Luận văn thạc sĩ công nghệ kỹ thuật điện tử viễn thông đề tài tối ưu hiệu suất truyền video trên mạng 5g siêu dày đặc

lOMoARcPSD|11424851 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ *** CUNG VĂN TRANG TỐI ƯU HIỆU SUẤT TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG 5G SIÊU DÀY ĐẶC LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội - 2021 Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ *** CUNG VĂN TRANG TỐI ƯU HIỆU SUẤT TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG 5G SIÊU DÀY ĐẶC Ngành : Công nghệ kỹ thuật điện tử - viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 8510302.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÂM SINH CÔNG Hà Nội - 2021 Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lâm Sinh Cơng, người tận tình hướng dẫn thực luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội trang bị cho tác giả kiến thức vô hữu ích suốt năm học vừa qua Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Điện tử viễn thông Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện cho tác giả suốt trình học tập Tác giả xin cảm ơn Đề tài KHCN cấp ĐHQGHN, Mã số đề tài: QG.20.52 hỗ trợ trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người ln động viên khuyến khích tác giả suốt q trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2021 Tác giả Cung Văn Trang Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả hướng dẫn khoa học TS Lâm Sinh Công Các nội dung nghiên cứu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu, cơng thức, hình ảnh, bảng biểu liệu khác phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác nhau, có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường Đại học Cơng nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tác giả gây q trình thực (nếu có) Mặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực trình nghiên cứu để hồn thành luận văn, hạn chế kiến thức, kinh nghiệm thời gian nên luận văn cịn thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý quý giá nhà khoa học bạn đọc để tiếp tục hoàn thiện luận văn cách tốt tiếp tục cho nghiên cứu sau Góp ý xin gửi địa email cungvantrang@gmail.com điện thoại số 0919983628 Tác giả xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2021 Tác giả Cung Văn Trang Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN .3 MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG .7 DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu, đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu 10 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 10 2.2 Đối tượng nghiên cứu 10 2.3 Phạm vi nghiên cứu 10 2.4 Phương pháp nghiên cứu 10 Nhiệm vụ nghiên cứu, kết đạt được, ý nghĩa khoa học thực tiễn 10 3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu .10 3.2 Kết đạt .11 3.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 11 Bố cục luận văn 11 CHƯƠNG I: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH MẠNG 5G 12 1.1 Từ 1G đến 4G - Kết nối người 12 1.2 5G - Mạng cho đổi 13 1.2.1 Các thành phần 16 1.2.2 Mạng truy cập vô tuyến 18 1.2.3 Lõi di động 22 1.2.4 Bảo mật tính di động 25 1.2.5 Tùy chọn triển khai .28 CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG CỦA MẠNG 5G .30 2.1 Băng thông lớn 30 2.2 Kiểm soát nhiệm vụ quan trọng 32 2.3 Vạn vật kết nối internet 34 CHƯƠNG III: TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG 5G SIÊU DÀY ĐẶC .39 3.1 Nhu cầu mạng 5G .39 3.2 Mạng 5G siêu dày đặc .41 3.3 Truyền video mạng 5G siêu dày đặc 44 3.3.1 Truyền từ trạm sở 46 3.3.2 Truyền D2D 46 Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 3.3.3 Truyền phối hợp đa tầng 47 CHƯƠNG IV: TỐI ƯU HIỆU SUẤT TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG 5G SIÊU DÀY .49 4.1 Các kỹ thuật lập lịch 49 4.1.1 Lập lịch vòng tròn 49 4.1.2 Lập lịch theo số chất lượng kênh tốt .49 4.1.3 Kết hợp Lập lịch vòng tròn Lập lịch theo số chất lượng kênh tốt 49 4.1.4 Lập lịch công theo tỷ lệ .50 4.2 Tối ưu hóa thuật tốn lập lịch cơng 52 4.3 Mơ hình mơ đánh giá .54 4.3.1 Mơ hình mơ 54 4.3.2 Kết mô đánh giá .55 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Tên viết Tiếng Anh Tiếng Việt tắt The 3rd Generation Partnership Dự án đối tác hệ thứ 3GPP Project Mạng 5G vô tuyến 5G NR 5G New Radio Mạng 5G siêu dày đặc 5G Ultradense Network Mặt phẳng điều khiển 5G UDN Băng thông di động nâng Control Plane CP cao Enhanced Mobile Broadband Lõi gói phát triển (Mạng eMBB Evolved Packet Core lõi) EPC Mạng lưới vạn vật kết nối Internet of Things IoT Internet Internet Protocol Giao thức Internet IP Long Term Evolution Sự tiến hóa dài hạn Công theo tỷ lệ LTE Proportional Fair Mạng truy nhập vô tuyến Radio Access Network Thiết bị Người dùng 10 PF User Equipment Trạm sở lớn 11 RAN Macro Base Station Trạm sở nhỏ Small cell Base Station Người dùng di dộng 12 UE Dịch vụ ứng dụng video Mobile User Từ thiết bị đến thiết bị 13 MBS Video Applications and Services 14 SBS Device-to-Device 15 MU 16 VAS 17 D2D Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các hệ mạng truyền thông không dây 15 Bảng - Độ trễ trung bình gói tin (01 trạm gNodeB) 56 Bảng - Tỷ lệ gói tin (01 trạm gNodeB) 57 Bảng - Thông lượng 01 trạm gNodeB 58 Bảng 4 - Độ trễ trung bình gói tin (03 trạm gNodeB) .60 Bảng - Tỷ lệ gói tin (03 trạm gNodeB) 61 Bảng - Thông lượng 03 trạm gNodeB 62 Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 - Các hệ mạng di động 13 Hình - Nhu cầu mạng 5G .14 Hình - Các ứng dụng mạng 5G [1] .16 Hình - Cấu trúc Mạng di động [3] 17 Hình - Cấu trúc Lõi di động [3] 18 Hình - Trạm gốc phát kết nối với UE hoạt động [3] 19 Hình - Trạm gốc kết nối Mặt phẳng điều khiển [3] 19 Hình - Trạm gốc kết nối Mặt phẳng người dùng [3] 20 Hình - Giao thức kết nối Trạm gốc Lõi di động [3] .20 Hình 10 - Các Trạm gốc hợp tác bàn giao UE [3] 21 Hình 11 - Các Trạm gốc hợp tác thực truyền đa đường tới UE [3] .21 Hình 12 - Lõi di động 4G (Lõi gói phát triển) [3] 22 Hình 13 - Lõi di động 5G (NG-Core) [3] 24 Hình 14 - Thiết lập kênh Kiểm soát với Mặt phẳng người [3] 26 Hình 15 - Trình tự kênh kết nối [3] 27 Hình 16 - Các tùy chọn Không độc lập Độc lập để triển khai 5G [3] .29 Hình - Những kỳ vọng mạng 5G [1] 30 Hình 2 - Thời lượng vùng mở rộng 5G NR [5] 33 Hình - Kết nối 5G toàn cầu giai đoạn 2019-2025 39 Hình - Mạng 5G siêu dày đặc [8] .41 Hình 3 - Kiến trúc ứng dụng 5G UDN 42 Hình - Mơ hình điều khiển truyền video mạng 5G UDN 45 Hình - Khơng gian văn phịng mở [35] .54 Hình – Mơ hình mơ 01 trạm gNodeB 56 Hình - Biểu đồ Độ trễ trung bình gói tin (01 trạm gNodeB) 57 Hình 4 - Biểu đồ Tỷ lệ gói tin (01 trạm gNodeB) 58 Hình - Biểu đồ Thơng lượng 01 trạm gNodeB .59 Hình - Mô 03 trạm gNodeB .60 Hình - Biểu đồ Độ trễ trung bình gói tin (03 trạm gNodeB) 61 Hình - Biểu đồ Tỷ lệ gói tin (03 trạm gNodeB) 62 Hình – Biểu đồ Thông lượng hệ thống 03 trạm gNodeB .63 Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài - Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ kết nối mạng đem lại nhiều thay đổi sống người Hiện nay, mạng 5G - Thế hệ mạng di động thứ trình phát triển, hứa hẹn mang đến thống kết nối đóng vai trò lớn nhiều so với hệ mạng di động trước - Mạng 5G khơng kết nối người mà cịn kết nối, điều khiển máy móc, đồ vật thiết bị - tảng cho cải tiến kích hoạt dịch vụ mới, nâng cao trải nghiệm người dùng kết nối ngành công nghiệp mới, như: + Xem bóng đá trực tiếp hay chơi game với yêu cầu đồ họa cao trực tuyến khơng có độ trễ với trải nghiệm thời gian thực; + Thực tế ảo tăng cường (Augmented Reality- AR)/ Công nghệ thực tế ảo (Virtual Reality – VR), như: du lịch ảo, mua sắm ảo ; + Thành phố thông minh; Nhà máy thông minh; + Khám, chữa bệnh phẫu thuật từ xa; + Vạn vật kết nối internet - Các loại dịch vụ cung cấp làm cho số lượng kết nối tăng trưởng nhanh chóng Theo số thơng tin đăng tải website Cục Tần số vô tuyến điện - Bộ Thông tin Truyền thông: + Kỳ vọng có 1,9 tỷ thuê bao mạng 5G vào cuối năm 2024, chiếm 20% số lượng thuê bao di động thời điểm đó; + Có thể tới 65% dân số giới sử dụng mạng 5G vào năm 2024; + Dự kiến năm 2022, mức tiêu thụ nội dung video điện thoại thông minh máy tính bảng tăng 300%, tức 50% năm Video chiếm 75% tổng lưu lượng truy cập liệu di động - Mạng 5G chạy tảng tồn IP, khó để phân biệt loại hình dịch vụ với chi phí để trì cao (Mạng 5G hoạt động băng tần bước sóng milimet) Một trạm gốc mạng 4G phủ sóng tới km trạm gốc mạng 3G phủ sóng tới km trạm gốc mạng 5G 300m - đồng nghĩa cần nhiều trạm gốc mạng 5G để có vùng phủ sóng rộng mạng 4G nay) - Các thuật toán lập lịch cho mạng 5G sử dụng lại đề xuất mạng 4G, việc tối ưu thuật toán lập lịch cho mạng 5G chưa nghiên Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com)