Báo cáo tìm hiểu lý thuyết và thực hành lab 4g đơn vị hướng dẫn ttcs học viện công nghệ bưu chính viễn thông

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

BỘ MƠN: THỰC TẬP CƠ SỞ
----- 🙞 🙞 🙞 -----

BÁO CÁO
TÌM HIỂU LÝ THUYẾT VÀ THỰC HÀNH LAB 4G
ĐƠN VỊ HƯỚNG DẪN TTCS:
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
Giảng viên phụ tránh
Họ và tên
Lớp
Mã sinh viên
Số điện thoại

: Nguyễn Việt Hưng
: Nguyễn Xuân Dũng
: D19VTVT1
: B19DCVT057
0777967001

Hà Nội, tháng 02 năm2023


Mục lục

I. Tổng quan về mạng 4G..............................................................................................1

1. Lịch sử mạng di động............................................................................................1
2. Kiến trúc mạng di động 4G...................................................................................1
2.1 Kiến trúc mạng 4G...........................................................................................1

2.2 chức năng các phần tử mạng...........................................................................1
2.3 Các dịch vụ cơ bản...........................................................................................2
II. Các bộ phận của mạng 4G LTE...............................................................................4

1. Hệ thống 4G EPC VHT.........................................................................................4
1.1. Phân hệ MME VHT.........................................................................................4
1.2. Phân hệ SGW VHT..........................................................................................5
1.3. Phân hệ PGW VHT.........................................................................................7
1.4. Phân hệ Dataplane VHT.................................................................................8

2....................................................................................................................................H
ệ thống IMS.............................................................................................................8
3..................................................................................................................................Hệ
thống HSS..............................................................................................................10
4..................................................................................................................................Hệ
thống OCS..............................................................................................................10
4.1. Kiến trúc hệ thống OCS................................................................................11
4.2. Triển khai tích hợp, dịch vụ mới..................................................................12
5..................................................................................................................................Th
iết bị eNodeB..........................................................................................................12
5.1. Cấu tạo của eNodeB......................................................................................13
III. Thực hành sử dụng phần mềm đo kiểm TEMS POCKET................................17

1. Bài đo ping............................................................................................................17
2. Bài đo Idle to active..............................................................................................21


I. Tổng quan về mạng 4G
1. Lịch sử mạng di động

-)Trung bình một thế hệ mạng mới xuất hiện sau khoảng 10 năm.
-)Mục tiêu của các thế hệ mạng di động thay đổi theo thời gian:
+)Tăng chất lượng dịch vụ.
+)Mở rộng phạm vi ứng dụng.
2. Kiến trúc mạng di động 4G
2.1 Kiến trúc mạng 4G

2.2 chức năng các phần tử mạng

1


2.2.1 eNodeB(Evolved Node B):






Chức năng tương đương NodeB và một phần RNC.
Quản lý tài ngun vơ tuyến.
Mã hóa bảo mật kênh truyền vô tuyến.
Lựa chọn MME trong các thủ tục đăng nhập.
Định tuyến lưu lượng từ UE đến SGW.

2.2.2 MME(Mobility Management Entity):








Chức năng gần tương đương SGSN.
Phụ trách về điều khiển báo hiệu trong mạng lõi.
Quản lý tính di động của thuê bao.
Điều khiển roaming.
Quản lý về nhận thực thuê bao.
Lựa chọn S-PGW.

2.2.3 SGW(Serving Gateway):





Quản lý phần trao đổi lưu lượng của thuê bao và mạng lõi.
Chuyển tiếp lưu lượng đến PGW qua giao diện S5/S8.
Tính cước cho thuê bao.
Hỗ trợ việc di động giữa các mạng 3GPP.

2.2.4 P-Gateway (Packet Data Network Gateway):







Quản lý kết nối mạng lõi EPC với mạng data bên ngồi.

Thực thi các chính sách.
Phân tích sâu gói tin (DPI).
Tính cước.
Cấp phát địa chỉ IP.
Hỗ trợ việc di động giữa các mạng 3GPP và non-3GPP.

2.2.5 HSS(Home Subscriber Sever):
 Thực hiện lưu trữ thong tin thuê bao: Nhận thực, Dịch vụ, Di động.
2.3 Các dịch vụ cơ bản
Có 3 loại chính là: thoại, tin nhắn, Data.

2


2.3.1 Giải pháp thoại cho mạng 4G:
-) 2 giải pháp chính cho dịch vụ thoại trên nền 4G
+) Thoại trên nền mạng 2G/3G (CSFB)
+) Thoại trên nền mạng 4G (VoLTE)
-) Phụ thuộc vào vùng phủ và số lượng máy đầu cuối hỗ trợ VoLTE mà nhà
mạng sử dụng giải pháp thoại phù hợp.
2.3.2 GIẢI PHÁP THOẠI VoLTE:
-) Thoại thực hiện trên nền data.
-) Bổ sung thêm hế thống IMS.

-) Duy trì cuộc gọi thoại khi thuê bao ra khỏi vung phủ sóng 4G bằng cách tự
động chuyển cuộc gọi VoLTE sang miền 2G/3G.
-) Phiên dữ liệu cũng duy trì sang miền 3G.
-) Ưu điểm nổi bật của VoLTE:
+) Thời gián thiết lập cuộc gọi nhỏ: 3G mất 5s, VoLTE mất 1s.
+) Chất lượng âm thanh tốt : VoLTE là AMR-WB 23.85Kbps còn 3G là

AMR-NB 12.2Kbps.
3


+) chất lượng video call vượt trội: VoLTE là 480*640 (VGA) →
720P/1080P, 1-2 Mbps còn 3G là 176*144 (QCIF), 64kbps.
II. Các bộ phận của mạng 4G LTE
1. Hệ thống 4G EPC VHT
1.1 Phân hệ MME VHT
MME có ác kết nối:
 Kết nối tới Access Network (eNodeBs) trên giao diện S1-MME sử dụng
giao thức S1AP.
 Kết nối sử dụng giao thức GTP-C.
 MMEs kết nối trên giao diện S10.
 SGWs trên giao diện S11.
 SGSNs trên giao diện S3/Gn.
 MSCs trên giao diện Sv (sử dụng cho xử lý chức năng SRVCC).
 MSCs trên giao diện SGs (sử dụng cho tính năng CS Fallback).
 Kết nối tới HSS/DRA trên giao diện S6a sử dụng giao thức Diameter.

Hình 1.1: Mơ hình thiết kế Logic MME

1.1.1 kiến trúc phần mềm MME
1.1.1.1 Enhance Control Unit (ECU)
Thực hiện xử lý các nghiệp vụ điểu khiển của hệ thống, bao gồm:
 Mobility Management: Mỗi UE khi sử dụng dịch vụ cần khởi tạo UE
Context và các bearer tương ứng với dịch vụ và thực hiện điều khiển
4

luồng dịch vụ của thuê bao: thiết lập/cập nhật/giải phóng luồng dịch vụ,
Xử lý các nghiệp vụ báo hiệu khi UE di động, MME chỉ xử lý signaling,
không chặn dữ liệu truyền như S/PGW.
 Common Management thực hiện xử lý các nghiệp vụ như : Quản lý thông
tin trạng thái của th bao, các thuật tốn security, quản lý thơng tin trạng
thái MME, xử lý lựa chọn GW và các thuật toán hộ trợ tối ưu về chất
lượng mạng.
 OAM Provision: Hỗ trợ API cung cấp thông tin cho hệ thông EMS, xử lý
các nghiệp vụ trace, lưu log hệ thống, giám sát và cảnh báo các ứng dụng
trong quá trình hoạt động.
1.1.1.2 Database
Lưu trữ thơng tin cấu hình ứng dụng và các thông tin session của UE.
1.1.1.3 Enhance Packet Forwarding Unit (EPU)
Thực hiện gửi/nhận bản tin tới các hệ thống ngoài, hực hiện encode/decode bản
tin theo các giao thức, xử lý và phân tới các thread xử lý nghiệp vụ của khối
ECU.
1.2 Phân hệ SGW VHT
SGW có các kết nối sau:








Kết nối tới SGSN trên giao diện S4/S12.
Kết nối tới MME trên giao diện S11.
Kết nối tới PGW trên giao diện S5/S8.
Kết nối tới SGWDP trên giao diện internal.

Kết nối tới CGF qua giao diện Ga.
Kết nối tới eNodeB qua giao diện S1U.
Kết nối tới hệ thống EMS sử dụng giao thức SOAP hoặc MML.

5


Hình1.2: Mơ hình thiết kế logic của SGW VHT

1.2.1 Phân loại SGW VHT
1.2.1.1 Ứng dụng vha: Đảm nhiệm kiểm tra và điều khiển float ip của hệ thống
giao tiếp ra bên ngoài với các node mạng như MME qua giao diện S11, PGW
qua giao diện S5/S8, CGF qua giao diện Ga,Data plane qua giao diện internal.
1.2.1.2 Ứng dụng gtp_gw: Thực hiện các kết nối giao tiếp và gửi nhận các bản
tin với các node từ MME và PGW. Ngoài ra, ứng dụng này cũng decode phần
header của bản tin gtp_c để phân tải đến các ứng dụng xử lý nghiệp vụ của hệ
thống SGW CP.
1.2.1.3 Ứng dụng logic: Đảm nhiệm xử lý các nghiệp vụ của hệ thống SGWCP
và Các nghiệp vụ bao gồm: Quản lý thông tin di động, quản lý thông tin phiên
làm việc, làm điểm trung chuyển di động cho handover giữa các eNodeB, làm
điểm trung chuyển di động cho handover giữa mạng 2G, 3G và 4G, Lawful
Interception (chưa phát triển), Tạo và thu thập các thông tin tính cước offline
(CDR), Thực hiện lưu thơng tin th bao.
1.2.1.4 Ứng dụng cdf_gw: Duy trì kết nối với node mạng CGF, encode và
decode các CDF record theo chuẩn ASN.1. Ngoài ra ứng dụng cdf_gw cũng
kiểm tra việc duplicate hay mất các bản ghi CDF để gửi lại, lưu tạm thời các bản
ghi CDR.
1.2.1.5 Ứng dụng data_gw: Đảm nhiệm duy trì kết nối và gửi nhận các bản tin
internal với SGW DP.
6

1.2.1.6 Ứng dụng vagent: Được sử dụng để giám sát các ứng dụng khác, nếu
gặp vấn đề dẫn đến tình trạng bị chết, ứng dụng agent sẽ tự động khởi động lại.
1.3. Phân hệ PGW VHT
PGW có các kết nối sau:
 Kết nối tới SGSN trên giao diện Gn/Gp.
Kết nối tới SGW trên giao diện S5/S8.
 Kết nối tới PCRF trên giao diện Gx.
 Kết nối tới OCS trên giao diện Gy.
 Kết nối tới Billing server cho lưu lượng charging offline CDR trên giao
diện Ga/Gz.
 Kết nối giữa PGW và Internet cho lưu lượng data trên giao diện Sgi.
 Kết nối giữa PGW và IMS cho lưu lượng thoại của th bao 4G
trên giao diện SGi-IMS.

Hình 1.3: Mơ hình thiết kế logic của PGW VHT

1.3.1 Kiến trúc của hệ thống PGW
Bao gồm 10 phân hệ:
 DATA_GW: Là phân hệ giao tiếp với DATA PLANE, thực hiện gửi
nhận bản tin trao đổi giữa DATA PLANE và module xử lý nghiệp vụ
vPGWCP. Phân hệ đảm nhiệm chức năng phân tải bản tin tới các khối xử
lý nghiệp vụ PGWCP.
7


 GTPC_GW: Là phân hệ giao tiếp với các node mạng trên giao diện
S5/S8, Gn/Gp bao gồm các node mạng (SGW, SGSN, PGW, GGSN),
thực hiện gửi nhận bản tin trao đổi giữa các node mạng (SGW, SGSN,

Other PGW, Other GGSN) và module xử lý nghiệp vụ vPGWCP. Phân hệ
đảm nhiệm chức năng phân tải bản tin tới các khối xử lý nghiệp vụ
PGWCP.
 DIA_GW: Là phân hệ giao tiếp với node mạng DRA trên giao diện
Gx/Gy, thực hiện gửi nhận bản tin trao đổi giữa DRA và module xử lý
nghiệp vụ vPGWCP. Phân hệ đảm nhiệm chức năng phân tải bản tin tới
các khối xử lý nghiệp vụ PGWCP.
 AAA_GW: Là phân hệ giao tiếp với các node mạng AAA, thực hiện gửi
nhận bản tin trao đổi giữa các node mạng AAA và module xử lý nghiệp
vụ vPGWCP.
 RSM: Là phân hệ thực hiện cấp phát tài nguyên Ip cho thuê bao. Các địa
chỉ IP của thuê bao được lấy từ Pool cấu hình sẵn trên theo các APN.
 PGWCP: Là Module thực hiện toàn bộ các chức năng nghiệp vụ của
node mạng PGW/GGSN bao gồm (Quản lý Session, Quản lý Bearer/PDP
Context, Quản lý profile Policy của thuê bao, Cung cấp thơng tin tính
cướcCTF).
 AGENT: Là phân hệ thực hiện giám sát sống chết các module trong node
mạng. Nếu phát hiện bất cứ module nào trong hệ thống vPGW chết,
AGENT sẽ tự động bật các module này lên.
 vHA: Là phân hệ thực hiện tính năng HA cho hệ thống PGWCP, Module
này giám sát kết nối giữa các server ACTIVE và server STANDBY và
GATEWAY để phát hiện trạng thái của các server nhằm bật server
STANDBY kịp thời.
 CDF: Là phân hệ nhận các event từ CTF nằm trong PGWCP để tạo ra các
CDR Record, sau đó gửi các CDR record tới CGF để sinh ra file.
 CGF: Là phân hệ thực hiện chức năng sinh ra các CDR file khi nhận
được các CDR record gửi từ CDF. Là phân hệ giao tiếp với Billing
Gateway để đẩy CDR file lên Billing Gateway. Ngồi ra CGF cịn thực
hiện backup dự liệu CDR, lưu lại các CDR Record vào DB để tra cứu đối
soát.

1.4. Phân hệ Dataplane VHT
 Nhận bản tin điều khiển từ khối SPGW Control Plane để thiết lập hoặc
xóa các phiên xử lý dữ liệu người dùng.
 Xử lý dữ liệu người dùng (đếm lượng dữ liệu người dùng đã sử dụng,
trung gian chuyển đổi dữ liệu giữa mạng lõi và mạng internet, ngắt phiên
dữ liệu nếu hết dung lượng cho phép, chèn thêm thông tin vào luồng dữ

8


liệu, phát hiện và chặn các truy cập không cho phép, …) dựa trên những
phiên đã thiết lập sẵn.
2. Hệ thống IMS
Khái niệm: IMS là một kiến trúc mạng cung cấp các dịch vụ tới người dùng đầu
cuối trên mạng IP.
IMS hỗ trợ: Multi-Media, Multi-Service, Multi-Access, Multi-Terminal.

Hình 2.1: Kiến trúc hệ thống Viettel IMS

IMS-CORE có 2 chức năng chính là :
 CSCF truy vấn (I-CSCF): Đảm nghiệm liên lạc với HSS để thu được tên
của S-CSCF đang phục vụ khách hàng, đăng ký (gán) một S-CSCF dựa
trên dung lượng nhận được từ HSS.
 CSCF phục vụ ( S-CSCF): là trung tâm của mặt bằng báo hiệu với chức
năng chủ yếu là điều khiển phiên và chịu trách nhiệm đưa ra những quyết
định định tuyến quan trọng khi nó nhận được tất cả các phiên giao dịch
từ/tới UE.
Phân hệ SBC có 2 chức năng chính là :
 CSCF ủy quyền ( P-CSCF): là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các
thuê bao trong hệ thống IMS, nơi chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng yêu

cầu tới UE và phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên.
 Border Gateway Function(BGF): Cung cấp giao diện giữa hai miền vận
chuyển IP. Nó có thể nằm ở ranh giới giữa một mạng truy cập và thiết bị
cơ sở của khách hàng, giữa mạng truy cập và mạng lõi hoặc giữa hai
mạng lõi.
Hệ thống hỗ trợ 2 cơ chế xác thực người dùng trong quá trình đăng ký:
9


 IMS AKA Authentication (Sử dụng cho phần OTT).
 SIP Digest Authentication (Sử dụng cho fix line – SIP phone).
3. Hệ thống HSS
Home Subscriber Server (HSS): là trung tâm lưu trữ thông tin của khách hàng,
bao gồm tất cả dữ liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phương tiện cho
khách hàng đó. Node nghiệp vụ xử lý thơng tin th bao thường trú 4G-EPC,
IMS.

Hình 3.1: Mơ hình hệ thống HSS

Hình 3.2: Mơ hình Thiết kế hệ thống HSS

4. Hệ thống OCS
OCS (Online Charging System) là hệ thống cho phép nhà cung cấp dịch vụ
viễn thơng tính cước thời gian thực.

10


4.1 Kiến trúc hệ thống OCS

Hình 4.1: Sơ đồ logic hệ thống vOCS3.0 LAB

MySQL: database chứa thơng tin cấu hình hệ thống: gói cước, tham số,
template CDR.
MySQL DB trên server 10.70.66.13:
Cách login: mysql -u root -p -h 127.0.0.1
Arospike: chứa profile thuê bao.
Aerospike DB trên server 10.70.66.14:
Cách login: aql -Uvocs –P
Kafka: chứa event từ các node OCP, Provisioning và Trigger tạo ra.
Trên server 10.70.66.14:
List các topic: ./kafka-topics.sh --list --zookeeper localhost:2181

Hình 4.2: Kiến trúc triển khai thực tế
11


Kiến trúc:
• Multi-site: tại nhiều tổng trạm/nhiều cụm
• Hệ thống dự phịng DR.
Dịch vụ:
• Tính cước đa dịch vụ: di động, cố định PSTN, FTTH
Phạm vi:
• Triển khai vOCS3.0 tại Viettel (10 thị trường) + nhà mạng Mobicast.
4.2 Triển khai tích hợp, dịch vụ mới
Có 2 hướng dịch vụ chính:
 Dịch vụ từ mạng Core
 Dịch vụ từ các hệ thống CNTT

Hình 4.3: Triển khai tích hợp

Handle:
 Tiếp nhận các bản tin requests theo các giao thức khác nhau (Diameter,
SOAP…), chuyển đổi thành các bản tin nội bộ đưa vào OCS để xử lý và
xử lý chiều ngược lại khi trả về bản tin response.
Logic Procecc:
 Xử lý một số trường thông tin trong bản tin request căn cứ theo các
nghiệp vụ cấu hình cho loại dịch vụ: VD: xử lý Cell ID, MNP
 Cơ chế chống quá tải “overload control”
Distribution:
 Thực hiện chức năng điều hướng và phân phối bản tin lên các tiến trình
tính cước tương ứng loại dịch vụ (OCP/Provisioning) theo cơ chế load
sharing.
5. Thiết bị eNodeB
eNodeB là một thiết bị quan trọng trong hệ thông tin di động LTE, có nhiệm vụ
là một núi vật lý phát và thu các tín hiệu trên một hay anten để phủ sóng cho
một ơ.
12


13


Hình 5.1: Sơ đồ logic mạng 4G

5.1 Cấu tạo của eNodeB
5.1.1 Khối xử lý băng gốc (BBU)
Chassis: cao 2U (1.75inch), lắp trên rack 19inch, chia thành nhiều card.
Kiến trúc module: CTC, BBC, Backplane, Power, FAN.

Hình 5.2: sơ đồ cấu tạo của BBU
14


L1: điều chế/giải điều chế, mã hóa
 L2: lập lịch, cấp phát tài nguyên vô tuyến
 L3: quản lý tài nguyên vô tuyến, điều khiển kết nối, chuyển giao, …
 SYNC: cung cấp tín hiệu đồng bộ cho hệ thống: GPS, IEEE-1588…


Hình 5.3: Sơ đồ cáo tạo BBC và BBU

 Vận chuyển các dữ liệu tới/từ eNodeB với EPC.
 Xử lý các bản tin báo hiệu lớp 3 giữa EPC và UE; forward dữ liệu
người dùng tới các BBC tương ứng.
 Cung cấp các giao diện LMT, nguồn đồng bộ cho các thành phần khác
trong eNodeB.

Hình 5.4: Các cổng của BBU

15


ST
T

Tên port

Kiểu port

1

GPS

SMA male

Cung cấp kết nối với GPS ngoài

DEBUG

Micro USB

Cung cấp kết nối với mấy tính qua giao
tiếp USB

FE0/GE0

RJ45

Cung cấp kết nối Fast Ethernet/Gigabit
Ethernet với mạng lõi

FE1/GE1/LMT

RJ45

Cung cấp kết nối Fast/Gigabit Ethernet
với mạng lõi hoặc máy tính

5

SFP0

SFP + cage

Cung cấp kết nối quang với mạng lõi

6

SFP1

SFP + cage

Cung cấp kết nối quang với mạng lõi

2
3
4

Mơ tả

Hình 5.5: Module BBC
Chịu trách nhiệm xử lý các tín hiệu băng gốc:
 Mỗi BBC có thể hỗ trợ tối đa 1200 connected-user.
 Mỗi BBC có 2 giao diện CPRI v4.2.
 Hỗ trợ DL/UL throughput lên tới 600/300Mbps.
 Hỗ trợ Carrier Aggregation.
ST
T
1

2

5.1.2




Tên port

Kiểu port

FE

RJ45

SFP0÷SFP1

SFP + cage

Mơ tả
Cung cấp kết nối Fast/Gigabit Ethernet
với máy tính
Cung cấp kết nối quang với RRU

Khối cử lý cao tần (RRU)
Hỗ trợ cơng nghệ MIMO 2x2, 4x4.
Lắp đặt ngồi trời với chuẩn bảo vệ IP65.
Làm mát thụ động qua vỏ.

16

Hình 5.6: Các port của RRU
STT
1
2
3
4

Tên port

Kiểu port

Mơ tả

OPT0/OPT1

SFP + cage

Cung cấp kết nối giữa RRU và BBU
hoặc giữa các RRU với nhau

PWR

CONN RCPT WALL Cung cấp kết nối nguồn cho RRU
MNT 4 POS SKTS

ANT_TX0/RX0
ANT_TX1/RX1

7/16 DIN Female

RET

AISG 2.1

Cung cấp kết nối với anten
Cung cấp kết với thiết bị điều chỉnh
tilt điện

Khối xử lý cao tần RRU có 2 thành phần chính: khối xử lý tín hiệu cao tần (khối
TRX) và khối bộ lọc (Duplexer).
Khối TRX gồm các module chính sau:
1) module FPGA
2) module TX
3) module Power Amplifier (PA)
4) module Feedback
5) module RX

17


Hình 5.7: Các module của khối TRX

Khối bộ lọc:
 Là khối thụ động trên RRU, cấu tạo dựa trên các bộ lọc (cavity filter).
 Cho phép ghép tín hiệu thu và tín hiệu phát truyền đồng thời trên
một đường (chung port anten).
III. Thực hành sử dụng phần mềm đo kiểm TEMS POCKET
Bài thực hành về Tems Pocket tạo bài đo về Ping và Idle

1. Bài đo ping
Tạo bài đo Ping với các tham số đã cho:







Host:10.70.66.14
Dung lượng gói: 32 bytes
Timeout: 1s
Số lần ping 1 phiên:10
Thời gian giữa mỗi lần ping:1s
Thời gian chờ:10s
18