CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Hệ thống mạng tự tổ chức SON 1. Định nghĩa Hệ thống mạng tự tổ chức được định nghĩa là một công nghệ tự động hóa được thiết kế để giúp cho việc lập kế hoạch, cấu hình, quản lý, tối ưu hóa và bảo trì các mạng truy cập vô tuyến đơn giản và nhanh hơn. Với mục đích làm rõ nhu cầu áp dụng SONs cho mạng 5G trong tương lai, thuật ngữ mức độ tự do (DoF) được giới thiệu.
DoF của hệ thống được định nghĩa là số lượng thông số có thể tinh chỉnh trong bất kỳ mạng không dây nào. Tuy nhiên một số DoF có tỷ lệ phụ thuộc lẫn nhau cao. Việc triển khai các công nghệ truy cập vô tuyến mới (RAT) số lượng DoF tăng theo cấp số nhân như sau (thang đo logarit) [6] Hệ thống DoF mới gấp 20-30 lần hệ thống DoF cũ Mật độ hệ thống mới gấp 4 lần mật độ hệ thống cũ DoFmới/km2 gấp 100 lần DoFcũ/km2 (gấp 2 đơn vị độ lớn) Một số ví dụ cơ bản của DoF là: công suất phát, tần số sóng mang, thời gian trễ cho đến khi bàn giao được thực hiện,… Tuy nhiên, không chỉ sự gia tăng của DoF có thể được tối ưu hóa trong một RAT duy nhất, mà còn trong tất cả các công nghệ có sẵn đang hoạt động cùng một lúc (ví dụ: GSM / UMTS / LTE / LTE-A). Tại thời điểm này, khái niệm về các mạng không đồng nhất (HetNets) phát sinh.
HetNets được định nghĩa là một mạng không dây chứa rất nhiều RAT, định dạng ô và nhiều khía cạnh khác, nhằm kết hợp chúng để vận hành một cách liền mạch minh họa hình 1. Do đó, DoF tăng đáng kể với các HetNets đang phát triển và do đó, xác suất mọi thứ trở nên sai (ví dụ như sự cố ngừng hoạt động, lỗi chuyển giao).1: Minh Họa mạng HetNets [6] SONs nhằm giảm thiểu hiệu quả của DoF trong HetNets và cải thiện khả năng mở rộng của toàn bộ hệ thống, bằng cách giảm chi phí vòng đời (O / CAPEX) và tối ưu hóa hiệu suất mạng vô tuyến trong quá trình hoạt động.2 minh họa tác động của việc sử dụng các chức năng của SON trong các giai đoạn khác nhau của quy trình làm việc của nhà khai thác mạng không dây điển hình.2: Tác động của các chức năng SON đến quy trình vận hành không dây điển hình [6] Có ba yếu tố quan trọng của SONs là: Các yếu tố tự trị: Vì số lượng trạm gốc (ví dụ: NodeBs hoặc femtocell phát triển tại nhà) sẽ ít nhất gấp bốn lần khi thực hiện 5G, cần phải cấu hình và quản lý chúng với 8 sự tương tác ít nhất có thể của con người, nhờ đó giảm chi phí chi tiêu và vốn, từ quan điểm của các nhà khai thác mạng. Các yếu tố của trí thông minh/nhận thức: Một hệ thống được coi là thông minh, nếu nó có thể hoạt động trong điều kiện khác với thiết kế ban đầu [6]. Một hệ thống bình thường không phù hợp với các mạng 5G sắp tới vì hệ thống không thông minh.
Do đó, SONs được yêu cầu phải thích ứng, học hỏi và xây dựng trí thông minh trên các quan sát đã tồn tại. Các yếu tố của sự tối ưu: SON phải được tối ưu dù DoF lớn. Ví dụ, SON có thể có một công nghệ vật lý RF vượt trội nhưng hoạt động kém hiệu quả do quản lý tài nguyên kém, do đó hiệu suất trở nên không tối ưu. Cấu trúc Cấu trúc của SON được thể hiện trong hình 1.3 và được mô tả ngắn gọn như sau: (1) Địa phương hóa: Vận hành SON tự động dựa trên thông tin thuần túy của nút vật lý thu và phát các tín hiệu eNodeB1 và các thiết bị người dùng (UEs) được liên kết với (H) eNB.
Một ví dụ về tính năng SON chạy qua một cấu trúc cục bộ là: một UE gửi yêu cầu tới eNB thông qua các chỉ số chất lượng liên kết rằng nó có một cường độ rất yếu. ENB liên quan sẽ đưa ra quyết định địa phương về việc hạ cấp chỉ số điều chế, có nghĩa là không cần thiết phải liên kết đến một thiết bị trung tâm được đặt cách xa hàng trăm cây số. Vận hành SON tự động dựa trên thông tin được trao đổi với thành phần mạng ở rìa mạng. Một ví dụ cụ thể để làm rõ cho việc sử dụng cấu trúc phân tán sẽ là tính năng SON của cân bằng tải: nếu một eNB phân tán được tải rất nhiều, nó có thể gửi eNB lân cận yêu cầu tình trạng về tải lưu lượng.
Nếu yêu cầu thuận lợi, eNB lân cận có thể bàn giao một số người dùng cho các ô được yêu cầu. Quyết định vận hành dựa trên thông tin hệ thống khá hoàn chỉnh. Chức năng thường tập trung gần hơn với các nút mạng bậc cao. Một thuật toán SON tối ưu được yêu cầu để quản lý một lượng lớn thông tin được thu thập và trích xuất các kết luận có ý nghĩa về trạng thái của mạng.
9 (4) Hỗn hợp: là sự kết hợp của các các cấu trúc trên trong việc vận hành SON. Nó thường là cách tiếp cận phù hợp nhất cho nhiều ứng dụng, vì nó xử lý tốt các ưu điểm của sự trao đổi giữa các cấu trúc nói trên.3: Bốn cấp độ thực hiện SON [6] Mỗi cách tiếp cận cấu trúc đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.4 tóm tắt các đặc điểm chính của các mức độ vận hành SON ở trên và so sánh giữa chúng. Các tính năng của SON theo hướng các kiến trúc cục bộ nhanh hơn rất nhiều về mặt thực thi, vì không cần phải cung cấp thông tin cho các thiết bị trung tâm. Hơn nữa, cả hai cách tiếp cận phân tán và địa phương hóa ít bị ảnh hưởng đến điểm thất bại duy nhất.
Mặt khác, chuyển sang các cấu trúc tập trung, các nhà khai thác mạng di động (MNO) có thể thu thập một lượng thông tin khổng lồ về trạng thái mạng của họ, đồng nghĩa với việc họ có thể đưa ra quyết định tốt hơn.4: Trao đổi giữa các kiến trúc SON được đề xuất [6] 10 1. Các chức năng tự làm việc Các chức năng tự làm việc còn được gọi là các tính năng 3GPP SON, được trình bày ngắn gọn như sau: Mục đích chính của SONs là tích hợp liền mạch vào việc lập kế hoạch, cấu hình và tối ưu hóa mạng thành một quá trình tự động duy nhất, đòi hỏi sự can thiệp thủ công của con người là tối thiểu trong vòng đời của mạng. Do đó, việc giới thiệu các tính năng của SON như hình 1.5 sẽ cho phép các nhà khai thác di động giảm chi phí hoạt động khi giảm thiểu các lỗi của con người. Cụ thể hơn, có ba chức năng tự làm việc chính được đề xuất bởi 3GPP [20]: Tự cấu hình: Tự động hóa các quy trình liên quan đến các trạm gốc mới được triển khai, chẳng hạn như tự tải xuống các tham sô cấu hình là phần mềm và xác thực của chúng sẽ được nhận ra và đăng ký ngay lập tức, bên cạnh việc điều chỉnh các thông số của chúng các trạm lân cận sau đó cũng tự động điều chỉnh các thông số kỹ thuật của chúng (như công suất phát xạ, độ nghiêng của ăng-ten,.) để cung cấp vùng phủ sóng và công suất cần thiết đồng thời tránh nhiễu.
Hơn nữa, trước quy trình nói trên, bước tự lập kế hoạch (ví dụ như xác định vị trí trạm) thường được xem xét trong tính năng tự cấu hình. Khả năng của mạng để tiếp tục cải thiện hiệu suất của nó về mặt phủ sóng, công suất và chất lượng dịch vụ, bằng cách tối ưu hóa các cài đặt mạng khác nhau, có tính đến các đặc tính radio, động lực giao thông và nhu cầu của người dùng, trong số các khía cạnh khác. Nhiều trường hợp sử dụng tự tối ưu hóa được dự tính cho các mạng di động trong tương lai, như được đề xuất bởi 3GPP, chủ yếu tập trung vào các khía cạnh liên quan đến cân bằng tải, thích ứng điện, bảo trì vùng lân cận và quản lý di động hoặc các dự án được thảo luận trong SOCRATES / NGMN , trong đó tối ưu hóa QoS (ví dụ kiểm soát đầu vào, kiểm soát tắc nghẽn) là chủ đề nghiên cứu chính. Một trường hợp sử dụng minh họa là tự động tắt một phần trăm các trạm trong giờ đêm.
Trạm lân cận sau đó sẽ cấu hình lại các tham số của chúng để giữ cho toàn bộ khu vực được bao phủ tín hiệu. Trong trường hợp nhu cầu 11 kết nối tăng đột ngột vì bất cứ lý do gì, các trạm ‘đang ngủ’ thức dậy gần như ngay lập tức, tiết kiệm năng lượng cho các nhà vận hành mạng. Tự phục hồi. Thiết lập các quy trình được thiết kế để cho phép bảo trì liên tục và cho phép mạng tự khôi phục.
Trong thực tế, tự động tái cấu hình được coi là một tính năng quan trọng của tự chữa lỗi trong HetNets. Bằng cách nghiên cứu hành vi của người dùng và quan sát những thay đổi của điều kiện mạng, HetNets sẽ yêu cầu tự cấu hình lại trong thời gian thực mà không cần chấm dứt dịch vụ di động. Khi một số nút trong mạng không hoạt động, các cơ chế tự phục hồi nhằm giảm tác động từ sự cố, ví dụ bằng cách điều chỉnh các tham số và thuật toán trong các ô liên kề để các nút khác có thể hỗ trợ người dùng thay cho nút hỏng.5: Các chức năng tự làm việc cho HetNets 1. Đặc điểm Tự tổ chức là một cơ chế tiên tiến cho phép tự động hóa các hoạt động trong mạng nhằm mục đích: Giảm chi phí tổ chức và điều hành mạng.
Tăng tốc quá trình hoạt động. Bảo vệ mạng lưới hoạt động bằng cách giảm các lỗi can thiệp của con người trong quá trình xử lý. SON có thể cải thiện hiệu suất mạng và chất lượng dịch vụ cho người dùng. SON được chuẩn hóa bởi 3GPP.
Mục tiêu quan trọng của tiêu chuẩn 3GPP là khả 12 năng hỗ trợ các tính năng SON trong môi trường mạng của nhiều nhà vận hành mạng. Vì vậy, một phần quan trọng trong việc chuẩn hóa SON đã được dành cho việc xác định các giao thức thích hợp để cho phép trao đổi thông tin thông thường, có thể được sử dụng bởi mỗi thuật toán SON. Các thông số kỹ thuật SON được xây dựng trên cấu trúc quản trị mạng 3GPP có sẵn. Các giao diện quản lý đang được xác định một cách tổng quát thay vào đó là sự đổi mới về việc triển khai nhà vận hành khác nhau.