Luận Văn Thạc Sĩ Về Tính Toán Định Cỡ Mạng Thông Tin Di Động Nâng Cao

Luận văn thạc sĩ VNU UET trình bày phương pháp tính toán định cỡ mạng thông tin di động nâng cao, góp phần cải thiện hiệu suất mạng.

• Tác giả: Phan Hữu Trí
• Người hướng dẫn: TS. Trần Cảnh Dương
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Thông tin di động
• Đề tài: Tính Toán, Định Cỡ Mạng Thông Tin Di Động Nâng Cao
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ 2G LÊN 3G
• 1.1. Lịch sử phát triển thông tin di động
• 1.2. Phổ của IMT-2000
• 1.3. Sự phát triển của GSM
• 1.3.1. Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao
• 1.3.2. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS
• 1.3.3. Các lựa chọn giao diện vô tuyến cho IMT-2000
• 1.4. Tại châu Âu
• 1.5. Tại Nhật Bản
• 1.6. Tại Mỹ
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MẠNG 3G R4
• 2.1. Cấu trúc mạng chung mạng 3G R4 của Huawei
• 2.2. Các tham số đánh giá chất lượng mạng UMTS
• 2.3. Mạng Vinaphone 3G
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
• 3.1. Các bước xác định kích cỡ mạng lưới
• 3.2. Đối tượng để đánh giá kích cỡ mạng
• 3.3. Xác định khung cho kích thước mạng
• 3.4. Tổng quan về Soft Switch
• 3.5. Các vấn đề cơ bản liên quan đến thiết kế mạng lưới
• 3.6. Thuê bao mạng 3G
• 3.7. BHCA và tính toán đương lượng BHCA
• 3.8. Tính toán một số giao diện truyền dẫn
• 3.9. Tổng quan về cách tính lưu lượng của VMSC
• 3.10. Tổng quan về cách tính lưu lượng của GMSC
• 3.11. Tính toán số lượng kết nối
• 4. CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN CỤ THỂ
• 4.1. Ví dụ: Đánh giá thiết bị MSOFT3000 VMSC
• 4.2. Vẽ biểu đồ tải của Module WCCU/WCS
• 4.3. Ước lượng số link kết nối
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Tính Toán và Định Cỡ Mạng Thông Tin Di Động 3G

Mạng thông tin di động 3G đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, việc tính toán và định cỡ mạng 3G trở nên cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Mạng 3G không chỉ cung cấp dịch vụ thoại mà còn hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu với tốc độ cao, từ đó tạo ra nhiều cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ.

1.1. Khái niệm về mạng 3G và vai trò của nó

Mạng 3G, hay còn gọi là mạng thông tin di động thế hệ thứ ba, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn so với các thế hệ trước. Điều này cho phép người dùng truy cập Internet nhanh chóng và sử dụng các dịch vụ đa phương tiện phong phú.

1.2. Lịch sử phát triển của mạng 3G

Mạng 3G được phát triển từ các hệ thống 2G như GSM và IS-95. Sự ra đời của mạng 3G là kết quả của nhu cầu ngày càng cao về dịch vụ dữ liệu và khả năng kết nối di động.

II. Những Thách Thức trong Tính Toán và Định Cỡ Mạng 3G

Việc tính toán và định cỡ mạng 3G không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Các nhà khai thác mạng phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm việc tối ưu hóa chất lượng dịch vụ và giảm thiểu chi phí triển khai. Các yếu tố như lưu lượng người dùng, số lượng thuê bao và yêu cầu về băng thông đều ảnh hưởng đến quá trình này.

2.1. Vấn đề về lưu lượng và số lượng thuê bao

Lưu lượng thông tin trong mạng 3G tăng nhanh do số lượng thuê bao ngày càng nhiều. Điều này đặt ra yêu cầu cao về khả năng xử lý và quản lý lưu lượng của mạng.

2.2. Chi phí triển khai và bảo trì mạng

Chi phí triển khai mạng 3G có thể rất cao, đặc biệt là trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng và duy trì chất lượng dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ cần tìm ra các giải pháp hiệu quả để giảm thiểu chi phí này.

III. Phương Pháp Tính Toán và Định Cỡ Mạng 3G Hiệu Quả

Để đảm bảo mạng 3G hoạt động hiệu quả, các phương pháp tính toán và định cỡ mạng cần được áp dụng một cách chính xác. Các phương pháp này bao gồm việc phân tích lưu lượng, xác định số lượng trạm phát sóng và tối ưu hóa băng thông.

3.1. Phân tích lưu lượng mạng 3G

Phân tích lưu lượng là bước quan trọng trong việc tính toán kích thước mạng. Điều này giúp xác định nhu cầu băng thông và số lượng kết nối cần thiết để phục vụ người dùng.

3.2. Xác định số lượng trạm phát sóng cần thiết

Số lượng trạm phát sóng cần thiết phụ thuộc vào mật độ người dùng và lưu lượng thông tin. Việc xác định chính xác số lượng này giúp tối ưu hóa chi phí và chất lượng dịch vụ.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Tính Toán Mạng 3G

Các phương pháp tính toán và định cỡ mạng 3G không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn rõ rệt. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã áp dụng các phương pháp này để cải thiện chất lượng dịch vụ và tăng cường khả năng cạnh tranh.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ các nhà cung cấp dịch vụ

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp tính toán hiệu quả giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao chất lượng dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ đã ghi nhận sự gia tăng đáng kể trong sự hài lòng của khách hàng.

4.2. Các ứng dụng công nghệ mới trong mạng 3G

Công nghệ mới như Soft Switch và các giải pháp tối ưu hóa băng thông đã được áp dụng để cải thiện hiệu suất mạng 3G. Những công nghệ này giúp giảm thiểu độ trễ và tăng cường khả năng xử lý lưu lượng.

V. Kết Luận và Tương Lai của Mạng 3G

Mạng 3G đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ thông tin di động. Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, mạng 3G cần phải tiếp tục cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Tương lai của mạng 3G sẽ phụ thuộc vào khả năng áp dụng các công nghệ mới và tối ưu hóa quy trình tính toán.

5.1. Tương lai của mạng 3G trong bối cảnh công nghệ 4G và 5G

Mạng 3G sẽ cần phải cạnh tranh với các công nghệ mới như 4G và 5G. Việc cải tiến và tối ưu hóa mạng 3G sẽ là yếu tố quyết định để duy trì vị thế trên thị trường.

5.2. Những thách thức và cơ hội trong tương lai

Mặc dù có nhiều thách thức, nhưng cũng có nhiều cơ hội cho mạng 3G trong việc phát triển các dịch vụ mới và cải thiện trải nghiệm người dùng. Các nhà cung cấp dịch vụ cần nắm bắt những cơ hội này để phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của các dịch vụ truyền dữ liệu đa phương tiện và nhu cầu kết nối Internet di động vào những năm 2010 đã đặt ra thách thức vô cùng lớn đối với hạ tầng viễn thông di động thế hệ thứ hai (2G). Các mạng 2G truyền thống như GSM ban đầu chỉ cung cấp tốc độ dữ liệu cơ bản từ 9,6 kbps đến 14,4 kbps, dù sau đó được cải tiến với GPRS và EDGE nhưng vẫn không thể đáp ứng được các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao từ 144 kbps đến 1920 kbps của tiêu chuẩn IMT-2000. Đứng trước yêu cầu đó, việc chuyển đổi sang mạng thế hệ thứ ba (3G) sử dụng công nghệ WCDMA/UMTS là xu thế tất yếu của các nhà khai thác viễn thông toàn cầu và tại Việt Nam.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là giải quyết bài toán nghẽn mạng và tối ưu hóa chi phí đầu tư hạ tầng truyền dẫn mạng lõi (Core Network) trong quá trình triển khai mạng di động nâng cao. Mục tiêu cụ thể của đề tài tập trung vào việc nghiên cứu nguyên tắc hoạt động của kiến trúc chuyển mạch mềm (Softswitch) theo tiêu chuẩn 3GPP Release 4, xây dựng phương pháp luận và công thức giải tích để tính toán, định cỡ dung lượng băng thông, số lượng luồng kết nối cũng như dung lượng xử lý của các phần tử mạng cốt lõi. Phạm vi nghiên cứu được triển khai trên mô hình thiết bị chuyển mạch MSOFT3000 và Media Gateway của Huawei được áp dụng thực tế tại mạng 3G Vinaphone Việt Nam trong năm 2010, với cấu trúc kết nối dạng lưới (Mesh) giữa 4 nút mạng trung tâm gồm VNP1, VNP2, VNP3 và chi nhánh trực thuộc.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc thiết lập giải pháp định cỡ mạng tối ưu, giúp nhà mạng cắt giảm đáng kể chi phí băng thông truyền dẫn mà vẫn đảm bảo nghiêm ngặt các chỉ số chất lượng dịch vụ (QoS). Kết quả tính toán đảm bảo hệ thống đạt tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công (CSSR) tối thiểu 92%, tỷ lệ cuộc gọi rơi (CDR) duy trì dưới 5%, và độ khả dụng toàn mạng đạt từ 99,5% trở lên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai nền tảng lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật viễn thông hiện đại:

Thứ nhất là lý thuyết kiến trúc mạng di động 3GPP Release 4 và công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch). Khác với cấu trúc mạng 2G truyền thống vốn tích hợp chặt chẽ khối điều khiển và khối chuyển mạch trong cùng một tổng đài MSC vật lý, kiến trúc 3G R4 thực hiện phân tách hoàn toàn giữa phân lớp điều khiển cuộc gọi (Call Control) do MSC Server đảm nhiệm và phân lớp truyền tải người dùng (Bearer/User Plane) do Cổng truyền thông đa phương tiện (Media Gateway - MGW) thực thi. Cơ chế phân tán này cho phép mạng lõi linh hoạt tích hợp các công nghệ truyền tải gói như IP, ATM, POS và Fast Ethernet, đồng thời hỗ trợ các giao thức điều khiển tiên tiến như H.248/MEGACO, BICC và Sigtran (M3UA).

Thứ hai là lý thuyết lưu lượng viễn thông (Teletraffic Theory) và mô hình hàng đợi Erlang. Đề tài ứng dụng đơn vị đo lưu lượng Erlang để tính toán cường độ chiếm dụng kênh và chỉ số nỗ lực cuộc gọi trong giờ bận (BHCA - Busy Hour Call Attempts) nhằm lượng hóa năng lực xử lý của bộ vi xử lý CPU/CAPS trong giờ cao điểm. Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm: lưu lượng thoại (Voice Traffic), hệ số hoạt tính tiếng nói (VAF - Voice Activity Factor, thường đạt 60%), tính năng phát hiện hoạt tính thoại (VAD - Voice Activity Detection), và các giao diện chuẩn hóa trong mạng UMTS như Iu-CS (kết nối RNC với MGW/MSC Server), Mc (kết nối MSC Server với MGW), Nc (kết nối giữa các MSC Server) và Nb (kết nối truyền tải giữa các MGW).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ cấu hình thực tế của mạng di động 3G Vinaphone và thông số kỹ thuật phần cứng của hệ thống thiết bị Huawei MSOFT3000 VMSC cùng UMG8900 MGW. Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là phương pháp giải tích định lượng (Analytical Modeling) kết hợp với quy trình tối ưu hóa lặp. Lý do lựa chọn phương pháp này là vì mô hình giải tích cho phép phân rã chi tiết từng thành phần mào đầu giao thức (Overhead) từ tầng ứng dụng xuống tầng liên kết dữ liệu và vật lý, mang lại độ chính xác cao mà không đòi hỏi chi phí thiết lập mô phỏng phức tạp.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết lập dựa trên mô hình vùng phục vụ của một tổng đài VMSC điển hình quản lý quy mô 400.000 thuê bao hỗn hợp (2G và 3G). Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu định mức kỹ thuật đại diện cho môi trường viễn thông đô thị với các tham số chuẩn: lưu lượng thoại trung bình 0,02 Erlang/thuê bao, thời gian đàm thoại trung bình 60 giây/cuộc, tỷ lệ thuê bao sử dụng dịch vụ mạng thông minh (IN) đạt 50% với mức tiêu thụ 0,018 Erlang/thuê bao, tần suất cập nhật vị trí trong giờ bận là 2 lần/thuê bao, và mật độ tin nhắn SMS là 1 tin/thuê bao. Toàn bộ quy trình tính toán được thực hiện theo chu trình chuẩn hóa: kiểm tra tham số đầu vào, lựa chọn thuật toán giải tích cho từng giao diện, và lặp tiệm cận để xác định dung lượng đường truyền tối thiểu đáp ứng mục tiêu QoS.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán và mô hình hóa mạng lõi 3G R4 đã đem lại các phát hiện kỹ thuật mang tính thực tiễn cao:

Thứ nhất, việc định cỡ giao diện vô tuyến truy nhập Iu-CS cho thấy sự ảnh hưởng quyết định của mào đầu giao thức ATM AAL2. Đối với một RNC phục vụ 50.000 thuê bao với lưu lượng thoại chuẩn 25 mErlang (sử dụng bộ mã hóa AMR 12,2 kbps, hệ số VAF 60%) và dữ liệu chuyển mạch kênh 2 mErlang (tốc độ 64 kbps), tổng thông lượng yêu cầu là 0,253 kbps/thuê bao cho thoại và 0,169 kbps/thuê bao cho dữ liệu. Hệ số sử dụng giao thức AAL2/ATM đạt 72,50%, tương ứng với tỷ lệ mở rộng băng thông là 1,32 lần. Điều này chỉ ra rằng các nhà khai thác phải tính toán dư thừa băng thông truyền dẫn vật lý ít nhất 32% so với tải hữu ích của dịch vụ.

Thứ hai, tính năng VAD trên giao diện Nb giúp tối ưu hóa đột phá tài nguyên mạng trục. Khi truyền tải thoại qua giao diện Fast Ethernet (FE) và Packet over SONET (POS) sử dụng các giao thức NBUP/RTP/UDP/IP, việc kích hoạt tính năng VAD giúp tiết kiệm tới 50% nhu cầu băng thông tổng thể. Cụ thể, đối với cụm 10.000 thuê bao với mức tiêu thụ trung bình 0,025 Erlang, dung lượng băng thông yêu cầu trên cổng FE khi có VAD chỉ dừng ở mức 0,05 Mbps.

Thứ ba, phân tích đương lượng BHCA chỉ ra rằng các tác vụ phi cuộc gọi chiếm tỷ trọng tài nguyên xử lý rất lớn trong MSC Server. Trong mô hình 400.000 thuê bao, năng lực xử lý của module vi xử lý WCCU/WCS chịu tác động mạnh từ 800.000 lượt cập nhật vị trí và 400.000 bản tin SMS trong giờ bận, với hệ số chuyển đổi tương đương là 0,22 cho mỗi lượt cập nhật vị trí so với một cuộc gọi thông thường.

Thứ tư, cấu trúc mạng lưới IP/MPLS của 4 nút mạng Vinaphone (VNP1, VNP2, VNP3 và trạm vệ tinh) mang lại khả năng phân phối lưu lượng linh hoạt hơn 40% so với cấu trúc mạch vòng SDH truyền thống, đồng thời đảm bảo độ trễ truyền gói một chiều luôn nhỏ hơn 250 ms.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi giúp kiến trúc 3G R4 vượt trội hơn so với mạng 2G truyền thống nằm ở việc tách rời ma trận chuyển mạch ra khỏi MSC Server. Trong mạng GSM cũ, mọi luồng lưu lượng người dùng đều phải đi qua trung tâm chuyển mạch, gây nghẽn cổ chai khi số lượng thuê bao tăng nhanh. Ngược lại, việc phân chia thành MSC Server và MGW giúp giảm tải báo hiệu, cho phép định tuyến luồng thoại trực tiếp giữa các MGW qua giao diện Nb bằng kết nối IP/MPLS.

Dữ liệu tính toán trong nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua bảng so sánh hiệu suất các chuẩn nén thoại trên giao diện Nb:

• Chuẩn G.711: Tốc độ bit 64 kbps, chu kỳ đóng gói 20 ms, kích thước tải gói 160 byte, đòi hỏi băng thông trên cổng FE khoảng 40 kbps khi kích hoạt VAD.
• Chuẩn G.729: Tốc độ bit 8 kbps, chu kỳ đóng gói 20 ms, kích thước tải gói 20 byte, tiêu thụ băng thông chỉ 16 kbps trên cổng FE khi có VAD.
• Chuẩn AMR 12,2 kbps: Đạt chất lượng âm thanh tương đương mạng hữu tuyến nhưng tối ưu hóa băng thông vượt trội, chỉ chiếm 20,4 kbps trên cổng FE khi áp dụng VAD.

Biểu đồ tải của module xử lý WCCU/WCS trên thiết bị MSOFT3000 chứng minh rằng khi áp dụng công thức quy đổi đương lượng BHCA, nhà quản trị mạng có thể dự báo chính xác điểm quá tải CPU (ngưỡng 70%) để bổ sung card xử lý kịp thời, ngăn chặn hoàn toàn nguy cơ sập tổng đài khi lưu lượng tăng đột biến trong các dịp lễ tết.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu định cỡ mạng, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm nâng cao năng lực khai thác mạng 3G:

Thứ nhất, kích hoạt đồng bộ tính năng phát hiện hoạt tính thoại (VAD) và áp dụng chuẩn nén thích ứng AMR-12.2 trên toàn bộ giao diện truyền dẫn Nb giữa các MGW. Biện pháp này do Phòng Kỹ thuật Khai thác Mạng Core chủ trì, đặt mục tiêu giảm ngay 50% lưu lượng băng thông VoIP đường trục, hoàn thành triển khai trong thời hạn 3 tháng.

Thứ hai, chuyển dịch hạ tầng truyền dẫn giao diện Iu-CS và Iub từ công nghệ ATM sang công nghệ thuần IP (IP over Ethernet/MPLS). Đơn vị thực hiện là Đội ngũ Quy hoạch Truyền dẫn, với mục tiêu cắt giảm 20% đến 30% chi phí thuê luồng E1/STM-1 vật lý, đồng thời nâng cao hiệu suất truyền dẫn gói tin lên trên 90%, thực hiện theo lộ trình 6 tháng.

Thứ ba, áp dụng cơ chế phân loại lưu lượng và kiểm soát chất lượng dịch vụ (DiffServ/QoS) trên toàn mạng lõi. Trung tâm Điều hành Mạng (NOC) chịu trách nhiệm cấu hình ưu tiên tuyệt đối cho các gói tin báo hiệu Sigtran và luồng thoại thời gian thực, đảm bảo độ trễ một chiều luôn dưới 250 ms, tỷ lệ mất gói dưới 0,1%, và duy trì chỉ số cuộc gọi rơi (CDR) toàn mạng dưới mức 5%, áp dụng ngay trong chu kỳ bảo trì quý tới.

Thứ tư, tái cấu trúc chu kỳ và vị trí vùng định vị (Location Area) để tối ưu hóa tải cập nhật vị trí trên hệ thống HLR/VLR. Kỹ sư Vận hành Hệ thống Chuyển mạch cần tinh chỉnh tham số vô tuyến để giảm 20% lượng bản tin cập nhật vị trí không cần thiết trong giờ bận, từ đó giải phóng 15% năng lực xử lý CPU cho các tổng đài MSOFT3000, hoàn tất trong vòng 4 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang tính ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt hữu ích cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn sau:

Thứ nhất, các kỹ sư quy hoạch và thiết kế mạng viễn thông. Nhóm đối tượng này có thể sử dụng trực tiếp các thuật toán và bảng công thức giải tích trong luận văn để tính toán dung lượng đường truyền, số lượng card xử lý và băng thông các giao diện Iu, Mc, Nc, Nb khi lập đề án mở rộng mạng lõi di động.

Thứ hai, đội ngũ kỹ sư vận hành và tối ưu hóa mạng (NOC/OMC Engineers) tại các nhà mạng di động. Luận văn cung cấp phương pháp luận chuẩn xác để tính toán tải CPU, phân tích đương lượng BHCA và kiểm soát các chỉ số chất lượng dịch vụ QoS, giúp phát hiện sớm các điểm nghẽn lưu lượng giờ cao điểm.

Thứ ba, giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thông, Công nghệ Thông tin. Tài liệu đóng vai trò là giáo trình tham khảo chuyên sâu về kiến trúc mạng 3GPP R4, công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch và lý thuyết tính toán lưu lượng viễn thông ứng dụng.

Thứ tư, các chuyên gia tư vấn giải pháp hạ tầng viễn thông và CNTT. Tài liệu cung cấp cơ sở kỹ thuật và dữ liệu định lượng rõ ràng để xây dựng các bài toán tối ưu hóa tổng chi phí sở hữu (TCO), cân bằng giữa chi phí đầu tư thiết bị (CAPEX) và chi phí vận hành băng thông (OPEX) cho các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ mạng.

Câu hỏi thường gặp

1. Kiến trúc chuyển mạch mềm Softswitch trong 3G Release 4 mang lại ưu thế vượt trội nào so với mạng 2G? Kiến trúc Softswitch thực hiện phân tách hoàn toàn khối điều khiển cuộc gọi (MSC Server) và khối chuyển mạch truyền tải (MGW). Sự phân tách này giúp loại bỏ ma trận chuyển mạch TDM cồng kềnh, cho phép truyền tải dữ liệu trực tiếp trên nền tảng gói IP/ATM, giúp nhà mạng giảm hơn 30% chi phí đầu tư phần cứng và mở rộng dung lượng mạng linh hoạt.

2. Chỉ số BHCA được tính toán và có vai trò như thế nào trong việc định cỡ mạng lõi? Chỉ số BHCA đo lường tổng số nỗ lực cuộc gọi trong giờ bận, bao gồm cả các cuộc gọi thoại thành công và các tiến trình phi cuộc gọi như cập nhật vị trí (Location Update), tin nhắn SMS và chuyển giao (Handover). Việc quy đổi các tác vụ này về đương lượng BHCA giúp kỹ sư xác định chính xác số lượng card vi xử lý CPU cần trang bị cho tổng đài MSC Server.

3. Tại sao tính năng VAD lại có thể giúp tiết kiệm tới 50% băng thông thoại trên giao diện Nb? Trong một cuộc đàm thoại thông thường, thời gian im lặng hoặc lắng nghe của người dùng chiếm khoảng 40% đến 50% tổng thời gian kết nối. Tính năng VAD nhận diện các khoảng lặng này và tạm dừng truyền gói tin RTP, chỉ gửi các khung mô tả tiếng ồn nền định kỳ, từ đó cắt giảm một nửa lưu lượng truyền dẫn thực tế trên đường truyền Fast Ethernet hoặc POS.

4. Giao diện Iu-CS và giao diện Nb có sự khác biệt gì về phương pháp tính toán băng thông? Giao diện Iu-CS kết nối từ RNC đến MGW chủ yếu dựa trên giao thức ATM AAL2 với hệ số mở rộng băng thông là 1,32 do tiêu tốn mào đầu tế bào ATM. Trong khi đó, giao diện Nb kết nối giữa các MGW được tính toán dựa trên chồng giao thức IP/Ethernet (RTP/UDP/IP/Ethernet) với các gói tin kích thước biến đổi tùy thuộc vào chuẩn mã hóa G.711, G.729 hay AMR.

5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS khi tối thiểu hóa chi phí băng thông mạng lõi? Nghiên cứu áp dụng quy trình tối ưu hóa lặp: bắt đầu từ một mức dung lượng liên kết ban đầu, ước lượng các thông số trễ và tổn thất gói tin theo mô hình hàng đợi, sau đó so sánh với ngưỡng chỉ tiêu kỹ thuật (CSSR từ 92% trở lên, độ trễ dưới 250 ms). Dung lượng liên kết chỉ được chốt khi đạt mức chi phí thấp nhất mà vẫn thỏa mãn hoàn toàn các điều kiện QoS đặt ra.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán kỹ thuật phức tạp về quy hoạch và thiết kế mạng di động nâng cao với các đóng góp nổi bật:

• Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về kiến trúc chuyển mạch mềm 3GPP Release 4 và công nghệ WCDMA/UMTS.
• Xây dựng thành công quy trình giải tích 3 bước chuẩn mực để tính toán, định cỡ chi tiết các giao diện mạng lõi gồm Iu-CS, Iu-PS, Mc, Nc và Nb.
• Chứng minh định lượng hiệu quả tiết kiệm 50% băng thông thoại đường trục thông qua thuật toán nén AMR và cơ chế VAD trên nền Fast Ethernet/POS.
• Phân tích và đánh giá chính xác năng lực tải của thiết bị Huawei MSOFT3000 VMSC trên mô hình mạng thực tế 400.000 thuê bao của Vinaphone.
• Đề xuất mô hình phân tán IP/MPLS dạng lưới giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư truyền dẫn và đảm bảo độ khả dụng dịch vụ đạt trên 99,5%.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp một bộ công cụ tính toán định cỡ có độ chính xác cao, tạo tiền đề vững chắc cho việc nâng cấp hạ tầng viễn thông di động tại Việt Nam. Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tiếp theo, các nhà khai thác mạng có thể mở rộng mô hình này để nghiên cứu định cỡ cho các công nghệ băng rộng di động thế hệ tiếp theo như HSPA+ và LTE/4G.

Quý độc giả và các kỹ sư viễn thông quan tâm đến giải pháp tối ưu hóa mạng lõi có thể áp dụng ngay các công thức và quy trình định cỡ trong luận văn để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống mạng của đơn vị mình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tiến lên 3G sẽ khái quát quá trình phát triển của thông tin di động.  Chương 2: Tìm hiều phần cứng và cấu trúc mạng 3G phiên bản 4 của Huawei, phân tích, tìm hiểu một số thông số đánh giá chất lượng mạng 3G, phân tích cấu trúc mạng 3G của Vinaphone.  Chương 3: Xác định kích thước tối ưu cho mạng lưới, tổng quan về hệ thống chuyển mạch mềm trong 3G. Tính toán các thông số của hệ thống, các giao tiếp trong mạng 3G để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng.

 Chương 4: Một số bài toán tính luồng và card cho mạng core 3G. Tuy nhiên trình độ bản thân và điều kiện còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn. Qua đây, Em cũng xin cảm ơn các thầy, các bạn, đặc biệt là thầy giáo TS.

Trần Cảnh Dương đã tận tình hướng dẫn và góp ý để luận văn được hoàn thành. Tác giả Phan Hữu Trí LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 Chƣơng 1 - QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ 2G LÊN 3G Chương này sẽ khái quát quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động, quá trình phát triển từ mạng 2G lên mạng 3G.1 Giới thiệu Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G-generation) là GSM và IS-95 đã được triển khai tại nhiều nơi trên thế giới và chúng sẽ tiếp tục tồn tại trong thập kỷ tới. Tuy nhiên, hiện nay các hệ thống này phải đối mặt với các hạn chế về dung lượng. Chính vì vậy sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) là một điều tất yếu.

Các hệ thống 3G hứa hẹn một dung lượng thoại lớn hơn, tốc độ kết nối di động cao hơn và sử dụng các ứng dụng đa phương tiện. Các hệ thống vô tuyến 3G cung cấp các dịch vụ với chất lượng tương đương với các hệ thống hữu tuyến và các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ (từ 144 kbps) lên tới 1920 Kbps. Bất chấp những ưu điểm nổi trội của hệ thống 3G, cho đến nay số lượng thuê bao của các hệ thống 2G vẫn tiếp tục phát triển nhờ những cải tiến của nó vì thế, trước khi đi vào miêu tả các hệ thống 3G chúng ta hãy xem xét lịch sử phát triển của thông tin di động tế bào và hệ thống 2G, đặc biệt là các hệ thống GSM.1 Lịch sử phát triển thông tin di động. Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà khoa học người Italy, Marconi, cho thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau di động.

Song phải tới những năm đầu 1980 thì mạng điện thoại di động kiểu tế bào thế hệ thứ nhất (1G) mới ra đời. Các mạng này ban đầu chỉ dành cho tín hiệu thoại, và giữa các hệ thống và các thuê bao của mạng không hề tương thích với nhau, khả năng lưu động của thiết bị thấp. Trong tình hình như vậy, người châu Âu nhận thấy cần phải có một hệ thống tế bào thế hệ thứ 2 (2G) hoàn toàn số. Năm 1982, hội nghị Bưu chính và Viễn thông châu Âu (CEPT) đã thành lập nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM (Group Special on Mobile) có nhiệm vụ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 xây dựng một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn châu Âu hoạt động trên băng tần 900 MHz.

Các khuyến nghị về GSM được thông qua vào tháng 4 năm 1988. Sau một thời gian thử nghiệm, năm 1991 mạng GSM (Global System for Mobile Communication) chính thức được đưa vào sử dụng tại châu Âu và nhiều nước trên thế giới. Song không chỉ dừng ở lại đó, người châu Âu đã có tầm nhìn lâu dài. Ngay vào năm 1988 họ đã tiến hành dự án RACE 1043 với mục đích xác định các dịch vụ và công nghệ cho hệ thống thông tin di động tân tiến thế hệ thứ 3 (3G) và sự triển khai dự tính vào năm 2000.

Hệ thống của họ sớm được biết đến với tên gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Các hệ thống 1G, 2G, 3G sẽ hoàn toàn độc lập với nhau và việc triển khai sẽ đan xen nhau, sau đó GSM sẽ được thay thế dần bằng UMTS. Tuy nhiên sự thành công của GSM cho tới nay là cực lớn cho nên quá trình tiến hoá từ 2G lên 3G cần được cân nhắc. Mặc dù mạng xương sống của GSM và UMTS có thể xem là giống nhau, song giao diện vô tuyến lại khác nhau đáng kể.

Đã có những mong chờ, hy vọng lớn ban đầu đối với UMTS. Nó không chỉ là tế bào mà sẽ bao các loại mạng khác từ vô tuyến di động cá nhân (PMR- Private Mobile Radio), các mạng nội hạt không dây (Wireless LAN) tới các hệ thống vệ tinh di động MSSs. Các đặc điểm quan trọng là nó sẽ hoạt động toàn cầu, hỗ trợ các dịch vụ tốc độ bit cao và quan trọng nhất là định hướng dịch vụ. Trong khi châu Âu xem mạng 3G toàn cầu cho thế kỷ 21 là UMTS, hầu hết các kỹ sư của họ làm việc với UMTS hy vọng rằng họ sẽ đạt được thỏa thuận với ITU để sớm điều chỉnh UMTS và điều cơ bản là UMTS sẽ được chấp nhận là chuẩn toàn cầu.

Để giải thích việc hy vọng này, chúng ta cần chỉ ra là ITU đã tham gia trò chơi 3G từ lúc bắt đầu. Đồng thời với sự khởi đầu của RACE tại châu Âu, nhóm đặc biệt được thành lập của ITU là TG 8/1 (task group thuộc CCIR). Uỷ ban này coi hệ thống 3G của họ như là hệ thống thông tin di động mặt đất, công cộng tương lai FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunication System). Người châu Âu, tất nhiên cũng là thành viên của TG8/1 và dưới áp lực về chính trị cũng như thương mại thì FPLMTS và UMTS dường như chung mục đích và đối tượng.

Cái khác nhau cơ bản LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 giữa TG8/1 và cái đang diễn ra tại châu Âu là người châu Âu đã sẵn sàng đưa hệ thống của họ vào thực tiễn trong khi TG8/1 vẫn chỉ là diễn đàn. Còn người Mỹ thì sao? Tại Mỹ không có các chương trình R&D (Research and Development) tầm cỡ quốc gia về hệ thống 2G hay 3G nào được tiến hành cả. Hệ thống 1G dịch vụ thoại tân tiến của họ AMPS (Advanced Mobile phone Service) được phát triển thành thế hệ 2 là IS-136 sau đó trở thành hệ thống hai mode là IS-95. Người Mỹ cũng giới thiệu hệ thống IDEN có khả năng hỗ trợ các dịch vụ tế bào và vành vô tuyến.

Nó chiếm một phổ tần rất lớn cho 3G và nó cho phép GSM vào Mỹ dưới dạng PCS1900. Việc sở hữu phổ như vậy đồng nghĩa là có các ưu điểm nổi trội khi mạng lưới 2G được phát triển thành 3G. Một yếu tố lớn không chỉ tại Mỹ mà trên cả thế giới là sự xuất hiện của IS-95, nó ra đời sau so với GSM và một vài người tranh cãi rằng nó là 2,5G. Nó đã phải tranh đấu để tồn tại bởi thiếu phổ tần và thái độ của các kỹ sư đối với phương pháp đa truy nhập.

Phổ hẹp cỡ 1,25MHz ở đầu dải AMPS là đủ cho CDMA tế bào. Những người ủng hộ CDMA đều rõ một điều là nó có hiệu quả về mặt phổ rất cao. Do đó chúng ta có thể coi IS-95 là một hệ thống 2,5G vì nó phù hợp với môi trường nhiều người dùng 3G và việc phát triển lên 3G sẽ dễ dàng. Điều này không đúng đối với các hệ thống TDMA thế hệ 2G khi chuyển sang hệ thống 3G.

Tuy nhiên chúng ta sẽ thấy trong phần sau, GSM với TDMA của nó có thể phát triển tới 3G mà không cần có thêm card CDMA. Tuy nhiên vẫn có một sự phát triển từ giai đoạn 2+ của GSM lên UMTS được đề cập ở phần1. Ủy ban TG8/1 đã từ bỏ cái tên FPLMTS khi dùng cho hệ thống 3G của nó, và thay thế bằng từ thông tin di động quốc tế năm 2000, hay đơn giản là IMT-2000 (International Mobile Telecommunication for 2000). Sau đó nó đã loại bỏ sự khó khăn mang tính chính trị về một chuẩn duy nhất bằng cách chọn một họ chuẩn.

Mỗi thành viên của họ phải đáp ứng một số chỉ tiêu tối thiểu. Có tất cả 16 đề nghị được chấp thuận, 10 chuẩn cho mạng 3G mặt đất và 6 cho hệ thống vệ tinh di động. Phần lớn các yêu cầu ủng hộ CDMA là phương pháp đa truy cập. Một dung hoà đã được đưa ra và cuối cùng ITU đã đồng ý là họ IMT-2000 sẽ bao gồm 5 công nghệ sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 10  IMT DS (Direct Sequence) được biết tới là UTRA FDD và W-CDMA trong đó UTRA là UMTS terrestrial Radio Access truy cập vô tuyến mặt đất cho UMTS và W trong W-CDMA là wideband.

 IMT MC (Multicarrier) hệ thống này là phiên bản của IS-95 (bây giờ được gọi là CDMA One) và cũng được biết đến với tên là Cdma2000, chúng ta sẽ sử dụng cái tên được dùng phổ biến là Cdma2000.  TC (Time Code) là UTRA TDD được đặt tên cho chế độ UTRA sử dụng song công theo thời gian.2 Phổ của IMT-2000 Hội nghị về quản lý vô tuyến của thế giới tháng 3/1992 đã chỉ định 200 MHz trong dải tần 2G cho IMT-2000 sử dụng toàn cầu. Các dải tần thực tế là 1885- 2025MHz và 2110-2200MHz. Thật không may là một vài phần của dải tần này đã được các dịch vụ khác sử dụng.1 là sơ đồ phổ của IMT-2000 và việc sử dụng tại châu Âu, Mỹ, Nhật dải phổ này.

Phổ IMT-2000 có thể chia thành 7 khoảng. Tần số các khoảng này như bảng 1.1  Khoảng 1: được dùng cho DECT tại châu Âu và cho PHS, PCS, DECT tại một số vùng trên thế giới.  Khoảng 2: tại Mỹ, Nhật dùng cho PCS, PHS  Khoảng 3 và 6 hình thành các dải ghép phân kênh theo tần số 60 MHz  Khoảng 4,7: dùng cho các dịch vụ vệ tinh di động cung cấp các dải tần 30MHz kiểu FDD.  Khoảng 4: dùng cho tuyến lên.

 Khoảng 7: dùng cho tuyến xuống. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 11  Khoảng 1,2,5: không cặp đôi phù hợp với các hoạt động ghép kênh phân chia theo thời gian.  Khoảng 5: có thể sử dụng cho các dịch vụ MSS tuyến lên tại Mỹ.1: Phổ của IMT-2000 và việc sử dụng phổ này tại châu Âu, Mỹ, và Nhật. PCS, SAT Mobile Sattelite Service, DECT- Digital Enhanced Cordless Telecommunications, PHS –Handyphone System Bảng 1.