Đề tài tìm hiểu kiến trúc tổng quan mạng di động lte

Trong bối cảnh này, mạng 4G đã nổi lên như một bước tiến đáng kể trong việc cung cấp kết nối đáng tin cậy, tốc độ cao và dịch vụ đa dạng.Luận án này nhằm mục đích tìm hiểu kiến trúc tổng

HỌC VIỆN PHỤ NỮ VIỆT NAMVIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU KIẾN TRÚC TỔNG QUAN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

Trong thời đại số hóa ngày nay, việc kết nối không dây đã trở thành một phần quan trọng và không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta Mạng di động đã phát triển một cách đáng kể và trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống cá nhân và doanh nghiệp Trong bối cảnh này, mạng 4G đã nổi lên như một bước tiến đáng kể trong việc cung cấp kết nối đáng tin cậy, tốc độ cao và dịch vụ đa dạng.

Luận án này nhằm mục đích tìm hiểu kiến trúc tổng quan của mạng 4G, điều này đòi hỏi sự hiểu biết về các thành phần chính, cơ chế hoạt động, và cách mạng hóa mạng di động mà nó mang lại Chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc của mạng 4G, cách mà nó xử lý dữ liệu, và tầm quan trọng của nó trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của người dùng.

Bên cạnh đó, luận án này cũng sẽ đi sâu vào những ứng dụng và tiềm năng phát triển của mạng 4G, cũng như những thách thức và hạn chế mà nó đối diện Chúng ta sẽ xem xét cách mà mạng 4G đã thay đổi cuộc sống của chúng ta và tạo ra những cơ hội mới trong công nghệ thông tin và truyền thông.

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này do kiến thức chưa sâu sắc nên chúng em còn nhiều sai sót, mong thầy và mọi người góp ý chân thành để giúp chúng em hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất Em xin cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G LTE1 Tổng quan về mạng 4G LTE

Mạng di động thế hệ thứ tư (4G LTE), là một phần quan trọng trong sự tiến hóa của viễn thông di động, đã đánh dấu một bước đột phá vượt trội trong khả năng kết nối và truyền tải dữ liệu Sự xuất hiện của 4G LTE đã mang lại một loạt các cải tiến đáng kể so với thế hệ trước đó (3G), và nó đã thay đổi cách con người truy cập thông tin, giao tiếp và tiêu dùng nội dung trực tuyến.

4G LTE được xây dựng trên nền tảng các công nghệ truyền thông không dây tiên tiến, bao gồm một hệ thống phân chia tần số hiệu quả và việc sử dụng kỹ thuật MIMO (Multiple Input Multiple Output) để tăng cường tốc độ truyền dẫn dữ liệu Với tốc độ tải và tải lên dữ liệu đáng kể nhanh hơn so với 3G, 4G LTE đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc xem video cao cấp, trải nghiệm trực tuyến mượt mà, và ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn như trò chơi trực tuyến và công việc từ xa.

Khả năng kết nối liên tục và ổn định của 4G LTE đã cung cấp sự linh hoạt cho các người dùng di động, giúp họ duyệt web, xem video, truyền dữ liệu qua ứng dụng trực tiếp trên điện thoại di động và các thiết bị khác Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế số, góp phần tạo nên mạng 4G.

Mạng 4G LTE (Long-Term Evolution) là một công nghệ mạng di động tiên tiến, được phát triển để cung cấp tốc độ internet nhanh hơn và hiệu suất tốt hơn so với các công nghệ trước đó Dưới đây là một số điểm quan trọng về mạng 4G LTE:

1 Tốc độ cao: Mạng 4G LTE có khả năng cung cấp tốc độ tải và tải lên rất nhanh, cho phép người dùng xem video chất lượng cao, chơi game trực tuyến và truy cập ứng dụng mà không bị gián đoạn.

2 Hiệu suất ổn định: LTE cung cấp hiệu suất ổn định hơn trong điều kiện tải nặng và trong các khu vực đông dân cư.

3 Khả năng kết nối nhiều thiết bị: LTE cho phép kết nối nhiều thiết bị cùng lúc thông qua mạng di động, làm cho nó trở thành công nghệ lý tưởng cho Internet of Things (IoT) và các ứng dụng kết nối đa thiết bị.

4 Độ phủ sóng rộng rãi: Mạng 4G LTE đã được triển khai rộng rãi trên khắp thế giới, bao gồm cả trong các khu vực đô thị và nông thôn.

5 Hỗ trợ cho cuộc gọi thoại qua IP: LTE cho phép cuộc gọi thoại thông qua IP (VoIP), thay thế cho cuộc gọi truyền thống.

6 Chuẩn quốc tế: 4G LTE là một chuẩn mạng quốc tế, giúp kết nối dễ dàng khi bạn đi du lịch hoặc di chuyển giữa các quốc gia.

2 Ưu Điểm

4G LTE mang lại nhiều ưu điểm quan trọng:

- Tốc Độ Cao: Với tốc độ lên đến hàng trăm Mbps, 4G LTE cho phép truyền tải video, tải xuống dữ liệu và duyệt web nhanh chóng.

- Ổn Định: Kết nối ổn định hơn so với các thế hệ trước, giúp tránh tình trạng giật lag trong trò chơi trực tuyến hoặc cuộc gọi video.

- Hỗ Trợ Nhiều Thiết Bị: LTE có khả năng hỗ trợ nhiều thiết bị kết nối cùng một lúc, quan trọng trong thế giới kết nối ngày nay.

3 Nhược điểm

Mặc dù 4G LTE có nhiều ưu điểm, nhưng cũng đối mặt với những thách thức: - Tài Nguyên Tần Số Hạn Chế: Tần số không gian có hạn, và với số lượng người

dùng ngày càng tăng, tài nguyên này có thể trở nên hạn chế.

- Bảo Mật: Với tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh, bảo mật trở thành một vấn đề quan trọng.

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC MẠNG 4G LTE

Kiến trúc mạng 4G LTE (Long-Term Evolution) bao gồm nhiều thành phần quan trọng để cung cấp hiệu suất và dịch vụ tốt cho người dùng Dưới đây là một tổng

quan về kiến trúc mạng 4G LTE:

Hình 1.1 Kiến trúc và các thành phần mạng

2.1 Thiết bị người dùng (UE):

Đây là các thiết bị của người dùng như điện thoại di động, máy tính bảng hoặc thiết bị IoT (Internet of Things) kết nối vào mạng LTE Các chức năng của UE là nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, mà có tín hiệu với mạng để thiết

lập, duy trì và loại bỏ các liên kết thông tin người dùng cần Điều này bao gồm các chức năng quản lý tính di động như chuyển giao, báo cáo vị trí của thiết bị, và các UE phải thực hiện theo hướng dẫn của mạng Có lẽ quan trọng nhất là UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để các ứng dụng như VoIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọi thoại.

2.2 E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network):

E-UTRAN bao gồm các trạm cơ sở (eNodeB) và anten để cung cấp kết nối không dây cho các thiết bị di động E-UTRAN sử dụng công nghệ truyền dẫn không dây LTE để truyền dữ liệu giữa UE và mạng eNodeB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều khiển (CP) eNB chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), tức là kiểm sóat việc sử dụng giao diện vô tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa trên yêu cầu, ưu tiên và lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát tình hình sử dụng tài nguyên Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM) Điều khiển eNodeB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến được thực hiện bởi UE Điều này bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNB khác và MME Khi một UE mới kích hoạt theo yêu cầu của eNB và kết nối vào mạng, eNodeB cũng chịu trách nhiệm về việc định tuyến khi này nó sẽ đề nghị các MME mà trước đây đã phục vụ cho UE, hoặc lựa chọn một MME mới nếu một tuyến đường đến các MME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng mặt

2.3 EPC (Evolved Packet Core): EPC là trung tâm của mạng LTE, bao gồm các thành phần như:

- MME (Mobility Management Entity): Quản lý việc di chuyển của thiết bị di động trong mạng.

Hình 1.2 Nguyên tắc hoạt động của MME

- SGW (Serving Gateway): Quản lý dữ liệu gửi và nhận giữa UE và mạng LTE

Hình 1.3 Kết nối S-GW tới các nút logic khác

Hình 1.3 cho thấy S-GW được kết nối tới các nút logic khác và danh sách các chức năng chính trong các giao diện này Tất cả các giao diện được cấu hình theo kiểu

một - nhiều từ S-GW được thấy Một S-GW có thể chỉ phục vụ một khu vực địa lý nhất định với một tập giới hạn các eNodeB, và tương tự có thể có một tập giới hạn của các MME điều khiển khu vực đó SGW có thể kết nối tới bất kỳ P- GW nào trong toàn bộ mạng lưới, bởi vì PGW sẽ không thay đổi trong khi di chuyển, trong khi S-GW có thể được định vị lại trong khi UE di chuyển.

- PGW (Packet Data Network Gateway): Kết nối mạng LTE với mạng internet và các dịch vụ dữ liệu khác.

Hình 1.4: P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính P-GW bao gồm cả PCEF, có nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các dịch vụ nói đến, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan.

- HSS (Home Subscriber Server): Lưu trữ thông tin của người dùng, bao gồm thông tin xác thực và tài khoản.

4 Mạng IP Core: Mạng IP Core kết nối EPC với các dịch vụ internet và dịch vụ mạng khác nhau.

5 Mạng Internet và Dịch Vụ Bên Ngoài: Mạng LTE được kết nối với internet và các dịch vụ bên ngoài, cho phép người dùng truy cập internet, gửi nhận email, xem video, và sử dụng ứng dụng khác.

6 Xác thực và Bảo mật: Kiến trúc LTE sử dụng các phương thức xác thực và bảo mật để đảm bảo an toàn thông tin của người dùng và mạng.

7 QoS (Quality of Service): LTE hỗ trợ Quản lý Chất lượng Dịch vụ để ưu tiên dịch vụ quan trọng như cuộc gọi thoại trước dịch vụ khác.

Hình 1.5 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS

Một phần tử mang vô tuyến vận chuyển các gói tin của một mang chuyển EPS giữa một UE và một eNB Mỗi dòng IP ( ví dụ void IP ) được kết hợp với một mang chuyển EPS khác nhau và các mạng có thể ưu tiên lưu lượng cho phù hợp Khi nhận một gói tin IP từ internet , P-GW thực hiện phân loại gói dựa trên các thông số nhất định đã biết và gửi nó một mang chuyển EPS thích hợp Căn cứ vào mang chuyển EPS , eNB ánh xạ các gói tin tới phần tử mang vô tuyến có QoS thích hợp.

8 Truy cập người dùng đa phương tiện: LTE hỗ trợ truyền dữ liệu âm thanh, video và dữ liệu khác qua giao thức IP, cho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ trên cùng một mạng.

9 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm

Các UE thu được MTCH truyền và tham gia vào ít nhất một kế hoạch phản hồi MBMS cần phải được đặt trong một trạng thái RRC kết nối Mặt khác, các UE nhận MTCH truyền mà không tham gia vào một cơ chế phản hồi MBMS có thể ở một trong hai chế độ RRC rảnh dỗi hoặc RRC kết nối Để nhận được truyền đơn ô của MTCH, một UE có thể cần phải ở chế độ RRC kết nối Tín hiệu mà kích hoạt UE chuyển sang chế độ RRC kết nối chỉ dành cho mục đích thu nhận đơn ô được mang trên MCCH.

Tổng quan trên giúp bạn hiểu cách các thành phần chính trong kiến trúc mạng 4G LTE tương tác với nhau để cung cấp kết nối di động hiệu quả và đa dạng dịch vụ cho người dùng.

Chương 3 Kết luận

Trong bài luận này, chúng ta đã tìm hiểu về kiến trúc tổng quan của mạng 4G một cách chi tiết Mạng di động thế hệ thứ tư (4G) đã đánh dấu một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của viễn thông di động, mang lại nhiều cải tiến đáng kể so với thế hệ trước đó Dưới đây là những điểm chính mà chúng ta đã tìm hiểu:

Kiến trúc mạng 4G: Mạng 4G được xây dựng trên một kiến trúc mạng IP (Internet Protocol) tiên tiến Nó bao gồm các thành phần quan trọng như Access Network (mạng truy cập), Core Network (mạng trung tâm), và các dịch vụ mạng như voice, data, và multimedia.

Công nghệ truyền dẫn: Mạng 4G sử dụng công nghệ LTE (Long-Term Evolution) và WiMAX để cung cấp tốc độ truyền dẫn cao và khả năng kết nối liên tục, đảm bảo trải nghiệm người dùng tốt hơn.

Tích hợp dịch vụ multimedia: 4G hỗ trợ truyền dữ liệu nhanh chóng, cho phép video streaming, voice over IP (VoIP), và các dịch vụ multimedia khác Điều này đã tạo ra một sự thay đổi lớn trong cách chúng ta sử dụng di động và tiếp cận nội dung trực tuyến.

Sự linh hoạt và khả năng mở rộng: Kiến trúc 4G cho phép mở rộng mạng dễ dàng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng Nó cũng hỗ trợ nhiều thiết bị kết nối cùng lúc, từ điện thoại di động đến các thiết bị IoT (Internet of Things).

Bảo mật và quản lý mạng: 4G chú trọng đến vấn đề bảo mật và quản lý mạng, đảm bảo thông tin cá nhân và dữ liệu mạng được bảo vệ an toàn Phát triển tiềm năng: Mạng 4G đã làm nền tảng cho sự phát triển của ứng dụng và dịch vụ mới như trực tuyến thương mại, xe tự lái, và sự kết nối liên tục.

Trong tương lai, chúng ta có thể mong đợi sự tiếp tục phát triển của mạng 4G và sự chuyển đổi sang mạng 5G, hứa hẹn mang lại nhiều cải tiến vượt trội về tốc độ, độ trễ và khả năng kết nối Mạng 4G đã là một bước quan trọng trong sự tiến bộ của viễn thông di động và đã thay đổi cách chúng ta giao tiếp và sử dụng dịch vụ trực tuyến.