Báo cáo tìm hiểu lý thuyết và thực hành lab 4g đơn vị hướng dẫn ttcs học viện công nghệ bưu chính viễn thông

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BỘ MƠN: THỰC TẬP CƠ SỞ - 🙞 🕮 🙜 - BÁO CÁO TÌM HIỂU LÝ THUYẾT VÀ THỰC HÀNH LAB 4G ĐƠN VỊ HƯỚNG DẪN TTCS: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Giảng viên phụ tránh Họ tên Lớp Mã sinh viên Số điện thoại : Nguyễn Việt Hưng : Nguyễn Xuân Dũng : D19VTVT1 : B19DCVT057 : 0777967001 Hà Nội, tháng 02 năm2023 Mục lục I.Tổng quan mạng 4G 1 Lịch sử mạng di động Kiến trúc mạng di động 4G .1 2.1 Kiến trúc mạng 4G 2.2 chức phần tử mạng 2.3 Các dịch vụ II.Các phận mạng 4G LTE Hệ thống 4G EPC VHT 1.1.Phân hệ MME VHT 1.2.Phân hệ SGW VHT .5 1.3 Phân hệ PGW VHT 1.4 Phân hệ Dataplane VHT 2.Hệ thống IMS .8 3.Hệ thống HSS .10 4.Hệ thống OCS 10 4.1 Kiến trúc hệ thống OCS .11 4.2 Triển khai tích hợp, dịch vụ .12 5.Thiết bị eNodeB 12 5.1 Cấu tạo eNodeB 13 III.Thực hành sử dụng phần mềm đo kiểm TEMS POCKET .17 Bài đo ping 17 Bài đo Idle to active 21 I Tổng quan mạng 4G Lịch sử mạng di động -)Trung bình hệ mạng xuất sau khoảng 10 năm -)Mục tiêu hệ mạng di động thay đổi theo thời gian: +)Tăng chất lượng dịch vụ +)Mở rộng phạm vi ứng dụng Kiến trúc mạng di động 4G 2.1 Kiến trúc mạng 4G 2.2 chức phần tử mạng 2.2.1 eNodeB(Evolved Node B):      Chức tương đương NodeB phần RNC Quản lý tài ngun vơ tuyến Mã hóa bảo mật kênh truyền vô tuyến Lựa chọn MME thủ tục đăng nhập Định tuyến lưu lượng từ UE đến SGW 2.2.2 MME(Mobility Management Entity):       Chức gần tương đương SGSN Phụ trách điều khiển báo hiệu mạng lõi Quản lý tính di động thuê bao Điều khiển roaming Quản lý nhận thực thuê bao Lựa chọn S-PGW 2.2.3 SGW(Serving Gateway):     Quản lý phần trao đổi lưu lượng thuê bao mạng lõi Chuyển tiếp lưu lượng đến PGW qua giao diện S5/S8 Tính cước cho thuê bao Hỗ trợ việc di động mạng 3GPP 2.2.4 P-Gateway (Packet Data Network Gateway):       Quản lý kết nối mạng lõi EPC với mạng data bên Thực thi sách Phân tích sâu gói tin (DPI) Tính cước Cấp phát địa IP Hỗ trợ việc di động mạng 3GPP non-3GPP 2.2.5 HSS(Home Subscriber Sever):  Thực lưu trữ thong tin thuê bao: Nhận thực, Dịch vụ, Di động 2.3 Các dịch vụ Có loại là: thoại, tin nhắn, Data 2.3.1 Giải pháp thoại cho mạng 4G: -) giải pháp cho dịch vụ thoại 4G +) Thoại mạng 2G/3G (CSFB) +) Thoại mạng 4G (VoLTE) -) Phụ thuộc vào vùng phủ số lượng máy đầu cuối hỗ trợ VoLTE mà nhà mạng sử dụng giải pháp thoại phù hợp 2.3.2 GIẢI PHÁP THOẠI VoLTE: -) Thoại thực data -) Bổ sung thêm hế thống IMS -) Duy trì gọi thoại thuê bao khỏi vung phủ sóng 4G cách tự động chuyển gọi VoLTE sang miền 2G/3G -) Phiên liệu trì sang miền 3G -) Ưu điểm bật VoLTE: +) Thời gián thiết lập gọi nhỏ: 3G 5s, VoLTE 1s +) Chất lượng âm tốt : VoLTE AMR-WB 23.85Kbps 3G AMR-NB 12.2Kbps +) chất lượng video call vượt trội: VoLTE 480*640 (VGA) → 720P/1080P, 1-2 Mbps 3G 176*144 (QCIF), 64kbps II Các phận mạng 4G LTE Hệ thống 4G EPC VHT 1.1 Phân hệ MME VHT MME có ác kết nối:  Kết nối tới Access Network (eNodeBs) giao diện S1-MME sử dụng giao thức S1AP  Kết nối sử dụng giao thức GTP-C  MMEs kết nối giao diện S10  SGWs giao diện S11  SGSNs giao diện S3/Gn  MSCs giao diện Sv (sử dụng cho xử lý chức SRVCC)  MSCs giao diện SGs (sử dụng cho tính CS Fallback)  Kết nối tới HSS/DRA giao diện S6a sử dụng giao thức Diameter Hình 1.1: Mơ hình thiết kế Logic MME 1.1.1 kiến trúc phần mềm MME 1.1.1.1 Enhance Control Unit (ECU) Thực xử lý nghiệp vụ điểu khiển hệ thống, bao gồm:  Mobility Management: Mỗi UE sử dụng dịch vụ cần khởi tạo UE Context bearer tương ứng với dịch vụ thực điều khiển luồng dịch vụ thuê bao: thiết lập/cập nhật/giải phóng luồng dịch vụ, Xử lý nghiệp vụ báo hiệu UE di động, MME xử lý signaling, không chặn liệu truyền S/PGW  Common Management thực xử lý nghiệp vụ : Quản lý thông tin trạng thái thuê bao, thuật tốn security, quản lý thơng tin trạng thái MME, xử lý lựa chọn GW thuật toán hộ trợ tối ưu chất lượng mạng  OAM Provision: Hỗ trợ API cung cấp thông tin cho hệ thông EMS, xử lý nghiệp vụ trace, lưu log hệ thống, giám sát cảnh báo ứng dụng trình hoạt động 1.1.1.2 Database Lưu trữ thơng tin cấu hình ứng dụng thơng tin session UE 1.1.1.3 Enhance Packet Forwarding Unit (EPU) Thực gửi/nhận tin tới hệ thống ngoài, hực encode/decode tin theo giao thức, xử lý phân tới thread xử lý nghiệp vụ khối ECU 1.2 Phân hệ SGW VHT SGW có kết nối sau:        Kết nối tới SGSN giao diện S4/S12 Kết nối tới MME giao diện S11 Kết nối tới PGW giao diện S5/S8 Kết nối tới SGWDP giao diện internal Kết nối tới CGF qua giao diện Ga Kết nối tới eNodeB qua giao diện S1U Kết nối tới hệ thống EMS sử dụng giao thức SOAP MML Hình1.2: Mơ hình thiết kế logic SGW VHT 1.2.1 Phân loại SGW VHT 1.2.1.1 Ứng dụng vha: Đảm nhiệm kiểm tra điều khiển float ip hệ thống giao tiếp bên với node mạng MME qua giao diện S11, PGW qua giao diện S5/S8, CGF qua giao diện Ga,Data plane qua giao diện internal 1.2.1.2 Ứng dụng gtp_gw: Thực kết nối giao tiếp gửi nhận tin với node từ MME PGW Ngoài ra, ứng dụng decode phần header tin gtp_c để phân tải đến ứng dụng xử lý nghiệp vụ hệ thống SGW CP 1.2.1.3 Ứng dụng logic: Đảm nhiệm xử lý nghiệp vụ hệ thống SGWCP Các nghiệp vụ bao gồm: Quản lý thông tin di động, quản lý thông tin phiên làm việc, làm điểm trung chuyển di động cho handover eNodeB, làm điểm trung chuyển di động cho handover mạng 2G, 3G 4G, Lawful Interception (chưa phát triển), Tạo thu thập thơng tin tính cước offline (CDR), Thực lưu thông tin thuê bao 1.2.1.4 Ứng dụng cdf_gw: Duy trì kết nối với node mạng CGF, encode decode CDF record theo chuẩn ASN.1 Ngoài ứng dụng cdf_gw kiểm tra việc duplicate hay ghi CDF để gửi lại, lưu tạm thời ghi CDR 1.2.1.5 Ứng dụng data_gw: Đảm nhiệm trì kết nối gửi nhận tin internal với SGW DP 1.2.1.6 Ứng dụng vagent: Được sử dụng để giám sát ứng dụng khác, gặp vấn đề dẫn đến tình trạng bị chết, ứng dụng agent tự động khởi động lại 1.3 Phân hệ PGW VHT PGW có kết nối sau:  Kết nối tới SGSN giao diện Gn/Gp Kết nối tới SGW giao diện S5/S8  Kết nối tới PCRF giao diện Gx  Kết nối tới OCS giao diện Gy  Kết nối tới Billing server cho lưu lượng charging offline CDR giao diện Ga/Gz  Kết nối PGW Internet cho lưu lượng data giao diện Sgi  Kết nối PGW IMS cho lưu lượng thoại thuê bao 4G giao diện SGi-IMS Hình 1.3: Mơ hình thiết kế logic PGW VHT 1.3.1 Kiến trúc hệ thống PGW Bao gồm 10 phân hệ:  DATA_GW: Là phân hệ giao tiếp với DATA PLANE, thực gửi nhận tin trao đổi DATA PLANE module xử lý nghiệp vụ vPGWCP Phân hệ đảm nhiệm chức phân tải tin tới khối xử lý nghiệp vụ PGWCP  GTPC_GW: Là phân hệ giao tiếp với node mạng giao diện S5/S8, Gn/Gp bao gồm node mạng (SGW, SGSN, PGW, GGSN), thực gửi nhận tin trao đổi node mạng (SGW, SGSN, Other PGW, Other GGSN) module xử lý nghiệp vụ vPGWCP Phân hệ đảm nhiệm chức phân tải tin tới khối xử lý nghiệp vụ PGWCP  DIA_GW: Là phân hệ giao tiếp với node mạng DRA giao diện Gx/Gy, thực gửi nhận tin trao đổi DRA module xử lý nghiệp vụ vPGWCP Phân hệ đảm nhiệm chức phân tải tin tới khối xử lý nghiệp vụ PGWCP  AAA_GW: Là phân hệ giao tiếp với node mạng AAA, thực gửi nhận tin trao đổi node mạng AAA module xử lý nghiệp vụ vPGWCP  RSM: Là phân hệ thực cấp phát tài nguyên Ip cho thuê bao Các địa IP thuê bao lấy từ Pool cấu hình sẵn theo APN  PGWCP: Là Module thực toàn chức nghiệp vụ node mạng PGW/GGSN bao gồm (Quản lý Session, Quản lý Bearer/PDP Context, Quản lý profile Policy thuê bao, Cung cấp thơng tin tính cướcCTF)  AGENT: Là phân hệ thực giám sát sống chết module node mạng Nếu phát module hệ thống vPGW chết, AGENT tự động bật module lên  vHA: Là phân hệ thực tính HA cho hệ thống PGWCP, Module giám sát kết nối server ACTIVE server STANDBY GATEWAY để phát trạng thái server nhằm bật server STANDBY kịp thời  CDF: Là phân hệ nhận event từ CTF nằm PGWCP để tạo CDR Record, sau gửi CDR record tới CGF để sinh file  CGF: Là phân hệ thực chức sinh CDR file nhận CDR record gửi từ CDF Là phân hệ giao tiếp với Billing Gateway để đẩy CDR file lên Billing Gateway Ngồi CGF cịn thực backup dự liệu CDR, lưu lại CDR Record vào DB để tra cứu đối soát 1.4 Phân hệ Dataplane VHT  Nhận tin điều khiển từ khối SPGW Control Plane để thiết lập xóa phiên xử lý liệu người dùng  Xử lý liệu người dùng (đếm lượng liệu người dùng sử dụng, trung gian chuyển đổi liệu mạng lõi mạng internet, ngắt phiên liệu hết dung lượng cho phép, chèn thêm thông tin vào luồng  IMS AKA Authentication (Sử dụng cho phần OTT)  SIP Digest Authentication (Sử dụng cho fix line – SIP phone) Hệ thống HSS Home Subscriber Server (HSS): trung tâm lưu trữ thông tin khách hàng, bao gồm tất liệu liên quan đến việc xử lý phiên đa phương tiện cho khách hàng Node nghiệp vụ xử lý thơng tin th bao thường trú 4G-EPC, IMS Hình 3.1: Mơ hình hệ thống HSS Hình 3.2: Mơ hình Thiết kế hệ thống HSS Hệ thống OCS OCS (Online Charging System) hệ thống cho phép nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tính cước thời gian thực 10 4.1 Kiến trúc hệ thống OCS Hình 4.1: Sơ đồ logic hệ thống vOCS3.0 LAB MySQL: database chứa thơng tin cấu hình hệ thống: gói cước, tham số, template CDR MySQL DB server 10.70.66.13: Cách login: mysql -u root -p -h 127.0.0.1 Arospike: chứa profile thuê bao Aerospike DB server 10.70.66.14: Cách login: aql -Uvocs –P Kafka: chứa event từ node OCP, Provisioning Trigger tạo Trên server 10.70.66.14: List topic: /kafka-topics.sh list zookeeper localhost:2181 Hình 4.2: Kiến trúc triển khai thực tế 11 Kiến trúc: • Multi-site: nhiều tổng trạm/nhiều cụm • Hệ thống dự phịng DR Dịch vụ: • Tính cước đa dịch vụ: di động, cố định PSTN, FTTH Phạm vi: • Triển khai vOCS3.0 Viettel (10 thị trường) + nhà mạng Mobicast 4.2 Triển khai tích hợp, dịch vụ Có hướng dịch vụ chính:  Dịch vụ từ mạng Core  Dịch vụ từ hệ thống CNTT Hình 4.3: Triển khai tích hợp Handle:  Tiếp nhận tin requests theo giao thức khác (Diameter, SOAP…), chuyển đổi thành tin nội đưa vào OCS để xử lý xử lý chiều ngược lại trả tin response Logic Procecc:  Xử lý số trường thông tin tin request theo nghiệp vụ cấu hình cho loại dịch vụ: VD: xử lý Cell ID, MNP  Cơ chế chống tải “overload control” Distribution:  Thực chức điều hướng phân phối tin lên tiến trình tính cước tương ứng loại dịch vụ (OCP/Provisioning) theo chế load sharing Thiết bị eNodeB eNodeB thiết bị quan trọng hệ thơng tin di động LTE, có nhiệm vụ núi vật lý phát thu tín hiệu hay anten để phủ sóng cho 12 13 Hình 5.1: Sơ đồ logic mạng 4G 5.1 Cấu tạo eNodeB 5.1.1 Khối xử lý băng gốc (BBU) Chassis: cao 2U (1.75inch), lắp rack 19inch, chia thành nhiều card Kiến trúc module: CTC, BBC, Backplane, Power, FAN Hình 5.2: sơ đồ cấu tạo BBU 14 L1: điều chế/giải điều chế, mã hóa  L2: lập lịch, cấp phát tài nguyên vô tuyến  L3: quản lý tài nguyên vô tuyến, điều khiển kết nối, chuyển giao, …  SYNC: cung cấp tín hiệu đồng cho hệ thống: GPS, IEEE-1588…  Hình 5.3: Sơ đồ cáo tạo BBC BBU  Vận chuyển liệu tới/từ eNodeB với EPC  Xử lý tin báo hiệu lớp EPC UE; forward liệu người dùng tới BBC tương ứng  Cung cấp giao diện LMT, nguồn đồng cho thành phần khác eNodeB Hình 5.4: Các cổng BBU 15 ST T Tên port Kiểu port GPS SMA male Cung cấp kết nối với GPS DEBUG Micro USB Cung cấp kết nối với tính qua giao tiếp USB FE0/GE0 RJ45 Cung cấp kết nối Fast Ethernet/Gigabit Ethernet với mạng lõi FE1/GE1/LMT RJ45 Cung cấp kết nối Fast/Gigabit Ethernet với mạng lõi máy tính SFP0 SFP + cage Cung cấp kết nối quang với mạng lõi SFP1 SFP + cage Cung cấp kết nối quang với mạng lõi Mô tả Hình 5.5: Module BBC Chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu băng gốc:  Mỗi BBC hỗ trợ tối đa 1200 connected-user  Mỗi BBC có giao diện CPRI v4.2  Hỗ trợ DL/UL throughput lên tới 600/300Mbps  Hỗ trợ Carrier Aggregation ST T 5.1.2    Tên port Kiểu port FE RJ45 SFP0÷SFP1 SFP + cage Mơ tả Cung cấp kết nối Fast/Gigabit Ethernet với máy tính Cung cấp kết nối quang với RRU Khối cử lý cao tần (RRU) Hỗ trợ cơng nghệ MIMO 2x2, 4x4 Lắp đặt ngồi trời với chuẩn bảo vệ IP65 Làm mát thụ động qua vỏ 16 Hình 5.6: Các port RRU STT Tên port Kiểu port Mô tả OPT0/OPT1 SFP + cage Cung cấp kết nối RRU BBU RRU với PWR CONN RCPT WALL Cung cấp kết nối nguồn cho RRU MNT POS SKTS ANT_TX0/RX0 ANT_TX1/RX1 7/16 DIN Female RET AISG 2.1 Cung cấp kết nối với anten Cung cấp kết với thiết bị điều chỉnh tilt điện Khối xử lý cao tần RRU có thành phần chính: khối xử lý tín hiệu cao tần (khối TRX) khối lọc (Duplexer) Khối TRX gồm module sau: 1) module FPGA 2) module TX 3) module Power Amplifier (PA) 4) module Feedback 5) module RX 17 Hình 5.7: Các module khối TRX Khối lọc:  Là khối thụ động RRU, cấu tạo dựa lọc (cavity filter)  Cho phép ghép tín hiệu thu tín hiệu phát truyền đồng thời đường (chung port anten) III Thực hành sử dụng phần mềm đo kiểm TEMS POCKET Bài thực hành Tems Pocket tạo đo Ping Idle Bài đo ping Tạo đo Ping với tham số cho:       Host:10.70.66.14 Dung lượng gói: 32 bytes Timeout: 1s Số lần ping phiên:10 Thời gian lần ping:1s Thời gian chờ:10s 18  Custom top view: LTE Chạy đo Ping với tham số ta được: Qua lần đo ta thấy : lần thu t