Nghiên cứu đề xuất giải pháp và lộ trình triển khai kiến trúc mạng 5g ở việt nam

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - TRẦN NGỌC QUÝ TRẦN NGỌC QUÝ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀ LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI KIẾN TRÚC MẠNG 5G Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT 2019– 2020 HÀ NỘI 2020 HÀ NỘI – 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - TRẦN NGỌC QUÝ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀ LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI KIẾN TRÚC MẠNG 5G Ở VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG TRUNG KIÊN HÀ NỘI - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Trương Trung Kiên Để hồn thành đồ án, tơi sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu tham khảo khác mà không ghi Tôi xin cam đoan nội dung luận văn không giống hồn tồn với cơng trình hay thiết kế tốt nghiệp có trước Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận văn Trần Ngọc Quý năm 2020 ii LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực hiện, để hồn thành luận văn nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo, anh chị khóa, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy cô anh chị Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Khoa Quốc tế Đào tạo Sau đại học Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng thầy giáo, giáo truyền đạt kiến thức bổ ích giúp tơi nghiên cứu hồn thiện luận văn Tơi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ Trương Trung Kiên dành nhiều thời gian tâm huyết dẫn giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, thầy cô khoa Quốc tế Đào tạo Sau đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập Do hạn chế thân hạn hẹp thời gian Luận văn không tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận thơng cảm đóng góp ý kiến thầy bạn Xin chân thành cảm ơn ! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT v MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÁC THẾ HỆ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chung kiến trúc mạng thông tin di động 1.2 Kiến trúc mạng thông tin di động 2G GSM 1.3 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G WCDMA 1.4 Kiến trúc mạng thông tin di động 4G LTE/LTE-Advanced 1.5 Xu hướng tiến hố kiến trúc mạng thơng tin di động từ 2G tới 4G 1.6 Kết luận chương 11 CHƯƠNG CÁC LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC MẠNG 5G NR 12 2.1 Giới thiệu chung mạng 5G 12 2.1.1 Nhu cầu ứng dụng Việt Nam 14 2.2 Tổng quan kiến trúc mạng 5G theo tiêu chuẩn 3GPP 5G NR 17 2.2.1 Mạng lõi 5G 18 2.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến 5G 21 2.3 Các lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng 5G NR 22 2.4 Kết luận chương 30 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP VÀ LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI KIẾN TRÚC MẠNG 5G Ở VIỆT NAM 31 3.1 Nghiên cứu trạng số nhà mạng Việt Nam 31 3.1.1 Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam 31 3.1.2 Hiện trạng triển khai thử nghiệm mạng 5G Việt Nam 35 iv 3.2 Đề xuất lựa chọn giải pháp lộ trình triển khai kiến trúc mạng 5G 38 3.2.1 So sánh đánh giá lựa chọn kiến trúc mạng 38 3.2.2 Đối với nhà mạng Việt Nam chưa có mạng 4G LTE/LTE-Advanced 39 3.2.3 Đối với nhà mạng Việt Nam có mạng 4G LTE/LTE-Advanced 40 3.3 Kết luận chương 41 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT Viết tắt 2G 3G 4G 5G BS BSC BTS CN CP CS Tiếng Anh The Second Generation The Third Generation 3rd Generation Partnership Project The Fourth Generation The Fifth Generation Base Station Base Station Controller Base Transceiver Station Core Network Control Plane Circuit Switched EPC Evolved Packet Core 3GPP E-UTRAN FDM FDMA Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Tiếng Việt Thế hệ thứ hai Thế hệ thứ ba Đề án đối tác hệ thứ Thế hệ thứ tư Thế hệ thứ năm Trạm gốc Trạm điều khiển trạm gốc Trạm thu phát gốc Mạng lõi Mặt phẳng điều khiển Chuyển mạch kênh Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến Mạng truy nhập toàn cầu cải tiến Ghép kênh theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GSM Global System Communications Thơng tin di động tồn cầu HSS Home Subscriber Server IP Internet Protocol International Telecommunications Union Long Term Evolution Machine-to-Machine Media Gateway Mobility Management Entity ITU LTE M2M MGW MME for Mobile Máy chủ đăng kí thuê bao thường trú Giao thức liên kết mạng Liên minh Viễn thông Quốc tế Sự phát triển dài hạn Dịch vụ thông tin thiết bị Trạm cổng đa phương tiện Thực thể quản lý di động vi Viết tắt MSC NR OFDM OFDMA PCRF P-GW PS PSTN RAN RNC RNS SGSN S-GW TRAU UE UP URLLC UTRAN WCDMA Tiếng Anh Mobile Switching Centre New Radio Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Policy and Charging Rules Function PDN Gateway Packet Switched Public Switched Telephone Networks Radio Access Network Radio Network Controller Radio Network System Serving GPRS Support Node Service Gateway Transcoder and Rate Application Unit Tiếng Việt Trung tâm chuyển mạch di động Vô tuyến Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Chức kiểm sốt sách cước Cổng PDN Chuyển mạch gói Mạng điện thoại chuyển mạch kênh cơng cộng Mạng truy nhập vô tuyến Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phân hệ Mạng vô tuyến Nút hỗ trợ GPRS phục vụ Cổng dịch vụ Khối chuyển mã thích nghi tốc độ Thiết bị người dùng/ Thiết bị đầu User Equipment cuối User Plane Mặt phẳng người sử dụng Ultra-Reliable Low-Latency Các dịch vụ thơng tin có độ tin Communications cậy cao độ trễ nhỏ UMTS Terrestrial Access Mạng truy nhập mặt đất UMTS Network Wideband Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã Multiple Access băng rộng vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 Sự phát triển hệ mạng thông tin qua giai đoạn Hình 1-2 Kiến trúc mạng thông tin di động 2G GSM kết hợp mạng 3.5G GPRS Hình 1-3 Kiến trúc mạng thơng tin di động 3G WCDMA phiên 99 Hình 1-4 Kiến trúc mạng thơng tin di động 4G LTE/LTE-Advanced Hình 1-5 Kiến trúc mạng kết hợp công nghệ 2G GSM, 3G WDCMA 4G LTE/LTE-Advanced Hình 1-6 Sự phát triển kiến trúc mạng qua phiên mạng 3G lên mạng 4G 10 Hình 2-1 Một số dịch vụ đã, cung cấp mạng 5G 13 Hình 2-2 So sánh yêu cầu kỹ thuật tối thiểu mạng 5G so với mạng 4G 13 Hình 2-3 Kiến trúc tổng quan mạng thông tin di động 5G 18 Hình 2-4 Dự báo cơng bố vào tháng 12/2018 thị phần thuê bao di động theo công nghệ, bao gồm 2G GSM, 3G HSPA, 4G LTE/LTE-Advanced 5G, thời gian từ năm 2019 tới năm 2024 22 Hình 2-5 Lựa chọn - mạng 4G có 23 Hình 2-6 Lựa chọn - mạng 5G NR riêng rẽ 24 Hình 2-7 Lựa chọn - Sử dụng mạng lõi 4G EPC với tín hiệu điều khiển truyền qua mạng truy nhập 4G LTE/LTE-Advanced 25 Hình 2-8 Lựa chọn biến thể, hay cịn gọi lựa chọn 3a, mạng truy nhập vô tuyến 5G NR truyền liệu trực tiếp tới mạng lõi 4G EPC 25 Hình 2-9 Lựa chọn sử dụng mạng lõi 5G tín hiệu điều khiển truyền qua mạng truy nhập vô tuyến 5G NR 26 Hình 2-10 Lựa chọn biến thể, hay gọi lựa chọn 4a, mạng truy nhập vơ tuyến 4G LTE/LTE-Advanced truyền liệu trực tiếp lên mạng lõi 5G 26 Hình 2-11 Lựa chọn sử dụng mạng lõi 5G kết hợp với mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced 27 Hình 2-12 Lựa chọn sử dụng mạng lõi 4G EPC kết hợp với mạng truy nhập vô tuyến 5G NR 27 Hình 2-13 Lựa chọn sử dụng mạng lõi 5G tín hiệu điều khiển truyền qua mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced 28 viii Hình 2-14 Lựa chọn biến thể, hay cịn gọi lựa chọn 7a, liệu truyền trực tiếp từ mạng truy nhập vô tuyến 5G NR lên mạng lõi 5G 28 Hình 2-15 Lựa chọn sử dụng mạng lõi 4G EPC tín hiệu điều khiển truyền qua mạng truy nhập vô tuyến 5G NR 29 Hình 2-16 Lựa chọn biến thể, hay cịn gọi lựa chọn 8a, liệu truyền trực tiếp từ mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced lên mạng lõi 4G EPC 30 Hình 3-1 Sơ đồ thiết kế Cluster cho mạng 5G Viettel 37 Hình 3-2 Mơ hình triển khai mạng vơ tuyến chung cho cho cluster 37 Hình 3-3 Kiến trúc mạng đề xuất cho nhà mạng triển khai hoàn toàn mạng 5G NR riêng rẽ từ bắt đầu điều kiện chưa có sẵn mạng 4G LTE/LTEAdvanced 40 Hình 3-4 Lộ trình triển khai lựa chọn kiến trúc mạng 5G cho nhà mạng có sẵn mạng 4G LTE/LTE-Advanced Việt Nam 41 29 thiết bị đầu cuối có đồng thời hai kết nối liệu đến mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced mạng truy nhập vô tuyến 5G NR Mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced sau chuyển tiếp liệu mạng truy nhập vô tuyến 5G NR Mạng truy nhập vô tuyến 5G NR tổng hợp liệu nhận trực tiếp từ thiết bị đầu cuối gián tiếp qua mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced truyền tới mạng lõi 4G EPC Chú ý, để triển khai lựa chọn này, mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced phải nâng cấp để trao đổi liệu với mạng truy nhập vơ tuyến 5G NR Ngồi ra, mạng lõi 4G EPC phải nâng cấp để trao đổi liệu tín hiệu điều khiển với mạng truy nhập vô tuyến 5G NR Giống lựa chọn 3, lựa chọn lựa chọn 7, việc truyền liệu đồng thời qua hai mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced 5G NR lựa chọn giúp tăng tốc độ liệu thiết bị đầu cuối Một biến thể lựa chọn này, gọi lựa chọn 5g scenarios in 3gpp nr & nextgencore (6/ 8a, minh hoạ Hình 2-17 mạng truy nhập vơ tuyến 4G LTE/LTE-Advanced truyền liệu trực tiếp tới mạng lõi 4G EPC Trong trường hợp này, cần nâng cấp mạng lõi 4G EPC để trao đổi liệu tín hiệu điều khiển8)với mạng truy nhập NR Tuy nhiên, khác với lựa Non-Standalone/ NR vô tuyến , EPC5G connected 8a) Nonchọn 8, không cần nâng cấp mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced để trao đổi liệu với mạng truy nhập vô tuyến 5G NR EPC NextGen Core / NR EPC 1a- i e LTE NR LTE Hình 2-16 Lựa chọn sử dụng mạng lõi 4G EPC tín hiệu điều khiển 5G architecture options | RAN/SA meeting, June 2016 truyền qua mạng truy nhập vô tuyến 5G NR / NR , EPC connected 8a) Non- / NR , EPC connected 30 NextGen Core EPC NextGen Core 1a- i e NR LTE NR Hình 2-17 Lựa chọn biến thể, hay cịn gọi lựa chọn 8a, liệu 5G architecture options | RAN/SA meeting, June 2016 RP-161266 15.06.2016 truyền trực tiếp từ mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced lên mạng lõi 4G EPC 2.4 Kết luận chương Chương trình bày nội dung tổng quan mạng thông tin di động 5G, nhu cầu ứng dụng dịch vụ thơng tin 5G Sau đó, kiến trúc tổng quan chi tiết thành phần mạng 5G theo tiêu chuẩn 3GPP trình bày Phần cuối chương tập trung vào trình bày tập hợp đầy đủ lựa chọn giải pháp triển khai kiến trúc mạng đề xuất 3GPP để cung cấp lựa chọn linh hoạt để triển khai mạng 5G tận dụng hạ tầng mạng 4G LTE/LTE-Advanced sẵn có 31 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP VÀ LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI KIẾN TRÚC MẠNG 5G Ở VIỆT NAM 3.1 Nghiên cứu trạng số nhà mạng Việt Nam 3.1.1 Hiện trạng mạng thông tin di động Việt Nam Từ năm 2009, Việt Nam đầu tư phát triển công nghệ 3G Sau năm triển khai, số lượng thuê bao sử dụng mạng 3G Việt Nam tăng từ triệu thuê bao lên xấp xỉ 49 triệu thuê bao tiếp tục tăng mạnh Tính đến thời điểm này, cơng nghệ 3G phủ sóng 63/64 tỉnh thành vùng biên giới hải đảo Giá cước 3G mức hợp lý, vừa túi tiền đa số người dân Đây yếu tố vững để nhà mạng viễn thông Việt Nam triển khai mạng 4G LTE/LTE-Advanced Nhu cầu sử dụng dịch vụ liệu tăng trưởng dịch vụ liệu với nhà cung cấp OTT gần Số lượng thuê bao di dộng băng rộng sử dụng liệu gia tăng làm cho dịch vụ thoại di động truyền thống có xu hướng giảm dân Theo nghiên cứu từ Ovum, thâm nhập dịch vụ 3G gia tăng cách nhanh chóng lên gấp lần vào cuối quý năm 2016, sóng 3G phủ 80% lãnh thổ Việt Nam Hiện với phát triển mạnh mẽ thiết bị điện thoại thông minh, máy tính bảng, phổ cập nhiều mẫu mã giá thành rẻ làm cho thị trường di động băng rộng phát triển mạnh mẽ Năm 2016 tỉ lệ thâm nhập điện thoại thông minh Việt Nam 72% khu vực đô thị thành phố 53% khu vực nông thôn Điều dẫn đến nhu cầu tốc độ, băng thông ngày cao Nếu trì mạng 3G khơng đủ, cần phát triển lên công nghệ 4G LTE để đảm bảo đủ dung lượng, nâng cao hiệu sử dụng phổ, tiết kiệm băng tần, chi phí đầu tư Các thiết bị hỗ trợ 4G LTE/LTE-Advanced có mặt rộng rãi thị trường Việt Nam với nhiều chủng loại giá thành hợp lý Đây yếu tố thuận lợi để Việt Nam triển khai mạng LTE/LTE-Advanced Trước tình hình phát triển mạnh mẽ mạng 4G LTE/LTE-Advanced giới, hội thảo 4G diễn vào tháng năm 2015, Bộ Thông tin – Truyền thơng cơng bố lộ trình kế hoạch cấp phép băng tần triển khai 4G LTE/LTE-Advanced cho phép nhà mạng dung băng tần 1800MHz (trước dung cho 2G) để triển khai thử nghiệm 4G LTE/LTE-Advanced vào cuối tháng 04/2015 32 Tại Việt Nam, nhà mạng lớn Bộ TT&TT cấp giấy phép thiết lập mạng viễn thông công cộng giấy phép cung cấp dịch vụ viễn thông 4G bao gồm: Viettel, Mobifone Vinaphone Như năm 2017 đua 4G thức bùng nổ, cạnh tranh nhà mạng hứa hẹn đem tới cho khách hàng trải nghiệm 4G LTE/LTE-Advanced với tốc độ cao chất lượng Sau trình khởi động, VNPT triển khai lắp đặt trạm 4G nhiều địa phương để chuẩn bị cho việc phổ biến mạng toàn quốc năm 2017 Theo kế hoạch, năm nay, VNPT đưa khoảng 15.000 trạm thu phát sóng 4G thức vào hoạt động, phủ sóng tất khu vực trọng điểm 63 tỉnh thành nước Trong đó, Viettel khai trương dịch vụ 4G LTE tồn quốc sử dụng cơng nghệ 4T4R tháng vừa qua, đồng thời tiển khai 36.000 trạm thu phát sóng, phủ sóng 95% dân số Riêng nhà mạng MobiFone, MobiFone xây dựng 4.500 trạm phát sóng 4G LTE dự kiến số 30.000 trạm phát sóng 4G giai đoạn 2017 – 2018 Theo đánh giá chuyên gia, triển khai mạnh mẽ mạng 4G LTE tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy phát triển dịch vụ giá trị gia tăng tảng 4G nhằm nâng cao trải nghiệm khách hàng Bên cạnh đó, nhà mạng viễn thơng phải đối mặt với thách thức không nhỏ liên quan tới sở hạ tầng kỹ thuật như: nâng cấp hệ thống mạng lưới kỹ thuật, đường truyền tốc độ cao, quản trị lưu lượng hiệu quả, cải tiến phần mềm quản lý thuê bao, phát triển thiết bị đầu cuối tương thích cơng nghệ 4G bảo mật thông tin tảng mạng 4G LTE/LTE-Advanced Tại Hội thảo Quốc tế 4G LTE 2017 Hiệp hội Internet Việt Nam phối hợp với Tập đoàn liệu quốc tế IDG Việt Nam tổ chức ngày 27/7 Hà Nội, theo số liệu từ Cục Viễn thông (Bộ TT&TT), Việt Nam có gần 60 triệu thuê bao băng rộng, có khoảng 48 triệu thuê bao di động băng rộng gồm 3G 4G Xét tỷ lệ số SIM 4G đổi với tỉ lệ người dung dịch vụ 4G không cao, 3,5 triệu người (trong tổng số 6,3 triệu SIM 4G đổi) Bộ TT&TT cho thời gian tới tỷ lệ thuê bao dung 4G phát triển mạnh mẽ Tốc độ tăng trưởng thuê bao đăng ký sử dụng Internet băng rộng cố định tăng khoảng 8,2% so với năm 2016, thuê bao đăng ký di động tăng 2,2% so với năm 2016 Như số lượng thuê bao di động Việt Nam giai đoạn 2016-2021 tăng trưởng với tốc độ chậm lại 33 Theo dự báo ARPU di động Việt Nam mức 5$ hàng năm, mức thấp so với giới lượng liệu sử dụng tăng nhanh phải đối mặt với vấn đề nhạy cảm giá cước cạnh tranh gay gắt nhà cung cấp Có thể thấy theo dự báo từ đến năm 2020-2021, người sử dụng Việt Nam chuyển sang sử dụng dịch vụ data thay cho dịch vụ thoại truyền thống Doanh thu thoại giảm doanh thu data tăng Đây xu hướng chung động lực phát triển cho LTE 5G hai tảng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói cung cấp dịch vụ data cho khách hàng Dựa vào thông số dự báo cung cấp từ báo cáo phân tích đánh giá Ovum, GSA từ nhà mạng viễn thông khác (Viettel, Mobifone, Vinaphone) thấy nhu cầu liệu data Việt Nam năm tới tăng mạnh, số lượng thuê bao phát triển lên 4G tăng cao nhà mạng lớn Việt Nam cam kết triển khai thương mại 4G LTE tồn quốc Vấn đề gói cước dịch vụ, nhà mạng cho biết có gói cước 4G dành riêng với đơn giá liệu rẻ 3G cho người dung Tuy nhiên phải chờ tới thức khai trương dịch vụ diện rộng gói cước áp dụng Điện thoại thơng minh trở lên phổ biến nhanh chóng Việt Nam thời gian qua Theo thông tin có khoảng 52% dân số Việt Nam sở hữu điện thoại thông minh Đây điều kiện thuận lợi để 4G phát triển nhanh lượng lớn người dung có tảng định kiến thức sử dụng thiết bị số thông minh Việc nhà mạng đẩy mạnh triển khai 4G chuyên gia đánh giá đòn bẩy cho Việt Nam bước vào cách mạng công nghiệp 4.0 Việc triển khai thành công 4G 5G giúp Việt nam bắt kịp với cách mạng lần thứ vai trò viễn thông phải đảm bảo cho việc kết nối mạng, đòi hỏi tốc độ cao liên tục Theo dự báo Qualcomm đến năm 2020, 60% thiết bị di động bán nước tương đương với 120 triệu thiết bị hỗ trợ kết nối 4G Xu hướng bắt kịp với giới tồn cầu có 601 mạng LTE/LTE-A triển khai thương mai hóa 189 quốc gia Cũng theo đánh giá từ dại diện Qualcomm, 4G LTE đem lại dịch vụ, hội kinh doanh cho nhà mạng, nhà cung cấp dịch vụ, nội dung, nhà sản xuất thiết bị toàn hệ sinh thái di động Việt Nam 4G LTE tảng thiết yếu Việt Nam vào kỷ nguyên IoT chuẩn bị tham gia vào cách mạng công nghiệp lần thứ 34 Việc đẩy mạnh lộ trình phát triển cơng nghệ triển khai công nghệ LTE/LTE-A điều quan trọng cho Việt Nam để tạo tiền đề vững chuẩn bị sẵn sang cho công nghệ 5G Khi giới triển khai thử nghiệm mạng 4G (năm 2009) định hướng tầm nhìn cho cơng nghệ 5G hình thành Tại Việt Nam công nghệ 5G sớm nghiên cứu để bắt kịp xu hướng giới Năm 2017, hội thảo 5G tổ chức: hội thảo “Hệ sinh thái di động 5G thách thức nghiên cứu” Học viện CNBCVT, 03/2017, giới thiệu nghiên cứu công nghệ 5G giới, định hướng công nghệ mạng vô tuyến hệ thứ 5; hội thảo “Những thách thức nghiên cứu mạng 5G” Đại học Duy Tân, 04/2017, giới thiệu hội thách thức trình nghiên cứu ứng dụng mạng 5G vào thực tế; hội thảo “Quản lý tần số vô tuyến băng rộng kết nối vạn vật” Cục Tần số - Bộ TT&TT, 06/2017, giới thiệu tranh toàn cảnh xu hướng phát triển vô tuyến băng rộng IoT giới Mới vào tháng 07/2017, Hội thảo trình diễn cơng nghệ 5G Việt Nam, đưa đánh giá hạ tầng mạng, vạn vật kết nối giải pháp kinh doanh kỹ thuật số Cục Tần số vô tuyến điện (Bộ TT&TT) phối hợp với công ty Ericsson Việt Nam Myanmar tổ chức Hà Nội Hội thảo cho thấy ảnh hưởng công nghệ tác động kinh tế 5G ngành công nghiệp bao gồm: sản xuất, y tế, lượng giao thông công cộng Hệ thống thử nghiệm công nghệ 5G bao gồm tất chức cần thiết cho thử nghiệm tiền thương mại điều hướng theo dõi chum sóng MIMO đa người dung, truyền liệu từ nhiều trạm cho máy đầu cuối thiết kế tối ưu hóa liệu đường truyền Tại trình diễn, tốc độ tín hiệu từ trạm phát đến thiêt bị thu đạt đến tốc độ 5,75 Gbps chiều downlink Các nhà mạng tập trung việc phát triển công nghệ, tối ưu sở hạ tầng mạng lưới đảm bảo tính tương thích với thiết bị đầu cuối Mạng 4G LTE/LTE-Advanced đại tốc độ cao thành phần quan trọng mạng 5G tương lai Từ Việt Nam có sở vững hạ tầng mạng truyền dẫn có khả nắm bắt nhanh chóng cơng nghệ theo tiêu chuẩn lên mạng 5G bắt kịp với xu hướng công nghệ chung giới Tuy công nghệ 4G LTE/LTE-Advanced ứng dụng chưa thực phổ cập tới tay khách hàng dự báo vài năm nữa, nhu cầu khách hàng tăng cao, định có hạn chế mặt chất lượng dịch vụ LTE đem lại Khi 35 theo phát triển cách tự nhiên, hệ mạng 5G dần thay cho LTE với công nghệ vượt bậc giúp nâng cao chất lượng dịch vụ mạng lưới Vì từ lúc việc nhà mạng bắt tay vào nghiên cứu, ứng dụng mạng 5G cần thiết 3.1.2 Hiện trạng triển khai thử nghiệm mạng 5G Việt Nam Mạng 5G không hội dịch vụ kết nối, mà hội để phát triển ngành công nghiệp thông tin (ICT) Với nhu cầu lớn thiết bị mạng lưới đặc biệt thiết bị đầu cuối, 5G tạo thị trường lớn cho công ty công nghệ Việt Nam Bộ Thông tin Truyền thông (TT&TT) cấp phép thử nghiệm 5G cho doanh nghiệp viễn thông (Viettel, VNPT MobiFone) Đầu tháng 5/2019, Viettel với Tập đoàn Ericsson (Thụy Điển) thực gọi mạng di động 5G Việt Nam Việc thử nghiệm kỹ thuật này, nhằm đánh giá khả ứng dụng công nghệ 5G thực tiễn Việt Nam Ghi nhận tốc độ kết nối mạng 5G với thiết bị đầu cuối đạt từ 1,5 – 1,7 Gbps, vượt xa tốc độ giới hạn lý thuyết mạng 4G LTE, tương đương với tốc độ cáp quang thương mại Sau thử nghiệm, Viettel tiếp tục mở rộng mạng di động 5G Hà Nội TP Hồ Chí Minh 3.1.2.1 Tập đồn Bưu viễn thông Việt Nam VNPT VNPT khẩn trương thiết lập mạng 5G thử nghiệm Hà Nội TP Hồ Chí Minh Mobifone dự kiến Hà Nội, Hải Phòng Đà Nẵng Đại diện VNPT cho biết, để thử nghiệm hệ thống mạng 5G, VNPT ký kết thỏa thuận hợp tác phát triển với Tập đoàn Nokia để thiết lập phòng Lab nghiên cứu công nghệ giải pháp, ứng dụng mạng di động 5G Hai bên hợp tác thử nghiệm công nghệ mạng 5G giải pháp, ứng dụng mạng 5G, nghiên cứu, khảo sát, thử nghiệm triển khai cơng nghệ 5G Nokia đại hóa mạng lưới VNPT theo định hướng 5G Cloud Bên cạnh đó, hai bên hợp tác chia sẻ thơng tin nghiên cứu công nghệ, sản phẩm mạng 5G Dự án thực năm, với tổng giá trị khoảng 15 triệu USD VNPT tăng cường hợp tác với nhiều đối tác công nghệ lớn giới để xây dựng nguồn nhân lực, nhằm làm chủ tham gia vào hệ sinh thái 5G (từ mạng lưới, tảng platform kết nối cung cấp dịch vụ, ứng dụng 5G, an ninh, an toàn) Đây dự án đặt móng cho q trình chuyển đổi đại hóa tồn hạ 36 tầng mạng lõi VNPT để vận hành khai thác tảng cơng nghệ ảo hóa điện tốn đám mây (cloud) Khơng tập trung đầu tư nâng cấp phát triển hạ tầng mạng lưới, VNPT chủ động sản xuất thiết bị với mục tiêu nội địa hóa sản phẩm viễn thơng, để giúp tiết kiệm chi phí, đảm bảo an ninh thơng tin Theo kế hoạch, nhà mạng thử nghiệm 5G năm 2019 triển khai thương mại năm 2020 định hướng phát triển công nghiệp thông tin (ICT) Việt Nam Việc thử nghiệm công nghệ 5G khu vực tần số cao, khả phủ sóng thành phố, đánh giá can nhiễu vệ tinh, thử nghiệm tốc độ cao, dung lượng lớn để đánh giá độ suy hao, thử nghiệm ứng dụng 5G, có ứng dụng cho nhà máy thơng minh, đô thị thông minh, IoT, hệ sinh thái 5G 3.1.2.2 Tổng công ty Viễn thông Mobifone Đại diện MobiFone cho biết, trình thử nghiệm 5G cung cấp dịch vụ miễn phí cho khách hàng ứng dụng liệu tốc độ siêu cao eMBB, phục vụ nhu cầu thơng tin, giải trí nghe nhạc trực tuyến, video trực tuyến (HD, UHD 4K), trò chơi trực tuyến thời gian thực (AR, VR) Đây tiện ích mà nhiều khách hàng mong chờ 3.1.2.3 Tập đồn Cơng nghiệp - Viễn thơng Qn đội Viettel Hiện nay, Viettel triển khai 04 cluster cho mạng 5G, cụ thể sau: • Cluster 1: phục vụ first call HNI với quy mô 03 trạm HNI (01 trạm tòa nhà Viettel – Crown, 01 trạm Duy Tân, 01 trạm phố - Hoàn Kiếm) Sử dụng band 2600MHz, thiết bị vendor Ericson, triển khai song song với mạng 4G (chạy chế độ NSA) hoàn thành vào tháng 4/2019 Sơ đồ thiết kế sau: 37 Hình 3-1 Sơ đồ thiết kế Cluster cho mạng 5G Viettel • Cluster 2: 10 gNB TP.HCM với band tần triển khai từ 2.6-3.8GHz, sử dụng kiến trúc NSA với thiết bị vendor Nokia Hồn thành tháng 11/2019 • Cluster 3: 10 gNB Hà Nội band tần 2.7 GHz quận Ba Đình, sử dụng kiến trúc NSA với thiết bị vendor Ericsson Hồn thành tháng 12/2019 • Cluster 4: Đường đua F1, triển khai 15 gNB vendor Ericsson với kiến trúc NSA (11 gNB band 3.7GHz, gNB 2.7 GHz) Hình 3-2 Mơ hình triển khai mạng vơ tuyến chung cho cho cluster 38 3.2 Đề xuất lựa chọn giải pháp lộ trình triển khai kiến trúc mạng 5G Mục tập trung nghiên cứu đề xuất khuyến nghị chọn lựa giải pháp kiến trúc mạng lộ trình triển khai cho số nhà mạng Việt Nam Các đề xuất dựa sở lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng trình bày Mục 2.3 để trạng nhà mạng Việt Nam trình bày Mục 3.1 Cụ thể, Mục 3.2.1 so sánh đánh gía lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng trình bày Mục 2.3 Sau đó, Mục 3.2.2 đưa số đề xuất nhà mạng Việt Nam chưa có mạng 4G LTE/LTE-Advanced Trong đó, Mục 3.2.3 đưa số đề xuất nhà mạng Việt Nam có mạng 4G LTE/LTE-Advanced 3.2.1 So sánh đánh giá lựa chọn kiến trúc mạng Các lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng trình bày Mục 2.3 phân thành hai nhóm: i) nhóm kiến trúc riêng rẽ (SA: Stand-Alone) ii) nhóm kiến trúc khơng riêng rẽ (NSA: Non-Stand-Alone) Các lựa chọn giải pháp thuộc nhóm kiến trúc riêng rẽ SA, bao gồm lựa chọn 1, lựa chọn 2, lựa chọn lựa chọn 6, sử dụng một công nghệ mạng truy nhập vô tuyến để trao đổi liệu với thiết bị đầu cuối Trong đó, lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng cịn lại sử dụng hai cơng nghệ mạng truy nhập vô tuyến 5G NR 4G LTE/LTE-Advanced để đồng thời trao đổi liệu với thiết bị đầu cuối Có thể thấy, phần truyền liệu lựa chọn kiến trúc mạng riêng rẽ SA đơn giản lại không tận dụng hết hạ tầng mạng truy nhập vô tuyến để tăng tốc độ liệu so với phần truyền liệu lựa chọn kiến trúc mạng không riêng rẽ NSA Một số lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng trình bày Mục 2.3, bao gồm lựa chọn lựa chọn 8, trình bày với mục đích tạo đầy đủ mặt logic, nhiên nhiều khả không xảy thực tế Cụ thể, lựa chọn đề xuất sử dụng mạng truy nhập vô tuyến 5G NR kết hợp với mạng lõi 4G EPC Điều bỏ qua mạng truy nhập vơ tuyến 4G LTE/LTE-Advanced có hoạt động tốt sẵn sàng liên kết làm việc với mạng lõi 4G EPC lại yêu cầu nâng cấp mạng lõi 4G EPC để trao đổi liệu tín hiệu điều khiển với mạng truy nhập vô tuyến 5G NR Tương tự, lựa chọn đề xuất sử dụng mạng truy nhập vơ tuyến 5G NR để chuyển tiếp tín hiệu điều khiển mạng lõi 4G EPC thiết bị đầu cuối mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced dùng để chuyển tiếp liệu Điều khơng hợp lý hiệu mạng truy nhập 39 vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced thực tốt việc truyền tín hiệu điều khiển thiết bị đầu cuối mạng lõi 4G EPC thường có vùng phủ rộng mạng truy nhập vơ tuyến 5G NR Vì vậy, lựa chọn lựa chọn không đề xuất sử dụng cho nhà mạng Việt Nam giới Như trình bày đầu Mục 2.3, động lực thúc đẩy cho việc 3GPP nghiên cứu khảo sát lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng khác để tận dụng hiệu hạ tầng mạng 4G có Như vậy, việc đề xuất lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng lộ trình triển khai tương ứng cho nhà mạng Việt Nam phụ thuộc nhiều vào việc nhà mạng có vận hành khai thác mạng 4G hay khơng Chính vậy, phần Mục thảo luận hai trường hợp tương ứng với việc chưa có hay có mạng 4G LTE/LTE-Advanced 3.2.2 Đối với nhà mạng Việt Nam chưa có mạng 4G LTE/LTE-Advanced Đến thời điểm tháng 5/2020, phủ Việt Nam chưa thức cấp phép triển khai mạng 5G thương mại cho nhà mạng nào, dù cấp giấy phép triển khai thử nghiệm mạng 5G cho số công ty Viettel, VNPT Mobifone Như vậy, việc có nhiều nhà mạng tham gia cung cấp dịch vụ di động 5G điều hồn tồn xảy Thêm vào đó, xu hướng giới tập đồn cơng ty lớn xin giấy phép để triển khai mạng 5G riêng để phục vụ tập đồn hay cơng ty Ví dụ, đến tháng 5/2020, có 30 công ty Đức nộp hồ sơ mua giấy phép sử dụng phổ tần số vô tuyến điện để triển khai mạng 5G riêng cho cơng ty Xu hướng hồn tồn xảy Việt Nam Tóm lại, vài năm tới, xảy trường hợp xuất nhà mạng hoàn toàn Việt Nam Các nhà mạng chưa có hạ tầng mạng thơng tin di động 4G Do đó, lựa chọn đề xuất cho nhà mạng này, tức nhà mạng triển khai mạng lõi 5G mạng truy nhập vô tuyến 5G NR để cung cấp dịch vụ 5G cho thiết bị đầu cuối legacy 2) Standalone NR, NGCN connected 40 NextGen Core NR 2021 15.06.2016 Hình 3-3 Kiến trúc mạng đề xuất RP-161266 cho nhà mạng triển khai hoàn toàn mạng 5G NR riêng rẽ từ bắt đầu điều kiện chưa có sẵn mạng 4G LTE/LTE-Advanced 5G architecture options | RAN/SA meeting, June 2016 3.2.3 Đối với nhà mạng Việt Nam có mạng 4G LTE/LTE-Advanced Đối với nhà mạng Việt Nam có mạng 4G LTE/LTE-Advanced Viettel, VNPT Mobifone, việc đề xuất lộ trình triển khai với việc nâng cấp bước hạ tầng mạng qua lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng khác phù hợp Cụ thể, lộ trình triển khai giúp nhà mạng tận dụng tối đa hạ tầng mạng 4G sẵn có đặc biệt giai đoạn đầu phát triển với số th bao 5G cịn chưa xuất nhiều dịch vụ 5G có yêu cầu kỹ thuật cao Lộ trình triển khai phù hợp cịn giúp nhà mạng có thêm thời gian cân nhắc chuẩn bị việc mua triển khai thiết bị Giả thiết nhà mạng bắt đầu triển khai mạng 5G thương mại từ năm 2021 Chú ý rằng, lộ trình triển khai đề xuất hồn tồn hiệu chỉnh cho phù hợp với mốc bắt đầu triển khai thực tế Cụ thể, học viên đề xuất lộ trình triển khai mạng 5G dựa tảng mạng 4G sẵn có với ba pha sau: • Pha (từ 2021-2024): chuyển từ lựa chọn (mạng 4G có) lên lựa chọn lựa chọn 3a cách triển khai thêm gNB mạng truy nhập vô tuyến 5G NR nâng cấp mạng truy nhập vô tuyến 4G LTE/LTE-Advanced phải nâng cấp để trao đổi liệu với mạng truy nhập vô tuyến 5G NR mạng lõi 5G Kiến trúc mạng đặc biệt phù hợp với việc cung cấp dịch vụ 5G số điểm nóng (hotspot) có u cầu dịch vụ cao Ngồi ra, pha chưa yêu cầu nhà mạng phải triển khai mạng lõi 5G 41 • Pha (từ 2025-2028): chuyển từ lựa chọn sang lựa chọn lựa chọn 7a cách thay mạng lõi 4G EPC mạng lõi 5G Khi đó, mạng truy nhập vơ tuyến 4G LTE/LTE-Advanced có nâng cấp để trao đổi tín hiệu điều khiển với mạng lõi 5G • Pha (2029-2030): vào thời điểm nay, số thuê bao 5G trở nên thống trị mạng 4G lỗi thời Khi đó, học viên đề xuất chuyển từ lựa chọn lựa chọn 7a sang lựa chọn để mạng lõi 5G thiết bị đầu cuối trao đổi liệu tín hiệu điều khiển qua mạng truy nhập 5G Liên quan đến vấn đề băng tần, mạng 4G chủ yếu hoạt động băng tần thấp, 2,6GHz) mạng 5G thường hoạt động băng tần cao 3,5GHz 4,9GHz Do đó, pha đầu, mạng 4G thường có vùng phủ rộng mạng 5G đồng thời mạng 5G triển khai nên mạng 4G đóng vai trò truyền báo hiệu theo 5g scenarios in &3gpp nr & nextgencore 5g scenarios in(2/6) 3gpp nr &(1/6) nextgencore (5/6) 5g scenarios in 3gpp nr nextgencore lựa chọn kiến trúc mạng Trong pha tiếp theo, mạng 5G phát triển rộng rãi dần chiếm vai trò truyền báo hiệu theo lựa chọn kiến trúc dần 3a) Non-S L EStandalone , NR, EPC NGCN connected 7a) Non-Standalone/ L E 3) Non-S E ,LTE, EPC4G 7) Non-Standalone/ L E / , NGCN 1)L Standalone EPC connected 2) dần đến /2030 mạng còn- legacy triển khai hạn chế băng tần connected connected connected thấp quy hoạch lại cho mạng 5G lựa chọn kiến trúc mạng phù hợp EPC NextGen EPC Core EPC EPC NextGen NextGen CoreCore NextGen Core EPC , NG NextG Core 1a LTE 2021 LTE NR Pha LTE LTE NR NR NR LTE 15.06.2016 5G architecture options | RAN/SA meeting, June 2016 Pha RP-161266 2030 2025 2028 PhaRP-161266 5G architecture options | RAN/SA meeting, June 2016 15.06.2016 5G architecture options | RAN/SA meeting, June 2016 Hình 3-4 Lộ trình triển khai lựa chọn kiến trúc mạng 5G cho nhà mạng có sẵn mạng 4G LTE/LTE-Advanced Việt Nam 3.3 Kết luận chương Chương trình bày mạng thơng tin di động Việt Nam, trạng thử nghiệm mạng 5G nhà mạng Việt Nam Chương so sánh đánh giá lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng Trên sở đó, học viên đề xuất chọn lựa chọn giải pháp kiến trúc lộ trình triển khai tương ứng cho nhà mạng Việt Nam tuỳ theo trạng mạng 4G nhà mạng 42 KẾT LUẬN Đến tháng 5/2020, ba nhà mạng lớn Việt Nam Viettel, VNPT Mobìone thử nghiệm thành cơng mạng 5G Như vậy, nhu cầu triển khai thực tế mạng thương mại 5G lớn Trong phạm vi luận văn thạc sỹ kỹ thuật theo hướng ứng dụng, Học viên tìm hiểu lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng dựa trao đổi 3GPP Trên sỏ đó, học viên đề xuất chọn lựa chọn giải pháp kiến trúc mạng lộ trình triển khai phù hợp trạng mạng giai đoạn phát triển trình tiêu chuẩn hoá thương mại hoá dịch vụ 5G Việt Na, Sau mội thời gian nghiên cứu, tham khảo tài liệu, dẫn tận tình TS Trương Trung Kiên, luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp lộ trình triển khai kiến trúc mạng 5G Việt Nam” hoàn thành Việc thực luận văn giúp học viên có điều kiện nghiên cứu sâu công nghệ mạng 4G LTE/LTE-Advanced mạng 5G NR Bên cạnh đó, học viên trau dồi cập nhật kiến thức mới, phương pháp học tập nghiên cứu chuyên sâu Tuy nhiên thân nhiều hạn chế, học viên mong nhận góp ý thầy giáo đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hướng nghiên cứu tiếp theo: Học viên mong muốn tiếp tục tìm hiểu cơng nghệ áp dụng cho mạng 5G mạng sau Nghiên cứu sâu dẫn kỹ thuật hệ thống chuẩn hóa 3GPP, cập nhật thơng tin báo quốc tế, hội thảo chuyên đề mạng thơng tin di động 5G, nắm bắt tình hình triển khai mạng 5G giới, đúc rút kinh nghiệm để xây dựng đề xuất phù hợp với Việt Nam báo cáo nghiên cứu 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 3GPP TS 23.501, “System architecture for 5G system (5GS),” Technical Specification Release 15, v.15.7.0, 09/2019 [2] E Dahlman, S Parkvall, and J Skold, “5G NR: The next generation wireless access technology,” Academic Press, 2018 [3] P Marsch, O Bulakci, O Queseth and M Boldi, “5G system design: Architectural and functional considerations and long term research,” Wiley, 2018 [4] A K Soong et al, “5G system design: An end-to-end perspective,” Springer, 2019 [5] 5G Americas, “Wireless technology evolution: Transition from 4G to 5G, 3GPP Release 14 to 16”, Technical report, October 2018 [6] RP-161266, “5G Architecture options – full set,” Deutsche Telekom, June 2016 ... nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp tổ chức kiến trúc mạng thông tin di động 5G cho Việt Nam, học viên lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu đề xuất giải pháp lộ trình triển khai kiến trúc mạng 5G Việt. .. trình triển khai kiến trúc mạng 5G Mục tập trung nghiên cứu đề xuất khuyến nghị chọn lựa giải pháp kiến trúc mạng lộ trình triển khai cho số nhà mạng Việt Nam Các đề xuất dựa sở lựa chọn giải pháp. .. chọn giải pháp lộ trình triển khai cho nhà mạng thơng tin di động học viên lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu kiến trúc mạng 5G NR” Viết đầy đủ: ? ?Nghiên cứu đề xuất giải pháp lộ trình triển khai kiến trúc