Tổng quan nghiên cứu

Trong kỷ nguyên bùng nổ của truyền thông số và hội tụ dịch vụ trên nền tảng Internet Protocol (IP), nhu cầu sử dụng dữ liệu di động tốc độ cao đã tạo áp lực rất lớn lên hạ tầng mạng viễn thông. Địa bàn tỉnh Hải Dương có diện tích tự nhiên 1.662 km² với 12 đơn vị hành chính cấp huyện, thị xã, thành phố, đặt ra bài toán phức tạp về đảm bảo phủ sóng và duy trì chất lượng dịch vụ di động. Đến tháng 10/2021, VNPT Hải Dương đã vận hành 410 điểm phát sóng với 390 trạm 4G LTE (bao gồm 388 trạm eNodeB) phục vụ hàng trăm nghìn thuê bao VinaPhone. Tuy nhiên, phương pháp quản lý chất lượng truyền thống chỉ tập trung vào các chỉ số kỹ thuật khách quan (QoS - Quality of Service) như tỷ lệ rớt cuộc gọi, độ trễ, lưu lượng truyền tải mà chưa phản ánh chính xác mức độ hài lòng thực tế của khách hàng (QoE - Quality of Experience).

Nghiên cứu được thực hiện nhằm xây dựng mô hình tính toán tích hợp bộ chỉ số chất lượng dịch vụ (SQI) và chỉ số trải nghiệm người dùng (UXI) cho mạng 4G VinaPhone tại Hải Dương. Phạm vi không gian nghiên cứu bao phủ toàn bộ 12 huyện, thị xã, thành phố trên địa bàn tỉnh; phạm vi thời gian tập trung thu thập, xử lý dữ liệu đo kiểm chuyên sâu trong giai đoạn tháng 09/2021 và tháng 10/2021. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc lượng hóa thành công các trải nghiệm phi kỹ thuật thành điểm số cụ thể trên thang đo chuẩn 100 điểm, giúp nhà mạng thiết lập mục tiêu duy trì điểm QoS đạt trên 99,20 điểm và điểm QoE đạt trên 97,40 điểm. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để VNPT Hải Dương chuyển dịch từ mô hình quản lý mạng thụ động sang chủ động tối ưu hóa trải nghiệm khách hàng theo thời gian thực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng lý thuyết quản lý chất lượng viễn thông chuẩn quốc tế kết hợp cùng kiến trúc mạng thông tin di động thế hệ thứ tư (4G LTE):

  • Mô hình 4 góc nhìn QoS theo khuyến nghị ITU-T G.1000 và ITU-T E.800: Hệ thống phân tích chất lượng dựa trên ma trận 4 chiều gồm: Yêu cầu QoS của khách hàng, QoS do nhà cung cấp công bố, QoS thực tế đạt được trên mạng lưới và QoS cảm nhận chủ quan của khách hàng. Khung lý thuyết này khẳng định sự cần thiết phải đồng bộ hóa giữa năng lực hạ tầng kỹ thuật và sự kỳ vọng của người dùng cuối.
  • Mô hình chất lượng trải nghiệm QoE theo tiêu chuẩn ITU-T P.10/G.100: Tiếp cận chất lượng từ toàn bộ tính chất chấp nhận được của một dịch vụ dưới góc nhìn chủ quan của người sử dụng cuối, kết hợp các phép đo khách quan (mất gói, trễ, dung pha) với các yếu tố tâm lý, hành vi và môi trường sử dụng.
  • Kiến trúc chuyển mạch gói phát triển EPS (3GPP LTE Release 8): Mô hình mạng phẳng bao gồm mạng truy nhập vô tuyến E-UTRAN (các trạm eNodeB kết nối qua giao diện X2, Uu, S1) và mạng lõi EPC (chứa các thực thể MME, S-GW, P-GW, PCRF, HSS) điều khiển toàn bộ luồng lưu lượng dữ liệu thuần IP.
  • Hệ thống khái niệm và chỉ số cốt lõi: Luận văn xác lập rõ ràng 4 khái niệm nền tảng bao gồm: Chỉ số chất lượng dịch vụ thành phần SQI (Service Quality Index) đánh giá ở mức cell/site; Chỉ số trải nghiệm người dùng UXI (User Experience Index) đánh giá ở mức tỉnh/khu vực; Kỹ thuật đa ăng-ten MIMO (MIMO 4x4 chiếm 80%, MIMO 2x2 chiếm 20% hạ tầng mạng); và Băng thông phân bổ trên băng tần 1800 MHz (Band 3) với độ rộng 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được trích xuất trực tiếp từ các hệ thống giám sát và quản lý mạng vô tuyến chuyên dụng của VNPT bao gồm: Hệ thống giám sát hiệu năng PMS (Performance Management System), phần mềm tối ưu hóa Mentor, hệ thống quản lý đo kiểm MMS (Measurement Management System) cùng dữ liệu đo kiểm thực địa (Drive Test) tại các tuyến đường huyết mạch.

Phương pháp phân tích số liệu dựa trên thuật toán xử lý dữ liệu 4 bước khép kín:

  1. Thu thập và tính toán KPI đầu ra ($X_i$): Tổng hợp dữ liệu thô từ hệ thống PMS/Mentor thành các giá trị tham số vật lý trung bình (ví dụ: công suất thu tín hiệu tham chiếu RSRP, tốc độ tải xuống Downlink Throughput, độ rung pha Jitter).
  2. Chuẩn hóa dữ liệu về thang điểm 100: Áp dụng hàm nội suy tuyến tính từng đoạn theo công thức: $$SQI_i = \frac{C - X_i}{C - D} \times (B - A) + A$$ với $[C; D]$ là khoảng giá trị kỹ thuật thực tế và $[A; B]$ là khoảng điểm chuẩn hóa tương ứng.
  3. Áp dụng ma trận trọng số: Gán trọng số cố định ($W_i$) và trọng số lưu lượng cho từng tham số thành phần nhằm phản ánh đúng mức độ ảnh hưởng của từng dịch vụ tới trải nghiệm người dùng.
  4. Tổng hợp đa cấp độ: Tích hợp dữ liệu theo không gian (Cell $\rightarrow$ Site $\rightarrow$ Quận/Huyện $\rightarrow$ Tỉnh) và thời gian (giờ bận $\rightarrow$ ngày $\rightarrow$ tháng).

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 388 trạm eNodeB với 390 điểm phát sóng 4G trải rộng trên 12 quận, huyện, thị xã tại tỉnh Hải Dương (mẫu tổng thể 100%, không lấy mẫu ngẫu nhiên). Lý do lựa chọn phương pháp phân tích toàn diện này là nhằm loại bỏ triệt để sự khác biệt về đơn vị đo giữa các chỉ tiêu kỹ thuật (dBm, Mbps, ms, %), tạo ra một thước đo duy nhất giúp ban quản lý mạng lưới dễ dàng so sánh, đối chuẩn và phát hiện chính xác các cell có chất lượng suy giảm. Toàn bộ chu kỳ đo lường và đánh giá được thực hiện liên tục trong quý 3 và quý 4 năm 2021.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu đo kiểm thực tế trên mạng lưới VNPT Hải Dương trong tháng 09/2021 và tháng 10/2021 mang lại 4 phát hiện quan trọng:

  • Phát hiện 1 - Cơ cấu hạ tầng và phân bố công nghệ vô tuyến: Toàn tỉnh có 390 điểm phát sóng 4G gồm 364 trạm macro cell (chiếm tỷ lệ 93,33%), 24 trạm small cell (chiếm 6,15%) và 2 trạm remote sector (chiếm 0,51%). Thành phố Hải Dương tập trung số lượng trạm lớn nhất với 70 trạm (chiếm 17,95%), tiếp theo là Chí Linh với 44 trạm (11,28%), Cẩm Giàng với 34 trạm (8,72%), trong khi các huyện như Thanh Miện có 21 trạm (5,38%) và Bình Giang có 20 trạm (5,13%). Tỷ lệ triển khai công nghệ MIMO 4x4 đạt mức cao 80%, trong khi MIMO 2x2 chỉ chiếm 20%.
  • Phát hiện 2 - Chất lượng vùng phủ sóng và mức thu tín hiệu vô tuyến: Đo kiểm vùng phủ sóng thực tế ghi nhận mức công suất thu Indoor RSRP trung bình đạt -65 dBm và Outdoor RSRP đạt -55 dBm. Giá trị RSRP trung bình toàn mạng đạt -60 dBm (nằm trong ngưỡng tối ưu [-95 dBm; -44 dBm]), sau khi chuẩn hóa mang lại chỉ số chất lượng vùng phủ sóng SQI5 đạt 99,37 điểm trên thang điểm 100.
  • Phát hiện 3 - Tốc độ truyền dẫn dữ liệu và độ ổn định dịch vụ: Tốc độ tải xuống trung bình của người dùng 4G (User Download Throughput) ghi nhận ở mức 28,90 Mbps, tương ứng với chỉ số trải nghiệm tốc độ UXI1 đạt 97,44 điểm. Độ rung pha mạng lưới (Jitter) duy trì ở mức cực thấp, đạt điểm số trải nghiệm UXI2 tiệm cận mức tuyệt đối là 99,99 điểm.
  • Phát hiện 4 - Kết quả tổng hợp chỉ số QoS và QoE toàn mạng: Chỉ số chất lượng dịch vụ mức mạng QoS4G đạt 99,20 điểm và chỉ số trải nghiệm khách hàng QoE4G đạt 97,40 điểm. Kết quả này phản ánh sự tương quan chặt chẽ giữa tính sẵn sàng của tài nguyên vô tuyến (SQI1 đạt 99,15 điểm) với cảm nhận dịch vụ mượt mà của khách hàng khi sử dụng các ứng dụng truyền tải dữ liệu.

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch về mật độ trạm giữa khu vực đô thị (70 trạm tại TP Hải Dương) và khu vực nông thôn (20 trạm tại Bình Giang) là nguyên nhân chính dẫn đến sự biến thiên cục bộ của chỉ số QoE. Địa bàn Hải Dương có diện tích 1.662 km² kết hợp giữa đồng bằng và đồi núi (khu vực Chí Linh, Kinh Môn), khiến cự ly giữa các trạm tại vùng xa đạt mức trung bình 1 trạm/xã, tạo ra các vùng lõm phủ sóng cục bộ trong nhà (indoor).

So sánh với các nghiên cứu viễn thông quốc tế áp dụng tiêu chuẩn ITU-T G.1000, việc bổ sung lớp chỉ số QoE đã giải quyết được nghịch lý: một trạm eNodeB có thể đạt chỉ số QoS kỹ thuật trên 99,00% nhưng người dùng vẫn đánh giá dịch vụ ở mức "trung bình" do hiện tượng nghẽn mạng giờ cao điểm làm giảm thông lượng tức thời. Về mặt trình bày dữ liệu, các bảng đối chuẩn KPI đa chiều giữa tháng 09/2021 và tháng 10/2021 kết hợp với biểu đồ phân bố điểm SQI/UXI theo từng cell cho phép kỹ sư vận hành trực quan hóa ngay các vị trí suy giảm chất lượng mà không cần dò quét thủ công qua hàng triệu bản ghi log truyền tải.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả đo kiểm thực tế, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và vận hành được đề xuất nhằm nâng cao toàn diện chất lượng mạng 4G VinaPhone Hải Dương:

  1. Tối ưu hóa vùng phủ vô tuyến và góc ngẩng ăng-ten: Tiến hành điều chỉnh góc nghiêng điện tử (tilt) và góc phương vị (azimuth) cho 364 trạm macro cell; nâng chỉ số chất lượng vùng phủ SQI5 từ 99,37 điểm lên trên 99,80 điểm và duy trì tỷ lệ rớt cuộc gọi dưới 0,20%. Thời hạn hoàn thành: Quý 1/2022. Chủ thể thực hiện: Phòng Kỹ thuật Viễn thông và Trung tâm Điều hành Thông tin VNPT Hải Dương.
  2. Mở rộng trạm Small Cell và nâng cấp cấu hình MIMO: Lắp đặt bổ sung 30 trạm small cell tại các khu công nghiệp trọng điểm (Đại An, Nam Sách, Tân Trường) và nâng tỷ lệ cấu hình MIMO 4x4 từ 80% lên 95% trên toàn bộ 388 trạm eNodeB; nâng tốc độ tải xuống trung bình từ 28,90 Mbps lên trên 35,00 Mbps. Thời hạn hoàn thành: Quý 2 - Quý 3/2022. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý Dự án Viễn thông và VNPT Net.
  3. Tích hợp hệ thống cảnh báo suy giảm QoE tự động: Xây dựng module phần mềm tự động tính toán SQI/UXI theo chu kỳ 15 phút từ dữ liệu hệ thống PMS/MMS; rút ngắn thời gian phát hiện và xử lý sự cố nghẽn lưu lượng xuống dưới 15 phút, duy trì điểm QoE toàn tỉnh ổn định trên 98,00 điểm. Thời hạn hoàn thành: 6 tháng liên tục trong năm 2022. Chủ thể thực hiện: Nhóm Quản trị Hệ thống và Tối ưu hóa Mạng lưới VNPT Hải Dương.
  4. Tái phân bổ tài nguyên và cân bằng tải liên dải tần: Thiết lập cơ chế chuyển vùng linh hoạt giữa các băng thông 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz trên băng tần 1800 MHz (Band 3); giảm thiểu hiện tượng nghẽn kênh điều khiển trên giao diện S1 và X2, đảm bảo 100% trạm eNodeB đạt chuẩn QoS nhóm tỉnh loại 1. Thời hạn hoàn thành: Định kỳ hàng tháng trong năm 2022. Chủ thể thực hiện: Đội ngũ Tối ưu hóa Vô tuyến VNPT Hải Dương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của luận văn mang lại giá trị ứng dụng cụ thể cho 4 nhóm đối tượng:

  • Kỹ sư tối ưu hóa mạng vô tuyến (Radio Optimization Engineers): Tham khảo quy trình chuẩn hóa dữ liệu từ hệ thống PMS/Mentor/MMS và áp dụng trực tiếp thuật toán nội suy điểm SQI để xử lý dứt điểm các lỗi suy giảm vùng phủ sóng trên 388 trạm eNodeB thực tế.
  • Cán bộ quản lý và quy hoạch mạng viễn thông: Sử dụng khung ma trận 4 góc nhìn QoS theo chuẩn ITU-T G.1000 để xây dựng thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) nội bộ, phân bổ ngân sách đầu tư trạm small cell tại 12 quận, huyện một cách tối ưu.
  • Học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông: Sử dụng luận văn như một tài liệu nghiên cứu ứng dụng mẫu mực về việc kết hợp giữa lý thuyết mạng lõi EPC/E-UTRAN với mô hình toán học giải quyết bài toán trải nghiệm người dùng thực tiễn.
  • Chuyên viên phân tích trải nghiệm khách hàng (Customer Experience Specialists): Ứng dụng mô hình liên kết giữa KPI kỹ thuật và chỉ số UXI để dự báo sớm nguy cơ rời mạng của khách hàng, từ đó xây dựng các gói cước và chính sách chăm sóc thuê bao 4G chính xác.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt bản chất giữa chỉ số QoS và QoE trong đánh giá mạng di động 4G là gì? QoS tập trung đo lường các tham số kỹ thuật khách quan của hạ tầng mạng như độ trễ, tỷ lệ mất gói hay tốc độ truyền dẫn. Ngược lại, QoE là thước đo đánh giá sự hài lòng chủ quan của người dùng cuối khi trải nghiệm dịch vụ. Một mạng đạt QoS cao (độ khả dụng 99,15 điểm) vẫn có thể ghi nhận QoE chưa tối ưu (97,40 điểm) nếu ứng dụng video bị giật cục bộ trong giờ cao điểm.

Phương pháp chuẩn hóa thang điểm 100 cho các tham số SQI và UXI được xây dựng như thế nào? Phương pháp áp dụng thuật toán nội suy tuyến tính từng đoạn để chuyển đổi các đơn vị đo vật lý khác biệt (dBm, Mbps, ms) về cùng thang điểm chuẩn từ 0 đến 100. Ví dụ, mức thu RSRP trung bình -60 dBm thuộc khoảng kỹ thuật [-95; -44] dBm được ánh xạ chính xác thành điểm chất lượng vùng phủ sóng SQI5 đạt 99,37 điểm.

Tại sao cấu hình MIMO 4x4 chiếm 80% số trạm tại Hải Dương lại đóng vai trò quyết định đến chất lượng mạng? Cấu hình đa ăng-ten MIMO 4x4 cho phép tăng gấp đôi hiệu suất sử dụng phổ tần và dung lượng kênh truyền so với MIMO 2x2 mà không cần bổ sung băng tần phát sóng. Điều này giúp hệ thống duy trì tốc độ tải xuống trung bình đạt 28,90 Mbps cho 388 trạm eNodeB trên toàn tỉnh, giảm thiểu triệt để hiện tượng nghẽn lưu lượng tại các khu vực tập trung đông dân cư.

Mô hình mạng lõi EPC đặt tập trung tại Hà Nội tác động như thế nào đến độ trễ dịch vụ tại Hải Dương? Toàn bộ lưu lượng từ 388 trạm eNodeB tại Hải Dương được thu gom qua mạng vòng MANE và truyền tải về mạng lõi EPC tại Hà Nội qua kết nối quang VN2. Nhờ băng thông cáp quang dung lượng lớn, độ trễ lan truyền được kiểm soát ở mức rất thấp, giúp chỉ số rung pha mạng (Jitter) đạt điểm số trải nghiệm UXI2 gần như tuyệt đối là 99,99 điểm.

Luận văn đã giải quyết bài toán địa hình phức tạp 1.662 km² của Hải Dương bằng giải pháp phân bố trạm nào? Nghiên cứu đề xuất chiến lược quy hoạch phân lớp: tập trung 70 trạm macro cell và small cell công suất lớn tại vùng lõi đô thị TP Hải Dương, đồng thời phân bổ đều 364 trạm macro bao phủ 11 huyện còn lại kết hợp bố trí 2 trạm remote sector chuyên dụng cho khu vực địa hình đồi núi phức tạp tại Chí Linh và Kinh Môn.

Kết luận

  • Xây dựng thành công phương pháp luận và công cụ tính toán tích hợp bộ chỉ số chất lượng dịch vụ (QoS/SQI) và chất lượng trải nghiệm (QoE/UXI) cho mạng 4G LTE.
  • Thu thập và xử lý toàn diện bộ dữ liệu thực tế từ 388 trạm eNodeB trên 12 huyện, thị xã, thành phố thuộc tỉnh Hải Dương trong giai đoạn tháng 09 và tháng 10/2021.
  • Lượng hóa chính xác hiệu năng mạng lưới với chỉ số chất lượng vùng phủ sóng SQI5 đạt 99,37 điểm, chỉ số tốc độ tải dữ liệu UXI1 đạt 97,44 điểm, tổng điểm QoS4G đạt 99,20 điểm và QoE4G đạt 97,40 điểm.
  • Đề xuất hệ thống 4 giải pháp kỹ thuật khả thi bao gồm tối ưu hóa góc ngẩng ăng-ten, bổ sung 30 trạm small cell, nâng tỷ lệ MIMO 4x4 lên 95% và tự động hóa giám sát QoE thời gian thực.
  • Định hướng lộ trình nghiên cứu tiếp theo giai đoạn 2022 - 2025 tập trung mở rộng mô hình tính toán QoS/QoE cho công nghệ 5G và các dịch vụ truyền thông thế hệ mới như VoLTE, ViLTE.

Các đơn vị quản lý mạng và doanh nghiệp viễn thông hãy ứng dụng ngay mô hình tính toán chuẩn hóa QoS/QoE để tối ưu hóa hạ tầng vô tuyến và nâng tầm trải nghiệm khách hàng bền vững!