Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thông, mạng di động 5G được xem là bước tiến đột phá với khả năng cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 20 Gbps, độ trễ chỉ khoảng 1 ms và mật độ kết nối lên đến 1 triệu thiết bị trên mỗi km². Tại Việt Nam, việc triển khai mạng 5G đang được các nhà mạng tích cực nghiên cứu và thử nghiệm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về kết nối tốc độ cao, băng thông lớn và độ trễ thấp trong các ứng dụng công nghiệp, y tế, giao thông thông minh và Internet vạn vật (IoT). Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp và lộ trình triển khai mạng di động 5G tại VNPT Hải Dương, một trong những đơn vị tiên phong trong việc phát triển hạ tầng viễn thông tại khu vực miền Bắc.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng phương án triển khai mạng 5G phù hợp với hiện trạng cơ sở hạ tầng mạng 2G/3G/4G tại VNPT Hải Dương, đồng thời đảm bảo tính liên tục dịch vụ, tối ưu chi phí đầu tư CAPEX và vận hành OPEX. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ 2019 đến 2025, với phân tích chi tiết về kiến trúc mạng, công nghệ lõi, mạng truy nhập vô tuyến và mạng truyền tải backhaul. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ VNPT Hải Dương chuyển đổi số, nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của mạng 5G trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về mạng di động 5G theo tiêu chuẩn 3GPP, bao gồm:

  • Kiến trúc mạng 5G (5GC và 5GS): Mạng lõi 5G dựa trên kiến trúc dịch vụ (Service Based Architecture - SBA), với các chức năng mạng như AMF, SMF, UPF, PCF, NRF, cho phép linh hoạt, mở rộng và hỗ trợ các dịch vụ đa dạng như eMBB, mMTC, URLLC.
  • Mô hình triển khai mạng 5G độc lập (SA) và không độc lập (NSA): SA sử dụng mạng lõi 5G và truy cập vô tuyến 5G NR độc lập, trong khi NSA kết hợp mạng lõi 4G EPC với truy cập vô tuyến 5G NR, tận dụng hạ tầng LTE hiện có.
  • Các công nghệ hỗ trợ 5G: Mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN), ảo hóa chức năng mạng (NFV), cắt lát mạng (Network slicing), MIMO cỡ lớn, tạo búp sóng (beamforming), hệ thống vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio), điện toán biên đa truy cập (MEC).

Các khái niệm chính bao gồm: mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng, kết nối kép (Dual Connectivity), kiến trúc mạng lõi EPC và 5GC, các tùy chọn triển khai 5G (tùy chọn 2, 3, 4, 5, 7 theo 3GPP), và các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ QoS, QoE.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp dựa trên:

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thực tế về hạ tầng mạng di động 2G/3G/4G tại VNPT Hải Dương, bao gồm 410 điểm trạm phát sóng 4G, 410 trạm 3G và 282 trạm 2G; dữ liệu hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến, chất lượng dịch vụ QoS và trải nghiệm khách hàng QoE từ năm 2021; tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn 3GPP; báo cáo triển khai mạng 5G của các quốc gia như Hàn Quốc, Trung Quốc, Nhật Bản, Hoa Kỳ.
  • Phương pháp phân tích: So sánh, đánh giá hiện trạng mạng, phân tích các tùy chọn kiến trúc mạng 5G, mô phỏng lộ trình triển khai, đánh giá tác động kỹ thuật và kinh tế của các giải pháp.
  • Timeline nghiên cứu: Từ năm 2019 (giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ) đến năm 2025 (giai đoạn triển khai mạng 5G tại VNPT Hải Dương), với các mốc chuẩn bị cơ sở hạ tầng, nâng cấp mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ mạng di động VNPT Hải Dương với hơn 1.100 trạm phát sóng đa công nghệ, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả phân tích.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng mạng di động VNPT Hải Dương: Mạng hiện có gồm 390 trạm 4G, 410 trạm 3G và 282 trạm 2G, với cấu trúc mạng truy nhập và truyền tải backhaul ổn định. Hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến 4G đạt khoảng 70-80% trong năm 2021, trong khi mạng 3G có hiệu suất khoảng 60-70%. Chất lượng dịch vụ QoS và trải nghiệm khách hàng QoE đều đạt mức yêu cầu nhưng có xu hướng giảm dần do tăng tải.

  2. Lựa chọn kiến trúc triển khai 5G: Tùy chọn NSA (tùy chọn 3) được đánh giá là phù hợp với VNPT Hải Dương trong giai đoạn đầu, tận dụng hạ tầng LTE hiện có, giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu. Tuy nhiên, để khai thác đầy đủ các dịch vụ 5G như URLLC và cắt lát mạng, cần chuyển sang kiến trúc SA (tùy chọn 2) trong giai đoạn sau. Lộ trình chuyển đổi dự kiến từ 2019-2022 chuẩn bị hạ tầng, 2023-2025 triển khai mạng 5G SA.

  3. Công nghệ hỗ trợ triển khai: Ứng dụng SDN và NFV giúp tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng mạng lõi 5G. MIMO cỡ lớn và tạo búp sóng được đề xuất sử dụng tại các trạm 5G để tăng dung lượng và vùng phủ sóng, đặc biệt ở băng tần trung 3,5 GHz. Phổ tần 5G được phân bổ đa dạng từ dưới 1 GHz đến sóng milimet, phù hợp với các kịch bản sử dụng khác nhau.

  4. Đánh giá tác động kinh tế: Việc chuyển đổi từ mạng 4G sang 5G dự kiến giảm chi phí vận hành OPEX khoảng 20-30% nhờ tự động hóa và ảo hóa mạng. Chi phí đầu tư CAPEX được tối ưu bằng cách tận dụng hạ tầng hiện có và triển khai theo giai đoạn. Lộ trình triển khai phù hợp giúp tránh lãng phí tài nguyên và đảm bảo tính liên tục dịch vụ.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc triển khai mạng 5G tại VNPT Hải Dương cần cân nhắc kỹ lưỡng giữa chi phí đầu tư, khả năng khai thác hạ tầng hiện có và yêu cầu kỹ thuật của các dịch vụ mới. Việc lựa chọn kiến trúc NSA trong giai đoạn đầu giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí, đồng thời tạo nền tảng cho chuyển đổi sang SA trong tương lai. So với các nghiên cứu triển khai 5G tại Hàn Quốc và Trung Quốc, VNPT Hải Dương có thể học hỏi kinh nghiệm về việc sử dụng phổ tần trung và công nghệ MIMO cỡ lớn để tối ưu vùng phủ và dung lượng.

Dữ liệu về hiệu suất sử dụng tài nguyên và chất lượng dịch vụ được trình bày qua các biểu đồ hiệu suất 3G và 4G trong năm 2021, cho thấy xu hướng tăng tải và nhu cầu nâng cấp hạ tầng. Bảng so sánh các tùy chọn kiến trúc 5G minh họa rõ ưu nhược điểm và lộ trình chuyển đổi phù hợp với điều kiện thực tế của VNPT Hải Dương.

Việc áp dụng các công nghệ mới như SDN, NFV, MEC và cắt lát mạng không chỉ nâng cao hiệu quả vận hành mà còn tạo điều kiện phát triển các dịch vụ đa dạng, đáp ứng nhu cầu của thị trường trong kỷ nguyên số.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai giai đoạn đầu theo kiến trúc NSA (tùy chọn 3): Tận dụng hạ tầng LTE hiện có, triển khai các trạm 5G NR kết nối kép với LTE để nhanh chóng cung cấp dịch vụ 5G, giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu. Thời gian thực hiện: 2019-2022. Chủ thể thực hiện: VNPT Hải Dương phối hợp với VNPT Net.

  2. Nâng cấp mạng lõi lên kiến trúc 5GC và chuyển đổi sang SA (tùy chọn 2): Đầu tư xây dựng mạng lõi 5G dựa trên kiến trúc dịch vụ SBA, hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ 5G mới như URLLC, cắt lát mạng. Thời gian thực hiện: 2023-2025. Chủ thể thực hiện: VNPT tập đoàn và VNPT Hải Dương.

  3. Ứng dụng công nghệ MIMO cỡ lớn và tạo búp sóng tại các trạm 5G: Tăng dung lượng và vùng phủ sóng, đặc biệt tại các khu vực đô thị và trung tâm kinh tế. Thời gian thực hiện: song song với triển khai mạng 5G. Chủ thể thực hiện: VNPT Hải Dương và nhà cung cấp thiết bị.

  4. Tối ưu mạng truyền tải backhaul và áp dụng SDN/NFV: Nâng cấp mạng truyền tải MAN-E, sử dụng ảo hóa chức năng mạng để tăng tính linh hoạt, giảm chi phí vận hành. Thời gian thực hiện: 2021-2025. Chủ thể thực hiện: VNPT Net và VNPT Hải Dương.

  5. Xây dựng hệ thống giám sát và đánh giá chất lượng dịch vụ liên tục: Áp dụng các chỉ tiêu QoS và QoE để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong quá trình chuyển đổi và vận hành mạng 5G. Chủ thể thực hiện: VNPT Hải Dương. Thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chiến lược viễn thông: Giúp xây dựng kế hoạch đầu tư, lộ trình chuyển đổi mạng 5G phù hợp với điều kiện thực tế và xu hướng công nghệ.

  2. Kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật mạng di động: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về kiến trúc mạng 5G, các tùy chọn triển khai, công nghệ hỗ trợ và phương pháp tối ưu hạ tầng.

  3. Các nhà cung cấp thiết bị và giải pháp viễn thông: Tham khảo để phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và lộ trình triển khai mạng 5G tại Việt Nam.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành viễn thông: Tài liệu tham khảo học thuật về mạng di động 5G, các công nghệ mới và ứng dụng thực tiễn tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mạng 5G khác gì so với 4G về mặt kỹ thuật?
    Mạng 5G có tốc độ truyền dữ liệu đỉnh lên đến 20 Gbps, độ trễ chỉ khoảng 1 ms, mật độ kết nối lên đến 1 triệu thiết bị/km², trong khi 4G chỉ đạt 1 Gbps tốc độ đỉnh và độ trễ khoảng 10 ms. 5G cũng hỗ trợ kiến trúc mạng lõi dựa trên dịch vụ (SBA) và các công nghệ như cắt lát mạng, MIMO cỡ lớn, tạo búp sóng.

  2. Tại sao VNPT Hải Dương nên triển khai mạng 5G theo kiến trúc NSA trước?
    Kiến trúc NSA cho phép tận dụng hạ tầng LTE hiện có, giảm chi phí đầu tư ban đầu và rút ngắn thời gian triển khai dịch vụ 5G. Đây là bước đi thực tế giúp nhà mạng đánh giá hiệu quả công nghệ trước khi chuyển sang kiến trúc SA đầy đủ.

  3. Công nghệ MIMO cỡ lớn và tạo búp sóng có vai trò gì trong mạng 5G?
    MIMO cỡ lớn sử dụng nhiều phần tử ăng-ten để tăng dung lượng và hiệu suất phổ, trong khi tạo búp sóng giúp tập trung tín hiệu đến thiết bị người dùng, giảm nhiễu và tăng vùng phủ sóng, đặc biệt hiệu quả ở tần số trung và cao.

  4. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng dịch vụ khi chuyển đổi từ 4G sang 5G?
    Cần xây dựng hệ thống giám sát liên tục các chỉ tiêu QoS và QoE, áp dụng các giải pháp chuyển đổi mạng mượt mà, đảm bảo tính liên tục dịch vụ, đồng thời tối ưu hạ tầng truyền tải và mạng lõi để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của 5G.

  5. Lộ trình triển khai mạng 5G tại VNPT Hải Dương được đề xuất như thế nào?
    Giai đoạn 2019-2022 tập trung nghiên cứu, thử nghiệm và chuẩn bị hạ tầng; giai đoạn 2023-2025 triển khai mạng 5G theo kiến trúc SA, nâng cấp mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến, đồng thời áp dụng các công nghệ mới như SDN, NFV, MEC để tối ưu hiệu quả vận hành.

Kết luận

  • Mạng di động 5G tại VNPT Hải Dương cần được triển khai theo lộ trình từ NSA sang SA để tận dụng hạ tầng hiện có và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mới.
  • Ứng dụng các công nghệ tiên tiến như SDN, NFV, MIMO cỡ lớn và cắt lát mạng giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng dịch vụ.
  • Việc nâng cấp mạng lõi từ EPC sang 5GC theo kiến trúc SBA là bước quan trọng để hỗ trợ các dịch vụ 5G đa dạng và linh hoạt.
  • Lộ trình triển khai giai đoạn 2019-2025 được thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế, tối ưu chi phí đầu tư và vận hành.
  • Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực viễn thông 5G tại Việt Nam.

Để tiếp tục phát triển, VNPT Hải Dương cần đẩy mạnh hợp tác với các nhà cung cấp thiết bị, nghiên cứu công nghệ mới và xây dựng hệ thống giám sát chất lượng dịch vụ toàn diện. Hành động ngay hôm nay sẽ giúp đơn vị giữ vững vị thế tiên phong trong kỷ nguyên mạng di động 5G.