LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3GUMTS

TRẦN THỊ BÍCH HẠNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI
------------

TRẦN THỊ BÍCH HẠNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử

Hồ Chí Minh - 2013

năm 2013
Hà Nội (năm)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
------------

TRẦN THỊ BÍCH HẠNH

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử

Mã số: 60.52.70

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN CẢNH MINH

Hồ Chí Minh - 2013


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC
Họ và tên học viên: TRẦN THỊ BÍCH HẠNH
Năm sinh: 05/3/1984
Cơ quan cơng tác: Trường Đại Học Trà Vinh
Khoá: 19
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
Mã số: 60.52.70
Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN CẢNH MINH Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông
1. Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các yêu cầu chất
lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, đồng thời phân tích, đánh giá và đề xuất thực
hiện chất lượng dịch vụ QoS trong mạng 3G /U M TS .
3. Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được:
a. Phương pháp nghiên cứu: Tìm kiếm, thu thập tài liệu về các vấn đề chất
lượng dịch vụ trong mạng thông tin di động 3G/UMTS và tiến hành nghiên cứu.
Đánh giá và đề xuất thực hiện QoS trong thành phần mạng 3 G / U M T S
b. Kết quả đạt được: Hiểu được các yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng
3G/UMTS, cơ chế quản lý chất lượng dịch vụ mạng 3G/UMTS, các kỹ thuật đảm
bảo chất lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, khuyến nghị áp dụng để đảm bảo chất
lượng dịch vụ mạng 3G Vinaphone.
4. Điểm bình qn mơn học:

Điểm bảo vệ luận văn:
Ngày
tháng
năm
Học viên
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn:
TS. Nguyễn Cảnh Minh
Xác nhận của Bộ mơn:

Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang i

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

LỜI MỞ ĐẦU
Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 là mạng điện thoại di động cho phép
truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại. Mạng 3G/UMTS cung cấp cả hai
hệ thống chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Điểm mạnh của công nghệ này
là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả
thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với cơng
nghệ 3G/UMTS, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ
đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và
truyền hình số; Các dịch vụ định vị tồn cầu (GPS); E-mail;video streaming;
High-ends games;...
Tuy nhiên trong những năm gần đây việc đảm bảo chất lượng dịch vụ
trong mạng 3G/UMTS có một ý nghĩa rất lớn trong việc giới hạn các hiện

tượng trễ và mất gói cho các ứng dụng thời gian thực. Hầu hết các đề xuất chất
lượng dịch vụ (QoS) cho mạng 3G/UMTS hiện nay chủ yếu quan tâm về
vấn đề chính sách hơn là giải quyết trực tiếp các vấn đề kỹ thuật như định
tuyến, xếp hàng, lập lịch... Theo thời gian với sự hội tụ giữa các công nghệ 2G,
3G, và tiến đến 4G trong tương lai thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là
một vấn đề phức tạp.
Vì vậy, đề tài này nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng thông tin di
động 3G/UMTS với mục tiêu nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng
di động, các tham số yêu cầu của mạng, kỹ thuật để đảm bảo chất lượng
dịch vụ cho các thành phần mạng bao gồm mạng truy nhập, mạng lõi. Kỹ
thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng lõi 3G Vinaphone, các
khuyến nghị để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng . Nội dung của đề tài
được trình bày như sau:
• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA+ /LTE
GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang ii

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

• CHƯƠNG 2. QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG
THƠNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS
• CHƯƠNG 3. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG CÁC THÀNH
PHẦN MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang iii

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................ x
a) Thiết bị người sử dụng..............................................................................11
b) Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS...............................................11
c) Mạng lõi......................................................................................................13
d) Các mạng ngoài.........................................................................................14
e) Các giao diện..............................................................................................14
CHƯƠNG 2..................................................................................................... 24
QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN.........24
DI ĐỘNG 3G/UMTS....................................................................................... 24
2.1 CÁC YÊU CẦU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ THÔNG
TIN 24
2.1.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ..............................................................24
2.1.2 Hài hòa các yêu cầu đối với chất lượng dịch vụ thông tin.......................27
2.1.3 Chất lượng dịch vụ trong hệ thống thông tin di động...............................30
2.1.4 Xác định các tham số chất lượng dịch vụ trong Thông tin di động.........31

2.2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG
TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS.............................................................................38
2.2.1 Các lớp dịch vụ cơ bản của UMTS...........................................................38
2.2.2 Yêu cầu chất lượng dịch vụ.......................................................................43
2.2.3 Xác định các tham số chất lượng dịch vụ trong mạng UMTS.................45

CHƯƠNG 3:.................................................................................................... 56
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG CÁC THÀNH PHẦN MẠNG CỦA
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS..............................................56

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang iv

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

3.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG MẠNG TRUY NHẬP HỆ
THỐNG DI ĐỘNG 3G/UMTS.....................................................................57
3.1.1 Chất lượng dịch vụ cho kênh mang vô tuyến...........................................57

a. Tổng quan về kiến trúc mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ.................71
b. Miền phân biệt dịch vụ DS và điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP.........73
c. Các phương pháp xử lý gói trong DiffServ..............................................75
3.2.2 Chất lượng dịch vụ QoS trong mạng lõi 3G/UMTS trên nền MPLS.......83

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang vi

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
3GPP
AF
BA
BGCF
BMC
CDMA
CDMA
- CDG
Cell
CL
CN
COPS
CoS
CPDP
CPE
CRNC

CS
CSCF

Tiếng anh

Tiếng việt

Third Generation Partnership
Project Forwarding
Assured
Behavior Aggregation
Breakout Gateway Control
Function
Broadcast/Multicast Control
Protocol
Code Division Multiple Access
CDMA Development Group

Dự án liên kết thế hệ thứ 3
Chuyển tiếp đảm bảo
Tập hợp hành vi
Chức năng điều khiển cổng ra

Cell
Control Load Service
Core Network
Common open policy server
Class of Serivice
Cellular Packet Data Protocol
Circuit Package Element

Controlling RNC
Circuit Switching
Call Session Control Function

Giao thức điều khiển phát
quản bá hoặc phát đa
hướng cập phân chia theo
Đa truy
mã
Nhóm phát triển CDMA

CSN

Circuite Switching Network

Tế bào mạng di động
Dịch vụ điều khiển tải
Mạng lõi
Máy chủ chính sách mở phổ
biến lớp dịch vụ
Phân
Giao thức dữ liệu gói tế bào
Phần tử mạch gói
RNC điều khiển
Chuyển mạch kênh
Chức năng điều khiển
phiên cuộc gọi
Mạng chuyển mạch kênh

DiffServ

DL
DRNC
DSCP
EDGE

Difference Service
Downlink
Drift RNC
Diferentiated Service Code Point
Enhanced Data rates for Global
Evolution
Expedited Forwarding
Equipment Identify Register

Dịch vụ phân biệt
Hướng xuống
RNC kéo theo
Mã điểm dịch vụ phân biệt
Cải thiện tốc độ dữ liệu cho
sự phát triển toàn cầu
Chuyển tiếp ngay
Thanh ghi nhận dạng thiết bị

EF
EIR

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

EXP
FDD
FDMA

Trang vii

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Experimental bits
Frequency Division Duplex
Frequency Division Multiple
Access
First In First Out
Forward Link
Frame Protocol
Fair Queuing
File Transfer Protocol
Gateway GPRS Support Node
Gateway MSC
Grade of Service
Genaral Packetized Radio Service
Global Service Mobile
Home Location Register
High Speed Circuit-Switch Data

Các bít trải nghiệm
Song cơng phân chia theo

thờitruy cập phân chia theo
Đa gian
tần số
FIFO
Vào trước ra trước
FL
Đường lên
FP
Giao thức khung
FQ
Hàng đợi luân phiên
FTP
Giao thức truyền file
GGSN
Nút hổ trợ cổng GPRS
GMSC
MSC cổng
GoS
Cấp độ của dịch vụ
GPRS
Dịch vụ vơ tuyến đóng gói
chung di động tồn cầu
GSM
Dịch vụ
HLR
Thanh ghi vị trí mạng chủ
HSCSD
Dữ liệu chuyển mạch
kênh tốc độ cao
Truy cập gói hướng

HSDPA
High-Speed Downlink Packet
xuống tốc độ cao
Access
HS-DSCH High Speed Downlink Shared
Kênh chia sẻ hướng
Channel
xuống tốc độ cao
IM
Internet Multimedia
Đa phương tiện Internet
IMT-2000 International Mobile
Viễn thông di động quốc tế
Telecommunications for the year cho năm
2000
2000
IntServ
Intergrated Service
Dịch vụ tích hợp
IP
Internet Protocol
Giao thức internet
IPTV
Internet Protocol Televition
Truyền hình IP
ITU
International Telecommunication Liên minh viễn thông thế giới
Union
IWF
InterWorking Function

Chức năng phối hợp hoạt
động đợi trễ thấp
LLQ
Low Latency Queuing
Hàng
LSP
label-switched path
Đường dẫn chuyển mạch
nhãn phát triển lâu dài
LTE
Long Term Evolution
Mạng
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy cập thiết bị
GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

MGCF
MGW
MPLS
MSC
MTU
Node-B
OSI
PCF

PCSs
PDCP
PDP
PDU
PHB
PLMN
PQ
PS
PSTN
QoE
QoS
RAB
RED
RL
RLC
RNC
RNS
RRC

Trang viii

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng
phương tiện
Media GateWay
Cổng phương tiện
Multi protocol lable Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao
Trung

Mobile services Switching Center thức tâm chuyển mạch
dịch vụ di động
Maximum Transfer Unit
Đơn vị truyền tối đa
Node B
Nút B của mạng 3G
Open Systems Interconection
Mơ hình tham chiếu
“liên kết hệ thống mở"
policy control function; packet
Chức năng điều khiển
control function
chính sách; (hoặc gói)
Personal Communications
Các hệ thống liên lạc cá nhân
Systems
Packet Data Convergence
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Protocol
Policy Decision Point; Packet
Điểm quyết định chính
Data Protocol
sách; giao thức dữ liệu gói
Protocol Data Unit
Đơn vị dữ liệu giao thức
Per-Hop Behavior
Bộ hành vi trên từng chặng
Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất công
cộng đợi ưu tiên

Priority Queue
Hàng
Packet Switching
Chuyển mạch gói
Mạng viễn thơng chuyển
Public Switched Telephone
mạch công cộng
Network
Chất lượng trải nghiệm
Quality of Experience
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
Radio Access Bearer
Kênh mang truy cập vô tuyến
Random Early Detection
Phát hiện sớm ngẫu nhiên
Reverse Link
Đường xuống
Giao thức điều khiển kênh
Radio Link Control protocol
truyền vô tuyến
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng di động
Radio Network Subsystem
Hệ thống con mạng vô tuyến
Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô
tuyến

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang ix

RSVP
SDP
SDU
SGSN
SLA
SMR
SMS
SRNC
TACS

Resource Reservation Protocol
Session Description Protocol
Service Data Unit
Serving GPRS Support Node
Service level agreement
Specialized Mobile Radio
Short Message Service
Serving RNC
Total Access Communications
System
TCP
Transmission Control Protocol

TDD
Time Division Duplex
TDMA
Time Division Multiple Access
ToS
Type Of Service
TTI
Transmission Time Interval
UE
User Equipment
UL
Uplink
UM
Unacknowleged Mode
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
UPD
User Datagram Protocol
UTRAN UMTS Terestrial Radio Access
Network
VLR
Visistor Location Register
VoIP
Voice Over Internet Protocol
VPN
IP virtual private Network
WAP
Wireless Application Protocol
WCDMA Wideband-CDMA

WFQ
WRED
WRR

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Giao thức dành sẵn tài
nguyên mô tả phiên
Giao thức
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
Nút hổ trợ phục vụ GPRS
Thỏa thuận mức dịch vụ
Vô tuyến di động chuyên biệt
Dịch vụ nhắn tin ngắn
RNC phục vụ
Hệ thống liên lạc truy cập
hoàn tồn
Giao thức điều khiển phát
Song cơng phân chia theo tần
số truy cập phân chia theo
Đa
thời gian vụ
Loại dịch
Khoảng thời gian truyền
Thiết bị người sử dụng
Hướng lên
Không xác nhận
Hệ thống viễn thơng di
động tồn cầu
Giao thức dữ liệu người dùng

Mạng truy cập vơ tuyến mặt
đất
UMTS ghi tạm trú
Thanh
Giọng nói truyền trên mạng
IP
Mạng riêng ảo IP
Giao thức ứng dụng không
dây
CDMA băng rộng

Hàng đợi ln phiên có trọng
số theo thời gian hồn thành
Weight Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên
theo trọng số
Weighted Round Robin queuing Hàng đợi quay vòng trọng số
Weighted Fair Queuing

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang x

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Tiến trình phát triển các thế hệ thơng tin di động..................................2
Hình 1.2. Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G..................................5
Hình 1.3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng cơng nghệ WCDMA....6
Hình 1.4 Q trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000.............................6
Hình 1.5 : Quá trình phát triển chuẩn GSM.........................................................7
Hình 1.6: Giai đoạn phát triển các phiên bản 3G/UMTS....................................10
Hình 1.7 Kiến trúc 3G UMTS...........................................................................10
Hình 1.8. Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 99.....................15
Hình 1.9. Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 4.......................17
Hình 1.10. Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 5.....................18
3GPP R6 bổ sung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5 và đưa thêm vào một số
đặc điểm mới được định hình rõ ràng. ứng dụng chế độ truyền dữ liệu tốc độ cao
đường lên HSUPA, tiếp tục phát triển truyền dữ liệu tốc độ cao đường xuống
HSDPA. Hình 1.11. thể hiện kiến trúc và dịch vụ của hệ thống UMTS/Rel 6.....19
Hình 1.11. Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 6.....................19
Hình 1.12. Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống LTE/Rel8 (S1-giao diện
LTE)................................................................................................................. 21
Hình 2.1: Các dịch vụ mạng thế hệ 3 và khả năng kinh doanh............................26
Hình 2.2: Cấu trúc phương pháp hài hịa các u cầu với QoS...........................30
......................................................................................................................... 31
Hình 2.3 Chất lượng End-to-End QoS...............................................................31
Hình 2.4: Mơ hình tham khảo “QoS đầu cuối-đến-đầu cuối”(QoS end-to-end)...33
GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang xi

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Hình 2.5 : Mơ hình xác định các tham số chất lượng dịch vụ thơng tin di động. .50
Hình 2.6: Cấu trúc lớp chất lượng dịch vụ trong mạng UMTS...........................53
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý quản lý chất lượng dịch vụ mạng di động.................54
Hình 3.1 Quản lý QoS trong mạng truy nhậ p 3G/ UMTS..................................57
Hình 3.2 Cơ chế QoS trong kênh mang vơ tuyến...............................................58
Hình 3.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện 3G /UMTS.........................................67
Ý tưởng ban đầu của mơ hình dịch vụ tích hợp IntServ là để hỗ trợ việc dành
trước tài nguyên cho các luồng lưu lượng. Trái ngược với kiến trúc chuyển phát
datagram (các gói sẽ đi qua các tuyến khác nhau tại mọi thời điểm chúng được
gửi), dịch vụ tích hợp cho phép dành tồn bộ một tuyến cho luồng dữ liệu. Điều
đó được thực hiện bởi việc thiết lập một tuyến dành trước tài nguyên trước khi
gửi dữ liệu. Hình 3.4 biểu diễn mơ hình tích hợp dịch vụ Intserv. Thực chất của
mơ hình này là các bộ định tuyến và thiết bị mạng phải dành trước nguồn tài
nguyên của nó để cung cấp các mức chất lượng dịch vụ cụ thể cho các gói mang
lưu lượng người dùng. Điều này yêu cầu các bộ định tuyến phải có khả năng điều
khiển các luồng lưu lượng................................................................................. 67
Hình 3.4: Mơ hình tích hợp dịch vụ Intserv.......................................................68
Hình 3.5: Mơ hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ....................................72
Hình 3.6: Xử lý gói trong mơ hình DiffServ......................................................73
Hình 3.7: Miền phân biệt dịch vụ DS................................................................74
Hình 3.8: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB......................................................76
Hình 3.9: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA...................................................79
Hình 3.10 Các khối chức năng QoS trong các phần tử mạng lõi.........................81
chuyển mạch gói.............................................................................................. 81

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang xii

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Hình 3.11: Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVP-TE............................................86
Các đặc tính của RSVP-TE [RFC 3209] là sự hở rộng phần lõi của RSVP để thiết
lập các tuyến đường hiện dựa trên định tuyến ràng buộc các LSP trong mạng
MPLS sử dụng RSVP làm giao thức báo hiệu. Dự trữ tài nguyên là một thành
phần rất quan trọng của xử lý lưu lượng. Đây là một trong số các lý do để nhóm
làm việc MPLS chọn RSVP hơn là việc xây dựng mới hoàn toàn một giao thức
báo hiệu khác để hỗ trợ các yêu cầu xử lý lưu lượng. RSVP hở rộng thành giao
thức báo hiệu để hỗ trợ việc tạo LSPs có thể được định tuyến tự động tránh khỏi
lỗi mạng và tắc nghẽn. RSVP đơn giản hoá việc vận hành mạng bằng quá trình
xử lý lưu lượng một cách tự động. Hình 3.11 Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVPTE. RSVP-TE sử dụng các bộ định tuyến chuyển mạch để thiết lập, duy trì các
đường ống LSP và để phục vụ tài nguyên cho các LSP đó.RSVP-TE yêu cầu thiết
bị có khả năng mang một đối tượng “mờ” (opaque object), nghĩa là các đối tượng
này không bị xử lý bởi các thiết bị khác khi truyền trong mạng. RSVP mang các
đối tượng trong các bản tin của nó như là các đoạn mờ của thơng tin (hình 3.12).
Những đoạn mờ này được mang tới các module điều khiển thích hợp trong bộ
định tuyến. Phương thức thiết lập báo hiệu dựa trên cơ sở này khuyến khích sự
phát triển của các đối tượng RSVP mới. Các đối tượng này có thể được dùng để
tạo ra và duy trì các trạng thái được phân phối cho các thông tin khác ngoài vấn
đề dự trữ tài nguyên đơn thuần.Tập hợp các hở rộng có thể nhanh chóng và dễ
dàng được phát triển qua việc cải thiện RSVP nhằm hỗ trợ các yêu cầu xử lý lưu
lượng mang tính tức thời trong vấn đề định tuyến chính xác và giảm độ phức tạp

trong quá trình phân phối nhãn..........................................................................86
Hình 3.12: Cấu trúc bản tin RSVP-TE...............................................................87
Hình 3.13 Cấu trúc mạng lõi của Vinapone.......................................................92
Hình 3.14 Sơ đồ mạng VPN2............................................................................ 93

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang xiii

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Thuộc tính dịch vụ lớp kênh mang......................................................39
Bảng 2. 2 Phân loại các dịch vụ ở 3G/ UMTS....................................................42
Bảng 2.3 Phân loại khả năng di chuyển của đầu cuối di động.............................43
Bảng 2.4 Chất lượng dịch vụ dự kiến cho các dịch vụ đàm thoại và thời gian thực
......................................................................................................................... 44
Bảng 3.1 Tham số đánh giá năng lực mạng IP cho các loại dịch vụ khác nhau...66
Bảng 3.2: Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP.......................................75
Bảng 3.3: Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB...........................77
Bảng 3.4 Ánh xạ các thuộc tính 3GPP QoS sang IETF Diffserv.........................81
Bảng 3.5 : So sánh sự khác nhau IntServ và DiffServ........................................82
Bảng 3.6. Các lớp lưu lượng IP/MPLS Vinaphone............................................96
Bảng3.7 Các lớp lưu lượng Qos UMTS Vinaphone...........................................97
Bảng 3.8 Miền CS chuyển mạch kênh...............................................................98

Bảng 3.9 Miền PS chuyển mạch gói..................................................................99
Bảng 3.10 Các tham số KPI chất lượng mạng..................................................100

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang xiv

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Bảng 3.11 Các tham số chất lượng dịch vụ của mạng Vinaphone.....................103
Mạng Vinaphone Trà Vinh triển khai dịch vụ 3G phủ sóng tồn tỉnh. Thực hiện
cơ chế truyền dẫn nội tỉnh, từ các trạm BTS thông qua truyền dẫn quang, vô
tuyến về Host Trà Vinh, vào MUX 3G lên đài truyền dẫn VTN đưa về RNC Cần
Thơ quản lý. Mạng 3G Vinaphone Trà Vinh cung cấp tấc cả các dịch vụ Video
Call, Mobile Internet, Mobile TV, Mobile Camera và Mobile Broadband…. Bảng
3.12 thể hiện kết quả đo kiểm các tham số chất lượng dịch vụ KPI của mạng
Vinaphone Trà Vinh........................................................................................ 105
Bảng 3.12 Kết quả đo kiểm các tham số chất lượng dịch vụ KPI của mạng
Vinaphone Trà Vinh........................................................................................ 105

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang 1

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA+ /LTE

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống xã hội, đặc
biệt với xã hội hiện đại ngày nay thông tin trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo
các yếu tố như tốc độ nhanh chóng, tiện lợi và độ chính xác cao. Với nhu cầu như
vậy, thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông
phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác. Sự phát
triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và
triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Trong chương 1
này tập trung giới thiệu tổng quan về q trình phát triển của hệ thống thơng tin
di động từ khi mới xây dựng đến thế hệ thứ mới. Khái quát về hệ thống thông tin
di động thứ ba, bao gồm cấu trúc chung của mạng, sự phát triển của các phiên
bản và các dịch vụ mạng.

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

1.1.

Trang 2

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THƠNG TIN DI

ĐỘNG
1.1.1.

Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin di động

Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề được nhiều
chuyên gia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thơng. Trong thời gian
này cơng nghệ này được rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi.
Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ được miêu tả trong hình 1.1

4G

3G
+ Roaming (khơngdây)
trực tiếp
2G
+ Khái niệm mơ hình dịch vụ
+ Thơng tin di động
phát triển (Roaming) + Truy nhập vô tuyến tồn cầu
+ Tính tồn cầu hóa
+ Dịch vụ lớn hơn

1G

+ Thông tin di động
cơ sở
+ Các dịch vụ cơ bản
+ Khơng tương thích

+ Thơng tin di động trên cơ sở
giao thức IP
+ Tốc độ truyền số liệu rất cao
+ Hợp nhất đầy đủ liên lạc thoại
& số liệu

(xuất hiện số liệu)
+ Dần đến tồn cầu

2010

Hồn
thiện
1990
các
1980
chuẩn
hóa
Hình 1.1. Tiến trình phát triển cácquốc thông tin di động
thế hệ
gia và
tiêu
chuẩn
* Thế hệ thứ nhất (1G)
QoS

Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và
trên
cơ sở thoại của mỗi người, và sử
sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu
đánh
dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Với FDMA, khách
giá
mức
hài
hịa
GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh
HVTH: Trần Thị Bích Hạnh
của
chúng


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang 3

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần
số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt
động thì nó dị sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này,
MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu
lượng người dùng. Trong trường hợp số thuê bao nhiều hơn số lượng kênh tần số
có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
Đặc điểm:


Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian

thông tuyến.


Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể.



BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.

* Thế hệ thứ hai (2G)
Với sự phát triển nhanh chóng của th bao, hệ thống thơng tin di động thế
hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên
công nghệ số.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng phương pháp điều chế số
và 2 phương pháp đa truy cập :
 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA
 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị
truyền dẫn đơn giản và việc thay đổi , chuyển giao, điều khiển dung lượng cell
thực hiện rất linh hoạt
* Thế hệ thứ ba (3G)
Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người
sử dụng, từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế
hệ thứ 3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi ITM-2000 đưa ra các
mục tiêu chính sau:


Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang 4

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

cập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện


Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện

thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của
các hệ thống thơng tin di động


Tương thích với các hệ thống thơng tin di động hiện có để đảm bảo

sự phát triển liên tục của thông tin di động
3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho người dùng tĩnh , 384
Kbps cho người dùng di chuyển chậm và 128 Kbps cho người dùng trên moto.
Cơng nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ khơng phải là sóng mang 200KHz
như của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G. Nhiều
tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã được đề xuất,

trong đó 2 hệ thống WCDMA và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đang
được áp dụng trong những năm gần đây. Các hệ thống này đều sử dụng công
nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện têu chuẩn toàn thế giới cho giao diện
thông tin vô tuyến.
* Thế hệ thứ tư (4G)
Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới
các cơng nghệ khơng dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với
tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn. Với cách nhìn nhận này, Liên minh
Viễn thơng quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng
di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G. ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời
chuẩn này một vài năm tới. Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền
số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của
mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính tốn dự kiến tốc độ truyền dữ liệu
có thể lên tới 288 Mb/s.

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

1.1.2.

Trang 5

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động 3G

Trên hình vẽ 1.2 cho thấy các hệ thống thơng tin di động 3G phát triển theo
hai hướng chính:

Hình 1.2. Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G
1.1.2.1.

Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát
triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng
chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện.
Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ
tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên
WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt như hình 1.3:

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang 6

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Hình 1.3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA
1.1.2.2.

Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000

Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác
nhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường. Nói chung CDMA 2000 là một
cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở
chế độ FDD. Nhưng cơng việc chuẩn hố tập trung vào giải pháp một sóng mang
đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95. CDMA 2000 được phát triển
từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mơ tả q trình phát
triển đó như hình 1.4:

Hình 1.4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000
1.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
UMTS
Hệ thống thông tin di động UMTS là sự kế thừa của hai hệ thống GSM và
GPRS, là kết quả của việc đưa ra các công nghệ truyền dữ liệu và thoại. Trên
hình 1.5 chỉ ra quá trình phát triển chuẩn GSM qua 1 số phiên bản:

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Bước 1

Trang 7

Bước 2

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Phát
Phát
Phát
hành 96 hành 97 hành 98

EDGE
GPRS
HSCSD

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000
Năm

Hình 1.5 : Q trình phát triển chuẩn GSM

1.2.1.
1.2.1.1.

Các cơng nghệ trước WCDMA theo nhánh GSM
Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High-

Speed Circuit-Switched Data)
High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), phiên bản mở rộng của mạch
chuyển dữ liệu CSD (Circuit Switched Data), chính là cơ chế truyền dữ liệu của
mạng GSM. Một trong những cải tiến HSCSD là khả năng sử dụng nhiều khe
thời gian cùng một lúc. Sử dụng tối đa là bốn khe thời gian, nó có thể cung cấp
tốc độ truyền tải tối đa tăng lên đến 57,6 kbit/s (tức là, 4 × 14,4 kbit/s) và ngay cả
trong điều kiện truyền phát xấu nơi mà một mức cao hơn của việc sửa lỗi cần
dùng đến, vẫn có thể cung cấp tốc độ tăng bốn lần so với CSD (38,4 kbit/s so với
9,6 kbit/s). Bằng cách kết hợp đến tám khe thời gian GSM cơng suất có thể được
tăng lên đến 115 kbit/s.Công nghệ này là bước đầu theo hướng tăng tốc độ truyền
dữ liệu cho việc sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu mới.

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

1.2.1.2.

Trang 8

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service)

GPRS là dịch dụ vơ tuyến gói chung, truyền dữ liệu theo mạng chuyển mạch
gói song song với truyền thoại trong chế độ chuyển mạch kênh và đảm bảo truyền
dữ liệu với vận tốc lên đấn 115 kbit/s
Công nghệ GPRS khác với công nghệ HSCSD yêu cầu các thiết bị đầu cuối
mới trợ giúp cho công nghệ:
o

Thiết bị đầu cuối loại A đồng thời có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng

thuê bao ở chế độ chuyển mạch gói và chế độ chuyển mạch kênh.
o

Thiết bị đầu cuối loại A đồng thời có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng

thuê bao ở chế độ chuyển mạch gói hoặc chế độ chuyển mạch kênh.
o

Thiết bị đầu cuối loại C có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng thuê bao ở

chế độ chuyển mạch gói .
1.2.1.3.

Công nghệ EDGE

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), đôi khi cịn gọi
à Enhanced GPRS (EGPRS), là một cơng nghệ di động được nâng cấp từ
GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s cho người

dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144kbit/s cho người dùng di chuyển tốc độ
cao. Trên đường tiến đến 3G, EDGE được biết đến như một công nghệ 2.75G.
Thực tế bên cạnh điều chế GMSK, EDGE dùng phương thức điều chế 8-PSK để
tăng tốc độ dữ liệu truyền. Chính vì thế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp
mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là thiết bị di động so với mạng
GPRS.
EDGE cung cấp cho chúng ta một dung lượng dữ liệu gấp 3 lần GPRS. Khi
sử dụng EDGE nhà điều hành có thể quản lý được hơn gấp 3 lần số thuê bao đối
với GPRS, và gấp 3 lần giá trị dữ liệu trên một thuê bao, thêm một dung lượng
đáng kể cho truyền thông thoại. EDGE sử dụng cấu trúc khung dữ liệu, kênh lơgic,và băng thơng sóng mang 200 kHz giống như TDMA (Xử-lý-nhân-chia-thời-

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Trang 9

Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

gian) dùng trong mạng GSM hiện nay, cho phép nó phủ sóng trực tiếp trên nền
GSM hiện có. Đối với một số mạng GSM/GPRS hiện nay, EDGE thực chất chỉ là
một sự nâng cấp phần mềm.
EDGE cho phép truyền tải các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip
nhạc, tin nhắn đa phương tiện hoàn hảo, truy cập internet, e-mail di động tốc độ
cao.
1.2.2

Kiến trúc và dịch vụ các phiên bản mạng thông tin di động 3G/

UMTS
ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980 và
1990. ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS. Chuẩn cuối cùng
ETSI xây dựng năm 1998.
3GPP thành lập năm 1998 là tổ chức kết hợp của các tổ chức tiêu chuẩn hóa:
châu Âu, Nhật, Nam Triều tiên, Mỹ và Trung quốc. Mục đích chuẩn hóa hệ thống
thơng tin di động 3G theo định hướng:
 Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA và TD-CDMA.
 Phần mạng lõi phát triển từ GSM, kế thừa những những tiêu chuẩn ETSI
do SMG xây dựng.
 Đến năm 2001, sau khi hoàn thành phiên bản 3GPP R99, 3GPP chia
thành hai tổ chức:
 3GPP: xây dựng các tiêu chuẩn phát triển mạng lõi, dịch vụ, cấu trúc hệ
thống, truy cập radio WCDMA và TD-CDMA.
 ETSI SMG: phát triển truy nhập radio GSM và EDGE.
Trong đó 3GPP xây dựng các bộ tiêu chuẩn trên cơ sở năm. Phiên bản đầu
tiên là 3GPP Release 99 (3GPP R99). Đến nay 3GPP đã có các phiên bản đã và
đang được các nhà khai thác trên thế giới áp dụng, sự phát triển của các phiên bản
được miêu tả trong hình 1.6:

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh

HVTH: Trần Thị Bích Hạnh