác mạng muốn tạo ra một lợi thế cạnh tranh trong khi tung ra dịch vụ mới, họ phải triển khai thông minh hơn các công cụ và chiến lược cho phép tiết kiệm chi phí đầu tư OPEX và tối ưu hóa nguồn lực nội bộ

Ứng dụng này sẽ mô tả làm thế nào các nhà khai thác không dây ngày nay có thể đạt được hiệu quả tối ưu hóa mạng lưới bằng cách khắc phục một số thiếu sót điển hình của một chiến lược tối ưu hóa được kế thừa từ thế giới 2G Những thiếu sót này là một kết quả của chiến dịch drive test và tính toán các phần tử mạng Chúng bao gồm bỏ qua tính toán cho các họat động đường lên (uplink), dữ liệu thống kê được nghèo nàn, chi phí cao cho mỗi chiến dịch Tektronix đã chứng minh lợi ích của việc tiếp cận mới đối với tối ưu mạng là tích hợp việc

sử dụng thông tin dựa trên giao thức với các chiến dịch drive test theo yêu cầu Nhà mạng có khả năng không chỉ khắc phục việc tối ưu mạng 3G không hiệu quả mà còn nhận được việc tiết kiệm chi phí vận hành (OPEX) lên đến 60% Cuối cùng nhà mạng có thể khai trương thành công các dịch vụ mới mà không cần lo suy giảm chất lượng mạng

10 lỗi hàng đầu được giải quyết bởi OptiMon

1 Khả năng làm rõ các cell lân cận

- Thông qua việc provision các cell lân cận

- Các neighbor bỏ sót

2 Phát hiện việc chuyển giao qua lại (Ping Pong Handover)

3 Trễ lan truyền

4 Các quan hệ chuyển giao

5 Phân tích Ec/No

6 Phân bố và sử dụng RAB

7 Thông lượng HSDPA/HSUPA

8 Khoảng cách UE cho các dịch vụ

9 Ô nhiễm Pilot

10 Định vị địa lý các lỗi

GIỚI THIỆU

Hệ thống thông tin không dây ngày nay không như bất kì những gì chúng ta từng trải qua

Nó đặt các nhà mạng và tình thế khó khăn và dễ bị nhầm lẫn

Có những thực tế đang xảy ra và dẫn đến nhu cầu tối ưu mạng ngày càng nhiều.Những thực

tế này gồm:

Số lượng thuê bao 3G đang tăng lên (Đích hướng tới của các nhà mạng)

Lưu lựợng mạng tăng vì các xuất hiện đồng thời nhiều dịch vụ dữ liệu cao, điện thoại thông minh, (bao gồm các ứng dụng điện thoại iPhone dẫn đến việc sử dụng các dịch

vụ dữ liệu không chỉ dành cho các nguời dùng thương mại), và PC cards Các tùy chọn công nghệ mới đang đẩy mạng tới giới hạn trong phạm vi dung lượng và ứng dụng tài nguyên

Việc triển khai các phần từ mạng mới trong RAN ví dụ như HSPA NodeBs, MIMO antenna, hoặc nhu cầu tăng dung lượng hạ tầng truyền dẫn backhaul với việc phải provision thêm E1 cho NodeB

Những sự thay đổi liên tục môi trường không dây vì việc triển khai thường xuyên các nguồn phát radio mới cùng với sự thay đổi trong thành phố

Sự thay đổi nhân khẩu và hồ sơ của thuê bao dẫn đến nhu cầu tăng dung lượng để sử dụng trên các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao

Nhưng mặc dù có nhiều các thực tế nảy sinh như vậy nhưng các đội kĩ sư radio của nhà mạng vẫn phải giải quyết với 2G/2.5G Nên để cắt giảm thời gian đối với hạ tầng 3G mới trong khi đồng thời tham gia với mạng hiện có , nhiều nhà mạng đã đặt niềm tin trên đội dịch vụ chuyên nghiệp của các nhà cung cấp thiết bị để điều chỉnh và tối ưu hóa tài nguyên mạng Không may mắn thì để thực hiện điều này, nhà mạng bỏ qua cơ hội để xây dựng kĩ năng trên môi trường mạng 3G phức tạp hơn

Vấn đề nan giải khác là nhu cầu tăng chất lượng của các dịch vụ mới trong khi đối mặt với sức ép giảm chi phí vận để tối đa hóa ROI

Sử dụng cùng một cách tiếp cận của 2G và 2.5G đơn giản là không hiệu quả Nhưng vì nhà mạng không có thời gian để để tự xây dựng các kĩ năng mới, họ không có thể lựa chon nào khác để giám sát KPI của mình bởi các dịch vụ chuyên nghiệp Vì vậy dữ liệu có thể phù hợp với các khía canh của nhà cung cấp thiết bị hạ tầng nhưng có thể lại làm nhà mạng nhầm lẫn vì liên quan đến trải nghiệm người dùng

Hình 1: Tăng QoS/QoE và giảm chi phí

2G khác 3G ở bản chất và thiết kế

Một vài ví dụ về việc các mạng khác nhau thế nào là:

Trong một mạng GSM/GPRS, nó là dễ dàng để nhận được một cái nhìn hoàn chỉnh

về hiệu suất (call drops, attachment failures,v.v) từ mạng lõi (MSC, SGSN)

Trong 3G, MSC không phải là điểm trung tâm của các quyết định nữa cho việc quản

lí di động, quản lí cuộc gọi Phần lớn những chức năng này thuộc về RNC và chúng nămg một vai trò trung tâm trong mạng truy nhập UMTS

Truy cập vô tuyến 3G là phức tạp hơn nhiều trong kĩ thuật GSM/GPRS Vì vậy 80% của vấn đề mà nhà mạng gặp phải nằm trong RAM chứ không phải trong mạng lõi

Hình 2: Nhiệm vụ tối ưu điển hình ở mức RNC

Nó là quan trọng để chú ý rằng vì một nhà cung cấp dịch vụ không dây vận hành mạng 2G của họ vài lần, thiết lập thiết lập các tiến trình xử lí lỗi, không có nghĩa rằng các tiến trình đó

sẽ họat động tốt cho mạng 3G

Thực sự, sau khi phân tích tiến trình tối ưu điển hình đang được sử dụng ngày nay (ví dụ ở mức RNC như trong hình 2, nhà mạng nhận ra rằng có nhiều có rất nhiều chỗ để cải thiện tính hiệu quả và hiệu lực

Với tiếp cận đúng, việc tiết kiệm và hiệu quả đáng kể có thể đạt được trong mỗi nhiệm vụ được trình bày bởi các khối trong hình 2 Nhưng phần lớn các trường hợp thương mại có thể được thực hiện khi Drive Testing Drive testing là một ví dụ tốt để chỉ ra ra rằng nó là tốt với 2G nhưng không tốt cho 3G Trớ trêu là nó cũng là loại được sử dụng khi thực hiện tối

ưu

Hình 3 Nguồn của dữ liệu đầu vào để tối ưu GSM và UMTS

Tại sao Drive Testing không hiệu quả

Drive Testing trong mạng UMTS

Như đã nói ở trên, drive test là vẫn được sử dụng rộng rãi bởi các kĩ sư tối ưu 3G UMTS để thực hiện các nhiệm vụ sau:

Đánh giá hiệu suất mạng

Xác định các vấn đề mạng

Xác nhận hiệu quả của sự thay đổi được áp dụng để tối ưu mạng

Phân tích nguyên nhân gốc rễ của vấn đề

Nhưng thực sự chỉ các họat động phân tích nguyên nhân gốc rễ của vấn đề và đo Benchmark

là có hiệu quả Lí do nằm chủ yếu ở những đặc tính của drive test và các phương pháp test khác:

Dữ liệu Drive Test là lấy được mẫu

Việc lấy mẫu này xảy ra trong các miền không gian và thời gian nào đó Thậm chí trong phần lớn các trường hợp drive test cụ thể, dữ liệu được thu thập chỉ từ một phần nhỏ trong vùng phủ Trong miền thời gian, dữ liệu chỉ thu được từ một khoảng thời gian nhỏ mà nó thường không tương ứng với giờ bân của hệ thống Việc lấy mẫu kiểu này dẫn đến lỗi lẫy mẫu nghiêm trọng liên quan đến việc thống kê lặp lại và sự hợp lệ Ví dụ nếu một lỗi được tìm thấy thì nhà mạng chắc chắn thế nào về việc lỗi này sẽ xảy ra cho các điện thoại khác Tương tự, có thể nhiều loại máy xảy ra lỗi nhưng không được lấy mẫu trong lúc drive test

Dữ liệu Drive Test chỉ giám sát giám sát giao diện Uu

Vì vậy tất cả các lỗi mạng mà nó xuất hiện trên trên các giao diện khác không được hiẻn thị trong dữ liệu drive test Ví dụ không thể tìm thấy vùng phủ sóng vô tuyến vì nhiều trong UL

Drive testing đắt đỏ và tốn thời gian

Thực sự drive test là phương pháp đắt nhất cho tối ưu Mặc dù hệ thống drive test tự động được giới thiệu để giảm chi phí thì giá trị thực sự của nó cũng rất hạn chế Điều này là bởi vì việc họat động của vận tải công cộng là rất hạn chế bởi vùng địa lí giới hạn (ví dụ tuyến bus) So sánh với các phương pháp test khác, tổng chi phí vẫn cao

Drive testing có thể chỉ sử dụng hạn các loại máy điện thoại

Chỉ có vài loại máy đầu cuối mà nó sẵn sàng và tương thich với hệ thống drive test Hậu quả của hạn chế này là việc đo đạc drive test chỉ áp dụng với một vài loại máy vì vậy bỏ qua hiệu suất của các loại máy khác mà thuê bao đang sử dụng Khi chúng ta nhận định rằng hiệu suất toàn diện sẽ biến đổi theo mỗi loại máy, có thể dễ dàng hiểu tại sao drive test là không tương ứng khi đo hiệu suất toàn diện của các dịch vụ

Drive test trong các mạng 3G không thể bao gồm nhiều cách thức sử dụng mới

Việc sử dụng in-building (văn phòng và tòa nhà) đang phát triển nhanh chóng vì sự sẵn sàng của các dịch vụ mới và việc thành công các gói băng rộng không dây

Việc triển khai không cần thiết và giá của Drive Test

Cái kéo theo là ba trường hợp xác định mà việc sử dụng drive test có thể nhầm lẫn Điều này dựa trên các hành động thủ tục tiêu chuẩn và các lỗi điển hình

Sao chép khiếu nại của khách hàng

Nhiều sự cố được gán cho phòng tối ưu yêu cầu drive test để tái tạo một điều kiện hay cách họat động xác định liên quan đến các than phiền của khách hàng Các nhà mạng điển hình nhận khoảng 20 lỗi với 100000 thuê bao hàng tháng Thước đo đầu tiên để xác định là dù tốn thời gian và công sức để kiểm tra hay không Một ví dụ quan trọng là khi nhà mạng phải kiểm tra các than phiền liên quan đến việc cuộc gọi thường xuyên rớt có khoảng trống lớn giữa các vùng truy cập Lỗi này rất khó để tìm ra vì cung cấp được rất ít việc lấy mẫu thống

kê Drive testing (và trong trường hợp này toàn bộ chiến dịch) sẽ không chỉ tốn OPEX mà còn vô dụng vì so với thông tin có thể thu được bằng cách dùng giải pháp giám sát được toàn bộ dữ liệu mạng Với một cái nhìn hoàn chỉnh, nhà mạng sẽ có thể đo được đo được hiệu suất của mỗi cuộc gọi từ mọi máy di động ở mức độ Node B Nhà mạng cũng sẽ có khả năng tập trung vào các sự kiện, chỉ số hiệu xuất và xu hướng

Hình 4: Báo cáo phân tích khoảng cách truy cập

Sự sẵn sàng của các báo cáo chi tiết và tổng hợp dữ liệu cho phép phân tích và giải

quyết nhanh chóng hơn và chính xác hơn các trường hợp than phiền lỗi của khác hang

Trong ví dụ này,- các cuộc gọi rớt thường xuyên với các khoảng trống lớn giữa các

vùng truy cập – các thống kê khoảng cách truy cập (Access Distance) chỉ ra rằng có thể cách li nhanh chóng các trường hợp over- shooting mà những trường hợp này khó khăn để hình dung khi sử dụng phương pháp dựa trên Drive Test

Báo cáo có thể chỉ ra phân bố cuộc gọi theo khoảng cách Khoảng 15% cuộc gọi có

thể được nhấn mạnh sự tiềm tàng overshooting

Giảm các lỗi QoE vì ô nhiễm kênh Pilot

Với việc độ sẵn sàng gia tăng của mạng HSDPA, nhiễu DL trở thành một chủ đề quan trọng với ảnh hưởng tiêu cực trên toàn bộ QoE của lưu lượng HSDPA Nó là đáng kể vì phần lớn lưu lượng này là của các người dùng là doanh nhân, là bộ phận khách hàng đầu tiên mà nhà mạng muốn làm hài long họ Việc sử dụng drive test giới hạn việc tiếp cận chỉ đối với các khu vực có thể tiếp cận, cung cấp các số liệu thống kê hạn chế

Hãy xem ví dụ dưới đây Bên trái của hình biểu diễn một nhóm nhỏ người dùng không đảm bảo việc đăng kí trên một cell nhưng không đủ điều kiện để chọn lại cell Trong trường hợp này, các giải quyết được khuyến nghị là tìm một sự thỏa hiệp giữa cả hai vùng truy cập (tốt/xấu) Kinh nghiệm chỉ ra rằng việc giảm nghiêng có thể là một tùy chọn Nhưng vì thay đổi điều kiện vô tuytến, nhà mạng sẽ may măn xác định được lỗi này điển hình là trong hai giờ drive test

Hình 5: Hàm phân bố rời rạc trong phạm vi phân tích radio của trạm

Điển hình, giá trị -14dB là đủ để chọn lại cell nhưng đối với việc bắt đầu thủ tục

đăng kí thì giá trị -10 dB được yêu cầu

Một histogram chỉ ra phân bố của giá trị Ec/No sẽ cung cấp công cụ đồ họa tối ưu

nhất cho phân tích chất lượng đường xuống ở mức cell

Ứng dụng OptiMon phân tích phần vô tuyến của cell cho phép tạo nên các lược đồ

dựa trên một lượng lớn dữ liệu Chức năng này giúp kĩ sư tối ưu giải quyết các vấn

đề mà chúng rất khó khăn để thực hiện khi sử dụng các chiến dịch Drive test trong 2 giờ

Hàm phân bố rời rạc trong hình chỉ ra rằng giải pháp dựa trên phân tích giao thức

có thể lấp đầy khoảng trống của phân tích dựa trên Drive Test và giải pháp thời gian giải quyết

Các vấn đề can nhiễu đường lên

Như đã chứng minh trong ví dụ trước đây, hệ thống drive test không thể đơn giản đo hiệu suất đường lên Một vài nhà mạng nhận ra điều này nhưng đã lựa chọn bỏ qua vấn đề bởi vì

họ cảm thấy chỉ một phần nhỏ các cell của họ bị ảnh hưởng bởi can nhiễu đường lên Trong khi toàn bộ các cell bị ảnh hưởng có thể chỉ nằm ở 0.5 đến 1%, tác động thực sự là rất lớn QoS bị ảnh hướng vì rớt cuộc gọi, chất lượng thoại và thông lượng có thể dẫn đến làm tăng chi phí xử lí thẻ lỗi (trouble ticket) và là tăng số lượng các khách hàng không hài long tiềm tang

Các báo cáo co thấy rằng với việc khai trương các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao trong 3G, QoE được cảm nhận bởi ngừoi dùng trong cố gắng đầu tiên sử dụng sẽ gần như xác định thái độ của khách hàng khi dịch vụ hay mua dịch vụ đó trong tương lai Nói các khác, vấn đề là ấn tượng đầu tiên Cuối cùng, kĩ sư tối ưu ngừoi mà chỉ dựa trên drive test nên nahnh chóng xem xét các tiếp cận khác để ngăn chặn việc giảm chất lượng và mất doanh thu

Tiếp cận 3G đối với tối ưu mạng

Đối với thông tin không dây 3G, các công cụ tối ưu mạng dựa trên giao thức là một lựa chọn

lí tưởng cho truy nhập mạng xác định các lỗi mạng tiềm tàng Các vùng lưu lượng lớn hơn

có thể được giám sát bằng một hệ thống Mỗi UE trở thành một đầu dò cung cấp dữ liệu đo đến hệ thống tối ưu dựa trên giao thức

Các công cụ tối ưu dựa trên giao thức có những ưu điểm sau:

Các kết quả kiểm tra là có tính thống kê thực sự Một cách điển hình tất cả các cuộc gọi

và từ một vùng rộng lớn được giám sát và phân tích (Ví dụ một chuỗi các NodeBs trong một RNC) được giám sát và phân tích Phương pháp này là rất hiệu quả đối với việc tìm kiếm và

xử lí lỗi mạng

Rất nhiều giao diện không thể được nhìn thấy từ mạng máy điện thoại có thể được giám sát Các giải pháp tối ưu dựa trên giao thức (giám sát lưu lượng trên Iub, IuCP/PS, Iur)

có thể có được một bức tranh hoàn chỉnh của toàn bộ mạng truy nhập vô tuyến

Chỉ cài đặt một lần, ít tài nguyên được yêu cầu Điều này hoàn toàn không giống như

drive test, chúng yêu cầu nhiều thời gian và tài nguyên

Lưu lượng có thể được lưu trữ để phân tích thêm Bằng cách ghi lại số liệu, việc phân

tích nguyên nhân gốc là rất đơn giản và thời gian đựoc rút ngắn

Hình 6 Mở rộng việc giám sát mạng với sự thông minh dựa trên phân tích giao thức

Case Study: Drive Testing có thể giảm tới 60%

Mặc dù hạn chế của drive test đã được đã được nói tới ở trên nhưng nhà mạng vẫn đặt niềm tin trên drive test vì hai tính năng sau:

Toàn bộ việc đo được thu thập bởi drive được tham khảo địa lý

Kinh nghiệm người dùng cuối có thể được truy cập bằng cách đo trên giao diện Uu Nhà mạng có thể thay vì đạt được hiệu quả quan trọng bằng việc tập trung vào sử dụng drive test chỉ ở những nơi drive test thể hiện điểm mạnh của mình Ví dụ hệ thống drive test có thể tạo lưu lượng mức ứng dụng được sau đó được phân tích bởi giải pháp dựa trên giao thức trên các giao diện Iub và Iu Kết quả là một các tiếp cận hiệu quả để sửa lỗi thông lượng dữ liệu đã được tạo ra

Nhưng đối với đánh giá hiệu suất mạng hay xác định lỗi, giải pháp tối ưu dựa trên giao thức

là một sự lựa chọn hiệu quả và thành công

Trong một thực nghiệm tối ưu với một nhà mạng di động của Châu Âu, các tiến trình sau đã được thực hiện:

OptiMon của Tektronix, một giải pháp tối ưu dựa trên giao thức được cài đặt để theo dõi và phân tích một vùng địa lý lớn hơn

Các kĩ sư mạng được sử dụng để xác định và kiểm tra các lỗi tiềm tàng

Drive Test được thực hiện chỉ trong trường hợp nơi các kĩ sư mạng không thể tìm ra được nguyên nhân gốc với giải pháp dựa trên giao thức và dữ liệu thu được từ site được yêu cầu

Các kết quả thu được từ thử nghiệm là rất ấn tượng Trước khi bắt đầu thực nghiệm, drive test được thực hiên thường xuyên theo một chu kì định trước Thêm nữa, các drive test theo yêu cầu được thực hiện khi cần tìm lỗi

Trong dự án, không chỉ việc drive test theo chu kì được giảm hầu như là bằng không, mà số lượng các bài kiểm tra theo yêu cầu giảm vì khả năng phát hiện và sửa lỗi được cung cấp bởi OptiMon

Tóm lại, toàn bộ hiệu quả đều tăng (với thời gian giải quyết lỗi nhanh hơn) và việc drive test được giảm tới 65%

KẾT LUẬN

Mặc dù rất hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong tối ưu 2G/2.5G, drive test không phải là câu trả lời tất cả trong một đối với các thách thức từ 3G Drive testing không hiệu quả bởi giá thành cao, cũng như giới hạn của tiếp cận dựa trên chiến dịch (campaign-based), việc không có khả năng giải quyết các lỗi được tạo ra trong mạng truy nhập vô tuyên 3G Nhà mạng phải thiết kế lại quá trình tối ưu mạng của họ, phải trông đợi vào giải pháp tối ưu dựa trên phân tích giao thức đối với phần lớn các họat động, việc sử dụng drive test chỉ đối với các chiến dịch tìm kiếm và sửa lỗi cụ thể và thực hiện đo tiêu chuẩn cạnh tranh Bằng các