22 Trang 6 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng BBU Baseband Unit Đơn vị băng tần cơ sở BS Base S
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN ỨNG DỤNG SDN TRONG MẠNG 5G Lớp : Kỹ thuật viễn thông – K61 Thành viên : Lại Văn Hoàn Dương Hữu Cường Nguyễn Văn Đạt Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Việt Hà Hà Nội, 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 1.1 Giới thiệu hệ mạng di động 5G 1.2 Kiến trúc mạng tổng quan 11 1.3 Tổng quan mạng lõi 5G 12 1.3.1 Các nghiên cứu trước đo lường chất lượng dịch vụ …… 12 1.3.2 Giao thức EPC (GPRS Tunning Protocol) .13 1.3.3 Mạng lõi cho 5G 13 1.3.3.1 Chức hệ thống 13 1.3.3.2 Mặt phẳng điều khiển 15 1.3.3.3 Mặt phẳng liệu …………………………………………… 16 CHƯƠNG MẠNG ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM SDN VÀ CHỨC NĂNG ẢO HÓA MẠNG NFV 17 2.1 Mạng định nghĩa phần mềm SDN Software Defined Network 17 2.1.1 Kiến trúc SDN 17 2.1.2 OpenFlow Switch 19 2.2 Ảo hóa chức mạng – Network Function Virtualazation (NFV) 22 2.2.1 Hàm chức mạng ảo hóa – VNF 23 2.2.2 Khối hạ tầng ảo hóa chức mạng – NFVI 24 2.2.3 Khối điều phối quản lý NFV M&O 26 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CỦA SDN TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G 27 3.1 Quản lý phổ hiệu 27 3.2 Có khả lập trình mạng 29 3.3 Mạng cắt lát 30 3.4 Mạng siêu dày đặc 32 KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc mạng 5G tổng quan 11 Hình 1.2 Kiến trúc EPC hệ thống truy cập 3GPP 12 Hình 1.3 Kiến trúc EPC cho 5G .14 Hình 1.4 Phân loại gói định tuyến mặt phẳng liệu 16 Hình 2.1 Kiến trúc SDN 17 Hình 2.2 Kiến trúc OpenFlow Switch 19 Hình 2.3 Quan hệ Controller thiết bị OpenFlow Switch 21 Hình 2.4 Kiến trúc NFV 23 Hình 2.5 Kiến trúc VNF 24 Hình 2.6 Các miền NFVI 25 Hình 3.1 Kiến trúc HetNet 5G hỗ trợ HAS 27 Hình 3.2 Hoạt động điều khiển trạm gốc 28 Hình 3.3 Các khối quy trình lập trình mạng 29 Hình 3.4 Kiến trúc mạng cắt lát 30 Hình 3.5 Kiến trúc mạng cắt lát SDN 32 Hình 3.6 Kiến trúc mạng UUDN 35 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các số hiệu suất 10 Bảng 2.1 So sánh mạng truyền thống mạng sử dụng NFV 22 Bảng 3.1 Bảng so sánh mạng truyền thống UDN 33 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng BBU Baseband Unit Đơn vị băng tần sở BS Base Station Trạm gốc CaPex Capital Expenditures Chi phí đầu tư CPE C-plane entity Thực thể luồng điều khiển D2D Device to Devide Kỹ thuật kết nối từ thiết bị tới thiết bị EPC Evolved Packet Core Lõi gói phát triển EPS Evolved Packet System Hệ thống gói phát triển GTP Gprs Tunning Protocol Giao thức đường hầm GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp HSS The Home Subscriber Server Server thuê bao nhà M2M Machine to Machine Tương tác máy với máy MBB Mobile Broad Band Băng thông rộng di động MME The mobility Management entity Thực thể quản lý di động NFV Network Function Virtualization Ảo hóa chức mạng NFVI Network function virtual infrastion Hạ tầng ảo hóa mạng NFV M&O Network function virtual Manager & ochestration Khối điều phối quản lý OPEX Operating Expenditure Chi phí hoạt động PCRF The Policy Control and Charging Rules Function Khối tính cước điều khiển sách PDN-GW Packet Data Node Gateway Cổng nút liệu gói QoS Quality of serving Chất lượng phục vụ SDN Software Defined Network Mạng định nghĩa phần mềm SGW Serving Gateway Cổng dịch vụ SSL Secure Sockets Layer Lớp cổng bảo mật UPE U-plane entity Thực thể luồng điều khiển VIM Virtual Interfraction Manager Quản lý hạ tầng ảo MỞ ĐẦU Sự phát triển theo cấp số nhân dịch vụ video di động (ví dụ: YouTube Mobile TV) thiết bị thông minh tiến Internet of Things (IoT) kích hoạt sáng kiến toàn cầu nhằm phát triển hệ thống truyền thông di động không dây hệ thứ năm (5G) Số lượng thiết bị thông minh ngày tăng (ví dụ: máy tính bảng điện thoại thơng minh) số lượng ngày tăng ứng dụng di động ngốn băng thơng (ví dụ: phát video trực tiếp, chơi trò chơi video trực tuyến) đòi hỏi hiệu suất phổ cao so với hệ thống 4G đặt thách thức đáng kể 5G Dự báo Chỉ số Mạng Trực quan Cisco (VNI) dự đoán lưu lượng video IP chiếm 82% tổng lưu lượng truy cập Internet người tiêu dùng vào năm 2022, tăng từ 75% vào năm 2017 Riêng lưu lượng video thiết bị di động chiếm 78% lưu lượng liệu di động toàn cầu Trong lưu lượng truy cập cho thực tế ảo / thực tế tăng cường (VR / AR) tăng với Tốc độ tăng trưởng hàng năm tổng hợp (CAGR) 82% từ năm 2017 đến năm 2022, tốc độ tăng trưởng lưu lượng truy cập TV, máy tính bảng, điện thoại thông minh mô-đun M2M 21%, 29%, 49% 49% Sự tăng trưởng vượt bậc kết 12,3 tỷ thiết bị kết nối di động, số dự kiến vượt dân số dự kiến tỷ giới vào năm 2022 Kết nối 5G dự kiến tạo liệu nhiều 4,7 lần so với 4G Với lý trên, “ỨNG DỤNG CỦA SDN TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G” chúng em chọn làm đề tài tập lớn Dù cố gắng việc tìm hiểu tài liệu, thiếu sót kiến thức, hạn chế tầm hiểu biết mà báo cáo cịn nhiều thiếu khuyết Kính mong nhận ý kiến góp ý để chúng em hồn thiện Các nghiên cứu trình bày ba chương báo cáo sau: Chương 1: Tổng quan mạng 5G Chương 2: Mạng định nghĩa phần mềm SDN chức ảo hóa mạng NFV Chương 3: Ứng dụng SDN mạng 5G CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 1.1 Giới thiệu hệ mạng 5G Với số lượng ngày tăng ứng dụng liên lạc cá nhân, thiết bị di động đạt hàng trăm tỷ triển khai thương mại mạng 5G Các hệ thống mạng 5G vào khoảng năm 2020 trở cần cung cấp dung lượng gấp 1000 lần so với hệ thống di động 4G thương mại Các Chỉ số Hiệu suất (KPI) 5G dự kiến bao gồm: phạm vi phủ sóng tốt hơn, phổ biến tăng lên gần 100% cho kết nối “mọi lúc nơi”, tốc độ liệu người dùng cao 10–100 lần, tiết kiệm lượng 90%, dịch vụ tổng hợp độ tin cậy tính khả dụng 99,999%, độ trễ qua mạng không dây End-to-End (E2E) ms giảm mức điện từ trường so với LTE 5G kích hoạt nhu cầu ngày tăng mạnh mẽ bối cảnh xã hội kết nối tốt với lưới điện thông minh thành phố thông minh, hệ thống sở hạ tầng quan trọng y tế điện tử y tế từ xa lĩnh vực giáo dục tăng lên để khai thác tổng lợi ích kết nối không dây cách 2020 Trong 5G dự kiến mang lại sản lượng kinh tế toàn cầu 12,3 nghìn tỷ la vào năm 2035, số động lực thị trường 5G bao gồm nhu cầu thực tế ảo, dịch vụ đa phương tiện trò chơi điện tử, video 4K / 8K / 3D ứng dụng thành phố thông minh, giáo dục an tồn cơng cộng Các ngành cơng nghiệp giới học thuật đón nhận 5G mạng tương lai cho phép ngành công nghiệp dọc với loạt yêu cầu hiệu suất dịch vụ đa dạng 5G viết tắt 5th Generation – hệ mạng di động thứ hệ thống không dây thứ 5, hệ công nghệ truyền thông di động sau hệ 4G Nó tạo cách mạng tốc độ độ ổn định cho thiết bị di động, xóa khoảng cách tốc độ băng thơng khơng dây cố định, làm kích hoạt sóng cơng nghệ, ứng dụng lớn chưa có Dưới số tiềm công nghệ 5G mang lại: • Cung cấp tốc độ liệu cao cho người dùng MBB kết nối nhanh chóng mà khơng bị delay (độ trễ ms) • Kiểm sốt tắc nghẽn trải nghiệm người dùng tuyệt vời mạng siêu dày đặc (Ultra Dense Networks - UDN) mà không gặp phải từ chối dịch vụ tải lưu lượng • Cải thiện chất lượng trải nghiệm (Quality of Experience – QoE) cung cấp tốc độ liệu 100 Mb/s cho đường xuống 20 Mb/s cho đường lên độ trễ không thay đổi 100 ms Tối ưu hóa chi phí tiêu thụ điện • Nâng cao chất lượng phục vụ (QoS) để đưa dịch vụ với yêu cầu cao độ trễ độ tin cậy • Tính linh hoạt khả mở rộng để tích hợp cơng nghệ tiên tiến hỗ trợ mạng kế thừa Bảng 1.1 Các số hiệu suất Yêu cầu Giá trị kỳ vọng Tốc độ liệu đỉnh Đường lên: 20 Gbps Đường xuống: 10Gbps Độ trễ eMBB: 4ms Thiết bị kết nối URLLC: 1ms 3000000/ AP Khối lượng liệu Gb/host (chu kỳ bận) Băng thông 500 Gb/thuê bao/ người đăng ký 60GHz Băng tần 1.8GHz 2,6GHz(kỳ vọng 30 – 300GHz) Độ tin cậy 99,99 % Với cải tiến đáng kể so với 4G, tiềm 5G vô lớn Nó khơng đơn giản hệ mạng mà cịn cơng nghệ có khả cung cấp sở hạ tầng cần thiết để truyền tải số lượng lớn liệu, cho phép tạo nên giới thơng minh, tiện ích kết nối nhanh 10