Nghiên cứu công nghệ lte tiên tiến giải pháp femtocell

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Nghiên cứu công nghệ LTE tiên tiến: giải pháp Femtocell” Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa SV thực : Hồ Thị Nguyên Lớp : NGHỆ AN – 2015 i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc hướng dẫn, giúp đỡ tận tình TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Vinh truyền đạt kiến thức suốt q trình học tập để em có kiến thức tảng để hoàn thành đồ án hành trang quý báu để bước vào đời Em thầm biết ơn ủng hộ gia đình, bạn bè ln động viên, quan tâm để em hồn thành đồ án Cuối cùng, em xin kính chúc q Thầy, Cơ gia đình dồi sức khỏe, thành công nghiệp cao quý Nghệ An, ngày 25 tháng 01 năm 2015 Sinh viên Hồ Thị Nguyên ii LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động ngày phát triển mạnh mẽ toàn giới ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, dịch vụ đa phương tiện internet Các công nghệ ngày cải tiến khơng ngừng hồn thiện để đáp ứng nhu cầu sử dụng người dùng Theo thói quen sử dụng, người ta thống kê có đến 90% dịch vụ liệu vô tuyến thực môi trường nhà (tại gia đình nơi làm việc) Do đó, việc cung cấp vùng phủ sóng nhà tốt khơng cho dịch vụ thoại mà dịch vụ video dịch vụ liệu tốc độ cao quan trọng nhà cung cấp mạng vô tuyến Một vài giải pháp đưa để đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng nhu cầu tốc độ liệu nhanh chóng giảm chi phí liên quan Một giải pháp quan femtocell, giải pháp kỹ thuật kỳ vọng để giải vấn đề Chính vậy, em lựa chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu công nghệ LTE tiên tiến: giải pháp Femtocell” Đồ án tìm hiểu phát triển femtocell mối liên quan công nghệ LTE tới LTE-Advanced, đồng thời nghiên cứu xu hướng phát triển tương lai femtocell cách xem xét góc độ thách thức kỹ thuật cần giải phát triển công nghệ, đặc biệt công nghệ LTE tiên tiến Trong đồ án chia làm chương Chương trình bày cơng nghệ LTE Chương giới thiệu coonng nghệ LTE - Advanced Femtocell giải pháp quan trọng có LTE trình bày chương Chương tìm hiểu xu hướng phát triển femtocell thơng qua thách thức kĩ thuật bảo mật mạng trục, mạng tự tổ chức, , nhiễu số vấn đề khác iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án giới thiệu công nghệ LTE LTE tiên tiến bao gồm kiến trúc mạng, kỹ thuật sử dụng Femtocell xem giải pháp dùng để tăng tốc độ liệu, cải thiện dung lượng hệ thống vùng phủ sóng tốt Vì vậy, chúng tơi sâu tìm hiểu khái niệm, kiến trúc mạng, thách thức xu hướng phát triển femtocell Một số vấn đề cần quan tâm femtocell tương lai bảo mật thơng tin, mạng trục, tự tổ chức mạng nhiễu ABSTRACT This thesis introduced about LTE and LTE-Advanced technology including network architecture, some the main technical are used Femtocell is one of the solution considered to increase data rate, enhanced system capacity and better coverage Therfore, we thoroughly researched definitions, network architecture, challenges and the future of femtocell Many issues need concern in future including: informations security, backhaul, self-organization network and interferences iv MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i LỜI MỞ ĐẦU iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Tổng quan LTE yêu cầu mục tiêu hệ thống 1.2 Tổng quan kiến trúc LTE tổng thể 1.2.1 Mạng lõi 1.2.2 Mạng truy cập LTE 1.2.3 Kiến trúc giao thức LTE .7 1.3 Các kỹ thuật đa truy nhập LTE 1.3.1 Kỹ thuật đa truy nhập đường xuống LTE OFDMA 1.3.2 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC - FDMA .12 1.4 Tổng quan MIMO 13 1.4.1 Đơn đầu vào đơn đầu (SISO) 13 1.4.2 Đơn đầu vào đa đầu (SIMO) 13 1.4.3 Đa đầu vào đơn đầu (MISO) 14 1.4.4 Đa đầu vào đa đầu (MIMO) 14 1.5 Kết luận chương 15 CHƯƠNG LTE - ADVANCED 16 2.1 Tổng quan LTE -Advanced E-UTRAN 19 2.2 Tổng hợp sóng mang (CA) 20 2.3 Hỗ trợ đa anten cải tiến 21 2.3.1 SU - MIMO 23 2.3.2 MU - MIMO 23 2.3.3 Co - MIMO 23 v 2.4 Truyền dẫn đa điểm phối hợp, CoMP 23 2.5 Triển khai mạng không đồng (HetNet) hỗ trợ phát triển 26 2.6 Sự chuyển tiếp (Relaying) 27 2.7 So sánh tóm lược LTE LTE - Advanced 28 2.8 Kết luận chương 29 CHƯƠNG FEMTOCELL 31 3.1 Tổng quan Femtocell 31 3.1.1 Định nghĩa femtocell 31 3.1.2 Nguyên lý hoạt động femtocell 32 3.1.3 Các thuộc tính femtocell 32 3.1.4 Các tiêu chuẩn femtocell .34 3.1.5 Lợi ích femtocell .36 3.2 Công nghệ Femtocell 37 3.3 Thách thức Femtocell .38 3.3.1 Nhiễu .38 3.3.2 Di động chuyển giao .39 3.3.3 Backhaul 40 3.3.4 Khả tương tác mạng tự cấu hình 40 3.4 Mạng femto-cellular điển hình 40 3.4.1 Giao diện Iuh 41 3.4.2 Hệ thống quản lý HNB, HMS .42 3.4.3 Cổng bảo mật, SeGW 42 3.4.4 Cổng HNB, HNB-GW 42 3.4.5 Home Node B, HNB .42 3.5 Kiến trúc mơ hình mạng truy cập HNB 43 3.6 Femtocell LTE 43 3.6.1 Biến thể kiến trúc femtocell LTE 44 3.6.2 Biến thể kiến trúc femocell LTE 45 3.6.3 Biến thể kiến trúc femocell LTE 46 3.6.4 Các khả khác .47 3.7 Kết luận chương 48 vi CHƯƠNG XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN FEMTOCELL 49 4.1 Quan điểm chung femtocell tương lai 49 4.2 Thách thức kỹ thuật tương lai .50 4.2.1 Bảo mật mạng trục 50 4.2.2 Tự tổ chức mạng (SON) 52 4.2.3 Nhiễu .53 4.3 Quản lý femtocell 54 4.3.1 Các tiền đề cho việc triển khai thuê bao .54 4.3.2 Các yêu cầu quản lý Femtocell .54 4.2.3 Tổng kết khuyến nghị .55 4.3 Vấn đề tế bào chia nhỏ tương lai 55 4.4 Kết luận chương 56 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Kiến trúc mạng truy cập 3GPP Hình 1.2 Các thành phần mạng tiêu chuẩn hóa giao diện Hình 1.3 Phân chia chức E - UTRAN EPC Hình 1.4 Kiến trúc mạng E - UTRAN thông thường Hình 1.5 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng Hình 1.6 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển Hình 1.7 Sóng mang phụ hệ thống đa sóng mang Hình 1.8 Tần số - thời gian tín hiệu OFDMA 10 Hình 1.9 Cấu trúc khung LTE điển hình với CP 10 Hình 1.10 Lưới tài nguyên đường xuống LTE 11 Hình 1.11 Cấu trúc LTE miền thời gian 11 Hình 1.12 Tài nguyên vật lý LTE theo miền thời gian - tần số 12 Hình 1.13 So sánh OFDMA SC – FDMA 13 Hình 2.1 Mục tiêu dung lượng - 1000 x hiệu suất cao 17 Hình 2.2 Mục tiêu tóm lược LTE - Advanced 18 Hình 2.3 Các thành phần LTE - Advanced 18 Hình 2.4 Kích hoạt phát triển công nghê LTE - Advanced 19 Hình 2.5 Kiến trúc E - UTRAN LTE - Advanced 20 Hình 2.6 Tổng hợp sóng mang FDD 21 Hình 2.7 Chương trình kết hợp chuyển đổi thích nghi 22 Hình 2.8 Các chế độ MIMO LTE - Advanced 22 Hình 2.9 Kiến trúc CoMP tập trung 24 Hình 2.10 Kiến trúc CoMP phân tán 24 Hình 2.11 CoMP CS/ CB 25 Hình 2.12 CoMP xử lý chung (a) xử lý truyền dẫn, (b) chọn ô tự động 25 Hình 2.13 Tổng quan HetNet 27 Hình 2.14 Sơ đồ chuyển tiếp 28 Hình 3.1 So sánh phạm vi tế bào nhỏ 32 Hình 3.2 Chuẩn giao diện femtocell 34 viii Hình 3.3 Mạng Femtocell 37 Hình 3.4 Khó khăn femtocell 38 Hình 3.5 Minh họa nhiễu 39 Hình 3.6 Kiến trúc mạng UTRAN 41 Hình 3.7 Giao diện Iuh nói kiến trúc 3G femtocell điển hình 42 Hình 3.8 Kiến trúc logic mạng truy cập HNB 43 Hình 3.9 Một sơ đồ đơn giản kiến trúc mạng femtocell LTE 43 Hình 3.10 Kiến trúc mạng E-UTRAN cho dự phịng CSG điều khiển truy cập44 Hình 3.11 Kiến trúc femtocell LTE: biến thể 45 Hình 3.12 Kiến trúc femtocell LTE: biến thể không dành riêng cho HeNB-GW 46 Hình 3.13 Kiến trúc femtocell LTE: Biến thể thứ với HeNB-GW C-plane 47 Hình 3.14 Tổng quan biến thể kiến trúc mạng femtocell LTE 47 Hình 4.1 Ba cơng nguy hiểm mạng femtocell biểu diễn theo mũi tên 52 Hình 4.2 Các ngun lý 3GPP cho SON 53 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Tiến hóa đặc điểm kĩ thuật UMTS Bảng 1.2 Các giao diện LTE Bảng 2.1 Các yêu cầu IMT - Advanced LTE hoàn thành 16 Bảng 2.2 Phân loại Nút công suất thấp HetNet 26 Bảng 2.3 Trình bày so sánh LTE LTE - Advanced 28 x Hình 3.10 đưa tổng quan mạng E-UTRAN điển hình có liên quan đền dự trữ CSG điều khiển truy nhập số thành phần liên quan Như hình, hệ thống HeNB (HeNBS) kết hợp HeNB HeNB-GW Các HeNB kết nối tới EPC từ giao diện S1 kể từ EPC có MME điểm giao diện SGW, HeNBS kết nối tới MME từ giao diện S1-MME tới S-GW giao diện S1-U CSG list server CSG Admin server Un CSG provising element S6b MME S6a HSS (HLR/ AuC) S11 UTRA-UE S1-U HeNBGW HeNB Subsystem E-UTRAN Network Element HeNB P-GW S-GW S5/S8 SGi Gx INTERNET SGi PCRF Rx INTERNET EPC Network Element Packet core network Hình 3.10 Kiến trúc mạng E-UTRAN cho dự phòng CSG điều khiển truy cập Kiến trúc femtocell LTE hệ thống HeNB đề xuất biến thể khác việc triển khai thực 3GPP Ba biến thể phụ thuộc vào cổng femtocell thay thế nào, đặc biệt HeNB kết nối tới CN Ba biến thể trình bày sau 3.6.1 Biến thể kiến trúc femtocell LTE Hình 3.11 đưa mơ hình kiểu mẫu cho biến thể femtocell LTE Biến thể dành riêng cho HeNB-GW Đây kiến trúc thông thường triển khai đơn giản Sự có mặt HeNB-GW làm cho có giá trị hoạt động thuận lợi HeNB HeNB-GW giao tiếp với từ lệnh bảo mật Se-GW; bổ sung SeGW thực cách riêng biệt thực thể vật lý phần HeNB-GW 44 HSS CSG HPLMN VPLMN S6a MME S1-MME UE LTE-Uu HeNB S1 HeNB-GW S11 S1-U S-GW Hình 3.11 Kiến trúc femtocell LTE: biến thể Một số ưu điểm biến thể này: biến thể này, có giao thức truyền dẫn điều khiển dịng (SCTP) có liên quan đến HeNB-GW MME Giữa HeNB-SW HeNB có SCTP Đó điều quan trọng để ý rằng, HeNB tăng lên mạng SCTP liên kết với MME không thay đồi HeNB không thiết để hỗ trợ S1-Flex để giảm tổng số giao diện S1 Tầm quan trọng bảo mật, biến thể giấu địa IP MME SGW từ HeNB, cách tạo hệ thống bảo mật tốt việc không để lộ địa IP CN tới thuê bao Tầm quan trọng bảo mật khác là, HeNB-GW có khả thực DoS, bảo vệ MME S-GW Nó phát cách rõ ràng, lọc, che chắn từ công lưu lượng thời gian trì QoS yêu cầu Việc triển khai SIPTO thực biến thể này; việc triển khai nội S-GW P-GW HeNB-GW giúp giảm thiểu thành phần mạng bổ sung bên kiến trúc Biến thể đưa trình tải, làm ảnh hưởng đến tỷ lệ lưu lượng từ HeNB kết nối tới HeNB-GW, độ dư thừa giảm bớt Ứng dụng biến thể để người cung cấp dịch vụ cho họ có giải pháp 3G HNB, trở nên dễ dàng để triển khai lại tới HeNB LTE 3.6.2 Biến thể kiến trúc femocell LTE Loại khơng có có mặt vật lý HeNB Trong trường hợp này, chức HeNB-GW tích hợp HeNB MME giảm chi phí mạng giảm mức độ trễ 45 Kiến trúc biến thể hỗ trợ cho HeNB phép tự cấu hình, phục vụ cách rõ ràng cắm chạy Thuận lợi triển khai mà khơng cần có quy hoạch mạng trước HeNB MME/S-GW giao tiếp từ lệnh bảo mật SE-GW Kiến trúc biến thể mơ tả hình 3.12 HSS CSG HPLMN VPLMN S6a MME S1-MME UE LTE-Uu HeNB S11 S1-U S-GW Hình 3.12 Kiến trúc femtocell LTE: biến thể khơng dành riêng cho HeNB-GW Một số thuận lợi biến thể thảo luận đây: kiến trúc biến thể thứ này, ln có thiếu hụt cách ly hệ thống, là, có hư hỏng bên MME/S-GW thành phần mạng, tất HeNB cịn lại khơng bị ảnh hưởng Để có kiến trúc hộ đơn giản biến thể 2, số thành phần mạng Một nhược điểm lớn biến thể không tạo kết nối tập trung cho SCTP/GTP-U biến thể 1, hỗ trợ cho S1-Flex thực hiện, thêm vào hệ thống phức tạp giới thiệu Lợi ích triển khai ứng dụng cho biến thể là, chi phí giảm thiểu đáng kể, đặc biệt khơng có nhiều HeNB mật độ HeNB 3.6.3 Biến thể kiến trúc femocell LTE Trong biến thể này, có HeNB-GW chuyên dụng C-plane giao diện S1-Uc HeNB kết thúc S-GW Hay nói cách khác, HeNB-GW sử dụng cho C-plane tích hợp tín hiệu U-plane kết S-GW Một vài thuận lợi biến thể thảo luận đây: HeNB hỗ trợ S1-Flex C-plane; cách sử dụng loại biến thể cho phép tối ưu hóa máy móc bổ sung phía HeNB-GW; 46 Ở biến thể này, HeNB-GW cho phép để bổ sung MME khơng mong muốn chỗ hỏng HeNB, ví dụ đánh thủng nguồn cung cấp hay trường hợp khẩn cấp Bên cạnh, nhược điểm là, biến thể khơng hỗ trợ kết nối GTP-U; có u cầu tăng số lượng HeNB hệ thống, tình trạng tải xảy kết UDP/IP Hơn nữa, biến thể này, C-plane, HeNB kết nối tới ttas HeNB-GW thời điểm Hình 3.13 trình bày biến thể thứ kiến trúc femtocell LTE HSS CSG HPLMN VPLMN S6a MME S1-MME S1-MME S11 HeNB-GW UE S-GW HeNB LTE-Uu S1-U Hình 3.13 Kiến trúc femtocell LTE: Biến thể thứ với HeNB-GW C-plane Hình 3.14 tóm tắt sơ lược biến thể kiến trúc femtocell LTE Variant LTE FAP S1-MME SeGW Variant LTE FAP S11 MME S1-U SERVICES C-plane S1-MME LTE HeNB-GW S1-U Variant LTE FAP S1-U U&C-plane LTE HeNB-GW S11 MME S-GW MME SGi S5 P-GW SGi S11 INTERNET Hình 3.14 Tổng quan biến thể kiến trúc mạng femtocell LTE 3.6.4 Các khả khác 47 Mặc dù, ba biến thể thảo luận trở thành ý kiến thực cho nhà cung cấp cung cấp dịch vụ, kiến trúc femtocell LTE không giới hạn biến thể Sự phát triển tương lai xem xét liên quan đến hoạt động cần thiết cung cấp dịch vụ Với khái niệm truy cập IP cục (LIPA) giảm tải lưu lượng IP lựa chọn (SIPTO), giới thiệu khả với chức biến thể khác cho phát triển triển khai tương lai femtocell 3.7 Kết luận chương Trong chương tìm hiểu cách toàn diện femtocell định nghĩa, nguyên tắc hoạt động, lợi ích femtocell; số thách thức femtocell thảo luận dựa nhiễu, di động chuyển giao, mạng trục, khả tương tác tự cấu hình; ví dụ mạng femto-cellular điển hình; ba biến thể femtocell LTE 48 CHƯƠNG XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN FEMTOCELL Chương femtocell xem xét từ quan điểm người dùng, chuyên gia đánh giá công nghệ, mối quan tâm nhà điều hành thách thức liên quan tương lai 4.1 Quan điểm chung femtocell tương lai Theo Fierce Wireless, Europe, 90% người cung cấp dịch vụ tin tưởng tế bào nhỏ cần thiết quan trọng tương lai Nó biết đến nâng cao mạng không dây di động phát triển cách đáng kể cách sử dụng tế bào nhỏ (và quan trọng sử dụng femtocell) Trong trường hợp mạng di động, 2/3 nhà điều hành yêu cầu năm 2014 triển khai Rõ ràng, tương lai femtocell phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà nhìn thấy nhiều triển vọng tương lai việc triển khai tự làm thất bại yêu cầu sử dụng số lượng thuê bao vượt năm, làm giảm mức độ tin cậy Việc xem xét tương lai femtocell với liên quan đến đồ án này, nhìn gần đưa việc đối mặt với thách thức cách femtocell thông thường Một lộ trình LTE hồn thiện với vấn đề cụ thể quản lý nhiễu tiên tiến việc nâng cao kỹ thuật tự tổ chức mạng quan trọng để thành công chi phí vận hành HetNet thơng thường Vấn đề giảm chi phí điểm quan trọng nhà điều hành Thêm vào đó, femtocell bị công từ xâm nhập Với báo cáo gần tài liệu từ Cơ quan bảo mật quốc gia (NSA) thông báo công dân nhau, có nhiều tố cáo tỷ lệ rình rập lớn thực hiệu lực bảo mật với số femtocell CNNMoney đối tác iSEC, biết đến với mức độ dễ bị công femtocell hoạt động Verizon Network Chỗ hổng bảo mật có khả gây suy nghĩ lại cho người dùng Việc sử dụng femtocell cho dịch vụ cấp cứu phải đối mặt với vài thách thức Để đảm bảo giải pháp an tồn cơng cộng, điều quan trọng tương lai femtocell có thích hợp với tiêu chuẩn thời gian sử dụng cho dịch vụ cấp 49 cứu Trong thời điểm này, thiếu phù hợp quy định tiêu chuẩn thời gian sử dụng đặt số khó khăn đặc biệt đưa đến sử dụng Một số vấn đề là: (a) dự trữ thơng tin th bao; (b) phân phối liệu tới điểm trả lời an tồn cơng cộng (PSAP); (c) kiểm tra vùng phủ sóng vơ tuyến Mặc dù, cố gắng xem xét thực việc xác minh số vấn đề cần thiết để làm thời gian tiêu chuẩn 4.2 Thách thức kỹ thuật tương lai Kiểm tra số vấn đề liên kết với triển khai femtocell, sau số thách thức kỹ thuật: Bảo mật mạng trục; Tự tổ chức mạng; Nâng cao MIMO; Nhiễu 4.2.1 Bảo mật mạng trục Việc kết nối điểm truy nhập Femto thông qua mạng Internet công cộng liên kết DSL tạo số vấn đề bảo mật Những vấn đề bao gồm từ bảo vệ chống lại việc nghe trộm gọi tới việc người sử dụng lắp thêm thiết bị thay đổi luồng vào mạng phía sau Bất kỳ giải pháp bảo mật phải điều khiển cách hiệu đa gọi đồng thời Sự đe dọa đáng kể tồn vài mét cuối tới điểm truy nhập Femto, chúng thường dựa sở Ethernet Xa hơn, backhaul mạng WAN quan trọng cấp Để giảm vấn đề GSMA khuyến nghị lưu lượng điểm truy nhập Femto trừ IP nội bộ, lưu lượng Internet phải an tồn sử dụng IPSEC VPN thơng qua xDSL backhaul Với tất luồng lưu lượng đảm bảo an tồn nhờ mật mã hóa bao gồm lưu lượng người sử dụng điều khiển Một yếu tố tác động to lớn mục tiêu thành công femtocell vấn đề bảo mật Bảo mật điểm then chốt mạng femtocell, đặc biệt tất khía cạnh cách hoạt động Một thiết bị thay sở mặt khách hàng sở hữu, mức độ công hay dễ công cao so sánh quyền hạn nhà điều hành Trước đó, điều quan trọng femtocell thiết kế tránh xa công bảo mật vật lý điều khiển từ xa 50 từ xâm nhập Tiếp tục nhấn mạnh cơng vị trí, ví dụ cơng mạng femtocell hacker cổng truy nhập Vodafone; với đòi hỏi giả thiết có nhiều cơng cơng khai theo sát, biểu diễn mức độ an ninh có liên quan Mức độ chắn yêu cầu hoạt động phải thiết lập để chống lại vấn đề lỗ hổng bảo mật tương lai femtocell Một vài điều làm bật yêu cầu đặc biệt nhà hành hay cung cấp dịch vụ cần thiết để tuân thủ nghiêm ngặt quy định chặt chẽ quan quản lý tương ứng Mức độ cao mật mã thuật toán cần thiết bảo vệ thiết bị bảo mật tính tồn vẹn, kết hợp với xác thực trội Sử dụng hay thay đổi thông tin Hosting Party phải cho phép với cho phép xác đạt cung cấp dịch vụ từ Hosting Party Đồng thuê bao di động quốc tế (IMSI) liệu người dùng kết nối tới mạng femtocell mà không hiển thị hay tháo đến Hosting Party Đáng ý, femtocell thuộc quyền sở hữu nhà điều hành lại đặt nơi cất giữ Hosting Party Hơn nữa, để nâng cao tính bảo mật femtocell, yêu cầu thiết lập cài đặt cần tạo mối quan hệ tới tổng thể femtocell, S-GW HMS (hoặc hệ thống quản lý truy nhập femto) Từ mạng trục sử dụng wifi chí macrocell LTE, nói vấn đề mạng trục khơng có đặc tính femtocell Vì vậy, có nhiều điểm cần thiết để có link mã hóa bảo mật mạng trục tốt Quan trọng mạng trục bảo mật tốt cung cấp mức độ cao cho bảo vệ toàn vẹn truyền dẫn liệu đảm bảo mức độ bảo mật đáng tin cậy Hơn nữa, việc tạo giải pháp mạng trục bảo mật dựa bảo mật giao thức internet (IPSec), chế độ đường hầm giải pháp bảo mật tuyệt vời Hình 4.1 biểu diễn minh họa đơn giản mức độ lỗ hổng công mạng femtocell 51 (i) (ii) (iii) Core Network INTERNET UE H(e)NB Se-GW Hình 4.1 Ba cơng nguy hiểm mạng femtocell biểu diễn theo mũi tên Ba mục tiêu cơng nguy hiểm xảy giao diện khơng khí UE HeNB, HeNB, công link internet công khai HeNB SeGW 4.2.2 Tự tổ chức mạng (SON) Tương lai femtocell, đặc biệt tương lai mạng phục thuộc dung lượng SON Mặc dù, vài khái niệm SON sử dụng vài hệ cơng nghệ trước số nguyên lý 3GPP cần giải tương lai Một điểm bật hình 4.2 dựa vào hệ thống Ubiquisys Để có mạng tự tổ chức phục vụ cho femtocell khơng có hỗ trợ người điều khiển, tiếp tục hỗ trợ khái niệm SON cần thiết giới thiệu sau đây: Hệ thống tự cấu hình hiệu quả; Lựa chọn băng tần; Điều chỉnh công suất; Phân phối khối tài nguyên; Chính sách điều khiển truy nhập 52 Tối ưu hóa dung lượng vùng phủ sóng Cấu hình tự động thực thể cell vật lý Tiết kiệm lượng Tối ưu hóa mạnh mẽ tính di động SON Tối ưu hóa RACH Chức tự động liên quan lân cận Phối hợp nhiễu liên cell Tối ưu hóa cân tải tính di động Giảm nhiễu Hình 4.2 Các nguyên lý 3GPP cho SON Một số phiên trước 3GPP hướng đến chuẩn tốt khái niệm SON, Rel tập trung vào kiểm tra tự động, download phần mềm tự dộng, quan hệ lân cận tự động, đồng cell vật lý tự động Rel sau giới thiệu chức cho triển khai mạng: vùng phủ sóng dung lượng; tối ưu hóa tính di động; kênh truy nhập ngẫu nhiên; RACH; tối ưu hóa cân tải Một số ý tưởng SON tập trung vào femtocell ngun bản; quan trọng để hồn thiện cơng nghệ Vì khơng đủ vật liệu SON femtocell để có tự cấu hình tự tổ chức tốt hơn; tự làm lành khả tìm thất bại mạng khả để giảm thiểu xác xuất 4.2.3 Nhiễu Nhiễu vấn đề quan trọng thông tin di động, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, xử lí tín hiệu truyền tín hiệu tín hiệu bị méo dạng có tạp âm xen vào thiết bị tái tạo tín hiệu Femtocell lắp đặt nhà khách hàng, tòa nhà văn phòng cách sử dụng lớp tế bào Marcocel Đây môi trường khơng có quản lí chặt chẽ nên nhiễu dễ xuất Để đường link có chất lượng hiệu tái sử dụng băng tần hiệu quả, vấn đề nhiễu cần thiết để giải cách dứt khốt Một nhận thức vơ tuyến cho 53 phép (CR-Enabled) femtocell đề xuất giải pháp để số vấn đề nhiễu femtocell triển khai Tầm quan trọng khả CR-Enabled femtocell để tái sử dụng làm cho nhiễu thêm phức tạp Kỹ thuật CREnabled đưa luận thuyết bao gồm tránh xa nhiễu, xóa bỏ nhiễu, điều khiển nhiễu 4.3 Quản lý femtocell Quản lý giao diện vô tuyến Femtocell gần giống với quản lý macrocell thông thường, nhiên với số lượng lớn Femtocell nên vấn đề gặp phải tăng lên 4.3.1 Các tiền đề cho việc triển khai thuê bao Điểm truy nhập Femto triển khai nhà khách hàng số môi trường không kiểm sốt Bởi khách hàng thực số hoạt động ảnh hưởng tới hiệu hoạt động lớp Femtocell mà không thông báo cho nhà khai thác Những hành động bao gồm: - Tháo bỏ thiết lập lại nguồn, ngắt kết nối DSL; - Di chuyển vị trí vật lý điểm truy nhập Femto, thiết đặt lại điểm truy nhập Femto; - Sử dụng đường kết nối DSL với ứng dụng liệu khác; - Một số hành động khác gồm tác động va đập với điểm truy nhập Femto 4.3.2 Các yêu cầu quản lý Femtocell Các nhà cung cấp yêu cầu điều khoản khả quản lý Femtocell, không mâu thuẫn với hệ thống quản lý sử dụng cho macrocell thông thường Danh sách yêu cầu liệt kê hữu dụng việc lập hợp đồng: - Quản lý kiểm kê (đặc biệt phân phối lẻ tới khách hàng); - Dữ liệu thiết bị Femtocell cho điểm truy nhập Femto cá nhân tập thể; - Có khả nhận biết điểm truy nhập Femto cá nhân kết nối với khách hàng; - Kích hoạt/giải phóng thiết bị Femtocell, có khả thiết lập ngắt truyền dẫn vơ tuyến; 54 - Quản lý cấu hình Khả cấu hình thơng số vơ tuyến quan trọng lượng truyền, tần số Chú ý cấu hình tự động thơng số này, nhiên nhà cung cấp có tùy chỉnh để khống chế tình huống; - Quản lý hỏng hóc: Cảnh báo thơng báo dùng để nhận biết hỏng hóc người sử dụng tắt FAP kết nối băng rộng Nhận biết vị trí có khả cấu hình lại ngắt điểm truy nhập Femto vị trí bị thay đổi; - Quản lý thay đổi, bao gồm khả điều khiển nâng cấp phần mềm ; - Kiểm soát dịch vụ, quản lý hiệu hoạt động dung lượng; - Quản lý danh sách cấp điều khiển truy nhập Thêm nữa, nhà cung cấp phải có khả cấu hình, thay đổi, khống chế thay đổi khách hàng 4.2.3 Tổng kết khuyến nghị Một hệ thống quản lý đầy đủ số quan trọng đánh giá thành cơng việc triển khai femtocell Nó quan trọng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt cho khách hàng tránh chi phí khơng cần thiết việc quản lý hỗ trợ giải pháp Femtocell Các nhà khai thác cần có khả kiểm soát, điều khiển nâng cấp điểm truy nhập Femto nhà khách hàng Các nhà cung cấp đề xuất giải pháp TR-069 diễn đàn băng rộng để giải việc điều khiển yêu cầu quản lý TR-069 tập giao thức để giải yêu cầu modem DSL việc cấu hình chúng Tuy nhiên, TR-069 khơng đủ để chi tiết hóa thơng số vơ tuyến cấu hình người sử dụng, chúng u cầu mở rộng tiêu chuẩn phương pháp khác cho việc cấu hình Đề xuất đưa cần có hợp tác công nghệ thông qua diễn đàn Femto, diễn đàn Băng rộng (thường biết tới diễn đàn DSL), 3GPP Liên minh Di Động Mở (Open Mobile Alliance) để định hướng tạo điều kiện cho xây dựng quản lý tiêu chuẩn cho hệ thống quản lý Femtocell 4.3 Vấn đề Tế bào chia nhỏ tương lai Mạng tế bào nhỏ (SCN) trở nên phát triển với trợ giúp việc triển khai femtocell, điều quan trọng để nói tương lai tế bào nhỏ nói chung khơng thể giới hạn femtocell tất cell tương tự khác 55 cần thiết để khai thác Một số thách thức SCN, vấn đề sử dụng băng tần tối ưu, tính di động SCN, tiêu thụ lượng…, tương lai SCN phụ thuộc vào giải pháp dự trữ để giải vấ đề cách tốt Nếu nhà điều hành có kế hoạch mở tế bào nhỏ lợi nhuận to lớn, họ cần phải sẵn sang để sử dụng SCN để giải mục tiêu thách thức việc triển khai femtocell 4.4 Kết luận chương Chương thảo luận tương lai femtocell thách thức kỹ thuật tương lai mạng trục, bảo mật, tự tổ chức mạng, nhiễu việc quản lý mạng femtocell tương lai 56 KẾT LUẬN Cơng nghệ LTE LTE-A có tốc độ liệu cao, kiến trúc mạng đơn giản, sử dụng băng tần hiệu hoàn toàn tương thích với hệ thống trước (GSM & WCDMA ) dựa mạng toàn IP LTE LTE-A trở thành hệ thống thơng tin di động tồn cầu tương lai Việc ứng dụng cơng nghệ Femtocell LTE LTE-A làm tăng khả truyền tải lưu lượng vùng phủ sóng rộng đồng thời giảm chi phí liên quan Trong trình thực đồ án, em đạt kết sau: - Tìm hiểu cơng nghệ LTE LTE-Advanced: cấu trúc mạng, kỹ thuật đa truy nhập LTE, đặc điểm cải tiến LTE-Advanced - Tìm hiểu cơng nghệ Femtocell thách thức, cấu trúc femtocelluar yêu cầu đặt tương lai femtocell công nghệ LTE LTE-Advanced Tuy nhiên, thời gian có hạn khả người thực hạn chế mà đồ án cịn nhiều thiếu sót, mong nhận góp ý thầy để đồ án hoàn chỉnh 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 3rd Generation Partnership Project; Tech-nical Specification Group Radio Access Network; UTRAN architecture for 3G Home Node B (HNB) [2] Technical Report; 3rd Generation Part-nership Project; Tech-nical Specification Group Services and System Aspects; Architecture aspects of Home Node and Home eNodeB (rel 9) [3] Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; UTRAN architecture for 3G Home Node B (HNB) [4] Akyildiz, I F et al,The Evolution to 4G cellular systems: LTE-Advanced, Elsevier Journal, Physical Communication, 2010 [5] Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Service requriments for Home Node B (HNB and Home eNode B (HeNB), (Rel [6] LTE Advanced: Heterogeneous Networks, Qualcomm Incorporated, January 2011 [7] Femto Forum Website, http://www.femtoforum.org (truy cập lần cuối 12/12/2015) [8] Small Cell Forum, HeNB (LTE Femto) Network Architecture, Rel 1, Document 025.01.01, May 2011 http://www.smallcellforum.org (truy cập lần cuối 25/12/2015) [9] Dohler, M., The Emerging Paradigm of Femtocells, IEEE ComSoc Distinguished Lectureship Tour Shanghai, July 2012 58 ... ? ?Nghiên cứu công nghệ LTE tiên tiến: giải pháp Femtocell? ?? Đồ án tìm hiểu phát triển femtocell mối liên quan công nghệ LTE tới LTE- Advanced, đồng thời nghiên cứu xu hướng phát triển tương lai femtocell. .. thuật cần giải phát triển công nghệ, đặc biệt công nghệ LTE tiên tiến Trong đồ án chia làm chương Chương trình bày cơng nghệ LTE Chương giới thiệu coonng nghệ LTE - Advanced Femtocell giải pháp quan... (MSR) Cell kép HSUPA, LTE- Advanced Nghiên cứu tính khả thi, SON, femtocell LTE Rel-10 3/2011 LTE- Advanced (4G) Nghiên cứu CoMP, HSDPA Hệ thống LTE phát triển xung quanh công nghệ truy cập vô tuyến