NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G

Nightliar D. Ace

Hồng Huy Ngọc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
-----------  -----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG TRONG HỆ
THỐNG DI ĐỘNG 5G

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG
TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G
Sinh viên thực hiện:

Nightliar D. AceLớp:

Khóa:Kỹ thuật viễn thơng
Giáo viên hướng dẫn:

HÀ NỘI - 2021

Năm 2021

Năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
-----------  -----------


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
-----------  -----------

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG
TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G
Sinh viên thực hiện:

Hồng Huy NgọcLớp:

Khóa:Kỹ thuật viễn thơng
57Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Hoài Trung

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG
TRONG HỆ THỐNG
DI ĐỘNG 5G
HÀ NỘI - 2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
- ĐIỆND.
TỬ
Sinh viên thựcKHOA

hiện: ĐIỆN
Nightliar
Ace
VIỄN
THƠNG
Lớp: BỘ MƠN KỸ THUẬT
Kỹ thuật
viễn
thơng
-----------  -----------

Khóa:
Giáo viên hướng dẫn:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
HÀ NỘI - 2021

NGHIÊN
CÔNG
PHÂN
SinhCỨU
viên thực
hiện: NGHỆ
Hoàng Huy
Ngọc CHIA MẠNG
TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G


Khóa:Kỹ thuật viễn thơng
57Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Hồi Trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

HÀ NỘI - 2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
-----------  -----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG
TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 5G
Sinh viên thực hiện:

Hồng Huy NgọcLớp:

Khóa:Kỹ thuật viễn thơng
57Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Hoài Trung


ii

HÀ NỘI - 2021

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, trong đó có
sự giúp đỡ rất lớn từ giảng viên hướng dẫn là.
Cam đoan không sao chép từ các đồ án, luận văn khác. Trong luận văn
các nội dung, dữ liệu tham khảo đều đã được trích dẫn đầy đủ ở cuối luận văn.

Người cam đoan

Nightliar D. Ace


iii

LỜI NĨI ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Với sự tăng trưởng của nhu cầu sử dụng băng thông rộng, sự phát triển
nhanh chóng trong cơng nghệ mạng và internet. Dẫn đến sự phát triển trong
các thiết bị được kết nối internet với mạng cảm biến và loại máy trong các
thiết bị thông tin liên lạc. Những gia tăng này mang lại nhiều thách thức hơn
trong mạng và khả năng kết nối.
Việc tiêu thụ ngày càng nhiều các dịch vụ đa phương tiện và nhu cầu về
các dịch vụ chất lượng cao từ khách hàng đã tạo ra một sự thay đổi cơ bản về
cách quản lý mạng đối với các nhà quản lý mạng. Mạng di động thế hệ thứ 5
ra đời để giải quyết vấn đề này. Để thực hiện hố tầm nhìn này trong mạng
5G, mạng phải được chia thành nhiều mạng logic riêng biệt với các kích
thước và cấu trúc khác nhau dành riêng cho các loại dịch vụ khác nhau dựa
trên yêu cầu của chúng (ví dụ: một phần cho IoT nhiều thiết bị, điện thoại
thơng minh hoặc ơ tơ tự lái, v.v.). Mềm hóa bằng cách sử dụng mạng do phần
mềm xác định (SDN) và Ảo hóa chức năng mạng (NFV) trong mạng 5G dự

kiến sẽ lấp đầy khoảng trống của điều khiển lập trình và quản lý tài nguyên
mạng.
II.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Khái niệm, kiến trúc mạng 4G và 5G.
- Khái niệm công nghệ phân chia mạng 5G.
- Công nghệ SDN và NFV, vai trị của nó trong cơng nghệ phân chia mạng
5G.
III. Phương pháp nghiên cứu:
Dựa trên phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết các tài liệu khoa
học về các thông tin đa dạng thu thập từ các nguồn, các tài liệu khác nhau về
công nghệ phân chia mạng 5G.
IV. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Tìm hiểu được về các mạng di động, đặc biệt là mạng di động thế hệ thứ
5 và công nghệ phân chia mạng 5G.
V. Kết cấu của đề tài:
Chương 1: Tổng quan về các mạng di động
Chương 2: Tổng quan về cơng nghệ ảo hóa mạng
Chương 3: Cơng nghệ phân chia mạng 5G


iv

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021
Sinh viên thực hiện

Nightliar D. Ace


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................II
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................III
DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..............................................VII
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠNG DI ĐỘNG........................................1
1.1. Mạng truy nhập vô tuyến cho 4G và 5G............................................................1
1.1.1. Mạng truy nhập vô tuyến 4G............................................................................1
1.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến 5G............................................................................2
1.2. Tổng quan về mạng lõi.........................................................................................5
1.2.1. Khái niệm về mạng lõi.....................................................................................5
1.2.2. Các chức năng chính của mạng lõi...................................................................6
1.3 So sánh giữa mạng di động thế hệ thứ 4 và thứ 5...............................................7
1.4. Kết luận chương 1................................................................................................9
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ ẢO HỐ MẠNG........................11
2.1. Giới thiệu về cơng nghệ NVF............................................................................14
2.1.2 Khái niệm cơng nghệ Ảo hố chức năng mạng (NFV)....................................15
2.1.3. Cấu trúc cơng nghệ nghệ Ảo hố chức năng mạng.........................................17
2.2. Giới thiệu về công nghệ SDN.............................................................................20
2.2.1. Tổng quan về SDN.........................................................................................21
2.2.2. Cấu trúc SDN.................................................................................................22
2.2.3 Giao thức Openflow........................................................................................24
2.3 Ứng dụng của NVF và SDN................................................................................28
2.3.1 Ứng dụng của NFV.........................................................................................28
2.3.2. Ứng dụng của SDN........................................................................................29
2.4 So sánh giữa NFV và SDN..................................................................................30
2.5. Kết luận chương 2..............................................................................................31
CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG 5G...........................................32
3.1. Tổng quan về cơng nghệ phân chia mạng 5G..................................................32
3.1.1 Phần mềm hố mạng 5G..................................................................................32

3.1.2. Phân chia mạng 5G: Lịch sử ra đời................................................................34
3.1.3 Khái niệm........................................................................................................35


vi

3.1.4 Vai trị SDN và NFV trong mạng 5G...............................................................36
3.1.5 Cơng nghệ phân chia mạng hoạt động thế nào trong mạng 5G.......................38
3.2. Kiến trúc của công nghệ phân chia mạng........................................................39
3.3. Các công nghệ sử dụng trong công nghệ phân chia mạng 5G........................42
3.3.1 Mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN)........................................................42
3.3.2 Khung quản lý và điều phối NFV (NFV MANO - NFV Management and
Orchestration)...........................................................................................................44
3.3.3 Điện toán cạnh biên đa truy cập (Multi-Access Edge Computing - MEC)......46
3.3.4 Điện tốn đám mây..........................................................................................48
3.3.5 Trình siêu giám sát mạng.................................................................................49
3.3.6 Máy ảo.............................................................................................................50
3.4. Kết luận chương 3..............................................................................................50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................52


vii

DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ đầy đủ

Tiếng Việt
Hệ thống thông tin di động thế hệ

4G

Fourth-Generation

5G
E2E
EPC
EPS
ETSI

fifth generation
End to end
Evolved Packet Core
Evolved Packet System
European Telecommunications

thứ tư
Thế hệ mạng di động thứ năm
Quy trình đầu cuối
Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến
Hệ thống mạng chuyển mạch gói
Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu

E-UTRAN

Standards Institute
Evolved Universal Terrestrial

Âu

Mạng truy cập vô tuyến

HSS
IaaS
InP
IoT
ISDNC

Radio Access Network
Home Subcriber Server
Infrastructure as a Service
The Infrastructure Providers
Internet of things
Infrastructure SDN Controller

Khối quản lý thuê bao
Cơ sở hạ tầng dạng dịch vụ
Nhà cung cấp cơ sở hạ tầng
Internet vạn vật
Bộ điều khiển SDN của Cơ sở hạ

L2
L3
LTE
MEC
MME
MNO
MVNO

Layer 2: Data Link Layer

Layer 3: Network Layer
Long Term Evolution
Multi-Access Edge Computing
Mobility Management Entity
Mobile Network Operator
Mobile Virtual Network

tầng
Lớp 2: Lớp liên kết dữ liệu
Lớp 3: Lớp mạng
Tiến hoá dài hạn
Điện toán cạnh đa truy nhập
Khối quản lý di động
Nhà khai thác di động
Mạng di động ảo

NF
NFV

Operator
Network Function
Network Function

Hàm chức năng mạng
Ảo hoá chức năng mạng

NFV

Virtualization
NFV Management and

Quản lý và điều phối NFV

MANO
NMF
NSP
OFDM

Orchestration
Network Management System
Network Service Provider
Orthogonal frequency-division

Hệ thống quản lý mạng
Nhà cung cấp dịch vụ mạng
Ghép kênh theo tần số trực giao

OS
PaaS
QoE
QoS

multiplexing
Operating System
Platform as a Service
Quality of Experience
Quality of Service

Hệ điều hành
Nền tảng dạng dịch vụ

Chất lượng trải nghiệm
Chất lượng dịch vụ


viii

RAN
SaaS
SAE
SLA
SP
TSDNC

Radio Access Network
Software as a Service
System Architecture Evolution
Service Level Agreement
Service Providers
Tenant SDN Controller

Mạng truy cập vô tuyến
Phần mềm dạng dịch vụ
Cải tiến kiến trúc hệ thống
Thỏa thuận cấp độ dịch vụ
Nhà cung cấp dịch vụ
Bộ điều khiển SDN của Người

UE
UICC

User equipment
Universal Integrated Circuit

th
Thiết bị người dùng
Thẻ mạch tích hợp tồn cầu

VIM

Card
Virtualized Infrastructure

Trình quản lý cơ sở hạ tầng ảo hố

VM
VNF

Manager
Virtual Machine
Virtualised Network Function

Máy ảo
Hàm chức năng mạng ảo hoá

DANH MỤC HÌNH VẼ

HÌNH 1.1 KIẾN TRÚC TỔNG QUÁT CỦA MẠNG 4G/LTE.................................1
HÌNH 1.2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG MẠNG 5G........................................................3
HÌNH 2.3: KHUYẾT ĐIỂM CỦA HẠ TẦNG MẠNG HIỆN NAY.......................12
HÌNH 1.4: NHU CẦU CỦA CÁC CHỦ THỂ..........................................................13

HÌNH 2.5: MƠ HÌNH NFV.......................................................................................17
HÌNH 2.6: KIẾN TRÚC THAM CHIẾU CỦA NFV – THEO ETSI......................18
HÌNH 2.7: CÁC LỚP CỦA KIẾN TRÚC SDN........................................................22
HÌNH 2.8: KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN THỐNG VÀ KIẾN TRÚC SDN.......23
HÌNH 2.9: CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT THIẾT BỊ OPENFLOW................25
HÌNH 2.10: VÍ DỤ VỀ FLOW TABLE....................................................................26


ix

HÌNH 3.11: CÁC CƠNG NGHỆ MẠNG PHẦN MỀM TRONG KIẾN TRÚC 5G
..................................................................................................................................... 33
HÌNH 3.12: CƠNG NGHỆ PHÂN CHIA MẠNG 5G.............................................36
HÌNH 3.13: KHUNG PHÂN CHIA MẠNG.............................................................40
HÌNH 3.14: SO SÁNH SDN VÀ HOẠT ĐỘNG MẠNG NGÀY NAY...................43
HÌNH 3.15: CÁC CƠNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG CƠNG NGHỆ PHÂN
CHIA MẠNG 5G.......................................................................................................44
HÌNH 3.16: TÍCH HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN SDN VÀO KIẾN TRÚC THAM
CHIẾU ETSI NFV Ở HAI CẤP ĐỘ CẦN THIẾT ĐỂ THỰC HIỆN PHÂN CHIA
MẠNG......................................................................................................................... 46
HÌNH 3.17: VAI TRỊ CỦA MEC ĐỐI VỚI VIỆC PHÂN CHIA MẠNG 5G.......48
HÌNH 3.18: CÁC MƠ HÌNH DỊCH VỤ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY.......................49


x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

BẢNG 1.1: NHỮNG KHÁC BIỆT CHÍNH GIỮA MẠNG DI DỘNG 4G VÀ 5G. 8
BẢNG 2.2: BẢNG SO SÁNH GIỮA NFV VÀ HẠ TẦNG MẠNG TRUYỀN

THỐNG......................................................................................................................15
BẢNG 2.3: VÀI NÉT SO SÁNH GIỮA NFV VÀ SDN...........................................30


1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠNG DI ĐỘNG
1.1. Mạng truy nhập vô tuyến cho 4G và 5G
1.1.1. Mạng truy nhập vô tuyến 4G
1.1.1.1. Khái niệm mạng 4G
Mạng 4G (4G), viết tắt của Fourth-Generation, là công nghệ truyền thông
không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý
tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây. Tầm nhìn của mạng di động 4G là liên kết
các công nghệ không dây khác nhau này lại với nhau theo cách để cung cấp khả
năng truy cập băng thơng rộng và chuyển vùng tồn cầu bằng cách sử dụng các
cơng nghệ thích hợp nhất.
1.1.1.2. Kiến trúc mạng 4G
Kiến trúc 4G là kiến trúc được phát triển để cung cấp mức hiệu suất cao
phù hợp với yêu cầu của LTE. Được biết đến với tên gọi SAE-System
Architecture Evolution. Kiến trúc 4G cung cấp nhiều lợi thế so với kiến trúc 2G,
3G như kỹ thuật định tuyến mới, giải pháp hiệu quả để chia sẻ băng tần, tăng
khả năng di động và băng thông.
Thuật ngữ LTE bao hàm mạng kết nối vô tuyến, đi kèm với kỹ thuật kết
nối hữu tuyến mới với khả năng cải tiến kiến trúc hệ thống (System Architecture
Evolution - SAE), bao gồm cả mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến (Evolved
Packet Core - EPC). LTE và SAE cùng kết hợp tạo thành hệ thống mạng chuyển
mạch gói (Evolved Packet System - EPS). Hình 1.1 mơ tả kiến trúc tổng qt
của mạng 4G/LTE với các thành phần chính và các giao diện kết nối.

Hình 1.1 Kiến trúc tổng quát của mạng 4G/LTE

2

Kiến trúc mạng 4G/LTE về cơ bản có thể chia thành ba thành phần chính:
- Thiết bị người dùng (User equipment – UE): Thiết bị di động là điểm
đầu cuối chính trong các mạng di động, tương tác với các trạm gốc
eNodeB thơng qua tín hiệu vơ tuyến, nhằm mục đích gửi và nhận thơng
tin. Một UE bao gồm: UICC chứa các khóa mã bí mật được chia sẻ trước
với nhà khai thác di động (Mobile Network Operator - MNO) trước khi nó
được cấp tới người dùng; IMSI là định danh cố định mà nhà mạng sử
dụng để xác định thuê bao.
- Mạng truy cập vô tuyến (Evolved Universal Terrestrial Radio Access
Network - E-UTRAN): Các thiết bị người dùng (UE) kết nối với EUTRAN để truyền dữ liệu tới mạng lõi. E-UTRAN là một mạng lưới bao
gồm các trạm gốc. Một trạm gốc hay e-NodeB điều chế và giải điều chế
tín hiệu vơ tuyến để liên lạc với các UE. eNodeB sau đó hoạt động như
một điểm chuyển tiếp tạo và gửi các gói tin IP đi và đến mạng lõi. Mạng
di động được thiết kế chuyển kết nối từ một thiết bị truy cập vô tuyến
trong E-UTRAN này sang E-UTRAN khác khi UE được kết nối thay đổi
vị trí.
- EPC: Mạng lõi có chức năng điều khiển thiết bị đầu cuối và thiết lập các
tải tin (payload), bao gồm 2 node chính. Thứ nhất, khối quản lý di động
(Mobility Management Entity - MME) là thực thể điều khiển mấu chốt
cho mạng truy cập 4G/LTE. Đây là node điều khiển, xử lý tín hiệu giữa
thiết bị đầu cuối và mạng lõi. Thứ hai là khối quản lý thuê bao (Home
Subcriber Server - HSS) cung cấp thông tin thuê bao thường trú, lưu giữ
thơng tin những mạng gói dữ liệu (PDN) mà thuê bao có thể kết nối đến.
1.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến 5G
1.1.2.1. Khái niệm mạng 5G
5G là thế hệ tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G,

hoạt động ở các băng tần 28, 38 và 60 GHz. Theo các nhà sáng chế, mạng 5G sẽ
có tốc độ nhanh hơn khoảng 100 lần so với mạng 4G, giúp mở ra nhiều khả
năng mới và hấp dẫn. Mạng 5G được xem là chìa khóa để chúng ta đi vào thế


3

giới mạng Internet vạn vật (IoT), trong đó các bộ cảm biến là những yếu tố quan
trọng để trích xuất dữ liệu từ các đối tượng và từ môi trường. Hàng tỷ bộ cảm
biến sẽ được tích hợp vào các thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo
dõi sức khỏe, khóa cửa và thiết bị đeo,… Mạng 5G có thể phủ sóng ở khắp mọi
nơi, trong mọi điều kiện thời tiết.
1.1.2.2. Mơ hình mạng 5G
Kiến trúc của 5G rất tiên tiến, các yếu tố mạng và các thiết bị đầu cuối
khác nhau của nó được nâng cấp một cách đặc trưng để phù hợp với tình hình
mới. Tương tự như vậy, các nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai cơng nghệ
tiên tiến để áp dụng các dịch vụ giá trị gia tăng một cách dễ dàng.
Tuy nhiên, khả năng nâng cấp dựa trên công nghệ vơ tuyến nhận thức bao
gồm các tính năng quan trọng khác nhau như khả năng xác định vị trí địa lý của
thiết bị cũng như thời tiết, nhiệt độ, v.v. Công nghệ vô tuyến nhận thức hoạt
động như một bộ thu phát (chùm) có thể bắt và phản hồi vơ tuyến tín hiệu trong
mơi trường hoạt động của nó. Hơn nữa, nó nhanh chóng phân biệt những thay
đổi trong mơi trường của nó và do đó phản ứng phù hợp để cung cấp dịch vụ
chất lượng không bị gián đoạn.
Như trong hình 1.2, mơ hình hệ thống của 5G hồn tồn là mơ hình dựa
trên IP được thiết kế cho mạng di động và khơng dây.

Hình 1.2: Mơ hình hệ thống mạng 5G

4

Hệ thống sử dụng khái niệm IP phẳng để các RAN khác nhau có thể sử
dụng cùng một Nanocore. RAN được hỗ trợ bởi kiến trúc 5G là GSM, GPRS /
EDGE, UMTS, LTE, LTE tiên tiến, WiMAX, WiFi, CDMA2000, EV-DO,
CDMA One, IS-95,…
Kiến trúc IP phẳng làm giảm số lượng các phần tử mạng trong đường dẫn
dữ liệu và do đó làm giảm chi phí ở mức độ lớn hơn.
Cấu trúc của mạng 5G gồm nhiều tầng khác nhau, vì vậy khơng gian mạng
dữ liệu và độ phủ sóng sẽ rộng hơn nhờ các trạm con trung gian ở giữa
(femtocells). Với mơ hình và cấu trúc đó thì ở các tầng trên sẽ sử dụng dãi phổ
tần cao hơn, tốc độ truyền tín hiệu mạnh và lớn hơn, càng về gần đến người
dùng thì phổ tần sẽ giảm xuống. Với cấu trúc như vậy và sự kết hợp sử dụng
nhiều dãi tần với nhau trong mạng sẽ đảm bảo được kết nối và đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao của người dùng. Mạng di động 5G được phát triển nhằm tăng
cường tốc độ truyền dữ liệu và sử dụng hiệu quả tài nguyên. Do đó, mạng di
động 5G được phát triển theo cấu trúc với những tính năng chính sau đây:
- Tốc độ dữ liệu và độ trễ: Mạng di động 5G cho phép truyền dữ liệu với
tốc độ cao, lên đến vài Gbp/s và độ trễ chỉ khoảng 2 đến 5 mili giây.
- Thiết bị máy kiểu giao tiếp đa thiết bị: Khác với các mạng di động
trước đây, mạng di động 5G cho phép kết nối nhiều thiết bị cùng lúc và có thể
chia sẻ những dữ liệu trùng nhau từ các thiết bị như là điện thoại thông minh,
thiết bị gia dụng, tivi, xe ôtô, thiết bị cảm ứng...
- Phổ tần 5G: Sự gia tăng nhu cầu kết nối của các thiết bị đòi hỏi lưu
lượng, số lượng phổ tần cho hệ thống 5G cũng tăng lên. Các băng tần cao
thuộc bước sóng xăng-ti-mét (cmWave) và milimét (mmWave) là các băng tần
tiềm năng vì chúng có khả năng cung cấp kênh có độ rộng lớn, do đó, cung cấp
được tốc độ dữ liệu cao. Cho phép truyền tải rộng hơn băng thông thông
thường 20MHz của mạng 4G.
- Kết hợp nhiều công nghệ: Mạng 5G không phải là thay đổi cơng nghệ

mới, mà nó hỗ trợ và phát triển thêm nhiều cơng nghệ mới. Nó kết hợp nhiều


5

hệ thống như GSM, HSPA (Phương thức kết nối gói tốc độ cao), LTE và các hệ
thống hỗ trợ truy cập với hiệu suất cao hơn.
- Mạng di động 5G hoạt động gồm nhiều tầng, gồm các trạm phát sóng
gốc/nền (macrocell), các trạm trung gian (femtocells) và các kết nối từ thiết bị
đến thiết bị. Việc chia thành nhiều tầng sẽ đảm bảo hiệu suất, công suất mạng
sẽ tốt hơn, đồng thời giúp làm giảm độ nhiễu khi truyền dữ liệu.
- Hỗ trợ tối đa khai thác dữ liệu: Trong q trình khai thác, mỗi thiết bị
truy cập có các yêu cầu khác nhau về tốc độ, độ trễ, nội dung truy câp, tuy
nhiên trong mạng 5G, vấn đề này sẽ được giải quyết linh hoạt và thơng minh
bởi vì các tầng có thể hỗ trợ nhau để chuyển tải đến người dùng cuối nội dung
tốt nhất. Dữ liệu có thể là từ macrocell hoặc từ femtocell hoặc từ người dùng
cuối.
- Hiệu suất và hiệu quả hơn khi sử dụng tài nguyên: Một trong những
thách thức chính của 5G là nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của các thiết
bị kết nối mạng. Làm sao để kéo dài tuổi thọ cũng như thời gian dùng pin, cải
thiện hiệu quả năng lượng và khai thác mạng với năng lượng tiêu thụ ít nhất.
Ngồi ra, năng lượng có thể được hấp thu từ mơi trường xung quanh (sóng,
năng lượng vơ tuyến) ở khoảng cách nhỏ. Hấp thụ năng lượng có thể sử dụng
cho các thiết bị hoặc giao tiếp trong một tế bào nhỏ của mạng. Do đó, khả năng
sử dụng hiệu quả năng lượng có thể được thực hiện thơng qua việc hấp thụ
năng lượng từ xung quanh, cụ thể là trực tiếp từ các trạm phát sóng gốc/nền
(macrocell).
1.2. Tổng quan về mạng lõi
1.2.1. Khái niệm về mạng lõi
Mạng lõi (hoặc lõi mạng) là phần trung tâm của một mạng viễn thông

cung cấp các dịch vụ viễn thông khác nhau cho các khách hàng đang kết nối với
mạng truy cập. Một trong các chức năng chính là định tuyến các cuộc gọi qua
PSTN.
Thơng thường nó liên quan tới thiết bị thông tin dung lượng cao mà kết
nối với các node chính. Mạng lõi/xuơng sống cung cấp đường cho trao đổi thông


6

tin giữa các mạng con khác nhau. Đối với mạng doanh nghiệp phục vụ một tổ
chức, thuật ngữ xương sống được sử dụng nhiều hơn, trong khi đối với nhà cung
cấp dịch vụ, thuật ngữ mạng lõi được sử dụng nhiều hơn.
Ở Hoa Kỳ các Mạng lõi tổng đài cục bộ được liên kết với các mạng liên
tổng đài cạnh tranh khác; ở những nơi khác trên thế giới Mạng lõi mở rộng tới
biên giới quốc gia.
Mạng lõi/xương sống thường có một topo dạng lưới cung cấp bất kỳ kết
nối nào với nhau giữa các thiết bị trong mạng. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ chính
sẽ có các mạng lõi/xương sống riêng của họ, các mạng này sẽ được liên kết với
nhau. Một số doanh nghiệp lớn có mạng lõi/ xương sống riêng, các mạng này
thường kết nối với các mạng công cộng.
Các thiết bị và thiết bị trong mạng lõi/ xương sống được chuyển mạng và
định tuyến. Xu hướng này thúc đẩy trí thơng minh và việc quyết định vào trong
các thiết bị ở biên và thiết bị truy cập, và giữ các thiết bị lõi vận hành nhanh và
ít hỏng hóc. Kết quả là, thiết bị chuyển mạch được sử dụng ngày càng nhiều
trong thiết bị mạng lõi/xuơng sống. Các công nghệ sử dụng ở các thiết bị xương
sống và lõi là các công nghệ lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng như SONET,
DWDM, ATM, IP,.vv…. Đối với mạng xương sống doanh nghiệp, các công
nghệ gigabit Ethernet hoặc 10 gigabit Ethernet cũng thường được sử dụng.
1.2.2. Các chức năng chính của mạng lõi
Các mạng lõi thường cung cấp các chứng năng chính sau:

• Tập trung: tập trung mức độ cao nhất trong một mạng cung cấp dịch vụ.
Mức tiếp theo trong phân cấp dưới các node lõi là mạng phân tán và sau
đó là các mạng biên. Thiết bị thuộc nhà riêng thuê bao (CPE) không
thường kết nối tới các mạng lõi của một nhà cung cấp dịch vụ lớn.
• Nhận thực: chức năng để quyết định liệu người sử dụng yêu cầu 1 dịch
vụ từ mạng viễn thông là hợp lệ để thực hiện dịch vụ đó hay khơng.
• Chuyển mạch/Giám sát cuộc gọi: chức năng giám sát cuộc gọi hay
chuyển mạch quyết định quá trình tương lại của cuộc gọi dựa trên xử lý
báo hiệu cuộc gọi. Ví dụ, chức năng chuyển mạch có thể quyết định


7

dựa trên số được gọi mà cuộc gọi được định tuyến tới một thuê bao
trong chính mạng của nhà khai thác này hoặc với số khả chuyển thông
dụng hơn tới mạng của các nhà cung cấp dịch vụ khác.
• Tính cước: tính năng này xử lý sự đối chiếu và xử lý dữ liệu tính cước
được tạo ra bởi các node mạng khác. Hai loại phổ biến của cơ chế tính
cước trong các mạng ngày nay là tính cước trả trước và tính cước trả
sau.
• Dịch vụ theo u cầu: mạng lõi thực hiện nhiệm vụ của dịch vụ theo
yêu cầu cho các thuê bao trong mạng. Dịch vụ theo yêu cầu có thể diễn
ra dựa trên một số hoạt động rõ ràng (ví dụ như chuyển cuộc gọi) bởi
người sử dụng hoặc hoàn toàn (cuộc gọi chờ). Chức năng này quan
trọng tuy nhiên dịch vụ "thực hiện" có thể hoặc không là một chức năng
mạng lõi như các node/mạng thứ ba có thể giữ chức năng này trong
dịch vụ thực hiện thực tế.
• Cổng: các cổng trong mạng lõi cho phép mạng truy cập tới các mạng
khác. Chức năng cổng phụ thuộc vào kiểu mạng, giao diện.
Về mặt vật lý, một hoặc nhiều các chức năng lơ gíc trên có thể đồng thời

tồn tại trong một node mạng lõi.
1.3 So sánh giữa mạng di động thế hệ thứ 4 và thứ 5
Thế hệ thứ tư của kết nối di động bắt đầu tạo sóng vào cuối những năm
2000. 4G làm cho tốc độ internet di động nhanh hơn tới 500 lần so với 3G và
cho phép hỗ trợ TV HD trên điện thoại di động, cuộc gọi video chất lượng cao
và duyệt web nhanh trên thiết bị di động. Sự phát triển của 4G là một kỳ tích lớn
đối với công nghệ di động, đặc biệt là đối với sự phát triển của điện thoại thơng
minh và máy tính bảng.
4G hiện đã phổ biến trên toàn thế giới, nhưng mọi thứ lại sắp thay đổi.
Internet of Things hiện là một khả năng thực sự và 4G sẽ không thể quản lý số
lượng kết nối khổng lồ sẽ có trên mạng. Dự kiến sẽ có hơn 20 tỷ thiết bị được
kết nối vào năm 2020, tất cả đều yêu cầu kết nối với dung lượng lớn. Đây là lúc
5G có hiệu lực. Nhiều chuyên gia dự báo nhiều công nghệ đổi mới mang tính


8

cách mạng sẽ được xây dựng trên nền mạng thế hệ mới. Trong đó có những
cơng nghệ nổi bật như các thành phố thông minh, phẫu thuật từ xa và các nhà
máy tự động,…
 Sự khác biệt chính giữa kiến trúc mạng 4G so với 5G bao gồm:
• Độ trễ
• Tốc độ tải xuống
• Trạm gốc
• Mã hóa OFDM
• Mật độ tế bào
Bảng 1.1: Những khác biệt chính giữa mạng di dộng 4G và 5G

Tiêu chí so sánh
Tốc độ mạng

Độ trễ khi kết nối

5G
Tối đa 10Gbps
Từ 4ms tới 1ms

4G
Tối đa 1Gbps
75ms

(ping)
Băng tần

Dao động từ 30GHz tới

Dao động từ 700MHz tới

Độ phủ sóng

300GHz
Rộng, nhờ trạm HAPS treo

2600MHz
Giới hạn, do trạm kết nối

trên không
Kết nối nhiều thiết Gấp 10 tới 100 lần số lượng
bị
Sử dụng năng

thiết bị tương tác cùng lúc
Ít, giảm 90% năng lượng

lượng

tiêu thụ

xây dựng trên mặt đất
Kết nối giữa thiết bị cá
nhân ở phạm vi giới hạn
Bình thường

Độ trễ. Sự khác biệt lớn nhất giữa 4G và 5G là độ trễ. 5G hứa hẹn độ trễ
thấp dưới 1 ms, trong khi độ trễ 4G dao động từ 60 ms đến 98 ms. Ngoài ra, với
độ trễ thấp hơn là những cải tiến trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như tốc độ
tải xuống nhanh hơn.
Tốc độ tải xuống tiềm năng. Trong khi 4G giới thiệu nhiều khả năng
VoIP khác nhau, 5G xây dựng và nâng cao những hứa hẹn về tốc độ tải xuống
tiềm năng nhanh chóng. Tốc độ tải xuống của 4G đạt 1 Gbps và mục tiêu của 5G
là tăng gấp 10 lần tốc độ tải xuống tối đa 10 Gbps.


9

Các trạm gốc. Một điểm khác biệt chính giữa 4G và 5G là trạm gốc phổ
biến nhất được yêu cầu để truyền tín hiệu. Giống như các thế hệ trước đó, 4G
truyền tín hiệu từ các tháp di động. Tuy nhiên, 5G sử dụng công nghệ tế bào
nhỏ, do tốc độ nhanh hơn và mức tần số sóng MM, vì vậy các nhà mạng sẽ triển
khai 5G băng tần cao trong các cell nhỏ có kích thước bằng hộp bánh pizza ở
nhiều địa điểm. 5G cũng sẽ sử dụng tháp di động cho các phổ tần số thấp hơn.

Các nhà cung cấp dịch vụ phải triển khai các cell nhỏ trong các khu vực
khác nhau do tần số sóng MM. Trong khi tần số cao hơn so với công nghệ di
động đã thấy rằng sóng MM có tín hiệu yếu hơn, truyền đi trong khoảng cách
ngắn hơn. Các trạm phát sóng di động nhỏ phải được đặt thường xuyên ở các
khu vực có khả năng 5G để đảm bảo tín hiệu đến được với người dùng và doanh
nghiệp.
Mã hóa OFDM. OFDM được sử dụng để chia các tín hiệu khơng dây
khác nhau thành các kênh riêng biệt để tránh nhiễu, đồng thời cung cấp băng
thơng lớn hơn. Vì OFDM mã hóa dữ liệu trên các tần số khác nhau, điều này có
thể tăng cường tốc độ tải xuống 4G và 5G, vì các mạng này sẽ có các kênh tín
hiệu riêng thay vì một kênh được chia sẻ giữa chúng. 4G sử dụng các kênh 20
MHz, trong khi 5G sẽ sử dụng các kênh 100 MHz đến 800 MHz.
Mật độ tế bào. Công nghệ cell nhỏ cho phép 5G cung cấp mật độ tế bào
cao hơn và nâng cao dung lượng mạng. Mặc dù đây cũng là những hứa hẹn về
4G, nhưng 5G hy vọng sẽ thành công khi thế hệ tiền nhiệm của nó khơng thành
cơng, vì 4G chưa bao giờ hoàn toàn đáp ứng được mục tiêu cao về tốc độ trung
bình. Với 5G, các mạng sẽ dày đặc hơn, đồng nghĩa với việc chúng có nhiều khả
năng hỗ trợ nhiều người dùng và thiết bị kết nối hơn, dẫn đến tăng dung lượng
kết nối và thiết bị di động.
1.4. Kết luận chương 1
Trong chương này ta đã đi nghiên cứu về mạng 4G, 5G. Đưa ra được khái
niệm và kiến trúc của mạng 4G và 5G. Những điểm khác nhau giữa mạng 4G và
5G.


10

Ở chương này cũng đã đưa ra khái niệm về mạng lõi, các chức năng chính
của mạng lõi.

11

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ ẢO HỐ MẠNG
Trong thời đại hiện nay, chúng ta đang chứng kiến sự ra đời của hàng loạt
các công nghệ mới như mạng di động 5G, Internet của vạn vật (Internet of
Things), điện toán đám mây (Cloud Computing), thực tại ảo (Virtual Reality)…
Bên cạnh đó, việc mở rộng hoạt động kinh doanh của các doanh nghiệp Internet
và viễn thông dẫn đến nhu cầu về băng thông, chất lượng đường truyền và quản
lý luồng dữ liệu tăng lên theo cấp số nhân. Sau đây là một số dự đốn về hiện
trạng mạng tồn cầu trong giai đoạn 2015 – 2020:
• Mức độ sử dụng Internet sẽ tăng từ mức 10GB/người/tháng vào
năm 2015 lên đến 25GB/người/tháng vào năm 2020. Kéo theo đó,
lưu lượng Internet tồn cầu có thể sẽ bước qua mốc zettabyte (1
zettabyte = 1 tỷ terabyte) và có thể sẽ đạt đến mức 2.3 zetabyte vào
năm 2020.
• Lưu lượng dữ liệu của các thiết bị không dây và điện thoại di động
sẽ chiếm đến gần ⅔ tổng lưu lượng Internet toàn cầu vào năm 2020.
• Tốc độ Internet băng thơng rộng sẽ tăng gần như gấp đôi vào năm
2020 (từ mức 24.7 Mbps vào năm 2015 và đạt mức 47.7Mbps năm
2020).
Qua những số liệu trên, ta có thể thấy xu hướng phát triển vũ bão của
Internet nhằm đón đầu thời đại Cách Mạng Công Nghiệp 4.0 đã và đang diễn ra.
Nhu cầu phải luôn không ngừng cải thiện hạ tầng mạng (cả chất lẫn lượng) là
một nhu cầu thiết yếu không chỉ ở thế giới mà còn ở Việt Nam. Điều này đặt ra
cho các nhà cung cấp dịch vụ mạng (Network Service Provider) áp lực phải luôn
không ngừng mở rộng qui mô cũng như nâng cao chất lượng dịch vụ truyền dẫn.
Thế nhưng đây lại không phải là một vấn đề đơn giản, cách làm phổ biến hiện
tại của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hiện tại đa phần là mua sắm thêm
các thiết bị phần cứng chuyên dụng cho mỗi một dịch vụ mạng mới. Cách tiếp

cận này hiện đang bộc lộ nhiều bất cập.


12

Đi vào thực tế, ta có thể nhận thấy rằng đa phần những hệ thống mạng
hiện tại đều sử dụng thiết bị chuyên dụng của các hãng như Cisco hay Juniper,…
Tuy nhiên, những hệ thống này lại có các khuyết điểm như: giá thành thiết bị đắt
đỏ, khó quản lý tập trung, kém tương thích với các hệ thống của hãng khác, tốc
độ cập nhật phần mềm chậm, giấy phép sử dụng phần mềm thường ngắn… Một
điểm cần lưu ý là với những thiết bị mạng truyền thống của các hãng này thì
việc triển khai một dịch vụ mới, một chức năng mới tốn kém rất nhiều cả về thời
gian lẫn tiền bạc. Ta có thể điểm sơ qua quy trình khởi tạo một dịch vụ mạng
hiện nay, gồm những bước sau: xác định nhu cầu, thiết kế, lắp đặt thiết bị mạng,
đấu nối dây, cấu hình dịch vụ, kiểm thử và cuối cùng mới là đưa vào vận hành.
Thông thường, với mỗi một quy trình như vậy có thể phải cần tới vài ngày
hay vài tuần để đưa hệ thống mới vào hoạt động. Trong khi đó, mỗi một dự án
lại có các u cầu riêng, địi hỏi những loại thiết bị chuyên dụng khác nhau. Với
một quy trình dài dòng và nhiêu khê như vậy sẽ làm lãng phí rất nhiều thời gian
và nhân lực cho mỗi dự án mới, khách hàng mới. Đặc biệt là có những dự án có
thời gian sử dụng ngắn từ vài tháng đến chỉ vài ngày hoặc thậm chí là vài giờ thì
việc triển khai dịch vụ theo mơ hình truyền thống là vơ cùng lãng phí và tốn thời
gian.

Hình 2.3: Khuyết điểm của hạ tầng mạng hiện nay

Đây là những khuyết điểm không thể chấp nhận trong môi trường công
nghệ thông tin hiện nay bởi nhu cầu của từng khách hàng hiện tại là rất đa dạng

13

và đặc thù. Mỗi một giây chậm trễ đều lãng phí tiền bạc và nguồn lực của cơng
ty mà quan trọng hơn là đánh mất sự tín nhiệm của người dùng. Với những vấn
đề tồn đọng trên thì hạ tầng mạng hiện có được dự báo sẽ khơng thể đáp ứng kịp
nhu cầu của thị trường cũng như đảm bảo lợi ích của các chủ thể bao gồm doanh
nghiệp, nhà cung cấp dịch vụ và người dùng cuối.

Hình 1.4: Nhu cầu của các chủ thể

Từ những vấn đề nêu bên trên, giải pháp ở đây chính là ứng dụng cơng
nghệ ảo hóa (Virtualization) vào hạ tầng mạng tại các trung tâm dữ liệu
(Datacenter), các điểm chuyển mạch lớn (Network Node) trên đường truyền
hoặc tại nhà của người dùng cuối bằng cơng nghệ Ảo hóa chức năng Mạng
(Network Function Virtualization – hay gọi tắt là NFV).
Công nghệ NFV cho phép ta tách biệt các hàm chức năng mạng (Network
Function – NF) như: NAT, tường lửa, phát hiện xâm nhập, DNS, bộ nhớ đệm,…
khỏi các thiết bị vật lý chuyên biệt và triển khai các NF này dưới hình thức phần
mềm có thể chạy trong mơi trường ảo hóa – trên các thiết bị phần cứng phổ
thông. Các thiết bị vật lý lúc này khơng cịn là các phần cứng độc quyền của các
hãng nữa, mà có thể là các máy chủ (servers), thiết bị chuyển mạch (switches)
và thiết bị lưu trữ dữ liệu (storages) được sản xuất hàng loạt theo các tiêu chuẩn
công nghiệp chung (standard high volume hardware).