HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- LÊ NGỌC LÂM ỨNG DỤNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY CHO ẢO HÓA SGW TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - 2023 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- LÊ NGỌC LÂM ỨNG DỤNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY CHO ẢO HÓA SGW TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 8.08 ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT (KỸ THUẬT VIỄN THÔNG) (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong đề án tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Lê Ngọc Lâm ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian tập trung nghiên cứu, học viên đã đạt được những kết quả nhất định trong nghiên cứu của mình. Những kết quả đạt được đó không những từ sự cố gắng, nỗ lực của học viên, mà còn có sự hỗ trợ và giúp đỡ của các Thầy hướng dẫn. Học viên xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS Đặng Thế Ngọc đã tận tình hướng dẫn, trang bị phương án nghiên cứu, kiến thức khoa học để học viên hoàn thành các nội dung của đề án. Học viên trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Khoa Viễn thông 1, Khoa Sau đại học và Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên trong thời gian làm đề án. Cuối cùng, học viên chân thành cảm ơn gia đình đã luôn là hậu phương, hỗ trợ và khích lệ tinh thần cho học viên hoàn thành mục tiêu nghiên cứu của mình. Hà Nội, tháng 05 năm 2023 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.v DANH MỤC HÌNH ẢNH. vii DANH MỤC CÁC BẢNG. ix MỞ ĐẦU. 1 Chương 1 - ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ ỨNG DỤNG.1 Con đường hình thành điện toán đám mây.2 Các dịnh vụ và lợi ích điện toán đám mây.2 Các dịch vụ điện toán đám mây.3 Lợi ích điện toán đám mây.3 Các mô hình điện toán đám mây.4 Xu hướng ứng dụng điện toán đám mây trong khai thác viễn thông.5 Kết luận chương 1.14 Chương 2 - NÚT MẠNG SGW TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE.1 Kiến trúc mạng di động 4G LTE.2 Đặc điểm nút mạng SGW.3 Yêu cầu kỹ thuật của SGW.1 Khả năng dự phòng.2 Tính sẵn sàng cao.3 Khả năng phục hồi.4 Khả năng mở rộng.5 Khả năng xử lý dữ liệu tốc độ cao.6 Khả năng giám sát, vận hành.4 Kết luận chương 2.24 Chương 3 - TRIỂN KHAI NÚT MẠNG SGW DỰA TRÊN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY.1 Mô hình kiến trúc ảo hóa SGW.1 Mô hình kiến trúc NFV-MANO.2 Mô hình kiến trúc ảo hóa SGW dựa trên NFV-MANO.2 Kịch bản triển khai SGW dựa trên điện toán đám mây.1 Công cụ triển khai dịch vụ điện toán đám mây OpenStack.2 Công cụ điều phối và quản lý MANO.3 Nền tảng máy ảo.4 Cổng giao tiếp mạng SGW.5 Xử lý dữ liệu tốc độ cao DPDK.6 Thực thể SGW.7 Quy trình vận hành.3 Đánh giá kết quả.2 Tiêu thụ CPU.3 Khả năng mở rộng.4 Kết luận chương 3.56 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.58 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CDR Charging Data Record Bản ghi tính cước dữ liệu CG Charging Gateway Cổng tính cước DPFK Data Plane Development Kit Công cụ phát triển mặt phẳng dữ liệu ECM EPS Connection Management Quản lý kết nối EPS EM Element Management Quản lý phần tử EMM EPS Mobility Management Quản lý di động EPS EMS Element Management System Hệ thống quản lý phần tử eNB eNodeB Trạm gốc di động 4G EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển EPS Evolved Packet System Hệ thống gói phát triển ETSI European Telecommunications Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Standards Institue âu HSS Home Subscribe Server Máy chủ thuê bao nhà IaaS Infrastructure as a Service Hạ tầng như một dịch vụ MANO Management and Orchestration Công cụ quản lý và dàn dựng các vi chức năng mạng MME Mobile Managemenet Entity Thực thể quản lý di động NAS Non Access Stratum Tầng không truy nhập NFV Network Function Virtualization Ảo hóa chức năng mạng NFVI Network Function Virtualization Hạ tầng ảo hóa chức năng mạng Infastructure NS Network System Hệ thống mạng NS Network Service Dịch vụ mạng OCS Online Charging System Hệ thống tích cước thời gian thực PaaS Platform as a Service Nền tảng như một dịch vụ PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói PGW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SaaS Software as a Service Phần mềm như một dịch vụ SGSN Serving GPRS Support Node Cổng hỗ trợ cung cấp GPRS SGW-CP Serving Gateway Control Plane Mặt phẳng điều khiển SGW SGW-U Serving Gateway User Plane Mặt phẳng người dùng SGW TOSCA Topology and Orchestration Đặc tả kiến trúc liên kết và phối Specification hợp cho điện toán đám mây UE User Equipment Thiết bị người dùng VM Virtual Machine Máy ảo VNaaS Virtual Network as a Service Mạng ảo như một dịch vụ VNF Virtual Network Function Chức năng mạng được ảo VNFD Virtual Network Function Bộ mô tả ảo hóa chức năng mạng vii Descriptor ảo VNFM Virtual Network Function Quản lý chức năng mạng ảo Management VNFO Network Function Virtualization Bộ dàn dựng ảo hoá chức năng Orchestrator mạng viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Các dịch vụ điện toán đám mây. Kiến trúc tổng quan mạng di động 4G LTE. Kết nối giữa SGW với các nút mạng khác. Thiết kế SGW tổng thể. Minh họa khả năng dự phòng SGW. Minh họa tính sẵn sàng cao của SGW. Khả năng mở rộng SGW. Kiến trúc chức năng Quản lý và điều phối NFV. Mô hình kiến trúc ảo hóa SGW. NFV ánh xạ tới TOSCA. Kiến trúc tổng thể SGWaaS. Kiến trúc Openstack. MANO quản lý gói VNF. Vòng đời VNF trong MANO. MANO khởi tạo và cung cấp VNF. MANO giám sát thông tin VNF. Mở rộng VNF với MANO. Cập nhật VNF trong MANO. MANO kết thúc VNF. Tập hợp cụm máy chủ vật lý. Giao tiếp mạng của SGW. Nguyên lý hoạt động DPDK. Kiến trúc tổng thể SGW-as-a-Service. Kiến trúc dịch vụ con SGW-as-a-Service. Kịch bản triển khai SGWaaS. Thời gian đáp ứng (ms) trên các giao diện với SGW truyền thống(a) và SGWaaS (b). Mức sử dụng CPU trên giao diện S11. Mức sử dụng CPU trên giao diện S5. Mức sử dụng CPU trên giao diện Sxa. Mức độ sử dụng CPU trên VNF khi mở rộng.54 x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. So sánh các mô hình triển khai đám mây. Các thực thể trong mạng di động 4G LTE. Các giao diện nút mạng SGW. Thời gian đáp ứng (ms) trên các giao diện với SGW truyền thống. Thời gian đáp ứng (ms) trên các giao diện với SGWaaS. Mức sử dụng CPU với tải tương ứng trên giao diện S11. Mức sử dụng CPU với tải tương ứng trên giao diện S5. Mức sử dụng CPU với tải tương ứng trên giao diện Sxa. Mức độ sử dụng CPU khi mở rộng VNF. Lý do chọn đề tài Với các nhà cung cấp hạ tầng máy chủ, các phương thức triển khai và vận hành cơ sở hạ tầng theo cách truyền thống đã lạc hậu, kém linh hoạt khi nhu cầu phục vụ luôn thay đổi. Thông thường, nhà cung cấp sẽ điều chỉnh năng lực phục vụ của hạ tầng máy chủ bằng cách tăng/giảm số lượng các tài nguyên vật lý như CPU, RAM, ổ đĩa, … cho phù hợp nhu cầu thực tế. Điều này sẽ gây gián đoạn dịch vụ, thời gian chuyển giao giữa hai hệ thống lớn, ảnh hưởng đến khách hàng. Đặc biệt, với các nhà khai thác viễn thông, điều này không được phép xảy ra. Điện toán đám mây và Ảo hóa chức năng mạng – NFV (Network Function Virtualization) đang nổi lên như là công nghệ then chốt để vượt qua những thách thức mà 4G và các hệ thống di động phải đối mặt. Trong vài năm qua, Nền tảng dưới dạng dịch vụ PaaS (Platform as a Service) của điện toán đám mây trong đà phát triển và được áp dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp CNTT. Nó đơn giản hóa việc cung cấp ứng dụng và đẩy nhanh thời gian đưa sản phẩm ra thị trường đồng thời giảm chi phí. Các doanh nghiệp Viễn thông có thể tận dụng mô hình tương tự để cung cấp 4G và các dịch vụ mạng cốt lõi khác bằng cách sử dụng công nghệ NFV. Do vậy, đề án này với đề tài “Ứng dụng điện toán đám mây cho ảo hóa SGW trong mạng di động 4G LTE” có mục tiêu là tập trung nghiên cứu và xây dựng giải pháp triển khai nút mạng Serving Gateway (SGW) trong mạng lõi 4G LTE trên nền tảng điện toán đám mây, dựa theo mô hình thiết kế của Viện tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu ETSI, đáp ứng việc triển khai, vận hành linh hoạt với nhu cầu thay đổi năng lực phục vụ không ngừng từ các thuê bao 4G. Mục tiêu của đề án Về mặt lý luận: ứng dụng dịch vụ PaaS của điện toán đám mây cho việc cung cấp dịch vụ nút mạng SGW trong mạng lõi 4G LTE. Về mặt thực tiễn: triển khai được nút mạng SGW theo chuẩn ETSI dựa trên điện toán đám mây. Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu • Đối tượng: máy chủ SGW trong mạng lõi 4G LTE. • Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tài liệu: thu thập thông tin các cơ sở lý thuyết, thành tựu lý thuyết liên quan đến đề tài ảo hóa hệ thống máy chủ, kết quả nghiên cứu của đồng nghiệp đã công bố trên các ấn phẩm. Tổng hợp kịch bản sử dụng, mô hình kiến trúc, yêu cầu kỹ thuật hệ thống mạng ảo theo chuẩn ETSI. - Thực nghiệm: xây dựng, triển khai SGW qua nền tảng điện toán đám mây. Đánh giá khả năng vận hành của hệ thống với những thiết bị đầu cuối UE cụ thể. Bố cục đề án Nội dung đề án được trình bày trong ba chương, bao gồm: Chương 1: Điện toán đám mây và ứng dụng, trình bày tổng quan về lịch sử hình thành điện toán đám mây, đặc điểm và lợi ích của nó. Trình bày các mô hình thường dùng triển khai điện toán mây. Phần cuối là các xu hướng khai thác dịch vụ của điện toán đám mây hiện nay. Liên hệ với nhu cầu của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông di động. Chương 2: Nút mạng SGW trong mạng di động 4G LTE, trình bày về kiến trúc mạng di động 4G LTE, vị trí, đặc điểm nút mạng SGW trong mạng di động 4G LTE. Từ đó, đưa ra các yêu cầu kỹ thuật của nút mạng SGW đáp ứng những tiêu chuẩn cung cấp dịch vụ máy chủ trong phạm vi nhà khai thác viễn thông.
Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng điện toán đám mây cho ảo hóa SGW trong mạng di động 4G LTE
Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng điện toán đám mây cho ảo hóa SGW trong mạng di động 4G LTE, nâng cao hiệu suất và khả năng mở rộng.
Trường đại học
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thôngChuyên ngành
Kỹ thuật Viễn thôngNgười đăng
Ẩn danhThể loại
đề án tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuậtPhí lưu trữ
30 PointMục lục chi tiết
THÔNG TIN CHI TIẾT
Tác giả: Lê Ngọc Lâm
Người hướng dẫn: PGS. TS Đặng Thế Ngọc
Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Đề tài: Ứng Dụng Điện Toán Đám Mây Trong Ảo Hóa SGW Mạng Di Động 4G LTE
Loại tài liệu: đề án tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật
Năm xuất bản: 2023
Địa điểm: Hà Nội
Tài liệu với tiêu đề "Ứng dụng điện toán đám mây trong ảo hóa SGW mạng di động 4G LTE" khám phá cách mà công nghệ điện toán đám mây có thể cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng của mạng di động 4G LTE thông qua việc ảo hóa. Bài viết nêu bật những lợi ích của việc áp dụng điện toán đám mây, bao gồm khả năng tiết kiệm chi phí, tăng cường tính linh hoạt và khả năng quản lý tài nguyên hiệu quả hơn. Đặc biệt, tài liệu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách mà ảo hóa SGW (Serving Gateway) có thể tối ưu hóa việc xử lý dữ liệu và nâng cao trải nghiệm người dùng.
Để mở rộng thêm kiến thức của bạn về các ứng dụng của điện toán đám mây trong các lĩnh vực khác, bạn có thể tham khảo tài liệu Luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin đề xuất xây dựng mô hình ứng dụng nền tảng điện toán đám mây riêng cho hệ thống y tế, nơi bạn sẽ tìm thấy những ứng dụng cụ thể trong lĩnh vực y tế. Ngoài ra, tài liệu Dodanghoan dientoandammay sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về việc quản lý dữ liệu sinh viên trên nền tảng đám mây. Cuối cùng, bài tập lớn tìm hiểu công nghệ ảo hóa máy chủ microsoft hyper v sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn sâu sắc về công nghệ ảo hóa, một phần quan trọng trong điện toán đám mây. Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và hiểu rõ hơn về các ứng dụng đa dạng của công nghệ điện toán đám mây.
Trích đoạn nội dung tài liệu
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ