Quy Hoạch Mạng Lõi Trong Hệ Thống Thông Tin Di Động Sử Dụng Kỹ Thuật MSC

Khám phá quy hoạch mạng lõi trong hệ thống thông tin di động với kỹ thuật MSC trong POO, tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng.

• Tác giả: Nguyễn Đình Duy
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Hải Đăng
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông
• Đề tài: Quy Hoạch Mạng Lõi Trong Hệ Thống Thông Tin Di Động Sử Dụng Kỹ Thuật MSC
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
• 1.1. Mạng truy nhập vô tuyến BSS
• 1.2. Bộ điều khiển trạm gốc 2G BSC (Base Station Controller)
• 1.3. Bộ điều khiển mạng vô tuyến 3G RNC (Radio Network Controller)
• 1.4. Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)
• 1.5. Trạm thu phát gốc Node B
• 1.6. Thuê bao di động MS (Mobile Subscriber)
• 1.7. Đầu cuối người dùng UE (User Equipment)
• 1.8. Mạng lõi di động Core Network
• 1.8.1. Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile service switching Centre)
• 1.8.2. Tổng đài chuyển mạch mềm MSS (Mobile Soft Switch)
• 1.8.3. Tổng đài di động cổng GMSC (Gateway MSC)
• 1.8.4. Điểm truyền tải báo hiệu STP (Signalling Transfer Point)
• 1.8.5. Bộ đăng ký vị trí thường trú HLR (Home Location Register)
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC TỔNG ĐÀI ERICSSON
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI KỸ THUẬT MIP TRONG MẠNG VIETTEL
• PHẦN MỞ ĐẦU
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Quy Hoạch Mạng Lõi và Kỹ Thuật MSC In Pool

Bài viết này trình bày tổng quan về quy hoạch mạng lõi trong hệ thống thông tin di động, tập trung vào việc sử dụng kỹ thuật MSC In Pool (MiP). Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí đầu tư và nâng cao trải nghiệm người dùng. Kỹ thuật MSC In Pool cho phép một BSC kết nối đến nhiều MSS, tạo cơ chế loadsharing, giảm tải cho từng MSS và đảm bảo an toàn mạng lưới. Nội dung sẽ đi sâu vào kiến trúc, các vấn đề tồn tại và giải pháp ứng dụng MiP, đặc biệt trong bối cảnh mạng Viettel. Nghiên cứu và triển khai thực tế đã chỉ ra tiềm năng to lớn của MiP trong việc nâng cao hiệu quả hoạt động của mạng lõi di động. Tài liệu này dựa trên luận văn thạc sĩ kỹ thuật và các tài liệu liên quan đến công nghệ mạng lõi hiện đại.

1.1. Giới thiệu chung về mạng lõi và chức năng MSC

Mạng lõi là trung tâm điều khiển và quản lý của hệ thống thông tin di động, chịu trách nhiệm định tuyến cuộc gọi, quản lý di động và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng. MSC (Mobile Switching Center) đóng vai trò quan trọng trong mạng lõi, thực hiện các chức năng chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi và quản lý vị trí. Tuy nhiên, kiến trúc truyền thống của MSC có thể gây ra các vấn đề về hiệu suất và khả năng mở rộng, đặc biệt trong bối cảnh số lượng thuê bao di động tăng nhanh và nhu cầu về băng thông ngày càng cao. Giải pháp MSC in Pool ra đời nhằm khắc phục những hạn chế này.

1.2. Lợi ích của kỹ thuật MSC In Pool MiP trong mạng di động

Kỹ thuật MSC In Pool mang lại nhiều lợi ích cho mạng di động, bao gồm: Tăng cường khả năng dự phòng bằng cách phân tán lưu lượng trên nhiều MSS, giảm nguy cơ gián đoạn dịch vụ khi một MSS gặp sự cố. Tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên bằng cách cho phép các MSS chia sẻ tải, giảm lãng phí tài nguyên khi một số MSS hoạt động dưới công suất. Đơn giản hóa việc quản lý và bảo trì bằng cách giảm số lượng MSS cần quản lý, giảm chi phí vận hành và bảo trì. Nâng cao khả năng mở rộng bằng cách dễ dàng thêm MSS mới vào pool khi cần thiết, đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của mạng.

II. Thách Thức Trong Quy Hoạch Mạng Lõi Di Động Hiện Nay

Mạng lõi di động phải đối mặt với nhiều thách thức trong bối cảnh hiện nay. Sự tăng trưởng nhanh chóng của số lượng thuê bao và nhu cầu về băng thông đặt ra áp lực lớn lên dung lượng mạng lõi. Sự di chuyển liên tục của thuê bao gây khó khăn cho việc quản lý di động và đảm bảo chất lượng dịch vụ. Các vấn đề về bảo mật mạng lõi ngày càng trở nên quan trọng do sự gia tăng của các cuộc tấn công mạng. Việc chuyển đổi từ mạng 4G sang mạng 5G đòi hỏi những thay đổi lớn trong kiến trúc và giao thức mạng lõi. Nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng quy hoạch mạng lõi là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp phù hợp.

2.1. Sự di chuyển của thuê bao và quản lý Mobility Management

Sự di chuyển liên tục của thuê bao di động tạo ra thách thức lớn đối với quản lý di động (Mobility Management). Mạng lõi phải theo dõi vị trí của thuê bao, đảm bảo tính liên tục của dịch vụ khi thuê bao di chuyển giữa các vùng phủ sóng khác nhau. Các thủ tục chuyển mạch di động (handover) phải được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả để tránh gián đoạn dịch vụ. Các giao thức quản lý di động như GTP và Diameter đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các chức năng này. Việc tối ưu hóa các thủ tục quản lý di động là rất quan trọng để nâng cao trải nghiệm người dùng và giảm tải cho mạng lõi.

2.2. Vấn đề bảo mật và an toàn thông tin mạng lõi di động

Bảo mật mạng lõi là một vấn đề ngày càng trở nên quan trọng. Mạng lõi là trung tâm điều khiển và quản lý của hệ thống thông tin di động, do đó nó là mục tiêu hấp dẫn của các cuộc tấn công mạng. Các cuộc tấn công có thể gây ra gián đoạn dịch vụ, đánh cắp thông tin cá nhân hoặc làm suy yếu tính toàn vẹn của mạng. Các biện pháp bảo mật mạng lõi bao gồm kiểm soát truy cập, mã hóa dữ liệu, phát hiện xâm nhập và phản ứng sự cố. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn bảo mật quốc tế và cập nhật thường xuyên các bản vá bảo mật là rất quan trọng để bảo vệ mạng lõi khỏi các mối đe dọa an ninh mạng.

III. Giải Pháp Quy Hoạch Mạng Lõi Với Kỹ Thuật MSC In Pool

Kỹ thuật MSC In Pool (MiP) cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết các thách thức trong quy hoạch mạng lõi. MiP cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các MSC, tăng cường khả năng dự phòng và giảm chi phí đầu tư. Cơ chế loadsharing giúp phân phối lưu lượng một cách cân bằng giữa các MSC, tránh tình trạng quá tải. MiP cũng hỗ trợ việc triển khai các dịch vụ mới một cách nhanh chóng và dễ dàng. Các nghiên cứu về tối ưu hóa mạng lõi đã chứng minh hiệu quả của MiP trong việc nâng cao hiệu suất và giảm chi phí vận hành.

3.1. Cơ chế hoạt động và ưu điểm của MSC In Pool MiP

Cơ chế hoạt động của MSC In Pool dựa trên việc gán một phạm vi số điện thoại (NRI - Network Resource Identifier) cho một nhóm các MSC. Khi một thuê bao thực hiện cuộc gọi, mạng sẽ định tuyến cuộc gọi đến MSC có NRI tương ứng. Các MSC trong pool chia sẻ thông tin về vị trí và trạng thái của thuê bao, cho phép chuyển mạch cuộc gọi một cách liền mạch giữa các MSC. Ưu điểm của MiP bao gồm: Khả năng dự phòng cao: Khi một MSC gặp sự cố, lưu lượng sẽ được tự động chuyển sang các MSC khác trong pool. Tối ưu hóa sử dụng tài nguyên: Các MSC chia sẻ tải, giảm lãng phí tài nguyên. Giảm chi phí đầu tư: Giảm số lượng MSC cần thiết để phục vụ một khu vực nhất định. Dễ dàng mở rộng: Dễ dàng thêm MSC mới vào pool khi cần thiết.

3.2. Các yếu tố cần xem xét khi triển khai kỹ thuật MiP

Việc triển khai kỹ thuật MiP đòi hỏi phải xem xét kỹ lưỡng các yếu tố sau: Quy hoạch NRI: Phải đảm bảo rằng NRI được phân bổ một cách hợp lý để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu xung đột. Cấu hình mạng: Các MSC trong pool phải được kết nối với nhau một cách tin cậy và có đủ băng thông để hỗ trợ lưu lượng dự kiến. Quản lý cấu hình: Phải có một hệ thống quản lý cấu hình hiệu quả để đảm bảo rằng tất cả các MSC trong pool đều được cấu hình một cách đồng nhất. Kiểm tra và giám sát: Phải thực hiện kiểm tra và giám sát thường xuyên để đảm bảo rằng MiP hoạt động đúng cách và hiệu suất mạng không bị ảnh hưởng.

IV. Ứng Dụng Thực Tế MiP Trong Mạng Viễn Thông Viettel

Tổng Công ty Mạng lưới Viettel đã triển khai công nghệ MSC In Pool (MiP) trên các MSS Ericsson tại Khu vực I. Việc triển khai MiP đã mang lại những kết quả tích cực về hiệu suất và độ ổn định của mạng. Lưu lượng được phân phối một cách cân bằng giữa các MSS, giảm tình trạng quá tải. Khả năng dự phòng của mạng được nâng cao, đảm bảo dịch vụ liên tục cho khách hàng. Viettel đã thu được những kinh nghiệm quý báu trong quá trình triển khai MiP, góp phần vào việc tối ưu hóa mạng lõi và nâng cao chất lượng dịch vụ.

4.1. Chi tiết triển khai thử nghiệm MiP trên mạng Viettel

Quá trình triển khai thử nghiệm MiP trên mạng Viettel bao gồm các bước sau: Xác định các MSC sẽ được đưa vào pool. Cấu hình các MSC để hỗ trợ MiP. Gán NRI cho các MSC. Kiểm tra và xác minh rằng MiP hoạt động đúng cách. Theo dõi hiệu suất mạng sau khi triển khai MiP. Quá trình triển khai được thực hiện một cách cẩn thận và có sự phối hợp chặt chẽ giữa các bộ phận kỹ thuật của Viettel và Ericsson. Kết quả cho thấy MiP hoạt động ổn định và mang lại những lợi ích đáng kể cho mạng Viettel.

4.2. Đánh giá KPI hệ thống sau khi triển khai công nghệ MiP

Sau khi triển khai công nghệ MiP, Viettel đã tiến hành đánh giá các KPI (Key Performance Indicators) để đo lường hiệu quả của việc triển khai. Các KPI được đánh giá bao gồm: PSR (Paging Success Rate): Tỷ lệ tìm gọi thành công. LUSR (Location Update Success Rate): Tỷ lệ cập nhật vị trí thành công. HOSR (Handover Success Rate): Tỷ lệ chuyển giao thành công. Kết quả cho thấy tất cả các KPI đều được cải thiện sau khi triển khai MiP, chứng tỏ rằng MiP đã giúp nâng cao hiệu suất và độ ổn định của mạng Viettel. Dựa trên kết quả này, Viettel đã quyết định triển khai MiP trên diện rộng trên toàn mạng.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Quy Hoạch Mạng Lõi Tương Lai

Quy hoạch mạng lõi đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của hệ thống thông tin di động. Kỹ thuật MSC In Pool (MiP) là một giải pháp hiệu quả để giải quyết các thách thức trong quy hoạch mạng lõi, đặc biệt trong bối cảnh số lượng thuê bao di động tăng nhanh và nhu cầu về băng thông ngày càng cao. Việc triển khai MiP trên mạng Viettel đã mang lại những kết quả tích cực, chứng tỏ rằng MiP là một giải pháp khả thi và hiệu quả. Các nghiên cứu về công nghệ mạng lõi hiện đại như NFV (Network Function Virtualization) và SDN (Software Defined Networking) hứa hẹn sẽ mang lại những cải tiến đáng kể cho quy hoạch mạng lõi trong tương lai.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật MSC In Pool

Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật MSC In Pool đã chứng minh tính hiệu quả của giải pháp này trong việc tối ưu hóa mạng lõi di động. Các kết quả thực tế trên mạng Viettel cho thấy MiP giúp tăng cường khả năng dự phòng, tối ưu hóa sử dụng tài nguyên và giảm chi phí đầu tư. Kinh nghiệm triển khai MiP cũng cung cấp những bài học quan trọng cho việc quy hoạch và vận hành mạng lõi trong tương lai.

5.2. Triển vọng và ứng dụng của công nghệ 5G và NFV SDN

Công nghệ 5G và NFV/SDN mang lại những triển vọng to lớn cho quy hoạch mạng lõi trong tương lai. 5G cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối số lượng lớn thiết bị, tạo ra những cơ hội mới cho các ứng dụng di động. NFV/SDN cho phép ảo hóa các chức năng mạng lõi, tạo ra một mạng lõi linh hoạt, có khả năng mở rộng và dễ dàng quản lý. Việc kết hợp MiP với 5G và NFV/SDN sẽ giúp xây dựng một mạng lõi mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng và các ứng dụng mới.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin di động, số lượng thuê bao di động tại Việt Nam đã tăng trưởng mạnh mẽ, đặc biệt với sự chuyển đổi từ mạng 2G-GSM sang 3G-WCDMA và 4G-LTE. Theo ước tính, sự bùng nổ thuê bao di động dẫn đến lưu lượng mạng có sự biến động lớn, đặc biệt trong các dịp lễ tết hoặc sự kiện lớn khi người dùng di chuyển từ thành thị về nông thôn hoặc tập trung đông tại các điểm sự kiện. Điều này gây ra tình trạng quá tải tại các tổng đài mạng lõi, làm gián đoạn dịch vụ và ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm khách hàng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là quy hoạch mạng lõi trong hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật MSC In Pool (MiP) nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng lõi, giảm thiểu gián đoạn dịch vụ và nâng cao hiệu quả vận hành mạng. Nghiên cứu tập trung vào việc triển khai kỹ thuật MiP trên các tổng đài chuyển mạch mềm MSS Ericsson tại khu vực I của mạng Viettel trong giai đoạn 2011-2014.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số hiệu suất mạng (KPI) như tỉ lệ chuyển giao thành công (HOSR), tỉ lệ cập nhật vị trí thành công (LUSR), và tỉ lệ tìm gọi thành công (PSR). Việc áp dụng MiP giúp cân bằng tải giữa các MSS, giảm thiểu tình trạng quá tải cục bộ và tăng tính dự phòng nóng, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ và giảm chi phí đầu tư cho nhà mạng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Kiến trúc mạng viễn thông di động GSM/WCDMA: Mạng được phân thành các phân lớp gồm mạng truy nhập vô tuyến (BSS/RAN), mạng lõi chuyển mạch kênh (CS Core Network) và mạng lõi chuyển mạch gói (PS Core Network). Các thành phần chính như BSC, RNC, MSC, MSS, MGW, HLR, SGSN, GGSN được phân tích chi tiết để hiểu rõ chức năng và vai trò trong mạng.

• Mô hình tổng đài chuyển mạch mềm MSS của Ericsson: MSS bao gồm MSC-Server (phần điều khiển) và Media Gateway (phần truyền tải lưu lượng). MSC-Server xử lý báo hiệu và điều khiển cuộc gọi, trong khi MGW xử lý lưu lượng thoại và dữ liệu, hỗ trợ chuyển đổi giữa các định dạng truyền tải.

• Kỹ thuật MSC In Pool (MiP): MiP là giải pháp nhóm nhiều MSS và BSC vào một pool, cho phép phân bổ tài nguyên xử lý đồng đều giữa các MSS trong pool. Mỗi BSC được kết nối đến tất cả MSS trong pool, giúp cân bằng tải, tăng tính dự phòng và giảm thiểu gián đoạn dịch vụ khi một MSS bị lỗi.

Các khái niệm chính bao gồm: Anchor MSC (MSC neo), Network Resource Identifier (NRI), Capacity Allocation Point (CAP), và các chỉ số KPI như BHCA (Busy Hour Call Attempts), HOSR, LUSR, PSR.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích mô hình mạng lõi truyền thông di động dựa trên dữ liệu thực tế từ mạng Viettel, kết hợp với mô phỏng và đánh giá hiệu suất kỹ thuật MiP.

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu tải CP (Control Plane load), số liệu KPI từ các MSS và BSC trong mạng Viettel khu vực I, các thông số cấu hình và kết quả thử nghiệm triển khai MiP.

• Phương pháp phân tích: Phân tích định lượng tải mạng, so sánh hiệu suất trước và sau khi triển khai MiP thông qua các chỉ số KPI. Sử dụng mô hình mô phỏng để đánh giá cân bằng tải và khả năng dự phòng của pool MSS.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung trên các MSS Ericsson R13.50 và BSC R07B trong khu vực I của mạng Viettel, với khoảng 10 MSS và 20 BSC được khảo sát chi tiết.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2011-2014, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích cấu trúc mạng, triển khai thử nghiệm MiP và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chênh lệch tải giữa các MSS rất lớn: Tải CP của các MSS tại một thời điểm cho thấy sự phân bố không đồng đều, với một số MSS có tải thấp chỉ khoảng 1-3% (ví dụ MSPV15: 1%, MSPD12: 3%) trong khi một số MSS khác có tải cao tới 43% (MSPD05, MSPD25). Điều này dẫn đến lãng phí tài nguyên và nguy cơ quá tải cục bộ.

2. Gián đoạn dịch vụ khi MSS lỗi: Khi một MSS bị lỗi, việc chuyển toàn bộ BSC sang MSS dự phòng mất nhiều thời gian (khoảng một ngày cho kỹ sư khai thác thực hiện), gây gián đoạn dịch vụ nghiêm trọng, ảnh hưởng đến khách hàng và uy tín nhà mạng.

3. Hiệu quả của kỹ thuật MSC In Pool (MiP): Triển khai MiP giúp phân bổ tải đồng đều giữa các MSS trong pool, giảm chênh lệch tải từ 43% xuống còn khoảng 15-20%. Khi một MSS lỗi, lưu lượng tự động chuyển sang các MSS còn lại trong pool mà không gây gián đoạn dịch vụ.

4. Cải thiện các chỉ số KPI sau triển khai MiP: Tỉ lệ chuyển giao thành công (HOSR) tăng từ khoảng 92% lên trên 98%, tỉ lệ cập nhật vị trí thành công (LUSR) và tỉ lệ tìm gọi thành công (PSR) cũng được cải thiện đáng kể, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự chênh lệch tải là do hành vi di chuyển và sử dụng dịch vụ của thuê bao không đồng đều theo vùng địa lý và thời điểm. Việc quy hoạch mạng truyền thống chỉ dựa trên dự đoán lưu lượng nên không thể đáp ứng linh hoạt với biến động thực tế.

So với các nghiên cứu trong ngành, việc áp dụng MiP tại Viettel tương tự như các nhà mạng lớn trên thế giới đã triển khai, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cân bằng tải và tăng tính dự phòng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tải CP của các MSS trước và sau khi áp dụng MiP, cũng như bảng so sánh các chỉ số KPI.

Ý nghĩa của kết quả là giúp nhà mạng tối ưu hóa tài nguyên hiện có, giảm chi phí đầu tư cho thiết bị mới, đồng thời nâng cao trải nghiệm khách hàng bằng cách giảm thiểu gián đoạn dịch vụ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mở rộng kỹ thuật MiP trên toàn bộ mạng lõi: Mở rộng áp dụng MiP cho tất cả các MSS và BSC trong mạng Viettel nhằm cân bằng tải và tăng tính dự phòng, dự kiến hoàn thành trong vòng 2 năm tới.

2. Tăng cường giám sát và phân tích dữ liệu tải mạng theo thời gian thực: Sử dụng hệ thống giám sát tự động để phát hiện sớm các điểm quá tải và điều chỉnh tài nguyên kịp thời, giúp giảm thiểu rủi ro gián đoạn dịch vụ.

3. Đào tạo kỹ sư vận hành khai thác về kỹ thuật MiP và quản lý pool MSS: Nâng cao năng lực nhân sự để vận hành hiệu quả hệ thống MiP, giảm thời gian xử lý sự cố và tối ưu hóa khai thác tài nguyên.

4. Nghiên cứu phát triển thêm các giải pháp cân bằng tải động dựa trên AI và Machine Learning: Áp dụng công nghệ mới để dự đoán lưu lượng và tự động điều phối tài nguyên mạng, nâng cao hiệu quả vận hành trong dài hạn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành mạng viễn thông: Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về cấu trúc mạng lõi, kỹ thuật MiP và cách tối ưu hóa tài nguyên mạng.

2. Nhà quản lý và hoạch định chiến lược mạng viễn thông: Hiểu rõ các vấn đề vận hành thực tế và giải pháp công nghệ để đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật truyền thông: Là tài liệu tham khảo quý giá về kiến thức mạng di động, tổng đài Ericsson và kỹ thuật chuyển mạch mềm.

4. Các nhà cung cấp thiết bị và giải pháp viễn thông: Tham khảo kinh nghiệm triển khai thực tế và đánh giá hiệu quả công nghệ MSC In Pool trong môi trường mạng Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Kỹ thuật MSC In Pool (MiP) là gì?
   MiP là giải pháp nhóm nhiều tổng đài chuyển mạch mềm MSS và bộ điều khiển trạm gốc BSC vào một pool, cho phép phân bổ tài nguyên xử lý đồng đều và cân bằng tải giữa các MSS, giúp tăng tính dự phòng và giảm gián đoạn dịch vụ.

2. Tại sao cần áp dụng MiP trong mạng lõi di động?
   Do lưu lượng thuê bao di động biến động lớn theo vùng và thời điểm, việc quy hoạch truyền thống không đáp ứng linh hoạt, dẫn đến quá tải cục bộ và gián đoạn dịch vụ. MiP giúp tối ưu hóa sử dụng tài nguyên và nâng cao chất lượng mạng.

3. MiP ảnh hưởng như thế nào đến các chỉ số KPI của mạng?
   Sau khi triển khai MiP, các chỉ số như tỉ lệ chuyển giao thành công (HOSR), tỉ lệ cập nhật vị trí thành công (LUSR), và tỉ lệ tìm gọi thành công (PSR) đều được cải thiện rõ rệt, nâng cao trải nghiệm người dùng.

4. Quá trình chuyển đổi từ mô hình truyền thống sang MiP có phức tạp không?
   Việc chuyển đổi đòi hỏi kế hoạch chi tiết, bao gồm cấu hình lại kết nối BSC đến nhiều MSS trong pool và đào tạo nhân sự vận hành. Tuy nhiên, sau khi hoàn thành, hệ thống vận hành ổn định và linh hoạt hơn nhiều.

5. Có thể áp dụng MiP cho các mạng di động thế hệ mới như 4G, 5G không?
   Mặc dù nghiên cứu tập trung vào mạng 2G/3G, kiến trúc MiP dựa trên chuẩn 3GPP có thể mở rộng và tích hợp với các mạng thế hệ mới, giúp tối ưu hóa tài nguyên mạng lõi trong các hệ thống đa công nghệ.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích chi tiết cấu trúc mạng lõi di động và các vấn đề vận hành tại mạng Viettel, đặc biệt là sự chênh lệch tải và gián đoạn dịch vụ do mô hình truyền thống.
• Kỹ thuật MSC In Pool (MiP) được triển khai thành công trên tổng đài MSS Ericsson, giúp cân bằng tải, tăng tính dự phòng và cải thiện các chỉ số KPI mạng.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn cho việc quy hoạch mạng lõi hiệu quả, giảm chi phí đầu tư và nâng cao chất lượng dịch vụ.
• Đề xuất mở rộng áp dụng MiP trên toàn mạng và phát triển các giải pháp cân bằng tải động trong tương lai.
• Khuyến khích các nhà mạng, kỹ sư vận hành và nghiên cứu sinh ngành truyền thông tham khảo để nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành mạng di động.

Hành động tiếp theo là triển khai mở rộng kỹ thuật MiP, đồng thời phát triển hệ thống giám sát và phân tích dữ liệu mạng theo thời gian thực nhằm tối ưu hóa vận hành mạng lõi trong bối cảnh phát triển đa dịch vụ và đa công nghệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chương này sẽ tập trung giới thiệu v ề kiến trúc mạng viễn thông di động 2G-3G, các thành phần cấu tạo, chức năng phân cấp của mạng. Nội dung chương sẽ tập trung vào phần mạng lõi chuyển mạch kênh phục vụ cho việc phân tích tối ưu CS Core network. Kiến trúc mạng đưa ra trong chương dựa trên việc triển khai thực tế tại mạng viễn thông Viettel. Mạng GSM R10/ WCDMA CN 3.0 là mạng đa dịch vụ, nó phù hợp với số lượng phát triển các kết nối giữa các mạng bao gồm cả chuyển mạch kênh – chuyển mạch gói, băng rộng – băng hẹp, thoại – dữ liệu, cố định và di động.

Về phía nhà cung cấp dịch vụ, GSM/ WCDMA có nghĩa là sự kế thừa các dịch vụ, nền tảng sẵn có; tối ưu hóa các danh mục ứng dụng người dùng, giảm giá thành trong các bước chuyển đổi, trong đầu tư truyền dẫn, vận hành và bảo dưỡng.1 đưa ra mô hình cấu trúc mạng GSM/ WCDMA hiện hành. 3 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đình Duy Other PLMN Other PSTN IP connection TDM connection APPLICATION LAYER MSC Server MPBN (GSS) Cell phone MGW(GSS) METRO MPBN NodeB(FE) MPBN Iu-CS Iub If SMSC Uu If MPBN Mc SDH METRO If MPBN Smart phone + MPBN Router RNC MPBN MSC Server NETWORK Iu_PS (MSS) STP MPBN MPBN NodeB (E1) If D If MPBN OCS Laptop WCDMA RAN METRO MGW(MSS) GSM BSS Firewall TDM Gr If BILLING Gn If Um A If Switch BTS CORE NETWORK SDH Gb If Abis Cell phone If SDH BSC IP Network BTS CRBT Network management System Hình 1. 1 Sơ đồ cấu trúc mạng viễn thông Mạng được chia thành các phân lớp bao gồm: Mạng truy nhập vô tuyến (GSM BSS, WCDMA), m ạng lõi chuyển mạch (CS Core, PS Core), phân hệ ứ ng dụng như application layer, Network management System…các phần tử đượ c kết nối với nhau thông qua mạng truyền dẫn (SDH/IP). 4 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đình Duy 1.

Mạng truy nhập vô tuyến BSS Mạng viễn thông di dộng chia diện tích địa lý ra thành các ô, mỗi ô sẽ do một trạm vô tuyến (BTS, NodeB) phủ sóng. Các trạm gốc này sẽ có chức năng thu phát sóng và được quản lý bởi BSC/RNC thông qua giao diện A-Bis/IuB. Một BSC/RNC sẽ quản lý nhiều trạm phát sóng, và nó được quản lý bởi tổng đài chuyển m ạch di động MSC thông qua giao diện A/Iu-CS. Bộ điều khiển trạm gốc 2G BSC (Base Station Controller) Có chức năng điều khiển, giám sát các BTS, quản lý tài nguyên vô tuyến trên hệ thống: - Quản lý trạm BTS: Thi ết lập cấu hình cho trạ m, tần số, neighbor.

- Quản lý mạng vô tuyến: Xử lý các bản tin điều khiển, báo hiệu. - Quản lý kênh vô tuyến: Khởi tạo, ấn định, giải phóng kênh vô tuyến. - Thiết lập và giải phóng quá trình chuyển giao cho MS di chuyển từ vùng phủ của trạm BTS này sang trạm BTS khác trong cùng BSC. - Thực hiện chức năng chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU: Chuyển đổi từ tốc độ 16Kbs trên giao diện Abis lên tốc độ 64Kbs để đưa lên hệ thống core network qua giao diện A….

Bộ điều khiển mạng vô tuyến 3G RNC (Radio Network Controller) Có chức năng điều khiển, giám sát các node B, quản lý tài nguyên vô tuyến trên hệ thống: - Quản lý trạm NodeB: Thiết lập cấu hình cho trạm, tần số, neighbor. 5 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đình Duy - Quản lý mạng vô tuyến: Xử lý các bản tin điều khiển, báo hiệu. - Quản lý kênh vô tuyến: Khởi tạo, ấn định, giải phóng kênh vô tuyến. - Thiết lập và giải phóng quá trình chuyển giao cho MS di chuyển từ vùng phủ của trạm NodeB này sang trạm NodeB khác trong cùng RNC.

- Tập trung lưu lượng của các thuê bao đang kết nối. - Bảo mật và toàn vẹn dữ liệu. Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn dữ liệu được đặt vào RNC. - Kết nối truyền dẫn đến MSS/SGSN và node B qua các giao diện Iu-CS, Iu-PS, Iu-B.

Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) BTS là phần tử kết nối giữa thuê bao di động (MS) và mạng (thông qua BSC). BTS có các chức năng sau: - Quản lý thu/phát báo hi ệu và thông tin trên kênh vật lý. - Dưới sự quản lý của BSC, phát quảng bá các thông tin hệ thống trên kênh BCCH, phát các thông tin tìm gọi trên kênh PCH, ấn định các kênh dành riêng. - Thực hiện các chức năng mã hóa, giải mã, ghép kênh.

- Kết nối với máy thuê bao MS qua giao diện Um, kết nối đến BSC qua giao diện Abis. - Đối với băng tần 2G, Viettel được cấp phát và sử dụng băng tần 900 Mhz và 1800 MHz, trong đó:  Băng tần 900 MHz: Viettel được cấp 41 kênh, mỗi kênh có độ rộng 200 KHz, thứ tự kênh từ 43 đến 83.  Băng tần 1800 MHz: Viettel được cấ p 100 kênh, mỗi kênh có độ rộng 200 KHz, thứ tự kênh t ừ 712 đến 811. Trạm thu phát gốc Node B 6 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đình Duy Node B là phần tử kết nối giữa các thiết bị di động UE và mạng.

Nó còn có các chức năng cơ bản như điều phối đa truy nhậ p cho nhiều thiết bị người dùng, cấp phát tài nguyên vô tuyế n, tập trung lưu lượng người dùng vào kênh truyền dẫn. - Node B Viettel hoạt động trên dải tần 2110 – 2170 MHz. - Node B kết nối đến máy thuê bao qua giao diện Uu, kết nối đến RNC qua giao diện Iu-B - Khả năng phục vụ của cell 3G của Viettel: Đối với trạm cấu hình 1/1/1 nếu thuê bao chỉ sử dụng data thì tốc độ phục vụ trung bình:  Trạm Inbuilding: 8 Mbps/Cell.  KV thành phố: 5 Mbps/Cell.

 KV nông thôn: 7 Mbps/Cell. - Với cuộc gọi thoại một cell 3G có thể hỗ trợ ~ 49 kết nối thoại đồng thời, tương ứng với traffic offer là ~ 40 Erl (với offer của data đang sử dụng trong mạng Viettel là 1800 MB/giờ  quy đổi 1 Erl =1800MB/40Erl= 45MB. Thuê bao di động MS (Mobile Subscriber) MS bao gồm thiết bị di động ME (Mobile Equipment) và khối nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identifier Module) trong đó: - ME: là máy điện thoại di động. - SIM: là thẻ nhớ thông minh được gắn trên ME, có lưu trữ thông tin về số thuê bao, mã số mạng di động, các mã số phục vụ cho việc nhậ n thực thuê bao.

- MS kết nối với mạng di động thông qua BTS trên giao diệ n Um. Đầu cuối người dùng UE (User Equipment) UE bao gồm đầu cuối người dùng (UE) và khối nhận dạng thuê bao (USIM): 7 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đình Duy - UE: Bao gồm điện thoại di động hoặc các thiết bị đầu cuối truy nhập internet như moderm (Dcom 3G, Homegateway) kết nối tới node B qua giao diện vô tuyến Uu. - USIM: Là thẻ nhớ thông minh, được gắn trên UE, lưu trữ những thông tin về số thuê bao, mã số mạng di động, các mã số phục vụ cho việc nhận thực thuê bao. Mạng lõi di động Core Network 1.

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile service switching Centre) Thực hiện chức năng điều khiển (thiết lập, định tuyến, giải phóng cuộc gọi), chức năng chuyể n mạch và quản lý di động. MSC được tích hợp thêm chức năng VLR (Visitor Location Register) phục vụ việc quản lý thông tin thuê bao tạm thời trong vùng phục vụ của MSC tương ứng. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, một mặt giao tiếp với mạng qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC). Chức năng chính của MSC:  Xử lý cuộc gọi (Call Processing).

 Điều khiển chuyển giao (Handover Control).  Quản lý di động (Mobility Management).  Tương tác mạng IWF (Interworking Function). Tổng đài chuyển mạch mềm MSS (Mobile Soft Switch) MSS có chức năng chính giống MSC nhưng MSS có kiến trúc khác với tổng đài MSC truyền thống là tách biệt phần xử lý/điều khiển (control plane) và phần truyền tải lưu lượng (user plane).

MSS xử lý được các gói tin IP cái mà MSC không xử lý được, MSS là thành phần quan trọng không thể thiếu trong việc xây dựng 8 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đình Duy mạng 3G. MSS gồm hai thành phần: MSC-Server và MGW (Media Gateway). Trong đó MSC-Server là phần điều khiển còn MGW là phần truyền t ải lưu lượng. Tổng đài di động cổng GMSC (Gateway MSC) Là node mạng trung chuyển lưu lượng thoại di động, g ồm lưu lượng thoại di động giữ a các MSC; giữa mạng di động với mạng cố định hay vớ i mạng của nhà cung cấp khác; MSC k ết nối đến các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền di động VAS: Nhạc chuông chờ CRBT, báo cuộc gọi nhỡ MCA……….

Điểm truyền tải báo hiệu STP (Signalling Transfer Point) Chức năng chính của STP là tập trung và chuyển tiếp các bản tin báo hiệu từ node mạng này sang node mạng khác trong mạng. STP thực hiện định tuyến các bản tin thông qua việc kiểm tra thông tin định tuyến được gắn kèm với mỗi bản tin báo hiệu và gửi chúng đến điểm báo hiệu cần thiết. Bộ đăng ký vị trí thường trú HLR (Home Location Register) HLR chứa tất cả các thông tin về thuê bao, các thông tin liên quan đến vị trí hiện tại của thuê bao. HLR có thêm trung tâm nhận thực AUC (Authentication Centrer) và thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) hỗ trợ cho việc bảo mật dữ liệu nhận thực thuê bao cũng như quản lý số liệu phần cứng thiết bị.

Dữ liệu thuê bao trên HLR được cập nhật có chọn lọc xuống các node VLR (nằm trên MSC/MSS) và SGSN trong các thủ tục cập nhật vị trí thuê bao. Mạng lõi chuyển mạch gói PS (Packet Switching) Nội dung đồ án đi vào quy hoạch mạng lõi chuyển mạch kênh, mạng lõi chuyển mạch gói được giới thiệu sơ lược với mục đích có cái nhìn đầy đủ về cấu trúc mạng hiện tại. 9 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đình Duy SGSN (Serving GPRS Support Node): Node hỗ trợ dịch vụ GPRS. SGSN có chức năng chính quản lý tính di động của thuê bao, quả n lý các phiên kết nối PDP (Packet Data Protocol) của thuê bao.

Quản lý truy nhập mạng, tính cước thuê bao, thực hiện chức năng chuyển mạch gói từ BSC, RNC lên GGSN và ngược lại. GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ cổng GPRS. Thực hiện chức năng quản lý các phiên kết nối PDP của thuê bao. Quản lý thông tin dịch vụ thuê bao, áp dụng chính sách liên quan của thuê bao.