KHẢ NĂNG CỦA WIFI TRONG VIỆC PHÂN TẢI MẠNG LTE

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG





Bùi Văn Tài


KHẢ NĂNG CỦA WIFI TRONG VIỆC PHÂN TẢI
MẠNG LTE



Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.02.08


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ





HÀ NỘI – NĂM 2013




Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Thủy


Phản biện 1: ………………………………………………………

Phản biện 2: ………………………………………………………



Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1
MỞ ĐẦU
Hiện nay, các mạng di động có xu hướng trở lên quá tải do sự bùng phát nhu
cầu của thuê bao băng rộng di động. Để đáp ứng các yêu cầu của thiết bị đầu cuối về
những ứng dụng dữ liệu giàu nội dung trong tương lai, mạng không dây trong tương
lai dự kiến sẽ được kết hợp nhiều công nghệ truy nhập khác nhau. Kết quả là các nhà
khai thác băng thông rộng di động bao gồm cả các mạng WLAN sẽ được coi như là
một công nghệ truy nhập mạng bổ sung. Điều này cho phép thực hiện các giải pháp
để phân tải lưu lượng truy nhập từ các công nghệ truy nhập chủ yếu để truy nhập
WiFi. Giải pháp phân tải lưu lượng có thể cung cấp thêm năng lực và khả năng cải
thiện hiệu suất tổng thể của mạng.

Mục tiêu chính của luận văn này là để giải quyết các giải pháp thực hiện phân
tải cho mạng LTE sang WiFi và đưa ra các thuật toán phân tải để thực hiện quyết
định khi nào thì chuyển lưu lượng giữa mạng truy nhập LTE và WiFi.













2
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Sự phát triển của công nghệ mạng không dây
Phần này trình bảy tổng quan về sự phát triển của các công nghệ mạng không
dây. Bao gồm các công nghệ sau:
A. GSM
B. UMTS
C. cdmaOne and CDMA2000
D. LTE
E. WLAN
F. WiMAX
1.2 Các yêu cầu về lƣu lƣợng dữ liệu băng rộng di động trong tƣơng lai
Theo báo cáo từ Ericsson cho thấy lưu lượng dữ liệu di động trong mạng 2G, 3G
và mạng 4G sẽ tăng gấp 10 lần từ năm 2011 đến 2016. Kết quả khảo sát của Ericsson

cũng cho thấy lưu lượng truy nhập trong mạng 3G vượt sẽ qua mạng 2G. Phát hiện này
cũng cho thấy rằng lưu lượng truy nhập các trang web mạng xã hội trên thiết bị di động
và máy tính hiện nay đang chiếm một phần lớn lưu lượng dữ liệu di động.
Mô tả trong hình 1-1 của Ericsson cho thấy mức lưu lượng dữ liệu trong các
mạng di động dự kiến sẽ tăng gấp đôi mỗi năm cho đến năm 2016 và sẽ vượt xa lưu
lượng thoại.

Hình 1.1 Lƣu lƣợng di động: thoại và dữ liệu từ 2008-2016
1.3 Vai trò của WLAN
WLAN được chấp nhận rộng rãi và dùng phổ biến vì nó không đòi hỏi phổ
được cấp phép. WLAN là thiết bị giá rẻ và có số lượng rất lớn các thiết bị tương thích
cho việc triển khai linh hoạt các điểm truy nhập không dây thông qua các điểm nóng
khác nhau. Ở các văn phòng nhỏ, nhà, khách sạn, trường đại học, và ở các thành phố
thì mạng không dây đang trở thành phổ biến. Việc triển khai WLAN làm cho cho
3
người sử dụng di động có thể di chuyển trong vùng phủ sóng địa phương và được kết
nối với mạng. Cả WLAN và 4G có khả năng cung cấp kết nối không dây tốc độ cao hơn
mà các công nghệ di động trước đó như 2G không thể cung cấp được. Mạng WLAN có
thể chỉ bao gồm một khu vực nhỏ và cho phép di chuyển giới hạn, nhưng có khả năng
cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn 4G. Do đó, các mạng WLAN rất thích hợp với vùng
phủ sóng điểm nóng, nơi có mật độ cao về người sử dụng và có nhu cầu đối với các dịch
vụ không dây tốc độ cao đồng thời chỉ đòi hỏi tính di chuyển hạn chế.
Một cơ chế phân tải lưu lượng truy nhập từ 3G/4G tới WiFi là rất tốt để các
nhà khai thác mạng di động cân bằng chi phí dữ liệu và sử dụng mạng tốt hơn. Ý
tưởng cơ bản phân tải bằng WiFi là bất cứ khi nào một điểm truy nhập WLAN có
sẵn, một số hoặc tất cả các lưu lượng truy nhập sẽ được định tuyến thông qua các
điểm truy nhập WLAN, tức là phân tải mạng truy nhập di động.
Việc phân tải bằng Wifi như một giải pháp cho sự phát triển tương lai của băng
thông di động trong mạng LTE. Lý do tại sao phân tải lưu lượng bằng WiFi (802.11
WLAN) được coi là một giải pháp khả thi và tại sao nó là trọng tâm của công việc

trong luận văn này là bởi vì có rất nhiều phổ WiFi không có giấy phép đã tồn tại với
số lượng rất lớn các thiết bị tương thích. Điều này sẽ giúp và đơn giản hóa sự phức
tạp cũng như giảm bớt chi phí quản lý và triển khai một mạng WiFi mới.

CHƢƠNG 2: LỰA CHỌN MẠNG TRUY NHẬP
2.1 Giới thiệu
Một trong những diễn biến đầy hứa hẹn của công nghệ điện thoại di động là
việc kết hợp các công nghệ truy nhập không dây hiện có khác nhau để cung cấp truy
nhập vào dịch vụ trong khi di chuyển ở bất cứ nơi nào và bất cứ lúc nào. Các thiết bị
điện thoại di động gần đây được tích hợp với nhiều giao diện mạng và người dùng có
thể kết nối vào mạng mọi lúc mọi nơi. EPC 3GPP cung cấp sự tương tác giữa các
công nghệ truy nhập 3GPP và non-3GPP (cả tin cậy và không tin cậy). Các chức
năng liên kết mạng bao gồm phát hiện truy nhập mạng lưới, xác thực UE, QoS nhất
quán và chuyển giao liên tục.
4

Hình 2.1 Kiến trúc không chuyển vùng bên trong EPS
2.2 Sự phát triển của các công nghệ truy nhập làm việc trong 3GPP và
non-3GPP
2.2.1 Phân tải mạng 3GPP
Kiến trúc EPC đã được thiết kế để cho phép liên kết bất kỳ công nghệ truy
nhập nào. Do đó, nó có thể cung cấp một giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề
lưu lượng dữ liệu truy nhập đang tăng theo cấp số nhân và vấn đề tắc nghẽn mạng
bằng cách phân tải lưu lượng dữ liệu 3GPP cho một mạng truy nhập non-3GPP (như
WiFi).
2.2.2 Bổ sung vùng phủ cho công nghệ truy nhập 3GPP
Công nghệ truy nhập non-3GPP như WiFi tích hợp với kiến trúc EPC có thể
cung cấp vùng phủ mở rộng cho vùng phủ của công nghệ truy nhập 3GPP. Đặc biệt là
nơi như trong các tòa nhà, nơi vùng phủ 3GPP có thể dễ dàng được bổ sung thêm
vùng phủ của công nghệ truy nhập trong nhà có khả năng hơn. Thêm vào đó, do việc

triển khai sâu rộng và nhu cầu của người sử dụng về công nghệ truy nhập non-3GPP
(như WiFi), công nghệ truy nhập non-3GPP có thể là một lựa chọn phổ biến để truy
nhập thay cho công nghệ truy nhập 3GPP.
2.2.3 Hội tụ dịch vụ cố định và di động
Sự ra đời của công nghệ mạng di động LTE là một sự thay đổi cơ bản trong
các mạng truy nhập di động hướng tới một mạng thế hệ kế tiếp toàn IP và phù hợp
với sự phát triển về việc hội tụ dịch vụ cố định và di động. Sự hội tụ một xu hướng
nhằm mục đích cung cấp truy cập Internet và thoại với một thiết bị duy nhất. Và do
5
đó, tùy thuộc vào thị trường và yêu cầu các hệ thống gói lõi cải tiến (EPC) cũng có
thể được sử dụng để hỗ trợ hội tụ cố định và di động. Trong kiến trúc này, EPS hỗ trợ
cả công nghệ truy nhập 3GPP và công nghệ truy nhập non-3GPP. Người sử dụng
xDSL (đường dây thuê bao số) có thể truy nhập vào mạng và khai thác các dịch vụ
Internet. Như vậy xDSL có thể được coi như một công nghệ truy nhập non-3GPP.
2.3 Phát hiện và lựa chọn mạng truy nhập
ANDSF là một thực thể mới trong EPC được quy định trong tiêu chuẩn 3GPP.
ANDSF có chứa dữ liệu quản lý, chức năng kiểm soát để cung cấp khả năng phát
hiện mạng truy nhập và hỗ trợ UE lựa chọn mạng truy nhập theo chính sách của nhà
mạng. Các thủ tục liên quan đến lựa chọn công nghệ truy nhập và sự thay đổi thông
tin được hỗ trợ với phiên khởi tạo UE và phiên khởi tạo ANDSF.

Hình 2.2 Kiến trúc không chuyển vùng đối với chức năng hỗ trợ phát hiện
mạng truy nhập

Hình 2.3 Kiến trúc chuyển vùng đối với chức năng hỗ trợ phát hiện mạng truy nhập
Các chính sách của ANDSF để cung cấp thông tin cho UE được mô tả ngắn
gọn như sau:
 Chính sách di động liên hệ thống: Các thông tin được cung cấp bởi ANDSF
chứa chính sách di động liên hệ thống và đặc điểm mạng truy nhập dữ liệu để hỗ trợ
các nút di động thực hiện quyết định chuyển giao liên hệ thống.

 Chính sách định tuyến liên hệ thống: Trong trường hợp này, các ANDSF
cung cấp một danh sách các chính sách định tuyến liên hệ thống tới UE để UE có khả
năng định tuyến lưu lượng IP đồng thời trên nhiều giao diện truy nhập vô tuyến (ví
dụ như cả WiFi và LTE).
6
 Phát hiện mạng và lựa chọn thông tin: Theo yêu cầu, các ANDSF truyền lại
cho UE các thông tin và danh sách mạng truy nhập khả dụng dựa trên khu vực /vị trí.
2.3.1 Chức năng phát hiện và lựa chọn mạng truy nhập
Khi một UE kết nối với mạng lõi thông qua mạng truy nhập thì có hai tính
năng kỹ thuật cần được giải quyết. Đầu tiên, UE cần phải phát hiện sự sẵn có của các
mạng truy nhập không dây một cách hiệu quả. Thứ hai, truy nhập phù hợp cần phải
được lựa chọn cho các UE để cung cấp hiệu suất dịch vụ tốt nhất. Đó là việc mong
muốn lựa chọn ra mạng truy nhập một cách đơn giản mà không cần người dùng tham
gia. Vì vậy lựa chọn mạng truy nhập sẽ được thực hiện tự động và phù hợp với các
dịch vụ được sử dụng. Một nhà điều hành mạng phải có khả năng cung cấp các quy
định sử dụng truy nhập và hạn chế để có thể được liên kết với các thuê bao sử dụng
hoặc loại thiết bị được sử dụng (ví dụ như điện thoại di động). Từ góc độ người dùng,
người dùng có thể ảnh hưởng đến lựa chọn truy nhập mạng bằng cách cấu hình phù
hợp với sở thích của mình.
2.3.2 Tại sao phải sử dụng ANDSF
Trong trường hợp đơn giản nhất, các thiết bị di động đầu cuối có thể phát hiện
ra các tế bào lân cận mà không có sự hỗ trợ của mạng bằng cách định kỳ thực hiện
một chức năng quét vô tuyến ở chế độ nền. Mặc dù điều này là rất đơn giản và không
yêu cầu bất kỳ sửa đổi nào trong mạng, tuy nhiên sẽ có một số vấn đề là:
 Tiêu thụ điện năng có thể tăng đáng kể, đặc biệt là khi yêu cầu phát hiện
nhanh.
 Các thông tin về phát hiện các tế bào lân cận chỉ được giới hạn.
 Các UE cần phải nhận 2 tín hiệu làm việc song song (một dành riêng cho
quét và một cho truyền thông liên tục).
 Độ trễ lớn từ một thiết bị đầu cuối vào một khu vực mà chuyển giao sẽ có

lợi cho đến khi quá trình quét phát hiện các mạng truy nhập có sẵn.
Điều này thúc đẩy nhu cầu hỗ trợ mạng phát hiện ra mạng truy nhập và đây là
lý do chính tại sao ANDSF là một trong những thuật toán được đánh giá trong luận
văn này. Ngoài những lợi ích nêu trước đây, tính năng ANDSF còn có ưu điểm sau:
 Phát hiện thông tin về mạng lân cận.
 Xây dựng cơ sở dữ liệu động, chức năng kho lưu trữ thông tin.
 Xác định những thông tin thu thập và cung cấp cho điện thoại di động.
7
 Bao gồm các điều kiện hiệu lực đối với các thông tin được cung cấp (tức là
chỉ ra các chính sách thông tin được cung cấp là hợp lệ hay không hợp lệ).
2.3.3 Hỗ trợ phát hiện mạng truy nhập
Việc phát hiện mạng truy nhập tiêu biểu nhất được hỗ trợ bởi các giải pháp
mạng thường được sử dụng ngày nay trong các mạng di động. Đó là mỗi tế bào trong
mạng lưới phát sóng một danh sách của các tế bào lân cận của các công nghệ vô
tuyến như nhau (thường là của các công nghệ vô tuyến tương tự) hoặc khác nhau có
thể phục vụ như các ứng cử viên cho việc chuyển giao. Ý tưởng tương tự có thể được
áp dụng cho việc phát hiện mạng di động lân cận trong mạng 3GPP/WiFi tích hợp,
với điều kiện là tất cả mạng 2G/3G hoặc các tế bào 4G được nâng cấp để đưa các
thông tin về các tế bào WiFi lân cận và ngược lại.
2.4 Giao thức khách hàng và giao thức mạng
2.4.1 Giao thức khách hàng
2.4.2 Giao thức mạng
2.5 Lựa chọn chế độ IP di động
2.6 Chất lƣợng dịch vụ, điều khiển tính cƣớc và chính sách
2.6.1 Điều khiển tính cước và chính sách (PCC)
Mục đích chính của PCC là điều khiển tính cước và chính sách. Trong mạng
không dây, nơi băng thông thường được giới hạn bởi các tài nguyên mạng vô tuyến, do
vậy cần phải sử dụng một cách hiệu quả các tài nguyên vô tuyến này. PCC cho phép
thực hiện cơ chế điều khiển tập trung để đảm bảo rằng các phiên dịch vụ được cung
cấp với việc truyền tải thích hợp, ví dụ, về yêu cầu băng thông và QoS. Ngoài ra, các

dịch vụ mạng khác nhau có những yêu cầu rất khác nhau về QoS. Bởi vì có rất nhiều
dịch vụ khác nhau được truyền trong mạng, do đó cần đảm bảo rằng các dịch vụ có thể
cùng tồn tại và mỗi dịch vụ được cung cấp với một đường vận chuyển thích hợp.

Hình 2.5 Giao diện và kiến trúc PCC
8
2.6.2 Chất lượng dịch vụ
Các nhà khai thác di động cung cấp nhiều dịch vụ như Internet, thoại và video,
điện thoại đa phương tiện và điện thoại di động truyền hình qua truy nhập băng rộng
di động. Các dịch vụ khác nhau có yêu cầu QoS khác nhau về tốc độ bít cũng như độ
trễ gói và tỷ lệ mất gói tin chấp nhận được. Thêm vào đó, với thuê bao di động được
cung cấp cùng tốc độ bít, các dịch vụ băng rộng như chia sẻ tập tin trở nên phổ biến
trong hệ thống di động. Trong một mô hình đa dịch vụ như vậy, điều quan trọng là hệ
thống gói cải tiến cần cung cấp một giải pháp hiệu quả QoS để đảm bảo trải nghiệm
người dùng của mỗi dịch vụ đang chạy trên các liên kết vô tuyến được chia sẻ là thỏa
đáng. Một nhà điều hành di động có thể cung cấp đối xử khác biệt với lưu lượng IP
cho cùng một dịch vụ tùy thuộc vào loại hình của thuê bao sử dụng. EPS xác định lưu
lượng gói tin nhận được và cách thức xử lý QoS chung giữa UE và PDN GW. EPS
cho phép kiểm soát chất lượng dịch vụ trong EPS / E-UTRAN và cung cấp một
đường truyền hợp lý với đặc tính QoS giữa UE và PDN GW. Điều này có nghĩa, tất
cả các luồng gói dữ liệu ánh xạ tới cùng một mức EPS sẽ được xử lý chuyển tiếp gói
tương tự nhau (ví dụ, chính sách lập kế hoạch, chính sách quản lý hàng đợi, tốc độ
định hình chính sách, cấu hình liên kết lớp, vv).

CHƢƠNG 3: TÌM HIỂU CƠ CHẾ PHÂN TẢI LƢU LƢỢNG
TRONG KẾT NỐI ĐA TRUY NHẬP
3.1 Giới thiệu
Trong nhiều năm qua, một loạt các dịch vụ truy nhập mạng không dây đã tăng
lên nhanh chóng. Đồng thời các công nghệ điện thoại di động cũng đạt được những
cải tiến đáng kể. Các thiết bị điện thoại di động với giao diện đơn phương thức thông

thường đang phát triển theo hướng sử dụng nhiều giao diện vô tuyến không đồng
nhất. Trong đó bao gồm nhiều giao diện (tức là nhiều chế độ chức năng với nhiều
giao diện mạng) công nghệ chẳng hạn như di động, mạng WLAN và Bluetooth để
cung cấp cho người sử dụng với các công nghệ truy nhập khác nhau bất cứ khi nào có
sẵn miễn là người dùng đang trong vùng phủ sóng. Đây là lý do chính cho đa truy
nhập trong các mạng truy nhập không dây trở thành hiện thực. Thiết bị của người
dùng đầu cuối có khả năng hỗ trợ giao diện vô tuyến đa phương thức.
9
3.2 Yêu cầu kiến trúc EPS và tính thay đổi của lƣu lƣợng IP
3.2.1 Các yêu cầu của mạng EPS
3.2.2 Tính thay đổi của lưu lượng IP
3.3 Tính thay đổi của lƣu lƣợng IP – Các trƣờng hợp có thể sử dụng và các
kịch bản có thể thực hiện đƣợc
3.3.1 Trường hợp sử dụng 1
Chúng ta có thể xem xét một kịch bản đại diện cho các dịch vụ thay đổi lưu
lượng IP. Ví dụ, trên đường về nhà từ văn phòng của mình, chúng ta chỉ có quyền
truy nhập 3GPP. Chúng ta đồng thời truy nhập vào các dịch vụ khác nhau với những
đặc điểm khác nhau về các yêu cầu QoS và băng thông, ví dụ như một phiên duyệt
web và một cuộc gọi điện thoại video bao gồm tiếng đàm thoại và phi thoại. Khi
chúng ta về đến nhà, thiết bị của chúng ta lựa chọn truy nhập non-3GPP (ví dụ như
wifi).Dựa trên sở thích của cá nhân, yêu cầu của các ứng dụng một số các dịch vụ
hiện đang chạy (ví dụ như phiên duyệt web và phiên luồng video phi thoại) sẽ được
chuyển sang giao diện WiFi non-3GPP. Những lợi thế được cung cấp bởi các giao
dịch chuyển đổi của lưu lượng IP từ công nghệ truy nhập 3GPP vào truy nhập WiFi
non-3GPP bao gồm:
 Để cân bằng tải bằng cách sử dụng công nghệ truy nhập WiFi bổ sung
như một phương tiện phân tải lưu lượng.
 Để đảm bảo sử dụng tối ưu các truy nhập vô tuyến có sẵn.
 Tăng thông lượng sử dụng cuối cùng đối với các lưu lượng IP yêu cầu
thông lượng cao, ví dụ như luồng video không đàm thoại.

Một số các lưu lượng mà chúng ta đang sử dụng có thể là từ cùng một ứng
dụng (ví dụ như điện thoại video có thể được thông qua một đường hầm mạng riêng
ảo). Căn cứ vào chính sách điều hành, sở thích của người sử dụng và các đặc tính của
ứng dụng và truy nhập, lưu lượng IP sẽ được định tuyến khác nhau. Ví dụ, các
phương tiện truyền thông âm thanh (giọng nói đàm thoại là thời gian thực) của các
cuộc gọi điện thoại video và các luồng video được định tuyến thông qua công nghệ
truy nhập 3GPP, trong khi các phương tiện truyền thông video thời gian thực mềm
(video đàm thoại trực tuyến) của điện thoại video, tải về P2P (nỗ lực tốt nhất) và
phương tiện truyền thông đồng bộ hóa tập tin được chuyển qua mạng truy nhập non-
3GPP. Như được mô tả trong hình 3-3. Ở giữa phiên IP của mình, thiết bị của chúng
ta sẽ tự động bắt đầu một luồng đồng bộ file FTP thời gian không thực với một máy
10
chủ sao lưu (nỗ lực tốt nhất) thông qua hệ thống truy nhập WiFi. Do số lượng lớn của
lưu lượng Wi-Fi trở nên tắc nghẽn và do đó phiên luồng video không đàm thoại
không nhận được mức độ yêu cầu xử lý QoS. Lưu lượng IP sẽ được di chuyển trở lại
các công nghệ truy nhập 3GPP. Sau đó, khi đồng bộ hóa file FTP được thực hiện,
phiên luồng video không đàm thoại sẽ được chuyển trở lại WiFi.

Hình 3.3 Định tuyến lƣu lƣợng IP khác nhau thông qua đầu vào khác nhau
Sau một thời gian, giả sử rằng chúng ta di chuyển ra khỏi nhà và mất kết nối
non-3GPP (WiFi). Bắt đầu bằng sự kiện này, tất cả các lưu lượng IP cần phải được
chuyển sang truy nhập 3GPP vì nó là lối đi duy nhất có sẵn. Như được mô tả trong
hình 3-4 cho thấy lưu lượng IP được phân phối khi các kết nối non-GPP (truy nhập
WiFi) là không còn nữa.

Hình 3.4 Khi UE đi ra ngoài mạng truy nhập non-3GPP và luồng IP chỉ đƣợc di
chuyển tới mạng truy nhập khả dụng 3GPP
Sau khi chúng ta trở về nhà, hoặc di chuyển đến khu vực khác, nơi cả 3GPP và
non-3GPP có sẵn. Bắt đầu bằng sự kiện này, các phương tiện truyền thông video của
thoại video, các P2P tải về và đồng bộ hóa tập tin phương tiện truyền thông được

chuyển trở lại truy nhập non-3GPP (kết nối WiFi). Kết quả kịch bản này được mô tả
giống như trong hình 3-3.
11
3.3.2 Trường hợp sử dụng 2
Giả sử rằng chúng ta có một phiên đa phương tiện trực tuyến với bạn bè của
mình, tức là đã có một phiên VoIP kết hợp với video (video đàm thoại). Trong suốt
phiên đa phương tiện chúng ta duyệt web (nỗ lực tốt nhất) và đôi khi theo dõi clip
video (luồng video không đàm thoại). Dựa trên các chính sách điều hành mạng lưới,
lưu lượng VoIP và video đàm thoại được định tuyến thông qua truy nhập 3GPP, trong
khi đoạn video không đàm thoại và lưu lượng IP nỗ lực tốt nhất được chuyển qua
non-3GPP. Thiết bị của chúng ta bắt đầu đồng bộ hóa file FTP với một máy chủ sao
lưu (nỗ lực tốt nhất) thông qua truy nhập WiFi như nó được mô tả trong hình 3-5.

Hình 3.5 Phân chia lƣu lƣợng IP dựa trên sự giám sát của nhà mạng
Vì sự đồng bộ hóa tập tin FTP, mạng truy nhập non-3GPP trở nên tắc nghẽn và
các lưu lượng video không phải đàm thoại được chuyển trở lại vào mạng truy nhập
3GPP như nó được mô tả trong hình 3-6.

Hình 3.6 Sự chuyển động của lƣu lƣợng IP
Và sau đó, chúng ta hãy giả định rằng máy chủ HTTP đáp ứng thời gian cho
các trình duyệt web (nỗ lực tốt nhất) được phát hiện đã tăng lên, cũng là trình duyệt
web nỗ lực tốt nhất được chuyển trở lại các mạng truy nhập 3GPP. Chỉ đồng bộ hóa
tập tin FTP đối với các mạng truy nhập non-3GPP như nó được mô tả trong hình 3-7.
12

Hình 3.7 Sự di chuyển của lƣu lƣợng IP do nghẽn mạng
Cuối cùng, khi đồng bộ hóa file FTP hoàn tất, đoạn video không đàm thoại và
trình duyệt web sẽ được chuyển trở lại để truy nhập non-3GPP như nó được mô tả
trong hình 3-8.

Hình 3.8 Phân phối lƣu lƣợng IP sau khi nghẽn mạng là quá tải
Dựa trên các trường hợp sử dụng lưu lượng IP trình bày ở trên, chúng ta có thể
phân biệt các kịch bản sau đây khi UE có khả năng định tuyến kết nối PDN đồng thời
khác nhau kết nối với EPS thông qua hệ thống truy nhập khác nhau. UE có thể ở lại
đồng thời kết nối với:
- Thêm một lưu lượng IP cho một lưu lượng hiện tại thông qua truy nhập khác nhau.
- Loại bỏ một lưu lượng IP được thiết lập thông qua truy nhập khác nhau.
- Thay đổi lưu lượng IP giữa các công nghệ truy nhập khi:
+ Cả hai giao diện đang hoạt động cùng một lúc.
+ Chỉ có một giao diện đang hoạt động.
- Chuyển qua tất cả các lưu lượng IP từ một mạng truy nhập sang một mạng khác.
Thiết lập một lưu lượng IP thuộc về một kết nối PDN hoạt động liên tục với
dịch vụ trên nhiều truy nhập khi UE đang nằm trong vùng phủ sóng của cả mạng truy
nhập 3GPP và non-3GPP. Trong trường hợp này, UE có một kết nối PDN hoạt động
thông qua cả mạng truy nhập non-3GPP và 3GPP và do đó nó có thể đồng thời giao
cho UE sử dụng nhiều truy nhập. Một lưu lượng IP mới có thể được bắt đầu từ các
truy nhập 3GPP vào mạng truy nhập non-3GPP hướng tới cùng kết nối PDN và
13
ngược lại. Như chúng ta có thể nhìn thấy trong hình 3-9, hoặc các mạng truy nhập
3GPP hoặc non-3GPP của UE có thể /không thể có bất kỳ một phiên IP hoạt động
nào thông qua nó.

Hình 3.9 Thiết lập lƣu lƣợng IP của hệ thống truy nhập non-3GPP
Cũng có thể lựa chọn loại bỏ một lưu lượng IP từ kết nối PDN hoạt động khi
UE đang nằm trong vùng phủ sóng của mạng truy nhập cả 3GPP và non-3GPP và có
đồng thời phiên IP hoạt động thông qua cả hai hệ thống truy nhập. Trong trường hợp
này, UE di chuyển tất cả lưu lượng truy nhập liên kết với một mạng truy nhập và ngắt
kết nối với một hình thức truy nhập khác (ví dụ, do mất vùng phủ). Mỗi một hệ thống
truy nhập có thể có một hoặc nhiều phiên IP hoạt động. Từ hình 3-10 cho thấy một
luồng IP thông qua một trong các hệ thống truy nhập sẽ được chọn lọc loại bỏ.

Hình 3.10 Lựa chọn thay đổi của lƣu lƣợng IP non-3GPP với 2 phần IP hoạt động
14
Không chỉ loại bỏ có chọn lọc mà còn có thể truyền có chọn lọc các lưu lượng
IP giữa các mạng truy nhập khi các thiết bị đầu cuối di động thuộc phạm vi của cả
mạng truy nhập 3GPP và non-3GPP. Đây là trường hợp, tại thời điểm chuyển giao
liên hệ thống, UE chuyển một tập hợp các kết nối PDN đang hoạt động từ nguồn đến
địa chỉ đích. Giao diện thiết bị đầu cuối di động có thể ở trong trạng thái của một
trong hai hai giao diện truy nhập đang hoạt động cùng một lúc hoặc chỉ có một giao
diện truy nhập được kích hoạt. Nếu cả hai giao diện vô tuyến mạng truy nhập đang
hoạt động cùng một lúc, điều này có nghĩa rằng UE là thuộc phạm vi vùng phủ của cả
mạng truy nhập 3GPP và non-3GPP. Khi đó UE có phiên IP hoạt động thông qua cả
hai mạng truy nhập cùng một lúc. Có nghĩa là, thiết bị đầu cuối nhiều giao diện vô
tuyến có thể có hai lưu lượng IP thông qua các mạng truy nhập 3GPP hoặc non-3GPP
và một lưu lượng IP thông qua các mạng truy nhập non-3GPP hoặc 3GPP. Từ hình 3-
11 cho thấy một lưu lượng IP được chuyển từ /đến một trong các hệ thống truy nhập
(từ 3GPP đến non-3GPP hoặc ngược).

Hình 3.11 Truyền tải lƣu lƣợng IP khi cả hai giao diện vô tuyến cùng hoạt động và khi
chỉ một giao diện vô tuyến hoạt động ở cùng một thời điểm
Kịch bản cuối cùng là chuyển qua tất cả các luồng IP từ một hệ thống truy
nhập nhất định khi UE là thuộc phạm vi của cả hai mạng truy nhập 3GPP và non-
3GPP. Điều này có nghĩa rằng, UE di chuyển tất cả các lưu lượng IP đang hoạt động
từ địa chỉ nguồn đến địa chỉ đích, ví dụ: trong trường hợp UE đi ra khỏi vùng phủ
sóng của hệ thống truy nhập nguồn (hoặc khi nó được di chuyển ra khỏi vùng phủ
15
sóng của mạng truy nhập). Trong hình 3-12 cho thấy mạng truy nhập 3GPP của các
thiết bị đầu cuối di động có thể /không thể có bất kỳ phiên IP nào hoạt động. Vì
những lý do nói trên, UE di chuyển tất cả các phiên IP hoạt động thông qua mạng
truy nhập non-3GPP vào mạng truy nhập 3GPP.

Hình 3.12 Chuyển giao của các lƣu lƣợng IP từ một mạng truy nhập tới một mạng khác
3.4 Xử lý các kết nối PDN
3.5 Quản lý phiên và các khía cạnh QoS
3.6 Sự cải tiến tính di động của lƣu lƣợng IP
3.6.1 DSMIPv6 cải tiến
3.6.2 Tăng cường điều khiển chính sách và tính cước
3.6.3 Bộ lọc định tuyến nâng cao trong S2C (DSMIPv6)
3.6.4 Bộ lọc định tuyến nâng cao trong S2a/S2b (PMIPv6)
3.7 WIFI trong việc phân tải

16
Các giải pháp IP di động cho phân tải WiFi và chuyển giao liên quan đến tổng
lưu lượng IP được chuyển từ một công nghệ truy nhập đến một công nghệ truy nhập
khác. Trong một số trường hợp thì đây là mong muốn của các nhà điều hành mạng để
phân tải lưu lượng truy nhập dữ liệu Internet tới Wi-Fi trong khi vẫn giữ lưu lượng IP
khác trên mạng di động. Điều này đòi hỏi khả năng duy trì cả hai công nghệ truy
nhập vô tuyến hoạt động cùng một lúc, cùng với khả năng di chuyển các lưu lượng IP
vào hoặc truy nhập dưới sự kiểm soát của nhà điều hành mạng. Điều này cho phép
các nhà điều hành hỗ trợ dữ liệu khách hàng di động với giá rẻ hơn trong khi có khả
năng tối đa hóa băng thông có sẵn và vẫn cung cấp khả năng QoS theo yêu cầu mà
không làm gián đoạn dịch vụ trên các lưu lượng dữ liệu nhạy cảm khác. 3GPP phát
hành lần 10 xác định một giải pháp cho lưu lượng di động IP liền mạch. Giải pháp
này được dựa trên sự di chuyển giao thức DSMIPv6 và cho phép kết nối đồng thời
với cùng một PDN thông qua các công nghệ truy nhập khác nhau bằng cách sử dụng
giao diện H113 cho I-WLAN, và giao diện S2c cho các công nghệ truy nhập non-
3GPP trong SAE /EPC. Nó cũng hỗ trợ định tuyến các lưu lượng IP khác nhau thông
qua các công nghệ truy nhập khác nhau, bao gồm khả năng tự động di chuyển các
luồng IP từ một công nghệ truy nhập tới một công nghệ truy nhập khác tại bất kỳ thời
điểm nào.

Hình 3.16 Lƣợc đồ đƣờng phân tải 3GPP, 3G/4G, WIFI
Một giải pháp dựa trên ứng dụng, được mô tả trong hình 3-17 là một kỹ thuật
đơn giản để phân tải lưu lượng truy nhập dữ liệu từ 3G/4G tới WiFi. Tuy nhiên,
phương pháp này không cung cấp bảo vệ IP và dựa trên các ứng dụng để tồn tại thay
đổi địa chỉ IP hoặc thiết lập lại kết nối sau khi chuyển đổi để truy nhập WLAN.
17

Hình 3.17 Ứng dụng chuyển mạch cơ sở
Hình 3-18 mô tả một giải pháp phân tải được giới thiệu bởi 3GPP bằng cách sử
dụng giao thức di động DSMIP cung cấp bảo vệ địa chỉ IP của phiên IPv4 và IPv6
cho phép người dùng di chuyển một cách độc lập trong truy nhập IPv4 và IPv6 để
cho phép chuyển giao liên tục giữa mạng truy nhập 3G/4G và WiFi. Giải pháp này
không cần bất kỳ sự hỗ trợ truy nhập nào từ mạng WLAN.

Hình 3.18 DSMIP – cơ sở phân tải wifi
18
3.7.1 Chia lưu lượng IP trên mạng di động và WiFi
3.7.2 Phân tải mạng lõi thông qua phân tải lưu lượng lựa chọn (SIPTO)
Trong khi phần này sẽ trình bày các vấn đề về tải và tắc nghẽn trong mạng lưới
nằm phía sau giao diện vô tuyến. Các mạng truyền tải mang lưu lượng từ giao diện
vô tuyến đến đích cuối cùng, có thể là mạng Internet công cộng hay mạng lưới dịch
vụ các nhà điều hành điện thoại di động hoặc mạng IP của công ty. Trong điều khoản
của nhà mạng di động các mạng lưới truyền tải qua mạng truy nhập vô tuyến và mạng
lõi. Như chúng ta biết từ các kiến trúc mạng di động truyền thống, tất cả lưu lượng
được tạo ra bởi một UE đi qua cùng một con đường hướng tới các điểm đến, cụ thể là
mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi, không phụ thuộc vào điểm đến cuối cùng của
lưu lượng. Tuy nhiên, rõ ràng là lưu lượng truy nhập có nghĩa là cho Internet công
cộng và cho mạng IP doanh nghiệp không cần phải đi qua mạng lõi và do đó có thể
được chuyển trực tiếp đến các mạng này, bỏ qua mạng lõi. Điều này được gọi là chọn

lọc phân tải lưu lượng IP (SIPTO) và có thể cung cấp hỗ trợ đáng kể cho mạng lõi
quá tải và tắc nghẽn.

CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC MÔ HÌNH PHÂN TẢI MẠNG
TRUY NHẬP DI ĐỘNG
Trong chương này sẽ trình bảy các mô hình trong mạng di động và sự giả định
về các tham số được dùng trong các mô hình này. Dựa trên các tham số này để đánh
giá về khả năng phân tải cho mạng truy nhập di động.
4.1 Mô hình lƣu lƣợng
4.2 Mô hình chuyển vận ngƣời sử dụng
4.3 Mô hình mạng vô tuyến
4.4 Phƣơng pháp đánh giá
Phương pháp mô phỏng đã được sử dụng cho việc đánh giá một cách độc lập
khi mô phỏng đường xuống (DL) và đường lên (UL).
4.5 Chế độ mô phỏng
4.6 Phƣơng pháp lựa chọn mạng truy nhập
4.7 Mô hình ANDSF
4.7.1 Mô hình ANDSF – Dựa trên cơ sở tế bào ID
4.7.1.1 Phát hiện
19
4.7.1.2 Kết nối//chuyển giao
4.7.2 Mô hình ANDSF – Dựa trên cơ cở vị trí
4.7.2.1 Phát hiện
4.7.2.2 Kết nối/chuyển giao

CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ KẾT QUẢ VỀ
PHÂN TẢI LƢU LƢỢNG
Chương này trình bày các kết quả đạt được khi áp dụng các thuật toán phân tải
vào các mô hình đã được giả định ở trong chương 4.
5.1 Các thuật toán về ƣớc lƣợng

5.1.1 Thuật toán 1: Thiết lập ngưỡng SNR
min
= 0
Trong thuật toán này, người dùng kết nối đến điểm truy nhập WiFi tốt nhất nếu
/ SNR của mình lớn hơn SNRmin, tức là chọn WiFi bất cứ khi nào có phủ sóng mạng
WLAN. Kết quả là, thuật toán này được thực hiện bởi thiết lập các SNRmin = 0dB.
Đây được coi là ngưỡng mặc định cho các thuật toán này.

Hình 5.1 Số lƣợng ngƣời dùng trung bình kết nối vào LTE và đƣợc phân tải tới WiFi
bằng cách sử dụng phƣơng pháp thiết lập ngƣỡng SNRmin = 0
Sử dụng thuật toán này, trung bình 31,5% người sử dụng có thể được chuyển
sang mạng truy nhập WiFi và 68,5% còn lại có thể sử dụng mạng LTE.
20
5.1.2 Thuật toán 2: Ngưỡng SNR được đặt cố định
5.1.3 Thuật toán 3: Luật ANDSF
5.1.3.1 Luật ANDSF - dựa trên Cell ID

Hình 5.2 Số lƣợng ngƣời dùng trung bình kết nối tới LTE và đƣợc phân tải cho WiFi
bằng cách sử dụng luật ANDSF dựa trên Cell ID
Khi dụng thuật toán phân tải này, trung bình 75,7% người sử dụng có thể sử
dụng mạng LTE trên cell ID lớn có sẵn trong khi số còn lại trung bình 24,3% của
người dùng có thể được phân tải lại cho mạng truy nhập WiFi khả dụng dựa trên các
chính sách được xác định trước của các nhà điều hành mạng.
5.1.3.2 Luật ANDSF - dựa trên vị trí
Hình dưới đây mô tả khi tất cả những người sử dụng bị chặn khỏi phân tải cho
các mạng truy nhập WiFi khả dụng. Đây là một kịch bản mà các nhà điều hành mạng
muốn tất cả người sử dụng phải kết nối trong mạng LTE. Trong trường hợp này, giá
trị phát hiện Cell sẽ là 0 vì không có điểm truy nhập WiFi (AP) nào được phát hiện.
Điều này có nghĩa rằng phần WiFi cho trường hợp này là 0% trong khi phần LTE sẽ
là 100%.

21

Hình 5.3 Số lƣợng ngƣời dùng trung bình kết nối với LTE khi ngƣỡng khoảng cách
phát hiện mạng đƣợc thiết lập là 0

Hình 5.4 Số lƣợng ngƣời dùng trung bình kết nối với LTE và đƣợc phân tải cho WiFi
khi ngƣỡng phát hiện khoảng cách đƣợc thiết lập là 200, SNR = 0
Như được mô tả trong hình này, thuật toán phân tải này cho phép nhiều người
được kết nối với LTE hơn được giảm tại lại cho WiFi khi thiết lập ngưỡng khoảng
cách cho việc phát hiện mạng lưới ít hơn rất nhiều so với bán kính của điểm truy
nhập. Thuật toán này tất nhiên thay đổi về giá trị ngưỡng khoảng cách phát hiện, tức
là ngưỡng khoảng cách phát hiện mạng càng lớn thì càng nhiều người sử dụng sẽ
được phân tải lại cho WiFi
22
5.1.3.3 Luật ANDSF - dựa trên Cell-ID và Vị trí
Thuật toán phân tải này kết hợp cả hai thuật toán ANDSF mô tả ở trên (dựa
trên Cell-ID và vị trí). Hình dưới đây mô tả số người dùng kết nối với LTE và được
phân tải tới WiFi bằng cách áp dụng thuật toán phân tải này khi ngưỡng khoảng cách
cho phát hiện mạng được thiết lập bằng 200 trong khi SNR được thiết lập một giá trị
cố định bằng 0.


Hình 5.12 Số lƣợng ngƣời dùng trung bình kết nối với LTE và đƣợc chia tải cho WiFi
khi ngƣỡng khoảng cách phát hiện đƣợc thiết lập là 200, SNR = 0
5.1.4 Chi phí phát hiện cell trung bình
Thuật toán này đo lường số các điểm truy nhập trung bình được phát hiện khi
UE quét các mạng truy nhập WiFi khả dụng. Phát hiện mạng truy nhập nhận được
bởi ANDSF sử dụng nhằm chỉ quét trong khu vực cụ thể, trong cách này tiêu thụ
năng lượng của UE có thể được giảm và dẫn đến một tuổi thọ pin dài. Nhưng điều
này chỉ là một phần của vấn đề, bởi vì quét không chủ đích các AP mất rất nhiều thời

gian và kết quả này UE có thể không phát hiện ra nó đúng lúc. Điều này có nghĩa,
việc chuyển giao sẽ có lợi cho đến khi quá trình quét không chủ đích phát hiện các
truy nhập có sẵn.
5.2 So sánh hiệu năng chi tiết

23
KẾT LUẬN

Internet di động đã tăng trưởng rất lớn trong những năm gần đây trên toàn cầu
đòi hỏi phải đầu tư lớn vào việc mở rộng vĩ mô dung lượng dữ liệu tế bào di động.
Trong luận văn này đã nghiên cứu và phân tích các giải pháp phân tải lưu lượng dữ
liệu truy nhập di động liên quan đến những nỗ lực trong các tiêu chuẩn 3GPP hiện
nay và các sáng kiến của ngành công nghiệp điện thoại di động, như liên quan đến
việc sử dụng các kết nối đồng thời với nhiều mạng truy nhập (như LTE và WiFi).
Luận văn cũng đã tóm tắt tổng quan về các vấn đề khác nhau liên quan đến kết nối đa
truy nhập và tính biến động lưu lượng IP qua đó giải quyết những cải tiến cần thiết.
Những cải tiến này sẽ tạo điều kiện cho người dùng có thể sử dụng các công nghệ
truy nhập khác nhau bất cứ khi nào có sẵn trong khi người dùng đang di chuyển.
Với các mô hình và giả định được sử dụng trong luận văn này, đã chứng minh
rằng phân tải người dùng LTE tới WiFi làm giảm nhu cầu trên mạng LTE mà không
ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng. Hiệu quả hoạt động của mạng lưới tất nhiên phụ
thuộc vào giá trị của khoảng cách site bên trong mạng LTE, kết quả mô phỏng chi tiết
về LTE và IEEE 802.11a RATs đã chỉ ra rằng, khi khoảng cách site bên trong LTE
nhỏ hơn (ví dụ ISD = 500) việc kết nối tới mạng LTE luôn luôn là tốt nhất. Trong khi
đó, khi đặt khoảng cách site bên trong mạng LTE lớn, việc kết nối tới Wifi luôn luôn
là tốt nhất. Với khoảng cách site bên trong mạng LTE nhỏ hơn, nó cũng cho thấy
rằng SNR biến thiên - dựa trên lựa chọn mạng truy nhập thông qua người sử dụng tốt
hơn so với việc giữ ngưỡng khoảng cách phát hiện mạng cố định (D
thr
= 200m) trong

cả phân phối người dùng giống nhau và ngẫu nhiên. Điều này cũng được áp dụng cho
các kịch bản có thể cùng một số các điểm truy nhập WiFi như các trạm gốc được
triển khai trong một mạng hoặc số lượng trạm cơ sở nhiều hơn các điểm truy nhập.
Nhưng với khoảng cách site bên trong mạng LTE lớn hơn (ví dụ ISD = 800) nó cũng
cho thấy rằng ngưỡng khoảng cách phát hiện mạng là kết quả tốt hơn trong khi vẫn
giữ SNR đến một giá trị cố định thấp chỉ với phân phối ngẫu nhiên dùng trong các
tình huống mà chúng ta có cùng số triển khai các điểm truy nhập như trạm gốc.
Nhưng trong một hệ thống thực tỷ số SNR cần phải lớn hơn không để có thể hoạt
động. Trong kịch bản với xác suất điểm nóng trung bình, năng suất tải điểm nóng
trong khả năng WLAN, thuật toán thiết lập ngưỡng SNR
min
=0 được xem là có khả
năng. Khi xác suất điểm nóng tăng lên C
WLAN
/ (C
WLAN
+ C
Cellular
) (C
n
là dung lượng