3.3 Các vấn đề cơ bản liên quan đến thiết kế mạng lưới
3.3.1 Thuê bao mạng 3G
Do 3G đi lên từ 2G do đó trong thời kỳ đầu tiến lên 3G mạng 2G và 3G tồn tại song song.
Thuê bao được 3GPP phân tích là: Tất cả các thuê bao loại 2G và 3G đều nằm trong HLR, VLR, SGSN; Các thuê bao thuộc HPLMN (Home Public Land Mobile Network) có thể roaming giữa 2G và 3G phủ bởi nhà mạng sử dụng một PLMN chung cho hai vùng phủ.
Một thuê bao có thể truy cập 2G nhưng bị chặn 3G, có thể truy nhập 3G mà lại bị chặn 2G hoặc thuê bao có thể roaming giữa 2G và 3G tùy theo nhu cầu, trên một vùng phủ của nhà mạng tồn tại song song sóng 3G và 2G.
Từ những giả thuyết trên ta tính được số lượng thuê bao cho phù hợp với mạng. Tính toán này thể hiện ở phần sau.
3.3.2 BHCA và tính toán đƣơng lƣợng BHCA
BHCA (busy hour call attempts) là đơn vị đo lưu lượng trong viễn thông sử dụng để ước lượng và dự đoán dung lượng cho mạng viễn thông. BHCA là số cuộc gọi thất bại trong giờ bận nhất của ngày (giờ cao điểm) và cao hơn BHCA sẽ làm cho bộ vi xử lý của mạng quá tải ngược với BHCA là BHCC là số cuộc gọi không bị từ chối còn gọi là dung lượng của mạng. Nếu mạng nghẽn cổ trai thì dung lượng sẽ nhỏ hơn BHCA hoặc nghẽn mạng cũng gây tình trạng tương tự.
Tính toán đƣơng lƣợng BHCA:
Với cuộc gọi PSTN-2G trường hợp MS gọi tham chiếu xử lý cuộc gọi, tỉ lệ biến đổi của xử lý cuộc gọi thay đổi thông qua (Bao trùm cuộc gọi IN được biến đổi sang cuộc gọi thông thường. Được cập nhật xác định bao gồm quá trình xác thực và quá trình chấp nhận giá trị trung bình từ HLR):
Bảng 3.1 Bảng đương lượng vi xử lý/ CAPS[5]
CPU use ratio/CAPS Process Convet ratio 2G 3G Original Ratio 1 N1% Call-ordinary(2G-2G) Ratio 2 N2% Call-ordinary(3G-3G) Ratio 3 N3% Call-ordinary(2G-3G) Ratio 4 N4% Call-ordinary(3G-2G) Ratio 5 N5% Call-ordinary(2G-PSTN) Ratio 6 N6% Call-ordinary(3G-PSTN) Ratio 7 N7% Call-ordinary(PSTN-2G) Ratio 8 N7% Call-ordinary(PSTN-3G) Ratio 9 N9%
Nguyên lý tính toán BHCA
- Công thức tính BHCA như sau:
o VMSC BHCA = BHCA quá trình xử lý cuộc gọi + BHCA của quá trình khác.
o BHCA của quá trình cuộc gọi = Tổng(Thời gian bận trong quá trình xử lý * Tỉ lệ chuyển đổi của quá trình xử lý đơn so với quy trình chuẩn)
= Tổng (Thời gian giờ bận trong quy trình xử lý thuê bao thường * Tỉ lệ chuyển đổi của quá trình xử lý đơn so với quy trình chuẩn) + Tổng ((Thời gian giờ bận trong quy trình xử lý thuê bao IN * Tỉ lệ chuyển đổi của quá trình xử lý đơn so với quy trình chuẩn)
= Tổng(Số lượng thuê bao thường * Trung bình lưu lượng giờ bận của mỗi thuê bao di động * (3600/ Trung bình thời gian cuộc gọi của thuê bao di động) * Tổng (Tỉ lệ phần trăm sử lý đơn * Tỉ lệ chuyển đổi quá trình xử lý đơn so với quá trình xử lý quy chuẩn)) + Số lượng thuê bao IN * Trung bình lưu lượng giờ bận của mỗi thuê bao di động * (3600/ Trung bình thời gian cuộc gọi của thuê bao di động) * Tỉ lệ phần trăm sử lý đơn * Tỉ lệ chuyển đổi quá trình xử lý đơn so với quá trình xử lý quy chuẩn)
o BHCA của quá trình không phải cuộc gọi = Tổng(Giờ bận trong quá trình xử lý đơn * Tỉ lệ chuyển đổi quá trình xử lý đơn so với quá trình xử lý quy chuẩn)
- Ví dụ: Tính BHCA
+ Tổng số thuê bao của một 2G VMSC: 400.000 + Lưu lượng thuê bao: 0.02 ERL
+ Tỉ lệ thuê bao IN: 50%
+ Lưu lượng thuê bao IN: 0.018 ERL + Thời gian gọi: 60 s
+ Tỉ lệ của cuộc gọi PSTN-MS: 20% + Tỉ lệ của cuộc gọi MS- PSTN: 30% + Tỉ lệ của cuộc gọi MS- MS: 50%
+ Số lần cập nhật vị trí trong giờ bận: 2 lần trên một thuê bao + Tin nhắn ngắn (SMS) trong giờ bận: 1 tin nhắn trên 1 thuê bao + Số lần Handover trên cuộc gọi: 0.2
- Giải:
+ BHCA của xử lý cuộc gọi (đợn vị K) = [200*0.02*3600/60*(0.2(PSTN- >MS)+ 0.3(MS->PSTN)*0.58+0.5(MS->MS)*1.16)] + [200*0.018*3600/ 60 * (0.2 (PSTN -> MS*1.45+0.3(MS->PSTN)*0.94+0.5(MS->MS)*1.92)]
+ BHCA của không xử lý cuộc gọi(đơn vị K) = 400*2*0.38 (cập nhật vị trí) + 400 * 1 * 0.33(SM)+200*0.02*3600/60*0.2*0.22(handover bình thường) +200 * 0.018 * 3600/ 60 * 0.2 * 0.22 (handover thông minh)
+ BHCA tổng = BHCA của xử lý cuộc gọi + BHCA của không xử lý cuộc gọi
3.3.3 Tổng Erlang
Erlang (Erl): là đơn vị đo của lưu lượng (Traffic), được tính như sau: A = (n x t)/ T Trong đó: A là lưu lượng đo bằng Erl , n là số cuộc gọi, t là đô ̣ dài trung bình của mỗi cuô ̣c go ̣i, T là thời gian đo (thường T=1h = 3600s)
Từ Erl ta có thể biết được số phút go ̣i: số phút gọi = lưu lượng (Erl)*60 (phút)
Để tính tổng Erl của toàn bộ mạng là rất phức tạp, ta tạm ví dụ tính lưu lượng trên một giao diện A cho BSC (từ BSC->MSC):
Tổng lưu lượng (Erl) qua giao diện A = Tổng số thuê bao của MSC(k) * Trung bình lưu lượng thuê bao trên giờ bận (Erl).
Nếu mà lưu lượng BSC không được biết nhưng tỉ lệ lưu lượng của BSC được biết ta sử dụng công thức sau:
BSC traffic(Erl) = Tổng lưu lượng trên giao diện A(Erl)*Tỉ lệ của lưu lượng BSC [4]
3.3.4 Tính toán một số giao diện truyền dẫn
+ Tính toán giao diện Iu–CS
Xác định kích thƣớc của giao diện Iu-CS
Chồng giao thức giao diện Iu-CS
Hình 3.11: Mô hình kết nối giao diện Iu-CS Bảng 3.2: Tốc độ dịch vụ trên giao diện Iu-CS
Loại dịch vụ CS thoại CS dữ liệu Tốc độ bit của dịch vụ 12.2Kbps 64Kbps IUUP nhân tố sử dụng 88.57% 90.91% AAL2 nhân tố sử dụng 90.19% 91.67% ATM nhân tố sử dụng 90.6% 90.6% Tổng con của nhân tố sử dụng giao thức 72.37% 75.50% Tỉ lệ mở rộng 1.38 1.32
IUUP AAL2
ATM PHY
Service Bit Rate
Bit Rate under ATM
Note:
1. Tổng con của nhân tố sử dụng giao thức = IUUP nhân tố sử dụng * AAL2 nhân tố sử dụng * ATM nhân tố sử dụng
Lưu lượng qua giao diện Iu-CS được tính:
Hình 3.12 : Các loại lưu lượng truyền trên giao diện Iu-CS
Hình 3.13: Tốc độ các loại lưu lượng truyền trên giao diện Iu-CS
Thông lượng qua giao diện lu-CS
Mặt điều khiển thông lượng
Thông lượng sử dụng
T_control plane T_voice T_cs data
T_user plane/RNC = T_thoại + T_dữ liệu = (0.253 + 0.169*20%)50000 = 14.34 Mbps + 25 mEL (Tốc độ thoại 12.2kbps) + 2 mEL (CS tốc độ dữ liệu)
+ Nhân tố thoại tích cực = 60%(VAF) + Nhân tố dữ liệu tích cực = 100% + Số thuê bao/Số RNC = 50000 Lưu lượng thoại truyền thống
= Thoại(Erl) * tốc độ bit thoại * VAF = 0.025 * 12.2 * 60*= 0.183 kbps
Lưu lượng CS
= Dữ liệu CS (Erl) * Tốc độ dịch vụ bit dữ liệu * nhân tố dữ liệu tích cực = 0.002 * 64 * 100% = 0.128kbps
Lưu lượng thoại dưới giao thức ATM = Lưu lượng thoại * tỉ lệ mở rộng của thoại = 0.183 * 1.38 = 0.253 kbps
Lưu lượng thoại dưới giao thức ATM = lưu lượng dữ liệu CS * tỉ lệ mở rộng của dữ liệu = 0.128 * 1.32 = 0.169 kbps
Bit mào đầu giao thức Bit mào đầu giao thức
Nguyên lý tính:
+ Nếu mạng được tách riêng phần mạng IP (báo hiệu giữa máy chủ và MGW là M3UA), băng thông IP giữa máy chủ và MGW và băng thông báo hiệu ATM giữa MGW và RNC cần thiết được tính.
Nếu mà Máy chủ được kết nối trực tiếp voiws RNC bởi đường ATM, chỉ có băng thông ATM giữa MGW và RNC cần thiết được tính.
Nguyên lý tính cho cả hai trường hợp trên là: lấp đầy tất số byte thông tin của theo loại vi xử lý cho công thức, theo nguyên tắc theo sau.
Băng thông báo hiệu trên giao diện Iu
+ Tổng băng thông của báo hiệu trên giao diện Iu (Mbit/s) = Tổng số lượng thuê bao MSC(k) * Σ(Lưu lượng thông điệp của số lượng vi xử lý đơn * Số lượng vi xử lý) * 8 /3600/ 1000 = Tổng số lượng thuê bao MSC * {[trung bình BHCA trên một thuê bao trong giờ bận * (tỉ lệ thuê bao gọi trong giờ hành chính * số lượng byte tin nhắn trong MO xư lý cuộc gọi + tỉ lệ thuê bao được gọi trong giờ hành chính * số lượng byte tin nhắn trong MT xử lý cuộc gọi)] + số lượng cập nhật vị trí của thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn việc vi xử lý cập nhật vị trí + số lượng IMSI tách ra trên mỗi thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn trong IMSI vi xử lý tách + số lượng vi xử lý MO SM + số lượng MT SM trên thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn trong MT SM + (số lượng của handover nội bộ thuê bao trong giờ bận + số lượng handover nội thuê bao trong giờ bận /2) * số lượng byte tin trong MO vi xử lý handover + số lượng byte tin trong vi xử lý MT handover)} * 8/3600 /1000
Băng thông báo hiệu trên giao diện Iu:
+ Băng thông báo hiệu tới RNC (Mbit/s) = Tỉ lệ của lưu lượng RNC * tổng số băng thông báo hiệu trên giao diện Iu (Mbit/s)
+ Tỉ lệ lưu lượng RNC = Lưu lượng RNC /(Tổng số thuê bao MSC(k) * lưu lương trung bình trên mỗi thuê bao)
Báo hiệu PPS trên giao diện Iu (Từng phần mạng IP)
+ Tổng số gói báo hiệu trên giao diện Iu(PPS) = Tổng số thuê bao MSC(k) * Σ(số lượng gói tin trong vi xử lý đơn * số lượng vi xử lý)/3600/1000 = Tổng số lượng thuê bao MSC * {[trung bình BHCA trên một thuê bao trong giờ bận * (tỉ lệ thuê bao gọi trong giờ hành chính * số lượng gói tin trong MO xử lý cuộc gọi + tỉ lệ thuê bao được gọi trong giờ hành chính * số lượng gói tin trong MT xử lý cuộc gọi)] + số lượng cập
nhật vị trí của thuê bao trong giờ bận * số lượng gói tin được vi xử lý cập nhật vị trí + số lượng IMSI tách ra trên mỗi thuê bao trong giờ bận * số lượng gói tin trong IMSI vi xử lý tách + số lượng vi xử lý MO SM + số lượng MT SM trên thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn trong MT SM + (số lượng của handover nội bộ thuê bao trong giờ bận + số lượng handover nội thuê bao trong giờ bận /2) * số lượng gói tin trong MO vi xử lý handover + số lượng byte tin trong vi xử lý MT handover)} /3600 * 1000
Lưu lượng trên giao diện Iu
+ Tổng băng thông lưu lượng trên giao diện Iu = Băng thông dịch vụ thoại + dịch vụ dữ liệu + băng thông dịch vụ video = Tổng số thuê bao MSC(k) * [Lưu lượng thoại trung bình trên mỗi thuê bao trong giờ bận (ERL) * Băng thông ATM của dịch vụ thoại(kbit/s) + Lưu lượng dữ liệu trung bình trên mỗi thuê bao trong giờ bận (ERL) * Băng thông ATM của dịch dữ liệu(kbit/s) + tỉ lệ cuộc gọi thoại video * trung bình lưu lượng trên mỗi thuê bao video trong giờ bận (ERL) * băng thông ATM của dịch vụ cuộc gọi video(kbit/s)
+ Băng thông của lưu lượng tới RNC (Mbit/s) = tỉ lệ lưu lượng của RNC * tổng băng thông của lưu lượng trên giao diện Iu
+ Số lwowngjPVCs tới RNC = Roundup (Băng thông lưu lượng tới RNC(Mbit/s) /nhân tố dư thừa lưu lượng ATM/ băng thông PV của lưu lượng ATM)
Đƣờng kết nối của giao diện Mc
Hình 3.14: Giao thức xếp chồng giao diện Mc
Hình 3.15: Kích thước giao diện MC- IP - cơ bản
Dòng bit trên 1cuộc gọi=1929 byte Số lượng trên mỗi chuyển vùng=2090 byte
+ 25 mEL (thoại truyền thống) + 2 mEL (cuộc gọi video) + Tỉ lệ cuộc gọi video = 20% + Thời gian giữ cộc gọi = 60s
+ Lượng chuyển vùng/BH(intra MSC) =0.1
+ Lượng chuyển vùng/BH(inter MSC) = 0.05
Lưu lượng thoại
=0.025/60*1929*8= 6.43 bps
Lưu lượng thoại hình
= 0.002 * 20% /60*1929*8 = 0.103 bps
Lưu lượng chuyển vùng = (0.1+0.05)*2090/3600*8
Thông lượng của MC /Thuê bao = 6.43 +01.03+0.695=7.23 bps
Đƣờng kết nối của giao diện Nc
Hình 3.16: Sơ đồ kết nối giao diện Nc
Hình 3.17: Giao diện NC – IP cơ bản
Hình 3.18: Các chồng giao thức kết nối giữa các MSC[3]-[90]
Dòng bit trên 1 cuộc gọi=660 byte
+ 25 mEL (thoại truyền thống) + 2 mEL (cuộc gọi video) + Tỉ lệ cuộc gọi video = 20% + Thời gian giữ cộc gọi = 60s
+ Lượng chuyển vùng/BH(intra MSC) =0.1
+ Lượng chuyển vùng/BH(inter MSC) = 0.05
Lưu lượng thoại
=0.025/60*660*8= 2.2 bps
Lưu lượng thoại hình
= 0.002 * 20% /60*660*8 = 0.35 bps
Thông lượng của NC /Thuê bao = (2.2 +0.35)*0.5=1.27 bps
Nguyên lý tính:
+ Đâu tiên tính tổng băng thông và quan hệ PPS từ MSC hiện tại tới tất cả các MSC, và sau đó tính băng thông giữa 2 MSC với nhau bởi tỉ lệ lưu lwowngjtwf MSC hiện tại tới MSC khác.
+ Lưu lượng cuộc gọi giữa hai MSC
+ Nếu lưu lượng thuê bao được biết, tỉ lệ lưu lượng cuộc gọi giữa 2 MSC được lưu lượng từ MSC1 tới MSC hiện tại/ lưu lượng MSC1 tới tất cả MSC khác.
+ Nếu lưu lượng không được biết làm tương tự như tính giả định tỉ lệ của thuê bao giữa MSC được tương tự như tử lệ lưu lượng.
+ Tỉ lệ lưu lượng cuộc gọi giữa 2 MSC = Số thuê bao ở MSC hiện tại /Tổng số thuê bao ở MSC khác cùng với lưu lượng quan hệ với MSC1
3.3.5 Tổng quan về cách tính lƣu lƣợng của VMSC
Băng thông của báo hiệu từ VMSC tới các MSC khác (Mbit/s) = Tổng số thuê bao MSC(k) * (tỉ lệ cuộc gọi từ MSC hiện tại tới MSC khác của mạng khu vực trong giờ bận + tỉ lệ cuộc gọi từ MSC khác của mạng khu vực tới MSC hiện tại trong giờ bận) * Số lượng byte tin cực đại của cuộc gọi không trực tiếp * 8/ 3600/ 1000
Số lượng gói tin báo hiệu từ VMSC tới MSC khác (PPS)
Số lượng gói tin báo hiệu từ MSC tới MSC khác(PPS) = tổng số thuê bao MSC(k) * (tỉ lệ cuộc gọi từ MSC hiện tại tới MSC khác của mạng khu vực trong giờ bận + tỉ lệ cuộc gọi từ MSC của mạng khu vực trong giờ bận tới MSC hiện tại trong giờ bận) * tổng số gói tin MSU của 2 chiều gọi/ 3600 * 1000
3.3.6 Tổng quan về cách tính lƣu lƣợng của GMSC
+ Băng thông của báo hiệu từ GMSC tới các MSC khác(Mbit/s) = GMSC BHCA(k) * Cực đại số byte tin với cuộc không trực tiếp *8/ 3600/100
+ Số lượng gói báo hiệu từ GMSC tới MSC khác(PPS) = GMSC BHCA(k) * tổng số gói tin MSU cuộc gọi 2 chiều/ 3600*1000
Xác định giao diện Nb
Hình 3.19: Chồng giao thức chuyển đổi giao diện Nb kết nối các MSC[3]-[100] Bảng 3.3: Tốc độ các loại dịch vụ
Loại dịch vụ Tốc độ bít trên Ethernet (kbps) ARM-12.2kbps(20ms/gói) 40.4
3G-324M-64kbps(5ms/gói) 195.2
Tính toán băng thông VoIP của giao diện FE (Fast Ethernet)
Truyền thông dựa trên cổng FE
NBUP RTP UDP IP Ethernet
4 byte 12 byte 8 byte 20 byte 26 byte Erl thoại /Thuê bao * Tỉ lệ thức
của thông lượng thoại Nb * Số lượng thuê bao * 40.4
Thông lượng đầu ra của giao diện Nb Erl thoại video /Thuê bao * Tỉ lệ
thức của thông lượng thoại video Nb * Số thuê bao video * 195.2
Thông tin của G.711, G.729 và AMR
Bảng 3.3 thông tin về các chuẩn nén
Loại mã Thời gian để đóng 1 gói tin
Số bít cho một
gói Tốc độ bit thoại
G.711 20 ms 160 byte 64 kbps
G.729 20 ms 20 byte 8 kbps
ARM 12.2 20 ms 31 byte 12.2 kbps
Tính toán băng thông dựa trên giao diện FE
G.711: (160 + 4 + 26 + 20 + 8 + 12) * 8/0.02 = 92.00 kbps G.729: (20 + 4 + 26 + 20 + 8 + 12) * 8/0.02 = 36.00 kbps AMR12.2 (31 + 4 + 26 + 20 + 8 + 12) * 8/0.02 = 40.40 kbps Nếu bao gồm cùng VAD khoảng 50% băng thông sẽ được tiết kiệm
Ví dụ: Trung bình mỗi user 0.025erl, 10k thuê bao cần băng thông cùng với VAD: 0.025 * 10000 * 20.2kbps = 5.05 M
Tính toán băng thông VoIP của giao diện POS
Truyền thông dựa trên cổng POS
NBUP RTP UDP IP PPP
4 byte 12 byte 8 byte 20 byte 9 byte
Bảng 3.4: Thông tin của G.711, G.729 và AMR
Loại mã Thời gian để đóng 1 gói tin
Số bít cho
một gói Tốc độ bit thoại
G.711 20 ms 160 byte 64 kbps
G.729 20 ms 20 byte 8 kbps
ARM 12.2 20 ms 31 byte 12.2 kbps
Tính toán băng thông dựa trên giao diện FE
G.711: (160 + 4 + 12 + 20 + 8 + 9) * 8/0.02 = 85.20 kbps G.729: (20 + 4 + 12 + 20 + 8 + 9) * 8/0.02 = 29.20 kbps AMR12.2 (31 + 4 + 12 + 20 + 8 + 9) * 8/0.02 = 33.60 kbps Nếu bao gồm cùng VAD khoảng 50% băng thông sẽ được tiết kiệm
Nguyên lý tính toán:
+ Chúng ta tính tất cả các lưu lượng trên giao tiếp Nb bởi từng loại lưu lượng, và