Tổng quan nghiên cứu

Mạng di động 5G đang trở thành xu hướng phát triển tất yếu trong ngành viễn thông toàn cầu, với khả năng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 20 Gbps, độ trễ chỉ khoảng 1 ms và mật độ kết nối lên tới 1 triệu thiết bị trên mỗi km². Tại Việt Nam, các nhà mạng đã bắt đầu thử nghiệm thương mại 5G nhằm đánh giá công nghệ và nhu cầu thị trường. Tuy nhiên, việc chuyển đổi từ mạng 4G hiện tại sang 5G đòi hỏi giải pháp kỹ thuật và lộ trình triển khai phù hợp, đặc biệt với các nhà cung cấp dịch vụ như VNPT Hải Dương, nơi đang vận hành đồng thời mạng 2G, 3G và 4G với hơn 1.000 trạm phát sóng.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp và lộ trình triển khai mạng di động 5G tại VNPT Hải Dương, dựa trên thực trạng hạ tầng hiện có và định hướng của tập đoàn VNPT. Mục tiêu chính là xây dựng phương án chuyển đổi hiệu quả, đảm bảo tính liên tục dịch vụ, tối ưu chi phí đầu tư CAPEX và vận hành OPEX, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và trải nghiệm khách hàng trong bối cảnh phát triển kinh tế số và chuyển đổi số quốc gia. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích kiến trúc mạng 5G, đánh giá hiện trạng mạng di động tại VNPT Hải Dương, khảo sát các mô hình triển khai 5G trên thế giới và đề xuất lộ trình phù hợp cho giai đoạn 2021-2025.

Việc triển khai thành công mạng 5G tại VNPT Hải Dương không chỉ nâng cao năng lực mạng lưới mà còn góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế số địa phương, hỗ trợ các ứng dụng công nghiệp, y tế, giao thông thông minh và Internet vạn vật (IoT). Các chỉ số chất lượng dịch vụ (QoS) và chất lượng trải nghiệm (QoE) được kỳ vọng cải thiện rõ rệt, tạo nền tảng cho các dịch vụ số mới 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 sau:

  • Kiến trúc mạng di động 5G theo chuẩn 3GPP: Bao gồm các tùy chọn triển khai mạng 5G độc lập (SA) và không độc lập (NSA), với các biến thể kiến trúc lõi mạng 5GC và EPC, cùng các mô hình kết nối kép (Dual Connectivity) giữa LTE và NR (New Radio).

  • Mô hình kiến trúc dựa trên dịch vụ (SBA) của lõi 5G (5GC): Tập trung vào các chức năng mạng NF (Network Functions) như AMF, SMF, UPF, NRF, PCF, cho phép mạng linh hoạt, mở rộng và dễ dàng tích hợp các dịch vụ mới.

  • Các công nghệ mạng mới trong 5G: Mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN), ảo hóa chức năng mạng (NFV), cắt lát mạng (Network Slicing), MIMO cỡ lớn, hệ thống vô tuyến nhận thức và điện toán biên đa truy cập (MEC).

  • Các chỉ số chất lượng dịch vụ (QoS) và chất lượng trải nghiệm (QoE): Được sử dụng để đánh giá hiệu suất mạng hiện tại và dự báo yêu cầu cho mạng 5G.

Các khái niệm chính bao gồm: kiến trúc mạng 5G (SA, NSA), mạng lõi 5GC, mạng lõi EPC, SDN, NFV, cắt lát mạng, MIMO cỡ lớn, MEC, QoS, QoE.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ hệ thống mạng di động VNPT Hải Dương, bao gồm hơn 1.000 trạm phát sóng 2G/3G/4G, dữ liệu truyền tải backhaul, các chỉ số QoS và QoE từ năm 2021. Tham khảo các tài liệu chuẩn quốc tế 3GPP, báo cáo kỹ thuật và các nghiên cứu triển khai 5G trên thế giới.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp phân tích định tính và định lượng. Phân tích cấu trúc mạng hiện tại, đánh giá hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến, so sánh các mô hình triển khai 5G, xây dựng lộ trình chuyển đổi dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế. Mô phỏng các kịch bản triển khai mạng 5G và đánh giá tác động đến chất lượng dịch vụ.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu mạng thu thập từ toàn bộ hệ thống VNPT Hải Dương với 410 trạm 4G, 410 trạm 3G và 282 trạm 2G, đảm bảo tính đại diện cho toàn tỉnh. Các số liệu QoS được thu thập theo tháng trong năm 2021.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2019-2021, bao gồm khảo sát hiện trạng, phân tích công nghệ, xây dựng giải pháp và lộ trình triển khai 5G cho giai đoạn 2021-2025.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng mạng di động VNPT Hải Dương: Mạng đang vận hành đồng thời 2G, 3G và 4G với tổng cộng 1.082 trạm phát sóng (390 trạm 4G, 410 trạm 3G, 282 trạm 2G). Phân bố trạm theo huyện cho thấy Thành phố Hải Dương có số lượng trạm lớn nhất với 70 trạm 4G, 70 trạm 3G và 41 trạm 2G. Hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến 4G đạt khoảng 70-80% trong năm 2021, trong khi 3G dao động từ 60-75%.

  2. Chất lượng dịch vụ hiện tại: Tỷ lệ khả năng truy cập dịch vụ 4G đạt trên 95%, tỷ lệ duy trì dịch vụ trên 98%, tốc độ download trung bình khoảng 20-30 Mbps, độ trễ trung bình dưới 50 ms. Mạng 3G có các chỉ số thấp hơn, với khả năng truy cập khoảng 90% và tốc độ download dưới 10 Mbps.

  3. Lựa chọn kiến trúc triển khai 5G: Phân tích các tùy chọn SA và NSA cho thấy mô hình NSA tùy chọn 3 (kết hợp EPC và LTE eNB làm node chính, NR en-gNB làm node phụ) là phù hợp với VNPT Hải Dương trong giai đoạn đầu do tận dụng được hạ tầng LTE hiện có, giảm chi phí đầu tư ban đầu. Lộ trình chuyển đổi dần sang SA tùy chọn 2 (5GC và truy cập NR độc lập) được đề xuất cho giai đoạn sau 2024 nhằm khai thác đầy đủ các tính năng 5G.

  4. Giải pháp hạ tầng truyền tải: Mạng truyền tải backhaul hiện tại với dung lượng 20 Gb/s trên các kết nối MAN-E và VN2 đủ đáp ứng nhu cầu ban đầu của 5G. Tuy nhiên, cần nâng cấp các kết nối uplink từ trạm eNodeB lên UPE từ 1,25 Gb/s lên tối thiểu 10 Gb/s để đảm bảo băng thông cho 5G.

Thảo luận kết quả

Việc duy trì song song các công nghệ 2G, 3G và 4G tại VNPT Hải Dương tạo thuận lợi cho quá trình chuyển đổi nhưng cũng đặt ra thách thức về quản lý tài nguyên và chi phí vận hành. Hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến 4G cao cho thấy mạng đã gần đạt giới hạn công suất, cần thiết phải triển khai 5G để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng dữ liệu.

Lựa chọn mô hình NSA cho phép tận dụng hạ tầng LTE hiện có, giảm thiểu rủi ro và chi phí đầu tư ban đầu, đồng thời cung cấp dịch vụ 5G cho khách hàng sớm hơn. Tuy nhiên, mô hình này hạn chế khả năng hỗ trợ các dịch vụ URLLC và cắt lát mạng, do đó lộ trình chuyển đổi sang SA là cần thiết để khai thác tối đa tiềm năng 5G.

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 nâng cấp hạ tầng truyền tải và quản lý mạng lõi dựa trên kiến trúc SBA, đồng thời áp dụng công nghệ SDN và NFV để tăng tính linh hoạt và hiệu quả vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố trạm theo huyện, biểu đồ hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến theo tháng, bảng so sánh các tùy chọn kiến trúc 5G và sơ đồ mạng truyền tải backhaul hiện tại và đề xuất nâng cấp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai mạng 5G theo mô hình NSA tùy chọn 3 trong giai đoạn 2022-2024: Tận dụng hạ tầng LTE hiện có, giảm chi phí đầu tư ban đầu, đảm bảo cung cấp dịch vụ 5G sớm cho khách hàng. Chủ thể thực hiện: VNPT Hải Dương phối hợp với VNPT Net.

  2. Nâng cấp hạ tầng truyền tải backhaul từ 1,25 Gb/s lên tối thiểu 10 Gb/s tại các trạm eNodeB trong giai đoạn 2022-2023: Đảm bảo băng thông đủ cho lưu lượng 5G tăng cao, giảm thiểu nghẽn cổ chai. Chủ thể thực hiện: VNPT Net.

  3. Chuyển đổi mạng lõi từ EPC sang 5GC theo kiến trúc SBA trong giai đoạn 2024-2025: Hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ 5G mới như URLLC, cắt lát mạng, tăng tính linh hoạt và mở rộng mạng. Chủ thể thực hiện: Tập đoàn VNPT và VNPT Hải Dương.

  4. Áp dụng công nghệ SDN và NFV để ảo hóa chức năng mạng và quản lý mạng linh hoạt trong giai đoạn 2023-2025: Giảm chi phí vận hành OPEX, tăng khả năng tự động hóa và tối ưu hóa mạng. Chủ thể thực hiện: VNPT Hải Dương phối hợp với các nhà cung cấp thiết bị.

  5. Đào tạo nhân lực và nâng cao năng lực quản lý mạng 5G cho đội ngũ kỹ thuật trong giai đoạn 2022-2024: Đảm bảo vận hành và bảo trì mạng 5G hiệu quả, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao. Chủ thể thực hiện: VNPT Hải Dương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư mạng viễn thông tại VNPT và các nhà mạng khác: Hướng dẫn xây dựng lộ trình chuyển đổi mạng 4G sang 5G phù hợp với thực trạng hạ tầng và điều kiện địa phương.

  2. Các chuyên gia nghiên cứu và phát triển công nghệ viễn thông: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về kiến trúc mạng 5G, các công nghệ mới như SDN, NFV, cắt lát mạng, MIMO cỡ lớn.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý viễn thông: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật và lộ trình triển khai 5G nhằm hỗ trợ phát triển kinh tế số và chuyển đổi số quốc gia.

  4. Các doanh nghiệp và tổ chức ứng dụng công nghệ 5G: Hiểu rõ về khả năng và giới hạn của mạng 5G tại địa phương, từ đó xây dựng kế hoạch ứng dụng phù hợp trong các lĩnh vực như y tế, giao thông thông minh, IoT.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao VNPT Hải Dương nên chọn mô hình NSA để triển khai 5G ban đầu?
    Mô hình NSA tận dụng hạ tầng LTE hiện có, giảm chi phí đầu tư và thời gian triển khai, đồng thời cung cấp dịch vụ 5G sớm cho khách hàng. Ví dụ, nhiều nhà mạng trên thế giới cũng áp dụng NSA để nhanh chóng đưa 5G vào vận hành.

  2. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng dịch vụ khi chuyển đổi từ 4G sang 5G?
    Cần nâng cấp hạ tầng truyền tải, áp dụng các công nghệ quản lý mạng tiên tiến như SDN, NFV và cắt lát mạng để đảm bảo băng thông, độ trễ và độ tin cậy. VNPT Hải Dương đã có kế hoạch nâng cấp mạng truyền tải backhaul và lõi mạng để đáp ứng yêu cầu này.

  3. Các công nghệ mới nào được áp dụng trong mạng 5G?
    Bao gồm mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN), ảo hóa chức năng mạng (NFV), cắt lát mạng (Network Slicing), MIMO cỡ lớn, hệ thống vô tuyến nhận thức và điện toán biên đa truy cập (MEC). Những công nghệ này giúp mạng 5G linh hoạt, hiệu quả và đáp ứng đa dạng dịch vụ.

  4. Lộ trình chuyển đổi mạng lõi từ EPC sang 5GC có những bước nào?
    Bắt đầu bằng triển khai mạng 5G không độc lập (NSA) sử dụng EPC, sau đó nâng cấp dần sang mạng lõi 5GC theo kiến trúc dựa trên dịch vụ (SBA) để hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ 5G mới. Quá trình này dự kiến hoàn thành trong giai đoạn 2024-2025.

  5. Làm thế nào để tối ưu chi phí đầu tư và vận hành khi triển khai 5G?
    Tận dụng hạ tầng hiện có, áp dụng công nghệ ảo hóa và tự động hóa mạng, xây dựng lộ trình chuyển đổi từng bước, đồng thời đào tạo nhân lực kỹ thuật chuyên sâu. VNPT Hải Dương đã đề xuất các giải pháp này nhằm giảm thiểu CAPEX và OPEX.

Kết luận

  • Mạng di động 5G tại VNPT Hải Dương cần được triển khai theo lộ trình phù hợp, bắt đầu với mô hình NSA để tận dụng hạ tầng LTE hiện có, giảm chi phí và rút ngắn thời gian triển khai.
  • Nâng cấp hạ tầng truyền tải backhaul và chuyển đổi mạng lõi sang 5GC là các bước quan trọng để khai thác tối đa tiềm năng 5G.
  • Áp dụng các công nghệ SDN, NFV và cắt lát mạng giúp mạng 5G linh hoạt, hiệu quả và đáp ứng đa dạng dịch vụ trong tương lai.
  • Đào tạo nhân lực và nâng cao năng lực quản lý mạng là yếu tố then chốt đảm bảo vận hành mạng 5G ổn định và bền vững.
  • Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc triển khai mạng 5G tại VNPT Hải Dương, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế số và chuyển đổi số địa phương.

Để tiếp tục phát triển, cần triển khai các bước nâng cấp hạ tầng theo lộ trình đề xuất, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng 5G trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế và giao thông thông minh. Các nhà quản lý và kỹ sư mạng được khuyến khích áp dụng các giải pháp trong luận văn để tối ưu hóa hiệu quả đầu tư và vận hành mạng 5G.