Nghiên cứu công nghệ EDGE và ứng dụng trong mạng thông tin di động mobifone

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG VIỆT HƯNG Nghiên cứu công nghệ EDGE ứng dụng mạng thông tin di động Mobifone LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2009 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động 1.2 Công nghệ tương lai – 3G CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÁC MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM 2.1 Công nghệ GSM 2G CDMA 1x 2.1.1 Công nghệ GSM 2G 2.1.2 Công nghệ CDMA 2.2 Công nghệ GSM 2.5G-GPRS 2.2.1 Giới thiệu chung 2.2.2 Cấu trúc hệ thống 2.2.3 Ngăn xếp giao thức 2.3 Các ưu nhược điểm công nghệ GPRS 2.3.1 Ưu điểm 2.3.2 Nhược điểm CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ EDGE 3.1 Tổng quan công nghệ 3.1.1 Lớp vật lý 3.1.2 Các phần tử lưu lượng 3.1.3 Các phần tử giao diện đườ 3.1.3.4 Một số ví dụ thiết lập gọi cho dịch vụ 3.2 Thông lượng số liệu qua EDGE 3.2.1 Khái niện thông lượng 3.2.2 Vùng phủ thông lượng 3.2.3 Xây dựng mạng GPRS/EDGE 3.2.4 Một số kết ví dụ cho 3.3 So sánh EDGE GPRS CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MOBIFONE TẠI VIỆT NAM 4.1 Đo kiểm Hà Nội 4.1.1 Truy nhập EDGE loại TRX khác ( TRX mang BCCH TCH) 4.1.2 Hiệu EDGE, Extra TS 4.1.3 Hiệu GPRS EDGE (PING, WEB, FTP) 4.2 Đo kiểm khu vực khác 4.3.Chất lượng mạng GPRS/EDGE 4.3.1Thiết lập TBF 4.3.2Giải phóng TBF 4.3.3Data Packet Traffic 4.3.4Data Transfer throughput 4.4So sánh với mạng khác 4.5Các đề xuất phương hướng nghiên cứu tương lai KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A Interface betwee AA Anonymous Acce AB Access Burst AGCH Access Grant Cha APN Access Point Nam ARFCN Absolute Radio F ATM Number Asynchronous Tr AUC Authentication Ce BCCH Broadcast Contro BG Border Gateway Bm Full Rate TCH BSC Base Station Con BSS Base Station Subs BTS Base Tranceiver S CBCH Cell Broadcasing CCCH Common Control CG Charging Gatewa CS Circuit Switched CSPDN Circuit Switched DCCH Dedicated Contro DNS Domain Name Sy DTE Data Terminal Eq FCCH Frequency Correc Gb Interface between Gc Interface between Gd Interface between an SMS-GMSC and an SGSN, and between a SMSIWMSC and an SGSN Gf Interface between an SGSN and an EIR Giao diện SGSN GGSN Gateway GPRS Support Node EIR Nốt hỗ trợ GPRS cổng Reference point between GPRS and an external packet data network GPRS Mobility Management and Session Management Gateway MSC Điểm tham khảo mạng GPRS mạng số liệu Gi GMM/SM GMSC Giao diện SMS-GMSC, SMS-IWMSC vµ SGSN Quản lý di động quản lý phiên GPRS MSC cổng G n G p G P R S G s G S M Interface between two GSNs within the Giao diện hai GSN same PLMN PLMN Interface between two GSNs in different Giao diện hai GSN hai PLMNs PLMN General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói tin chung Interface between an SGSN and an Giao diện SGSN MSC/VLR MSC/VLR Group Special Mobile/Global System forHệ thông thông tin di động toàn cầu Mobile Communication G S N G T P H D L C HL R GPRS ICM P Node Support GPRS Tunnell ing Protoco l High Level D N I G Đ B G b ả n t i n đ i ề u k h i ể n I M E I I M S I I P I S D N I S P I n t e r n e t ISU P In te rn at io na l M o bi le E q ui p m en t Id en tit y N hậ n dạng thiết bị di động quốc tế International Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động quốc tế Internet Protocol Giao thức Internet Integrated Servises Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN Location Area Code Mã vùng dịch vụ Location Area Identity Nhận dạng vùng dịch vụ Link Access Procedures on D Channel Các thủ tục truy nhập kênh D LA C Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên kết LAI Logical Link Control Giao thức liên kết logic LAP D LCP LL C Lm Half Rate TCH MAC Medium Acces MAP Mobile Applic ME Mobile Equipm MS Mobile Station MSC Mobile Service MSIN Mobile Station MSISDN Mobile Station MT Mobile Termin MTP2 Message Trans MTP3 Message Trans MUP Mobile User P NCP Network Contr NE Network Elem NMG Network Mana NMN Network Mana NS Network Servi NSS Network and S OMC Operation and Operation and OMC-R Radio PCH Paging Channe PCU Packet Control PDCH Packet Data Ch PDN Packet Data N PDP Packet Data Pr PDU Protocol Data PIN Personal Ident PLMN Public Land M PPP Point-to-Point QoS Mạng số liệu chuyển mạch gói cơng cộng Mạng điện thoại chuyển mạch cơng cộng Chất lượng dịch vụ RA Vùng định tuyến RA Bộ thích ứng tốc độ RAC Mã vùng định tuyến RACH Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RAI Nhận dạng vùng định tuyến RCF Chức điều khiển vô RCP tuyến Phần điều khiển vô RLC tuyến Điều khiển liên kết vô SACCH tuyến Kênh điều khiển liên kết SAP chậm Diểm trunh nhập dịch vụ SCH Kênh đồng SDCCH Kênh điều khiển dành riêng SGSN Nốt hỗ trợ dịch vụ GPRS SIM Module nhận dạng thuê bao SM Bản tin ngắn TCH Kênh lưu lượng TCH/F TCH toàn tốc TCP Giao thức điều khiển truyền dẫn PSPDN PSTN TE Đa truy nhập phân chia theo thwoif gian Thiết bị đầu cuối TLLI Nhận dạng liên kết logic tạm thời TMSI Nhận dạng trạm di động tạm thời UDP Giao thức số liệu người dùng TDMA Um Giao diện MS mạng GPRS Bộ ghi dịch tạm trú VLR DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại dịch vụ IMT-2000 Bảng 1.2 Các đề xuất IMT-2000 Bảng 2.1 Các thông số điều chế kênh truy nhập kênh lưu lượng truy nhập kênh lưu lượng đường lên Bảng 2.1 Các thông số điều chế kênh truy nhập kênh lưu lượng truy nhập kênh lưu lượng đường lên Bảng 2.3 Các thông số kênh MAC Bảng 2.4 Sơ đồ mã háo tốc độ Bảng 3.1 Phương thức mã hóa EDGE GPRS Bảng 3.2 Thơng lượng phương thức mã hóa DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu trúc đường xuống Hình 2.2 Cấu trúc đường lên Hình 2.3 Phân bố kênh RRI hoa tiêu ghép kênh thời gian kênh lưu lượng đường lên Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống GPRS Hình 3.1 Mơ tả thơng lượng số liệu vùng Dense Urban Hình 3.2 Mơ tả thơng lượng số liệu vùng Rural Hình 3.3 Mơ tả khả hàm SINR Hình 3.4 thơng lượng số liệu GPRS EDGE phụ thuộc vào C/I Hình 4.1 MeanBEP CV BEP BCCH Hình 4.2 MeanBEP CV BEP TCH Hình 4.3 Ping 32 byte GPRS EDGE Hình 4.4 Ping 512 byte GPRS EDGE Hình 4.5 Web GPRS EDGE Hình 4.6 FTP GPRS EDGE Hình 4.7 EDGE RLC Application Throughput Hình 4.8 Thiết lập UL TBF Hình 4.9 Thiết lập DL TBF Hình 4.10 UL Data tranfer Hình 4.11 DL Data tranfer Hình 4.12 UL GPRS Traffic Hình 4.13 UL GPRS Traffic Hình 4.14 UL EDGE Traffic Hình 4.15 UL EDGE Traffic Hình 4.16 UL GPRS & EDGE Traffic Hình 4.17 UL GPRS & EDGE Traffic Alc_GPRS_EGPRS_UL_traffic 800000000.0 700000000.0 600000000.0 500000000.0 400000000.0 300000000.0 MCSx lost byt CSx lost byt MCSx retr byt CSx retr byt MCSx usef byt CSx usef byt 200000000.0 100000000.0 0.0 Hình 4.16 UL GPRS & EDGE Traffi Alc_GPRS_EGPRS_DL_traffic MCSx retr byt MCSx usef byt CSx retr byt CSx usef byt Hình 4.17 DL GPRS & EDGE Traffic Lưu lượng hai hướng UL DL tăng active EDGE Hướng UL % lưư lượng CS giảm từ 99,5% xuống 50% lưu lượng UL MCS (EDGE) tăng từ 0.5% lên 50% Hướng DL DL CS giảm từ 99,5% xuống 45% cịn DL MCS tăng từ 0,5% lên 55% 4.3.4 Data Transfer throughput 127 Alc_GPRS_UL_throughput 12.0 10.0 8.0 Kbit/s per TBF 6.0 4.0 2.0 Kbit/s per PDCH Kbit/s per cell 0.0 xx/xx Alc_EGPRS_UL_throughput Kbit/s per TBF Kbit/s per PDCH 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 xx/xx 128 12/12 Thông lượng GPRS EDGE hướng UL vào khoảng 8kbps Điều thông thường lưu lượng hướng UL nhỏ Thông lượng hướng DL vào khoảng kbps Thông lượng EDGE max khoảng đạt 27 kbps, gấp lần GPRS 4.4 So sánh với mạng khác Hãng Ericsson thực kỷ lục tốc độ số liệu cao qua giao diện vô tuyến mạng EDGE thực đo mạng T-Mobile Hungari Tốc độ cao đạt 235,6 kbps Hiệu năng, chức khả download mạng tính tốn tuần Hungari Dịch vụ EDGE đưa vào thương mại hóa Hungary vào tháng 11 năm 2003 Với tốc độ cực đại đạt Hungari chứng tỏ hiệu mạng EDGE phụ thuộc nhiều vào việc tối ưu tố mạng vô tuyến TMobile Tuy nhiên, việc thương mại hóa mạng T-Mobile Hungari cung cấp dịch vụ tốc độ 100 kbps So sánh số thông số EDGE trung tâm Mobifone với mạng tham khảo Châu Âu Thông lượng LLC Dowlink 129 Hiệu suất sử dụng RLC 130 Việc sử dụng RLC thông lượng số liệu ttrên đường xuống lớp giao thức RLC bao gồm việc truyền lại, mối liên hệ tới cực đại lý thuyết cho thiết lập kênh (phương thức mà hoá, số TS) Khi giá trị sử dụng RLC thấp có nhiều RLC phải truyền lại có ngẽn/trễ mạng, khơng cần thiết khơng tốt mạng vơ tuyến Lỗi giải mã hố RLC Dowlink 131 Lỗi giải mà hố đường xuống có nguyên nhân thường xuyên chất lượng đường truyền Hà Nội có tỉ lệ C/I thấp có số khối RLC lỗi nhỏ Các nhà vận hành Châu Âu có vấn đề với việc giải mã hoá khối RLC Khi khối PLC bị lỗi thường phải truyền lại giao diện vơ tuyến ngun nhân giảm thơng lượng số liệu C/I 132 Việc tính tốn C/I thực qua máy TEMS chế độ idle Việc tính tốn chế độ idle ln ln kết tồi đo chế độ dùng cho thoại Tuy nhiên biểu đồ cho kết tốt mạng vô tuyến mạng khác trung tâm Tại HCM có tần suất tái sử dụng tần số nhỏ nên có C/I thấp Tại HCM việc nhảy tần TRX nhiều sử dụng cho thoại EDGE, có giới hạn chất lượng làm cho C/I thấp BER TS 133 Kết hợp chất lượng C/I cho kết Bit Error Rate Hà Nội có C/I tốt nên có số Bit Error Rate TS thấp 4.5 Các đề xuất phương hướng nghiên cứu tương lai Các đề xuất: - Đấu thêm Abis cho BTS cấu hình cao để tăng thêm số lượng TS dùng riêng cho EDGE - Tăng thêm TS cho EDGE cánh khai tĩnh động cho cell - Tăng cường chất lượng đường vô tuyến để đảm bảo thông suốt liệu - Thay TRX hỗ trợ EDGE để tăng khả cập dịch vụ vô tuyến Xu hướng nghiên cứu tương lai: Hiện có 478 mạng EDGE sử dụng 189 nước Hơn 80% nhà vận hành khai thác mạng GPRS lựa chọn việc tiến lên EDGE để cung cấp dịch vụ cho khách hàng 134 Xu hướng phát tiênr EDGE đưa hình sau: Thực nâng cấp phần mềm thiết bị sử dụng Một số nhà cung cấp thực việc vào năm 2009 Dual Carrier bước việc cải thiện EDGE, tỉ lệ tốc độ số liệu gấp đôi 592 kbps tồn mạng EDGE Bước thứ hai E-GPRS-2 sử dụng để cao tốc độ Downlink tới 1,2 Mbps người sử dụng bắt đầu truy nhập tốc độ Uplink tới 474 kbps/user Tốc độ Downlink đạt tới 1.2 Mbps (chuẩn hóa lên tới 1,9 Mbps) Dual Carrier sử dụng 10 TS người dùng, chuẩn hóa cá thể lên tới 16 TS * * EGPRS-DL(REDHOT) đạt tốc độ cao 118.4 kbps TS Tốc độ Uplink đạt tới 474 kbps (chuẩn hóa tới 947 kbps) * EGPRS-DL(REDHOT) đạt tốc độ cao 118.4 kbps TS * Giá trị đỉnh TS người dùng (chuẩn lên tới TS) 135 Với nhu cầu ngày cao người sử dụng bên cạnh bước phát triển EDGE nhà cung cấp đưa công nghệ 3G để phục vụ dịch vụ tốc độ số cao 136 KẾT LUẬN Mạng vô tuyến WCDMA/HSDPA hứa hẹn hỗ trợ dịch vụ với tốc độ liệu cao, lên tới 10 Mbps, đạt hiểu phổ tần cao liệu chuyển mạch gói, dẫn đến việc thu tốt cho ứng dụng liệu đường xuống (thời gian kết nối đáp ứng ngắn hơn) Có thể xem HSDPA bước đột phá trình phát triển mạng truy cập vô tuyến kể từ năm 1997 Các khái niệm HSDPA đề cập đề tài khơng ngồi mục đích bước xây dựng kiến trúc mạng thông tin di động 3G+ tương lai Quan trọng hơn, HSDPA cho phép tăng thông lượng sector lên ba đến năm lần, dẫn đến người sử dụng nhiều liệu sóng mang Thơng lượng tốc độ liệu cao HSDPA kích thích hướng tiêu dùng ứng dụng liệu lớn mà không hỗ trợ đầy đủ R‟99 Mặt khác, HSDPA cho phép triển khai hiệu chất lượng dịch vụ tương tác chất lượng dịch vụ chuẩn 3GPP HSDPA cải thiện việc sử dụng ứng dụng luồng, trễ vịng thấp có lợi cho ứng dụng Web Một lợi ích khác tương thích với R‟99 Điều làm cho việc triển khai thuận lợi Sự triển khai HSDPA làm tăng lợi nhuận phải nâng cấp Node B RNC Sự hỗ trợ ứng dụng đa phương tiện nhiều thiết bị hấp dẫn với giá thấp sớm có nhiều người đón nhận, tăng lợi cạnh tranh, tăng số lượng thuê bao dẫn đến tăng lợi nhuận Một vấn đề cần quan tâm xem xét, nghiên cứu khả tương hợp (Harmonization) hai họ công nghệ WCDMA/HSDPA x EV-DV/1 x EV-DO vấn đề tương hợp chúng mạng truy nhập vô tuyến mạng lõi all-IP trở thành vần đề quan tâm phát triển 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO GPRS System Description – Errisson 1551-AXB 250 01/1 Uen ETSI TS 101 344 V7.6.0 ( 2001 – 03 ), GPRS service Description Stage GPRS Radio Network Dimensioning Guideline for Erisson GSM System BSS R8 Network Methodology and Concepts - Erisson Interwork Description BSC – MS traffic Description - Erisson User description, GPRS Channel Administration - Erisson BSS – Definition of quality of service indicators – release B6.2 SMG 29 – Alcatel Default Radio Parameters B6.2 – Alcatel GPRS performance analyse Mobifone VietNam – Netcom Consultants 10 Product description – GPRS solution Alcatel GPRS core network product release R2.1 11 www.hspa.gsmworld.com 12 3GPP Technical Report 25.848, Physical layer aspects of UTRA High Speed Downlink Packet Access, version 4.0.0, March 2001 13 3GPP Technical Report 25.890, High Speed Downlink Packet Access: UE Radio Transmission and Reception, 1.0.0, May 2002 14 3GPP Technical Report 25.848, Physical layer aspects of UTRA High Speed Downlink Packet Access, version 4.0.0, March 2001 15 3GPP Technical Specification 25.211, Physical Channels and Mapping of Transport Channels onto Physical Channels (FDD), version 5.0.0, March 2002 16 3GPP Technical Specification 25.212, Multiplexing and Channel Coding (FDD), version 5.0.0, March 2002 17 3GPP Technical Specification 25.306, UE Radio Access Capabilities, version 5.1.0, June 2002 138 18 3GPP Technical Specification 25.331, Radio Resource Control (RRC), Release 5, December 2003 19 3GPP Technical Specification 25.322, Radio Link Control (RLC), December 2003 20 Elliot, R C and Krzymien, W A „Scheduling Algorithms for the cdma2000 Packet Data Evolution‟, Proceedings of the IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Vancouver, Canada, September 2002, vol 1, pp 304–310 21 Ameigeiras, P „Packet Scheduling and Quality of Service in HSDPA‟, Ph.D thesis, Department of Communication Technology, Aalborg University, Denmark, October 2003 22 Kolding, T E „Link and System Performance Aspects of Proportional Fair Scheduling in WCDMA/HSDPA‟, Proceedings of 58th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Florida, USA, October 2003, vol 2, pp 1454–1458 23 Ramiro-Moreno, J., Pedersen, K I and Mogensen, P E „Network Performance of Transmit and Receive Antenna Diversity in HSDPA under Different Packet Scheduling Strategies,‟ Proceedings of 57th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Jeju, South Korea, April 2003, vol 2, pp 1454–1458 24 Parkvall, S., Dahlman, E., Frenger, P., Beming, P and Persson, M „The High Speed Packet Data Evolution of WCDMA,‟ Proceedings of the 12th IEEE Symposium of Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC), San Diego, California, USA, September 2001, vol 2, pp G27–G31 25 Holtzman, J M „Asymptotic Analysis of Proportional Fair Algorithm‟, IEEE Proc Personal Indoor Mobile Radio Communications (PIMRC), Septermber, 2001, pp F33–F37 26 Andrews, M., Kumaran, K., Ramanan, K., Stolyar, A and Whiting, P „Providing Quality of Service over a Shared Wireless Link,‟ IEEE Communications Magazine, February 2001, vol 39, no 2, pp 150–154 139 ... phát triển tiến tới mạng thơng tin di động 3G Ở Luận văn ? ?Nghiên cứu công nghệ EDGE ứng dụng vào mạng thông tin di động MobiFone? ?? nhằm đề triển khai mạng EDGE mạng GSM sẵn có VMS /MobiFone từ kết... phương án cho thơng tin di động số Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động người ta nghiên cứu công nghệ đa thâm nhập theo mã (CDMA) Công nghệ sử dụng kỹ thuật trải phổ trước có ứng dụng chủ yếu quân... thống thông tin di động hệ thống thông tin di động thứ ba gọi thông tin di động băng rộng 1.2 Công nghệ tương lai – 3G Sự phát triển nhanh chóng dịch vụ số liệu mà trước IP đặt yêu cầu công nghệ