3.2.1 Bốn miền của mô hình tham chiếu
Mô hình tham chiếu cho các hệ thống di động 4G mô tả theo ph−ơng diện mạng trên hình 3.8. Hệ thống di động 4G bao gồm bốn miền sau: dịch vụ và ứng dụng, nền tảng dịch vụ, mạng lõi chuyển mạch gói, và truy cập vô tuyến mới. Hệ thống di động 4G có 3 đặc tr−ng sau:
(1)Cung cấp cho ng−ời sử dụng những dịch vụ và ứng dụng ở mức độ độc lập cao từ hệ thống truy cập.
(2)Thực thi kết nối và các dịch vụ liền mạch giữa các hệ thống thông qua mạng gói.
(3)Ba khả năng vô tuyến của truy cập vô tuyến mới nhờ giao diện vô tuyến đ−a ra cấp độ phổ biến cao [8].
3.2.1.1 Miền dịch vụ và ứng dụng
Miền dịch vụ và ứng dụng cung cấp các dịch vụ và các ứng dụng của các hệ thống di động 4G. Các dịch vụ điển hình bao gồm các dịch vụ thông tin về vị trí, các dịch vụ ngăn ngừa/kiểm soát hiểm hoạ, các dịch vụ đa ph−ơng tiện chất l−ợng cao, các dịch vụ th−ơng mại di động, các dịch vụ quản lý bản quyền số, các dịch vụ phân phối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải phần mềm, các dịch vụ điều khiển từ xa, cũng nh− nhiều dịch vụ khác. Các dịch vụ và ứng dụng này không chỉ bao gồm các vấn đề lần đầu tiên xuất hiện trên các hệ thống di động 4G, mà còn bao gồm các vấn đề đã đ−ợc cung cấp hoàn chỉnh trên mạng 3G hiện hành hay trên các hệ thống W-LAN và các phiên bản nâng cấp của chúng. Thêm vào đó, các dịch vụ và ứng dụng này nên đ−ợc tạo ra để có thể sử dụng trong cả truy cập sóng vô tuyến mới của các hệ thống di động 4G và các hệ thống truy cập hiện hành. Hơn nữa, một đặc tính tác nhân đ−ợc mong đợi tập trung vào lĩnh vực dịch vụ và ứng dụng để hỗ trợ sự cung cấp trơn tru các dịch vụ và ứng dụng.
3.2.1.2 Miền nền tảng dịch vụ
Miền nền tảng dịch vụ cung cấp cơ sở dịch vụ để hỗ trợ triển khai các dịch vụ và ứng dụng đ−ợc đ−a ra bởi miền dịch vụ và ứng dụng. Cấu trúc cơ bản của cơ sở dịch vụ này đ−ợc hỗ trợ bởi ba bộ đặc tính: các đặc tính đa ph−ơng tiện, các đặc tính mạng tốc độ cao/dung l−ợng lớn, và các đặc tính chất l−ợng dịch vụ mạng.
Chú thích:
- Service & Application: Miền dịch vụ và ứng dụng; gồm các dịch vụ sau: + Posional Information Services: Dịch vụ thông tin cá nhân
+ Disaster Detection/Admin Services: Dịch vụ phát hiện/quản trị thiên tai + High Quality Multimedia Services: Dịch vụ đa ph−ơng tiện chất l−ợng cao + Mobile Commerce Services: Dịch vụ th−ơng mại di động
+ Digital Right Management Services: Dịch vụ quản trị bản quyền số + Contents Delivery Services: Dịch vụ phân phối nội dung
+ Software Download Support Services: Dịch vụ hỗ trợ tải phần mềm + Remote Control Services: Dịch vụ điều khiển từ xa
- Service Platform: Nền tảng dịch vụ; gồm các tác nhân sau: + Social Systems: Hệ thống xã hội
+ Security, AAA and Settlement: Bảo mật, thanh toán + Application QoS: Chất l−ợng dịch vụ ứng dụng
+ Database/Remote Server: Cơ sở dữ liệu/máy chủ từ xa
+ High speed & Large Capacity Network: Mạng dung l−ợng lớn, tốc độ cao + Network QoS I/F: Chức năng t−ơng tác chất l−ợng dịch vụ mạng
- Packet Based Core Network: Miền mạng lõi chuyển mạch gói
- New Radio Access: Miền truy cập vô tuyến mới
3.2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói
Miền mạng lõi chuyển mạch gói đóng vai trò kết nối các hệ thống truy cập khác nhau với miền nền tảng dịch vụ, và không phụ thuộc vào các hệ thống truy cập [8]. Mạng này cho phép sự kết nối giữa các hệ thống di động 4G cũng nh− các hệ thống truy cập khác (ví dụ nh− 2G/3G, mạng LAN không dây, DSRC, phát thanh số, và các mạng IP khác, v.v…), để cung cấp sự truy cập liền mạch cho ng−ời sử dụng.
3.2.1.4 Miền truy cập vô tuyến mới
Truy cập vô tuyến mới – một khả năng truy cập vô tuyến mới cho các hệ thống 4G – có thể đ−ợc tạm chia thành 3 khả năng: khả năng truy cập di động mới, khả năng truy cập không dây tự do mới, và khả năng mạng di chuyển. Khả năng truy cập di động mới cho phép truy cập dải tần rộng thậm chí trong các môi tr−ờng dịch chuyển tốc độ cao, và đ−a ra khả năng sử dụng t−ơng tự nh− các dịch vụ tế bào hiện nay. Truy cập không dây tự do mới thực thi tr−ớc hết truy cập băng tần siêu rộng khi di chuyển ở tốc độ thấp, và đ−a ra khả năng sử dụng t−ơng tự nh− các dịch vụ mạng LAN không dây hiện nay [8]. Khả năng mạng dịch chuyển là một khả năng để đ−a ra truy cập không dây trong các môi tr−ờng có số l−ợng lớn ng−ời di chuyển cùng lộ trình nh− một nhóm, nh− ở trên xe buýt hay trên tàu hoả. Nó đ−ợc yêu cầu để thực thi các khả năng truy cập vô tuyến để sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả.
Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối sử dụng trong các hệ thống di động 4G có thể hỗ trợ khả năng sử dụng nhiều sóng vô tuyến và khả năng để hình thành mạng ad-hoc giữa các thiết bị đầu cuối. Hơn nữa, các khả năng vô tuyến mới của truy cập vô tuyến mới đ−ợc đòi hỏi để thực thi ở giao diện vô tuyến có tính phổ biến cao.
3.2.2 Mô hình tham chiếu nhìn từ nền tảng dịch vụ
Mô hình tham chiếu nhìn từ ph−ơng diện dịch vụ bao gồm 3 yếu tố là các thiết bị di động, cơ sở hạ tầng mạng di động 4G, và nền tảng dịch vụ đ−ợc mô tả trên hình 3.9.
Các thiết bị di động thực hiện truyền thông đa đ−ờng với cơ sở hạ tầng hệ thống di động 4G và hệ thống mạng khác. Khi một cơ sở hạ tầng hệ thống không thể hoạt động trong phạm vi có thể truy cập, truyền thông đa hop đ−ợc thực hiện. Các thiết bị đầu cuối hỗ trợ giao diện rất phong phú bao gồm đặc tính xem tài liệu điện tử, và các chức năng trợ giúp, ví dụ nh− nhận diện chữ
viết, hình ảnh, giọng nói đ−ợc xây dựng sẵn. Chúng cũng đ−ợc cung cấp chức năng tăng c−ờng tính bảo mật, chức năng tính toán và xác thực, tính năng quản lý bản quyền số và cảm biến sinh trắc học. Những thiết bị đầu cuối có đặc tính cấu hình lại cho phép ng−ời dùng tải xuống, thực thi và tùy biến nhiều loại ch−ơng trình khác nhau. Một đặc điểm khác biệt của mô hình này là có nhiều yêu cầu về chức năng của thiết bị đầu cuối cũng nh− thiết bị hiệu năng cao [8].
Cơ sở hạ tầng hệ thống di động 4G triển khai truyền dẫn dung l−ợng lớn, tốc độ cao và truyền dẫn đa ph−ơng tiện chất l−ợng cao. Cơ sở hạ tầng có đặc tính thông báo QoS giữa các lớp vì vậy sự phối hợp QoS giữa các lớp đ−ợc thực thi.
Nền tảng dịch vụ bao gồm nhiều máy chủ và tác nhân, cung cấp các đặc tính định vị dựa trên các hệ thống thông tin vị trí, việc quản lý quyền truy cập của ng−ời sử dụng thông qua xác thực sinh học cũng nh− việc quản lý và tham chiếu thông tin cá nhân. Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán và các máy phục vụ nội dung chất l−ợng cao đ−ợc kết nối với nhau. Do đó quyền truy nhập đ−ợc điều khiển bởi máy chủ chứng thực, video hoặc nhạc mà đáp ứng nhu cầu ng−ời sử dụng và khả năng của các thiết bị đầu cuối có thể đ−ợc phân phối bởi các tác nhân từ máy chủ nội dung. Nền tảng dịch vụ cũng đ−ợc gắn kết với các hệ thống xã hội. Trong tr−ờng hợp có thảm hoạ xảy ra, hệ thống mạng có độ tin cậy cao sẽ đ−ợc cấu hình để truyền thông quảng bá về nơi diễn ra thảm hoạ. Ngoài ra, thiết bị đầu cuối có gắn các bộ cảm biến sinh học sẽ truyền tự động thông tin trong các điều kiện khẩn cấp.
Theo khía cạnh dịch vụ, mô hình này có thể chia nhỏ hơn thành 3 loại: (1) tính tiện lợi cho ng−ời sử dụng, (2) các dịch vụ tiên tiến, (3) quản lý hệ thống. Trong 3 loại này, tính tiện dụng cho ng−ời dùng và các dịch vụ tiên tiến đ−ợc hỗ trợ bởi quản lý hệ thống. Và đám mây trong hình chỉ ra một nền tảng để đặt các máy chủ và cơ sở dữ liệu. Chúng đ−ợc xây dựng trên dựa trên 3 tiêu chí cơ sở hạ tầng: “đa truyền thông chất l−ợng cao”, “truyền tải với tốc độ cao và dung l−ợng lớn” và “QoS I/F”.
3.2.2.1 Sự thuận tiện cho ng−ời sử dụng
Mô tả trong hình 3.10, sự thuận tiện cho ng−ời sử dụng là một nhóm liên quan tới việc dễ dàng trong sử dụng, và bao gồm các đặc tính nh− giao diện ng−ời sử dụng, trợ giúp, khả năng xử lý/thời gian sử dụng/giao diện của thiết bị, và khả năng cấu hình lại thiết bị đầu cuối. Với giao diện ng−ời sử dụng, yêu cầu phải thực thi sự hiển thị hình ảnh, giọng nói với chất l−ợng cao hơn, và đạt đ−ợc sự nâng cao về giao diện để đơn giản hoá các thủ tục nhập thông tin. Các yêu cầu cho các tác nhân bao gồm sự cung cấp các dịch vụ phù hợp với nhu cầu và hoàn cảnh của ng−ời sử dụng, khả năng để yêu cầu và nhận thông tin vì lợi ích của những ng−ời sử dụng, và sự thực hiện đầy đủ của các đặc tính tác nhân trong các thiết bị đầu cuối, nền dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ. Liên quan tới khả năng xử lý/thời gian sử dụng/giao diện của thiết bị đầu cuối, khả năng xử lý của thiết bị có khả năng truy cập thông tin đa ph−ơng tiện chất l−ợng cao, thời gian sử dụng lâu hơn giúp ng−ời sử dụng không phải quan tâm tới dung l−ợng của pin, và giao tiếp với nhiều loại thiết bị ngoại vi đ−ợc đ−a ra. Khả năng cấu hình lại của thiết bị đầu cuối bao gồm khả năng nâng cấp các phiên bản bằng việc thêm hoặc thay đổi các đặc tính thiết bị thông qua việc tải phần mềm, và cho phép truy cập qua các giao diện vô tuyến khác [8].
3.2.2.2 Các dịch vụ tiên tiến
Các dịch vụ tiên tiến, hình 3.11, là khía cạnh có liên quan đến tính hiện đại của dịch vụ, và bao gồm các đặc điểm sau: đa truyền thông chất l−ợng cao, đầu vào thông tin, vị trí/định vị, và cảm biến/điều khiển từ xa. Để cho phép ng−ời dùng nhận đ−ợc dịch vụ tiên tiến chất l−ợng cao thông qua các thiết bị di động có khả năng truy cập vào cơ sở hạ tầng hệ thống di động 4G [8], thông tin môi tr−ờng xung quanh ng−ời sử dụng sẽ đ−ợc truyền đi bởi các thiết bị đầu cuối và dựa trên thông tin này các hệ thống dịch vụ gia tăng khác nhau sẽ hoạt động trên nền tảng dịch vụ.
3.2.2.3 Quản lý hệ thống
Mô tả trong hình 3.12, quản lý hệ thống là khía cạnh liên quan đến cơ chế hỗ trợ các dịch vụ. Các chức năng của phần này gồm: QoS, bảo mật/xác thực/ủy quyền/thanh toán, máy chủ từ xa/cơ sở dữ liệu, đặc tính thích ứng môi tr−ờng, xã hội. Mô hình quản lý hệ thống này có mục đích nâng cao tính bảo mật/ xác thực/ tính toán nh− là nhân tố cốt lõi của các dịch vụ làm nền tảng cho việc triển khai xã hội di động 4G và cung cấp cho hệ thống khả năng khắc phục các loại lỗi khác nhau [8]. Khái niệm QoS ứng dụng phối hợp QoS mạng đ−ợc sử dụng, do đó truyền dữ liệu liên tục tốc độ cao chống lại sự tắc nghẽn đ−ợc cung cấp ngay cả trong điều kiện bất lợi.
3.2.3 Mô hình tham chiếu cơ sở hạ tầng hệ thống
3.2.3.1 Các ví dụ điển hình và giao diện cho mạng truy cập vô tuyến mới
Năm ví dụ điển hình về viễn cảnh trong mạng truy cập vô tuyến mới và các ví dụ về giao diện cho từng viễn cảnh đ−ợc thể hiện trong hình 3.13. Trong hình này, R1-R5 cho biết dạng của giao diện vô tuyến, N1-N3 cho biết dạng giao diện mạng.
Viễn cảnh 1 là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập vô tuyến mới ở môi tr−ờng ngoài trời. ở mức trung bình, có thể đạt đ−ợc tốc độ gói vô tuyến nhanh hơn khi thiết bị đầu cuối gần trạm thu phát gốc (BTS). Viễn cảnh 2 là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập di động mới hoặc khả năng truy cập không dây tự do mới ở môi tr−ờng trong nhà quy mô rộng chẳng hạn nh− ở những toà nhà văn phòng rộng hoặc các cửa hàng. Viễn cảnh 3 là một ví dụ giới thiệu về khả năng truy cập không dây tự do mới ở môi tr−ờng trong nhà quy mô nhỏ nh− nhà riêng. Viễn cảnh 4 là ví dụ giới thiệu về khả năng mạng di chuyển. Trong ví dụ này các nút mạng di chuyển (MNN) sẽ đ−ợc cài đặt trong các đối t−ợng chuyển động ví dụ nh− tàu hoả, xe buýt để có thể truyền thông giữa các trạm cơ sở và trạm di động qua các MNN. Viễn cảnh 5 là ví dụ
về định dạng của một mô hình ad-hoc ở giữa các trạm di động, các trạm di động đ−ợc trang bị giao diện vô tuyến R5 cho phép truyền thông vô tuyến giữa các trạm di động [8]. Chú ý rằng, những tr−ờng hợp đ−ợc giới thiệu này chỉ đơn thuần là một vài ví dụ trong hệ thống di động 4G, vì vậy có thể định dạng mạng kết nối đa chặng bằng cách kết nối các trạm cơ sở bằng sự kết nối vô tuyến là hoàn toàn có thể hiểu đ−ợc.
BS (Base Station): Trạm gốc MS (Mobile Station): Trạm di động MNN (Moving Network Node): Nút mạng di chuyển
R1: High Speed MS I/F: T−ơng tác MS tốc độ cao
R2: Large-Scale Indoor I/F: T−ơng tác trong nhà lớn.
R3: Indoor I/F: T−ơng tác trong nhà
R4: Moving Network I/F: T−ơng tác mạng di chuyển
R5: Ad Hoc I/F: t−ơng tác mạng Ad Hoc
N1: Outdoor BS I/F: t−ơng tác BS ngoài trời
N2: Large-Scale Indoor BS I/F: t−ơng tác BS trong nhà lớn
N3: Indoor BS I/F: t−ơng tác BS trong nhà
Hình 3.13. Giao diện vô tuyến và ngữ cảnh thực tế của truy cập vô tuyến mới [8] Thêm vào đó, sẽ có những đòi hỏi lớn để thiết kế và phát triển 5 giao diện vô tuyến này có mức độ phổ dụng cao, để các thiết bị đầu cuối của hệ thống di động 4G có thể dễ dàng điều khiển khả năng đa sóng vô tuyến và có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong nhiều môi tr−ờng khác nhau.
3.2.3.2 Cấu hình chức năng cho các nút/thiết bị đầu cuối trong hệ thống di động 4G
Hình 3.14 mô tả các ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối trong các hệ thống di động 4G. Xem xét nh− là các lớp chức năng, dịch vụ và ứng dụng (F5), hỗ trợ dịch vụ (F4), điều khiển mạng và truyền tải (F3), quản lý tài nguyên và đ−ờng kết nối (F2) và các chức năng truy cập không dây (F1) đ−ợc định nghĩa. F5-F3 t−ơng ứng với dịch vụ và miền ứng dụng, nền tảng dịch vụ, mạng lõi chuyển mạch gói thuộc hình 3.8 t−ơng ứng với nơi mà F5, F4 ứng với trong miền truy cập sóng vô tuyến mới [8].
Hình 3.14. Ví dụ về cấu hình chức năng cho các nút/các thiết bị đầu cuối [8] Nói cách khác, khi xem xét nh− là các loại nút/thiết bị đầu cuối, thì gồm các loại: Bridge, bao hàm các lớp chức năng F1-F2; Router bao hàm các lớp