Nghiên cứu, thiết kế và tối ưu giải pháp femtocell hỗ trợ kết nối dữ liệu tốc độ cao trong mạng di động 3g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ONG KHẮC QUẾ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU GIẢI PHÁP FEMTOCELL HỖ TRỢ KẾT NỐI DỮ LIỆU TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ONG KHẮC QUẾ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU GIẢI PHÁP FEMTOCELL HỖ TRỢ KẾT NỐI DỮ LIỆU TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G Chuyênngành : KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG HẢI HÀ NỘI–2015 Luận văn tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN -Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu độc lập thân với giúp đỡ giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Hoàng Hải - Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị - Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Những số liệu thu thập tổng hợp cá nhân đảm bảo tính khách quan trung thực -Nếu có sai xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng khoa học viện Điện tử -Viễn thông - Viện sau đại học- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả Ong Khắc Quế Trang i Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn tốt nghiệp tự nhận thấy nâng cao bước nhận thức Với thời gian gắn bó đời với Viễn thông Hà Nội, qua luận văn hy vọng đóng góp phần nhỏ bé vào nghiệp phát triển bền vững Viễn thông Hà Nội giai đoạn cạnh tranh gay gắt ngành viễn thông Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau Đại học, Viện Điện tử Viễn thông thầy cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ Đặc biệt vô biết ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn suốt trình xây dựng đề cương, thu thập số liệu phương pháp nghiên cứu để hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, phòng chức Viễn thông Hà Nội cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi cho trình làm việc, thu thập số liệu Viễn thông Hà Nội để hoàn thành luận văn Do kiến thức, kinh nghiệm thời gian nghiên cứu có hạn nên nội dung ý nghĩa, tác dụng thực tế luận văn chắn nhiều thiếu sót, hạn chế Tôi mong tham gia góp ý kiến Thầy Cô giáo cộng tác đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện / Xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2015 Người thực Ong Khắc Quế Trang ii Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG vi KÝ HIỆU vii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết nghiên cứu đề tài Phương pháp khoa học Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Những đóng góp thực tiễn Dự kiến bố cục luận văn CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ FEMTOCELL 1.1 Hệ thống thông tin di động 1.1.1 Mạng thông tin di động GSM thứ thứ hai(1G&2G) 1.1.2 Mạng thông tin di động hệ thứ 3-3G 1.1.3 Mạng thông tin di động hệ thứ LTE 1.1.4 Tiến hóa từ công nghệ GSM lên W-CDMA 1.2 Hệ thống Femtocell 13 1.2.1 Mô hình quản lý: 15 1.2.2 Nguyên lý họat động 16 1.3 Các phương án triển khai 17 1.3.1 Tại gia đình 17 1.3.2 Tại công sở 18 1.3.3 Ở khu vực công cộng 18 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 20 MẠNG DI ĐỘNG VINAPHONE VÀ METRONET VNPTHÀ NỘI 20 2.1 Mạng Metronet VNPT Hà Nội 20 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển 20 2.1.2 Chức năng, nhiệm vụ cấu tổ chức máy Vnpt Hà Nội 20 2.1.2.1 Cơ cấu tổ chức máy Viễn thông Hà Nội 20 2.1.2.2 Chức năng, nhiệm vụ Viễn thông Hà Nội 21 2.1.3 Hệ thống Metronet 22 2.1.3.1 Sơ đồ hệ thống Metronet 22 2.1.3.2 Giới thiệu mạng MAN-E VNPT Hà Nội 24 2.1.3.2 Các công nghệ mạng truy nhập quang 24 2.1.3.3 Các dịch vụ cung cấp Metronet L2 SW 30 a MetroNet cung cấp kết nối KTR Ethernet điểm tới điểm: 30 b MetroNet cung cấp kết nối KTR Ethernet điểm tới đa điểm: 31 2.1.4 Truyền tải dịch vụ mạng di động Man-E 32 2.1.4.1 Giới thiệu chung 32 Trang iii Luận văn tốt nghiệp 2.1.4.2 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di dộng VNP qua mạng MAN-E 32 2.1.4.3 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di động VMS qua mạng MAN-E 34 2.2 Mạng Vinaphone 35 2.2.1 Cấu trúc, thành phần chức hệ thống GSM: 35 2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống chuyển mạch (SS) 36 2.2.1.2 Hệ thống trạm gốc 38 2.2.1.3 Hệ thống hỗ trợ giám sát OSS 39 2.2.2 Cấu trúc, thành phần chức hệ thống GPRS/EDGE 41 2.2.3 Cấu trúc, thành phần chức hệ thống 3G 43 Kết luận chương 48 CHƯƠNG 49 GIẢI PHÁP SỬ DỤNG FEMTOCEL HỖ TRỢ MẠNG 3G 49 3.1 Mô hình mạng Femtocell 49 3.1.1 Cấu trúc chung mạng femtocell 49 3.1.2 Kết nối hệ thống femtocell 52 3.1.3 Các tiêu chuẩn hệ thống femtocell 52 3.1.4 Xác định vùng phủ cho Femtocell 54 3.1.4.1 Vị trí tòa nhà mạng macro: 54 3.1.4.2 Hiệu suất vùng phủ: 56 3.1.4.3 Xác định vùng phủ sóng 57 3.1.4.4 Các vấn đề lập kế hoạch mã PSC: 59 3.1.5 Nhiễu femtocell 59 3.1.5.1 Các vấn đề nhiễu đồng lớp Femtocell gây 60 3.1.5.2 Các giải pháp khắc phục nhiễu đồng lớp femtocell 63 3.1.5.3 Nhiễu vô tuyến phối hợp tần tần số: 67 3.1.6 Đồng phổ độ xác 69 3.2 Bảo mật 70 3.3 Handover 73 3.4 Chất lượng dịch vụ 74 3.5 Quản lý FAPs 74 3.6 Cấu hình triển khai femtocell hỗ trợ mạng 3G 75 3.6.1 Các giải pháp cho phép kết nối từ femtocell đến mạng lõi di động 75 3.6.1.1 Kiến trúc dựa UMTS 76 3.6.1.2 Kiến trúc dựa giải pháp UMA/GAN 81 3.6.1.3 Kiến trúc dựa IMS 82 3.6.2 Triển khai Femtocell hệ thống Vinaphone 84 3.6.2.1 Kết nghiên cứu thử nghiệm Femtocell Vinaphone 84 3.6.2.2 Tại Hà Nội 85 3.6.2.3 Đánh giá khả thi: 88 3.6.2.4 Đề xuất triển khai: 90 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Trang iv Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G nhánh công nghệ Hình 1.2 Định hướng phát triển công nghệ 4G Hình 1.3 Tiến hóa từ GSM lên W-CDMA Hình 1.5 Sơ đồ mô hình ứng dụng Femtocell 15 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống Metronet 23 Hình 2.2 Sơ đồ mạng truy nhập quang chủ động 25 Hình 2.3 Sơ đồ kiến trúc mạng PON 27 Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát GPON 28 Hình 2.5 Mô hình mạng điển hình hệ thống GPON 28 Hình 2.6 Truyền liệu đường xuống theo phương thức quảng bá 29 Hình 2.7 Nguyên lý ghép kênh phân chia theo thời gian(TDMA) 30 Hình 2.8 Kết nối tổng thể mạng G-PON-Giải pháp Triple – Play 30 Hình 2.9 MetroNet Ethernet P2P thiết bị đầu cuối khách hàngL2 31 Hình 2.11 MetroNet cung cấp KTR Ethernet điểm tới đa điểm 32 Hình 2.12 Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di dộng VNP 33 Hình 2.13 Cấu hình dịch vụ 2G/3G VNP MAN-E 33 Hình 2.14 Mô hình mạng di động VMS qua mạng VNPT Hà Nội 34 Hình 2.15Mô hình truyền tải dịch vụ mạng di động VMS 35 Hình 2.16 thành phần chức hệ thống GSM 36 Hình 2.17 thành phần chức hệ thống OSS 40 Hình 2.18 Sơ đồ khối hệ thống GPRS kết hợp GSM 42 Hình 3.1 Mô hình tham chiếu Femtocell 49 Hình 3.2 Mô hình tham chiếu Femtocell 50 Hình 3.3 Các kết nối kiến trúc mạng Femtocell 52 Hình 3.4 Giao diện vô tuyến Femto/macrocell 55 Hình 3.5 Qui trình tính toán bán kính vùng phủ sóng 55 Hình 3.6 Mối quan hệ công suất phát Femtocell cuờng độ tín hiệu Macrocell 58 Hình 3.7 Mô hình mạng hai lớp macrocell femtocell điển hình 60 Hình 3.8 Các vấn đề gây nhiễn đồng lớp femtocell 61 Hình 3.9 Các vùng phủ đường xuống CINR>10dB cho kênh 61 Hình 3.10 Các giải pháp chống nhiễu đồng lớp 63 Hình 3.11 Can nhiễu đường lên đồng lớp mạng femtocell OFDMA 65 Hình 3.12 Can nhiễu đồng lớp đường xuống mạng femtocell 66 Hình 3.13 Điểm truy nhập Femtocell 68 Hình 3.14 Nhiễu kênh lân cận Femtocell 69 Hình 3.15 Bảo mật điểm truy nhập Femtocell 70 Hình 3.16.a Kiến trúc Femtocell với mạng 3G(UMTS/UTRAN) 76 Hình 3.16.b K i ế n t r ú c F e m t o c e l l ; (a)Iu-over-IP.(b)Iub-over-IP 77 Hình 3.17 Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP 77 Hình 3.18 Bộ giao thức giải pháp Iub IP 78 Hình 3.19 Kiến trúc giải pháp Iu IP 79 Hình 3.20 Bộ giao thức giải pháp Iu IP 80 Trang v Luận văn tốt nghiệp Hình 3.21 Bộ giao thức giải pháp dựa UMA/GAN 81 Hình 3.22 Kiến trúc giải pháp dựa IMS/SIP 82 Hình 3.23 Bộ giao thức giải pháp dựa IMS/SIP 83 Hình 3.24 Mô hình tổng quan hệ thống Femtocell 85 Hình 3.25.1 Mô hình họat động hệ thống Femtocell 86 Hình 3.25.2 Mô hình hệ thống Femtocell điểm 86 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 tiêu chuẩn kỹ thuật chuẩn 3GPP 53 Bảng 3.2 Bảng tổn hao truyền sóng theo tần số 56 Bảng 3.3 Bảng tổn hao truyền sóng theo số tầng số phòng 56 Bảng 3.4 Vị trí vật lý bảo vệ điểm điểm truy nhập Femto 71 Trang vi Luận văn tốt nghiệp KÝ HIỆU Viết tắt 1G 2G 3G 3GPP 3GPP2 AAA AGC AICH AMPS Tên tiếng anh đầy đủ First Generation Second Generation Third Generation 3rd Generation Partnership Project 3th Generation Partnership Project Authentication, Authorization, and Accounting Automatic Gain Control Acquisition Indication Channel Advanced Mobile Phone System AON AP ATM AuC BAM BBU BCCH BLU BMC BSC BSS BTS CC CCCH CCH CD/CAICH CDMA Active Optical Network Access Point Asynchronous Transfer Mode Authentication Center Back Administration Module Baseband Processing Unit Broadcast Control Channel Black Cascading Unit Broadcast/Multicast Control Base Station Controller Base Station Subsystem Base Transceiver Station Connection Management Common Control Channel Control Channel CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel CLK CLSU CM CMU CN CPCH CRC Network Clock Unit Clock System Unit Connection Management Connection Maintenance Unit Core Network Common Packet Channel Cyclical Redundancy Check CS Circuit Switching Trang vii Tiếng việt đầy đủ Thế hệ thứ Thế hệ thứ hai Thế hệ thứ ba Dự án hợp tác hệ Dự án hợp tác hệ Ủy quyền thẩm định chức cung cấp quyền Điều khiển độ lợi tự động Kênh thị bắt Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Mạng truy nhập quang chủ động Điểm truy nhập Phương thức truyền dẫn bất Trung tâm nhận thực Modul quản lý phía sau Khối xử lý băng tần gốc Kênh điều khiển quảng bá Khối xếp tầng sau Điều khiển quảng bá/đa phương Bộ điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc Trạm thu phát gốc Quản lý kết nối Kênh điều khiển chung Kênh điều khiển Kênh thị phát va chạm CPCH/ấn định kênh Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã Khối đồng hồ mạng Khối đồng hồ hệ thống quản lý kết nối Khối bảo dưỡng kết nối Mạng lõi Kênh gói chung Một loại mã phát lỗi tuyến tính tạo bit chẵn lẻ cách tìm phần dư chia đa thức Chuyển mạch kênh Luận văn tốt nghiệp CSCF Connection State Control Function CSICH CTCH DCCH DCDU DCH DPCCH DPCH DPDCH DRFU DSCH DSSS DTCH ECU EDGE CPCH Status Indicator Channel Common Traffic Channel Dedicated Control Channel Direct Current Distribution Unit Dedicated Channel Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel Double Radio Filter Unit Dowlink Shared Channel ET FACH FAP FAP-MS FDD FDMA FGW FGWMS FLU Direct Sequence Spectrum Dedicated Traffic Channel Echo Canceller Unit Enhanced Data Rates for GSM Evolution Exchange Terminal Forward Access Channel Femtocell access point FAP management systems Frequency-division duplexing Frequency Division Multiple Access Femtocell gateway FGW management systems GERAN Front Cascading Unit Femtocell management systems Fiber to Home GSM Antena and TMA Control Module GSM EDGE Radio Access Network GGSN GMSC Gateway GPRS Support Node Gateway MSC GPON GPRS GSM HLR HRU HSCSD Gigabit Passive Optical Network General Packet Radio Service Global System for Mobile Home Location Register High-speed Route Forward Unit High-Speed Circuit-Switched Data FMS FTTH GATM Trang viii Chức điều khiển trạng thái kết nối Kênh thị trạng thái CPCH Kênh lưu lượng chung Kênh điều khiển riêng Khối phân bố dòng điện xác Kênh dành riêng Kênh điều khiển vật lý dành riêng Kênh vật lý dành riêng Kênh vật lý liệu dành riêng Khối lọc vô tuyến kép Kênh chia sẻ đường xuống Chuỗi trải phổ trực tiếp Kênh lưu lượng riêng Khối thoát tiếng vang Hệ thống tốc độ cao hỗ trợ GSM Đầu cuối tổng đài Kênh truy nhập đường xuống Điểm truy nhập Femtocell Hệ thống quản lý FAP Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số Côngr truy nhập Femtocell Hệ thống quản lý FGW Khối xếp tầng trước Hệ thống quản lý femto Mạng quang đến hộ gia đình Khối điều khiển TMA anten GSM Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE Nốt hỗ trợ GPRS cổng MSC cổng Mạng cáp quang gigabit thụ động Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống di động toàn cầu Khối đăng kí thuê bao nhà Khối đẩy định tuyến tốc độ cao Hệ thống chuyển mạch kênh liệu tốc độ cao Luận văn tốt nghiệp FGW đề nghị Mặc dùng giao diện Iub giao diện chuẩn lại có thêm nhiều đặc tính riêng tùy thuộc theo giải pháp nhà cung cấp thiết bị mạng Chính thế, thiếu quán chung nhà sản xuất thiết bị khác Giải pháp Iu IP Trong giải pháp này, femtocell tích hợp với mạng lõi di động thông qua FGW minh họa hình Những chức RNC Node B cài đặt femtocell femtocell liên lạc với FGW thông qua giao diện 3G Iu IP Số nhận diện femtocell trường hợp liên lạc với FGW có dạng địa RNC(12 bits) FGW tạo đường hầm cho thông điệp báo hiệu RANAP từ femtocell đến mạng lõi Nếu mạng lõi không hỗ trợ vận tải IP, FGW đảm nhiệm việc chuyển đổi truyền tải IP truyền tải ATM nhờ vào giao thức truyền tải báo tin SIGTRAN Cũng giống trên, giải pháp Iub IP, lắp đặt, femtocell tạo liên hiệp bảo mật với FGW dùng TR-069 hay chế tương tự để cấu hình địa IP Thêm vào đấy, femtocell sử dụng ACS để cấu hình thông số quản lý tài nguyên thuật toán thực môi trường femtocell Hình 3.19 Kiến trúc giải pháp Iu IP FGW điểm tập trung lưu lượng từ hàng ngàn femtocell gửi đến tách gửi lưu lượng thoại liệu đến tổng đài MSC SGSN giống chức RNC Ví dụ, thông tin thoại gửi từ femtocell đến FGW dùng RTP Trang 79 Luận văn tốt nghiệp UDP, sau FGW chuyển đổi thông tin thoại sang IP, ATM hay DTM tương ứng với truyền tải mạng lõi Tóm lại, FGW giả lập vai trò mạng lõi di động femtocell giả lập RNC mạng lõi di động Do vậy, với giải pháp ta không cần thay đổi hạ tầng mạng lõi Để bảo mật thông tin gửi từ femtocell đến FGW qua mạng IP công cộng, giao thức IPSec chọn dùng Một cổng bảo mật cài đặt với FGW Đây điểm kết thúc đường hầm IPSec đến từ femtocell Hình 3.20 Bộ giao thức giải pháp Iu IP Khi người dùng chuyển giao từ femtocell sang macrocell, thuộc quản lý MSC/SGSN, chuyển giao thuộc loại interRNC Nếu không, chuyển giao femtocell macrocell thực chuyển giao inter-MSC/SGSN Khi chuyển từ macrocell sang femtocell, UE CN xác định femtocell thích hợp dựa vào danh sách cell cận kề, thiết lập báo hiệu Iu đường hầm truyền tải femtocell FGW thông qua mạng IP Việc quản lý tài nguyên femtocell UE thực nhờ phối hợp giao thức RRC RANAP (như hình 3.20) Một đường hầm Iu thiết lập, mạng lõi chuyển gọi thoại tới femtocell sử dụng giao thức quản lý di động MM giao thức quản lý gọi CC MSC UE Trong trình chuyển giao theo chiều ngược lại, tức từ femtocell sang macrocell, giao thức RANAP MSC giao thức RRC RNC đích đến thiết lập kết nối macrocell trước gọi chuyển giao Đối với chuyển giao Trang 80 Luận văn tốt nghiệp femtocell, MSC/SGSN đóng vai trò điểm neo để thiết lập đường truyền đường hầm Iu tới femtocell đích đến Femtocell có chức quản lý tài nguyên cục femtocell người dùng Tuy nhiên, chất lượng dịch vụ phụ thuộc vào kết nối với mạng IP công cộng Những vấn đề độ trễ IP hay gói tin dĩ nhiên ảnh hướng đến chất lượng dịch vụ femtocell Đây giải pháp nhanh đơn giản để triển khai femtocell Tuy nhiên, tất dung lượng từ kết nối femtocells đổ mạng lõi, điều dẫn đến yêu cầu phải nâng cấp mạng lõi 3.6.1.2 Kiến trúc dựa giải pháp UMA/GAN Công nghệ UMA cho phép thực dịch vụ GSM /GPRS băng tần không cấp phép (sử dụng cho Bluetooth WiFi) UMA 3GPP chuẩn hóa với tên gọi công nghệ GAN (Generic Access Network) UMA/GAN đề nghị thực thể gọi GANC(GAN controller), hay UNC (UMA Network Controller) để thực chức giống điều khiển trạm gốc BSC GSM GAN định nghĩa giao diện Up GANC thiết bị di động UE Hình 3.21 Bộ giao thức giải pháp dựa UMA/GAN Về nguyên tắc, femtocell giống UMA/GAN ngoại trừ việc femtocell sử dụng băng tần cấp phép 2G/3G thay băng tần không phép WiFi hay Bluetooth Do vậy, giải pháp UMA/GAN mở rộng đế hỗ trợ giải pháp femtocell cách tích thêm chức FGW vào điều khiển GANC Hướng giải pháp phù hợp cho nhà cung cấp mạng Trang 81 Luận văn tốt nghiệp triển khai hạ tầng GAN/UMA để cung cấp thêm dịch vụ giá trị gia tăng công nghệ HSPA (High Speed Packet Access) Trong giải pháp này, FGW đóng vai trò GANC FGW liên lạc với mạng lõi giao diện Iu FGW xem femtocell thiết bị IP FGW liên lạc với femtocell địa IP số cổng Femtocell chuyển đổi lưu lượng thoại từ UE gửi đến sang gói chuyến đến FGW giao thức truyền tải RTP/UDP FGW phải chuyển đổi gói RTP trở lại lưu lượng thoại trước gửi đến tổng đài MSC Nhiều lần chuyển mã nhiều mạng truyền tải khác dẫn tới giảm chất lượng thông tin thoại Do vậy, cần phải có chế quản lý QoS chặt chẽ giao diện Up Quá trình chuyển giao giải pháp dựa nguyên tắc giống với giải pháp Iub-trên-IP trình bày 3.6.1.3 Kiến trúc dựa IMS Giải pháp nhằm kết nối femtocell trực tiếp với mạng lõi IMS(IP Multimedia Subsystem) Một giải pháp thay hướng dùng softwitch femtocell kết nối với softwitch thông qua giao diện SIP (Session Initiation Protocol) Việc kết nối trực tiếp với IMS lõi mang lại nhiều lợi ích như: giảm tải lưu lượng cho mạng lõi di động lưu lượng từ femtocell qua mạng lõi, giảm thời gian truyền tải giảm số nút mạng mà gói thông tin phải qua Cuối cùng, giải pháp dài hạn để cung cấp dịch vụ đa phương tiện IMS tương lai Hình 3.22 Kiến trúc giải pháp dựa IMS/SIP Ở phía mạng lõi IMS, femtocell giao tiếp trực tiếp với softwitch thực chức CSCF (Call Session Control Function) thông qua giao thức SIP, giao tiếp với HSS(Home Subscriber Server) thông qua giao thức Diameter cho chức Trang 82 Luận văn tốt nghiệp xác thực, ủy quyền tính cước (như minh họa hình 3.22) Femtocell chọn lựa giao tiếp với thiết bị kể thông qua cổng gói liệu PDG(Packet Data Gateway) Về khía cạnh truyền tải thông tin thoại, femtocell truyền lưu lượng thoại gói RTP đến mạng lõi IMS Chồng giao thức báo hiệu minh họa phối hợp thực thể mạng thể hình 3.22 Quá trình chuyển giao giải pháp thuộc loại chuyển giao interMSC/SGSN Để đảm bảo chuyển giao liên tục từ femtocell đến macrocell, mạng lõi di động mạng lõi IMS phải phối hợp thông điệp quản lý di động điều khiển quản lý tài nguyên cách riêng biệt mạng vận tải báo hiệu, đồng thời đảm bảo liền mạch gọi Khi chuyển giao từ macrocell sang femtocell, MSC đóng vai trò điểm neo Báo hiệu chuyển giao khởi tạo mạng IMS thông qua CSCF Trong IMS, CSCF khởi tạo báo hiệu SIP để thiết lập đường vận tải báo hiệu liệu với femtocell đích đến Sự liên mạng giao thức SIP RRC/MM thực femtocell Trong chuyển giao từ femtocell sang lại macrocell, MSC điểm neo Tuy nhiên CSCF làm điểm neo cho gọi bị chuyển giao Để hỗ trợ liên tục gọi, chức chuyển vùng DTF (Domain Transfer Function) định nghĩa 3GPP dùng Hình 3.23 Bộ giao thức giải pháp dựa IMS/SIP Cũng giống giải pháp kể trên, chất lượng dịch vụ lần lại phụ thuộc vào chất lượng mạng IP công cộng Bên cạnh đó, việc hỗ trợ chuyển giao liên tục không vết ngắt femtocell macrocell thách thức lớn Giải pháp thích hợp cho nhà cung cấp mạng sở hữu dịch vụ di động, cố Trang 83 Luận văn tốt nghiệp định băng rộng tạo thuận lợi cho việc tích hợp dọc loại hình mạng với Nếu nhà cung cấp mạng sở hữu mạng FTTx để cung cấp dịch vụ IPTV, họ dùng giải pháp để cung cấp IPTV thiết bị di động kết nối với femtocell Như trình bày trên, rõ ràng có nhiều cách để tích hợp hàng nghìn femtocells với mạng lõi di động Mỗi giải pháp có điểm mạnh điểm yếu riêng, có sức hấp dẫn riêng nhóm nhà cung cấp dịch vụ Trong trường hợp, phần cứng femtocell không thay đổi, có phần mềm giao diện báo hiệu mà femtocell phải hỗ trợ thay đổi Do khả nâng cấp phần mềm từ xa femtocell yếu tố cần thiết Việc tồn nhiều giải pháp kiến trúc dẫn đến yêu cầu tương vận thiết bị, giải pháp 3.6.2 Triển khai Femtocell hệ thống Vinaphone 3.6.2.1 Kết nghiên cứu thử nghiệm Femtocell Vinaphone Với chủ trương lãnh đạo Vinaphone không ngừng nâng cao, tối ưu mạng lưới…Vinaphone không ngừng tìm kiếm giải pháp cải thiện vùng phủ sóng, nâng caochất lượng thoại Femtocell giải pháp lựa chọn thử nghiệm *Từ tháng 11 năm 2011 đến năm 2012, Vinaphone phối hợp với Đại diện hãng Huawei Hà nội tiến hành lắp đặt thử nghiệm Femtocell Hà Nội Sau lắp đặt thử Femtocell tòa nhà Tập đoàn số địa điểm khác, kết rằng: khả phủ sóng tòa nhà cải thiện đáng kể, hạn chế giảm thiểu vùng sóng yếu, tín hiệu Từ cải thiện trải nghiệm cho người dùng tòa nhà Đến lúc này, ta nói giải pháp thử nghiệm Femtocell VNP có thành công định *Từ kết khả quan thử nghiệm hệ tống Femtocell kỹ thuật Vinaphone với định hướng phát triển xu huớng tình hình Vinaphone tiếp tục phối hợp thử nghiệm thêm hệ thống Femtocell với hệ thống Metronet VNPT Hà nội nhằm hỗ trợ cao cho hệ thống Vinaphone 3G thủ đô phát triển toàn mạng Vinaphone Trang 84 Luận văn tốt nghiệp Giải pháp đưa sử dụng giải pháp Wifi 3G giải pháp toàn diện nhằm thực giảm tải cho mạng 3G qua mạng Wifi dịch vụ quản lý, giải pháp kết hợp khả triển khai quy mô lớn phân cấp doanh nghiệp theo mức độ bảo mật, quản lý, chất lượng dịch vụ khả quản lý thiết bị 3.6.2.2 Tại Hà Nội Kế hoạch lắp đặt Femtocell wifi 3G Hà Nội Vinaphone tiến hành thử nghiệm năm 2013 Kết đạt khả quan, hệ thống hỗ trợ tốt cho mạng 3G, giảm thiểu khu vùng sóng 3G yếu tòa nhà cao tầng khu vực yêu cầu chất lượng dịch vụ cao a) Mô hình thử nghiệm: *Mô hình tổng quan: Hình 3.24 Mô hình tổng quan hệ thống Femtocell Giải pháp giải pháp hữu hiệu cho giải pháp an toàn hiệu để giảm tải cho mạng 3G việc truyền liệu *Họat động mô hình thử nghiệm: Trang 85 Luận văn tốt nghiệp Hình 3.25.1 Mô hình họat động hệ thống Femtocell Hình 3.25.2 Mô hình hệ thống Femtocell điểm b)Các thành phần mạng: -WLAN Controller server Access Controller -Điểm truy nhập( Access point) -Thiết bị Layer -UAM Web Portals (Web) -AAA RADIUS Server/Proxy (AAA-V) -AAA RADIUS roaming broker (AAA-I) -AAA RADIUS (AAA-H) -Authentication Gateway cho SIM(AS) PWLAN cell mạng di động Trang 86 Luận văn tốt nghiệp -3G/2G HLR c)Hệ thống triển khai: * Hỗ trợ truyền tải liệu -Hỗ trợ truyền liệu Wi-Fi offload cho mạng 3G thông qua liên kết mạng với máy chủ 3GPP AAA -Chức RADIUSNAS RADIUS Proxy hỗ trợ EAP-SIM, EAPAKA để tích hợp liên kết với tài khoản di động người dùng * Trung tâm quản lý WLAN: -Cung cấp, triển khai bảo trì dễ dàng WLANAP(tới 4IPNETAP) để giảm chi phí OPEX cho mạng truy cậpWLAN * Quản lý tài khoản nguời sử dụng: -Nhóm người sử dụngquản lý dựa quy tắc cho băng thông truy nhập -Mỗi người dùng truy cập trang web ghi lưu lại * Bảo mật nhiều lớp cho PWLAN -Hỗ trợ tường lửa cho mạng không dây(with 4ipnet AP’s) -Mỗi hotspot công cô lập để ngăn chặn công *Roaming and Smart Client -Xây dựng Web Server -Hỗ trợ máy chủ web bên cho trạm, trang đăng nhập tùy biến người dùng, trang đăng nhập roaming đối tác -Hỗ trợ khách hàng thông minh (iPass, Boingo, iPhone CNS, SkypeAccess, Huaweidual-mode client) cho thiết bị di động truy cập WLAN dễ dàng * Chia sẻ truy nhập, thuơng hiệu quảng cáo: -Hỗ trợ đa vùng dịch vụ chia sẻ truy cập -Tùy chỉnh(đăng nhập, đăng xuất, đăng nhập thành công ) -Liên kết quảng cáo d)Triển khai khu vực: * Tại gia đình Trang 87 Luận văn tốt nghiệp Các femtocell hộ gia đình bao phủ với bán kính tới 25m Các nhà cung cấp dịch vụ khách hàng sử dụng nhiều thiết bị plug- andplay phạm vi Đường truyền xDSL xPON cài đặt nhà kết nối thiết bị với mạng lõi Nó hoạt động chủ yếu chế độ truy cập đóng hybrid Chỉ có thiết bị người dùng nhóm người dùng hữu hạn quyền truy cập famtocell chế độ đóng Với hộ gia đình có người sử dụng máy tính (khi chế độ kết nối đạt tới 20 máy), femtocell quản lý hệ thống dựa giao thức TR069, kết nối với hệ thống quản lý mạng truy cập vô tuyến * Tại công sở Các femtocell doanh nghiệp cần phải kết nối để đảm bảo dịch vụ thông suốt liên tục, cần đến giao diện X2 Nó cần lập mạng quy mô nhỏ để triển khai thiết bị plug- and-play Các công ty muốn dịch vụ đơn giản bảo mật đơn vị Trong đó, nhà cung cấp dịch vụ muốn tránh lưu lượng tải liệu lớn doanh nghiệp làm nghẽn hệ thống mạng trung tâm Việc phá phỡ tắc nghẽn mức cục thỏa mãn hai yêu cầu Trong doanh nghiệp có từ 32 đến 64 người dùng đồng thời, femtocell quản lý hệ thống quản lý mạng, TR069 * Ở khu vực công cộng Các femtocell khu vực công cộng bao phủ khoảng không gian lớn sân bay, nhà ga xe lửa, trung tâm mua sắm, nhà máy lớn hay điểm hotspot công cộng Nó cần đường truyền riêng từ phía nhà cung cấp dịch vụ, để thỏa mãn nhu cầu hàng trăm người dùng đồng thời Hệ thống quản lý mạng vĩ mô thường gọi picocell 3.6.2.3 Đánh giá khả thi: a)Tính khả thi: Nếu trước số đánh giá chất lượng tập trung quy mô hạ tầng mạng vùng phủ cho dịch vụ thoại, chuyển sang Trang 88 Luận văn tốt nghiệp số trải nghiệm khách hàng vùng phủ cho ứng dụng di động Việt Nam chứng kiến bùng nổ băng rộng di động 3G, cần có mạng đạt tiêu chuẩn tiên tiến, có khả giảm tải cho mạng di động sang Wi-Fi(Wi-Fi offload) LTE tương lai Đó lý mạng Wifi trở thành mục tiêu cho nhà khai thác điện thoại di động với hi vọng giảm tải lưu lượng truy cập liệu Giải pháp kéo dài hoạt động mạng điện thoại di động cung cấp cho người dùng dịch vụ tốt linh hoạt hơn, thay chờ đợi giải pháp Wifi offload, 4G hay thực giải pháp tốn khác để mở rộng băng thông; với tắc nghẽn mạng 3G nay, mạng băng thông có lợi mở rộng với mạng WLAN có sẵn yếu tố thuận lợi như: -Wifi tích hợp sẵn thiết bị di động đầu cuối -Các Wifi hostpost (điểm đấu nối) xây dựng bước -Cơ sở hạ tầng Accounting Roaming WLAN xây dựng, tiết kiệm thời gian chi phí cho công nghệ Giải pháp trở thành lựa chọn hoàn hảo cho hãng thiết bị di động thông minh công tìm kiếm giải pháp an toàn hiệu để giảm tải cho truyền liệu Với ưu điểm mình, femtocell giúp giảm tổng chi phí cho nhà cung cấp dịch vụ Femtocell thiết kế cho việc triển khai theo kiểu plugand-play khả dự phòng, chúng giúp: - Triển khai nhanh dịch vụ - Tạo dòng lợi nhuận - Tạo tích lũy từ dịch vụ giá trị gia tăng hợp đồng với hộ gia đình b)Nhược điểm hệ thống: Việc triển khai hệ thống Femtocell Wifi Offload làm tăng chất lượng vùng phủ sóng, giá thành triển khai thấp, dễ dàng lắp đặt Đi với ưu điểm vuợt Trang 89 Luận văn tốt nghiệp trội, trình triển khai thử nghiệm Femtocell xảy số nhược điểm kỹ thuật cần khắc phục: + Tương thích sản phẩm đầu cuối FAP với hệ thống có sẵn + Vấn đề vị trí lắp đặt, độ ổn định nguồn cung cấp cho Femtocell + Khó tiếp cận với thiết bị cố xảy + Chất lượng FAP chuẩn hãng sản xuất + Xác định số luợng UE 3.6.2.4 Đề xuất triển khai: Căn vào kết đo kiểm phủ sóng thực tế với tiêu chuẩn Vinaphone ban hành: công trình lớn tầng có diện tích sàn (diện tích tầng) từ 900 m2 trở lên sử dụng giải pháp phủ sóng thông thường không đảm bảo chất lượng bên (indoor) Dựa tiêu chí chất lượng sóng Vinaphone đảm bảo vùng phủ chất lượng sóng 2G 3G tòa nhà: Dưới 80% số mẫu đo công trình thang máy đáp ứng mức thu 2G Rxlev ≥- 90 dbm 3G RSCP ≥ -95dBm, Hoặc 80 % số mẫu đo công trình thang máy đáp ứng 2G C/I ≥ 12 dB 3G Ec/No ≥ -12 dB Khi cần phải áp dụng phương pháp để cải thiện vùng phủ sóng chất lượng phủ sóng nhà Lắp đặt Femtocell hộ văn phòng vừa nhỏ tòa nhà Ngoài ra, Femtocell đề xuất sử dụng khu vực có chất lượng phủ sóng tòa nhà, nơi khuất sóng , độ che chắn lớn tầng hầm khu vực chuyển giao cell, chất lượng tín hiệu không đảm bảo Femtocell sử dụng nơi có mật độ người dùng cao, tồn với mạng macrocell, picocell sẵn có để giảm tải lưu lượng cho chúng, mang lại lợi ích mặt kinh tế kĩ thuật cho nhà mạng khách hàng Việc lựa chọn phương pháp truy nhập (mở, đóng, hỗn hợp) phải khảo sát, cân nhắc cách kỹ (về mật độ người dùng, nhu cầu sử dụng, loại hình dịch vụ, quy hoạch, phân bố cell, công suất phát thu xung quanh ) Trang 90 Luận văn tốt nghiệp KẾT LUẬN Hoạch định chiến lược kinh doanh doanh nghiệp Việt Nam trở lên quan trọng điều kiện cạnh tranh gay gắt Các doanh nghiệp Việt Nam nói chung doanh nghiệp ngành Viễn thông nói riêng hoạt động dựa theo kinh nghiệm trực giác nhà lãnh đạo cấp cao doanh nghiệp Các nhà điều hành doanh nghiệp chưa gắn kết phận quản lý Công ty Môi trường kinh doanh biến động không ngừng Quá trình hội nhập kinh tế giới đặt doanh nghiệp trước nhiều khó khăn, thách thức Để đạt mục tiêu đề ra, doanh nghiệp phải vận dụng linh hoạt, tổng hợp biện pháp nhằm đáp ứng nhu cầu khách hàng điều kiện khác nhóm khách hàng, vùng thị trường lãnh thổ Từ thử nghiệm bước đầu giải pháp triển khai Femtocell thể lợi định, hứa hẹn lời giải cho toán cải thiện vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng thoại Vinaphone Tuy nhiên, Femtocell chưa triển khai thử nghiệm rộng rãi, nên chưa thể đánh giá tầm ảnh hưởng Femtocell với với mạng khác (Micocell, Picocell) Điều gây khó khăn cho việc đánh giá lựa chọn định ứng dụng giải pháp truy nhập Femtocell Với chủ trương Vinaphone không ngừng nâng cao, tối ưu mạnglưới,… Vinaphone tìm kiếm giải pháp kỹ thuật - công nghệ cải thiện vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng thoại Femtocell giải pháp lựa chọn ứng dụng thử nghiệm Vì nghiên cứu Femtocell đòi hỏi thiết yếu, sở phục vụ cho triển khai thực tế Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả mong muốn đưa vấn đề Femtocell: kiến trúc khía cạnh cần quan tâm đề cập đến Femtocell Trong sâu tìm hiểu khía cạnh: giải pháp điều khiển truy nhập Femtocell Đây kết trình học tập việc tìm hiểu vấn đề qua tài liệu có liên quan từ nhiều nguồn tư liệu tổng hợp lại Đặc biệt, Trang 91 Luận văn tốt nghiệp kết đo kiểm thử nghiệm tác giả sử dụng sở số liệu đo kiểm tác giả có điều kiện tham gia triển khai thử nghiệm Luận văn đạt kết cụ thể sau: Thứ nhất: Khái quát số tiêu đánh giá vùng phủ sóng; khả truy nhập mạng, dịch vụ; độ tin cậy; khả di động; thông lượng dịch vụ hệ thống Femtocell Thứ hai: Đưa mục tiêu cần đạt tiêu nói trênnhằm đảm bảo chất lượng mạng ổn định, khả phục vụ dịch tốt Thứ ba: Đối chiếu, so sánh đưa giải pháp triển khai hỗ trợ mạng 3G Vinaphone Thứ tư: Rút số nguyên nhân ảnh hưởng chất lượng mạng dịch vụ 3G Việt Nam Thứ năm: Đề xuất số giải pháp nâng cao chất lượng mạng 3G vinaphone Tuy nhiên, trình độ thời gian có hạn, luận văn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy cô giáo, đồng nghiệp để hoàn thiện thêm kiến thức Về phương hướng phát triển luận văn, tác giả đề xuất thực phạm vi đầy đủ với việc tìm hiểu, nghiên cứu khía cạnh Femtocell giải pháp, đề xuất phù hợp, thiết thực để Femtocell giải toán cải thiện vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng dịch vụ cho mạng Vinaphone nói riêng, góp phần cải thiện chất lượng mạng thông tin di động Việt Nam nói chung Trang 92 Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Jie Zhang, Guillaume de la Roche(2010), Femtocells: Technologies and deployment,(2),pp 39-102 [2] Ayaskant Rath, Sha Hua and Shivendra S Panwar(2010), FemtoHaul: Using Femtocells with Relays to Increase Macrocell Backhaul Bandwidth(1), pp.1-4 [3] Douglas N Knisely, Airvana, Inc, Takahito Yoshizawa, Thomson Telecom, Frank Favichia, Alcatel-Lucent(10/2009), Standardization of Femtocells in 3GPP, IEEE Communications Magazine.pp 68-75 [4] Anand Palanigounder(2010), Femtocell Security Framework, QUALCOMM Incorporated (1), pp 06-18 [5] Prof Simon R Saunders(2009), Femtocells: Opportunities and challenges for business and technology(1), pp 91-145 [6] QUALCOMM Incorporated(2010), 3GPP Femtocells: Architecture and Protocols(1),pp 13-35 [7] V Chandrasekhar and J G Andrews(September 2008), “Femtocell Networks: A Survey,” IEEE Commun Mag., vol 46, no 9, pp 59–67 [8] WiMAX Forum, “Mobile WiMAX - Part I: A Technical Overview and Performance Evaluation,” http://www.wimaxforum.org/technology/downloads/Mobile 2006, WiMAX Part1 Overview and Performance.pdf [9] http://www.citd.edu.vn/Vietnam/Home/index.php/daotao/thit-b-vin-thong/352mt-s-kt-qu-nghien-cu-v-femtocell-ca-gsma [10] http://www.vnpt.com.vn [11] http://www.vnpt-hanoi.com.vn Trang 93 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ONG KHẮC QUẾ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU GIẢI PHÁP FEMTOCELL HỖ TRỢ KẾT NỐI DỮ LIỆU TỐC ĐỘ CAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G Chuyênngành... cao chất lượng đáp ứng nhu cầu người dùng dịch vụ Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, mạnh dạn chọn đề tài: Nghiên cứu, thiết kế tối ưu giải pháp Femtocell hỗ trợ kết nối liệu tốc độ cao mạng di. .. bật femtocell kết nối trực tiếp vào mạng chuyển mạch gói công cộng xDSL Các dịch vụ lúc truyền tải mạng cố định mạng lõi riêng mạng thông tin di động truyền thống Giải pháp cung cấp kết nối di động