ĐẶT VẤN ĐỀ Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS) là mục tiêu mà bất kì nhà mạng n o cũng muốn hƣớng tới, vì đây l một trong những yếu tố quan trọng trong sự phát triển của mỗi nhà mạng, nhằm đem đến chất lƣợng dịch vụ tốt nhất và sự hài lòng từ ngƣời dùng. Đối với mạng UMTS nơi m các dịch vụ đa phƣơng tiện đƣợc hỗ trợ đồng thời trên cùng một thiết bị đầu cuối, trong đó mỗi ứng dụng yêu cầu khác nhau về băng thông, độ trễ, tỉ lệ mất gói,. Do đó mạng UMTS yêu cầu một cơ chế xử lí chất lƣợng dịch vụ thích hợp, tƣơng ứng với từng loại yêu cầu. Ngo i ra, nhƣ một vấn đề chung của các mạng viễn thông, UMTS là hệ thống có dung lƣợng giới hạn, tức là số lƣợng ngƣời dùng truy cập với tốc độ cao cùng một lúc sẽ bị giới hạn trong một ngƣỡng nhất định, nhằm tránh khả năng quá tải cũng nhƣ giảm can nhiễu đến các kết nối hiện tại.
Điều đó có nghĩa l khi ngƣời dùng mới yêu cầu truy cập dịch vụ trong mạng UMTS với một yêu cầu nhất định về chất lƣợng trong khi tài nguyên của hệ thống không cho phép để đáp ứng chính xác nhƣ mức độ yêu cầu ban đầu, thì ngƣời dùng sẽ bị từ chối dịch vụ. Để giảm thiểu tối đa xác suất từ chối yêu cầu kết nối, mạng UMTS hỗ trợ việc thƣơng lƣợng v tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ QoS (QoS Negotiation/QoS Renegotiation) để phân phối tài nguyên với các dịch vụ đang diễn ra trong mạng mà vẫn đảm bảo yêu cầu chất lƣợng QoS tối thiểu. hi đó, thay vì bị từ chối dịch vụ nếu vẫn giữ nguyên mức độ yêu cầu ban đầu, ngƣời dùng có thể đƣợc thƣơng lƣợng để sử dụng dịch vụ với chất lƣợng dịch vụ tốt nhất theo yêu cầu, v đƣợc tái thƣơng lƣợng cho phù hợp với điều kiện hiện tại khi có sự thay đổi về tài nguyên hệ thống mạng. Với phạm vi khảo sát của đề t i, cơ chế và cách thức của quá trình thƣơng lƣợng, tái thƣơng lƣợng QoS trong mạng UMTS đƣợc tìm hiểu, trong đó kết quả mô phỏng tập trung khảo sát việc quản lý chất lƣợng dịch vụ tại NodeB và RNC của mạng UTRAN (Radio Bearer QoS), với giả sử QoS của mạng Core đã đƣợc thỏa mãn theo cơ chế QoS IP.2 CÁC NGHIÊN CỨU HIỆN TẠI Đối với vấn đề chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS đã có nhiều nghiên cứu thực hiện xoay quanh vấn đề này.
Cụ thể l , b i báo “A Priority-oriented Call Admission Control Paradigm with QoS Re-negotiation for Multimedia Services in UMTS” tìm hiểu về thuật toán kiểm soát định hƣớng độ ƣu tiên cuộc gọi nhập. Với thuật toán này, các lớp có độ ƣu tiên cao hơn sẽ đƣợc d nh t i nguyên trƣớc so với các Trang 1 Đánh giá giao thức thƣơng lƣợng v GVHD: TS. Võ Quế Sơn tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS lớp có độ ƣu tiên thấp hơn. Tái thƣơng lƣợng QoS trong trƣờng hợp này sẽ giúp giảm thiểu xác suất từ chối dịch vụ, kết quả đƣợc mô phỏng v đánh giá qua OPNET.
Bài báo “UMTS Quality of Service (QoS) –An End-to -End View” chỉ ra kết quả QoS End to End trong mạng access UTRAN và mạng core. B i báo đƣa ra các kết quả đánh giá chất lƣợng QoS dựa trên nền tảng IP của mạng UMTS với mạng IP bên ngoài. Các kết quả thu đƣợc từ mô phỏng trên OPNET. Bài báo "QoS Attributes for Packet Switched Services in 3RD Generation Mobile Systems (UMTS)" đề cập về tổng quan chất lƣợng dịch vụ QoS trong mạng UMTS, đồng thời liệt kê tập hợp các thuộc tính QoS và giải thích chi tiết các thuộc tính n y cũng nhƣ nhấn mạnh cách thức mà các thuộc tính này ảnh hƣởng đến chất lƣợng QoS trong mạng chuyển mạch gói của UMTS.
B i báo “Integrated QoS Support in 3G UMTS Networks” thảo luận về những yêu cầu chất lƣợng dịch vụ QoS theo từng loại ứng dụng/traffic trong môi trƣờng không dây và các vấn đề khó khăn trong việc triển khai những yêu cầu QoS này trong hệ thống CDMA dựa trên mạng Universal Mobile Dịch vụ Viễn thông (UMTS). Trong mạng UMTS, các lớp con Medium Access control (MAC) / Link Access Control (LAC) lớp con của layer 2 sẽ đƣợc sử dụng để xử lý ƣu tiên, giám sát QoS, v quản lí tài nguyên vô tuyến cho các luồng traffic từ một số ngƣời sử dụng. Bài báo n y cũng trình b y một số đề xuất để thực hiện các yêu cầu QoS trong sublayer MAC/LAC cùng với những hạn chế áp đặt bởi W-CDMA. Bài báo "QoS Issues in the Converged 3G Wireless and Wired Networks" đề cập vấn đề về khả năng tƣơng tác giữa các mạng không dây 3G và mạng có dây IP thế hệ mới trong việc cung cấp các dịch vụ với việc đảm bảo các yêu cầu QoS đã đƣợc xác định trƣớc trong cả hai môi trƣờng.
Đặc biệt, kiến tr c UMTS cũng nhƣ việc triển khai các giao thức của mạng Internet thế hệ mới dựa trên mô hình QoS DiffServ. Bài báo tập trung vào việc ánh xạ QoS của các loại traffic truyền trong liên mạng tại thời điểm mà các mạng hội tụ, và tóm gọn các yêu cầu QoS m đã đƣợc thảo luận và các giải pháp có thể cho việc tƣơng tác giữa tín hiệu signalling và dữ liệu ngƣời dùng trong liên mạng. Mô phỏng OPNET chứng minh rằng việc ánh xạ thích hợp giữa các lƣu lƣợng truy cập trong mỗi mạng thì rất cần thiết để đảm bảo mức mong muốn về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ đầu cuối ngƣời dùng (QoS end to end).3 PHƢƠNG PHÁP TIẾP C N Có nhiều phƣơng pháp để đánh giá hoạt động của một hệ thống, trong đó phƣơng pháp mô phỏng chiếm nhiều ƣu điểm khi hệ thống khảo sát phức tạp. Vì vậy đề t i chọn phần mềm OPNET MODELER 14.5 để khảo sát các kịch bản thƣơng lƣợng v tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS, trong phạm vi mạng truy cập UTRAN với giả sử rằng chất lƣợng dịch vụ QoS của mạng core luôn đƣợc đáp ứng Trang 2 Đánh giá giao thức thƣơng lƣợng v GVHD: TS.
Võ Quế Sơn tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS 1.4 NỘI DUNG LU N V N Luận văn bao gồm 5 chƣơng: Chƣơng 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Giới thiệu tổng quan về đề tài luận văn, gi p ngƣời đọc có cái nhìn tổng quan về đề tài và những nội dung chính thực hiện trong luận văn. Chƣơng 2: CÁC CƠ SỞ LÍ THUY T Giới thiệu tổng quan về mạng 3G UMTS, kiến tr c QoS mạng 3G UMTS. Chƣơng 3: QUẢN L CHẤT LƢ NG D CH V UMTS Tìm hiểu đặc điểm, cấu trúc, các lớp giao thức sử dụng mạng truy nhập vô tuyến UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network), cơ chế thƣơng lƣợng v tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ Chƣơng 4: MÔ PHỎNG V ĐÁNH GIÁ Giới thiệu về phần mềm mô phỏng OPNET Modeler và mô hình mô phỏng mạng UMTS trong thƣ viện OPNET. Chƣơng 5: K T LU N V HƢ NG PHÁT TRIỂN ĐỀ T I Trang 3 Đánh giá giao thức thƣơng lƣợng v GVHD: TS.
Võ Quế Sơn tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS CHƢƠNG 2: CÁC CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 KIẾN TR C MẠNG UMTS H nh 2.1: Tổng quan mạng UMTS 3GPP R99 Mạng UMTS Release 99, sự cải tiến chủ yếu ở mạng truy cập vô tuyến (UTRAN), còn về mạng core thì đƣợc tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng đã có sẵn của GSM/GPRS. Đối với mạng mạng truy cập vô tuyên UTRAN, UMTS R99 sử dụng công nghệ tryền vận ATM để truyền tải lớp vật lí, tuy nhiên với sự phát triển và những ƣu điểm nổi trội của IP, các phiên bản sau này của UMTS sử dụng công nghệ IP thay cho ATM trong mạng UTRAN. Trang 4 Đánh giá giao thức thƣơng lƣợng v GVHD: TS. Võ Quế Sơn tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS H nh 2.2: Tổng quan mạng UMTS 3GPP R4 H nh 2.3: Tổng quan mạng UMTS 3GPP R5 UMTS R4 đƣợc cải tiến đáng kể trong hệ thống mạng chuyển mạch kênh, khi mà dữ liệu của mạng n y đƣợc chuyển đổi sang dạng gói tin nhờ sử dụng công nghệ Trang 5 Đánh giá giao thức thƣơng lƣợng v GVHD: TS.
Võ Quế Sơn tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS VoIP. Đồng thời, mạng core đƣợc bổ sung thêm thành phần mới là IMS (IP Multimedia System) đƣợc sử dụng để hỗ trợ dịch vụ cuộc gọi VoIP trong mạng UMTS. Tuy nhiên, vấn đề hỗ trợ IP trong mạng UTRAN ở R4 chƣa thật sự rõ ràng, chỉ khi đến UMTS R5 thì mọi luồng dữ liệu từ mạng UTRAN đều đƣợc đóng gói IP. Vì vậy mà miền CS trong mạng Core không còn tồn tại ở R5 này Mô h nh điển hình của mạng UMTS gồm 03 thành phần chính: • Thiết bị đầu cuối (UE): giao diện giữa ngƣời dùng và mạng truy nhập • Mạng truy nhập UTRAN (Access network UTRAN): xử lí những chức năng liên quan đến giao diện vô tuyến.
WCDMA là chuẩn của giao diện vô tuyến UMTS • Mạng Core network: chịu trách nhiệm quản lí phiên và các vấn đề liên quan đến di động tại cùng thời điểm chuyển mạch v định tuyến cuộc gọi, dữ liệu.2 MẠNG TRUY NH P UTRAN H nh 2.4: Kiến trúc mạng truy nhập UMTS (UTRAN) So với mạng GSM/GPRS, mạng UMTS cho phép tốc độ truyền dữ liệu lớn, việc sử dụng băng thông hiệu quả, nhờ ứng dụng công nghệ WCDMA trong mạng truy cập vô tuyến UTRAN. Mạng truy nhập UTRAN có 04 giao diện chính: • Giao diện Uu: là giao diện giữa thiết bị đầu cuối UE với NodeB. Giao diện Uu còn gọi là giao diện vô tuyến trong mạng truy cập UMTS • Giao diện Iub: là giao diện giao tiếp giữa NodeB và RNC. Khác với GSM, Iub trong mạng UTRAN là giao diện mở • Giao diện Iur: dùng để giao tiếp giữa hai RNC với nhau.
Đây l một giao diện mới so với mạng GSM, giúp hỗ trợ mobile khi đang trong tình trạng handover mềm Trang 6 Đánh giá giao thức thƣơng lƣợng v GVHD: TS. Võ Quế Sơn tái thƣơng lƣợng chất lƣợng dịch vụ trong mạng UMTS sang một NodeB khác đang đƣợc điều khiển bởi một RNC khác mà không cần đến sự tham gia của mạng Core. • Giao diện Iu: đây l giao diện tƣơng tác giữa RNC và mạng Core.1 Các thành phần hệ thống mạng con vô tuyến (RNS) NodeB: cung cấp kênh truyền vô tuyến giữa thiết bị đầu cuối với mạng UMTS.