Nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây

Nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mâyNghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mâyNghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mâyNghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mâyNghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mâyNghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - Vanhnarlak Soulignavong NGHIÊN CỨU MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN THEO MÔ HÌNH ĐÁM MÂY Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2016 Luận văn đƣợc hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS TRƢƠNG TRUNG KIÊN Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thƣ viện Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thông LỜI MỞ ĐẦU Mạng truy nhập vô tuyến hệ thống thông tin di động hệ trƣớc thƣờng có mô hình phân tán với số lƣợng lớn trạm gốc đƣợc phân bố khắp vùng phủ mạng trạm gốc hoạt động gần nhƣ độc lập với Tuy nhiên, mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình phân tán có số điểm tồn làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng hoạt động nhƣ doanh thu nhà khai thác hệ thống thông tin di động Chi phí đầu tƣ chi phí vận hành tỷ lệ thuận với số trạm gốc diện tích vùng phủ mạng doanh thu trung bình thuê bao giảm dần Vì vậy, nhà khai thác hệ thống thông tin di động phải tìm cách giảm chi phí đầu tƣ nhƣ chi phí vận hành đáp ứng đƣợc nhu cầu liệu ngày tăng Bên cạnh đó, phát triển hệ thống thông tin di động qua nhiều hệ nhiều dòng công nghệ khác tạo thách thức việc xây dựng, phát triển khai thác hiệu mạng thông tin di động mạng thông tin di động Chính vậy, cần phải phát triển công nghệ mạng truy nhập vô tuyến để khắc phục vấn đề Mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây (Cloud radio access networks hay C-RAN) công nghệ đầy hứa hẹn để khắc phục vấn đề tồn mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình phân tán Khá nhiều công ty giới nghiên cứu phát triển giải pháp sản phẩm cho mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây cho hệ thống thông tin di động hệ sau Tuy nhiên, phạm vi hiểu biết học viên, mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều Việt Nam Do đó, việc nghiên cứu chi tiết mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây có ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn cao Từ động lực nói trên, theo định hƣớng ngƣời hƣớng dẫn khoa học, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây” làm nội dung nghiên cứu luận văn cao học Học viên hy vọng sau thực xong, luận văn tài liệu tham khảo có giá trị cho ngƣời tìm hiểu, nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây cho hệ thống thông tin di động hệ sau (4,5G 5G) Việt Nam 2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu đề tài mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây ứng dụng cho hệ thống thông tin di động hệ sau (đặc biệt, mạng hệ 4,5G 5G) Phạm vi nghiên cứu đề tài tìm hiểu khái niệm vấn đề mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây Bên cạnh đó, luận văn tìm hiểu sâu cấu hình, kiến trúc giải pháp xây dựng mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây hệ thống thông tin di động 4,5G 5G Từ đó, luận văn đƣa phân tích, đánh giá khuyến nghị khả triển khai hƣớng nghiên cứu liên quan mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây hệ thống thông tin di động hệ 4,5G 5G Việt Nam Phương pháp nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu nghiên cứu lý thuyết dựa tài liệu tham khảo (bao gồm báo khoa học, báo cáo kỹ thuật, nội dung thuyết trình thông tin trang Web công ty) để tổng hợp, phân tích, đánh giá nội dung liên quan đến mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình phân tán nhƣ theo mô hình đám mây để từ đƣa đề xuất khuyến nghị Bố cục luận văn: Luận văn bao gồm chƣơng: Chương 1: Mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình phân tán Chương 2: Mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây Chương 3: Một số giải pháp mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây Do thời gian nghiên cứu hạn hẹp, luận văn có thiếu sót Học viên mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô bạn 3 Chương MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN THEO MÔ HÌNH PHÂN TÁN Chương giới thiệu lịch sử ph t tri n hệ th ng th ng tin di ng qu c c th hệ v ph t tri n củ mạng truy nhập v n N u l n nh ng i m tồn củ mạng truy nhập v n củ c c th hệ trước nhập v n theo m hình m rõ ng lực thúc ẩy cho ph t tri n củ mạng truy m mây cho c c mạng th ng tin di ng th hệ s u 1.1 L ch s phát tri n thông tin i đ ng Hình 1.1: L trình phát tri n thông tin i đ ng lên 4G 1.2 Mạng truy nhập vô tuyến R N Mạng truy nhập vô tuyến RAN gồm BTS BSC BTS điều khiển lƣu lƣợng vô tuyến MS thông qua giao diện vô tuyến Nhiều BTS nối đến BSC Tổ hợp BTS với BSC mà chúng nối đến đƣợc gọi BSS Các BSS cho ph p truy nhập dịch vụ CS PS Để h trợ truy nhập dịch vụ PS BSS có thêm khối chức điều khiển gói PCF Khi gói đƣợc g i đến MS nhƣng chƣa thể nối đến MS PFC nhớ đệm gói yêu cầu RAN tìm gọi MS Nó thu nhập g i thông tin toán đến PDSN PFC nối BSC với PDSN để thực chuyển giao 4 1.3 Nh ng thách thức mạng truy nhập vô tuyến 1.3.1 Số lượng BS l n công su t tiêu thụ cao Việc tăng số lƣợng trạm BS để cung cấp vùng phủ sóng tốt hiệu Do lƣợng điện tiêu thụ tăng đáng kể Do vậy, lâu dài cần có công nghệ cải tiến giúp BS giảm tiêu thụ điện Các nhà khai thác di động cần phải lập kế hoạch cho hiệu lƣợng từ truy cập vô tuyến quy hoạch kiến trúc mạng 1.3.2 C PEX OPEX tăng nhanh ch ng CAPEX chủ yếu liên quan xây dựng sở hạ tầng mạng Hơn n a chi phí CAPEX không đƣợc chi cho chức không dây hiệu Vì vậy, cần giảm chi phí CAPEX b ng cách giảm chi phí thiết bị bổ sung chi phí lắp đặt trạm triển khai OPEX chủ yếu liên quan kết hợp với mạng lƣới hoạt động quản lý Chi phí hoạt động bao gồm chi phí thuê trạm, mạng truyền dẫn, vận hành/bảo trì hóa đơn điện Cách hiệu để giảm TCO giảm số lƣợng trạm gốc 1.3.3 Nhiễu hệ thống mạng LTE Nhiễu làm giảm hiệu suất thông lƣợng, cho thấy vấn đề thách thức việc giảm nhiễu Hiện nay, có nhiều công nghệ phối hợp can nhiễu nhƣ ICICI, COMP, v.v Tuy nhiên, hạn chế theo kiến trúc phân phối truyền thống 1.3.4 B ng n nhu c u ung lượng mạng c ng v i RPU suy giảm Khối lƣợng thoại tăng khối lƣợng liệu tăng trƣởng nhanh chóng, nhƣng doanh thu không tăng ARPU chí bị giảm xuống số trƣờng hợp Do cần phải tìm chi phí thấp, hiệu suất cao, truy cập mạng với kỹ thuật để đáp ứng tăng trƣởng lƣu lƣợng liệu di động giữ chất lƣợng tăng trƣởng lợi nhuận 1.3.5 Mạng lư i tải i đ ng đ ng t lệ s ụng BS th p Do thuê bao di động thƣờng xuyên di chuyển nên việc phủ sóng 7x24 khiến trạm gốc nhàn r i tiêu thụ gần mức lƣợng nhƣ bận rộn 1.3.6 Áp l c ngày tăng ch vụ internet mạng l i nhà u hành Lƣu lƣợng Internet di động phát triển theo cấp số nhân vài năm qua tiếp tục phát triển 5-6 năm tới Điều gây áp lực lớn cho nhà khai thác 5 Đây thách thức lớn cho tất nhà khai thác ngành công nghiệp không dây 1.4 Tiến h a mạng i đ ng R N tương lai Đề xuất mạng lƣới di động hệ (NGMN) nhắm mục tiêu tiến hóa mạng truy cập vô tuyến (RAN) hƣớng tới mạng truy cập vô tuyến tập trung (C-RAN) kiến đƣa di chuyển phần trạm sở kiến trúc C-RAN vào đám mây, giới thiệu chứa x lý băng gốc tập trung s dụng nguồn tài nguyên điện toán đám mây thời gian thực với đơn vị vô tuyến riêng biệt 1.5 Kết luận chương Chƣơng có thấy lịch s phát triển hệ thống thông tin di động, nhƣ mạng truy nhập vô truyến Có nhiều vấn đề, điểm tồn mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình phân tán Để đáp ứng nhu cầu s dụng ngày tăng, nhà khai thác mạng di động phải tăng dung lƣợng mạng Do việc phát triển kiến trúc mà tối ƣu hóa chi phí lƣợng tiêu thụ trở thành vấn đề quan trọng Và C-RAN kiến trúc đƣợc lựa chọn để giải vấn đề tồn Kiến trúc đƣợc sâu tìm hiểu chƣơng 6 Chương MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN THEO MÔ HÌNH ĐÁM MÂY C-R N Chương n y giới thiệu kh i niệm mạng truy nhập v n theo m hình Cụ th , ki n trúc v nh ng ưu i m củ mạng truy nhập v n theo m hình m mây m mây ược giới thiệu v phân tích 2.1Khái niệm Kiến trúc Node-B phân tán hay đƣợc gọi mạng truy nhập vô tuyến đám mây (Cloud RAN) mô hình kiến trúc xây dựng trạm phát sóng nh m mục đích giảm số lƣợng trạm gốc (cell site) tăng mật độ trạm phát sóng (base station) Đây kiến trúc mạng di động mà giải số thách thức nhà khai thác phải đối mặt cố gắng để h trợ nhu cầu ngày tăng ngƣời dùng cuối tƣởng C-RAN để chia đơn vị dải tần số từ nhiều trạm gốc vào BBU, chuyển gánh nặng với tốc độ cao truyền hữu tuyến liệu bit ch n bit l C-RAN cho ph p lƣợng hoạt động mạng hiệu tiết kiệm chi phí Hơn nữa, cải thiện dung lƣợng mạng b ng cách thực cân b ng tải x lý tín hiệu phối hợp có nguồn gốc từ số trạm gốc  Tính C-RAN: - BBU tập trung - Thuận lợi nâng cao công nghệ - o hóa tài nguyên/ Mây hóa - BBU mềm 2.2Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây Hình 2.1: Kiến trúc R N tương lai  Kiến trúc chức BBU: Hình 2.2: Kiến trúc chức BBU  Kiến trúc MSS-BBU HW: Hình 2.3: Kiến trúc MSS-BBU HW  Kiến trúc kiểm soát đám mây Hình 2.2: Kiến trúc u hi n MMS-BBU C-RAN đƣa mô hình kiến trúc trạm phát sóng đƣợc phân thành hai thành phần riêng biệt: - BBU - RRH Ngoài có thành phần mạng lƣới lƣu lƣợng, cung cấp kết nối trƣờng hợp BBU chứa RRU 9 Hình 2.3: Kiến trúc C-R N cho mạng i đ ng  Kiến trúc tập trung trạm s C-RAN: Hình 2.4: Mạng i đ ng C- RAN LTE Hình 2.5: Kiến trúc C-R N 1: Giải pháp hoàn toàn tập trung 10 Hình 2.6: Kiến trúc C-R N 2: Giải pháp tập trung m t ph n 2.3 Nh ng ưu m thách thức mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây 2.3.1 Nh ng ưu m mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây - Hiệu lƣợng / Cơ sở hạ tầng xanh - Tiết kiệm chi phí CAPEX OPEX - Nâng cao công suất - Khả thích nghi với lƣu lƣợng không đồng - Lƣu lƣợng internet offload 2.3.2 Nh ng thách thức phải đối mặt hi tri n hai mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây hệ thống thông tin i đ ng hệ sau Có số thách thức kỹ thuật phải đƣợc giải quyết: - Yêu cầu nghiêm ngặt độ trễ rung pha - X lý để đạt đƣợc hiệu phổ tần hệ thống cao - Lập lịch trình chung tài nguyên vô tuyến việc cần thiết để giảm nhiễu tăng công suất - Thiết kế giao diện phải đáp ứng yêu cầu x lý chung thời gian thực - Đảm bảo an ninh - Thách thức lớn công nghệ ảo hóa 11 2.4 Trư ng hợp tri n hai mạng C-RAN 2.4.1 Tri n hai C-RAN TD-SCDMA : Năng lực cải thiện vùng phủ sóng s dụng Pico-RRU ch yếu điểm nóng Khu vực với hàng loạt chuyển giao nhanh chóng Khu vực ảnh hƣởng tràn mạng 2.4.2 Tri n hai C-RAN TD-LTE : HetNet với C-RAN : Kết hợp với việc xây dựng khu vực tích hợp truy cập dịch vụ Sự kết hợp hai trƣờng hợp 2.5 Kết luận chương Trong chƣơng đƣa khái niệm kiến trúc mạng C-RAN Cho thấy giải pháp khắc phục vấn đề tồn liên quan đến mạng truy nhập vô tuyến hệ thống thông tin di động hệ trƣớc Nó có ƣu điểm riêng nhƣng bên cạnh nhiều thách thức đặt cần nghiên cứu khắc phục triển khai Để củng cố làm sáng t tính khả thi hƣớng phát triển C-RAN, chƣơng trình bày số giải pháp ứng dụng mạng C-RAN 12 Chương MỘT SỐ GIẢI PHÁP MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN THEO MÔ HÌNH ĐÁM MÂY Cho n n y, ã có nhiều nghi n cứu v giải ph p củ c c c ng ty tr n th giới li n qu n mạng truy nhập v n theo m hình m mây cho c c hệ th ng th ng tin di ng Chương n y trình b y m t s giải ph p mạng truy nhập v n m c c c ng ty tr n th giới ã ề u t v ứng dụng c ng nghệ 3.1 M t số ết nghiên cứu phát tri n m i 3.1.1 Th nghiệm s tập trung đ xác đ nh n n CPRI SFBD Bảng 3.1: C u hình hệ thống TD-LTE th nghiệm Tần số 2,85 GHz Băng 20 MHz thông - UL/DL cấu hình loại - CP thông thƣờng Cấu trúc khung - Khung phụ riêng biệt cấu hình loại (DwPTS:GP:UpPTS=10:2:2) - DwPTS cho liệu truyền dẫn N n 2:1 CPRI Sợi đơn chiều Mô-đun quang UL SIMO DL Kỹ thuật MIMO QCI Lịch trình PF Bảng 3.2: So sánh thông lượng RSRP Gần điểm (-75,-85) Giữa điểm (-90, -100) Cạnh điểm < -105 w c n n hông n n c ng v i SFB SINR (dB) DL (Mbps) w/ w/o UL (Mbps) w/ w/o >22 50.57 48.71 18.38 18.06 (10,15) 21.01 24.09 18.02 17.93 [...]... đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết để tìm hiểu các vấn đề cơ bản của mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây trong các hệ thống thông tin di động thế hệ sau Tìm hiểu, phân tích và đánh giá một số giải pháp mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây mà một số công ty trên thế giới đã đề xuất và phát triển Từ đó, xác định một số hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai liên quan đến mạng truy nhập vô tuyến theo. ..9 Hình 2.3: Kiến trúc C-R N cho các mạng i đ ng  Kiến trúc tập trung trạm cơ s C-RAN: Hình 2.4: Mạng i đ ng C- RAN LTE Hình 2.5: Kiến trúc C-R N 1: Giải pháp hoàn toàn tập trung 10 Hình 2.6: Kiến trúc C-R N 2: Giải pháp tập trung m t ph n 2.3 Nh ng ưu đi m và thách thức của mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây 2.3.1 Nh ng ưu đi m của mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây - Hiệu... dụng mạng C-RAN 12 Chương 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN THEO MÔ HÌNH ĐÁM MÂY Cho n n y, ã có nhiều nghi n cứu v giải ph p củ c c c ng ty tr n th giới li n qu n mạng truy nhập v tuy n theo m hình m mây cho c c hệ th ng th ng tin di ng Chương n y trình b y m t s giải ph p mạng truy nhập v tuy n m c c c ng ty tr n th giới ã ề u t v ứng dụng trong c ng nghệ 3.1 M t số ết quả nghiên cứu và... tiềm năng của đám mây không s dụng đến Trong chƣơng này cũng đƣa ra ứng dụng mạng C-RAN trong hệ thống 5G Trong hệ thống 5G, thiết kế dựa trên đám mây của RANaaS cho ph p sự linh hoạt và khả năng thích ứng từ những quan điểm khác nhau Độ tăng tính linh hoạt và khả năng thích ứng sẽ là một động lực cho sự phát triển 5G trong tƣơng lai 17 KẾT LUẬN Mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây là một công... xuất và phát triển Từ đó, xác định một số hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai liên quan đến mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây Cuối cùng, học viên hy vọng r ng luận văn cao học này sẽ là một tài liệu tham khảo quý giá b ng tiếng Việt về mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây trong các hệ thống thông tin di động thế hệ sau ... internet offload 2.3.2 Nh ng thách thức phải đối mặt hi tri n hai mạng truy nhập vô tuyến theo mô hình đám mây trong hệ thống thông tin i đ ng thế hệ sau Có một số thách thức kỹ thuật đó phải đƣợc giải quyết: - Yêu cầu nghiêm ngặt độ trễ và rung pha - X lý để đạt đƣợc hiệu quả phổ tần hệ thống cao hơn - Lập lịch trình chung tài nguyên vô tuyến cũng là việc cần thiết để giảm nhiễu và tăng công suất - Thiết... 60 0 100 14 Hình 3.1: So thông lượng c và hông c WDM fronthaul 3.1.3 Th nghiệm xác minh UL CoMP trên C-RAN a) Thông lƣợng đƣờng lên b) Đƣờng lên CoMP tăng Hình 3.2: Kết quả th nghiệm đư ng lên CoMP 3.2 Ứng ụng mạng C-R N trong hệ thống thông tin i đ ng thế hệ 5G 3.2.1 Khái niệm ch nh  Mạng truy nhập vô tuyến giống nhƣ một dịch vụ: 15 - Đƣa ra khái niệm RANaaS, đây là một ứng dụng của mô hình XaaS nói... phƣơng pháp SDN cho quản lý linh hoạt của RAN và mạng backhaul NC có khả năng dàn xếp tối ƣu các tài nguyên mạng và cho ph p các phƣơng pháp tiên tiến cho: - Quản lý di động - Phân bố neo và h trợ phá v cục bộ - Tối ƣu điện năng của RAN và backhaul 3.3 Kết luận chương Trong chƣơng này đã đƣa ra một số kết quả nghiên cứu và phát triển mạng truy nhập vô tuyến C-RAN ở nƣớc ngoài Triển khai C-RAN hiện đƣợc... 2.5 Kết luận chương Trong chƣơng 2 đã đƣa ra khái niệm và kiến trúc mạng C-RAN Cho thấy đây là một trong những giải pháp có thể khắc phục các vấn đề tồn tại liên quan đến mạng truy nhập vô tuyến trong những hệ thống thông tin di động thế hệ trƣớc Nó có những ƣu điểm riêng nhƣng bên cạnh đó vẫn còn nhiều thách thức đặt ra cần nghiên cứu và khắc phục khi triển khai Để củng cố và làm sáng t hơn về tính... và vận chuyển trong hình thức của một dịch vụ, có thể tập trung bên trong một nền tảng đám mây - Các thành phần trung tâm của RANaS là sự phân chia chức năng linh hoạt ngăn xếp của giao thức vô tuyến giữa RANaaS nền tảng trung tâm và cục bộ RAP - Đặc điểm chính của một thực hiện RANaaS tƣơng tự nhƣ các đặc điểm cơ bản của nền tảng điện toán đám mây  Hoạt động của RAN-backhaul: Mạng di động 5G sẽ dựa