CHƯƠNG 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI : Ngày nay, cùng với công nghệ thông tin, các hệ thống viễn thông đã dần trở nên ngày càng quan trọng trong cuộc sống của con người.Vì nó đáp ứng nhu cầu về trao đổi thông tin, một trong những nhu cầu bậc nhất trong cuộc sống ngày càng hiện đại và năng động như ngày nay. Và vì thế, em đã chọn đề tài về nghiên cứu mạng LTE, là 1 tiêu chuẩn về mạng viễn thông hiện đại nhất thế giới hiện này, vì thành tựu của nó không chỉ dừng ở mức 4G mà LTE còn có rất nhiều tiềm năng để phát triển hơn nữa, như trở thành chuẩn cho hệ thống thế hệ thứ 5 là 5G trong tương lai. Có thể nói rằng định nghĩa về 1 hệ thống thông tin di động tế bào gắn liền với 1 khái niệm , đó chính là chuyển giao. Nếu không có chuyển giao thì không thể gọi là di động.
Và bản chất chuyển giao không chỉ nằm ở đó, nó còn là cơ sở để quyết định xem hệ thống có tối ưu hay không thông qua các thông số liên quan như thông lượng, tỉ lệ mất gói, độ trễ,… Nói tóm lại, chuyển giao là 1 trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng, vì nếu chuyển giao tồi, người sử dụng có thể dễ dàng nhận biết được điều đó. Do đó việc nghiên cứu, tối ưu cho chuyển giao là 1 trong những đề tài được quan tâm khá nhiều cho các hệ thống thông tin di động. Và từ lý do trên , em chọn cho mình đề tài :”Mô phỏng và đánh giá chất lượng chuyển giao trong mạng LTE bằng phần mềm NS3”.2 MỤC TIÊU: Nghiên cứu tổng quan về mạng LTE. Nghiên cứu về chuyển giao được sử dụng trong LTE: các loại chuyển giao, các sự kiện, thông số,… Mô Phỏng Và Đánh Giá Chất Lượng Chuyển Giao SVTH: Nguyễn Duy Khang Trong LTE Bằng Phần Mềm NS3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/61 Nghiên cứu về NS3 (Network Simulator 3): là một trong những phần mềm mở, phát triển nhất về việc mô phỏng và nghiên cứu các loại mạng lưới thông tin.
Viết chương trình mô phỏng để đánh giá các thông số chuyển giao, nhận xét, đánh giá. Mô Phỏng Và Đánh Giá Chất Lượng Chuyển Giao SVTH: Nguyễn Duy Khang Trong LTE Bằng Phần Mềm NS3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10/61 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ MẠNG LTE VÀ PHẦN MỀM NS3.1 GIỚI THIỆU VỀ LTE: Lte là bước phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động tế bào, và được chuẩn hóa thành 1 phần trong các thông số kĩ thuật của 3GPP Release 8 (1 trong các bản phát hành nói về các thông số kĩ thuật của hệ thống viễn thông của tổ chức 3GPP). Không giống như hệ thống 2G và 3G, là các hệ thống được thiết kế chủ yếu với mục đích cung cấp các dịch vụ thoại, LTE được thiết kế chủ yếu cho các dịch vụ số liệu cao, đó là lý do vì sao LTE là mạng chuyển mạch gói từ đầu đến cuối và không hề hỗ trợ các dịch vụ chuyển mạch mạch.Tuy nhiên, do độ trễ thấp và kiến trúc chất lượng dịch vụ (QoS) phức tạp nên người ta cho phép 1 mạng có thể sử dùng chuyển mạch mạch cùng với chuyển mạch gói theo cơ sở của LTE.1 Các nguyên lý thiết kế : Tiêu chuẩn LTE được thiết kế thành 1 tiêu chuẩn hoàn toàn mới, được đánh số thứ tự mới và sử dụng tài liệu mới, và không được xây dựng từ các tiêu chuẩn trước đây của tổ chức 3GPP.
Các phần tử trước đây được sử dụng trong LTE chỉ khi có 1 lý do thuyết phục để nó có thể tồn tại trong tiêu chuẩn mới này.Các nguyên lý thiết kế cơ bản được thống nhất và tuân theo trong tổ chức 3GPP cho việc thiết kế các đặc tính kỹ thuật của LTE bao gồm các ý sau đây: Kiến trúc mạng lưới: Không giống như các mạng 3G, LTE được thiết kế để hỗ trợ cho lưu lượng chuyển mạch gói, với sự hỗ trợ của nhiều lớp dịch vụ QoS khác nhau.Các thế hệ trước như như UMTS/HSPA và 1xRTT/EvDO cũng hỗ trợ chuyển mạch gói nhưng việc đó được thực hiện bằng cách liên tục bổ sung cho phiên bản đầu tiên. Ví dụ, HSPA, là giao thức chuyển mạch gói, được xây dựng cùng với mạng Release 99 UMTS và kết quả là nó phải Mô Phỏng Và Đánh Giá Chất Lượng Chuyển Giao SVTH: Nguyễn Duy Khang Trong LTE Bằng Phần Mềm NS3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 11/61 gánh vác thêm 1 số gánh nặng không cần thiết của 1 mạng chuyển mạch mạch. LTE khác ở chỗ nó là 1 thiết kế hoàn toàn mới và hỗ trợ chuyển mạch gói để cho các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao ngay từ đầu. Mạng truy cập vô tuyến của LTE, E-UTRAN, được thiết kế để có số lượng giao diện nhỏ nhất (số lượng phần tử mạng ít nhất) trong khi vẫn có thể cung cấp cơ chế chuyển mạch gói hiệu quả cho các lưu lượng thuộc các lớp QoS như hội thoại, streaming (video), thời gian thực, phi thời gian thực, và các lớp nền.
Tốc độ dữ liệu và độ trễ (Latency): Mục tiêu thiết kế cho tốc độ dữ liệu cao nhất ở đường lên và đường xuống lần lượt là : 100 Mbps và 50 Mbps khi hoạt động chế độ song công phân chia tần số (FDD) 20Mhz. Độ trễ (latency) ở phương diện người sử dụng (user-plane) được định nghĩa bằng khoảng thời gian đo được khi truyền 1 gói IP nhỏ từ UE tới node ở ngoài biên của mạng truy cập vô tuyến hoặc ngược lại. Mục tiêu cho trễ 1 chiều ở user-plane là 5ms cho mạng chưa quá tải, tức là hiện tại chỉ có 1 UE trong cell. Về trễ ở control-plane, khoảng thời gian chuyển đổi từ trạng thái rỗi sang trạng thái kích hoạt là 100ms, trong khi khoảng thời gian giữa trạng thái sẵn sàng kích hoạt với trạng thái kích hoạt là 50ms.
Yêu cầu về hiệu năng: Mục tiêu về hiệu năng của LTE được chỉ ra về hiệu quả xử lý phổ, tính di động, và vùng phủ, và chúng nói chung được trình bày như 3GPP Release 6 HSPA. - Hiệu suất phổ: tốc độ dữ liệu đường xuống trung bình của thuê bao và hiệu suất phổ gấp 3 hay 4 lần tiêu chuẩn cơ bản của mạng HSDPA.Tương tự, tốc độ dữ liệu trung bình của thuê bao ở đường lên và hiệu suất phổ gấp 2 hay 3 lần tiêu chuẩn của HSUPA. Thông lượng ở biên của cell, được đo bằng thông lượng ở phân vi thứ 5, nên gấp 2 hay 3 lần tiêu chuẩn cơ bản của HSDPA và HSUPA. Mô Phỏng Và Đánh Giá Chất Lượng Chuyển Giao SVTH: Nguyễn Duy Khang Trong LTE Bằng Phần Mềm NS3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 12/61 - Tính di động: Yêu cầu về tính di động cho LTE là có khả năng hỗ trợ chuyển giao ở những tốc độ đầu cuối khác nhau.Hiệu năng tối đa cho các trường hợp đầu cuối tốc độ thấp từ 0-15km/hr, và giảm mạnh với các đầu cuối tốc độ cao ở ngưỡng 120km/hr.
LTE cũng được hy vọng là sẽ có thể giữ được kết nối với những đầu cuối di chuyển với tốc độ lên tới 350 km/hr nhưng hiệu năng của hệ thống sẽ giảm đi đáng kể. - Vùng phủ: Về vùng phủ của cell, các tiêu chí ở trên sẽ được đáp ứng với cell có bán kinh 5 km.Với cell bán kính lên tới 30km thì sẽ chấp nhận được khi thông lượng bị giảm nhẹ và hiệu suất phổ bị giảm nhiều hơn, nhưng tiêu chí về di động thì vẫn phải đảm bảo. Cell bán kính lên tới 100km cũng không nên bị loại bỏ ra khỏi các thông số. - Dịch vụ MBMS: LTE phải cung cấp các hỗ trợ tốt hơn cho dịch vụ Multimedia Broadcast và dịch vụ Multicast (MSBS) so với hoạt động của mạng UTRA.
Quản lý tài nguyên vô tuyến: Các yêu cầu về quản lý tài nguyên vô tuyến bao hàm nhiều khía cạnh như hỗ trợ tốt hơn cho QoS giữa 2 điểm đầu cuối, hỗ trợ hiệu quả cho việc truyền dẫn của các lớp trên, và hỗ trợ cho việc chia sẻ tải/ cân bằng tải và quản lý chính sách/ép buộc giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau. Các kịch bản triển khai và tồn tại song song với 3G :Ở mức độ cao, LTE sẽ hỗ trợ 2 kịch bản triển khai sau đây: - Kịch bản triển khai riêng lẻ, nơi mà các nhà mạng triển khai LTE mà chưa hề có mạng nào đã được triển khai trước hoặc không có yêu cầu về việc hoạt động liên kết với các mạng UTRAN/GERAN (mạng truy nhập vô tuyến của GSM EDGE) đang tồn tại. Mô Phỏng Và Đánh Giá Chất Lượng Chuyển Giao SVTH: Nguyễn Duy Khang Trong LTE Bằng Phần Mềm NS3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 13/61 - Kịch bản triển khai tích hợp với UTRAN và/hay GERAN đang tồn tại, là nơi mà nhà mạng đã có sẵn mạng UTRAN và/hay GERAN triển khai với vùng phủ đầy hay 1 phần khu vực địa lý đó. Sự linh hoạt của phổ tần và việc triển khai: Để trở thành 1 tiêu chuẩn quốc tế thực sự, LTE được thiết kế để để có thể hoạt động trong nhiều kịch bản băng tần đa dạng, bao gồm khả năng cùng tồn tại và chia sẻ băng tần với các kĩ thuật 3G đang tồn tại.Các nhà cung cấp dịch vụ ở các vùng địa lý khác nhau thường có các dải tần khác nhau về mặt tần số sóng mang và bằng thông hiện có, đó là lý do vì sao LTE được thiết kế để hoạt động ở các dải băng thông có kích cỡ khác nhau từ 1.
Để có thể tương thích với các lựa chọn song công linh hoạt, LTE được thiết kế để hoạt động ở cả chế độ song công tần số (FDD) và chế độ song công thời gian (TDD). Khả năng tương tác với các mạng 3G và 2G: các thiết bị đầu cuối đa chế độ của LTE, hỗ trợ các mạng UTRAN và/hay GERAN, có thể hỗ trợ việc đo, chuyển giao giữa cả 2 hệ thống 3GPP UTRAN và 3GPP GERAN với độ phức tạp của thiết bị đầu cuối chấp nhận được và hiệu năng của mạng.2 Các lựa chọn băng tần và kế hoạch chuyển dời băng tần cho LTE : Các thông số kĩ thuật của 3GPP cho phép LTE triển khai ở các dải băng tần trong phạm vi rộng lớn trên toàn thế giới. Nó có thể được triển khai ở các băng tần của 2G và 3G cũng như nhiều bằng tần mới. 3GPP và các tiêu chuẩn khác cùng với nhiều công ty vẫn tiếp tục thương lượng với các nhà chức trách để có thể hòa hợp giữa các dải băng tần nhằm tạo tính kinh tế và phát triển nhanh hơn.