Luận văn thạc sĩ về KPI mạng 4G và đánh giá chất lượng mạng 4G tại Mobifone

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu bộ chỉ tiêu kpi mạng 4g và ứng dụng trong đánh giá chất lượng mạng 4g tại mobifone, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Quách Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiến Ban
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu KPI Mạng 4G Và Ứng Dụng Đánh Giá Chất Lượng Tại Mobifone
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2018 - 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG 4G LTE
• 1.1. Tổng quan hệ thống mạng 4G LTE
• 1.2. Kiến trúc hệ thống
• 1.3. So sánh mạng 4G-LTE với các thế hệ khác
• 1.4. Tình hình triển khai, cung cấp dịch vụ 4G - LTE trên thế giới và tại VN
• 1.4.1. Tình hình triển khai của VNPT
• 1.4.2. Tình hình triển khai của Viettel
• 1.4.3. Tình hình triển khai của MobiFone
• 1.5. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN THẾ GIỚI VỀ CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG MẠNG 4G (3GPP)
• 2.1. Tiêu chuẩn 3GPP về KPI mạng EUTRAN
• 2.1.1. KPI nhóm Accessibility (Truy cập)
• 2.1.2. KPI nhóm Mobility (Di động)
• 2.1.3. KPI nhóm Avalability (Khả dụng)
• 2.1.4. KPI nhóm Integrity (Toàn vẹn)
• 2.2. KPI nhóm Retainbility (Duy trì)
• 2.3. Tiêu chuẩn 3GPP về KPI mạng EPC
• 2.3.1. KPI nhóm Accessibility (Truy cập)
• 2.3.2. KPI nhóm Mobility (Di động)
• 2.4. Bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G đề xuất tại MobiFone
• 2.4.1. Giải pháp xây dựng
• 2.4.2. Chỉ tiêu KPI
• 2.5. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG MẠNG 4G
• 3.1. Các nguồn dữ liệu phục vụ tính toán KPI mạng 4G
• 3.2. Phương pháp thu thập, tổng hợp số liệu
• 3.3. Thiết lập kết nối tới các OMC
• 3.4. Xây dựng hệ thống ETL. Xây dựng hệ thống Data Warehouse
• 3.5. Xây dựng hệ thống xử lý dữ liệu (OLAP)
• 3.6. Xây dựng hệ thống Báo cáo, Giao diện
• 3.7. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KPI ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG 4G MOBIFONE
• 4.1. Hiện trạng về tình hình kiểm soát chất lượng dịch vụ 4G tại Mobifone
• 4.2. Các kịch bản đánh giá chất lượng dịch vụ 4G
• 4.3. Các báo cáo đánh giá chất lượng dịch vụ
• 4.4. Số liệu KPI thực tế tại Mobifone
• 4.5. Đánh giá chất lượng mạng 4G Mobifone
• 4.6. Kết luận chương
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về KPI mạng 4G

Bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G là một phần quan trọng trong việc đánh giá chất lượng dịch vụ viễn thông. KPI mạng 4G không chỉ giúp nhà mạng như Mobifone theo dõi hiệu suất mà còn đảm bảo rằng dịch vụ cung cấp cho khách hàng đạt tiêu chuẩn cao nhất. Các chỉ tiêu này bao gồm nhiều khía cạnh như khả năng truy cập, di động, khả dụng và toàn vẹn. Việc phân tích các chỉ tiêu này cho phép nhà mạng phát hiện kịp thời các vấn đề và cải thiện chất lượng dịch vụ. Theo tiêu chuẩn 3GPP, các chỉ tiêu KPI được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau, mỗi nhóm có những tiêu chí cụ thể để đánh giá. Việc áp dụng các tiêu chuẩn này giúp Mobifone tối ưu hóa mạng lưới và nâng cao trải nghiệm của người dùng.

1.1. Các chỉ tiêu KPI chính

Các chỉ tiêu KPI chính trong mạng 4G bao gồm Accessibility, Mobility, Availability, Integrity và Retainability. Mỗi chỉ tiêu này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng người dùng có thể truy cập dịch vụ một cách liên tục và ổn định. Đánh giá chất lượng mạng dựa trên các chỉ tiêu này giúp nhà mạng nhận diện các vấn đề tiềm ẩn và có biện pháp khắc phục kịp thời. Ví dụ, chỉ tiêu Accessibility đo lường khả năng người dùng kết nối với mạng, trong khi chỉ tiêu Retainability đánh giá khả năng duy trì kết nối trong suốt quá trình sử dụng. Việc theo dõi và phân tích các chỉ tiêu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ mà còn tạo ra sự tin tưởng từ phía khách hàng.

II. Phân tích dữ liệu KPI tại Mobifone

Phân tích dữ liệu KPI là một bước quan trọng trong việc đánh giá chất lượng dịch vụ tại Mobifone. Việc thu thập và xử lý dữ liệu KPI cho phép nhà mạng có cái nhìn tổng quan về hiệu suất của mạng 4G. Các công cụ phân tích dữ liệu như ETL (Extract, Transform, Load) và OLAP (Online Analytical Processing) được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu. Điều này giúp nhà mạng phát hiện các xu hướng và vấn đề trong thời gian thực. Việc sử dụng các công nghệ hiện đại trong phân tích dữ liệu không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mạng mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành. Đánh giá hiệu suất mạng thông qua dữ liệu KPI cũng giúp nhà mạng đưa ra các quyết định chiến lược nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ.

2.1. Các phương pháp thu thập dữ liệu

Các phương pháp thu thập dữ liệu KPI tại Mobifone bao gồm việc kết nối tới các OMC (Operations and Maintenance Center) và xây dựng hệ thống Data Warehouse. Hệ thống này cho phép lưu trữ và truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả. Việc thiết lập kết nối tới các OMC giúp nhà mạng thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, từ đó có thể phân tích và đánh giá chất lượng dịch vụ một cách chính xác. Hệ thống ETL được sử dụng để chuyển đổi và làm sạch dữ liệu trước khi đưa vào Data Warehouse. Điều này đảm bảo rằng dữ liệu được sử dụng cho phân tích là chính xác và đáng tin cậy.

III. Ứng dụng KPI trong đánh giá chất lượng dịch vụ

Việc ứng dụng KPI trong đánh giá chất lượng dịch vụ tại Mobifone là một bước đi quan trọng nhằm nâng cao trải nghiệm của người dùng. Các báo cáo đánh giá chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa trên dữ liệu KPI thực tế, cho phép nhà mạng có cái nhìn rõ ràng về hiệu suất của mạng 4G. Các kịch bản đánh giá chất lượng dịch vụ được thiết lập để kiểm tra và xác định các vấn đề trong quá trình sử dụng. Việc này không chỉ giúp phát hiện lỗi mà còn giúp nhà mạng có biện pháp khắc phục kịp thời, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ. Đánh giá hiệu suất mạng thông qua KPI cũng giúp nhà mạng tối ưu hóa các nguồn lực và cải thiện quy trình vận hành.

3.1. Kết quả đánh giá chất lượng dịch vụ

Kết quả đánh giá chất lượng dịch vụ tại Mobifone cho thấy rằng việc áp dụng KPI đã mang lại nhiều lợi ích. Các số liệu KPI thực tế cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng dịch vụ, từ khả năng truy cập đến tốc độ truyền tải dữ liệu. Việc theo dõi và phân tích các chỉ tiêu KPI giúp nhà mạng nhận diện các vấn đề và có biện pháp khắc phục kịp thời. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng dịch vụ mà còn tạo ra sự tin tưởng từ phía khách hàng. Các báo cáo đánh giá chất lượng dịch vụ cũng cung cấp thông tin quý giá cho việc lập kế hoạch và phát triển mạng lưới trong tương lai.

IV. Tương lai của mạng 5G và ứng dụng KPI

Tương lai của mạng 5G đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành viễn thông. Việc nghiên cứu và phát triển các chỉ tiêu KPI cho mạng 5G sẽ là một thách thức lớn nhưng cũng đầy tiềm năng. Mobifone cần chuẩn bị cho sự chuyển mình này bằng cách áp dụng các công nghệ mới và cải tiến quy trình đánh giá chất lượng dịch vụ. Việc áp dụng KPI cho mạng 5G sẽ giúp nhà mạng theo dõi hiệu suất và chất lượng dịch vụ một cách hiệu quả hơn. Điều này không chỉ giúp nâng cao trải nghiệm của người dùng mà còn tạo ra lợi thế cạnh tranh trong thị trường viễn thông ngày càng khốc liệt.

4.1. Các thách thức và cơ hội

Các thách thức trong việc áp dụng KPI cho mạng 5G bao gồm việc phát triển các chỉ tiêu mới phù hợp với công nghệ và nhu cầu của người dùng. Tuy nhiên, đây cũng là cơ hội để Mobifone nâng cao chất lượng dịch vụ và mở rộng thị trường. Việc nghiên cứu và phát triển các chỉ tiêu KPI cho mạng 5G sẽ giúp nhà mạng đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu của khách hàng và cải thiện hiệu suất mạng. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng dịch vụ mà còn tạo ra sự tin tưởng từ phía khách hàng, từ đó thúc đẩy sự phát triển bền vững cho nhà mạng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ viễn thông phát triển nhanh chóng, mạng 4G LTE đã trở thành nền tảng quan trọng cho các dịch vụ di động tốc độ cao trên toàn cầu. Tính đến năm 2017, số lượng mạng 4G LTE thương mại trên thế giới đã tăng trưởng mạnh mẽ, với hàng tỷ thuê bao dự kiến đạt khoảng 4,3 tỷ vào năm 2021. Tại Việt Nam, các nhà mạng lớn như VNPT, Viettel và MobiFone đã triển khai dịch vụ 4G với tốc độ phủ sóng và số lượng trạm phát sóng tăng nhanh, trong đó MobiFone đã mở rộng vùng phủ sóng tại nhiều tỉnh thành và tập trung phát triển tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP.HCM, Hải Phòng, Cần Thơ và Đà Nẵng.

Việc giám sát và đánh giá chất lượng mạng 4G là nhiệm vụ thiết yếu nhằm đảm bảo dịch vụ cung cấp cho khách hàng đạt hiệu quả cao nhất. Luận văn tập trung nghiên cứu bộ chỉ tiêu KPI (Key Performance Indicator) mạng 4G theo tiêu chuẩn quốc tế 3GPP và ứng dụng thực tiễn trong đánh giá chất lượng mạng 4G tại MobiFone. Mục tiêu cụ thể là xây dựng bộ chỉ tiêu KPI phù hợp, phát triển phương pháp thu thập và tính toán KPI, từ đó đánh giá chính xác chất lượng dịch vụ mạng 4G của MobiFone trong giai đoạn 2018-2019.

Nghiên cứu có phạm vi tập trung vào mạng 4G LTE tại MobiFone trên địa bàn Việt Nam, với dữ liệu thu thập từ hệ thống mạng và các báo cáo thực tế trong năm 2018. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ đánh giá chất lượng mạng hiệu quả, giúp nhà mạng chủ động phát hiện lỗi, tối ưu hóa vận hành và nâng cao trải nghiệm người dùng, góp phần thúc đẩy phát triển bền vững dịch vụ viễn thông di động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình tiêu chuẩn quốc tế về mạng 4G LTE và KPI theo 3GPP, bao gồm:

• Kiến trúc mạng 4G LTE: Gồm hai thành phần chính là mạng truy nhập vô tuyến (E-UTRAN) và mạng lõi chuyển mạch gói tiến hóa (EPC). E-UTRAN bao gồm các eNodeB chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến và kết nối với thiết bị người dùng (UE). EPC đảm nhiệm quản lý di động, tính cước, chính sách QoS và kết nối mạng ngoài.

• Bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G theo 3GPP: Bao gồm các nhóm KPI chính như Accessibility (truy cập), Mobility (di động), Availability (khả dụng), Integrity (toàn vẹn), Retainability (duy trì). Mỗi nhóm KPI được định nghĩa rõ ràng với công thức tính và các điểm trigger theo tiêu chuẩn 3GPP TS 32.

• Khái niệm chính: Các chỉ tiêu KPI như tỷ lệ thành công thiết lập kết nối RRC, tỷ lệ khởi tạo E-RAB thành công, tỷ lệ rớt E-RAB, tỷ lệ chuyển giao thành công qua các giao diện X2, S1, tỷ lệ EPS attach thành công, tỷ lệ chuyển giao 4G-3G thành công, v.v.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp định lượng dựa trên dữ liệu thực tế thu thập từ hệ thống mạng 4G của MobiFone trong năm 2018. Cỡ mẫu bao gồm toàn bộ số liệu KPI từ các trạm phát sóng và thiết bị mạng trong hệ thống MobiFone, với dữ liệu được lấy từ các nguồn như OMC (Operation and Maintenance Center), hệ thống ETL (Extract, Transform, Load), Data Warehouse và OLAP để xử lý và phân tích.

Phương pháp chọn mẫu là lấy toàn bộ dữ liệu KPI trong khoảng thời gian nghiên cứu nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng các công cụ xử lý dữ liệu lớn, lập báo cáo tổng hợp và biểu đồ trực quan để đánh giá các chỉ tiêu KPI theo từng nhóm.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2018 đến 2019, bao gồm các giai đoạn: thu thập dữ liệu, xây dựng bộ chỉ tiêu KPI, phát triển hệ thống tính toán KPI, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng mạng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ thiết lập kết nối RRC thành công (RRC_SSR%) tại MobiFone đạt khoảng 98%, cho thấy khả năng truy cập mạng vô tuyến ổn định, đáp ứng tốt nhu cầu kết nối của người dùng.

2. Tỷ lệ khởi tạo E-RAB thành công (INIT_ERAB_SR%) đạt trên 95%, phản ánh hiệu quả trong việc thiết lập các kênh truyền dữ liệu giữa thiết bị và mạng, đảm bảo chất lượng dịch vụ dữ liệu.

3. Tỷ lệ rớt E-RAB (ERAB_DR%) duy trì ở mức dưới 2%, cho thấy mạng 4G của MobiFone có độ duy trì kết nối cao, hạn chế tối đa các sự cố mất kết nối đột ngột.

4. Tỷ lệ chuyển giao thành công qua giao diện X2 (X2_HO_SR%) và S1 (S1_HO_SR%) lần lượt đạt 96% và 94%, chứng tỏ khả năng di động mượt mà khi người dùng di chuyển giữa các trạm phát sóng.

5. Tỷ lệ EPS attach thành công (EPS Attach_SR%) đạt trên 97%, đảm bảo người dùng có thể đăng nhập và truy cập mạng 4G một cách hiệu quả.

Các số liệu này được trình bày chi tiết qua các biểu đồ đường và bảng tổng hợp KPI trong báo cáo, giúp trực quan hóa hiệu suất mạng theo thời gian và khu vực.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực trên là do MobiFone đã áp dụng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn 3GPP trong xây dựng bộ chỉ tiêu KPI và hệ thống giám sát chất lượng mạng. Việc sử dụng các điểm trigger chuẩn và loại bỏ các lỗi khách quan giúp đánh giá chính xác hiệu suất mạng.

So với các nghiên cứu trong ngành, tỷ lệ thành công thiết lập kết nối và chuyển giao của MobiFone tương đương hoặc cao hơn mức trung bình của các nhà mạng trong khu vực, thể hiện sự đầu tư hiệu quả về hạ tầng và công nghệ.

Ý nghĩa của các kết quả này là MobiFone có thể chủ động phát hiện và xử lý các sự cố mạng, nâng cao trải nghiệm người dùng, đồng thời có cơ sở để tối ưu hóa vận hành và phát triển dịch vụ 4G trong tương lai.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường mở rộng vùng phủ sóng 4G tại các vùng nông thôn và vùng sâu, vùng xa nhằm nâng cao tỷ lệ truy cập và khả dụng mạng, dự kiến hoàn thành trong 2 năm tới, do bộ phận kỹ thuật và phát triển mạng MobiFone thực hiện.

2. Nâng cấp hệ thống giám sát KPI tự động theo thời gian thực để phát hiện sớm các sự cố và giảm tỷ lệ rớt kết nối E-RAB xuống dưới 1%, triển khai trong 12 tháng tới, phối hợp giữa phòng CNTT và vận hành mạng.

3. Tối ưu hóa quy trình chuyển giao giữa các trạm phát sóng nhằm nâng cao tỷ lệ chuyển giao thành công qua giao diện S1 và X2 lên trên 98%, thực hiện trong 18 tháng, do đội ngũ kỹ thuật mạng đảm nhiệm.

4. Đào tạo nâng cao năng lực nhân sự vận hành và phân tích dữ liệu KPI để đảm bảo việc sử dụng hiệu quả các công cụ giám sát và phân tích, tổ chức định kỳ hàng năm, do phòng nhân sự và đào tạo phối hợp thực hiện.

Các giải pháp này nhằm mục tiêu cải thiện các chỉ số KPI trọng yếu, nâng cao chất lượng dịch vụ và sự hài lòng của khách hàng trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt của thị trường viễn thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý mạng viễn thông: Sử dụng luận văn để xây dựng và điều chỉnh bộ chỉ tiêu KPI phù hợp với thực tế vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng mạng.

2. Kỹ sư và chuyên viên vận hành mạng 4G: Áp dụng phương pháp tính toán KPI và hệ thống giám sát để theo dõi, phân tích và xử lý sự cố mạng kịp thời.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật viễn thông: Tham khảo các tiêu chuẩn 3GPP và ứng dụng thực tiễn trong đánh giá chất lượng mạng 4G, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu và học tập chuyên sâu.

4. Các nhà cung cấp thiết bị và giải pháp viễn thông: Hiểu rõ các yêu cầu kỹ thuật và KPI để phát triển sản phẩm phù hợp với tiêu chuẩn và nhu cầu của nhà mạng.

Luận văn cung cấp kiến thức toàn diện và công cụ thực tiễn giúp các đối tượng này nâng cao năng lực chuyên môn và hiệu quả công việc trong lĩnh vực viễn thông.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G gồm những nhóm nào?
   Bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G theo 3GPP bao gồm các nhóm chính: Accessibility (truy cập), Mobility (di động), Availability (khả dụng), Integrity (toàn vẹn), Retainability (duy trì). Mỗi nhóm đánh giá các khía cạnh khác nhau của chất lượng mạng.

2. Tại sao việc đánh giá tỷ lệ rớt E-RAB quan trọng?
   Tỷ lệ rớt E-RAB phản ánh mức độ duy trì kết nối dữ liệu của người dùng. Tỷ lệ thấp cho thấy mạng ổn định, hạn chế mất kết nối đột ngột, từ đó nâng cao trải nghiệm dịch vụ.

3. Phương pháp thu thập dữ liệu KPI được thực hiện như thế nào?
   Dữ liệu KPI được thu thập từ các hệ thống OMC, ETL, Data Warehouse và OLAP, sử dụng các điểm trigger chuẩn theo 3GPP để đảm bảo tính chính xác và đầy đủ của số liệu.

4. Làm thế nào để nâng cao tỷ lệ chuyển giao thành công trong mạng 4G?
   Cần tối ưu hóa quy trình chuyển giao, nâng cấp hạ tầng mạng, và sử dụng hệ thống giám sát KPI để phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố chuyển giao.

5. Ứng dụng của bộ chỉ tiêu KPI trong quản lý mạng là gì?
   Bộ chỉ tiêu KPI giúp nhà mạng đánh giá hiệu quả hoạt động, phát hiện lỗi, tối ưu hóa vận hành và nâng cao chất lượng dịch vụ, từ đó tăng sự hài lòng của khách hàng và cạnh tranh trên thị trường.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công bộ chỉ tiêu KPI mạng 4G phù hợp với tiêu chuẩn 3GPP và thực tiễn mạng MobiFone.
• Phương pháp thu thập và tính toán KPI được phát triển dựa trên dữ liệu thực tế, đảm bảo độ chính xác và khả năng ứng dụng cao.
• Kết quả đánh giá cho thấy mạng 4G MobiFone có chất lượng truy cập, duy trì và chuyển giao tốt, đáp ứng nhu cầu người dùng.
• Đề xuất các giải pháp nâng cao vùng phủ sóng, tối ưu chuyển giao và cải tiến hệ thống giám sát nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ trong tương lai.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp đề xuất, mở rộng nghiên cứu sang mạng 5G và đào tạo nhân sự chuyên sâu.

Khuyến khích các nhà quản lý và kỹ sư viễn thông áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả vận hành mạng 4G, đồng thời tiếp tục phát triển các nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực viễn thông hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN MẠNG 4G LTE 1. Tổng quan hệ thống mạng 4G LTE 1. Tổng quan Năm 2004, khi quá trình triển khai công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA) đang phổ biến rộng rãi, 3GPP đã bắt đầu xây dựng các hệ thống thế hệ thứ tư (4G). Những ước tính vào thời điểm đó (cũng như những minh chứng trong các bước phát triển tiếp theo) cho thấy rằng tốc độ truyền dữ liệu cũng như hiệu suất sử dụng phổ của WCDMA không đáp ứng được nhu cầu cho các ứng dụng trong tương lai, bởi thế cần phát triển một hệ thống mới.

Với 3GPP, 4G là một bước đột phá táo bạo khi quyết định thay đổi hoàn toàn cả giao diện vô tuyến và mạng lõi. Tiêu chuẩn mới này có tên gọi 3GPP Long-Term Evolution, hay LTE. Quá trình hình thành LTE song hành cùng với những bước phát triển tiếp theo của WCDMA. Trong những năm 2007/2008, LTE đã chiếm vai trò trung tâm trong các cuộc thảo luận của 3GPP.

Những thông số cơ bản của giao diện vô tuyến đã nhanh chóng nhận được sự đồng thuận, tuy nhiên chi tiết của việc thực hiện lại đòi hỏi những nỗ lực lớn để có thể thống nhất được. LTE đã nhận được sự ủng hộ lớn từ nhiều nhà sản xuất điện thoại và hạ tầng. Một số nguyên nhân chính là: - Sự cần thiết tăng tốc độ dữ liệu và hiệu suất sử dụng phổ, đặc biệt là ở những khu vực đô thị đông dân cư. - Với một số nhà vận hành, họ có thể nhảy cóc từ 2G lên 4G.

- Sự cạnh tranh từ WiMAX. - Khả năng được cấp thêm dải tần mới khi khai thác hệ thống mới. 3GPP LTE là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao. Ngoài ra đây còn là hệ thống tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA.

Luan van 2 Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy nhập OFDMA và SC-FDMA. Truy cập đường lên dựa vào đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang (SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ đường lên làm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) thấp hơn so với OFDMA. Hơn nữa, LTE hỗ trợ cả song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD) cũng như bán song công FDD.

Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng một thời điểm nên có thể giảm giá thành cho bộ song công trong UE. Bên cạnh đó, LTE sử dụng hai đến bốn lần hệ số phổ cell so với hệ thống HSPA Release 6 nên cải thiện được tốc độ dữ liệu đỉnh. Kiến trúc hệ thống Kiến trúc của hệ thống 4G LTE bao gồm hai khối chính là: mạng truy nhập vô tuyến (RAN) và mạng lõi chuyển mạch gói tiến hóa (EPC). Các phần tử cụ thể và giao diện giữa các phần tử này được thể hiện chi tiết trong Hình 1.

1: Kiến trúc hệ thống LTE Luan van 3 a) Thiết bị người dùng (UE) UE là thiết bị đầu cuối người dùng, thông thường là các thiết bị cầm tay như smartphone, giống như đang sử dụng trong các mạng 2G, 3G hoặc có thể tích hợp trong laptop,… UE có trang bị thẻ USIM để xác thực người dùng và tạo ra các mã an ninh để bảo vệ truyền dẫn trên giao diện vô tuyến. UE có chức năng là một nền tảng cho các ứng dụng thông tin như báo hiệu với mạng về thiết lập, duy trì và loại bỏ những kết nối mà người dùng cần đến. Trong đó, báo hiệu bao gồm cả các chức năng quản lý di động chẳng hạn như chuyển giao hay báo cáo vị trí của thiết bị và thực hiện các chức năng theo chỉ thị từ mạng. b) Mạng truy nhập vô tuyến (RAN) Hệ thống truy cập của LTE (E-UTRAN) là mạng lưới các eNodeB.

Không có bộ điều khiển trung tâm trong E-UTRAN nên kiến trúc E-UTRAN được gọi là kiến trúc phẳng. Các eNodeB được kết nối với nhau thông qua giao diện X2, kết nối với UE thông qua giao diện Uu và kết nối với EPC thông qua giao diện S1, cụ thể như trong Hình 1. 2: E-UTRAN với giao diện X2 giữa các eNodeB Luan van 4 Hình 1.3 mô tả kết nối giữa eNodeB và các thực thể khác, cùng với các chức năng cụ thể của eNodeB với những thực thể này. 3: Kết nối giữa eNodeB và các nút khác - eNodeB là loại nút duy nhất trong E-UTRAN.

Có thể nói eNodeB là trạm gốc điều khiển tất cả các chức năng vô tuyến trong phần cố định của hệ thống. Các eNodeB được rải khắp vùng bao phủ của hệ thống và được đặt gần các anten. - eNodeB đảm nhận vai trò cầu nối lớp 2 giữa UE và EPC, là điểm cuối tiếp nhận tất cả các giao thức vô tuyến tới UE, chuyển dữ liệu từ kết nối vô tuyến và các kết nối trên nền IP về EPC. eNodeB thực hiện mã hóa/ giải mã dữ liệu ở mặt phẳng người dùng, đồng thời cũng nén/giải nén tiêu đề IP.

- eNodeB cũng đảm nhiệm nhiều chức năng mặt phẳng điều khiển (CP) khác như quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), chẳng hạn điều khiển việc sử dụng tài nguyên trên giao diện vô tuyến, trong đó có việc cấp phát tài nguyên dựa theo yêu cầu, phân cấp ưu tiên cho các luồng thông tin tương ứng với các mức QoS và theo dõi tình hình sử dụng tài nguyên. - Ngoài ra, eNodeB còn điều khiển và phân tích các đo đạc mức tín hiệu vô tuyến do UE thực hiện. c) Mạng lõi chuyển mạch gói tiến hóa (EPC) Luan van 5 • Mạng lõi đảm bảo các chức năng: - Quản lý di động - Quản lý thuê bao và tính cước - Giám sát chất lượng dịch vụ, chính sách điều khiển dòng dữ liệu người dùng - Kết nối với các mạng ngoài • Mạng lõi bao gồm các thực thể: MME (thiết bị quản lý di động), SGW (cổng phục vụ), PDN-GW ( cổng mạng số liệu gói), PCRF (chức năng quy định cước và chính sách), HSS (máy chủ lưu thông tin trong thuê bao mạng nhà).4 thể hiện sự kết nối giữa các thực thể trong EPC. 4: EPC và các giao diện liên quan - Thiết bị quản lý di động (MME): là bộ phận điều khiển chính trong EPC, chỉ làm việc trong mặt phẳng điều khiển (CP) mà không liên quan đến dữ liệu trong mặt phẳng người dùng (UP).

MME có hai nhóm chức năng chính là: * Các chức năng liên quan đến quản lý kênh mang: thiết lập, duy trì và giải phóng các kênh mang. * Các chức năng liên quan đến quản lý kết nối và di động: thiết lập kết nối, an ninh giữa mạng, UE và di động. * Ngoài ra, MME cũng hỗ trợ các thủ tục an ninh, xử lý phiên giữa UE đến mạng, quản lý di động khi UE rỗi. Luan van 6 Hình 1.5 mô tả kết nối giữa MME và các thực thể khác, cùng với các chức năng cụ thể của MME với những thực thể này.

5: Kết nối giữa MME và các nút khác - Cổng phục vụ (S-GW): là điểm kết cuối của giao diện tới E-UTRAN. Mỗi UE được liên kết tới một S-GW duy nhất. S-GW đóng vai trò như một neo di động nội hạt cho các kênh mạng số liệu khi UE chuyển động giữa các eNodeB và thực hiện một số chức năng quan trọng trong mạng khách như thu nhập thông tin tính cước và chặn.6 mô tả kết nối giữa SGW và các thực thể khác, cùng với các chức năng cụ thể của SGW với những thực thể này. 6: Kết nối giữa S-GW và các nút khác Luan van 7 - Cổng mạng số liệu gói (PDN-GW): là cổng kết cuối của giao diện số liệu gói (SGi) tới mạng số liệu gói (PDN).

P-GW có vai trò là một điểm neo đến các mạng số liệu gói bên ngoài, hỗ trợ các tính năng thực thi chính sách, lọc và hỗ trợ tính cước.7 mô tả kết nối giữa PGW và các thực thể khác, cùng với các chức năng cụ thể của PGW với những thực thể này.7: Kết nối giữa P-GW và các nút khác - Chức năng quy định chính sách và tính cước (PCRF): là phần tử mạng chịu trách nhiệm cho việc điều khiển chính sách và ghi cước (PCC), đồng thời PCRF cũng quyết định các mức QoS tương ứng với hồ sơ người dùng và theo dõi để đảm bảo mức QoS này.8 mô tả kết nối giữa PCRF và các thực thể khác, cùng với các chức năng cụ thể của PCRF với những thực thể này. 8: Kết nối giữa PCRF và các nút khác Luan van 8 - Máy chủ lưu thông tin trong thuê bao mạng nhà (HSS): là một bộ lưu trữ số liệu thuê bao cho tất cả số liệu cố định của người sử dụng, chứa thông tin về các PDN mà UE có thể kết nối, lưu thông tin di động và liên kết với trung tâm nhận thực (AuC). - Miền dịch vụ (Services Domain): Miền dịch vụ có thể bao gồm nhiều hệ thống con và các do đó có thể chứa nhiều nút logic. Dưới đây là các loại dịch vụ có thể cung cấp và loại cơ sở hạ tầng cần để cung cấp các dịch vụ: * Các dịch vụ nhà mạng dựa trên IMS.

* Các dịch vụ nhà mạng không dựa trên IMS. * Những dịch vụ khác không được cung cấp bởi nhà mạng. So sánh mạng 4G-LTE với các thế hệ khác Các đặc tính giống và khác nhau giữa hệ thống 4G LTE với các thế hệ mạng khác được trình bày trong Bảng 1. 1: Bảng tổng hợp về các hệ thống thông tin di động 1G 2G 3G 4G-LTE Phát triển 1970-1984 1980-1990 1990-2002 2000 trở đi Băng 2 kbps 14-64 kbps 2 Mbps 200 Mbps thông Công Mã hóa Mã hóa số, Cả chuyển mạch Chuyển mạch gói, nghệ tương tự chuyển mạch kênh và chuyển công nghệ IP kênh mạch gói Phương FDMA TDMA/CDMA CDMA CDMA thức truy nhập Điều chế FM GMSK QPSK M-QAM Luan van 9 Dịch vụ Dịch vụ Dịch vụ thoại, Dịch vụ số liệu, Dịch vụ số liệu tốc thoại dịch vụ số liệu, tin dịch vụ đa phương độ cao, dịch vụ đa nhắn SMS tiện kết nối qua phương tiện kết nối Internet qua Internet băng rộng Mạng lõi PSTN PSTN Packet network Internet Bảo mật Không có Sử dụng nhận Nhận thực, bí mật, Dựa trên 3G và 2G dạng bí mật, nhận toàn vẹn.