Điều khiển tốc độ cho thuê bao data 3g trên mạng MOBIFONE

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Văn Nghị ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO THUÊ BAO DATA 3G TRÊN MẠNG MOBIFONE Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Mạnh Hùng TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 2 MỞ ĐẦU Hiện công nghệ 3G đã được triển khai ở rất nhiều nước trên thế giới. Cùng với tính vượt trội tốc độ truyền dữ liệu so với công nghệ 2G và sự thâm nhập các thiết bị smart phone thì nhu cầu sử dụng internet tốc độ cao qua các máy di động ngày càng tăng về các dịch vụ như video, TV di động Nhà khai thác phải nâng cấp mạng lưới phù hợp với các thiết bị đầu cuối và có các chính sách dữ liệu cước hấp dẫn khách hàng. Cung cấp cước truy nhập data thấp với tốc độ sẽ tăng thêm số lượng khách hàng. Tuy nhiên chi phí để đáp ứng các nhu cầu truy nhập dữ liệu không giới hạn của khách hàng và doanh thu từ data lại trái ngược nhau. Chi phí đầu tư đáp ứng yêu cầu khách hàng lại quá cao. Nhà khai thác làm thế nào để có lợi nhuận từ việc tăng trưởng dữ liệu mạnh, quản lý tài nguyên mạng một cách hiệu quả với chi phí đầu tư thấp và tập trung cho các khách hàng kinh nghiệm. Một cách để đạt được những mục tiêu trên là tạo ra giá trị bằng cách giới thiệu các dịch vụ và kế hoạch dữ liệu mới sử dụng giải pháp kỹ thuật điều khiển tốc độ QoS. Trên cơ sở nhìn nhận tầm quan trọng của việc điều khiển tốc độ QoS cho thuê bao mang lại lợi ích cho cả thuê bao và nhà mạng, luận văn này đã được xây dựng với những nội dung chính như sau: Chương I: Tổng quan về mạng 3G Chương II: Điều khiển tốc độ cho thuê bao data trên mạng di động Chương III: Áp dụng điều khiển tốc độ thuê bao Data trên mạng MobiFone Em xin gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo đã tận tình dạy dỗ em trong hơn 2 năm học tập tại Học viện Công nghệ bưu chính viễn thông. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn T.S Nguyễn Mạnh Hùng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 06 năm 2012 Học viên Nguyễn Văn Nghị 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 3G 1.1 Cấu trúc cơ bản của mạng 3G 1.1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên hình 1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2. Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G Hình 1.2: Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP Hình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP 4 Hình 1.3: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP 1.1.2 Giới thiệu về cấu trúc mạng WCDMA Cấu trúc mạng 3G WCDMA có thể được mô hình hóa theo nhiều cách khác nhau. Ở đây sẽ giới thiệu một số cấu trúc mạng cơ bản bao gồm: ● Mô hình khái niệm. ● Mô hình cấu trúc. ● Cấu trúc quản lý tài nguyên. ● Cấu trúc dịch vụ mạng UMTS. 1.1.3 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến UTRAN Nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mang truy cập vô tuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN). UTRAN nằm giữa hai giao diện mở Uu và Iu. Nhiệm vụ của UTRAN là phối hợp với mạng lõi thực hiện các dịch vụ mạng qua các giao diện này. UTRAN bao gồm nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem). Mỗi RNS bao gồm một số trạm gốc (node B), giao diện Uu và một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC. RNC kết nối với node B bằng giao diện Iub. Các RNS giao tiếp với nhau sử dụng giao diện mở Iur mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng. 1.1.4 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99 3GPP R99 là hệ tiêu chuẩn UMTS đầu tiên, trong đó thể hiện một hệ thống truy cập vô tuyến băng rộng với mạng lõi (CN) được nâng cấp từ GSM. Mạng lõi sử dụng hạ tầng GSM và phần mở rộng GPRS để sử dụng cho các dịch vụ gói. Mạng lõi được chia thành hai khối chức năng: khối chức năng chuyển mạch kênh CS và khối chức năng chuyển mạch gói PS. 1.1.5 Cấu trúc phân lớp của WCDMA Cấu trúc phân lớp của WCDMA được xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn của UMTS. Các giao thức giữa các phần tử trong mạng WCDMA được chia thành hai phần 5 chính: tầng không truy nhập và tầng truy nhập. Giao diện vô tuyến được phân thành 3 lớp giao thức: - Lớp vật lý (L1). - Lớp kết nối số liệu (L2). - Lớp mạng (L3). 1.1.6 Các giao diện trong mạng 3G Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử lôgic. Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập lôgic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại. 1.1.7 Các loại kênh trong UTRAN Các kênh trong UTRAN gồm các kênh logic, kênh vật lý và kênh truyền tải. 1.2 Cấu trúc mạng GSM/UMTS triển khai trên mạng Mobifone Mạng Mobifone đã được phủ sóng 64/64 tỉnh thành, được chia thành sáu khu vực tương ứng với 6 miền. Tần số sử dụng: mạng thông tin di động VMS – Mobifone sử dụng 02 băng tần: ● Băng tần GSM900: Độ rộng 8 MHz, gồm 40 tần số từ 84 đến 124 ● Băng tần GSM1800: Độ rộng 20MHz, gồm 100 tần số từ tần số 610 đến 710 ● Băng tần sử dụng cho 3G: 2100 Ghz, băng A Để đáp ứng cho dự báo thuê bao và lưu lượng như kể trên, cần xây dựng mạng 3G đủ đáp ứng dung lượng và vùng phủ sóng theo nhu cầu. VMS lựa chọn nâng cấp mạng hiện thời lên mạng 3G tiêu chuẩn WCDMA, với các phần tử mạng lõi cần được nâng cấp để tương thích kết nối với mạng 3G, bổ sung thêm các phàn tử mạng RAN. 1.3 Dịch vụ data 3G trên mạng MobiFone và yêu cầu điều khiển tốc độ. 1.3.1 Dịch vụ data trên mạng MobiFone. Sau khi triển khai 3G, MobiFone đã cung cấp nhiều dịch vụ data cho thuê bao trên mạng, cụ thể một số dịch vụ chủ yếu gồm dịch vụ Mobile Internet, dịch vụ Fast Connect, dịch vụ Mobile TV và dịch vụ WAP Portal. 6 1.3.2 Ưu tiên dịch vụ và QoS cho thuê bao di động. Mạng thông tin di động thứ 3 UMTS giới thiệu các dịch vụ dựa trên IP cho người dùng di động. Một vài dịch vụ mới (chẳng hạn như video streaming) cần mức bảo vệ chất lượng dịch vụ QoS từ mạng để làm việc một cách chính xác. Trong mạng hiện tại, để nâng cao chất lượng QoS được xử lý bằng cách mở rộng mạng lưới, đường truyền. Tuy nhiên, cách tiếp cận này không phù hợp với truyền thông di động khi mà nguồn tài nguyên vô tuyến bị hạn chế. Với giải pháp QoS dựa trên phân lớp QoS khác nhau (phân lớp lưu lượng traffic class) thì việc sử dụng nguồn tài nguyên mạng di động sẽ được tối ưu. Người dùng mạng di động chỉ quan tâm chất lượng dịch vụ end-to-end. Dịch vụ end- to-end liên quan tới toàn mạng và phải thiết lập các tham số QoS theo các cấp độ khác nhau. 1.3.3 Kiến trúc UMTS QoS Dịch vụ mang được xem xét là end-to-end, nghĩa là từ thiết bị đầu cuối TE tới thiết bị đầu cuối khác. Để thực hiện QoS cho một dịch vụ cần các đặc tính được định nghĩa và chức năng được thiết lập từ nguồn tới đích của dịch vụ. Một dịch vụ mang bao gồm tất cả các khía cạnh có thể cung cấp của một QoS đã được cam kết. Khía cạnh này là ở giữa báo hiệu điều khiển khác nhau, truyền tải mặt phẳng người dùng và chức năng quản lý QoS. Kiến trúc phân lớp dịch vụ mang được chỉ ra trong hình 1.23 Hình1.23: Kiến trúc UMTS QoS 7 1.3.4 Yêu cầu điều khiển tốc độ cho thuê bao data 3G mạng MobiFone Lưu lượng data đến cuối năm 2011 tăng gấp gần 4 lần so với thời điểm cuối năm 2010. Lưu lượng vào thời điểm tháng 5/2012 tăng gấp đôi so với thời điểm cuối năm 2011. Và dự kiến lưu lượng 3G sẽ còn tăng nhiều lần đến cuối năm 2012 và trong những năm tiếp theo nhu cầu dùng data ngày càng tăng. Mặc dù lưu lượng dữ liệu data tăng nhưng doanh thu về data 3G của mạng MobiFone không tăng theo tỷ lệ thuận. Do đó chi phí về thuê kênh internet sẽ tăng lên làm cho lợi nhuận từ dịch vụ data giảm. Mặt khác, các gói cước, dịch vụ trên mạng MobiFone hiện tại như trình bày tại mục 1.3.1 chưa phân biệt được mức ưu tiên QoS dịch vụ cho từng khách hàng, điều khiển QoS, tốc độ cho các khách hàng VIP để tăng chất lượng mạng data. Do đó việc cần thiết phải điều khiển tốc độ cho thuê bao 3G mạng MobiFone. 8 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO THUÊ BAO DATA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 2.1 Tổng quan Điều khiển tốc độ data cho thuê bao di động 3G được thực hiện trên hai phần cơ bản là hệ thống mạng lõi và mạng vô tuyến, tổng quan trên các thiết bị được mô tả hình 2.1 dưới đây. Hình 2.1 Điều khiển tốc độ trong mạng lõi Các thiết bị vô tuyến tham gia vào điều khiển tốc độ QoS gồm RNC và NodeB, trong khi các thiết bị mạng lõi gồm nhiều thiết bị như HLR, SGSN, GGSN, PCRF và SCG. SCG đóng vai trò như là thiết bị DPI kiểm tra các gói tin tới lớp 7 để phân biệt cho từng dịch vụ. Tùy từng điều kiện thì chức năng DPI có thể được tích hợp trên GGSN để giảm thiểu số Node trên mạng. 2.2 Các tham số QoS 2.2.1 Tổng quan Đồng nhất tham số QoS làm cho có thể chuyển đổi thuộc tính QoS dựa trên giao thức mang. Nó đảm bảo cơ chế QoS liên tục. Để đảm bảo QoS cho thuê bao data, QoS được đồng nhất như chỉ ra trong hình sau: 9 Hình 2.2: Đồng nhất tham số QoS 2.2.2 Giới thiệu tham số QoS Các tham số QoS bao gồm ARP, GBR, MBR, THP, TC, SPI, DSCP, PHB và QCI. 2.3 Nguyên tắc QoS 2.3.1 Nguyên tắc - HLR lưu giữ thông tin thuê bao như ARP, GBR, MRB, TC và THP. - UE thực hiện đàm phán QoS với RNC, SGSN và GGSN trước khi khởi động một dịch vụ để đảm bảo chính sách QoS liên tục từ đầu cuối tới đầu cuối. - GGSN gửi một bản tin yêu cầu chính sách QoS tới PCRF sau khi nhận một yêu cầu ngữ cảnh PDP từ UE. PCRF tạo ra một chính sách QoS dựa trên thông tin thuê bao và chính sách QoS nội bộ. - Tham số QoS được đồng nhất tới các tham số có thể được xác định bởi RNC, SGSN và GGSN. - RNC, SGSN, GGSN thực hiện vận hành dựa trên cấu hình của tham số QoS đồng nhất và chính sách QoS tương ứng. - RAB sắp xếp hàng đợi truyền dẫn và thi hành điều khiển nghẽn dựa trên đồng nhất tham số QoS. CN Backhaul NodeB RNC SGSN GGSN HLR PCRF ARP TC THP MBR GBR ARP TC THP MBR GBR User Priority THP Class SPI SPI Weight RNC Mapped Received SPI SPI Weight GBR CN NodeB DSCP Backhaul EXP 10 - NodeB phân bổ tài nguyên vô tuyến và thi hành điều khiển công suất dựa trên cấu hình tham số QoS phân phối từ RNC. 2.3.2 Đồng nhất tham số QoS Tham số QoS phải đồng nhất giữa tham số từ mạng ngoài và trong mạng UMTS. Tham số QoS đồng nhất giữa các dịch vụ mang trong mạng UMTS. Các tham số được thảo luận như sau: ● Từ các tham số ứng dụng tới tham số dịch vụ mang UMTS. ● Từ tham số dịch vụ mang UMTS tới tham số dịch vụ mang truy nhập vô tuyến ● Từ tham số dịch vụ mang UMTS tới tham số dịch vụ mang mạng lõi. 2.4 Điều khiển tốc độ trong mạng vô tuyến Trong mạng vô tuyến, điều khiển tốc độ được thực hiện trên thiết bị RNC và NodeB. Các thành phần này cung cấp các chức năng sau: Đồng nhất tham số QoS: RNC đồng nhất độ ưu tiên vị trí và chiếm giữ ARP, lớp lưu lượng TC, và độ ưu tiên xử lý lưu lượng THP tới chỉ thị ưu tiên lập lịch SPI và mức quan trọng SPI dựa trên chính sách QoS nội bộ. Dịch vụ khác nhau (DiffServ): NodeB lập lịch tài nguyên vô tuyến dựa trên SPI và mức quan trọng SPI. RNC xác định dù dịch vụ được ủy quyền nhà cung cấp nội dung hoặc nhà cung cấp dịch vụ và được chiếm giữ tài nguyên vô tuyến dựa trên dịch vụ. Mã điểm dịch vụ khác nhau (DSCP) trong các gói tin dịch vụ xác định loại dịch vụ. Theo các dạng dịch vụ, RNC ưu tiên dịch vụ cho lưu giữ tài nguyên vô tuyến. RNC ưu tiên thuê bao cho việc chiếm giữ tài nguyên vô tuyến dựa trên ARP. Điều khiển nghẽn: Khi mạng bị nghẽn ở mức độ nhẹ, RNC giảm tốc độ cho thuê bao thường, hoặc chuyển thuê bao thường tới tần số hoặc hệ thống khác. Điều này đảm bảo dịch vụ cho các thuê bao ưu tiên VIP. Khi tài nguyên mạng bị thiếu, Node B thay đổi tài nguyên mạng tới các thuê bao theo độ ưu tiên. Điều khiển truy nhập: Điều khiển truy nhập ngăn chặn hệ thống khi thực hiện quá nhiều dịch vụ và duy trì QoS. Trong mạng vô tuyến, ngưỡng điều khiển truy nhập có ảnh hưởng tới tài nguyên như là tài nguyên công suất, tài nguyên mã, tài nguyên tần số và tài [...]... thức để điều khiển được tốc độ QoS trong từng phân hệ cụ thể, đồng thời đồng nhất các tham số trong từng phân hệ này để có thể điều khiển tốc độ QoS toàn trình cho một thuê bao cụ thể ● Áp dụng điều khiển QoS trên mạng thông tin di động 3G MobiFone, đưa ra tổng quan về hiện trạng MobiFone, phương thức để điều khiển tốc độ QoS trên mạng MobiFone, các phần tử cần hỗ trợ trên mạng để điều khiển tốc độ QoS... tin thuê bao như ưu tiên lưu giữ vị trí ARP Nó gửi thông tin thuê bao tới SGSN khi UE gửi một bản tin yêu cầu cập nhật Trong trường hợp PCRF chưa được triển khai, cơ chế QoS sẽ được thực hiện trên HLR và áp các tham số QoS tới mạng vô tuyến 16 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO THUÊ BAO DATA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 3.1 Áp dụng điều khiển tốc độ cho thuê bao data trên mạng MobiFone 3.1.1 Điều khiển tốc. .. đột phá về dịch vụ data cho các nhà mạng, đặc biệt là cho mạng di động MobiFone Luận văn đã có nghiên cứu về QoS End to End của thuê bao data 3G từ phân hệ mạng vô tuyến tới phân hệ mạng lõi, từ đó áp dụng vào mạng MobiFone và đã làm rõ các vấn đề sau: ● Cấu trúc mạng UMTS và các khái niệm về QoS cho thuê bao di động trong mạng 3G UMTS ● Điều khiển tốc độ trong mạng vô tuyến và mạng lõi, nghiên cứu... vụ, QoS cho dịch vụ BlackBerry, dịch vụ theo thời gian 3.2 Kết quả áp dụng cung cấp các dịch vụ cho khách hàng MobiFone Do hiện chưa thể triển khai đồng bộ điều khiển tốc độ theo QoS End to End trên toàn mạng, do đó việc áp dụng giải pháp điều khiển tốc độ cho các thuê bao Data trên mạng MobiFone theo các lộ trình, cụ thể như sau: - Giai đoạn 1: áp dụng điều khiển tốc độ và QoS băng thông trên HLR... vụ data 19 Chương 4: KẾT LUẬN Điều khiển tốc độ cho thuê bao data 3G để phân biệt từng cấp độ thuê bao khác nhau nhằm tạo ra ưu tiên cho khách hàng sử dụng dịch vụ data 3G là một yêu cầu cấp thiết đối với các nhà mạng triển khai 3G khi mà chi phí đầu tư 3G lớn và doanh thu 3G không cao như mong đợi Tạo ra ưu tiên cho khách hàng từ đó cung cấp các gói cước hấp dẫn cho khách hàng sẽ tạo ra nhưng đột... thành phần mạng cùng với kế hoạch thực hiện để có thể hoàn thành việc điều khiển tốc độ QoS End to End thuê bao data 3G trên mạng MobiFone Luận văn bước đầu đã được áp dụng trên mạng MobiFone và sẽ được áp dụng theo lộ trình từng bước nhằm cung cấp dịch vụ data chất lượng cho khách hàng MobiFone Trong quá trình triển khai các bước thực tế các mạng, là một thành viên trong đề án này trên mạng MobiFone, ... truyền tải Iub Điều này cho phép RNC cung cấp các dịch vụ khác nhau cho các thuê bao khác nhau Nếu tài nguyên vô tuyến là không còn khi có một thuê bao quan trọng khởi tạo một dịch vụ, thuê bao này có thể nhận được tài nguyên dự trữ từ các thuê bao bình thường Điều này làm tăng tỷ lệ thành công truy nhập cho thuê bao quan trọng Nếu một thuê bao không thể truy nhập được mạng, RNC sẽ đưa thuê bao này vào... bán điều khiển nghĩa là các dịch vụ được truyền với tốc độ bit được đảm bảo trong các điều kiện tải thông thường nhưng tài nguyên của nó có thể bị giải phóng, nghĩa là tốc độ bit của nó có thể bị giảm về 0 kbps trong các điều kiện mạng bị quá tải Các tải tin RAB luồng CS và thoại CS và PS được xem xét như là lưu lượng thời gian thực RT 2.4 Điều khiển tốc độ trong mạng lõi Điều khiển tốc độ trong mạng. .. lập tốc độ MBR = 7,2 Mbps cho các thuê bao Đối với các gói MIU sẽ có một chương trình điều khiển, kiếm soát tốc độ offline để giảm QoS khi đạt đến ngưỡng - Giai đoạn 2: Mạng vô tuyến đã được nâng tốc độ cao nhất từ 7,2Mbps lên 22Mbps, chỉ còn một HLR tập trung trên mạng và khi hoàn thành nâng cấp các thiết bị mạng lõi GPRS (dự kiến từ tháng 8/2012), sẽ cung cấp thêm các gói cước mới dựa trên điều khiển. .. toàn điều khiển được tốc độ, QoS end to end cho từng thuê bao và sẽ cung cấp nhiều gói cước hấp dẫn cho khách 3.3 Đánh giá hiệu quả áp dụng Giai đoạn 1 đã được áp dụng thành công trên mạng MobiFone Việc đưa ra các gói cước đã tối ưu hóa chi phí và tiện dụng cho khách hàng Lưu lượng data đã tăng liên tục và áp dụng chính sách QoS một cách offline với việc điều khiển tốc độ khi khách hàng dùng data tới . quan về mạng 3G Chương II: Điều khiển tốc độ cho thuê bao data trên mạng di động Chương III: Áp dụng điều khiển tốc độ thuê bao Data trên mạng MobiFone. lượng mạng data. Do đó việc cần thiết phải điều khiển tốc độ cho thuê bao 3G mạng MobiFone. 8 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO THUÊ BAO DATA TRÊN