Nghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại Mobifone (tt)

Nghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobifoneNghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại Mobifone

-

QUÁCH THANH TÂM

NGHIÊN CỨU BỘ CHỈ TIÊU KPI MẠNG 4G VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG 4G TẠI MOBIFONE

Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Mã số: 8.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN TIẾN BAN

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện tại các nhà mạng đã và đang triển khai cung cấp dịch vụ 4G cho khách hàng Việc giám sát, đánh giá chất lượng mạng lưới và hoạt động của thiết bị là công việc hết sức cần thiết, đảm bảo dịch vụ cung cấp cho khách hàng với chất lượng tốt nhất

Việc nghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI và các phương pháp thu thập KPI để giám sát chất lượng mạng 4G sẽ giúp nhà mạng phát huy được tính chủ động trong việc: + Đánh giá chất lượng hoạt động của thiết bị

+ Đánh giá chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng

+ Kịp thời phát hiện lỗi, suy giảm chất lượng để có biện pháp khắc phục, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến dịch vụ cung cấp cho khách hàng

+ Điều hành tối ưu, nâng cao chất lượng dịch vụ

Với mục đích nâng cao chất lượng, đảm bảo dịch vụ cung cấp cho khách hàng tại các nhà mạng, cụ thể là nhà mạng Mobifone để phục vụ thực tiễn cho công việc hiện tại của học viên, học viên xin đăng ký đề tài luận văn nghiên cứu

“Nghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại Mobifone”

Nội dung luận văn được trình bày 04 chương:

+ Chương 1: Tổng quan mạng 4G LTE

+ Chương 2: Tiêu chuẩn thế giới về các chỉ tiêu chất lượng mạng 4G (3GPP) + Chương 3: Phương pháp tính toán chỉ tiêu chất lượng mạng 4G

+ Chương 4: Ứng dụng phương pháp tính toán KPI để đánh giá chất lượng mạng 4G Mobifone

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn, không thể không tránh khỏi những thiếu sót Học viên rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ quý Thầy Cô để luận văn được hoàn thiện

Học viên xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN MẠNG 4G LTE

Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy nhập OFDMA và SC-FDMA Truy cập đường lên dựa vào đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ đường lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) thấp hơn so với OFDMA Hơn nữa, LTE hỗ trợ cả song công phân chia theo tần số (FDD)

và song công phân chia theo thời gian (TDD) cũng như bán song công FDD Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng một thời điểm nên có thể giảm giá thành cho bộ song công trong UE Bên cạnh đó, LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6 nên cải thiện được tốc độ dữ liệu đỉnh

Hệ thống truy cập của LTE (E-UTRAN) là mạng lưới các eNodeB Các eNodeB được kết nối với nhau thông qua giao diện X2, kết nối với UE thông qua giao

diện Uu và kết nối với EPC thông qua giao diện S1

Mạng lõi chuyển mạch gói tiến hóa (EPC) đảm bảo các chức năng:

- Quản lý di động

- Quản lý thuê bao và tính cước

- Giám sát chất lượng dịch vụ, chính sách điều khiển dòng dữ liệu người dùng

- Kết nối với các mạng ngoài

Mạng lõi bao gồm các thực thể: MME (thiết bị quản lý di động), SGW (cổng phục vụ), PDN-GW ( cổng mạng số liệu gói), PCRF (chức năng quy định cước và chính sách), HSS (máy chủ lưu thông tin trong thuê bao mạng nhà)

Mã hóa số, chuyển mạch kênh

Cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Chuyển mạch gói, công nghệ IP

Dịch vụ Dịch vụ

thoại

Dịch vụ thoại, dịch vụ số liệu, tin nhắn SMS

Dịch vụ số liệu, dịch vụ đa phương tiện kết nối qua Internet

Dịch vụ số liệu tốc

độ cao, dịch vụ đa phương tiện kết nối qua Internet băng rộng

Mạng lõi PSTN PSTN Packet network Internet

Bảo mật Không có Sử dụng nhận

dạng bí mật, nhận thực và mật mã hóa tín hiệu truyền

Chỉ nhận thực một chiều

Nhận thực, bí mật, toàn vẹn

Nhận thực tương

hỗ giữa mạng và thuê bao

Dự kiến đến năm 2021, số thuê bao 4G lên đến 4,3 tỷ

LTE có tốc độ phát triển vô cùng nhanh và đang là công nghệ di động chủ đạo trong bối cảnh hiện nay

Không nằm ngoài xu hướng phát triển chung của mạng viễn thông trên thế giới, đặc biệt là trong lĩnh vực thông tin di động, các nhà mạng lớn tại Việt Nam cũng

đã quan tâm đầu tư, nghiên cứu và mong muốn thử nghiệm công nghệ mạng 4G Năm

2017 được đánh giá là thời điểm triển khai mạnh mẽ mạng 4G LTE tại Việt Nam, sau khi ba nhà mạng lớn là VNPT, MobiFone và Viettel đã nhận giấy phép thiết lập và cung cấp dịch vụ

Hiện nay MobiFone đã mở rộng vùng phủ sóng ở tất cả các tỉnh thành phố

nhưng thuê bao sẽ chủ yếu tập trung ở các thành phố lớn như: Hà Nội, Tp.HCM, Hải Phòng, Cần Thơ và Đà Nẵng… Các năm tiếp theo sẽ tiếp tục mở rộng vùng phủ sóng 4G tại tỉnh tiếp theo, các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa để sóng 4G của MobiFone có trên toàn quốc Khi chính thức kinh doanh dịch vụ 4G, MobiFone sẽ phát huy các kinh nghiệm đã thu được trong giai đoạn thử nghiệm để cung cấp dịch

vụ 4G tốt nhất, phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng khách hàng

1.3 Kết luận chương

Chương 1 đã trình bày tổng quan về kiến trúc, đặc điểm, chức năng các thực thể trong mạng di động 4G-LTE Mạng 4G-LTE cũng đã được mang ra để so sánh với kiến trúc của các thế hệ mạng trước đây, từ đó nhận thấy được những ưu điểm, lợi ích mà mạng 4G LTE mang lại Tình hình phát triển của mạng 4G-LTE trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng cũng cho thấy những điểm đang tồn tại và cần nghiên cứu, phát triển hơn trong tương lai Từ đó có thể thấy được việc nghiên cứu lý thuyết cũng như xây dựng bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G LTE rất có ý nghĩa thực tiễn

CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN THẾ GIỚI VỀ CÁC CHỈ TIÊU

CHẤT LƯỢNG MẠNG 4G (3GPP)

2.1 Tiêu chuẩn 3GPP về KPI mạng EUTRAN

Tiêu chuẩn thế giới về các chỉ tiêu chất lượng mạng EUTRAN được đề cập

tại tài liệu 3GPP TS 32.450 (V13.0.0)

a) KPI nhóm Accessibility (Truy cập)

- KPI cho biết tỷ lệ người dùng cuối được cung cấp một E-RAB theo yêu cầu

- Tỷ lệ thành công về thiết lập E-RAB: Số lần thành công trên tổng số yêu cầu

cho các phần khác nhau của thiết lập E-RAB

b) KPI nhóm Mobility (Di động)

- KPI này cho biết chức năng Di động của E-UTRAN hoạt động như thế nào

- Tỷ lệ thành công của E-UTRAN Mobility

c) KPI nhóm Avalability (Khả dụng)

- KPI này cho biết độ khả dụng của Cell E-UTRAN

d) KPI nhóm Integrity (Toàn vẹn)

E-UTRAN IP Throughput

- KPI này cho biết E-UTRAN tác động đến chất lượng dịch vụ cung cấp cho

người dùng như thế nào

- Thông lượng data payload mức IP trên mỗi đơn vị thời gian tại giao diện

e) KPI nhóm Retainbility (Duy trì)

- KPI này cho biết tần suất người dùng rớt E-RAB trong thời gian sử dụng

dịch vụ

- Do UE có thể thực hiện nhiều E-RAB tại cùng một thời điểm, công thức tính

tỷ lệ duy trì E-RAB tổng quát như sau:

2.2 Tiêu chuẩn 3GPP về KPI mạng EPC

Tiêu chuẩn thế giới về các chỉ tiêu chất lượng mạng EPC được đề cập tại tài liệu

3GPP TS 32.455 (V13.0.0)

a) KPI nhóm Accessibility (Truy cập)

Tỉ lệ EPS attach thành công

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần thực hiện thủ tục EPS attach thành công và

số lần yêu cầu thủ tục EPS attach cho mạng EPC và được sử dụng để đánh giá hiệu năng truy cập được cung cấp bởi EPS và mạng lưới

- KPI này được tính bởi số lần EPS attach thành công trên tổng số lần EPS

attach

Tỉ lệ thiết lập Dedicated EPS bearer thành công

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần thiết lập dedicated EPS bearer thành công và

số lần yêu cầu thiết lập dedicated EPS bearer bởi PGW và được sử dụng để đánh giá hiệu năng truy cập được cung cấp bởi EPS và mạng lưới

- KPI này được tính bởi số lần thiết lập dedicated EPS bearer thành công trên

tổng số lần thiết lập dedicated EPS bearer

Thời gian thiết lập Dedicated Bearer bởi MME

- KPI này mô tả thời gian hợp lệ trên mỗi lần MME thiết lập dedicated bearer

và được sử dụng để đánh giá hiệu năng truy cập dịch vụ được cung cấp bởi EPS và mạng lưới

- KPI này được tính bằng thời gian hợp lệ trên mỗi lần MME thiết lập

dedicated bearer

Tỉ lệ yêu cầu dịch vụ thành công

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần yêu cầu dịch vụ thành công và tổng số lần

yêu cầu dịch vụ bởi UE và được sử dụng để đánh giá hiệu năng truy cập dịch vụ được cung cấp bởi EPS và mạng lưới

- KPI này được tính bởi số lần yêu cầu dịch vụ thành công trên tổng số lần

yêu cầu dịch vụ

b) KPI nhóm Mobility (Di động)

Tỉ lệ chuyển giao ra Inter-RAT thành công (EPS->GSM)

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần chuyển giao ra thành công và tổng số lần

chuyển giao ra để đánh giá hiệu suất chuyển giao ra IRAT

- KPI này được tính bởi số lần chuyển giao ra thành công trên tổng số lần

chuyển giao ra từ EPS đến GSM

Tỉ lệ chuyển giao ra Inter-RAT thành công (EPS->UMTS)

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần chuyển giao ra thành công và tổng số lần

chuyển giao ra để đánh giá hiệu suất chuyển giao ra IRAT

- KPI này được tính bởi số lần chuyển giao ra thành công trên tổng số lần

chuyển giao ra từ EPS đến UMTS

Tỉ lệ chuyển giao ra Inter-RAT thành công (EPS->CDMA2000)

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần chuyển giao ra thành công và tổng số lần

chuyển giao ra để đánh giá hiệu suất chuyển giao ra IRAT

- KPI này được tính bởi số lần chuyển giao ra thành công trên tổng số lần

chuyển giao ra từ EPS đến CDMA2000

Tỉ lệ chuyển giao vào Inter-RAT thành công (GSM->EPS)

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần chuyển giao vào thành công và tổng số lần

chuyển giao vào để đánh giá hiệu suất chuyển giao vào IRAT

- KPI này được tính bởi số lần chuyển giao vào thành công trên tổng số lần

chuyển giao vào từ GSM đến EPS

Tỉ lệ chuyển giao vào Inter-RAT thành công (UMTS ->EPS)

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần chuyển giao vào thành công và tổng số lần

chuyển giao vào để đánh giá hiệu suất chuyển giao vào IRAT

- KPI này được tính bởi số lần chuyển giao vào thành công trên tổng số lần

chuyển giao vào từ UMTS đến EPS

Tỉ lệ chuyển giao vào Inter-RAT thành công(CDMA2000->EPS)

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần chuyển giao vào thành công và tổng số lần

chuyển giao vào để đánh giá hiệu suất chuyển giao vào IRAT

- KPI này được tính bởi số lần chuyển giao vào thành công trên tổng số lần

chuyển giao vào từ CDMA2000 đến EPS

Tỉ lệ cập nhật Tracking Area thành công

- KPI này mô tả tỉ lệ giữa số lần cập nhật TA thành công và tổng số lần cập

nhật TA và được sử dụng để đánh giá khả năng di động được cung cấp bởi EPS và mạng lưới

- KPI này được tính bởi số lần cập nhật TA thành công trên tổng số lần cập

nhật TA

2.3 Bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G đề xuất tại MobiFone

2.3.1 Giải pháp xây dựng

Các bước để xây dựng bộ chỉ tiêu KPI cho mạng Mobifone như sau:

- Bước 1: Nghiên cứu quy định 3GPP cho từng thủ tục, từng KPI và các điểm

trigger quy định cho từng KPI đó

- Bước 2: Nghiên cứu tài liệu 3GPP của các cause khách quan (nếu có) để loại

bỏ khỏi công thức

- Bước 3: Nghiên cứu, đồng nhất công thức tính KPI của các nhà cung cấp

khác nhau trên cơ sở quy định điểm trigger của 3GPP

Căn cứ giải pháp xây dựng trên, luận văn đề xuất các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng LTE MobiFone tại các trạng thái sử dụng dịch vụ bao gồm Accessibility, Mobility, Avalability, Integrity, Retainbility, cụ thể như sau:

- Bộ chỉ tiêu áp dụng cho mạng EUTRAN: 9 KPI

- Bộ chỉ tiêu áp dụng cho mạng EPC: 8 KPI

2.3.2 Mạng EUTRAN

2.3.4.1 Tỷ lệ thiết lập kết nối RRC thành công

a) Tên KPI: RRC_SSR%

b) Nhóm: Accessibility

c) Ý nghĩa KPI: Đánh giá tỷ lệ thiết lập kết nối RRC ở phần vô tuyến

2.3.4.2 Tỷ lệ khởi tạo E-RAB thành công

a) Tên KPI: INIT_ERAB_SR %

c) Ý nghĩa KPI : Đánh giá tính khả dụng của mạng vô tuyến

2.3.4.5 Tỷ lệ chuyển giao Inter-eNodeB qua giao diện X2 thành công

a) Tên KPI: X2_HO SR% Nhóm: Mobility Ý nghĩa KPI : Đánh giá tỷ lệ chuyển giao thành công qua giao diện X2

b) Quy định 3GPP cho thủ tục Handover: TS 123 401 V8.3.0 (2008-10)

Quá trình chuyển giao bao gồm hai giai đoạn:

2.3.4.6 Tỷ lệ chuyển giao Inter-eNodeB qua giao diện S1 thành công

a) Tên KPI: S1_HO SR%

b) Nhóm: Mobility

c) Ý nghĩa KPI: Đánh giá tỷ lệ chuyển giao qua giao diện S1

2.3.4.7 Tỷ lệ chuyển giao cùng tần thành công

a) Tên KPI: INTRAFEQ_HO_SR%

b) Nhóm: Mobility Ý nghĩa KPI: Đánh giá tỷ lệ chuyển giao giữa 2 Cell cùng tần

số

2.3.4.8 Tỷ lệ chuyển giao 4G-3G thành công

a) Tên KPI: INTERRAT_HO_SR%

2.3.3.1 Tỷ lệ EPS Attach thành công

a) Tên KPI: EPS Attach_SR%

b) Nhóm: Accessibility

c) Ý nghĩa: Đánh giả tỷ lệ cập nhật mạng 4G thành công

2.3.3.2 Tỷ lệ yêu cầu dịch vụ thành công

a) Tên KPI: ServiceRequest_SR%

c) Ý nghĩa KPI: Đánh giá tỷ lệ tìm gọi thuê bao 4G thành công

2.3.3.4 Tỷ lệ chuyển giao nội bộ MME thành công

a, Tên KPI: IntraMME_HO_SR

b) Nhóm: Mobility

c) Ý nghĩa KPI: Đánh giá tỷ lệ chuyển giao 4G-4G giữa 2 Cell trong cùng MME

2.3.3.5 Tỷ lệ chuyển giao liên MME thành công

a) Tên KPI: InterMME_HO_SR%

b) Nhóm: Mobility

c) Ý nghĩa KPI: Đánh giá tỷ lệ chuyển giao 4G – 4G giữa 2 Cell thuộc 2 MME khác nhau

2.3.3.6 Tỷ lệ chuyển giao 4G-3G thành công

a) Tên KPI: InterRAT_HO_SR%

b) Nhóm: Mobility

c) Ý nghĩa KPI: Đánh giá tỷ lệ chuyển giao 4G – 3G thành công

2.3.3.7 Tỷ lệ CS fall back thành công

2.3.4.1 Mạng EUTRAN:

Bảng 2 1: Mức ngưỡng đề xuất cho các KPI EUTRAN

1 RRC_SSR % Tỷ lệ thiết lập kết nối RRC thành công ≥ 99%

2 INIT_ERAB_SR % Tỷ lệ khởi tạo E-RAB thành công ≥ 99%

5 X2_HO SR % Tỷ lệ chuyển giao Inter-eNodeB qua

giao diện X2 thành công ≥ 98%

6 S1_HO_SR % Tỷ lệ chuyển giao Inter-eNodeB qua

giao diện S1 thành công ≥ 93%

7 INTRAFEQ_HO_SR % Tỷ lệ chuyển giao cùng tần thành công ≥ 98%

8 INTERRAT_HO_SR % Tỷ lệ chuyển giao 4G-3G thành công ≥ 90%

9 CSFB_SR % Tỷ lệ CS fall-back thành công ≥ 98%

2.3.4.2 Mạng EPC:

Bảng 2 2: Mức ngưỡng đề xuất cho các KPI EPC

1 Attach_SR% Tỷ lệ EPS Attach thành công ≥ 95%

2 ServiceRequest_SR% Tỷ lệ yêu cầu dịch vụ thành công ≥ 99%

4 IntraMME_HO_SR% Tỷ lệ chuyển giao nội bộ MME thành

5 InterMME_HO_SR% Tỷ lệ chuyển giao liên MME thành

6 InterRAT_HO_SR% Tỷ lệ chuyển giao 4G-3G thành công ≥ 90%

7 CSFB_SR% Tỷ lệ CS fall back thành công ≥ 97%

2.4 Kết luận chương

Chương 2 đã đưa ra các tiêu chuẩn thế giới về KPI mạng 4G, cụ thể là tiêu chuẩn 3GPP Căn cứ chuẩn này, cùng với kết quả nghiên cứu và triển khai thử nghiệm, chương 2 đã xây dựng công thức tính và mức ngưỡng cho bộ chỉ tiêu KPI cho mạng 4G với 18 KPI cho cả mạng RAN và Core Những tiền đề đã tìm hiểu ở chương này sẽ phục vụ tốt cho việc xây dựng phương pháp tính toán chỉ tiêu chất lượng mạng 4G được trình bày ở chương tiếp theo

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHẤT

LƯỢNG MẠNG 4G 3.1 Các nguồn dữ liệu phục vụ tính toán KPI mạng 4G

Nguồn dữ liệu phục vụ tính toán KPI cho mạng 4G được lấy từ các file thống

kê chất lượng (statistics) của các thiết bị OMC trên mạng lưới Hiện tại với mạng Mobifone:

- Nhà cung cấp thiết bị mạng lõi EPC: Ericsson, Nokia

- Nhà cung cấp thiết bị mạng vô tuyến EUTRAN: Ericsson, Nokia, Huawei, ZTE, Samsung

Dựa trên từng nhà cung cấp ta có các chủng loại thiết bị OMC và các loại file thống kê chất lượng theo các định dạng khác nhau Như vậy với mỗi nhà cung cấp thiết bị khác nhau sẽ cung cấp các chủng loại file thống kê chất lượng khác nhau, để

có thể tính toán KPI 4G cho tất cả các nhà cung cấp thì cần phải tiến hành chuyển đổi các dữ liệu thô về một định dạng thống nhất trước khi tiến hành xử lý tính toán

3.2 Phương pháp thu thập, tổng hợp số liệu

Mô hình thiết kế hệ thống được áp dụng như sau:

Hình 3 1: Mô hình hệ thống giám sát KPI

Chức năng các khối trong mô hình triển khai như sau: