Công nghệ truy nhập vô tuyến single RAN trong mạng thông tin di động

CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN SINGLE-RAN Mạng truy nhập vô tuyến RAN là phần tử lớn nhất, nó có mặt trên khắp các khu vực địa lý nơi mà các dịch vụ được cung cấp và nó chiếm kinh phí đầu

Tên đề tài:

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN SINGLE-RAN

TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

HÀ NỘI, 2018

MỤC LỤC

1 Tổng quan về Single RAN 8

1.1 Mục tiêu và tính năng nổi bật của Single-RAN 13

1.2 Single RAN và phần mềm được định nghĩa trên vô tuyến 15

1.3 Đánh giá kiến trúc SRAN từ quan điểm của nhà điều hành 15

2 Cấu trúc và các công nghệ trong Single RAN 17

2.1 Cấu trúc OAM của SRAN 16.2 19

2.2 System Module Sharing SRAN 16.2 26

2.3 Phương thức truyền dẫn chung trong SRAN 16.2 29

2.4 Vận hành và quản lý Single RAN 32

3 Lộ trình và hướng phát triển của Single RAN 34

3.1 Lộ trình phát triền của Single RAN 16.2 41

3.2 Single RAN Advanced 43

4 Kết luận và kiến nghị 45

A Kết luận 45

B Hướng phát triển của đề tài 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

động

đồng bộ

CN Core Network Mạng lõi

thiết bị

tuyến mặt đất UMTS phát triển

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân

chia theo tần số

cổng

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

Center

Cổng trung tâm chuyển mạch các dịch

vụ di động

chú

IPsec IP security IP bảo vệ

điều hành

Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộng

tuyến

vô tuyến

chia theo thời gian

dụng

System

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

WCDMA Wideband Code Division Multiple

CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN SINGLE-RAN

Mạng truy nhập vô tuyến RAN là phần tử lớn nhất, nó có mặt trên khắp các khu vực địa lý nơi mà các dịch vụ được cung cấp và nó chiếm kinh phí đầu tư lớn nhất của hệ thống mạng di động Mạng truy nhập RAN có các đặc điểm và chức năng chính như sau Đặc điểm:

- Hỗ trợ các truy cập vào mạng vô tuyến, hỗ trợ chuyển giao mềm và thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM)

- Tối đa hóa sự tương đồng trong xử lý dữ liệu PS và CS, tương tự với giao giao diện RAN – WCDMA cho cả PS & CS trong mạng lõi

- Tối đa hóa sự tương đồng với GSM

- Truyền dẫn dùng giao thức ATM hoặc IP

Chức năng:

- Xử lý các chức năng vô tuyến

- Quản lý nguồn tài nguyên trong mạng 3G

- Hỗ trợ 1 hoặc nhiều hệ thống mạng vô tuyến con (RNS), bao gồm RNC và BTSs

- Kết nối tới CN & OSS

1 Tổng quan về Single RAN

Khái niệm SingleRAN lần đầu tiên được đưa ra bởi nhà cung cấp thiết bị Huawei vào năm 2008 và tiếp tục được phát triển bởi các nhà cung cấp thiết bị đếnnay Về mặt kỹ thuật, giải pháp Single RAN cho phép chế tạo các bộ điều khiển trạm gốc BSC hội tụ cho phép tích hợp BSC của mạng GSM và bộ điềukhiển mạng

vô tuyến RNC của mạng UMTS/LTE vào một bộ điều khiển đa mode Bộ điều khiển

đa mode này được thiết kế đặc biệt để cung cấp cho nhiều hệ thống vô tuyến qua một mạng truy cập thống nhất đơn lẻ, giải pháp SingleRAN tích hợp các dịch vụ vô tuyến đối với thoại, dữ liệu băng hẹp, băng rộng di động và nhiều dịch vụ khác vào một

thành phần mạng thay vì nhiều thành phần mạng khác nhau Như vậy, giải pháp Single RAN tích hợp các module GSM, UMTS và LTE trên cùng một thiết bị thay cho nhiều bộ hồi đáp khác nhau đem lại các lợi ích cụ thể [4]

Kiến trúc Single RAN, một cách tiếp cận nghiêm ngặt để thực hiện các ý tưởng nền tảng đa tiêu chuẩn, nó có thể cung cấp cho ngày nay một câu trả lời cho các yêu cầu, đòi hỏi của các tiêu chuẩn và dịch vụ vô tuyến trong tương lai Nhiều nhà khai thác mạng di động lấy "Quản lý sự phức tạp, nâng cao hiệu quả "làm phương châm của họ, đã làm cho Single RAN thành một phần của họ trong chiến lược hiện đại hóa mạng vô tuyến Single RAN mở đường cho sự đơn giản hơn trong thực hiện và vận hành mạng di động thông qua việc sử dụng phần mềm định nghĩa khái niệm vô tuyến

Khi các công nghệ mạng di động mới của thế hệ thứ tư như LTE (Long Term Evolution) trở nên có sẵn, các nhà khai thác mạng di động sẽ phải tìm câu trả lời cho câu hỏi về những cách hiệu quả nhất để tích hợp chúng vào các mạng hiện có để đạt được hiệu quả cao nhất Ngoài các khái niệm khác, Single RAN (Single Radio Network Access) cung cấp 1 cách tiếp cận hữu ích cho việc hiện đại hóa hiệu quả mạng lưới đồng thời đảm bảo rằng các hệ thống linh hoạt và chuẩn bị cho việc nâng cấp và phát triển trong tương lai [5]

Single RAN là công nghệ đang được triển khai tại nhiều nước trên thế giới

Nó là tiềm năng của công nghệ vô tuyến để đơn giản hóa sự phức tạp ngày càng tăng của lớp truy nhập vô tuyến vĩ mô mà nó đang được phát triển nhanh chóng và sẽmang lại nhiều lợi ích mới cho các nhà khai thác băng rộng di động Ý nghĩa đằng sau của Single RAN là đơn giản trong vận hành các công nghệ vô tuyến khác nhau trên một nền tảng phần cứng đa năng đơn Trong hầu hết quá trình được phát triển, Single RAN sẽ bao gồm một cài đặt vô tuyến với hệ thống vận tải và vận hành chung với tích hợp bảo mật thông qua công nghệ truy cập vô tuyến (RAT) Trong bổ sung, nó cho phép phối hợp và vận hành các RAT khác nhau theo một cách thống nhất, cũng như có thể sử dụng các RAT hiện có để mang lại hiệu suất tốt nhất bằng cách phối hợp lợi thế của nhà phát triển

Tính mô đun là chìa khoá cho phép nâng cao năng lực phù hợp với nhu cầu và phổ mới và hiện tại sẽ được sử dụng nhiều hơn hiệu quả Ngoài ra, hiệu quả hoạt động có thể được cải thiện thông qua mạng chia sẻ, hiệu quả năng lượng của mạng

vô tuyến sẽ được nâng lên, và phần mềm có thể được sử dụng để xác định các chức năng của phần cứng cho

tính linh hoạt, hiệu năng và hiệu quả chi phí

Single RAN đã giúp nhiều nhà khai thác đạt được thành công lợi ích nhưng những năm tới sẽ thấy công nghệ phát triển đáng kể Khi nói đến Single RAN, điều tốt nhất vẫn chưa đến Tốc độ thay đổi trong mạng truy cập radio di động đã được tăng tốc kể từ mạng vô tuyến GSM đầu tiên vào năm 1991 và lần đầu tiên Triển khai Single RAN trong năm 2008

Mặc dù được áp dụng rộng rãi, Single RAN lại không có một định nghĩa chung Single RAN không được tiêu chuẩn hóa bởi một cơ quan ngành công nghiệp,

và các nhà cung cấp thiết bị cung cấp các tính năng khác nhau, một số dựa trên chuẩn 3GPP, với các tiêu chuẩn khác là độc quyền Các nhà khai thác thường mong đợi Single RAN cung cấp nhiều loại lợi ích, bao gồm:

- Hiệu quả sử dụng quang phổ và tái canh tác

- Hiệu quả chia sẻ sử dụng phần cứng

- Tiến triển mượt của GSM, HSPA và LTE

- Kiến trúc mạng đơn giản

- Giảm tiêu thụ năng lượng

- Hoạch định kế hoạch, vận hành và quản lý

- Đơn giản hóa, vận chuyển dựa trên IP hoàn toàn

- Tự động tuân thủ các nguyên tắc của 3GPP

- Chi phí thấp và tăng trưởng trong hàng đầu

Tất cả những lợi ích này là có thể, trong re- farming, chia sẻ, hiện đại hóa và tiến hóa, cho phép các nhà khai thác đơn giản hóa mạng, giảm chi phí, phát triển kinh doanh và cân bằng đầu tư dễ dàng hơn và theo những cách tốt hơn

Hình 1.1 Ví dụ về sự phức tạp ngày càng tăng của nhiều công nghệ truy cập vô

tuyến Mặc dù Single RAN có nguồn gốc từ năm 2008 và ngày nay đơn giản hóa nhiều mạng truy nhập vô tuyến, công nghệ Single RAN rõ ràng vẫn chưa thực sự được hoàn thiện và sẽ phát triển hơn nữa để mang lại những lợi ích mới đáng kể cho các nhà khai thác

Single RAN tập trung vào việc làm đơn giản hóa mạng lưới trong sự phát triển mạng chi phí rẻ hơn Điều đó ngày càng trở nên quan trọng khi các nhà khai thác triển khai LTE để đáp ứng băng rộng di động đang gia tăng bùng nổ Có thể cho rằng LTE là yếu tố chính khiến cho Single RAN phát triển giống như ngành công nghiệp công nhận sự phức tạp tuyệt đối của việc thêm các công nghệ vô tuyến mới cho các mạng GSM và HSPA hiện có Không chỉ là một công nghệ vô tuyến mới, cùng với một dải tần số mới, nhưng việc truyền tải dựa trên IP cần thiết cho LTE phải được thêm vào mạng tryền tải ATM hiện có và các tuyến truyền tải TDM Single RAN cắt giảm sự phức tạp bằng cách chạy các công nghệ khác nhau trên một nền tảng phần cứng, để di chuyển từ các thiết bị riêng biệt cho mỗi công nghệ vô tuyến với nhu cầu

vận chuyển và vận hành riêng lẻ, để lắp đặt đơn lẻ với truyển dẫn thông thường và

hệ thống vận hành và quản lý

Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng thực tế về mặt kỹ thuật là phức tạp nguyên nhân chính là do do GSM, HSPA và LTE là những công nghệ riêng biệt được phát triển độc lập và được chuẩn hóa riêng biệt Các tính năng có sẵn trong một công nghệ

có thể không khả dụng hoặc không áp dụng được đối với những mạng khác Ngoài

ra, các nhà khai thác hy vọng rằng các sản phẩm Single RAN có sẵn từ năm 2008 có thể được tái sử dụng với các thiết bị mới nhất, ví dụ như tái sử dụng và chia sẻ RF Điều này có nghĩa là cả ba công nghệ cần phải được phát triển song song với khả năng tương thích ngược mạnh mẽ để tối đa hóa lợi ích của Single RAN

Mối đe dọa về an ninh ngày càng tăng khi các nhà khai thác chuyển sang các mạng IP toàn cầu, đòi hỏi các biện pháp riêng để bảo vệ cơ sở hạ tầng và người dùng cuối Có một số nguồn rủi ro bảo mật, khi các mạng chuyển sang môi trường mở của tất cả các IP và trở nên dễ bị tổn thương trước các cuộc tấn công quen thuộc từ thế giới CNTT Là một công nghệ IP hoàn toàn, LTE tạo ra các lỗ hổng chưa từng thấy trong các mạng GSM và HSPA

Việc sử dụng mạng lưới vận chuyển IP cho backhaul vốn mở rộng hơn các mạng truyền thống truyền thống có nghĩa là dữ liệu khách hàng cần được bảo vệ chống lại nghe trộm Các mạng lưới các nhà khai thác phải được bảo đảm chống lại lạm dụng và các mối đe dọa khác, chẳng hạn như các cuộc tấn công từ chối dịch vụ, giữa trạm cơ sở và lõi gói Ngoài ra, công nghệ hiện đại và thu nhỏ cho phép các trạm cơ sở nhỏ hơn được lắp đặt ở những nơi công cộng, vật lý có thể truy cập giả mạo vào trái phép Một vấn đề nữa là sự tham gia của các nhà phát triển đa dạng như các nhà phát triển ứng dụng và các nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng, dẫn đến những nguy cơ bảo mật phức tạp hơn và cao hơn [5]

Ngày nay, Single RAN đã vượt qua nhiều trở ngại để tạo ra phần cứng đơn giản hơn nhiều Trong tương lai chúng ta sẽ thấy rằng việc đơn giản hóa được áp dụng cho phần mềm để mang lại tính linh hoạt cao hơn cho hoạt động của mạng

Việc phối hợp các RATs sẽ mang lại những cải tiến về hiệu năng cho người dùng cuối và tiết kiệm chi phí cho người vận hành Điều này sẽ không xảy ra qua đêm Các dự án mạng truy nhập vô tuyến là rất lớn và giống như cách mà Single RAN đã thực hiện nhiều năm từ năm 2008 để đạt được trạng thái hiện tại của sự phát triển và triển khai bởi hàng trăm nhà khai thác, chúng tacó thể mong đợi sự phát triển tiếp theo của nó sẽ diễn ra từng bước những năm tới

Công nghệ di động nói chung, nhưng đặc biệt là công nghệ truy cập không dây

đã được đặc trưng trong thập kỷ qua bằng cách đổi mới chu kỳ ngắn hơn và ngắn hơn hơn nữa Các trình điều khiển chính ở đây là lượng lưu lượng truy cập phát triển nhanh cho dịch vụ dữ liệu trên mạng lưới điện thoại di động và đáp ứng sự mong đợi của khách hàng về một sự cải tiến vững chắc về chất lượng của các mạng truy cập như các dịch vụ hoặc băng thông có sẵn cho cá nhân Sự hài lòng của khách hàng cao đạt được với mức băng thông cao, vùng phủ sóng mạng liên tục và giá thành cạnh tranh Các nhà khai thác mạng di động không có sự lựa chọn nào khác ngoài việc thực hiện đưacông nghệ mới vào mạng lưới của họ trong phạm vi ngày càng ngắn hơn theo thời gian kéo dài Cuối cùng, sự tồn tại trên thị trường nói chung sẽ là phụ thuộc vào việc rút ngắn "time to market" cho các dịch vụ mới hoặc tính năng sản phẩm so với đối thủ cạnh tranh Tại cùng thời gian, những khó khăn kinh tế buộc các nhà khai thác phải đảm bảo bất kỳ các đầu tư mà họ thực hiện trong mọi công nghệ mới được tích hợp cho lâu dài Tổng chi phí sở hữu TCO (total cost of ownership), bao gồm các chi phí hoạt động, phải được giữ càng thấp càng tốt Đây là điều đặc biệt đúng với mạng truy cập, có thể giải thích cho việc sử dụng đến 80% tổng đầu tư vào mạng di động

Theo quan điểm của thời kỳ khấu hao điển hình, thiết bị mạng mua lại ngày hôm nay vẫn phải có khả năng đáp ứng cho các yêu cầu kỹ thuật hiện hành trong 5 năm kể từ thời điểm lắp đặt Sự an toàn cho tương lai chỉ có thể đạt được nếu công

nghệ mạng đang được được sử dụng rất linh hoạt để có thể hỗ trợ tất cả các dịch vụ

và tính năng trong tương lai của sản phẩm và dịch vụ mà không yêu cầu sửa đổi lớn

Yêu cầu về sự linh hoạt được thực hiện trên công nghệ trong hệ thống sẽ áp dụng tương tự như dải tần số cần được hỗ trợ Là mạng di động của mạng GSM thứ hai (GSM / EDGE), thứ ba (UMTS / HSPA) và thứ tư (LTE) và các thế hệ sau được phát triển liên tục, các nhà khai thác đã cấp phép các khối tần số cụ thể cho từng mạng Ban đầu, các khối này được gắn với các công nghệ truy cập cụ thể, nhưng xu hướng ngày nay đang chuyển hướng ngày càng theo hướng sử dụng minh bạch khối tần số cho công nghệ không dây Ví dụ, điều này có nghĩa là một dải tần số ban đầu được cấp phép cho GSM cũng có thể được sử dụng cho các công nghệ UMTS hoặc LTE Cách tiếp cận này, hay còn gọi là "refarming", cho phép các nhà khai thác mạng

di động sử dụng trong phạm vi thuận lợi nhất cho kế hoạch cung cấp dịch vụ bất kể công nghệ không dây được chọn Ví dụ, hoạt động của một mạng UMTS trong dải tần số 900 MHz thay vì phổ tần 2100 MHz phổ biến sẽ làm giảm số trạm gốc cần thiết cho vùng phủ sóng và các khoản đầu tư tương ứng hơn một nửa Không ít quan trọng là những lý do sinh thái cho việc giới thiệu các công nghệ hiệu quả Một mạng lưới truy cập hiệu quả năng lượng làm nhiều hơn là giảm thiểu chi phí vận hành; nó cũng làm giảm việc tạo ra CO2, hướng tới một tới một "telco green "

Vì vậy mục tiêu của SRAN bao gồm :

- Quản lý đơn giản OAM

- Giải pháp truyền tải backhaul đơn giản

- Mô hình dữ liệu đơn giản

- Tiêt kiệm năng lượng

- Giảm thiểu phần cứng, thiết bị

- Công nghệ mới triển khai nhanh chóng cho các BTS hiện nay

- Giải pháp tương lai

Các tính năng nổi bật gồm có:

- Software SBTS (chung cho các công nghệ GSM, WCDMA, LTE & dựa trên Flexi Multiradio 10 BTS trước đây)

- BTS OAM (tất cả thực hiện ở Netact từ việc cấu hình, commiss, tạo site đơn giản hơn)

- IP backhaul (1 địa chỉ IP host & giao diện, 1 địa chỉ IP và bảo mật…)

- SM sharing (Nhỏ gon, giảm hiệu năng tiêu thụ, khả năng mở rông cao) [6]

1.2 Single RAN và phần mềm được định nghĩa trên vô tuyến

Một thành phần chính của kiến trúc Single RAN cho các trạm cơ sở là khái niệm "phần mềm được định nghĩa trên vô tuyến " (software defined radio -SDR) Khái niệm này tương tự như ý tưởng cơ bản về sự tách biệt giữa phần cứng và phần mềm như sử dụng cho máy tính cá nhân hoặc điện thoại thông minh Phần cứng mục đích chung của một máy tính không thể nhận ra một giải pháp cụ thể cho đến khi phần mềm cho nhiệm vụ được xác định đã được cài đặt Điện thoại thông minh cung cấp một số tính năng hoặc dịch vụ nhất định cho người dùng đã nhận được bản cập nhật phần mềm Trong trường hợp của SDR, việc cài đặt phiên bản phần mềm hỗ trợ một tiêu chuẩn radio cụ thể cho một tính năng dịch vụ Phần cứng không bị ảnh hưởng bởi sửa đổi Tương tự như ví dụ trên, SDR có thể được sử dụng để chuyển đổi trạm gốc mà trước đây chỉ hỗ trợ GSM trong phạm vi 900 MHz để bao gồm cả UMTS

900 MHz bằng cách cài đặt phần mềm cần thiết Ngoài hoạt động độc quyền của một chuẩn vô tuyên (chế độ dành riêng), thường có thể vận hành một số tiêu chuẩn vô tuyến trong một dải tần số (chế độ đồng thời) Các yêu cầu mới đối với các tiêu chuẩn phát thanh hoặc các tính năng của sản phẩm bây giờ có thể được thực hiện linh hoạt trong suốt thời gian hoạt động của các trạm gốc bằng cách cài đặt các phiên bản mới của phần mềm Điểm mấu chốt là các khoản đầu tư được đảm bảo trong một khoảng thời gian dài vì không cần phải thay thế phần cứng [5]

1.3 Đánh giá kiến trúc SRAN từ quan điểm của nhà điều hành

Trong thời gian gần đây, một số nhà khai thác mạng di động trên thị trường Đức đã tận dụng được cơ hội kết quả từ việc hiện đại hóa mạng 2G hoặc việc triển

khai LTE để chuyển đổi các mạng truy cập của họ sang Mạng đơn Kiến trúc RAN

Từ quan điểm của nhà khai thác, những lợi ích của một cấu trúc Single RAN trong mạng truy cập lớn hơn ít bất lợi Chi phí hiệu quả thường là tiêu chí đánh giá hàng đầu cho các nhà khai thác mạng di động Đây là nơi Single RAN cung cấp một số cách để giảm thiểu chi phí đầu tư (CAPEX) và cho hoạt động của mạng (OPEX)

Nguyên tắc cơ bản của Single RAN, việc giới thiệu các nền tảng đa tiêu chuẩn cho tất cả các dịch vụ mạng di động, là quyết định cho việc giảm chi phí đầu tư Nói một cách đơn giản, công nghệ hệ thống đã triển khai có khả năng thực hiện một số dịch vụ mạng di động khác nhau cùng một lúc Single RAN tạo ra lợi thế về chi phí

so với việc sử dụng phần cứng cụ thể cho từng dịch vụ mạng di động thông qua việc

sử dụng chung của cùng một công nghệ hệ thống Điều này đúng với chi phí cho cả hai phần cứng chính nó và cho việc triển khai, vận hành và hội nhập trong các mạng hiện có Tuy nhiên, thực tế là khái niệm Single RAN chưa được các nhà sản xuất hệ thống thực hiện liên tục trong khi các lợi ích về chi phí có thể của Single RAN đã không được chuyển cho các nhà khai thác Lợi thế quan trọng thứ hai đối với đầu tư

là tính linh hoạt được đề cập ở trên của kiến trúc RAN đơn và liên quan đến bảo vệ đầu tư trong một thời gian vài năm [5]

Giảm năng lượng và chi phí cho thuê có tác động tích cực đến chi phí hoạt động vì nền tảng đa tiêu chuẩn không đòi hỏi nhiều không gian và có nhu cầu năng lượng thấp hơn so với các giải pháp riêng biệt Chi phí có thể đượctiếp tục giảm bởi hoạt động của chỉ có một trung tâm quản lý mạng chung (OMC) và giảm chi phí cho việc bảo trì và hàng tồn kho phụ tùng Chi phí cho việc tích hợp phần mềm, không

có nghĩa là không đáng kể, cũng được hạ xuống vì chỉ có một bản phát hành được kiểm tra cho tất cả các tiêu chuẩn phát thanh Việc sử dụng mạng lưới giao thông dựa trên Ethernet (giải pháp all-IP) để kết nối các trạm cơ sở và tất cả các dịch vụ của họ là một nguồn có khả năng cắt giảm chi phí

Nói chung, những lợi ích có thể có từ việc sử dụng cấu trúc của Single RAN

có thể được thực hiện chỉ khi tất cả các mạng vác quy trình của nhà khai thác và phần

mềm IT phù hợp với kiến trúc mới này Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy rằng di sản của cảnh quá trình landscape và phần mềm thường xuyên hoạt động như là một trở ngại để sử dụng Single RAN Khai thác đầy đủ tiềm năng của Single RAN yêu cầu một cách tiếp cận toàn diện của các nhà sản xuất và các nhà khai thác

Có một bất lợi cho khái niệm của Single RAN đó là trong đó sự thất bại của nền tảng có nghĩa là tất cả các dịch vụ cùng lúc trở nên không khả dụng (điểm duy nhất của sự thất bại) Việc sử dụng phần cứng dự phòng và quy hoạch mạng không dây cung cấp dịch vụ không dây dự phòng là biện pháp đối phó thích hợp Vì nó là một tính năng cố hữu của cơ sở khái niệm rằng các thành phần mạng SRAN đều đến

từ một nhà cung cấp, tạo nguy cơ cho các nhà khai thác nhỏ mà họ sẽ trở nên phụ thuộc, ít nhất đến một mức độ nhất định, về nhà cung cấp của họ khi triển khai Single RAN Quản lý nhà cung cấp thống nhất và các biện pháp phương pháp luận như nhà cung cấp và giá cả từ việc đo điểm chuẩn sẽ làm giảm nguy cơ này

2 Cấu trúc và các công nghệ trong Single RAN

Nguyên lý dùng chung hạ tầng nội mạng

Đối với các nhà mạng, dùng chung hạ tầng nội mạng là sử dụng chung nền tảng hạ tầng thiết bị đối với mạng 2G/3G và 4G thậm chí là 5G trong tương lai tại lớp mạng truy nhập vô tuyến (RAN), tức bao gồm từ BTS/NodeB tới các BSC/RNC.Nếu như trước dây tại cùng 1 vị trí nhà trạm, trạm 2G, 3G và trạm 4G của bao gồm các tủ thiết bị truyền dẫn, tủ nguồn, tổ acquy, khối vô tuyến, anten hay thậm chí là cột riêng rẽ thì sau khi sử dụng giải pháp dùng chung, trạm 2G/3G và 4G tích hợp gần như chỉ còn có sự tách biệt ở khối thu phát vô tuyến

Nhiều bộ phận của các trạm di động có thể gộp chung lại với nhau như phân

hệ nguồn, phân hệ xử lý truyền dẫn, phân hệ xử lý giám sát cảnh báo hay bộ phận xử

lý cao tần để tạo thành một module chung Vậy với thiết bị trạm 2G và thiết bị trạm 3G của cùng một nhà cung cấp hoàn toàn có thể sử dụng chung 1 khối phân phối nguồn, 1 khối xử lý truyền dẫn chung, một khối điều khiển giám sát cảnh báo chung, khối cao tần chung và cả antten phát thu nếu như anten này hỗ trở dải tần đủ rộng

Các nhà sản xuất thiết bị đã cho ra đời thế hệ thiết bị nhà trạm mới gồm các module 2G, 3G và 4G tích hợp trong cùng một tủ có kích thước nhỏ gọn (thường được gọi

là các MBTS) Đối với các MBTS này sẽ gồm có khối xử lý băng gốc, khối xử lý cao tần và antenna Khối xử lý băng gốc bao gồm chứa các module truyền dẫn, modulexử lý tín hiệu băng gốc (mã hoá, điều chế, giải mã, giải điều chế), module đồng bộ, module nguồn được tích hợp thành các card phù hợp Khối này thường được gọi là BBU Thiết bị xử lý băng gốc của một MBTS có thể triển khai nhiều kịch bản: trạm tích hợp 2G/3G, trạm tích hợp 2G/4G, trạm tích hợp 3G/4G (sử dụng 1 khối BBU) hay thậm chí là trạm tích hợp 2G/3G/4G (sử dụng 2 khối BBU) Đối với khối xử lý cao tần, hiện tại các nhà sản xuất thiết bị nhà trạm đều sử dụng công nghệ SDR đối với việc chế tạo các khối này Các khối xử lý cao tần có thể hỗ trợ 2 hệ thống bất kì cùng lúc: GSM và UMTS, GSM và LTE hayUMTS và LTE

Ngoài các khối cơ bản như khối xử lý băng tần gốc và khối xử lý cao tần, các thiết bị khác của nhà trạm hoàn toàn có thể được chia sẻ giữa các thiết bị2G/3G/4G Các thiết bị có thể kể đến như khối giám sát môi trường EMU thực hiện việc giám sát môi trường xung quanh của phòng thiết bị, khối giám sát nguồn PMU cung cấp khả năng quản lý cấp nguồn, khối điều chỉnh nhiệt độ TCU giám sát nhiệt độ luồng khí vào ra tủ thiết bị Tất nhiên việc cấu hình các thông số vật lý, logic đối với các thiết bị này phải có sự thống nhất giữa các mode GSM/UMTS/LTE [4]

Với công nghệ xử lý IP hiện tại, truyền dẫn IuB/IP và Abis/Ip có thể được

xử lý chung trên một card truyền dẫn với mức độ ưu tiên xử lý QoS của gói tin khác nhau

Đối với các BSC/RNC cũng có những điểm tương đồng về cấu trúc Mỗi BSC/RNC đều gồm 4 phân hệ cơ bản: phân hệ truyền dẫn, phân hệ đồng bộ thời gian, phân hệ xử lý dịch vụ và phân hệ quản lý Trong đó phân hệ truyền dẫn có nhiệm vụ truyền phát dữ liệu trên giao diện Abis/Iub với các trạm BTS/NodeB, truyền phát dữ liệu thoại trên giao diện A/Iu-CS về MSS, truyền phát dữ liệu gói trên giao diện Gb/Iu-PS về SGSN/GGSN, truyền phát dữ liệu trên giao diện IuR đối với với các

RNC lân cận (giao diện IuR) Phân hệ đồng bộ thời gian có nhiệm vụ cung cấp đồng

bộ cho toàn bộ hệ thống BSC/RNC, bản thân trong phân hệ có chứa bộ đồng bộ nội

và có thể tiếp nhận đồng bộ từ hệ thống đồng bộ chuẩn từ ngoài đưa đến Phân hệ xử

lý dịch vụ gồm các module có chức năng xử lý báo hiệu, xử lý dữ liệu thoại, dữ liệu gói, v.v… Phân hệ quản lý có nhiệm vụ quản lý trạng thái các thành phần, lưu trữ, giám sát hoạt động của BSC/RNC và có các module giao tiếp với hệ thống quản lý giám sát bên ngoài Phân hệ chuyển mạch có nhiệm vụ truyền tải dữ liệu, xung đồng

bộ giữa các phân hệ trên [4]

Nguyên lý dùng chung hạ tầng liên mạng

Về cơ bản, có thể phân loại kiểu chia sẻ hạ tầng của các nhà mạng ra làm 3 loại chính:

- Chia sẻ thụ động

- Chia sẻ chủ động

- Chia sẻ dựa trên Roaming

Chia sẻ thụ động đề cập tới vấn dề chia sẻ không gian của các cơ sở hạ tầng thụ động như nhà trạm, cột anten Chia sẻ thụ động là kiểu chia sẻ ở mức độ đơn giản, chủ yếu là ở mức không gian vật lý thuần túy Chia sẻ chủ động là kiểu chia sẻ phức tạp hơn, trong đó các nhà mạng chia sẻ các thành phần ở lớp chủ động của mạng di động, như là anten, các nút vô tuyến, các nút điều khiển, mạng truyền dẫn backbone cũng như các thành phần của mạng lõi (ví dụ như các chuyển mạch) Chia

sẻ dựa trên Roaming trong ngữ cảnh chia sẻ hạ tầng mạng được được hiểu theo hướng một nhà mạng dựa trên vùng phủ của nhà mạng khácđể phủ sóng một vùng nhất định lâu dài [4]

2.1 Cấu trúc OAM của SRAN 16.2

Cấu trúc SRAN cho phép cung cấp một loạt các biện pháp đáp ứng các yêu cầu nêu trên về tính hiệu quả và tính linh hoạt trong quá trình thực hiện các mạng truy nhập di động Cách tiếp cận cơ bản đối với các hệ thống Single RAN là việc thay thế các giải pháp riêng lẻ đã tồn tại trước đó cho mạng lưới bao gồm các dịch

vụ hoặc công nghệ khác nhau với một giải pháp toàn diện duy nhất Khái niệm hội

tụ SRANcó thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau Thứ nhất, tất cả các công nghệ không dây có liên quan được hỗ trợ linh hoạt bằng cách sử dụng kiến trúc đa tiêu chuẩn đa năng cho các trạm cơ sở không dây (BTS) Thứ hai, tương tự cáckhái niệm được áp dụng cho các phần tử kiểm soát của mạng truy nhập (BSC / RNC) Chức năng của BSC và RNC được cung cấp trên nền tảng chung Và thứ ba, tiêu chuẩn hóa giải pháp quản lý cho các yếu tố mạng (NEM /OMC) dẫn đến hoạt động kinh tế và lần đầu tiên mở ra cánh cửa cho việc sử dụng các kỹ thuật công nghệ chéo

để tối ưu hóa mạng

Chúng ta hãy lấy các trạm cơ sở làm ví dụ để minh họa cho ý tưởng đằng sau Single RAN ở chiều sâu lớn hơn Về chức năng, công nghệ hệ thống của một trạm

cơ sở có thể được chia thành các mô-đun cho truyền không dây (môđun vô tuyến), điều chế tín hiệu (hệ thống mô-đun), và kết nối mạng (mô-đun vận chuyển) Trong quá khứ, thiết kế thông thường đã được xây dựng các trạm cơ sở riêng biệt tại một trang web cho mỗi tiêu chuẩn không dây được hỗ trợ Kiến trúc SRAN tìm cách hợp nhất giải pháp này Việc triển khai phần cứng với khả năng đa tiêu chuẩn sẽ mở đường cho sự hội tụ của các hệ thống đang được sử dụng

Trong trường hợp lý tưởng, chỉ cần xây dựng một trạm cơ sở tại mỗi địa điểm Môđun vô tuyến của nó sẽ hỗ trợ truyền tải trong tất cả các băng thông cần thiết và các dạng tín hiệu Môđun hệ thống có khả năng tiến hành đồng thời việc xử lý tín hiệu cho tất cả các tiêu chuẩn Kết nối với mạng lưới vận tải đạt được bằng một mô-đun vận tải nhận ra kết nối dư thừa thông qua các phương tiện vật lý khác nhau [6]

Cấu trúc OAM của SRAN:

- Là kiến trúc phẳng, nó được kết nối trực tiếp tới Netact, không thông qua OMS

- Hệ thống quản lý vận hành chung cho SBTS

- SBTS là 1 đơn vị quản lý riêng lẻ

- Sử dụng giao diện Web thay thế cho phần mềm quản lý BTS Site Manager

- Netact cung cấp giao diện mới để hỗ trợ quản lý cấu hình các SBTS

- Không cần nhiều NetAct cho mỗi công nghệ

- Thay đổi cho tất cả RAT hoặc một RAT trong BTS có thể được thực hiện trong một

hoạt động - đơn giản hóa công tác quản lý

Giảm thiểu “Effort” và thời gian cần thiết để quản lý

Hình 2.1 Sự hội tụ NetAct từ SRAN

Từ hình 2.2 ta có thể nhận thấy sự thay đổi Ban đầu các Netact quản lý các RAT riêng biệt có cấu trúc phân mảnh, công nghệ SRAN cho phép Netact quản lý toàn bộ các RAT trong hệ thống quản lý

OAM tách ra từ các ứng dụng RAT

OAM chức năng chia thành 2 thành phần:

- OAM trang web cung cấp các chức năng OAM trên toàn trang, chấm dứt giao diện của SBTS NE3S hướng tới NetAct

- Nút OAM thực hiện các chức năng OAM cụ thể của nút

Hình 2.2 Cấu trúc OAM Các báo động, bộ đếm và gói phần mềm thông thường được truyền giữa SBTS

và NetAct trực tiếp sử dụng giao diện NE3S [6]

- Các giá trị đếm có thể được truyền đến bộ thu PM thời gian thực như là Traffica sử dụng PM-interface thời gian thực

- LƯU Ý: BSC vẫn nhận báo động và thu thập các bộ đếm từ SBTS

- Báo động 2G đi đến BSC và từ BSC đến NetAct

Hình 2.3 Cấu trúc OAM cho PM, FM, SWM Cấu trúc BTS OAM và các cải tiến bao gồm :

- OAM BTS chung

- Kiến trúc O&M phẳng, không có OMS

- Phân tách O&M và RAT SW

- Giao diện người dùng dựa trên Web dựa trên SBTS Element Manager phổ biến

- Thêm các cấu hình BTS được hỗ trợ mà không cần phụ thuộc vào SBTS SW

Hình 2.4 Cải tiến trong cấu trúc BTS OAM Giao diện Wed cho quản lý các BTS :

- Thay thế cho phần mềm BTS site manager cần tiếp xúc trực tiếp tại trạm

- Có thể sử dụng cả local hoặc remote

- Làm viêc với mô hình web browser chuẩn

- Không cần cài đặt Software

- Công cụ mới sử dụng giao diện người quản lý hiện đại và dễ dàng

- Chỉ cần 1 khối quản lý trực tiếp

Hình 2.6 miêu tả cấu giao diện Wed-UI -BTS Ta có thể login vào 1 trạm BTS qua địa chỉ IP của trạm Ta có thể thấy các hướng đang phát cell của 4G và 3G có