tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON để QUY HOẠCH, NÂNG cấp và tối ưu hóa MẠNG TRUYỀN dẫn 3g WCDMA

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON ĐỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP VÀ TỐI ƯU HÓA MẠNG TRUYỀN DẪN 3G WCDMA Học Viên : Ngô Minh Đức Lớp : K12 - KTĐT Chuyên ngành :

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON

ĐỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP VÀ TỐI ƯU HÓA

MẠNG TRUYỀN DẪN 3G WCDMA

Học Viên : Ngô Minh Đức

Lớp : K12 - KTĐT

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

HDKH : PGS.TS Nguyễn Thanh Hà

THÁI NGUYÊN - 2011

Cán bộ HDKH: PGS.TS Nguyễn Thanh Hà

Phản biện 1 : PGS TS Nguyễn Quốc Trung

Phản biện 2 : PGS TS Nguyễn Hữu Công

Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học số 2, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Vào 7 giờ 30 phút ngày 22 tháng 12 năm 2011

Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

1 Tính cấp thiết của đề tài

Với việc ngày càng phổ biến của băng rộng di động, giá cước

dữ liệu đang ngày càng giảm Hơn nữa, áp lực giảm giá đến từ các thuê bao đã quen với các mức giá của băng rộng cố định sẽ làm làm cho xu hướng hình thành một mặt bằng cước giữa các mạng di động ngày càng trở nên rõ nét Chỉ cần một nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu một dịch vụ nào đó thì các nhà cung cấp khác buộc phải “chạy theo” nếu muốn duy trì thế cạnh tranh Theo phân tích của NSN, mức cước bình quân trên một Mb sẽ giảm tối thiểu là 10%/năm

Giá cước dữ liệu giảm cho thấy các nhà cung cấp dịch vụ đang phải đối mặt với một thách thức đáng kể để đạt được tốc độ tái đầu

tư nhanh cho hạ tầng và các dịch vụ mới Một giải pháp để vượt qua thách thức này là tối ưu hóa mạng backhaul di động

Các mạng hiện nay đang nâng cấp để đáp ứng nhu cầu bùng

nổ về băng rộng di động Nhiều mạng truy nhập vô tuyến 3G hiện có đang được nâng cấp lên HSPA Tuy nhiên trong tương lai sẽ còn một khối lượng lưu lượng khổng lồ đến từ việc triển khai các công nghệ

vô tuyến mới như WiMAX, I-HSPA và LTE Tất cả các vấn đề đó dẫn đến việc tăng áp lực lên mạng backhaul di động Để đảm bảo nguồn doanh thu hứa hẹn từ các dịch vụ dữ liệu tiên tiến, ngay từ bây giờ các nhà cung cấp dịch vụ cần nhanh chóng xây dựng một mạng backhau có khả năng đáp ứng dung lượng lớn Điều đó có nghĩa là chi phí dành cho các mạng backhaul sẽ tăng lên Khi đó, tối ưu hóa chi phí mạng backhaul sẽ trở thành vấn đề then chốt đối với hầu hết các nhà khai thác Những đầu tư thông minh cho mạng truyền tải lúc này sẽ đem lại cơ hội giảm chi phí khai thác trong tương lai

ECI (ECI Telecom, nhà cung cấp toàn cầu các giải pháp mạng thế hệ mới) cho rằng, thị trường Việt Nam hiện nay, 3G đang tạo đà

cho sự phát triển các dịch vụ gia tăng trên mạng di động Cho tới nay

đã có khoảng 14.5 triệu người sử dụng 3G Sự tăng trưởng nảy sinh

từ khuyến mại về giá và phong cách sống ngày càng di động Dự kiến số lượng thuê bao 3G phát triển tới 73 triệu vào năm 2014 (chiếm 26.6% tổng thị trường) Trong đó, di động băng thông rộng là khu vực tăng trưởng rộng lớn nhất, chủ yếu được thúc đẩy bởi truy nhập Internet động phục vụ công việc và giải trí Đồng thời, các nhà mạng có xu hướng tiếp tục giảm của ARPU (Dự kiến giảm từ 5,5 đô

la Mỹ năm 2009 xuống 5 đô la Mỹ trong năm 2010) Trong khi đó, lợi nhuận của các dịch vụ di động mới đặc biệt nhạy cảm với chi phí truyền dẫn backhaul

Nhiều hạ tầng mạng backhaul hiện có vẫn gắn liền với công nghệ leased-line và các mạng tự xây dựng đang sử dụng chỉ được giới hạn ở phân kết tập lưu lượng lớp 2 (loại dựa trên ATM) Kiến trúc cũ này không còn phù hợp khi cung cấp dung lượng lớn hơn Cụ thể khi thêm vào các đường leased-line thì chi phí sẽ tăng theo hàm

mũ Như vậy có nghĩa là về phương diện kinh tế thì công nghệ này không đáp ứng được yêu cầu

Để đạt được cả 2 mục tiêu là giảm giá thành và tăng dung lượng cần phải phát triển mạng backhaul với yêu cầu: Giảm OPEX (Tổng chi phí vận hành,…) trong dài hạn; Đạt được hiệu quả trong CAPEX (Tổng chi phí triển khai, ); Có khả năng mở rộng mạng truyền tải; Tương thích với các công nghệ sẽ được sử dụng trong tương lai

Để thực hiện được ý tưởng đã nêu tác giả chọn đề tài:

“Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON để quy hoạch, nâng cấp

và tối ưu hóa mạng truyền dẫn 3G WCDMA”

2 Ý nghĩa của đề tài

2.1 Ý nghĩa khoa học

- Tìm hiểu về công nghệ 3G WCDMA

- Tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ PON

- Nghiên cứu và giải quyết bài toán tối ưu cho mạng truyền dẫn 3G WCDMA

2.2 Ý nghĩa thực tiễn

Luận văn đã đưa ra một trong các hướng cho bài toán tối ưu, giải bài toán tối ưu đó để đạt được cả 2 mục tiêu là giảm giá thành

và tăng dung lượng cần phải phát triển mạng backhaul với yêu cầu: Giảm OPEX (Tổng chi phí vận hành, …) trong dài hạn; Đạt được hiệu quả trong CAPEX (Tổng chi phí triển khai,…); Có khả năng mở rộng mạng truyền tải; Tương thích với các công nghệ sẽ được sử dụng trong tương lai Tôi đề xuất giải pháp mạng tích hợp PON – WCN để ứng dụng công nghệ PON cho nâng cấp, quy hoạch và tối

ưu cho backhaul trong mạng 3G

Chương 1 : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG

THẾ HỆ THỨ BA W-CDMA 1.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA

Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện

vô tuyến và đặc trưng riêng của chúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng W-CDMA 3G

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập

đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA

và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA nằm trong dải tần

1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz

W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ

ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các

kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác

1.2 Cấu trúc mạng W-CDMA

1.3 Kết luận chương

Chương này đã giới thiệu được công nghệ W-CDMA , cấu trúc mạng W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và giao diện vô tuyến

Chương 2:

CÔNG NGHỆ PON VÀ CÁC CHUẨN HÓA PON 2.1 Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON 2.1.1 AON.

2.1.2 Mạng PON

2.1.3 Các chuẩn trong mạng PON

2.1.3.1 B-PON

2.1.3.2 BPON và Gigabit PON

2.1.3.3 WDM-PON

2.1.3.4 CDMA-PON

2.1.4 Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON

2.1.4.1 Bộ tách/ghép quang

2.1.4.2.Topo hình cây

2.1.4.3 Topo dạng bus

2.1.4.4 Topo dạng vòng

2.1.4.5 Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ

2.1.5 PON MAC layer

2.1.5.1 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control Protocol)

2.1.5.2 PON với kiến trúc IEEE 802

* Định hướng nghiên cứu:

Xuất phát từ các cơ sở khoa học đã trình bày ở trên, để tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về công nghệ PON, mạng truyền dẫn Với ý tưởng muốn tìm bài toán tối ưu cho mạng truyền dẫn phục vụ nhu cầu dung lượng, lưu lượng đa dịch vụ dữ liệu của mạng 3G

WCDMA Đề tài luận văn mang tên “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ PON để quy hoạch, nâng cấp và tối ưu hóa mạng truyền

dẫn 3G WCDMA” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

CHƯƠNG 3:

ỨNG DỤNG PON

ĐỂ QUY HOẠCH, NÂNG CẤP, TỐI ƯU HỆ THỐNG

TRUYỀN DẪN CHO MẠNG 3G 3.1 Giới thiệu:

3.2 Nhu cầu tối ưu hóa mạng Backhaul

3.3 Quy hoạch mạng tích hợp PON-WCN

3.3.1 Mô hình hệ thống PON-WCN tích hợp

Các đối tượng chính trong PON-WCN tích hợp 3.3.1.2 Các chế độ tích hợp

• Tích hợp theo Peer-to-Peer

• Tích hợp theo Overlay

• Tích hợp theo Radio-over-fiber

3.3.2 Truyền dẫn kết hợp trong PON-WCN tích hợp

3.3.3 Mô hình phủ và truyền sóng vô tuyến.

3.3.4 Mô hình truyền dẫn trong sợi quang.

Định nghĩa 5.1 Bài toán DSP-PW.

Xây dựng công thức toán học:

3.4 Giải pháp.

3.4.1 Chia tách các bài toán

Mô hình chia tách bài toán (DSP-PW)

3.4.2 Xấp xỉ tuyến tính dựa trên sự tái lập lại.

Đồ thị tuyến tính của hàm lồi f ( ).

Lưu đồ thuật toán của giải thuật xấp xỉ ε cho đường cong tuyến tính f

(

k

 )

3.5 Các kết quả số học và các nghiên cứu điển hình.

2-D đường viền của tốc độ đạt được so sánh trong CT và chế độ NCT

Minh họa kịch bản (I) cách bố trí mạng lưới của AOI.

3.6 Tổng kết.

Trong chương này, tôi đã nghiên cứu bài toán xác định kích thước mạng và quy hoạch vùng trong kiến trúc một kiến trúc PON WCN tích hợp cho FMC Kiến trúc tích hợp được xác định có giá trị kinh tế và hiệu năng bằng cách tận dụng lợi thế của CT đa tế bào Bài toán này dẫn đến một khuôn khổ tối ưu hóa mới Tôi đã cung cấp một giải pháp dựa trên phân chia bài toán và xấp xỉ tuyến tính để giải quyết bài toán phức tạp một cách hiệu quả Các nghiên cứu điển hình

đã cho thấy một giảm đáng kể chi phí cơ sở hạ tầng, cải thiện hiệu quả phổ tần và khả năng mở rộng với CT đa tế bào Với một tập hợp các các thông số mạng, khuôn khổ tối ưu hóa được đề xuất có thể hướng dẫn thiết kế việc triển khai mạng và dự toán chi phí

Số lượng các ONU-BS so với tăng tỷ lệ nhu cầu về lưu lượng của tất

cả các VIP

Bố cục của các PS, CP và các ONU-BS có được sau khi giải quyết

bài toán DSP-W trong kịch bản (I)

Kết quả tối ưu hóa cây PON ( bao gồm bố cục sợi quang và vị trí đặt

các bộ chia quang) trong kịch bản (I)

Chương 4:

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI

Các nghiên cứu trong luận án này tập trung vào quy hoạch vị trí trong các mạng truy cập băng thông rộng cho các cơ sở dân cư và các khu kinh doanh các dịch vụ không dây và di động Trong phần này, tôi xác định một số hướng nghiên cứu cho công việc trong tương lai như sau

• Thiết kế phần quy hoạch phân bổ Vị trí và Quy hoạch tần số.

Đối với một mạng truy cập không dây quy mô lớn bao gồm khu vực đô thị, một chương trình tối ưu tái sử dụng tần số là rất quan trọng để tăng năng lực của một hệ thống không dây Mặc dù quy hoạch tần số có thể được thực hiện sau khi quy hoạch vị trí, một thiết

kế chung của quy hoạch vị trí và quy hoạch tần số có thể đạt được hiệu suất tốt hơn và khó khăn hơn rất nhiều Chúng ta có thể mở rộng nghiên cứu hiện nay của Chương 3 bằng cách giả định yếu tố tái sử dụng tần số là một Nói cách khác, một khía cạnh khác thiết kế kích thước mạng có thể được xem xét cùng với quy hoạch vị trí để tăng thêm hiệu suất hệ thống trong điều kiện của việc sử dụng băng thông không dây

• Phân bố trong các mạng cảm biến không dây (WSNs) theo CT.

Các mạng cảm biến không dây được ứng dụng theo định hướng, chẳng hạn như giám sát an ninh, môi trường và quan sát thời tiết, nơi làm việc và các ứng dụng quân sự Thời gian tồn tại mạng và / hoặc kết nối hiệu lực luôn là mối quan tâm chính cho WSNs Bên cạnh đó, sự vững mạnh và khả năng phục hồi khi có sự lỗi hệ thống cũng rất quan trọng, đặc biệt là trong các ứng dụng nhận biết bảo mật Ví dụ, các WSN giám sát an ninh có thể yêu cầu mỗi điểm được

bao phủ bởi ít nhất hai bộ cảm biến như vậy khi cảm biến bất kỳ bị tổn thương, một cảm biến khác vẫn có thể hoạt động CT có thể được

áp dụng trong các mạng cảm biến không dây hoạt động trên nguồn accu Bằng cách tận dụng lợi thế của công nghệ CT, hiệu quả sử dụng có thể được cải thiện và do đó tuổi thọ mạng có thể được tăng lên Một sựu phân bố tối ưu của một WSN dựa trên CT có thể không chỉ cải thiện lỗi mạnh mẽ, nhưng cũng có thể làm tăng tuổi thọ mạng

• Phân bố mạng dọc theo đường quốc lộ, cao tốc (tính di động cao của các user)

Trong các mạng này, một số thiết bị không dây như bộ định tuyến hoặc các bộ cảm biến được triển khai trên lề đường, đóng vai trò như AP Vai trò của các điểm truy cập thường gấp hai lần: một là

để cung cấp kết nối cho các du khách yêu cầu dịch vụ truy cập Internet, khác là để theo dõi tình hình giao thông và phản ứng tai nạn một cách nhanh chóng bằng tin nhắn báo động phát thanh truyền hình Các AP được kết nối với các cổng có liên kết trực tiếp với Internet Do đó, mạng này tạo thành một kiến trúc ba lớp bao gồm các cổng, AP bên đường và các thiết bị đầu cuối theo xe Sau đó, hai vấn đề vị trí phát sinh cho việc triển khai cơ sở hạ tầng, đó là, vị trí

AP và triển khai cổng Mục tiêu của vị trí AP là để trải toàn bộ con đường để mỗi xe có thể được liên kết với ít nhất một AP Và bài toán

bố trí các gateway, vì việc để mỗi AP kết nối với một gateway không phải là không cần thiết và cũng không phải liên tục Thay vào

đó, ta có thể chỉ đặt một số gateway trong mạng Vì vậy, vấn đề là làm thế nào để tối ưu đặt các gateway với một số yêu cầu cụ thể, chẳng hạn như tổng số điện năng tiêu thụ tối thiểu, hoặc số hop tối thiểu trung bình từ các điểm truy cập đến gateway Do hiệu ứng fading máy chủ được gây ra bởi sự di động của các xe, tương tự như

vậy, CT có thể được áp dụng để cải thiện tốc độ truyền dẫn và độ tin cậy nhờ tăng sự đa dạng không gian Vì vậy, chúng ta cũng có thể thực hiện theo các phương pháp luận của nghiên cứu này và mở rộng khuôn khổ tối ưu hóa để AP và vị trí gateway trong mạng dành cho tính di động của các user dựa trên CT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Quang Minh, Công nghệ và chuẩn hóa mạng quang thụ động [2] LGIC - Tổng cục bưu điện, “Thông tin di động (2 tập),” Nhà

xuất bản KHKT, 1997

[3] Minh ngọc – Phú Thành, “Mạng viễn thông chuyển giao dịch

vụ trên mạng,” Nhà xuất bản thống kê, 2002

[4] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3 (2

tập),” Nhà xuất bản bưu điện, 2001

[5] Josep Prat, Next-Generation FTTH Passive Optical Network,

Springer Press, 2008

[6] IEEE Standard for Information Technology, IEEE 802.3ah

Ethernet in the First Miles Task Force, D3.3, April 19,2004

[7] ITU-T Rec.G.983.1, Study Group 15, “Broadband optical

access based on passive optical network”, Oct.1998

[8] W.Huang, X.Li, C.Xu, X.Hong, C.Xu and W.Liang, “Optical

transceivers for fiber-to-the-premises application : System

requirement and enabling technologies”, J.Lightwave Technol,

vol.25, pp.11-27, 2007

[9] Cedric F.Lam, Passive Optical Network: Principle and Practice, Academic Press, 2007

[10] Govind P.Agrawal, Fiber-Optics Communication System,

Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, 2002

[11] J.S.Lee, C.Nguyen, “Uniplanar picosecond pulse generator

using step recovery-time diode”, Electronic Letter, Vol.37,

No.8, April 2001, pp.504-506

[12] Clint Smith, Daniel Collins, “3G Wireless networks,”

McGraw-Hill Telecom,

2002

[13] M.R.Karim and M.Sarrap, “W-CDMA and CDMA 2000 for

3G Mobile Networks,” McGraw-Hill Telecom professional, 2002

[14] Hedberg, Tetal, “Evolving WCDMA,” Ericsson White Paper,

March 2001

[15] Tommi Heikkilä, “WCDMA radio network planning,”

www.telecomspace.com, 2006

[16] G Shen, R S Tucker and C Chae, “Fixed mobile convergence

architectures for broad- band access: integration of EPON and

WiMAX,” IEEE Commun Mag., vol 45, no 8, pp 44–50,

Aug 2007

[17] B Lin, P H Ho and X Shen , “Network Planning for

Next-Generation Metropolitan- Area Broadband Access under

EPON-WiMAX Integration ,” in Proc IEEE Globecom,

New Orleans, LA, USA, Nov 30 - Dec 4 2009

[18] G Kramer and G Pesavento, “Ethernet passive optical

network (EPON): building a next-generation optical access

network,” IEEE Commun Mag., vol 6, no 5, pp 66–73, Feb.

2000