Nghiên cứu giải pháp truyền tải cho mạng truy nhập 5g và ứng dụng tại VNPT hải dương

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Bùi Ngọc Tú NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI CHO MẠNG TRUY NHẬP 5G VÀ ỨNG DỤNG TẠI VNPT HẢI DƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2021 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - Bùi Ngọc Tú NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI CHO MẠNG TRUY NHẬP 5G VÀ ỨNG DỤNG TẠI VNPT HẢI DƯƠNG CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM THỊ THÚY HIỀN HÀ NỘI – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng Việc sử dụng kết quả, trích dẫn tài liệu tham khảo tạp chí, trang web tham khảo đảm bảo theo quy định Các nội dung trích dẫn tham khảo tài liệu, sách báo, thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tối xin chịu hoàn toàn trách nhiệm cho lời cam đoan Tác giả luận văn Bùi Ngọc Tú ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng thời gian qua dìu dắt tận tình truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm vô q báu để em có kết ngày hơm Xin trân trọng cảm ơn TS Phạm Thị Thúy Hiền, người hướng dẫn khoa học luận văn, hướng dẫn tận tình giúp đỡ mặt để hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học hướng dẫn giúp đỡ em trình thực luận văn Cuối biết ơn tới gia đình, bạn bè người thân ln động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2021 Học viên thực Bùi Ngọc Tú iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii TỪ VIẾT TẮT viii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Một số chuẩn công nghệ mạng 5G .5 1.1.2 Các số hiệu mạng 5G 1.1.3 Ưu nhược điểm mạng 5G .7 1.2 Kiến trúc chung mạng 5G 1.3 Các cơng nghệ cho phép hỗ trợ phát triển mạng 5G 11 1.3.1 MIMO cỡ lớn 11 1.3.2 Tạo dạng búp sóng 12 1.3.3 Kiến trúc ô nhỏ (Small cell) 13 1.4 Tổng kết chương 15 CHƯƠNG 2: MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 5G 16 2.1 Yêu cầu kiến trúc 5G RAN 16 2.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức chức mạng 18 2.2.1 Chức mạng ngữ cảnh đa AIV đa dịch vụ 18 2.2.2 Những thay đổi xảy ngăn xếp giao thức 5G so với 4G 20 2.2.2.1 Giao thức thích ứng liệu dịch vụ (SDAP) 20 2.22.2 Giao thức hội tụ liệu gói (PDCP) 20 2.2.2.3 Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) 22 2.2.2.4 Kiểm sốt truy cập mơi trường (MAC) 23 2.2.3 Tối ưu hóa ngăn xếp giao thức dịch vụ dành riêng 5G 24 2.3 Đa kết nối 27 2.3.1 Đa kết nối 5G/(e)LTE 27 iv 2.3.2 Đa kết nối 5G/5G 29 2.3.3 Đa kết nối 5G/Wi-Fi 30 2.4 Tách chức RAN thực thể mạng logic kết 32 2.4.1 Tách mặt phẳng điều khiển/mặt phẳng người dùng (Tách theo chiều dọc) 33 2.4.2 Tách thành đơn vị tập trung phi tập trung (Tách theo chiều ngang) 34 2.4.3 Lựa chọn phân tách tổng thể có liên quan 38 2.5 Các kịch triển khai kiến trúc RAN vật lý liên quan 41 2.5.1 Các kiến trúc vật lý có hỗ trợ kịch triển khai 43 2.5.2 Đồng triển khai 5G/(e)LTE 5G Multi-AIV 45 2.6 Tổng kết chương 46 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI CHO MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 5G VÀ ỨNG DỤNG TẠI VNPT HẢI DƯƠNG …………………… 47 3.1 Thực trạng mạng di động VNPT Hải Dương 47 3.2 Kiến trúc mạng truyền dẫn 5G 48 3.2.1 Mặt phằng người dùng (User Plane) 48 3.2.2 Mặt phẳng điều khiển (CP) 52 3.3 Các giao thức tùy chọn công nghệ truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G 57 3.3.1 Công nghệ vô tuyến 57 3.3.2 Truyền tải quang 59 3.3.3 Ethernet 64 3.4 Giải pháp truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G ứng dụng VNPT Hải Dương 65 3.5 Tổng kết chương 68 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 So sánh tốc độ 3G, 4G, 5G Hình 1.2 Cấu trúc tổng quát mạng 5G Hình 1.3 Kiến trúc mạng Non-standalone Standalone 10 Hình 1.4 Hình ảnh mơ cơng nghệ Massive MIMO 12 Hình 1.5 Hình ảnh mô công nghệ Beamforming 13 Hình 1.6 Hình ảnh mơ cơng nghệ Small cell 14 Hình 1.7 Hình ảnh so sánh mơ cấu trúc anten 4G 5G 14 Hình 2.1 Kiến trúc cấp cao 5G-RAN 17 Hình 2.2 Ví dụ cho NF mặt phẳng người dùng cụ thể, bất khả tri bao quát w.r.t AIVs dịch vụ 20 Hình 2.3 So sánh xử lý UP LTE 5G (trong H tiêu đề) 23 Hình 2.4 Trễ UP lớp sau tối ưu hóa dịch vụ dành trước 27 Hình 2.5 Tích hợp UP (trái) tùy chọn phân tập RRC có (phải) cho đa kết nối LTE-A/5G… 28 Hình 2.6 Các tùy chọn tách kênh mang bổ sung tích hợp UP cho đa kết nối 5G / 5G 30 Hình 2.7 Các biến thể khác đa kết nối 5G/Wi-fi 32 Hình 2.8 Sự phát triển kiến trúc từ 4G lên 5G: Hướng tới phân chia hai chiều thành NF CP/UP CU/các DU 33 Hình 2.9 Các tùy chọn phân tách theo chiều ngang RAN 5G 35 Hình 2.10 Yêu cầu tốc độ liệu giao diện phân chia RAN lưu lượng UP 37 Hình 2.11 Các lớp phân chia tổng thể phù hợp 5G RAN 39 Hình 2.12 Các kịch triển khai 3GPP hình dung 42 Hình 2.13 Các kịch triển khai nhà đa nhà điều hành đa nhà cung cấp SCF xem xét 43 Hình 2.14 Phân chia chức RAN tầng theo kịch triển khai khác 44 Hình 3.1 Cấu trúc tổng thể mạng di động VNPT Hải Dương 48 vi Hình 3.2 Mạng khơng đồng hội tụ sở hạ tầng điện toán 50 Hình 3.3 (a) Kiến trúc mặt phẳng điều khiển truyền tải 5G 54 Hình 3.3 (b) Lát cắt trìu tượng phía khách hàng 54 Hình 3.4 Kiến trúc mạng chung Các nút gtrung gian chứa OLT khác nhau, phần CO, để phục vụ truy cập khác 61 Hình 3.5 Các thành phần tài nguyên 5G-XHaul: a) FH/BH di động thống qua mạng trung tâm liệu quang/vô tuyến hội tụ, b) Phân chia chức xử lý DU, c) Phân bổ linh hoạt tài nguyên TSON cho lưu lượng CPRI nặng luồng Ethernet nhẹ 63 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc mạng MAN-E đến cuối năm 2021 VNPT Hải Dương 66 Hình 3.7 Ăng ten lắp đặt phố 67 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các số hiệu mạng 5G Bảng 1.2 Bảng so sánh thông số kỹ thuật 4G 5G Bảng 2.1 Cấu hình ngăn xếp giao thức phù hợp với dịch vụ 5G 25 viii THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 5G EIR 5G Equipment Identity Register Đăng ký nhận dạng thiết bị 5G AF Application Function Chức ứng dụng AMF Access and Mobility Management Function Chức quản lý truy cập di động API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng ASN Abstract Syntax Notation Ký hiệu cú pháp trừu tượng AUSF Authentication Server Function Chức máy chủ xác thực BBU Baseband Unit Đơn vị băng tần sở BH Backhaul Vận chuyển phía sau BS Base Station Trạm gốc Ca Carrier aggregation Tập hợp sóng mang CC Connected Car Ơ tô kết nối CP Control Plane Mặt phẳng điều khiển CPRI Common Public Radio Interface Giao diện vô tuyến công cộng chung CU Control Unit Bộ điều khiển DN Data Network Mạng liệu DU Data Unit Đơn vị liệu eMBB Enhanced Mobile Broadband Băng rộng di động nâng cao eNB Evolved Node B Mạng 4G E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Access Radio Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất cải tiến FDD Frequency Division Duplex Ghép đôi song công phân chia theo tần số FU Fronthaul Vận chuyển phía trước gNB Next Generation node B Mạng hệ sau (3G) 56 tuyến), điều khiển quản lý hoạt động tính tốn khối xử lý (ví dụ: khởi tạo quản lý VNES) Cơ sở hạ tầng điều khiển não điều khiển hoạt động tổng thể sở hạ tầng Phần CI xử lý NFV bao gồm ba khối chức chính, NFV điều phối (NFV-O), (các) VNF quản lý (VNEM) quản lý sở hạ tầng ảo (VIM), theo kiến trúc ETSI NFV: • NFV điều phối (NFV-O) khối chức quản lý vòng đời dịch vụ mạng (NS) Nó điều phối vịng đời VNF, hỗ trợ VNFM, tài nguyên khả dụng tầng NFV sở (NFVI), hỗ trợ VIM, bảo đảm tối ưu hóa phân bổ tài nguyên kết nối cần thiết để cung cấp chức mạng ảo yêu cầu; • VNF quản lý (VNFM) chức chịu trách nhiệm quản lý vòng đời phiên VNF (ví dụ: khởi tạo, sửa đổi kết thúc phiên bản); • Quản lý sở hạ tầng ảo hóa (VIM) khối chức chịu trách nhiệm điều khiển quản lý tính tốn NFVI (thơng qua điều khiển tính tốn), lưu trữ (thơng qua điều khiển lưu trữ) mạng tài nguyên (thông qua điều khiển SDN) Ngồi mơ-đun này, chịu trách nhiệm quản lý VNF khác nhau, sở hạ tầng điều khiển bao gồm điều khiển chuyên dụng để thực điều khiển tài nguyên mạng lớp dưới, lưu trữ tính tốn tài ngun, gọi điều khiển SDN, điều khiển lưu trữ điện toán Cả hai loại điều khiển khối chức với nhiều điều khiển thực (có cấu trúc phân cấp ngang hàng) tập trung số tất chức điều khiển nhiều miền mạng Mô-đun điều khiển SDN chịu trách nhiệm điều khiển phần tử mạng mạng lớp theo mơ hình SDN thơng thường Cách tiếp cận đề xuất nhằm mục đích mở rộng hỗ trợ SDN nhiều công nghệ sử dụng mạng truyền tải (chẳng hạn đường truyền sóng micromet) để có mạng SDNđiều khiển chung cấu hình lại dựa nhu cầu người khách hàng Bộ điều khiển điện toán lưu trữ gọi điều khiển đám mây Một ví dụ bật loại khung phần mềm OpenStack 57 3.3 Các giao thức tùy chọn công nghệ truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G 3.3.1 Cơng nghệ vơ tuyến • Cơng nghệ vơ tuyến - Sub-6, 60 GHz MIMO: Một số công nghệ sử dụng để cung cấp khả truyền tải vô tuyến tần số GHz Công nghệ 802.11 Viện Kỹ sư Điện Điện tử (IEEE) thường sử dụng băng tần công nghiệp, khoa học y tế (ISM) dựa ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) PHY truy cập ngẫu nhiên MAC dựa đa truy nhập cảm nhận sóng mang/tránh va chạm (CSMA/CA) Tuy nhiên, sửa đổi gần IEEE 802., chẳng hạn 802.11ac 802.11ax, kết hợp tính chúng, trở nên hấp dẫn giải pháp truyền tải vô tuyến Thông qua kết hợp liên kết kênh (lên đến 160 MHz) sơ đồ điều chế nâng cao, 802.11ac cung cấp tốc độ liệu nhiều Gigabit PHY Do đó, nút truyền tải có nhiều vơ tuyến 802.11ac ăng-ten có hướng cung cấp đủ hiệu chuỗi cấu hình điển hình tìm thấy kịch thị Ngồi ra, 802.11ac kết hợp dung lưu lượng MIMO đa người dùng(MU-MIMO) (giới hạn đường xuống), tăng dung lượng khả dụng cho nút đóng vai trị cổng vào mạng hữu tuyến IEEE 802.11ax cung cấp chế bổ sung, chẳng hạn MU-MIMO đường lên đường xuống, với điều chế biên độ vng góc 1024 (QAM) Ngồi ra, 802.11ax bao gồm chế phân bổ tài nguyên nâng cao cách sử dụng kết hợp CSMA với đa truy cập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), cho phép phân bổ tài nguyên hiệu truyền tải truy cập Cụ thể, thiết bị (ví dụ: AP) có hội truyền qua CSMA, khung OFDMA truyền cung cấp quyền truy cập vào thiết bị khác[11] • Truyền thơng mmWave mạng truyền tải: Ngành công nghiệp xem xét giải pháp mm Wave để cung cấp dung lượng cao cần thiết mạng BH, ví dụ: kịch trường hợp sử dụng IEEE802.11ay FH, với tốc độ khoảng 20 Gb/s 58 Một đặc điểm kiến trúc hệ thống sẵn có số lượng lớn phần tử ăng ten tạo thành dàn ăng ten hai phía máy phát máy thu Các dàn ăng-ten phải cung cấp đủ độ lợi dàn để có đủ quỹ đường truyền cho hoạt động diện rộng Các đường truyền mmWave triển khai búp sóng định hướng cao, giảm đáng kể ảnh hưởng nhiễu môi trường nhiều người dùng Trong kịch triển khai dày đặc, điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc cấu hình mạng chia lưới, nơi nút kết nối thơng qua búp sóng bút chì lái Các kỹ thuật cho phép tái cấu hình động tự động đường truyền mm BH cho phép CP mạng định nút kết nối, chìa khóa để đạt linh hoạt cần thiết, Hệ thống mmWave dựa kiến trúc búp sóng cố định Các giải pháp búp sóng chuyển mạch quan tâm để thực chức tự động chỉnh nút Điều cần thiết để giảm chi phí triển khai tránh dịch chuyển nhỏ (do tác động gió ngẫu nhiên) Ngày nay, lái búp sóng chuyển mạch búp sóng qua góc rộng xem xét phép tái cấu hình mạng BH động • Giao thức đa lớp PHY giao diện SDN cho truyền tải vô tuyến lai ghép: Phần vô tuyến kiến trúc mạng truyền tải bao gồm công nghệ vô tuyến mmWave GHz Các công nghệ xây dựng đảo lưới vô tuyến đa chặng kết nối RAN với mạng lõi Cả hai nút mmWave nút phụ GHz hoạt động nút truyền tải (TN) AP, chí dự kiến đặt vị trí số trường hợp, giao thức Ethernet hạ tầng truyền tải lớp phù hợp Cầu nối vơ tuyến cấu hình tự nhiên để giao tiếp hai công nghệ Các cầu nối bao gồm nhiều giao diện vô tuyến gắn cách vật lý vào nút mạng, giúp tăng khả thực cầu nối suốt khung Ethernet giao diện vô tuyến khác nhau, thường cấp hạt nhân hệ điều hành (OS) Tính bắc cầu mức hệ điều hành thường vượt trội so với tốc độ chuyển tiếp phần cứng chuyên dụng, mặt khác, cho phép tích hợp liền 59 mạch sách QoS lập lịch Ngồi ra, kết nối vật lý miền vô tuyến khác đạt đường truyền hữu tuyến, với điều kiện đường truyền đó: - Hỗ trợ tốc độ liệu Gb/s để tránh thêm nhiều nút nghẽn hạn chế đường truyền liệu - Hỗ trợ truyền tải suốt khung Ethernet Các yêu cầu cho phép sử dụng họ IEEE 802.3 1000BASE 10GBASE (và nữa) Vị trí đồng nút làm giảm phức tạp trao đổi truyền thông nút, tín hiệu đồng hóa có sẵn sử dụng cho hai giao diện, đó, giảm thiểu tranh chấp can nhiễu, cải thiện hiệu Hơn nữa, đại diện cho cách để giảm lượng báo hiệu tiết kiệm lượng Giả sử việc áp dụng giao diện Ethernet công nghệ truyền tải vô tuyến, bước xem xét nhúng tác nhân SDN vào cầu nối vô tuyến Giao thức OpenFlow (OF) sử dụng tác nhân SDN điều khiển SDN Đường truyền liệu SDN thêm vào phân đoạn truyền tải vô tuyến cung cấp nhiều lợi ích, chẳng hạn chuyển mạch thiết bị để tiết kiệm lượng tái cấu hình phân đoạn truyền tải, cho phép nhà khai thác triển khai sách chuyển tiếp cho thuê bao nhanh chóng phản ứng với can nhiễu từ bên ngồi Cuối cùng, liên quan đến đồng hóa, kết nối hữu tuyến độ trễ thấp khả dụng vị trí nút, chế đồng hóa tiêu chuẩn, chẳng hạn SyncE IEEE 1588, phải thực thơng qua giao diện Nếu khơng, việc đồng hóa cách sử dụng đường truyền sóng mm nên ưu tiên tần số GHz có thể, độ tin cậy dung lượng dự đoán cao truy cập mơi trường băng tần 3.3.2 Truyền tải quang Các dịch vụ RAN tạo điều kiện thông qua cơng nghệ sợi quang có khả cung cấp truyền thông băng thông rộng thực khoảng cách ngắn dài phù hợp với khái niệm BBU tập trung vào CU Trong ngữ 60 cảnh này, xác định hai loại cơng nghệ truyền tải quang khác nhau: loại sử dụng công nghệ PON loại thứ hai hỗ trợ quy mô lớn bao gồm phần tử hoạt động a) Mạng quang thụ động (PON) Ngày nay, PON điểm-đa điểm kiến trúc phổ biến cho hỗ trợ truy cập băng thông rộng dựa sợi quang tới nhóm khách hàng Tại đó, thiết bị đầu cuối đường dây quang (OLT), phần văn phịng trung tâm (CO), kết nối thơng qua mạng phân phối thụ động hình tới khối mạng quang (ONU) đặt phía khách hàng Các mạng có số ưu điểm: đơn giản, mở rộng dễ dàng khơng cần bảo trì nhiều Trong PON ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM-PON), tín hiệu người dùng khác ghép theo thời gian Tiêu chuẩn đề cập việc sử dụng chung TDM WDM để tăng dung lượng Các PON tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối CU DU từ xa để hỗ trợ dịch vụ FH, CU đặt nút chọn phân đoạn mạng metro (ví dụ: nút trung gian chứa CO), DU nằm rải rác dọc theo truy cập (Hình 3.4) Các nút từ xa (RN) PON thường triển khai cách sử dụng chia công suất đơn giản thiết bị định tuyến theo bước sóng, tùy thuộc vào cách tiếp cận thực Cách tiếp cận triển khai PON hoàn toàn dành riêng cho việc phân phối tín hiệu vơ tuyến, truyền thơng thực công nghệ PON tiêu chuẩn: TDM/WDM-PON kết hợp thiết kế đặc biệt phương pháp WDM-PON linh hoạt Tuy nhiên, mạng 5G hỗ trợ chung cho dịch vụ BH FH, tránh việc triển khai mạng riêng cho hai loại dịch vụ khác Tuy nhiên, giải pháp nhiều thách thức vừa phải đáp ứng nhu cầu thuê bao mạng truy nhập quang, vừa phải hỗ trợ đồng thời dịch vụ liên quan đến 5G Do đó, cần phải có kế hoạch bước sóng cụ thể để đảm bảo tương thích hồn toàn với mạng truy nhập triển khai Trên thực tế, tiêu chuẩn truy cập kế thừa mạng quang thụ động Gigabit (Ethernet) (GPON, GEPON) sử dụng bước sóng 1490 nm cho luồng đường xuống, tiêu 61 chuẩn hơn, chẳng hạn mạng quang thụ động Ethernet 10 Gb/s (10GEPON, XGPON), khuyến nghị bước sóng từ 1575-1580 nm Về luồng đường lên, sử dụng O-band Do đó, tồn băng tần C có sẵn để thực lớp phủ bước sóng kênh để cung cấp dịch vụ bổ sung khác sở hạ tầng truy cập Tiêu chuẩn PON hệ (NGPON2) hỗ trợ lên đến 40 Gb/s cung cấp tùy chọn thiết lập đường truyền PtP ảo băng tần C, định kênh WDM khác cho nút và/hoặc dịch vụ thành phố lớn khác bên cạnh việc phục vụ thuê bao truy cập cố định Hình 3.4 Kiến trúc mạng chung Các nút trung gian chứa OLT khác nhau, phần CO, để phục vụ truy cập khác b) Mạng quang tích cực (AON) Sự đời mạng quang linh hoạt, thực cách áp dụng lưới kênh linh hoạt thu phát lập trình, mở cánh cửa cho việc quản lý mạng quang thực linh hoạt Điều đặc biệt thú vị ngữ cảnh hỗ trợ dịch vụ truyền tải đa dạng (cả FH BH) cho RAN Hơn nữa, mạng linh hoạt cho phép thiết lập mạng RAN qua mạng quang cách rõ ràng Ví dụ, nhóm BBU tập trung CU đặt nút chọn phân đoạn mạng metro, 62 DU gắn vào nút khác khác Để hỗ trợ chức cách hiệu chi phí, người ta đề xuất sử dụng phát đáp băng thơng lập trình (S-BVT) nút quang 5G để đồng thời phục vụ ô khác Ở đầu mạng, trang bị BVT lập trình (S-)BVT cấu hình từ xa CP để quản lý tối ưu tài nguyên mạng Các thơng số cấu hình (S-)BVT bao gồm bước sóng, phổ định dạng điều chế/cơng suất luồng Do đó, (S-)BVT cung cấp luồng liệu với tốc độ tỷ lệ chiếm dụng phổ thay đổi, theo điều kiện đường truyền mạng Trong số tất lựa chọn để triển khai (S-)BVT, lựa chọn dựa OFDM tách sóng trực tiếp (DD-OFDM) hấp dẫn để đối phó hiệu chi phí với yêu cầu tính linh hoạt mạng quang linh hoạt c) Mạng quang linh hoạt dựa khung: Để hỗ trợ mức độ khác băng thông độ trễ yêu cầu đưa triển khai RAN khác đề cập trên, việc sử dụng giải pháp dựa khung động hỗ trợ mức độ chi tiết thời gian cao đề xuất Một ví dụ điều cơng nghệ mạng quang chia sẻ thời gian (TSON) Đây hệ thống linh hoạt dựa khung đa bước sóng Loại giải pháp bao gồm hai loại nút khác nhau, nút biên nút lõi, kết hợp chức mức độ phức tạp khác Các nút biên cung cấp giao diện miền vô tuyến, PON trung tâm liệu với miền quang ngược lại Các nút biên vào chịu trách nhiệm tổng hợp ánh xạ lưu lượng, nút biên hỗ trợ chức ngược lại Các nút biên xử lý luồng liệu đến tạo lát thời gian quang nút biên vào, đồng thời tái tạo thông tin ban đầu từ khung quang lát thời gian nút biên Các công nghệ cho phép xử lý khung Ethernet, hỗ trợ cấu trúc khung phạm vi rộng giao thức truyền thông bao gồm CPRI, Sáng kiến kiến trúc trạm gốc mở (OBSAI) Ethernet 10G phần mở rộng giao thức cần thiết để hỗ trợ khái niệm phân chia chức theo đề cập khuôn khổ 5G Trong khuôn khổ dự án 5G PPP 5G-XHaul, giải pháp truyền tải quang WDM PON TSON kết hợp thông qua Trong ngữ cảnh này, nút biên 63 TSON vào mạng quang, giao diện nhận khung lưu lượng người dùng cố định di động tạo hình 3.5 la Lưu lượng đến tổng hợp thành khung quang, sau gán khe thời gian bước sóng để truyền tiếp Tại nút quang đầu ra, chức ngược lại thực Hình 3.5 Các thành phần tài nguyên 5G-XHaul: a) FH/BH di động thống qua mạng trung tâm liệu quang/vô tuyến hội tụ, b) Phân chia chức xử lý DU, c) Phân bổ linh hoạt tài nguyên TSON cho lưu lượng CPRI nặng luồng Ethernet nhẹ Nút biên quang trang bị khả phân bổ băng thông linh hoạt hỗ trợ thông qua việc triển khai BVT Ngoài việc cung cấp chức BH, sở hạ tầng kết nối số DU người dùng cuối với tập máy chủ mục đích chung Việc sử dụng máy chủ mục đích chung dùng khái niệm BBUS ảo (VBBU), cho phép chia sẻ hiệu tài nguyên máy tính Chức chung hỗ trợ nút biên bao gồm hệ thống hỗn hợp chuyển mạch I/Q chuyển mạch Ethernet Bộ chuyển mạch I/Q xử lý tùy chọn phân chia chức khác với hạn chế đồng hóa băng thông nghiêm ngặt, chuyển mạch liệu Ethernet xử lý lưu lượng BH lớp truyền tải FH thoải mái (tức tùy chọn phân chia) Tại phần vào mô- 64 đun chuyển mạch Ethernet, kết nối bên DU CU cung cấp, phần đầu mô-đun, lưu lượng tổng hợp đặt hàng đợi truyền dẫn phù hợp Giải pháp mạng quang linh hoạt thông qua bao gồm BVT, kết nối chéo quang thay đổi độ rộng băng tần mô-đun chuyển mạch quang nhanh Cách tiếp cận cho phép phân bổ khe thời gian/quang phổ có kích thước thay đổi, hỗ trợ dịch vụ có phân bổ kênh liên tục tốc độ bit khác (CPRI nặng nhẹ) dịch vụ có phân bổ khe thời gian bước sóng phụ (luồng Ethernet), nút lõi TSON chuyển khung quang tới cổng đầu thích hợp cách sử dụng chuyển mạch quang nhanh với tốc độ chuyển mạch 10 ns 3.3.3 Ethernet Ethernet đề xuất cho truyền tải FH (và BH) Đây công nghệ mạng phổ biến, sử dụng mạng công ty mạng công cộng, chi phí thấp Ethernet xác định cho tốc độ bit cao lên đến 40 Gb/s, với thông số kỹ thuật cho 100 Gb/s Việc sử dụng mạng truy cập cơng cộng cung cấp phương tiện hướng tới mạng di động cố định hội tụ - Carrier Ethernet, cung cấp chức Hoạt động, Quản trị Quản lý (OAM) tiêu chuẩn hóa Là cơng nghệ dựa gói, Ethernet dễ dàng tận dụng lợi ích ghép kênh thống kê cung cấp phân chia chức RAN Các liên kết chặt chẽ sử dụng phổ biến công nghệ lớp mạng dựa Giao thức Internet (IP) dẫn đến tính khả dụng rộng rãi tính lọc gói cơng cụ giám sát mạng Do đó, dễ dàng áp dụng vào khuôn khổ cho SDN ảo hóa chức mạng Tuy nhiên, có thách thức việc sử dụng Ethernet mạng truyền tải di động Những điều chủ yếu liên quan đến độ trễ thay đổi độ trễ phát sinh với cơng nghệ dựa gói, ngun nhân chủ yếu tranh chấp cổng đầu xếp hàng Đây vấn đề quan trọng ngữ cảnh mạng fronthaul quan trọng điểm phân chia lớp thấp hơn, tức tùy chọn phân tách 3GPP trở lên Một lợi ích Ethernet khả 65 tận dụng lợi ích việc ghép kênh thống kê, mặt thách thức, điều có nghĩa nảy sinh tranh chấp cổng xếp hàng Một số kỹ thuật mạng Ethernet triển khai để đáp ứng thách thức độ trễ biến thiên độ trễ Trong trường hợp đầu tiên, điều yêu cầu định nghĩa rõ ràng loại lưu lượng truy cập yêu cầu Điều không liên quan đến giao diện FH cụ thể (tức điểm phân tách xác), mà cịn liên quan đến kiểu liệu bên giao diện, chẳng hạn điều khiển tương tác lớp giao thức qua điểm phân tách, tham số định nghĩa khung vơ tuyến tồn cầu, liệu người dùng, v.v Dữ liệu tách cho hàng đợi ưu tiên khác 3.4 Giải pháp truyền tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G ứng dụng VNPT Hải Dương Năm 2021, chuẩn bị cho hạ tầng để nâng cao chất lượng phục vụ cho khách hàng đồng thời triển khai số dịch vụ sở chuẩn bị hạ tầng cho quy hoạch mạng di động Vinaphone 5G toàn tỉnh Hải Dương VNPT Hải Dương xin đề xuất nâng cấp hạ tầng mạng lõi mạng truy nhập tập đoàn BCVT Việt Nam phê duyệt cấu trúc mạng MAN-E VNPT Hải Dương đến cuối năm 2021 sau: - Ring Core: 03 PE-AGG với băng thông 150 Gb/s - 14 ring Access với 28 UPE:  Băng thông ring 1: 100 Gb/s.  Băng thông ring 2: 80 Gb/s.  Băng thông ring 3: 110 Gb/s.  Băng thông ring 4: 70 Gb/s.  Băng thông ring 5: 90 Gb/s.  Băng thông ring 6: 120 Gb/s.  Băng thông ring 7: 120 Gb/s.  Băng thông ring 8: 70 Gb/s.  Băng thông ring 9: 120 Gb/s. 66  Băng thông ring 10: 100 Gb/s.  Băng thông ring 11: 70 Gb/s.  Băng thông ring 12: 50 Gb/s.  Băng thông ring 13: 80 Gb/s.  Băng thông ring 14: 60 Gb/s. - Băng thông kết nối BRAS/BNG: 1.440 Gb/s - Băng thông kết nối PE: 120 Gb/s - Băng thông kết nối VoD Server: 20 Gb/s - Băng thông kết nối dịch vụ di động 3G & 4G& 5G: 60 Gb/s Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc mạng MAN-E đến cuối năm 2021 VNPT Hải Dương 67 Sơ đồ cấu trúc bao gồm Ring core 3PE – AGG đặt TT Hải Dương, Tây Nam cường Tiền trung Chúng kết nối với kết nối tới BRAS, VoD sever, Vinaphone, PE… đường cáp quang có tốc độ từ 20Gb/s đến 1440Gb/s tùy vào mức độ sử dụng Ring access bao gồm 28 Router biên 12 huyện thành phố, kết nối với để đảm bảo an toàn hệ thống truyền tải đường cáp quang có tốc độ từ 50Gb/s đến 120Gb/s tùy vào mức độ sử dụng Sau thử nghiệm thành công Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh, Tập đồn BC-VT xác định mơ hình triển khai cho nhà mạng cần ý đến yếu tố: + Yêu cầu chất lượng dịch vụ + Xu hướng phát triển dịch vụ + Số lượng thuê bao + Năng lực mạng lưới ( truyền dẫn core) Vì mơ hình phát triển 5G phù hợp cho VNPT Hải Dương 5G NSA lý : - Mạng 4G đảm bảo cung cấp lưu lượng liệu di động với yêu cầu tốc độ đáp ứng cho số đơng dịch vụ Bên cạnh 5G triển khai song song cung cấp dịch với yêu cầu tốc độ cao độ trễ thấp - Cho phép tận dụng mạng core PS 4G; qua giảm mức đầu tư tổng - Phù hợp với điều kiện hạ tầng truyền dẫn điều kiện kinh tế xã hội tạị Tuy nhiên, thực tế.VNPT Hải Dương chưa có kế hoạch tập đồn BC-VT Việt Nam giao Nhưng vào nhu cầu dử dụng hiệu đầu tư VNPT Hải Dương xác định - Kế hoạch lắp đặt trạm dựa hạ tầng mạng 4G khu vực đơng dân cư, có kinh tế phát triển Các thành phố, thị xã khu công nghệ cao - Lắp đặt hệ thống 5G theo nhu cầu khách hàng 68 - Do vùng phủ mạng 5G ngắn, nên BBU lắp đặt chung điểm, sau RRU lắp đặt lan tỏa theo hướng theo nhu cầu khách hàng Hình 3.7 Ăng ten lắp đặt phố Các RRU lắp đặt dãy phố, tịa nhà, cột đèn chiếu sáng… sử dụng ăng ten ngụy trang tịa nhà mà khơng cần sử dụng cột ăng ten cao, không cần xây dựng nhà trạm … Việc tiết kiệm chi phí đầu tư lớn Theo dự kiến tập đoàn BC-VT Việt Nam hướng dẫn VNPT tỉnh thực theo mô hình Slide Remote (Trượt từ xa) theo nguyên lý xếp chồng BBU sau kéo cáp quang khu vực có nhu cầu để lắp đặt RRU ăng ten cho khu vực 3.5 Tổng kết chương Chương phân tích chi tiết hệ thống mạng truy nhập VNPT hài Dương, thơng qua phân tích hệ thống mạng truy nhập thơng tin di động VNPT Hải Dương khai thác Ngoài chương cịn phân tích kiến trúc mạng truyền dẫn phù hợp với 5G hỗ trợ dịch vụ backhaul fronthaul Các phương pháp tiếp cận phù hợp để đánh giá cao nhiều loại cơng nghệ khơng dây có dây yêu cầu giao tiếp đường dẫn liệu liên quan Các giải pháp giao thức công nghệ phù hợp xác định mô tả Chúng bao gồm: công nghệ không dây, quang thụ động, tích cực kết hợp, mạng truyền tải Ethernet Ngồi ra, chương cịn phân tích phát triển hệ thống truyền tải cho VNPT Hải Dương tương lai gần qua xây dựng, phát triển hệ thống 5G địa bàn Hải Dương 69 KẾT LUẬN Công nghệ thông tin di động 5G công nghệ di động nay, công nghệ giúp tăng đáng kể tốc độ công nghệ khác Công nghệ 5G nghiên cứu đưa vào áp dụng vào số nước phát triển Mỹ, Nhật … Ở Việt Nam đưa vào thử nghiệm Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh có kết mong đợi Với phạm vi nghiên cứu luận văn, em trình bày số nội dung bao gồm: Chương giới thiệu kiến thức công nghệ 5G bao gồm: lịch sử phát triển, đặc điểm công nghệ, kiến trúc hệ thống ưu, khuyết điểm mạng 5G Chương tìm hiểu mạng truy cập vô tuyến (RAN) chủ yếu bao gồm tế bào nhỏ 5G tế bào vĩ mô tạo thành mấu chốt công nghệ di động 5G hệ thống kết nối thiết bị di động với mạng lõi Đồng thời sâu chi tiết vào thiết kế kiến trúc RAN cho 5G kiến trúc ngăn xếp chức mạng, thay đổi xảy ngăn xếp xếp giao thức 5G Khả đa kết nối 5G/LTE, 5G/5G, 5G/wifi Nó tách biệt chức (CP) mặt phẳng điều khiển (UP) mặt phẳng người dùng Mặt khác phân chia linh hoạt chức RAN thành điều khiển (CU) đơn vị liệu (DU) Chương giới thiệu khái quát hệ thống mạng truy nhập VNPT Hải Dương bao gồm cấu trúc hệ thống mạng lõi cấu trúc mạng di động 2G, 3G 4G Chương tìm hiểu kiến trúc mạng truyền tải cho 5G Trong kiến trúc mặt phẳng người dùng (UP) xem xét miền mạng quang học không dây hội tụ sở hạ tầng 5G chung hỗ trợ vận chuyển truy cập, kiến trúc mặt phẳng điều khiển sử dụng ảo hóa chức mạng (NFV) cho phép thực thi chức mạng tài nguyên điện toán cách tận dụng kỹ thuật ảo hóa phần mềm Chương tìm hiểu cơng nghệ truyền dẫn cho mạng truy nhập 5G như: công nghệ không dây, công nghệ quang, cơng nghệ Ethernet Ngồi chương đề cập đến giải pháp nâng cấp mạng truy nhập kế hoạch triển khai hệ thống 5G cho VNPT Hải Dương năm 70 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NGMN, White Paper, “5G White Paper”, March 2015 [2] 3GPP TS 38.300, “NR, Overall description; Stage -2", June 2017 [3] 3GPP TR 38.913, "Study on scenarios and requirements for next generation access technologies,March 2017 [4] 5G PPP METIS-II project, Deliverable D4.2, “Final air interface harmonization and user plane design", March 2017 [5] 3GPP TS 23.501, “System Architecture for the 5G System", June 2017 [6] 3GPP TR 38.801, “Study on new radio access technology: Radio access architecture and interfaces", May 2017 [7] 5G PPP 5G-Crosshaul project, Deliverable D2.1, “Study and assessment of physical and link layer technologies for 5G-Crosshaul", June 2016 [8] 5G PPP METIS-II project, Deliverable D6.1, “Draft asynchronous control functions and overall control plane design", June 2016 [9] H.-H Cho, C –F Lai, T.K Shih, H.-C Chao,”Intergration of SDR and SDN for 5G”, IEEE Access, vol 2, pp 1196-1204, Sep 2014 [10] 5G PPP, White Paper, "View on 5G Architecture", July 2017, see https://5g-ppp.eu/white-papers/ [11] A Tzanakaki et al., “Wireless-Optical Network Convergence: Enabling the 5G Architecture to Support Operational and End-User Services", IEEE Communications Magazine, Aug 2017 ... VNPT Hải Dương, Kiến trúc mạng truy? ??n tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G, Các giao thức lựa chọn công nghệ truy? ??n tải cho mạng truy nhập vô tuyến 5G, Giải pháp truy? ??n tải cho mạng truy nhập vô... đề tài ? ?Nghiên cứu giải pháp truy? ??n tải cho mạng truy nhập 5G ứng dụng VNPT Hải Dương. ” Các nội dung luận văn tóm tắt sau: - Chương 1: Tổng quan mạng 5G Bao gồm giới thiệu chung mạng 5G, Kiến... Tú NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUY? ??N TẢI CHO MẠNG TRUY NHẬP 5G VÀ ỨNG DỤNG TẠI VNPT HẢI DƯƠNG CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng)