Công nghệ truy nhập vô tuyến single RAN trong mạng thông tin di động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.9 MB, 49 trang )
Tên đề tài:
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN SINGLE-RAN
TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
HÀ NỘI, 2018
MỤC LỤC
1 Tổng quan về Single RAN ........................................................................................................................8
1.1
Mục tiêu và tính năng nổi bật của Single-RAN .......................................................................13
1.2 Single RAN và phần mềm được định nghĩa trên vô tuyến ...........................................................15
1.3 Đánh giá kiến trúc SRAN từ quan điểm của nhà điều hành ........................................................15
2 Cấu trúc và các công nghệ trong Single RAN.......................................................................................17
2.1 Cấu trúc OAM của SRAN 16.2 .......................................................................................................19
2.2 System Module Sharing SRAN 16.2 ...............................................................................................26
2.3 Phương thức truyền dẫn chung trong SRAN 16.2 ........................................................................29
2.4 Vận hành và quản lý Single RAN ...................................................................................................32
3 Lộ trình và hướng phát triển của Single RAN .....................................................................................34
3.1 Lộ trình phát triền của Single RAN 16.2........................................................................................41
3.2 Single RAN Advanced......................................................................................................................43
4 Kết luận và kiến nghị ..............................................................................................................................45
A. Kết luận ..............................................................................................................................................45
B. Hướng phát triển của đề tài ..............................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................................................47
DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Từ tiếng anh
Từ tiếng việt
2G
Second Generation
Thế hệ thứ 2
3G
Third Generation
Thế hệ thứ 3
3GPP
Third Generation Partnership
Project
Tổ chức chuẩn hóa
các công nghệ mạng
thông tin di động tế
bào
4G
Forth Generation
Thế hệ thứ 4
5G
Five Generation
Thế hệ thứ 5
5GPP
5G Infrastructure Public
Private Partnership
Hợp tác công tư hạ
tầng 5G
ANR
Automatic Neighbor Relations
Quan hệ lân cận tự
động
AuC
Authentication Center
Trung tâm nhận thực
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền không
đồng bộ
BS
Base Station
Trạm gốc
BTS
Base Tranceiver Station
Trạm thu phát gốc
CAPEX
Capital Expenditure
Chi tiêu vốn
CN
Core Network
Mạng lõi
EIR
Equipment Identity Register
Bộ ghi nhận dạng
thiết bị
EPC
Evolved Packet Core
Lõi gói phát triển
E-UTRAN
Evolved UTRAN
Mạng truy nhập vô
tuyến mặt đất UMTS
phát triển
FDMA
Frequency Division Multiple Access
Đa truy nhập phân
chia theo tần số
FM
Faul Management
Bộ nhận dạng thiết bị
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS
cổng
GSM
Global System for Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
GMSC
Gateway Mobile Switching Services
Center
Cổng trung tâm
chuyển mạch các dịch
vụ di động
HLR
Home Location Register
Bộ ghi định vị thường
chú
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
IPv6
IP version 6
Phiên bản IP6
IPsec
IP security
IP bảo vệ
LTE
Long Term Evolution
Phát triển dài hạn
MIMO
Multi Input MultiOutput
Nhiều đầu ra, nhiều
đầu vào
MME
Mobility Management Entity
Đơn vị quản lý di
động
MSC
Mobile Switching Services Center
Trung tâm chuyển
mạch di động
MOCN
Multi Operator Core Networks
Mạng lõi đa điều hành
MOCRAN
Multi Operator RAN
Mạng vô tuyến đa
điều hành
O&M
Operation and Management
Vận hành và quản lý
OAM
Operation and Maintenance
Vận hành và bảo
dưỡng
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Đa truy nhập phân
chia theo tần số trực
giao
OMC
Operations and Maintenance Center
Trung tâm vận hành
và quản lý
OMS
Operations and Maintenance System
Hệ thống vận hành và
quản lý
PSTN
Public Switched Telephone Network
Mạng điện thoại
chuyển mạch công
cộng
QoS
Quality of Service
Chất lượng và dịch vụ
RAN
Radio Access Network
Mạng truy nhập vô
tuyến
RAT
Radio Access Technology
Công nghệ truy nhập
vô tuyến
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RRH
Remote Radio Heads
Các đầu vô tuyến xa
RRF
Radio Resource Management
Quản lý tài nguyên vô
tuyến
RNC
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng
vô tuyến
mRNC
Multicontroller Radio Network
Controller
Bộ đa điều khiển
mạng vô tuyến
SC-FDMA
Single Carrier- Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân
chia theo tần số đơn
sóng mang
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân
chia theo thời gian
UE
User Equipment
Thiết bị người sử
dụng
UMTS
UniversalMobileTelecommunications
System
Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
WCDMA
Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân
chia theo mã băng
rộng
Wed-UI
Web- User Interface
Giao diện Web- người
dùng
CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN SINGLE-RAN
Mạng truy nhập vô tuyến RAN là phần tử lớn nhất, nó có mặt trên khắp các
khu vực địa lý nơi mà các dịch vụ được cung cấp và nó chiếm kinh phí đầu tư lớn
nhất của hệ thống mạng di động. Mạng truy nhập RAN có các đặc điểm và chức năng
chính như sau. Đặc điểm:
-
Hỗ trợ các truy cập vào mạng vô tuyến, hỗ trợ chuyển giao mềm và thuật toán
quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM).
-
Tối đa hóa sự tương đồng trong xử lý dữ liệu PS và CS, tương tự với giao giao
diện RAN – WCDMA cho cả PS & CS trong mạng lõi.
-
Tối đa hóa sự tương đồng với GSM.
-
Truyền dẫn dùng giao thức ATM hoặc IP.
Chức năng:
-
Xử lý các chức năng vô tuyến
-
Quản lý nguồn tài nguyên trong mạng 3G
-
Hỗ trợ 1 hoặc nhiều hệ thống mạng vô tuyến con (RNS), bao gồm RNC và
BTSs.
-
Kết nối tới CN & OSS.
1 Tổng quan về Single RAN
Khái niệm SingleRAN lần đầu tiên được đưa ra bởi nhà cung cấp thiết bị
Huawei vào năm 2008 và tiếp tục được phát triển bởi các nhà cung cấp thiết bị
đếnnay. Về mặt kỹ thuật, giải pháp Single RAN cho phép chế tạo các bộ điều khiển
trạm gốc BSC hội tụ cho phép tích hợp BSC của mạng GSM và bộ điềukhiển mạng
vô tuyến RNC của mạng UMTS/LTE vào một bộ điều khiển đa mode. Bộ điều khiển
đa mode này được thiết kế đặc biệt để cung cấp cho nhiều hệ thống vô tuyến qua một
mạng truy cập thống nhất đơn lẻ, giải pháp SingleRAN tích hợp các dịch vụ vô tuyến
đối với thoại, dữ liệu băng hẹp, băng rộng di động và nhiều dịch vụ khác vào một
thành phần mạng thay vì nhiều thành phần mạng khác nhau. Như vậy, giải pháp
Single RAN tích hợp các module GSM, UMTS và LTE trên cùng một thiết bị thay
cho nhiều bộ hồi đáp khác nhau đem lại các lợi ích cụ thể. [4]
Kiến trúc Single RAN, một cách tiếp cận nghiêm ngặt để thực hiện các ý tưởng
nền tảng đa tiêu chuẩn, nó có thể cung cấp cho ngày nay một câu trả lời cho các yêu
cầu, đòi hỏi của các tiêu chuẩn và dịch vụ vô tuyến trong tương lai. Nhiều nhà khai
thác mạng di động lấy "Quản lý sự phức tạp, nâng cao hiệu quả "làm phương châm
của họ, đã làm cho Single RAN thành một phần của họ trong chiến lược hiện đại hóa
mạng vô tuyến. Single RAN mở đường cho sự đơn giản hơn trong thực hiện và vận
hành mạng di động thông qua việc sử dụng phần mềm định nghĩa khái niệm vô tuyến.
Khi các công nghệ mạng di động mới của thế hệ thứ tư như LTE (Long Term
Evolution) trở nên có sẵn, các nhà khai thác mạng di động sẽ phải tìm câu trả lời cho
câu hỏi về những cách hiệu quả nhất để tích hợp chúng vào các mạng hiện có để đạt
được hiệu quả cao nhất. Ngoài các khái niệm khác, Single RAN (Single Radio
Network Access) cung cấp 1 cách tiếp cận hữu ích cho việc hiện đại hóa hiệu quả
mạng lưới đồng thời đảm bảo rằng các hệ thống linh hoạt và chuẩn bị cho việc nâng
cấp và phát triển trong tương lai. [5]
Single RAN là công nghệ đang được triển khai tại nhiều nước trên thế giới.
Nó là tiềm năng của công nghệ vô tuyến để đơn giản hóa sự phức tạp ngày càng tăng
của lớp truy nhập vô tuyến vĩ mô mà nó đang được phát triển nhanh chóng và sẽmang
lại nhiều lợi ích mới cho các nhà khai thác băng rộng di động. Ý nghĩa đằng sau của
Single RAN là đơn giản trong vận hành các công nghệ vô tuyến khác nhau trên một
nền tảng phần cứng đa năng đơn. Trong hầu hết quá trình được phát triển, Single
RAN sẽ bao gồm một cài đặt vô tuyến với hệ thống vận tải và vận hành chung với
tích hợp bảo mật thông qua công nghệ truy cập vô tuyến (RAT). Trong bổ sung, nó
cho phép phối hợp và vận hành các RAT khác nhau theo một cách thống nhất, cũng
như có thể sử dụng các RAT hiện có để mang lại hiệu suất tốt nhất bằng cách phối
hợp lợi thế của nhà phát triển.
Tính mô đun là chìa khoá cho phép nâng cao năng lực phù hợp với nhu cầu và
phổ mới và hiện tại sẽ được sử dụng nhiều hơn hiệu quả. Ngoài ra, hiệu quả hoạt
động có thể được cải thiện thông qua mạng chia sẻ, hiệu quả năng lượng của mạng
vô tuyến sẽ được nâng lên, và phần mềm có thể được sử dụng để xác định các chức
năng của phần cứng cho
tính linh hoạt, hiệu năng và hiệu quả chi phí.
Single RAN đã giúp nhiều nhà khai thác đạt được thành công lợi ích nhưng
những năm tới sẽ thấy công nghệ phát triển đáng kể. Khi nói đến Single RAN, điều
tốt nhất vẫn chưa đến. Tốc độ thay đổi trong mạng truy cập radio di động đã được
tăng tốc kể từ mạng vô tuyến GSM đầu tiên vào năm 1991 và lần đầu tiên Triển khai
Single RAN trong năm 2008.
Mặc dù được áp dụng rộng rãi, Single RAN lại không có một định nghĩa
chung. Single RAN không được tiêu chuẩn hóa bởi một cơ quan ngành công nghiệp,
và các nhà cung cấp thiết bị cung cấp các tính năng khác nhau, một số dựa trên chuẩn
3GPP, với các tiêu chuẩn khác là độc quyền. Các nhà khai thác thường mong đợi
Single RAN cung cấp nhiều loại lợi ích, bao gồm:
-
Hiệu quả sử dụng quang phổ và tái canh tác
-
Hiệu quả chia sẻ sử dụng phần cứng
-
Tiến triển mượt của GSM, HSPA và LTE
-
Kiến trúc mạng đơn giản
-
Giảm tiêu thụ năng lượng
-
Hoạch định kế hoạch, vận hành và quản lý
-
Đơn giản hóa, vận chuyển dựa trên IP hoàn toàn
-
Tự động tuân thủ các nguyên tắc của 3GPP
-
Chi phí thấp và tăng trưởng trong hàng đầu
Tất cả những lợi ích này là có thể, trong re- farming, chia sẻ, hiện đại hóa và
tiến hóa, cho phép các nhà khai thác đơn giản hóa mạng, giảm chi phí, phát triển kinh
doanh và cân bằng đầu tư dễ dàng hơn và theo những cách tốt hơn.
Hình 1.1 Ví dụ về sự phức tạp ngày càng tăng của nhiều công nghệ truy cập vô
tuyến
Mặc dù Single RAN có nguồn gốc từ năm 2008 và ngày nay đơn giản hóa
nhiều mạng truy nhập vô tuyến, công nghệ Single RAN rõ ràng vẫn chưa thực sự
được hoàn thiện và sẽ phát triển hơn nữa để mang lại những lợi ích mới đáng kể cho
các nhà khai thác.
Single RAN tập trung vào việc làm đơn giản hóa mạng lưới trong sự phát triển
mạng chi phí rẻ hơn. Điều đó ngày càng trở nên quan trọng khi các nhà khai thác
triển khai LTE để đáp ứng băng rộng di động đang gia tăng bùng nổ. Có thể cho rằng
LTE là yếu tố chính khiến cho Single RAN phát triển giống như ngành công nghiệp
công nhận sự phức tạp tuyệt đối của việc thêm các công nghệ vô tuyến mới cho các
mạng GSM và HSPA hiện có. Không chỉ là một công nghệ vô tuyến mới, cùng với
một dải tần số mới, nhưng việc truyền tải dựa trên IP cần thiết cho LTE phải được
thêm vào mạng tryền tải ATM hiện có và các tuyến truyền tải TDM. Single RAN cắt
giảm sự phức tạp bằng cách chạy các công nghệ khác nhau trên một nền tảng phần
cứng, để di chuyển từ các thiết bị riêng biệt cho mỗi công nghệ vô tuyến với nhu cầu
vận chuyển và vận hành riêng lẻ, để lắp đặt đơn lẻ với truyển dẫn thông thường và
hệ thống vận hành và quản lý.
Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng thực tế về mặt kỹ thuật là phức tạp nguyên
nhân chính là do do GSM, HSPA và LTE là những công nghệ riêng biệt được phát
triển độc lập và được chuẩn hóa riêng biệt. Các tính năng có sẵn trong một công nghệ
có thể không khả dụng hoặc không áp dụng được đối với những mạng khác. Ngoài
ra, các nhà khai thác hy vọng rằng các sản phẩm Single RAN có sẵn từ năm 2008 có
thể được tái sử dụng với các thiết bị mới nhất, ví dụ như tái sử dụng và chia sẻ RF.
Điều này có nghĩa là cả ba công nghệ cần phải được phát triển song song với khả
năng tương thích ngược mạnh mẽ để tối đa hóa lợi ích của Single RAN.
Mối đe dọa về an ninh ngày càng tăng khi các nhà khai thác chuyển sang các
mạng IP toàn cầu, đòi hỏi các biện pháp riêng để bảo vệ cơ sở hạ tầng và người dùng
cuối. Có một số nguồn rủi ro bảo mật, khi các mạng chuyển sang môi trường mở của
tất cả các IP và trở nên dễ bị tổn thương trước các cuộc tấn công quen thuộc từ thế
giới CNTT. Là một công nghệ IP hoàn toàn, LTE tạo ra các lỗ hổng chưa từng thấy
trong các mạng GSM và HSPA.
Việc sử dụng mạng lưới vận chuyển IP cho backhaul vốn mở rộng hơn các
mạng truyền thống truyền thống có nghĩa là dữ liệu khách hàng cần được bảo vệ
chống lại nghe trộm. Các mạng lưới các nhà khai thác phải được bảo đảm chống lại
lạm dụng và các mối đe dọa khác, chẳng hạn như các cuộc tấn công từ chối dịch vụ,
giữa trạm cơ sở và lõi gói. Ngoài ra, công nghệ hiện đại và thu nhỏ cho phép các
trạm cơ sở nhỏ hơn được lắp đặt ở những nơi công cộng, vật lý có thể truy cập giả
mạo vào trái phép. Một vấn đề nữa là sự tham gia của các nhà phát triển đa dạng như
các nhà phát triển ứng dụng và các nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng, dẫn đến
những nguy cơ bảo mật phức tạp hơn và cao hơn. [5]
Ngày nay, Single RAN đã vượt qua nhiều trở ngại để tạo ra phần cứng đơn
giản hơn nhiều. Trong tương lai chúng ta sẽ thấy rằng việc đơn giản hóa được áp
dụng cho phần mềm để mang lại tính linh hoạt cao hơn cho hoạt động của mạng.
Việc phối hợp các RATs sẽ mang lại những cải tiến về hiệu năng cho người dùng
cuối và tiết kiệm chi phí cho người vận hành. Điều này sẽ không xảy ra qua đêm.
Các dự án mạng truy nhập vô tuyến là rất lớn và giống như cách mà Single RAN đã
thực hiện nhiều năm từ năm 2008 để đạt được trạng thái hiện tại của sự phát triển và
triển khai bởi hàng trăm nhà khai thác, chúng tacó thể mong đợi sự phát triển tiếp
theo của nó sẽ diễn ra từng bước những năm tới.
1.1
Mục tiêu và tính năng nổi bật của Single-RAN
Công nghệ di động nói chung, nhưng đặc biệt là công nghệ truy cập không dây
đã được đặc trưng trong thập kỷ qua bằng cách đổi mới chu kỳ ngắn hơn và ngắn
hơn hơn nữa. Các trình điều khiển chính ở đây là lượng lưu lượng truy cập phát triển
nhanh cho dịch vụ dữ liệu trên mạng lưới điện thoại di động và đáp ứng sự mong đợi
của khách hàng về một sự cải tiến vững chắc về chất lượng của các mạng truy cập
như các dịch vụ hoặc băng thông có sẵn cho cá nhân. Sự hài lòng của khách hàng
cao đạt được với mức băng thông cao, vùng phủ sóng mạng liên tục và giá thành
cạnh tranh. Các nhà khai thác mạng di động không có sự lựa chọn nào khác ngoài
việc thực hiện đưacông nghệ mới vào mạng lưới của họ trong phạm vi ngày càng
ngắn hơn theo thời gian kéo dài. Cuối cùng, sự tồn tại trên thị trường nói chung sẽ là
phụ thuộc vào việc rút ngắn "time to market" cho các dịch vụ mới hoặc tính năng sản
phẩm so với đối thủ cạnh tranh. Tại cùng thời gian, những khó khăn kinh tế buộc các
nhà khai thác phải đảm bảo bất kỳ các đầu tư mà họ thực hiện trong mọi công nghệ
mới được tích hợp cho lâu dài. Tổng chi phí sở hữu TCO (total cost of ownership),
bao gồm các chi phí hoạt động, phải được giữ càng thấp càng tốt. Đây là điều đặc
biệt đúng với mạng truy cập, có thể giải thích cho việc sử dụng đến 80% tổng đầu tư
vào mạng di động.
Theo quan điểm của thời kỳ khấu hao điển hình, thiết bị mạng mua lại ngày
hôm nay vẫn phải có khả năng đáp ứng cho các yêu cầu kỹ thuật hiện hành trong 5
năm kể từ thời điểm lắp đặt. Sự an toàn cho tương lai chỉ có thể đạt được nếu công
nghệ mạng đang được được sử dụng rất linh hoạt để có thể hỗ trợ tất cả các dịch vụ
và tính năng trong tương lai của sản phẩm và dịch vụ mà không yêu cầu sửa đổi lớn.
Yêu cầu về sự linh hoạt được thực hiện trên công nghệ trong hệ thống sẽ áp
dụng tương tự như dải tần số cần được hỗ trợ. Là mạng di động của mạng GSM thứ
hai (GSM / EDGE), thứ ba (UMTS / HSPA) và thứ tư (LTE) và các thế hệ sau được
phát triển liên tục, các nhà khai thác đã cấp phép các khối tần số cụ thể cho từng
mạng. Ban đầu, các khối này được gắn với các công nghệ truy cập cụ thể, nhưng xu
hướng ngày nay đang chuyển hướng ngày càng theo hướng sử dụng minh bạch khối
tần số cho công nghệ không dây. Ví dụ, điều này có nghĩa là một dải tần số ban đầu
được cấp phép cho GSM cũng có thể được sử dụng cho các công nghệ UMTS hoặc
LTE. Cách tiếp cận này, hay còn gọi là "refarming", cho phép các nhà khai thác mạng
di động sử dụng trong phạm vi thuận lợi nhất cho kế hoạch cung cấp dịch vụ bất kể
công nghệ không dây được chọn. Ví dụ, hoạt động của một mạng UMTS trong dải
tần số 900 MHz thay vì phổ tần 2100 MHz phổ biến sẽ làm giảm số trạm gốc cần
thiết cho vùng phủ sóng và các khoản đầu tư tương ứng hơn một nửa. Không ít quan
trọng là những lý do sinh thái cho việc giới thiệu các công nghệ hiệu quả. Một mạng
lưới truy cập hiệu quả năng lượng làm nhiều hơn là giảm thiểu chi phí vận hành; nó
cũng làm giảm việc tạo ra CO2, hướng tới một tới một "telco green ".
Vì vậy mục tiêu của SRAN bao gồm :
-
Quản lý đơn giản OAM
-
Giải pháp truyền tải backhaul đơn giản
-
Mô hình dữ liệu đơn giản
-
Tiêt kiệm năng lượng
-
Giảm thiểu phần cứng, thiết bị
-
Công nghệ mới triển khai nhanh chóng cho các BTS hiện nay
-
Giải pháp tương lai.
Các tính năng nổi bật gồm có:
Flexi
-
Software SBTS (chung cho các công nghệ GSM, WCDMA, LTE & dựa trên
Multiradio 10 BTS trước đây)
BTS OAM (tất cả thực hiện ở Netact từ việc cấu hình, commiss, tạo site đơn
giản hơn).
-
IP backhaul (1 địa chỉ IP host & giao diện, 1 địa chỉ IP và bảo mật…)
-
SM sharing (Nhỏ gon, giảm hiệu năng tiêu thụ, khả năng mở rông cao) [6]
1.2 Single RAN và phần mềm được định nghĩa trên vô tuyến
Một thành phần chính của kiến trúc Single RAN cho các trạm cơ sở là khái
niệm "phần mềm được định nghĩa trên vô tuyến " (software defined radio -SDR).
Khái niệm này tương tự như ý tưởng cơ bản về sự tách biệt giữa phần cứng và phần
mềm như sử dụng cho máy tính cá nhân hoặc điện thoại thông minh. Phần cứng mục
đích chung của một máy tính không thể nhận ra một giải pháp cụ thể cho đến khi
phần mềm cho nhiệm vụ được xác định đã được cài đặt. Điện thoại thông minh cung
cấp một số tính năng hoặc dịch vụ nhất định cho người dùng đã nhận được bản cập
nhật phần mềm. Trong trường hợp của SDR, việc cài đặt phiên bản phần mềm hỗ trợ
một tiêu chuẩn radio cụ thể cho một tính năng dịch vụ. Phần cứng không bị ảnh
hưởng bởi sửa đổi. Tương tự như ví dụ trên, SDR có thể được sử dụng để chuyển đổi
trạm gốc mà trước đây chỉ hỗ trợ GSM trong phạm vi 900 MHz để bao gồm cả UMTS
900 MHz bằng cách cài đặt phần mềm cần thiết. Ngoài hoạt động độc quyền của một
chuẩn vô tuyên (chế độ dành riêng), thường có thể vận hành một số tiêu chuẩn vô
tuyến trong một dải tần số (chế độ đồng thời). Các yêu cầu mới đối với các tiêu chuẩn
phát thanh hoặc các tính năng của sản phẩm bây giờ có thể được thực hiện linh hoạt
trong suốt thời gian hoạt động của các trạm gốc bằng cách cài đặt các phiên bản mới
của phần mềm. Điểm mấu chốt là các khoản đầu tư được đảm bảo trong một khoảng
thời gian dài vì không cần phải thay thế phần cứng. [5]
1.3 Đánh giá kiến trúc SRAN từ quan điểm của nhà điều hành
Trong thời gian gần đây, một số nhà khai thác mạng di động trên thị trường
Đức đã tận dụng được cơ hội kết quả từ việc hiện đại hóa mạng 2G hoặc việc triển
khai LTE để chuyển đổi các mạng truy cập của họ sang Mạng đơn Kiến trúc RAN.
Từ quan điểm của nhà khai thác, những lợi ích của một cấu trúc Single RAN trong
mạng truy cập lớn hơn ít bất lợi. Chi phí hiệu quả thường là tiêu chí đánh giá hàng
đầu cho các nhà khai thác mạng di động. Đây là nơi Single RAN cung cấp một số
cách để giảm thiểu chi phí đầu tư (CAPEX) và cho hoạt động của mạng (OPEX).
Nguyên tắc cơ bản của Single RAN, việc giới thiệu các nền tảng đa tiêu chuẩn
cho tất cả các dịch vụ mạng di động, là quyết định cho việc giảm chi phí đầu tư. Nói
một cách đơn giản, công nghệ hệ thống đã triển khai có khả năng thực hiện một số
dịch vụ mạng di động khác nhau cùng một lúc. Single RAN tạo ra lợi thế về chi phí
so với việc sử dụng phần cứng cụ thể cho từng dịch vụ mạng di động thông qua việc
sử dụng chung của cùng một công nghệ hệ thống. Điều này đúng với chi phí cho cả
hai phần cứng chính nó và cho việc triển khai, vận hành và hội nhập trong các mạng
hiện có. Tuy nhiên, thực tế là khái niệm Single RAN chưa được các nhà sản xuất hệ
thống thực hiện liên tục trong khi các lợi ích về chi phí có thể của Single RAN đã
không được chuyển cho các nhà khai thác. Lợi thế quan trọng thứ hai đối với đầu tư
là tính linh hoạt được đề cập ở trên của kiến trúc RAN đơn và liên quan đến bảo vệ
đầu tư trong một thời gian vài năm. [5]
Giảm năng lượng và chi phí cho thuê có tác động tích cực đến chi phí hoạt
động vì nền tảng đa tiêu chuẩn không đòi hỏi nhiều không gian và có nhu cầu năng
lượng thấp hơn so với các giải pháp riêng biệt. Chi phí có thể đượctiếp tục giảm bởi
hoạt động của chỉ có một trung tâm quản lý mạng chung (OMC) và giảm chi phí cho
việc bảo trì và hàng tồn kho phụ tùng. Chi phí cho việc tích hợp phần mềm, không
có nghĩa là không đáng kể, cũng được hạ xuống vì chỉ có một bản phát hành được
kiểm tra cho tất cả các tiêu chuẩn phát thanh. Việc sử dụng mạng lưới giao thông
dựa trên Ethernet (giải pháp all-IP) để kết nối các trạm cơ sở và tất cả các dịch vụ
của họ là một nguồn có khả năng cắt giảm chi phí.
Nói chung, những lợi ích có thể có từ việc sử dụng cấu trúc của Single RAN
có thể được thực hiện chỉ khi tất cả các mạng vác quy trình của nhà khai thác và phần
mềm IT phù hợp với kiến trúc mới này. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy rằng di sản
của cảnh quá trình landscape và phần mềm thường xuyên hoạt động như là một trở
ngại để sử dụng Single RAN. Khai thác đầy đủ tiềm năng của Single RAN yêu cầu
một cách tiếp cận toàn diện của các nhà sản xuất và các nhà khai thác.
Có một bất lợi cho khái niệm của Single RAN đó là trong đó sự thất bại của
nền tảng có nghĩa là tất cả các dịch vụ cùng lúc trở nên không khả dụng (điểm duy
nhất của sự thất bại). Việc sử dụng phần cứng dự phòng và quy hoạch mạng không
dây cung cấp dịch vụ không dây dự phòng là biện pháp đối phó thích hợp. Vì nó là
một tính năng cố hữu của cơ sở khái niệm rằng các thành phần mạng SRAN đều đến
từ một nhà cung cấp, tạo nguy cơ cho các nhà khai thác nhỏ mà họ sẽ trở nên phụ
thuộc, ít nhất đến một mức độ nhất định, về nhà cung cấp của họ khi triển khai Single
RAN. Quản lý nhà cung cấp thống nhất và các biện pháp phương pháp luận như nhà
cung cấp và giá cả từ việc đo điểm chuẩn sẽ làm giảm nguy cơ này.
2 Cấu trúc và các công nghệ trong Single RAN
Nguyên lý dùng chung hạ tầng nội mạng
Đối với các nhà mạng, dùng chung hạ tầng nội mạng là sử dụng chung nền
tảng hạ tầng thiết bị đối với mạng 2G/3G và 4G thậm chí là 5G trong tương lai tại
lớp mạng truy nhập vô tuyến (RAN), tức bao gồm từ BTS/NodeB tới các
BSC/RNC.Nếu như trước dây tại cùng 1 vị trí nhà trạm, trạm 2G, 3G và trạm 4G của
bao gồm các tủ thiết bị truyền dẫn, tủ nguồn, tổ acquy, khối vô tuyến, anten hay thậm
chí là cột riêng rẽ thì sau khi sử dụng giải pháp dùng chung, trạm 2G/3G và 4G tích
hợp gần như chỉ còn có sự tách biệt ở khối thu phát vô tuyến.
Nhiều bộ phận của các trạm di động có thể gộp chung lại với nhau như phân
hệ nguồn, phân hệ xử lý truyền dẫn, phân hệ xử lý giám sát cảnh báo hay bộ phận xử
lý cao tần để tạo thành một module chung. Vậy với thiết bị trạm 2G và thiết bị trạm
3G của cùng một nhà cung cấp hoàn toàn có thể sử dụng chung 1 khối phân phối
nguồn, 1 khối xử lý truyền dẫn chung, một khối điều khiển giám sát cảnh báo chung,
khối cao tần chung và cả antten phát thu nếu như anten này hỗ trở dải tần đủ rộng.
Các nhà sản xuất thiết bị đã cho ra đời thế hệ thiết bị nhà trạm mới gồm các module
2G, 3G và 4G tích hợp trong cùng một tủ có kích thước nhỏ gọn (thường được gọi
là các MBTS). Đối với các MBTS này sẽ gồm có khối xử lý băng gốc, khối xử lý
cao tần và antenna. Khối xử lý băng gốc bao gồm chứa các module truyền dẫn,
modulexử lý tín hiệu băng gốc (mã hoá, điều chế, giải mã, giải điều chế), module
đồng bộ, module nguồn được tích hợp thành các card phù hợp. Khối này thường
được gọi là BBU. Thiết bị xử lý băng gốc của một MBTS có thể triển khai nhiều kịch
bản: trạm tích hợp 2G/3G, trạm tích hợp 2G/4G, trạm tích hợp 3G/4G (sử dụng 1
khối BBU) hay thậm chí là trạm tích hợp 2G/3G/4G (sử dụng 2 khối BBU). Đối với
khối xử lý cao tần, hiện tại các nhà sản xuất thiết bị nhà trạm đều sử dụng công nghệ
SDR đối với việc chế tạo các khối này. Các khối xử lý cao tần có thể hỗ trợ 2 hệ
thống bất kì cùng lúc: GSM và UMTS, GSM và LTE hayUMTS và LTE.
Ngoài các khối cơ bản như khối xử lý băng tần gốc và khối xử lý cao tần, các
thiết bị khác của nhà trạm hoàn toàn có thể được chia sẻ giữa các thiết bị2G/3G/4G.
Các thiết bị có thể kể đến như khối giám sát môi trường EMU thực hiện việc giám
sát môi trường xung quanh của phòng thiết bị, khối giám sát nguồn PMU cung cấp
khả năng quản lý cấp nguồn, khối điều chỉnh nhiệt độ TCU giám sát nhiệt độ luồng
khí vào ra tủ thiết bị. Tất nhiên việc cấu hình các thông số vật lý, logic đối với các
thiết bị này phải có sự thống nhất giữa các mode GSM/UMTS/LTE. [4]
Với công nghệ xử lý IP hiện tại, truyền dẫn IuB/IP và Abis/Ip có thể được
xử lý chung trên một card truyền dẫn với mức độ ưu tiên xử lý QoS của gói tin
khác nhau.
Đối với các BSC/RNC cũng có những điểm tương đồng về cấu trúc. Mỗi
BSC/RNC đều gồm 4 phân hệ cơ bản: phân hệ truyền dẫn, phân hệ đồng bộ thời gian,
phân hệ xử lý dịch vụ và phân hệ quản lý. Trong đó phân hệ truyền dẫn có nhiệm vụ
truyền phát dữ liệu trên giao diện Abis/Iub với các trạm BTS/NodeB, truyền phát dữ
liệu thoại trên giao diện A/Iu-CS về MSS, truyền phát dữ liệu gói trên giao diện
Gb/Iu-PS về SGSN/GGSN, truyền phát dữ liệu trên giao diện IuR đối với với các
RNC lân cận (giao diện IuR). Phân hệ đồng bộ thời gian có nhiệm vụ cung cấp đồng
bộ cho toàn bộ hệ thống BSC/RNC, bản thân trong phân hệ có chứa bộ đồng bộ nội
và có thể tiếp nhận đồng bộ từ hệ thống đồng bộ chuẩn từ ngoài đưa đến. Phân hệ xử
lý dịch vụ gồm các module có chức năng xử lý báo hiệu, xử lý dữ liệu thoại, dữ liệu
gói, v.v… Phân hệ quản lý có nhiệm vụ quản lý trạng thái các thành phần, lưu trữ,
giám sát hoạt động của BSC/RNC và có các module giao tiếp với hệ thống quản lý
giám sát bên ngoài. Phân hệ chuyển mạch có nhiệm vụ truyền tải dữ liệu, xung đồng
bộ giữa các phân hệ trên. [4]
Nguyên lý dùng chung hạ tầng liên mạng
Về cơ bản, có thể phân loại kiểu chia sẻ hạ tầng của các nhà mạng ra làm 3
loại chính:
-
Chia sẻ thụ động
-
Chia sẻ chủ động
-
Chia sẻ dựa trên Roaming
Chia sẻ thụ động đề cập tới vấn dề chia sẻ không gian của các cơ sở hạ tầng
thụ động như nhà trạm, cột anten. Chia sẻ thụ động là kiểu chia sẻ ở mức độ đơn
giản, chủ yếu là ở mức không gian vật lý thuần túy. Chia sẻ chủ động là kiểu chia sẻ
phức tạp hơn, trong đó các nhà mạng chia sẻ các thành phần ở lớp chủ động của
mạng di động, như là anten, các nút vô tuyến, các nút điều khiển, mạng truyền dẫn
backbone cũng như các thành phần của mạng lõi (ví dụ như các chuyển mạch). Chia
sẻ dựa trên Roaming trong ngữ cảnh chia sẻ hạ tầng mạng được được hiểu theo hướng
một nhà mạng dựa trên vùng phủ của nhà mạng khácđể phủ sóng một vùng nhất định
lâu dài. [4]
2.1 Cấu trúc OAM của SRAN 16.2
Cấu trúc SRAN cho phép cung cấp một loạt các biện pháp đáp ứng các yêu
cầu nêu trên về tính hiệu quả và tính linh hoạt trong quá trình thực hiện các mạng
truy nhập di động. Cách tiếp cận cơ bản đối với các hệ thống Single RAN là việc
thay thế các giải pháp riêng lẻ đã tồn tại trước đó cho mạng lưới bao gồm các dịch
vụ hoặc công nghệ khác nhau với một giải pháp toàn diện duy nhất. Khái niệm hội
tụ SRANcó thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Thứ nhất, tất cả các công
nghệ không dây có liên quan được hỗ trợ linh hoạt bằng cách sử dụng kiến trúc đa
tiêu chuẩn đa năng cho các trạm cơ sở không dây (BTS). Thứ hai, tương tự cáckhái
niệm được áp dụng cho các phần tử kiểm soát của mạng truy nhập (BSC / RNC).
Chức năng của BSC và RNC được cung cấp trên nền tảng chung. Và thứ ba, tiêu
chuẩn hóa giải pháp quản lý cho các yếu tố mạng (NEM /OMC) dẫn đến hoạt động
kinh tế và lần đầu tiên mở ra cánh cửa cho việc sử dụng các kỹ thuật công nghệ chéo
để tối ưu hóa mạng.
Chúng ta hãy lấy các trạm cơ sở làm ví dụ để minh họa cho ý tưởng đằng sau
Single RAN ở chiều sâu lớn hơn. Về chức năng, công nghệ hệ thống của một trạm
cơ sở có thể được chia thành các mô-đun cho truyền không dây (môđun vô tuyến),
điều chế tín hiệu (hệ thống mô-đun), và kết nối mạng (mô-đun vận chuyển). Trong
quá khứ, thiết kế thông thường đã được xây dựng các trạm cơ sở riêng biệt tại một
trang web cho mỗi tiêu chuẩn không dây được hỗ trợ. Kiến trúc SRAN tìm cách hợp
nhất giải pháp này. Việc triển khai phần cứng với khả năng đa tiêu chuẩn sẽ mở
đường cho sự hội tụ của các hệ thống đang được sử dụng.
Trong trường hợp lý tưởng, chỉ cần xây dựng một trạm cơ sở tại mỗi địa điểm.
Môđun vô tuyến của nó sẽ hỗ trợ truyền tải trong tất cả các băng thông cần thiết và
các dạng tín hiệu. Môđun hệ thống có khả năng tiến hành đồng thời việc xử lý tín
hiệu cho tất cả các tiêu chuẩn. Kết nối với mạng lưới vận tải đạt được bằng một môđun vận tải nhận ra kết nối dư thừa thông qua các phương tiện vật lý khác nhau. [6]
Cấu trúc OAM của SRAN:
-
Là kiến trúc phẳng, nó được kết nối trực tiếp tới Netact, không thông qua
OMS.
-
Hệ thống quản lý vận hành chung cho SBTS
-
SBTS là 1 đơn vị quản lý riêng lẻ
-
Sử dụng giao diện Web thay thế cho phần mềm quản lý BTS Site Manager
-
Netact cung cấp giao diện mới để hỗ trợ quản lý cấu hình các SBTS
-
Không cần nhiều NetAct cho mỗi công nghệ
-
Thay đổi cho tất cả RAT hoặc một RAT trong BTS có thể được thực hiện trong
một
hoạt động - đơn giản hóa công tác quản lý.
Giảm thiểu “Effort” và thời gian cần thiết để quản lý.
Hình 2.1 Sự hội tụ NetAct từ SRAN
Từ hình 2.2 ta có thể nhận thấy sự thay đổi. Ban đầu các Netact quản lý các
RAT riêng biệt có cấu trúc phân mảnh, công nghệ SRAN cho phép Netact quản lý
toàn bộ các RAT trong hệ thống quản lý.
OAM tách ra từ các ứng dụng RAT
OAM chức năng chia thành 2 thành phần:
-
OAM trang web cung cấp các chức năng OAM trên toàn trang, chấm dứt giao
diện của SBTS NE3S hướng tới NetAct
-
Nút OAM thực hiện các chức năng OAM cụ thể của nút
Hình 2.2 Cấu trúc OAM
Các báo động, bộ đếm và gói phần mềm thông thường được truyền giữa SBTS
và NetAct trực tiếp sử dụng giao diện NE3S. [6]
-
Các giá trị đếm có thể được truyền đến bộ thu PM thời gian thực như là
Traffica sử dụng PM-interface thời gian thực.
-
LƯU Ý: BSC vẫn nhận báo động và thu thập các bộ đếm từ SBTS.
-
Báo động 2G đi đến BSC và từ BSC đến NetAct
Hình 2.3 Cấu trúc OAM cho PM, FM, SWM
Cấu trúc BTS OAM và các cải tiến bao gồm :
-
OAM BTS chung
-
Kiến trúc O&M phẳng, không có OMS
-
Phân tách O&M và RAT SW
-
Giao diện người dùng dựa trên Web dựa trên SBTS Element Manager phổ
biến
-
Thêm các cấu hình BTS được hỗ trợ mà không cần phụ thuộc vào SBTS SW
Hình 2.4 Cải tiến trong cấu trúc BTS OAM
Giao diện Wed cho quản lý các BTS :
-
Thay thế cho phần mềm BTS site manager cần tiếp xúc trực tiếp tại trạm
-
Có thể sử dụng cả local hoặc remote
-
Làm viêc với mô hình web browser chuẩn
-
Không cần cài đặt Software
-
Công cụ mới sử dụng giao diện người quản lý hiện đại và dễ dàng
-
Chỉ cần 1 khối quản lý trực tiếp
Hình 2.6 miêu tả cấu giao diện Wed-UI -BTS. Ta có thể login vào 1 trạm BTS
qua địa chỉ IP của trạm Ta có thể thấy các hướng đang phát cell của 4G và 3G có
hoạt động hay không, các module của trạm hiển thị các giải tần của cell, các thông
số, trạng thái của các module của từng RAT được lắp trong trạm.
sni
Hình 2.5 Giao diện Wed UI -SBTS
Các hoạt động chung cho Single RAN và Single RAT
Single RAN và Single RAT có thể được tích hợp vào cùng một NetAct
-
Một chế độ xem mạng trên tất cả RAT
-
Mô hình RNW hợp lý cho SRAN / SRAT
-
Các ứng dụng có khả năng nhiều RAT phổ biến
-
Các giao diện NB tương tự cho SRAN và SRAT
-
Các SBTS và các trạm RAT đơn có thể được kết nối với cùng một
RNC / BSC
-
Không có sự thay đổi trong chức năng mạng vô tuyến, RNC / BSC
sẽ kiểm soát hợp lý RNW cũng với SRAN
- SBTS được quản lý như một thực thể, và các hoạt động M-plane được xử lý
trực tiếp giữa SBTS và NetAct
