Quản lý di động trong mạng LTE 4g

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ HỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE-4G (MANAGEMENT Of NETWORK MOBILITY IN LONG TERM EVOLUTION - 4G) ĐINH QUANG QUẢNG HÀ NỘI-2013 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ HỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE-4G (MANAGEMENT Of NETWORK MOBILITY IN LONG TERM EVOLUTION - 4G) ĐINH QUANG QUẢNG CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60520203 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM MINH VIỆT HÀ NỘI-2013 iii LỜI CẢM ƠN Lời ñầu tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến PGS.TS. Phạm Minh Việt ñã dành nhiều thời gian và công sức hướng dẫn, giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn này. Qua thời gian làm luận văn, với sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy, tôi ñã tiếp thu ñược rất nhiều kiến thức mới mẻ, cũng như cách làm việc khoa học, cách giải quyết vấn ñề chặt chẽ. Đó chính là những kinh nghiệm rất bổ ích cho tôi trong quá trình học tập và công tác sau này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến các Thầy Cô giáo của Khoa ñào tạo Sau ñại học Viện Đại Học Mở Hà Nội, ñặc biệt là các Thầy Cô giáo ñã trực tiếp giảng dạy cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Viện. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn ñến Ban Giám ñốc Viện Đại Học Mở Hà Nội cũng như các Phòng, Khoa của Viện ñã tạo ñiều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập. Dù ñã có rất nhiều cố gắng, song do thời gian nghiên cứu có hạn luận văn không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót. Kính mong nhận ñược sự chia sẻ và những ý kiến ñóng góp quý báu của các thầy cô giáo, các bạn ñồng nghiệp. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia ñình, ñồng nghiệp ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể cho tôi học tập, xin cảm ơn các bạn, các Anh Chị trong tập thể lớp K4 KTĐT ñã hỗ trợ tôi trong việc học tập. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Học viên thực hiện Đinh Quang Quảng iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG LTE - 4G 3 1.1 TỔNG QUAN 3 1.1.1 Xu hướng phát triển công nghệ mạng di ñộng từ 3G lên 4G 3 1.1.2 Tổng quan về LTE- 4G 4 1.2. CÁC PHẦN TỬ MẠNG LTE- 4G 9 1.2.1 E-UTRAN 9 1.2.2.MME ( Mobility Management Entity) 13 1.2.3. Gateway 17 1.3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠNG LTE - 4G 27 1.3.1 Hỗ trợ lưu lượng IP 27 1.3.2 Hỗ trợ di ñộng tốt 27 1.3.3 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau 28 1.3.4 Không cần liên kết ñiều khiển 29 1.3.5 Hỗ trợ bảo mật ñầu cuối - ñầu cuối 29 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 Chương 2: QUẢN LÝ DI ĐỘNG (MOBILITY) 31 2.1 GIỚI THIỆU 31 2.1.1 Vị trí của Mobile IP trong 4G 32 2.1.2 Truyền dữ liệu trong mạng Mobile IP- 4G 33 2.1.3 Thông báo và tìm kiếm trạm ñiều khiển 35 2.1.4 Đăng ký 36 2.1.5 Kênh số liệu và mã hóa 37 2.1.6 Tối ưu 38 2.2 QUẢN LÝ DI ĐỘNG Ở TRẠNG THÁI RỖI 40 2.2.1 Tổng quan 40 2.2.2 Dò tìm tế bào (cell search) 41 v 2.2.3 Truy cập ngẫu nhiên 47 2.2.4 Cập nhật vùng theo bám (TAU) 49 2.3. QUẢN LÝ DI ĐỘNG Ở TRẠNG THÁI TÍCH CỰC 51 2.3.1 Tổng quan 51 2.3.2 Di ñộng nội E-UTRAN với hỗ trợ X2 53 2.3.3 Di ñộng nội E-UTRAN không có hỗ trợ X2 57 2.3.4 Di ñộng nội E-UTRA với bố trí lại EPC 59 2.4 CHUYỂN GIAO TRONG LTE 61 2.4.1 Báo hiệu cho chuyển giao 61 2.4.2 Đo chuyển giao 63 2.5. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG 63 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 65 Chương 3: MỘT SỐ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE-4G 66 3.1 TỔNG QUAN 66 3.2. PHÂN TẦNG QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG-IP 67 3.3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP 71 3.3.1 Giải pháp ở mức vĩ mô 71 3.3.2 Giải pháp ở mức vi mô 71 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 KIẾN NGHỊ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt A AAA Authentication, Authorization, Accouting Protocol Xác thực, Ủy quyền, Kế toán 3 GPP Third Generation Partnership Project Tổ chức chuẩn hóa mạng di ñộng thế hệ thứ 3 2G Second Generation Thế hệ thứ 2 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 4G Fourth Generation Mạng di ñộng thế hệ thứ tư B BS Base Station Trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CRS Common Reference Signal CSI Channel State Information CRNTI CellRadioNetworkTemporary Identifier Chỉ số nhận dạng tạm thời mạng VT tuyến tế bào D DCI Downlink Control Information Thông tin ñiều khiển ñường xuống DL Down Link Đường xuống DPCCH Delicated Physical Control Channel Kênh ñiều khiển vật lý dành riêng DPDCH Delicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý dành riêng E EPC Evolved Packet Core Lõi gói cải tiến E-UTRA Evolved UTRA UTRA tăng cường E-UTRAN Evolved UTRAN UTRAN tăng cường ETSI EuropeanTelecommunication Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu eNodeB E-UTRAN NodeB NodeB E-UTRAN vii F FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tại máy thu G GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GUTI Global Unique Temporary Identity Nhận dạng tạm thời duy nhất toàn cầu GSM GlobalSystemforMobile Communications Hệ thống truyền thông di ñộng toàn cầu GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến dự trên công nghệ GSM/EDGE H HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao nhà HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc ñộ cao HARQ Hybrid ARQ DRQ hỗn hợp HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói ñường xuống tốc ñộ cao I Iu-CS The interface used for communication between the RNC and the GSM/WCDMA cỉcuit switched core network Giao diện dùng ñể liên lạc giữa RNC và mạng lõi chuyển mạch kênh GSM/WCDMA Iu-PS The interface used for communication between the RNC and the GSM/WCDMA packet switched core network Giao diện dùng ñể liên lạc giữa RNC và mạng lõi chuyển mạch gói GSM/WCDMA Iu The interface used for communication between the RNC and the core network Giao diện dùng ñể liên lạc giữa RNC và mạng lõi Iub Giao diện ñược sử dụng ñể thông tin giữa nút B và RNC IMSI InternationalMobileSubscriber Identity Nhận dạng thuê bao di ñộng quốc tế IMT-2000 InternationalMobileTelecommunication 2000 Viễn thông di ñộng quốc tế 2000 viii IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ ña phương tiện IP ITU International Telecomunication Union Liên minh viễn thông thế giới ITU-R ITU Radio Commmunication Sector Ban thông tin vô tuyến của ITU IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv4 IP version 4 Phiên bản IP bốn IPv6 IP version 6 Phiên bản IP sáu IR Incremental Redundancy Phần dư tăng L LTE 3GPP Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn LTE AETACHED LTE DETACHED Tích cực LTE LTE ACTIVE LTE ACTIVE Rỗi LTE M MSRN Mobile Station Roaming Number Số roaming trạm di ñộng MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di ñộng MLC Mobile Location Center Trung tâm vị trí di ñộng MME Mobility Management Entity Quản lý di ñộng N NAS Non- Access Stratum Tầng không truy nhập O OFDM Orthogonal Frequency Divisions Multiplexing Ghép phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao P PCRF Policy and ChargingResource Function PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu gói ix Q QoS Quality-of- Service Chất lượng dịch vụ R Real Time Protocol Giao thức thời gian thực RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RS Reference Signals Ký hiệu thao khảo RLP Radio Link Protocol Giao thức liên kết vô tuyến RLB Radio Link Budget Quỹ ñường truyền RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến RR Round Robin Phương pháp vòng RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến S SC - FDMA Single carrier Frequency Division Multiple Access FDMA ñơn sóng mang SIM Successive Identity Module Mô ñun nhận dạng thuê bao SAE System Architechture Evolution Sự tiến hóa kiến trúc hệ thống SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SAS Standalone SMLC SMLC ñộc lập T TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia x theo thời gian U UMB Ultra Mobile Broadbnd Di ñộng băng cực rộng UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt ñất toàn cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất vạn năng UE User Equipment Thiết bị người dùng UL Up link Đường lên UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di ñộng toàn cầu URA UTRAN Registration Area Vùng ñăng ký UTRAN UTM Universal Transverse Mercator Hệ tọa ñộ UTM W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access CDMA băng rộng WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Tương tác toàn cầu ñối với truy nhập vi ba WLAN Wireless Local Area Network LAN vô tuyến VLR Visitor Location Register Thanh ghi vị trí tạm trú WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng [...]... ng trong m ng LTE- 4G ph i m b o yêu c u k thu t, ch t lư ng d ch v Nâng cao ch t lư ng h th ng là m t v n thi t k m ng di ng trong m ng LTE- 4G, quan tâm hàng u c a các nhà ng LTE- 4G Xu t phát t nh ng v n trên, ph c v cho công vi c nghiên c u và gi ng d y, tôi ã l a ch n lu n văn t t nghi p là: “Qu n lý di ng trong m ng LTE- 4G L u n văn i vào tìm hi u t ng quan m ng LTE- 4G và phân tích qu n lý di. .. L u n văn i vào tìm hi u t ng quan m ng LTE- 4G và phân tích qu n lý di ng m ng LTE- 4G t ó tài cũng ưa ra m t s gi i pháp qu n lý di ng trong m ng LTE- 4G Lu n văn bao g m 3 chương: Chương 1: T ng quan v m ng LTE- 4G Chương 2: Qu n lý di ng (MOBILITY) Chương 3: M t s gi i pháp qu n lý di ng trong m ng LTE- 4G Tuy nhiên do LTE là công ngh m i v n ang ư c th nghi m, phát tri n và hoàn thi n cũng như là... băng r ng 4G ang ư c i khác bi t so v i nh ng m ng di ng hi n nay Tuy áp ng v nhu c u ngày càng cao c a ngư i dùng, các h th ng thông tin ng ã không ng ng c i ti n và ư c chu n hoá b i các t ch c trên th gi i Vi c các h th ng thông tin di ng phát tri n lên 4G là i u t t y u ϭ Trong lĩnh v c thông tin di vi c chuy n giao di ng vi c qu n lý di ng trong m ng LTE- 4G và chuy n giao gi a các h th ng trong toàn... n công ngh m ng di Phát tri n công ngh m ng di ng nhu c u c a di ng t 3G lên 4G ng t 3G lên 4G là m t xu th t t y u áp ng băng r ng N n t ng 4G ư c phát tri n d a trên các công ngh như LTE, UMB và Wimax Trong ó, cùng v i s phát tri n m nh m c a 3G/HSPA, công ngh LTE hi n ang chi m ưu th so v i UMB trong cu c ch y ua c nh tranh v i Wimax Hình 1.1 LTE, UMB, WiMAX: 3 công ngh cho m ng 4G ϯ Hình 1.2 S... thông tin di ng th h 2.5G hay 3G v n ang phát tri n không ng ng nhưng các nhà khai thác vi n thông l n trên th gi i ã b t hành tri n khai th nghi m m t chu n di có th s tr thành chu n di ng th u ti n ng th h m i có r t nhi u ti m năng và ng 4G trong tương lai, ó là LTE (LongTerm Evolution) Các cu c th nghi m và trình di n này ã ch ng t năng l c tuy t v i c a công ngh LTE và kh năng thương m i hóa LTE ã... c ây, k t n i Trong tương lai không xa v i LTE, b n có th truy c p t t c các d ch v m i lúc m i nơi trong khi v n di chuy n: Xem phim ch t lư ng cao HDTV, i n tho i th y hình, chơi game, nghe nh c tr c tuy n, t i cơ s d li u v.v… v i m t t c chính là s khác bi t gi a m ng di ng th h th 3 (3G) và m ng di th tư (4G) Tuy v n còn khá m i m nhưng m ng di kỳ v ng s t o ra nhi u thay nhiên, di “siêu t c”... giao 63 Hình 2.21: T ng quan chuy n giao t LTE n UTRAN/GERAN 64 Hình 3.1: Mô hình qu n lý di ng t ng quát 68 Hình 3.2: Mô hình qu n lý di ng phân c p 69 Hình 3.3: Mô hình qu n lý di ng trong IPv6 70 Hình 3.4: Hierarchical FAs 72 Hình 3.5: Cellular IP 73 Hình 3.6: HAWAII 74 džŝŝ M Thông tin di U ng ngày nay ã tr thành m t ngành công nghi p vi... cung c p d ch v di vi c cung c p nh ng d ch v di ng ng có l i th trong ng băng r ng trên n n m ng 2G và 3G hi n t i * Chu n hóa LTE LTE là bư c phát tri n m i r t quan tr ng c a thông tin vô tuy n di ng, ư c gi i thi u t i 3GPP Release 8 LTE s d ng OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) làm công ngh tuy nh p vô tuy n, cùng v i nh ng công ngh anten tiên ti n khác Bên c nh LTE, 3GPP cũng xác... 1.5 C u trúc LTE và SAE 1.2 CÁC PH N T M NG LTE- 4G 1.2.1 E-UTRAN M ng truy nh p 4G LTE, E-UTRAN, ch có các eNodeB mà không có b i u khi n chung trong E-UTRAN cho lưu lư ng thông thư ng (không ph i qu ng bá) c a ngư i s d ng vì th ki n trúc E-UTRAN ư c g i là ph ng Hình 1.6 cho th y các k t n i c a eNodeB v i các nút logic xung quanh và t ng k t các ch c năng chính trong giao di n này Trong t t c các... LTE ư c k t n i n m ng lõi b ng giao di n m ng lõi RAN, S1 C u trúc ph ng này s gi m s lư ng các node liên quan trong các k t n i Các h th ng 3GPP (GSM và WCDMA/HSPA) và 3GPP2 (CDMA2000 1xRTT, EV-DO) ư c tích h p vào m ng SAE b ng nh ng giao di n chu n hóa, cho phép cung c p kh năng di ng t i ưu v i LTE Vi c tích h p này s cho phép nâng c p lên LTE m t cách h t s c linh ng Ví d tín hi u i u khi n di . 2.5. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG 63 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 65 Chương 3: MỘT SỐ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE-4G 66 3.1 TỔNG QUAN 66 3.2. PHÂN TẦNG QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG-IP 67 3.3. quan mạng LTE-4G và phân tích quản lý di ñộng mạng LTE-4G từ ñó ñề tài cũng ñưa ra một số giải pháp quản lý di ñộng trong mạng LTE-4G. Luận văn bao gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng. thống thông tin di ñộng phát triển lên 4G là ñiều tất yếu. 2 Trong lĩnh vực thông tin di ñộng việc quản lý di ñộng trong mạng LTE-4G, việc chuyển giao di ñộng trong mạng LTE-4G và chuyển