Luận văn Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di đông Viettel Mobile

ủa mình trong khi đang đi xa, hoặc quan sát được người trông trẻ đang chăm sóc em bé như thế nào khi ta đang làm việc tại cơ quan. Ngoài các dịch vụ đã nêu trên còn có rất nhiều dịch vụ khác có thể triển khai trong môi trường 4G như: các dịch vụ ứng dụng trong y học, chính phủ điện tử, nghiên cứu đào tạo từ xa, nhắn tin đa phương tiện,… Như vậy các dịch vụ thế hệ sau là rất đa dạng và phong phú, việc xây dựng, phát triển và triển khai chúng là mở và linh hoạt. Chính vì vậy nó thuận tiện cho các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng triển khai dịch vụ đến cho khách hàng trong mạng 4G. 3.1.2.1 Các yêu cầu về dịch vụ Dịch vụ trên mạng di động 4G cần tuân theo các đặc tính sau:  Dịch vụ truy nhập không đồng nhất: các hệ thống 4G sẽ phải cung cấp nhiều dạng dịch vụ ứng với nhiều loại thiết bị truy nhập đầu cuối của khách hàng, các mạng truyền dẫn và các tiêu chuẩn dịch vụ được mong đợi. Các kiến trúc dịch vụ đầu cuối sẽ phải khai thác phương tiện phần mềm để có được sự đồng hợp tác.  Mạng truy nhập không đồng nhất: Có một loạt các kỹ thuật mạng sẽ được sử dụng tại cùng một thời gian bao gồm các kỹ thuật dùng trong các mạng cũ như EDGE, HSCSD, GPRS và cả các mạng peer-to-peer, Wifi, bluetooth…Các kiến trúc 4G phải cung cấp dịch vụ trong suốt nhờ trừu tượng hóa các mode khác biệt cơ bản trong hoạt động của mạng.  Nhãn dịch vụ: Kiến trúc dịch vụ phải là một thực thể thương mại cung cấp các dịch vụ tăng cường, với nghĩa từ nhà cung cấp dịch vụ này đến nhà cung cấp dịch vụ khác, điều này được thực hiện nhờ kiến trúc mạng và kiến trúc dịch vụ. Các kiến trúc dịch vụ trong mạng di động 4G phải tuân theo các tính chất sau:  Các mẫu ấn định tài nguyên và dịch vụ mở: Các khung dịch vụ phải được tạo ra, thiết lập và sắp xếp một cách độc lập trong các miền chồng lấn của các nhà cung cấp dịch vụ. Việc cung cấp các tài nguyên, khả năng và trạng thái hiện thời cần được mô tả và trao đổi giữa các nhà cung cấp dịch vụ liên kết với nhau, đó là mục đích “tái bản lại tài nguyên” tại đó các dịch vụ được kết hợp hay thực hiện các chức năng thông qua nhà cung cấp địa phương.  Mẫu nguyên lý và thỏa thuận khả năng mở: Hiển nhiên thỏa thuận khả năng cần được hiểu trong môi trường có nhiều sự kết hợp và phức tạp hơn các mạng điện thoại truyền thống. Đây là yêu cầu tự nhiên giống như một thị trường dựa trên khuôn dạng ấn định dịch vụ. Thực ra đó là các kỹ thuật ấn định động dựa trên các phương pháp kinh tế như đấu giá điện tử, đi đôi với các hệ thống thanh toán/quảng cáo/thanh toán thời gian thực cho sử dụng các tài nguyên.  Quản lý trách nhiệm: Các kỹ thuật quản lý trách nhiệm dựa trên quan hệ giữa các nhà cung cấp dịch vụ với người sử dụng và giữa các nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Các mối quan hệ đang tồn tại giữa các nhà cung cấp dịch vụ được dựa trên các hợp đồng giữa các hãng kinh doanh lớn mạnh. Các giả thiết có thể không phù hợp trong trường hợp các nhà cung cấp dịch vụ tăng bất thường. “Better business bureau” cung cấp một tốc độ dịch vụ ở đó chia thành các bên tham gia tin cậy từ các thành viên không tin cậy.  Các nhóm dịch vụ kết hợp: Một mẫu được sử dụng cho định hình kết hợp dịch vụ động thông qua các kỹ thuật hợp tác được yêu cầu. Các tính chất mong muốn có thể bao gồm khả năng khám phá các liên kết tiềm năng, các kỹ thuật cho thiết lập các mối quan hệ trách nhiệm, cho quản lý các liên hệ trách nhiệm phân tán và quản lý các cấp độ thay đổi của các hệ thống trong suốt. Chú ý là không phải tất cả các liên kết đều là các đối tác tiềm năng. Ví dụ nhà cung cấp WiFi có thể kết hợp với một nhà cung cấp dịch vụ thoại di động tế bào để cung cấp hai phần tách biệt ứng dữ liệu cần băng thông lớn và các luồng thoại cần băng thông thấp trong việc hỗ trợ các ứng dụng hội thảo đa phương tiện của người sử dụng. Trong trường hợp này, giả sử là trong cùng lân cận của người sử dụng tồn tại một điện thoại di động và một số loại thiết bị vi tính màn hình liền, các thiết bị này hình thành một liên kết cho một ứng dụng hỗ trợ trong suốt với dịch vụ audio di theo đường mạng điện thoại còn dịch vụ video di theo đường mạng WiFi.  Khả năng chịu lỗi dịch vụ: Các liên minh có thể, nhóm dịch vụ kết hợp cung cấp cơ hội cho khả năng chịu lỗi tiên tiến. Các tính chất mong muốn trong khía cạnh này bao gồm khám phá lỗi, đăng kí dịch vụ và phát hiện nhờ mode đa truy nhập. 3.1.2.2 Xu hướng dịch vụ trong mạng 4G Để xác định được các dịch vụ trong mạng 4G cũng như chiến lược đầu tư của các công ty, xu hướng phát triển các dịch vụ trong tương lai là vấn đề rất cần xem xét. ¤ Trước hết chúng ta cần quan tâm đến xu hướng của dịch vụ thoại. Đây là dịch vụ phổ biến, lâu đời và thu nhiều lợi nhuận nhất từ những ngày đầu cho đến nay. Do đó, dịch vụ thoại truyền thống sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian dài. Sau đó, một phần dịch vụ truyền thống này chuyển sang thông tin di động và thoại qua IP. ¤ Đối với dịch vụ truyền thông đa phương tiện, hiện nay H.323 đã là môi trường cho giải pháp thoại qua giao thức IP và các dịch vụ đa phương tiện tương đối đơn giản. Tuy nhiên, sau đó SIP sẽ thay thế cho H.323 do SIP có nhiều ưu điểm hơn và thích hợp với các dịch vụ truyền thông đa phương tiện phức tạp. ¤ Trong tương lai, tính cước dịch vụ theo nội dung và chất lượng, không theo thời gian sẽ chiếm ưu thế. ¤ Cuối cùng, phương thức truy nhập mạng, ra lệnh, nhận thông tin,… bằng lời nói (voice portal) sẽ là một chọn lựa trong tương lai. Hiện nay, kỹ thuật chuyển đổi từ lời nói sang file văn bản và ngược lại đang phát triển mạnh. Mục tiêu chính của các dịch vụ trong 4G là cho phép khách hàng có thể lấy thông tin họ muốn ở bất kỳ dạng nào, trong bất kỳ điều kiện nào, tại mọi nơi và dung lượng tùy ý. Dựa trên các khuynh hướng được đề cập ở trên, sau đây là một số đặc tính dịch vụ quan trọng trong mạng 4G:  Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện, đảm bảo độ tin cậy, thân thiện trong việc liên kết các thuê bao, truy nhập tốc độ cao và truyền tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, vào mọi lúc, tại mọi nơi,…  Nhiều thực thể và các phần tử mạng thông minh được phân bố trên toàn mạng. Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các dịch vụ mạng. Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay thế cho nhà cung cấp dịch vụ hoặc mạng. Ta có thể xem nó như một tác tử quản lý có thể thực hiện giám sát tài nguyên mạng, tập hợp các số liệu,…  Dễ dàng sử dụng. Khách hàng không bị ảnh hưởng từ các quá trình tập trung, xử lý và truyền dẫn thông tin phức tạp của hệ thống. Nó cho phép khách hàng truy xuất và sử dụng các dịch vụ mạng một cách đơn giản hơn, bao gồm các giao diện người dùng cho phép tương tác tự nhiên giữa khách hàng và mạng. Khách hàng được cung cấp các thông tin hướng dẫn, các tùy chọn, các tương tác quản lý xuyên suốt các dịch vụ. Ngoài ra nó còn cung cấp các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm ngược lại với những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp một môi trường thống nhất cho các dạng thông tin.  Cho phép khách hàng quản lý hồ sơ các nhân, tự dự phòng các dịch vụ mạng, giám sát thông tin tính cước, cá nhân hóa giao diện người dùng, tạo ra và dự phòng các ứng dụng mới  Quản lý thông tin thông minh, giúp người dùng quản lý sự quá tải của thông tin bằng cách cung cấp cho họ khả năng tìm, sắp xếp và lọc các bản tin hoặc dữ liệu, quản lý chúng cho mọi phương tiện. 1. 3.2. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G 2. 3.2.1 Khái niệm QoS 3.2.1.1 Khái niệm QoS theo ITU Định nghĩa về QoS theo tiêu chuẩn E800 của ITU: Chất lượng dịch vụ viễn thông là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối tượng sử dụng dịch vụ đó. Hình 3.1 mô tả một cách tổng quát các khái niệm cơ bản về QoS theo khuyến nghị của ITU-T. Các khái niệm được trình bày trong sơ đồ có thể được áp dụng để đánh giá mức QoS có thể đạt được trong thực tế, hướng tới mức QoS theo chỉ tiêu hoặc các yêu cầu mô tả đặc tính thiết kế mạng. Tuy nhiên từng khái niệm trong sơ đồ có thể mang ý nghĩa thể hiện theo mức tổng thể hay riêng lẻ, những khái niệm được trình bày trong sơ đồ có thể chưa thể hiện toàn bộ những mối liên hệ của chúng. Khía cạnh cần quan tâm khi đánh giá tổng thể một dịch vụ là quan điểm sử dụng dịch vụ. Kết quả đánh giá này thể hiện mức độ hài lòng của những người sử dụng dịch vụ. Điều này sẽ được xem xét theo các nội dung sau:  Khái niệm QoS.  Mối quan hệ giữa QoS và NP  Các chỉ tiêu về QoS và NP Một điều hiển nhiên là một dịch vụ được sử dụng chỉ khi nó được cung cấp và người ta mong muốn nhà cung cấp dịch vụ có sự hiểu biết cụ thể về chất lượng của các dịch vụ mà họ phát hành. Theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ, khái niệm NP là một chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo và được điều hành để có thể đạt mức độ hài lòng của người sử dụng về chất lượng dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có nhiệm vụ phải tổ hợp các tham số NP khác nhau thành một bộ chỉ tiêu để có thể vừa đảm bảo các nhu cầu lợi ích kinh tế của mình đồng thời phải thoả mãn một cách tốt nhất cho những người sử dụng dịch vụ. Trong khi sử dụng dịch vụ, thông thường người sử dụng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vụ. Mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ phụ thuộc vào chất lượng dịch vụ QoS hay những cảm nhận sau cùng của khách hàng về thực hiện dịch vụ  Hỗ trợ dịch vụ (service support performance)  Khai thác dịch vụ (service operability performance)  Năng lực phục vụ (serveability performance)  An toàn dịch vụ ( service security performance) Hình 3.1: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng Hỗ trợ dịch vụ: là khả năng của một tổ chức cung cấp dịch vụ và trợ giúp trong việc sử dụng dịch vụ đã cung cấp . Khai thác dịch vụ: là khả năng vận hành dịch vụ một cách thành công và dễ dàng của người sử dụng, bao gồm các đặc tính về thiết bị đầu cuối, các âm hiệu và tin báo dễ hiểu Mức độ an toàn dịch vụ: là mức độ bảo vệ chống lại sự giám sát trái phép, sử dụng gian lận, quấy phá, thao tác sai, thảm hoạ thiên nhiên. Năng lực phục vụ: là khả năng dịch vụ đạt được khi người sử dụng yêu cầu và tiếp tục được cung cấp mà không có sự suy giảm quá mức trong khoảng thời gian sử dụng (trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau). Khả năng phục vụ là phần phụ thuộc vào đặc tính mạng nhiều nhất và tiếp tục được chia thành ba khái niệm: -Năng lực truy nhập đến dịch vụ (service accessibility performance): là khả năng dịch vụ đạt được trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau khi được yêu cầu bởi người sử dụng -Năng lực duy trì dịch vụ (service retainability performance): là khả năng của một dịch vụ tiếp tục được cung cấp trong các điều kiện đưa ra trong khoảng thời gian sử dụng. -Mức độ hoàn hảo của dịch vụ (service integrity performance): là mức độ dịch vụ được cung cấp mà không bị suy giảm quá mức, một khi đã đạt được Năng lực tính cước chính là thông số đánh giá về ghi cước và hoá đơn, trong đó phần xác suất về tính cước sai, tính cước thừa và tính cước thiếu thuộc về chỉ tiêu của QoS. Phần đánh giá về độ chính xác ghi cước là chỉ tiêu của chất lượng mạng. Qua hình vẽ 3.1, chúng ta cũng thấy rằng năng lực phục vụ sẽ có mối liên hệ với các khái niệm thuộc phần chất lượng mạng như khả năng xử lý lưu lượng, độ tin cậy, tài nguyên và phương tiện cũng như chất lượng truyền dẫn (gồm cả năng lực truyền lan). Điều này có nghĩa là QoS có mối quan hệ chặt chẽ với chất lượng mạng. Chất lượng mạng là khả năng của mạng cung cấp các chức năng liên quan đến thông tin giữa những người sử dụng (theo ITU-E800). Dịch vụ viễn thông là các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp của các doanh nghiệp cung cấp cho khách hàng khả năng truyền, đưa và nhận các loại thông tin thông qua mạng lưới viễn thông công cộng. QoS được xác định bằng các chỉ tiêu định tính và chỉ tiêu định lượng. Chỉ tiêu định tính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng, còn chỉ tiêu định lượng được thể hiện bằng số liệu đo cụ thể. Có rất nhiều tổ chức đưa ra các khái niệm QoS như ISO/IEC, RM-ODP, ETSI… tuy nhiên các khái niệm này không hoàn toàn giống nhau. Sau đây sẽ trình bày thêm khái niệm QoS theo ETSI. 3.2.1.2 Khái niệm QoS theo ETSI Theo ETSI thì quan điểm của người sử dụng /khách hàng về mức độ QoS là sự mô tả các tham số sau: -Tổng hợp những kết quả mà người sử dụng/khách hàng nhận được, bao gồm cả những nguyên nhân liên quan đến mạng -Không phụ thuộc vào những hiểu biết của khách hàng về thiết kế mạng chi tiết - Nắm được các khía cạch của dịch vụ theo quan điểm của người sử dụng/khách hàng -Các khái niệm liên quan đến mạng được mô tả theo một ngôn ngữ chung, dễ hiểu bởi người sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. -Có sự hiểu biết giữa người sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ Hình 3.2: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI 3.2.2 Kiến trúc QoS Có rất nhiều kiến trúc QoS được đưa ra cho mạng di động 4G. Sau đây sẽ giới thiệu một kiến trúc QoS: Để đảm bảo QoS cần phải có kiến trúc QoS. Nó là một framework đảm bảo chất lượng từ đầu cuối đến đầu cuối và cung cấp các chức năng tích hợp về quản lý điều khiển QoS, và giao diện QoS Các nguyên tắc của QoS: -Tích hợp (Integration): có khả năng cấu hình lại, có thể dự đoán truớc và có thể quản lý được thông qua tất cả các lớp mạng -Phân tách (Separation): tách giữa báo hiệu và dữ liệu truyền. -Trong suốt (Transparency): tách biệt giữa QoS và ứng dụng -Thực thi (performance): Xử lý các giao thức một cách có hiệu quả Như vậy kiến trúc QoS liên quan đến: QoS specification, QoS mechanism, Traffic Engineering, QoS supporting protcol.  QoS specification: - Yêu cầu QoS mức ứng dụng -Kế hoạch chính sách QoS trong mỗi lớp -Cấu hình và duy trì cơ chế QoS - Theo tính đồng bộ, khả năng thực thi, mức dịch vụ, chính sách, giá,...  QoS Mechanism -Cung cấp QoS: sắp xếp QoS, kiểm tra kết quả vào -Điều khiển QoS: theo trạng thái, theo kế hoạch, chính sách, điều khiển, đồng bộ. Điều này liên quan đến quản lý lưu lượng -Quản lý QoS: giám sát QoS, duy trì QoS  QoS supporting protcol -Hỗ trợ chuyển vùng của Micro mobility: CIP, Hawaii, HMIP -Hỗ trợ chuyển vùng của Macro mobility: MIP v4, MIP v6… Tuy nhiên các tiêu chuẩn về chất lượng của dịch vụ 4G cũng như 3G vẫn còn là vấn đề đang đuợc các nhà chuyên môn, các hãng trên toàn thế giới nghiên cứu. Hiện tại chưa có các tiêu chuẩn cụ thể nào về chất lượng dịch vụ của mạng 4G. Đó cũng là dễ hiểu vì theo kiến trúc QoS ở trên:  Đánh giá của người sử dụng: họ mới sử dụng các dịch vụ thế hệ mới cho nên chưa có được sự đánh giá về chất lượng. Bên cạnh đó quá trình phát triển mạng cũng như dịch vụ mạng vẫn đang phát triển mạnh về thiết bị, về chất lượng dịch vụ theo xu hướng ngày một tốt hơn và hoàn thiện hơn.  QoS của các ứng dụng: các ứng dụng mới ở giai đoạn đầu của sự phát triển nên chưa có đánh giá một cách chính xác, cụ thể về QoS  Hiệu năng của các thiết bị đầu cuối, hiệu năng của mạng, và hiệu năng của các phần tử mạng: các hãng sản xuất thiết bị trên thế giới cũng đã tập trung vào vấn đề liên quan đến chất lượng dịch vụ trong các sản phẩm của mình, đó là một ưu thế cạnh tranh quan trọng. Tuy nhiên quá trình vẫn đang phát triển. Các dịch vụ và ứng dụng của mạng di động 4G được phân loại theo tiêu chuẩn chung của ITU-T/-R. Tuy nhiên đứng trên quan điểm QoS chúng ta có thể phân loại dịch vụ theo năm mức sau: -Đảm bảo chắc chắn (deterministic guarantee) -Đảm bảo thống kê (Statistical guarantee) -Mục tiêu đích ( Target objectives) -Nỗ lực nhất (best effort) -Không đảm bảo (no guarantee) -Đảm bảo chắc chắn: luôn luôn cung cấp các dịch vụ với QoS theo yêu cầu hoặc tốt hơn trong mọi hoàn cảnh. -Đảm bảo thống kê: cho phép QoS có thể không được như yêu cầu trong một khoảng thời gian nào đó. Ba phương pháp cuối không đảm bảo QoS, nhưng chúng ta phân loại để có các biện pháp kỹ thuật hợp lý để đạt được QoS mong muốn. Với hệ thống target objectives mạng sẽ cố gắng thoả mãn các yêu cầu, sau đó căn cứ vào mục tiêu mà mạng có thể đưa ra biện pháp hợp lý như quyết định độ ưu tiên scheduling. Với hệ thống best effort (ví dụ mạng internet), mạng sẽ cung cấp QoS như nhau cho toàn bộ các thuê bao. No guarantee cũng tương tự như best effort. Hình 3.3: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau 3.2.3 Các tham số QoS trong mạng di động 4G Phân loại Tham số Ghi chú Độ trễ Thời gian một bản tin ( delay) được truyền Tính đúng lúc Thời gian đáp ứng (Timeliness) (response time) Jitter Độ biến động của độ trễ hay thời gian phản hồi Tốc độ dữ liệu mức hệ thống Băng thông Tốc độ dữ liệu mức ứmg (Bandwidth) dụng Tốc độ truyền tải Khả năng xử lý/s (Transaction rate Độ tin cậy MTTF (Mean time to failure) Khoảng thời gian hoạt động bình thường giữa các sự cố MTTR (Mean time to repair) Khoảng thời gian từ khi có sự cố tới lúc bắt đầu hoạt động bình thường (reliability) MTBF MTBF=MTTF+MTTR (Mean time between failures) Phần trăm thời gian sử MTTF/MTTF+MTTR dụng Tỷ lệ lỗi hay mất mát Tỷ lệ lỗi mạng Cảm nhận của khách hàng (Perceived QoS) - Picture detail - Video smoothness -Video/audio synchronisation -Độ phân giải ảnh Tiền phải trả để thiết lập Per-use cost kết nối, hay truy cập lại tới Cước (Cost) tài nguyên Per-unit cost Tiền phải trả cho một đơn vị dữ liệu hay đơn vị thời gian (tức là cước kết nối và cước per query) Sự tin cẩn Ngăn chặn truy cập thông (Confidentiality) tin Tính bảo mật (Security) Tính nguyên vẹn (Integrity) Đảm bảo dữ liệu không thay đổi trong quá trình truyền dẫn Non-repudiation of sending or delivery Các chữ ký để xác nhận người gửi hay người nhận Kiểm chứng nhận dạng Sự xác nhận của người sử dụng hay nhà (Authentication) cung cấp dịch vụ để ngăn chặn sự gian lận.... 3.2.4 Thách thức về chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4G Trong các mạng vô tuyến, chất lượng dịch vụ được dựa trên đo lường hiệu quả của một hệ thống được phản ánh từ chất lượng truyền dẫn tới các dịch vụ đang có (ví dụ 4G yêu cầu độ tin cậy đạt tới 99,99%). QoS trong mạng 4G phải đối mặt với rất nhiều khó khăn. Khi xem xét QoS phải quan tâm tới rất nhiều yếu tố trong mạng 4G như: đặc tính kênh tốc độ biến thiên, ấn định băng tần, mức độ dung sai lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạng vô tuyến khác nhau,… Hỗ trợ QoS xuất hiện trong đóng gói, truyền dẫn, định tuyến và tại cấp độ mạng. QoS có thể khác nhau tại các cấp độ hoạt động khác nhau. Các đặc tính kênh tốc độ thích ứng cho các ứng dụng thực tế 4G có độ rộng băng và các yêu cầu truyền dẫn khác nhau. Theo yêu cầu cung cấp một mạng vững chắc cho truy nhập tới các ứng dụng 4G hỗ trợ đã dề cập ở phía trên, mạng 4G phải đựoc thiết kế trên cả hai phưong diện mềm dẻo và quy mô. Các tính chât kênh tốc độ thay đổi phải được xem xét trên hiệu năng người sử dụng yêu cầu và đảm bảo quản lý mạng hiệu quả. Phổ là một tài nguyên hữu hạn. Trong các hệ thống vô tuyến hiện tại cấp phép tần số và quản lý phổ hiệu quả là vấn đề mấu chốt. Với các hệ thống 4G, ấn định độ rộng băng tần vẫn còn là một sự quan tâm lớn. Sự quan tâm khác là đồng hợp tác giữa các kỹ thuật báo hiệu được định hướng sử dụng trong 4G (ví dụ 3xRTT, W-CDMA). So sánh với mạng 2G và 2.5G hiện tại, 4G có nhiều khả năng khắc phục lối như chấp nhận hay loại trừ khi mạng sự cố, vùng phủ kém, rớtt cuộc gọi. Kỹ thuật 4G hứa hẹn cải thiện QoS nhờ sử dụng các kỹ thuât chuẩn đoán và các công cụ báo hiệu. 4G sẽ hỗ trợ tốt hơn roaming và chuyển giao giữa các mạng khác nhau. 4G thậm chí có thể hỗ trợ roaming giữa các mạng có công nghệ khác nhau nhờ sử dụng kỹ thuật báo hiệu LAS- CDMA. Một giải pháp khác là vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm cũng có thể hỗ trợ roaming giữa các mạng áp dụng công nghệ khác nhau. Phần lớn các thách thức về QoS trong 4G đều dang được nghiên cứu và các giải pháp đang được phát triển. Các nhà nghiên cứu rất tin tưởng 4G sẽ tạo ra chất lượng dịch vụ hơn hẳn mạng 2G và 2.5G hiện tại. 3.2.5 Bảo mật dịch vụ Có nhiều thành phần yêu cầu về bảo mật ở mức độ cao trong mạng 4G:  Khách hàng/ thuê bao cần phải có tính riêng tư trong mạng và các dịch vụ được cung cấp, bao gồm cả việc tính cước. Thêm vào đó, họ yêu cầu dịch vụ phải có tính sẵn sàng cao, cạnh tranh lành mạnh và bảo đảm sự riêng tư của họ.  Các nhà vận hành mạng, các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp truy nhập đều cần phải bảo mật để bảo vệ hoạt động, vận hành và kinh doanh của họ, đồng thời có thể giúp họ phục vụ tốt khách hàng cũng như cộng đồng.  Các quốc gia khác nhau yêu cầu và đòi hỏi tính bảo mật bằng cách đưa ra các hướng dẫn và tạo ra các bộ luật để đảm bảo tính sẵn sàng của dịch vụ, cạnh tranh lành mạnh và tính riêng tư.  Sự gia tăng rủi ro do sự thay đổi trong toàn bộ các quy định và các môi trường kỹ thuật càng nhấn mạnh sự cần thiết ngày càng gia tăng về tính bảo mật trong mạng. Các vấn đề cần bảo mật Các vấn đề này được thực hiện trong mọi dạng cấu hình 4G, bao gồm các dạng truyền dẫn khác nhau và xử lý các nguy cơ sau đây:  Từ chối dịch vụ: Nguy cơ này tấn công vào các thành phần mạng truyền dẫn bằng cách liên tục đưa dồn dập dữ liệu làm cho các khách hàng khác không thể sử dụng tài nguyên mạng.  Nghe trộm: Nguy cơ này ảnh hưởng đến tính riêng tư của một cuộc nói chuyện bằng cách chặn đường dây giữa người gửi và người nhận.  Giả dạng: Thủ phạm sử dụng một mặt nạ để tạo ra một đặc tính giả. Ví dụ anh ta có thể thu được một đặc tính giả bằng cách theo dõi mật mã và ID của khách hàng, bằng cách thao tác khởi tạo tin nhắn hay thao tác địa chỉ vào/ra của mạng.  Truy nhập trái phép: Truy nhập vào các thực thể mạng phải được hạn chế và phù hợp với chính sách bảo mật. Nếu kẻ tấn công truy nhập trái phép vào các thực thể mạng thì các dạng tấn công khác như từ chối dịch vụ, nghe trộm hay giả dạng cũng có thể xảy ra. Truy nhập trái phép cũng là kết quả của các nguy cơ kể trên.  Sửa đổi thông tin: Trong trường hợp này, dữ liệu bị phá hỏng hay làm cho không thể sử dụng được do thao tác của hacker. Một hậu quả của hành động này là những khách hàng hợp pháp không truy xuất vào tài nguyên mạng được. Trên nguyên tắc không thể ngăn cản khách hàng thao tác trên dữ liệu hay phá hủy một cơ sở dữ liệu trong phạm vi truy nhập cho phép của họ.  Từ chối khách hàng: Một hay nhiều khách hàng trong mạng có thể bị từ chối tham gia vào một phần hay toàn bộ mạng với các khách hàng/ dịch vụ/server khác. Phương pháp tấn công có thể là tác động lên đường truyền, truy nhập dữ liệu hay sửa đổi dữ liệu. Trên quan điểm của nhà vận hành mạng hay nhà cung cấp dịch vụ, dạng tấn công này gây hậu quả là mất niềm tin, mất khách hàng dẫn tới mất doanh thu. Các giải pháp tạm thời Các biện pháp đối phó có thể chia thành hai loại sau: phòng chống và dò tìm. Sau đây là các biện pháp tiêu biểu: ¤ Nhận thực ¤ Chữ ký số ¤ Điều khiển truy nhập ¤ Mạng riêng ảo ¤ Phát hiện xâm nhập ¤ Ghi nhật ký và kiểm toán ¤ Mã hóa Trong mọi trường hợp cần lưu ý rằng các hệ thống vận hành trong các thành phần của mạng 4G cần phải bảo vệ cấu hình như một biện pháp đối phó cơ bản: − Tất cả các thành phần không quan trọng (chẳng hạn như các cổng TCP/UDP) phải ở tình trạng thụ động. − Các đặc tính truy nhập từ xa cho truy nhập trong và truy nhập ngoài cũng phải thụ động. Nếu các đặc tính này được đăng nhập, tất cả các hoạt động cần được kiểm tra. − Bảng điều khiển server để điều khiển tất cả các đặc tính vận hành của hệ thống cần được bảo vệ. Tất cả các hệ thống vận hành có một vài đặc tính đặc biệt để bảo vệ bảng điều khiển này. − Hệ thống hoàn chỉnh có thể đăng nhập và kiểm tra. Các log file cần phải được giám sát thường xuyên. Thêm vào đó, cần phải nhấn mạnh rằng mạng tự nó phải có cách bảo vệ cấu hình. Ví dụ như nhà vận hành phải thực hiện các công việc sau: − Thay đổi password đã lộ. − Làm cho các port không dùng phải không hoạt động được. − Duy trì một nhất ký password. − Sử dụng sự nhận thực các thực thể. − Bảo vệ điều khiển cấu hình. CHƯƠNG 4 LỘ TRÌNH TIẾN LÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 CHO VIETTEL MOBILE 4.1. ĐẶC ĐIỂM MẠNG THÔNGTIN DI ĐỘNG VIETTEL VietTel tuy là mạng mới được hơn một năm nhưng tính đến ngày 01/3/2006 đã có hơn hai triệu vượt qua S-fone để trở thành nhà cung cấp dịch vụ lớn thứ 3 tại Việt Nam. Viettel đang đẩy mạnh phát triển thêm các vùng phủ sóng và mua sắm thêm các thiết bị mới. Với hơn 1700 trạm thu phát sóng hiện tại và trên 1000 trạm phát sóng sẽ đầu tư vào năm 2006 mạng này sẽ mở rộng vùng phủ sóng và phục vụ nhu cầu phát triển của thuê bao. Về dịch vụ chuyển vùng quốc tế, dự kiến, đến đầu quí II/2006 thuê bao Viettel sẽ liên lạc được tại hầu hết các nước sử dụng công nghệ GSM (hơn 200 mạng GSM khác trên thế giới). Thị trường di động Việt Nam hiện tại được đánh giá là tăng trưởng đứng thứ 2 trên thế giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, do đó nhu cầu về việc sử dụng các dịch vụ ngày càng cao. Trong thời gian gần đây, mạng Viettel liên tục phát triển cả về vùng phủ sóng và các loại hình dịch vụ. Hiện nay Viettel đã đưa vào sử dụng GPRS để đáp ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu ngày càng cao của các thuê bao. Các dịch vụ chủ yếu của GPRS như: WAP, truy nhập Internet có hai phương thức truy nhập Internet bằng GPRS là truy nhập gián tiếp và truy nhập trực tiếp. Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện. Video, xem các đoạn phim tải về, xem video trực tuyến. Ngoài ra còn có dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch vụ ngân hàng, quảng cáo trên điện thoại di động…do giá cước còn cao nên các loại hình dịch vụ này chưa thu hút được nhiều thuê bao chỉ thu hút được những thuê bao có thuê nhập cao. Dựa trên nhu cầu thị trường Việt Nam, hiện tại chúng ta thấy rằng nhu cầu chính trong thông tin di động vẫn là dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ dữ liệu cũng bắt đầu tăng trưởng, theo dự đoán tổng số thuê bao có nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm khoảng 50% vào năm 2010. Với đời sống thu nhập ngày càng cao của người dân, nhu cầu các dịch vụ chất lượng tốt ngày càng lớn, thì mạng di động Viettel ngày càng phải nâng cấp để đáp ứng được các nhu cầu này. Mặt khác, xu hướng chung trên thế giới là hội tụ tất cả các mạng viễn thông lại với nhau. Do đó, yêu cầu phát triển mạng thông tin di động lên thế hệ 4G có tốc độ cao, sử dụng “all IP” có khả năng tích hợp với các mạng khác là yêu cầu tất yếu của mạng di động Viettel. Với nền tảng hạ tầng cơ sở, cùng với sự phát triển của mạng di động Viettel hiện nay, chúng ta thấy rằng mạng thông tin di động này hoàn toàn có thể phát triển lên 4G trong tương lai. Để phát triển các hệ thống GSM hiện tại lên 4G, nhà khai thác dịch vụ cần chú ý tới những vấn đề sau: Phát triển dịch vụ: Song song với việc giảm giá cước, cần phát triển các dịch vụ mới theo hướng đi lên thông tin di động thế hệ thứ tư như GPRS, EDGE…nhằm thu hút thuê bao và tiến gần đến sự tương thích với các hệ thống 4G. Sẽ xuất hiện những khó khăn lớn trong việc đồng thời giảm giá cước và phát triển dịch vụ, vì giá cước giảm sẽ làm giảm lợi nhuận tức thời của doanh nghiệp, dẫn đến cản trở sự phát triển các dịch vụ mới. Nhưng đây là hai vấn đề mà các nhà khai thác viễn thông cần phải thực hiện nếu muốn cạnh tranh hiệu quả trong bối cảnh mở cửa của thị trường viễn thông. Quy hoạch mạng: Quy hoạch mạng hiện nay đang là một vấn đề cần quan tâm đối với các mạng di động. Khi mạng lưới phát triển càng lớn, số lượng thuê bao càng tăng thì hiện tượng nhiễu giữa các lân cận cũng tăng tương ứng. Do đó vấn đề tối ưu hoá mạng thông tin di động trong quá trình phát triển đi lên thông tin di động thế hệ thứ ba là rất cần thiết. Xây dựng cơ sở hạ tầng viễn thông: Điều kiện tiên quyết để phát triển hệ thống di động băng rộng là các mạng xương sống backbone phải có dung lượng đủ lớn và công nghệ tương thích với mạng core network của 3G, 4G. Nói một cách khác, thước hết phải phát triển các dịch vụ có tốc độ các và linh hoạt như ATM… Đồng thời cũng phải tăng tốc độ cho các kết nối vào Internet vì mục đích chính của việc tăng tốc độ truyền dữ liệu cho thuê bao là tăng tốc độ thuy cập Internet. Mô hình phát triển của công nghệ di động từ 2G lên 4G: Hình 4.1: Mô hình phát triển lên 4G từ hệ thống GSM 4.2. TIẾN TRÌNH TRIỂN KHAI LÊN 4G TỪ 2.5 G CỦA MẠNG VIETTEL Để có thể đưa ra được các bước phát triển theo mỗi giai đoạn, chúng ta cần xem xét xu hướng phát triển mạng 3G trong tương lai. Phiên bản 3GPP R5 đã hướng tới việc phát triển một mạng toàn IP. Các bước chuyển đổi cho các nhà khai thác GSM ở nước ta hiện nay là triển khai mạng lõi dữ liệu gói GPRS (IP) rồi mới đến WCDMA sẽ là phương án phù hợp nhất với một điều kiện duy nhất là mạng lõi IP của GPRS phải được sử dụng làm cơ sở cho mạng lõi của mạng 3G WCDMA. Để tiến lên 4G, có thể chia thành 5 giai đoạn. Giai đoạn đầu kết hợp GSM với GPRS, giai đoạn thứ hai thiết lập mạng UMTS, giai đoạn ba chuyển sang mạng lõi cơ sở IP, giai đoạn là mạng cơ sở IP, và cuối cùng là triển khai mạng 4G. Các bước chi tiết được giới thiệu như sau: Giai đoạn 1: Kết hợp GPRS vào mạng GSM Giai đoạn này dự kiến hoàn thành trong năm 2006. Thực chất vấn đề ở đây là chủ yếu nhằm vào việc chuẩn bị một mạng lõi IP cho 3G trong tương lai gần với hai nút mạng cho dịch vụ dữ liệu gói là GGSN và SGSN. GGSN được kết nối với mạng GSM đang có qua SGSN và PCU (Packet Control Unit). PCU được lắp đặt phía BSC với mục đích bổ sung chức năng điều khiển gói cho BSC trong quá trình khai thác dịch vụ GPRS. Cấu trúc mạng GPRS được xây dựng trên nền của hệ thống GSM hiện tại. Hệ thống mạng truy cập của GSM được giữ nguyên mà chỉ cần nâng cấp phần mềm. Cụ thể BTS, BSC phải được nâng cấp phần mềm, MS phải có chức năng GPRS, HLR/VLR, AuC và EIR cũng cần được nâng cấp phần mềm để quản lý dịch vụ dữ liệu. Phân hệ mạng lõi được bổ sung thêm phần chuyển mạch gói với hai nút chính: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS(SGSN) và nút hỗ trợ cổng GPRS(GGSN). Bằng cách này, với nâng cấp không đáng kể, hệ thống có thể cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho thuê bao di động rất thích hợp với các dịch vụ dữ liệu không đối xứng. Giai đoạn này chủ yếu nhằm vào việc chuẩn bị một mạng lõi IP cho 3G trong tương lai gần với hai nút mạng cho dịch vụ dữ liệu gói là GGSN và SGSN. Chức năng định tuyến chính được thực hiện thực hiện thông qua các điểm hỗ trợ, bao gồm: GGSN và SGSN. Bên cạnh đó có một mạng backbone để nối các điểm GGSN và SGSN với nhau, và một cổng biên giới để kết nối với các mạng PLMN khác. Ngoài ra còn có server quản lý tên miền để phục vụ cho mục đích biên dịch địa chỉ. Hình 4.2: Cấu trúc mạng GSM-GPRS Để tăng tốc độ trên giao diện vô tuyến, EDGE thay thế phương thức điều chế GMK của GSM (1bit/ symbol) bằng điều chế 8-PSK, tương ứng với 3bit/symbol. Tốc độ symbol của một kênh vật lý trong EDGE là 271 kbit/s, tức là 69,2 kbp/khe thời gian, gấp 3 lần so với tốc độ 22,8 kbit/s /khe thời gian nếu dùng GSMK. Bằng việc sử dụng lại cấu trúc của GPRS, EDGE có thể cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu gói với tốc độ từ 11,2 kbit/s đến 69,2 kbit/s cho một khe thời gian. Ngoài ra, EDGE còn hỗ trợ phương thức sử dụng nhiều khe thời gian để tăng tốc độ truyền gói lên 554 kbit/s. Việc triển khai EDGE trong các hệ thống GSM đòi hỏi phải nâng cấp hạ tầng vô tuyến, còn phần core network sẽ không có nhiều thay đổi vì các node của GPRS, SGSN, GGSN đều ít nhiều độc lập với tốc độ truyền dữ liệu. Đối với các giao thức truyền trong suốt, EDGE sẽ thực hịên cơ chế tương tích kết nối (lin adaptation) để thay đổi các phương thức mã hoá và điều chế nhằm cung cấp các khe thời gian có chất lượng đáp ứng các yêu cầu về tốc độ bit và BER. Giai đoạn hai: Triển khai mạng UMTS Trong giai đoạn này, bên cạnh việc sử dụng các BTS GSM sẵn có, các trạm mới triển khai là các Node B (Node B Universal BTS), được kết nối với mạng di động qua các RNC (Radio Network Controler). Các RNC có thể nối trực tiếp với SGSN hoặc nối với MSC. Lúc này MSC và SGSN được thay đổi cho mục đích thích ứng với mạng UMTS nên gọi là MSCu và SGSNu. Những thay đổi này là cần thiết để từng bước xoá bỏ mạng GSM thế hệ hai, phát triển lên mạng 3G. Các Node B là các trạm thu phát gốc chung (Node B Universal BTS) tích hợp đầu tư về từ các site GSM đang tồn tại (tầng vĩ mô, M-Cell, InCell). Chúng rất linh hoạt để sử dụng lại/ triển khai các site đang tồn tại. Trong giai đoạn này chúng ta tiến hành triển khai thử nghiệm mạng 3G tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh. Dự kiến thời gian tiến hành thử nghiệm là từ tháng 10/2006 đến 12/2006. Hình 4.3: Mô hình triển khai mạng UMTS Giai đoạn 3: mạng lõi cơ sở IP Trong giai đoạn này, Viettel Mobile sẽ tập trung cho việc phát triển mạng lõi thông qua việc xây dựng một mạng lõi IP có tốc độ cao, sử dụng những công nghệ tiên tiến. Song song với quá trình này, Viettel Mobile sẽ nâng cấp MSC Server, MGW. MGW sẽ được nâng cấp lên để đảm bảo có những tính năng: -Giao diện Gigabit Ethernet cho kết nối với mạng lõi IP. -Chức năng nén tín hiệu thoại GSM, có khả năng chuyển đổi mã tín hiệu PCM sang IP và ngược lại. Để đáp ứng việc phát triển thoại và dữ liệu, Viettel Mobile tiến hành đồng thời việc nâng cấp MSC Server và MGW cùng với việc mở rộng dung lượng của chúng. Giai đoạn này dự kiến được thực hiện từ tháng 6 năm 2007 với khả năng đáp ứng được 4 triệu thuê bao GSM và 1 triệu thuê bao 3G. Hình 4.4: Mạng lõi cơ sở IP Giai đoạn 4: Mạng cơ sở IP và triển khai mạng 3,5G Trên cơ sở mạng lõi IP và mạng 3G đã được xây dựng, Viettel Mobile sẽ tập trung phát triển dịch vụ 3G cung cấp cho khách hàng. Điều này được thực hiện thông qua việc phát triển lên IMS và 3,5G cho toàn mạng. Cấu trúc mạng IMS trên nền tảng IP core sẽ đảm bảo được việc cung cấp các dịch vụ đa phương tiện trong tương lai cho khách hàng. Đây là quá trình chuyển dịch mạng di động sang hướng IP trên cơ sở một nền tảng dịch vụ IP linh động của IMS. Đồng thời với các công nghệ tiên tiến trong 3,5G cũng giải quyết được các vấn đề đối với mạng truy nhập vô tuyến. Với các công nghệ HSDPA và HSUPA cho phép cải thiện đáng kể tốc độ dữ liệu tới người sử dụng. Đây là nền tảng và là bước chuẩn bị cho việc phát triển tiếp theo lên mạng 4G của Viettel Mobile. Mô hình cấu trúc mạng được thể hiện trên hình 4.5. Hình 4.5: Mô hình mạng 3,5G Viettel Mobile Các khía cạnh kỹ thuật thực hiện trong nội dung HSDPA bao gồm: . • Phát kênh chia sẻ . • Điều chế và mã hóa thích ứng . • Kỹ thuật phát đa mã . • Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ. Để nâng cấp từ công nghệ WCDMA lên HSDPA, thì cần phải thay đổi phần cứng và phần mềm của RNC, Node B (BS), và UE. Sự thay đổi chính đó là ở lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC: Medium Access Control), Node B có thêm MAC-hs để điều khiển tài nguyên của kênh HS-DSCH. Node B cũng được cải tiến để có thể liên tục giám sát chất lượng tín hiệu nhờ nhận được các bản tin về chất lượng kênh hiện thời, cho phép kích hoạt giao thức HARQ từ lớp vật lý, giúp cho các quá trình phát lại nhanh hơn. Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC-Medium Access Control) được đặt tại Node B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đo lường tuyến kết nối, lập lịch gói hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như điều khiển chất lượng chặt chẽ hơn. Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hóa Turbo tốc độ thay đổi, điều chế 16QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS- DSCH hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120Kbps tới hơn 10 Mbps. Hình 4.6: Thay đổi ở RNC và Node B HSUPA sử dụng các kỹ thuật, công nghệ của HSDPA nhưng được áp dụng cho kênh đường lên. Giai đoạn 5: Triển khai mạng 4G Hình 4.7: Mô hình cấu trúc mạng 4G Viettel Mobile Sau giai đoạn 4, thì mạng đã có dựa trên nền IP, có tốc độ khá cao. Trong giai đoạn 5 này chúng ta cần nâng cấp giao diện vô tuyến, nâng cấp mạng thâm nhập vô tuyến, thiết bị đầu cuối, để nó có tính linh hoạt trong quá trình giao tiếp với nhau. Ngoài ra, thay thế dần IPv4 thành IPv6. Đưa ra một số giao thức chuẩn cho các mạng để dễ dàng trong việc tích hợp các mạng với nhau. Với cấu trúc này, thì Viettel Mobile có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, có tốc độ cao, chất lượng tốt. Lúc này, mạng có thể tích hợp được với nhiều mạng khác nhau như WiMAX, WLAN,… 4.4 KẾT LUẬN Với điều kiện của Việt nam và cơ sở hạ tầng viễn thông mà Viettel đang quản lý, việc nâng cấp từng bước mạng lưới thông tin di động nhằm tiến tới 4G, và trước mắt đáp ứng nhu cầu dịch vụ GPRS như đã đề cập ở trên là hợp lý và cần thiết. Qua từng bước phat triển như trên, ta có thể tận dụng nguồn cơ sở vật chất sẵn có, đồng thời tiếp cận được công nghệ hiện đại nhằm xây dựng một mạng lưới thông tin di động hiện đại, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng. Việc phát triển các thông tin di động thế hệ thứ tư là một xu hướng tất yếu mà tất cả các quốc gia trên thế giới đều phải thực hiện. Tuy nhiên, phạm vi, mức độ và thời gian triển khai sẽ khác nhau đối với điều kiện cụ thể của từng quốc gia, từng khu vực. KẾT LUẬN Cùng với sự phát triển nhanh chóng về mọi mặt của đời sống xã hội, thì nhu cầu của con người cũng ngày càng tăng trên tất cả các lĩnh vực. Đặc biệt trong lĩnh vực thông tin, con người mong muốn thông tin được cập nhập nhanh nhất, dữ liệu được lấy với tốc độ cao. Trong thông tin di động, công nghệ WCDMA ra đời là một bước phát triển lớn, nó làm tăng tốc độ truy cập mạng lên đến 2Mbps, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ Internet di động đa phương tiện với chất lượng được cải thiện so với 2,5G. Trong giai đoạn tiếp theo, người ta phát triển một công nghệ mới đó là công nghệ HSDPA. Với nhiều kỹ thuật mới, công nghệ này có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10Mbps. Tuy nhiên, công nghệ HSDPA cũng chưa đáp ứng được hết được nhu cầu phát triển dịch vụ của con người. Người sử dụng mong muốn mạng có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nữa, chất lượng dịch vụ tốt, đặc biệt là có khả năng tích hợp được với các mạng không dây khác. Với yêu cầu đó, mạng thông tin di động thế hệ 4 ra đời. Khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao lên đến 160Mbps, chất lượng các dịch vụ tốt, khả năng tích hợp dễ dàng với các mạng khác, đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của con người. Viettel hiện là một trong những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, di động hàng đầu ở Việt Nam. Với mong muốn phục vụ người dùng các dịch vụ chất lượng cao, Viettel không ngừng vận động, nâng cấp, phát triển mạng điện thoại di động của mình. Việc nghiên cứu các xu hướng phát triển về công nghệ và dịch vụ mới cũng không nằm ngoài mục tiêu này. Công nghệ 4G với những tính năng ưu việt của nó cũng như lợi ích trong việc cung cấp và sử dụng dịch vụ là một xu hướng tất yếu cho các nhà cung cấp dịch vụ di động. Chúng tôi mong muốn đề tài này sẽ là tài liệu có ích cho Viettel Mobile cũng như góp phần nào trong việc định hướng về phát triển công nghệ cho mạng di động Viettel Mobile. Chúng tôi xin chân thành cám ơn! Các từ viết tắt 3G Third Generation 3GPP Third Generation Partnership Project 4G Fourth Generation AAL ATM Adaptation Layer AMC Adaptive Modulation and Coding ATM Asynchronous Transfer Mode BCCH Broadcast Control Channel BER Bit Error Rate BSC Base Station Controller BSS Base Station System BTS Base Transceiver Station CCCH Common Control Channel CDMA Code Division Multiple Access CN Core Network CPCH Common Packet Channel CPCH Common Pilot Channel CPCH Common Packet Channel Power Control Part PCP CQI Channel Quality Indicator CRC Cyclic Redundance Check CS Circuit Switching CSCF Call Session Control Function DCH Dedicated Channel DPCCH Dedicated Physical Control Channel DPCH Dedicated Physical Channel DPDCH Dedicated Physical Data Channel DTX Discontinuos Transmission EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution ETSI European Telecommunications Standards Institute FACH Forward Access Channel FDD Frequency Correction Channel Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Dự án hợp tác thông tin di động thế hệ 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 4 Lớp thích ứng ATM Điều chế và mã hóa thích ứng Chế độ phát không đồng bộ Kênh điều khiển quảng bá Tốc độ lỗi bít Bộ điều khiển tạm gốc Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Kênh điều khiển chung Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung Phần điều khiển công suất kênh gói chung Chỉ thị chất lượng kênh Kiểm tra vòng dư Chuyển mạch kênh Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi Kênh riêng Kênh điều khiển vật lý dành riêng Kênh vật lý riêng Kênh dữ liệu vật lý riêng Phát không liên tục Tốc độ số liệu tăng cường phát triển GSM Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu. Kênh truy nhập đường xuống Ghép song công phân chia theo tần số GGSN Gi GMSC Gn Gp Gr Gs GSM GTP-U Gx HARQ HLR HSCSD HSDPA HS-DSCH HSPDSCH HSS HS-SCCH HS-SICH IMS IP M3UA MAC MCS MEHO MGCF MGW MIMO MRFC Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng Interface Between GGSN and External Network Giao diện giữa GGSN và mạng bên ngoài. Gateway MSC Trung tâm chuyển mạch di động cổng Interface Between Two GSNs Giao diện giữa hai GSN Interface Between Two GGSNs Giao diện giữa hai GGSN Interface Between SGSN and HLR/AuC Giao diện giữa SGSN với HLR/AuC Interface Between SGSN and Serving Giao diện giữa SGSN với MSC/VLR MSC/VLR phục vụ Global System for Mobile communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu User Plane Part of the GPRS Tunelling Protocol Phía người sử dụng của giao thức Tunel GPRS Any G Interface Giao diện G Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động nhanh Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao High Speed Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao High Speed Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao Home Subscriber Server Shared Control Channel for HS-DSCH Kênh điều khiển chia sẻ cho HS DSCH Shared Information Channel for HS-DSCH Kênh thông tin chia sẻ cho HS-DSCH Internet Protocol Multimedia Subsystem Internet Protocol Giao thức Internet MTP3-User Adaptation Layer Lớp thích ứng người sử dụng-MTP3 Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường Modulation and Coding scheme Lược đồ điều chế và mã hóa Mobile Evaluated Handover Chuyển giao quyết định bởi thuê bao Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương tiện Media Gateway Cổng đa phương tiện Multi Input Multi Output Đa đầu vào đa đầu ra Multimedia Resource Function Controller Điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP Multimedia Resource Function Processor Xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MTP3b Message Transfer Part Level 3 Mức 3 của phần truyền bản tin NEHO Network Evaluated Handover Chuyển giao quyết định bởi mạng NW Network Mạng PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PS Packet Switching Chuyển mạch gói QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RLB Radio Link Budget Quỹ đường truyền RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến RR Round Robin Phương pháp vòng RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển nối thông báo hiệu SCTP Simple Control Transmission Protocol Giao thức truyền dẫn điều khiển đơn giản SDU Service Data Unit Đơn vị số liệu phục vụ SEG Security Gateway SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SGW Signalling Gateway SMS Short Message Service Dịch vụ tin ngắn SSCF- Service Specific Co-ordination Function- Chức năng điều phối đặc thù dịch vụ- NNI Network Node Interface giao diện nút mạng SSCOP Service Specific Connection Oriented Protocol Giao thức định hướng theo nối thông đặc thù dịch vụ TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển phát TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TFCI Transport Format Combination Indicator Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng phát TFRC Transport Format Resource Combination Tổ hợp tài nguyên khuôn dạng phát TFRI Transport Format and Resource Indicator Điều khiển khuôn dạng và tài nguyên phát TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát TSN Transmission Sequence Number Số chuỗi phát UDP User Datagram Protocol Giao thức datagram người sử dụng UE User Equipment Thiết bị người dùng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu USIM Universal Subcriber Identity Module Môđun chỉ thị thuê bao toàn cầu UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu Uu Radio Interface for UTRA Giao diện vô tuyến dùng cho UTRA VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Tài liệu tham khảo 1. 1. Thông tin di động thế hệ 3 Tác giả: TS Nguyễn Phạm Anh Dũng – Nhà xuất bản bưu điện – 2001. 2. 2. Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển Tác giả: TS. Đặng Đình Lâm, TS. Chu Ngọc Anh, ThS. Nguyễn Phi Hùng, ThS. Hoàng Anh – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – 2004. 3. 3. “The IMSIP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain” Các tác giả: Miikka Poikselka, Georg Mayer, Hisham Khartabil, Aki Niemi 4. 4. “WCDMA mobile communications system” Tác giả: Keiji Tachikawa, Tài liệu của NTT DoCoMo, Nhật Bản 5. 5. “4G Mobile” Các tác giả: D.Rouffet, S. Kerboeuf, L. Cai, V. Capdevielle, Tài liệu của Alcatel 6. 6. “An Architecture Supporting Adaptation and Evolution in Fourth Generation Mobile Communication Systems” Các tác giả: Christian Prehofer, Wolfgang Kellerer, Robert Hirschfeld, Hendrik Berndt, Katsuya Kawamura. 7. 7. “Mobility Aspects in 4G Networks” Các tác giả: Frederic Paint, Paal Engelstad, Erik Vanem, Thomas Haslestad, Anne Mari Nordvik, Kjell Myksvoll, Stein Svaet 8. 8. Packet Scheduling and Quality of Service in HSDPA Tác giả: Pablo José, Ameigeiras Gutiérrez. 9. 9. Tính toán mạng thông tin di động số cellular Tác giả: Vũ Đức Thọ - Nhà xuất bản Giáo Dục – 2003. 10. 10. “High Speed Downlink Packet Access (HSDPA): Higher Data Rates for UMTS”, Naveen Shankpal. 11. 11. “HSDPA for Improved Downlink Data Transfer”, QUALCOMM 12. 12. 13. 13. 14. 14. 15. 15. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của các mạng di động 1 1.1. Giới thiệu hệ thống thông tin di động 4G 1 1.2. Lịch sử và xu hướng phát triển 1 1.3. Các ứng dụng và dịch vụ trong 4G 9 Chương 2 Mô hình cấu trúc mạng 4G 16 2.1 Cácyêu cầu về cấu trúc mạng mới 16 2.2. Mô hình mạng 4G 21 2.2.1. Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G 21 2.2.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G 23 2.3.Chức năng các phàn tử trong mô hình 25 2.3.1.Các phần tử mạng truy nhập vô tuyến 25 2.3.2. Các phần tử của mạng lõi 29 2.3.3. Chức năng điều khiển 31 2.3.4. Dịch vụ: 34 2.4. Công nghệ trên IP và IP di động 35 Chương 3 Dịch vụ và chất lượng dịch vụ trong mạng 4G 37 3.1. Dịch vụ trong mạng 4G 37 3.1.1. Giới thiệu 37 3.1.2. Các loại dịch vụ cung cấp 37 3.2. Chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4G 44 3.2.1 Khái niệm QoS 44 3.2.2 Kiến trúc QoS 48 3.2.3 Các tham số QoS trong mạng di động 4G 51 3.2.4 Thách thức về chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4G 53 3.2.5 Bảo mật dịch vụ 54 Chương 4 Lộ trình tiến lên mạng di động thế hệ 4 cho mạng Viettel 57 4.1. Đặc điểm mạng thông tin di động Viettel 57 4.2. Tiến trình triển khai lên 4G từ 2.5G của mạng Viettel 58 4.3 Kết luận 65 KẾT LUẬN 66 PHỤ LỤC: CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Các thế hệ di động 3 Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm 8 Hình 1.3: Ảnh hưởng qua lại giữa các lớp và tối ưu liên quan 9 Hình 1.4: Các dịch vụ và ứng dụng trong 4G 12 Hình 1.5: Mô hình các dịch vụ trong mạng 4G 15 Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G 16 Hình 2.2: Sự kết hợp các mạng khác nhau 17 Hình 2.3: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống 18 Hình 2.4: Tính di động của mạng 20 Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G 21 Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G 24 Hình 2.7: Nguyên lý OFDM 28 Hình 2.8: Cấu trúc chức năng của khối IP multimedia 33 Hình 4.1: Mô hình phát triển lên 4G từ hệ thống GSM 58 Hình 4.2: Cấu trúc mạng GSM-GPRS 60 Hình 4.3: Mô hình triển khai mạng UMTS 61 Hình 4.4: Mạng lõi cơ sở IP 62 Hình 4.5: Mô hình mạng 3.5G Viettel Mobile 63 Hình 4.6: Thay đổi RNC và Node B 64 Hình 4.7: Mô hình cấu trúc mạng 4G Viettel Mobile 64