NGHIÊN CỨU CÁC CƠ CHẾ ĐẢM BẢO QOS TRONG MẠNG DI ĐỘNG UMTS VÀ ÁP DỤNG QOS ĐỐI VỚI CÁC PHÂN LỚP THUÊ BAO

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG






Bùi Văn Phú





NGHIÊN CỨU CÁC CƠ CHẾ ĐẢM BẢO QOS TRONG MẠNG DI ĐỘNG UMTS
VÀ ÁP DỤNG QOS ĐỐI VỚI CÁC PHÂN LỚP THUÊ BAO





Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 60.52.02.08





TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2013

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. TRƯƠNG TRUNG KIÊN
(Ghi rõ học hàm, học vị)


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
Thị trường viễn thông di động trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã trải
qua giai đoạn phát triển bùng nổ về vùng phủ sóng và số lượng thuê bao hòa mạng. Mối
quan tâm lớn nhất hiện nay đối với cả nhà khai thác mạng và người dùng là chất lượng dịch
vụ QoS (Quality of Service). Có thể nói QoS là yếu tố cạnh tranh mang tính sống còn đối
với mọi nhà khai thác để giữ thuê bao, phát triển thuê bao mới và hạn chế thuê bao rời

mạng. QoS chính là tiêu chí cơ bản để đảm bảo doanh thu của nhà khai thác mạng hiện nay.
Các dịch vụ và ứng dụng của mạng UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service)
có thể chia thành hai nhóm: 1) nhóm dịch vụ nhạy cảm với độ trễ: conversation (thoại
AMR, thoại VoIP), báo hiệu; 2) nhóm dịch vụ nhạy cảm với tốc độ: streaming, interactive,
background, IMS signaling. Với tính đa dạng của các dịch vụ và ứng dụng trong mạng 3G,
vấn đề quản lý, cấp phát và đảm bảo QoS cho các loại hình dịch vụ, cho các phân lớp thuê
bao đang là vấn đề nghiên cứu hết sức phức tạp.
Trong những năm gần đây lĩnh vực này đã và đang được các tổ chức nghiên cứu và
áp dụng. Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại những vấn đề chưa được giải quyết hoặc giải quyết
chưa triệt để. Hầu hết các đề xuất QoS cho mạng 3G hiện nay chủ yếu quan tâm về vấn đề
chính sách hơn là giải quyết trực tiếp các vấn đề kỹ thuật như định tuyến, xếp hàng, lập lịch.
Theo thời gian với sự hội tụ giữa các công nghệ 2G, 3G, và tiến đến 4G trong tương lai thì
việc đảm bảo QoS cho từng lớp dịch vụ là một vấn đề thiết thực cần nghiên cứu kỹ.
Tại Việt Nam, các nhà mạng lớn đã triển khai cung cấp dịch vụ 3G kể từ năm 2009
cho đến nay, lượng khách hàng và số trạm phát sóng 3G ngày nay gần như đã bão hòa. Bài
toán đảm bảo QoS cho các phân lớp thuê bao dựa trên mức độ ưu tiên sử dụng dịch vụ
ARP/THP khác nhau (ARP – Allocation Retention Priority, THP – Traffic Handling
Priority), đặc biệt là lớp thuê bao VIP (Very Important Person), đang nhận được nhiều sự
quan tâm từ các nhà khai thác mạng đến người sử dụng dịch vụ. Nhà khai thác có thể tạo ra
nhiều loại hình gói cước khác nhau với các mức QoS cam kết khác nhau để hấp dẫn khách
hàng. Người sử dụng có nhiều lựa chọn hơn trong việc sử dụng dịch vụ phù hợp với nhu cầu
của mình. Hiện nay các nhà mạng đang triển khai thử nghiệm loại hình dịch vụ này cho
phân lớp thuê bao VIP và có kế hoạch triển khai thương mại trên toàn mạng. Do vậy, đề tài
“Nghiên cứu các cơ chế đảm bảo QoS trong mạng di động UMTS và áp dụng QoS đối với
các phân lớp thuê bao” trong thời điểm hiện nay là việc làm rất thiết thực và có ý nghĩa
thực tiễn to lớn.
2


Đề tài được cấu trúc gồm bốn chương như sau:

 Chương 1 Nghiên cứu cấu trúc mạng UMTS và chất lượng dịch vụ (QoS)
 Chương 2 Nghiên cứu các phân lớp dịch vụ của mạng UMTS, các cơ chế đảm
bảo QoS, cách tính toán và đánh giá các tham số QoS
 Chương 3 Nghiên cứu chỉ tiêu QoS của các dịch vụ và ứng dụng cụ thể
 Chương 4 Xây dựng bài đo QoS dựa trên phân lớp thuê bao và khuyến nghị
triển khai.
Đề tài này tập trung nghiên cứu cấu trúc mạng 3G, các phân lớp dịch vụ và ứng dụng
trên nền mạng 3G, các cơ chế đảm bảo QoS cho từng loại hình dịch vụ/ứng dụng, cách tính
toán đánh giá các tham số QoS, các chỉ tiêu QoS cho một số loại dịch vụ/ứng dụng cụ thể
theo các tổ chức tiêu chuẩn, xây dựng bài đo và đo thực tế đối với cơ chế đảm bảo QoS dựa
trên phân lớp thuê bao. Cuối cùng, dựa trên kết quả nghiên cứu và đo thực tế trên mạng
UMTS của Mobifone sử dụng thiết bị của Huawei, đề tài cũng đưa ra một số khuyến nghị
áp dụng QoS cho các mạng UMTS tại Việt Nam.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Trương Trung Kiên, người đã luôn chỉ bảo
tôi tận tình và chu đáo trong quá trình làm luận văn. Đồng thời cũng xin gửi lời cảm ơn tới
gia đình tôi, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 31 tháng 08 năm 2013

Bùi Văn Phú
3


Chương 1 Nghiên cứu cấu trúc mạng UMTS và chất lượng dịch vụ
(QoS)
Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu cấu trúc mạng 3G UMTS, định nghĩa QoS
trong mạng viễn thông theo ITU-T G.100 và giới thiệu quy trình quản lý chất lượng dịch vụ
làm nền tảng cho việc nghiên cứu QoS trong mạng UMTS. Trong chương này cũng đề cập
đến việc đảm bảo các KPI chính (chỉ số chất lượng mạng lưới). Đảm bảo KPI chính là yếu
tố quyết định để đảm bảo QoS của dịch vu.
1.1 Cấu trúc hệ thống UMTS

UMTS Rel-5 đưa ra giải pháp hội tụ giữa thoại và số liệu. Tương tự như cấu trúc
GPRS, UMTS bao gồm 3 phần chính là: máy điện thoại di động (MS), UTRAN và mạng lõi
(CN). Máy điện thoại di động trao đổi thông tin với Node B là thiết bị điều khiển kênh vô
tuyến trong vùng phủ sóng hay còn gọi là tế bào. Các Node B lại chịu sự điều khiển bởi bộ
điều khiển mạng vô tuyến (RNC). Trong cấu trúc UMTS, Node B tương đương như trạm
gốc (BTS) trong cấu trúc GPRS, còn RNC tương đương với bộ điều khiển trạm gốc (BSC)
của GPRS. RNC và các Node B tạo nên một phân hệ mạng vô tuyến (RNS). Các RNCs kết
nối với nhau thông qua giao diện Iur. Mỗi RNC kết nối với mạng lõi thông qua giao diện Iu
là giao diện hỗ trợ các dịch vụ thoại và số liệu.
1.2 Chất lượng dịch vụ QoS
1.2.1 Định nghĩa QoS
Theo E.800, QoS được định nghĩa như sau: "QoS là các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu
năng của dịch vụ, nó xác định mức độ hài lòng của khách hàng đối với dịch vụ".
Tuy nhiên để tương thích với E.800 và định nghĩa có thể sử dụng được trong hợp
đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng, ở đây chúng ta định nghĩa QoS như sau:
"QoS là mức độ mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp cho khách hàng theo hợp đồng đã
được cam kết", định nghĩa này bao gồm tập hợp các tham số có thể đo được của E.800.
Định nghĩa sau trên thực tế đã định hướng hơn đến thị trường mặc dù QoS có thể
được xác định dựa trên đánh giá của khách hàng trong cả hai định nghĩa. Trên thực tế kết
quả cuối cùng là dịch vụ đó là thoả mãn hay không thoả mãn.
1.2.2 Bốn quan điểm về QoS
Ma trận định nghĩa QoS được minh họa trong Hình 1.1 chỉ ra các tiêu chí đánh giá
chất lượng của chức năng thông tin mà bất kỳ dịch vụ nào cũng phải cung cấp [ITU-T
G.1000].
4



Hình 1.1 Bốn góc nhìn của QoS
Các thành phần của ma trận định nghĩa QoS là:

 Yêu cầu QoS của khách hàng
 QoS dự kiến được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ
 QoS thực tế được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ
 QoS theo đánh giá của khách hàng.
1.2.3 Các thành phần mạng di động có ảnh hưởng đến QoS
Chất lượng là một đặc tính của cuộc gọi có phạm vi từ đầu cuối đến đầu cuối. Do
vậy, mỗi thành phần của mạng đều có ảnh hưởng đến chất lượng này. Các thành phần cần
được xem xét là kết nối vô tuyến từ thiết bị người dùng đến trạm gốc của tế bào di động,
mạng vô tuyến mặt đất kết nối tế bào di động và bộ phận điều khiển, gateway đến mạng lõi,
mạng lõi, và mạng ngoại vi phía đầu xa (cố định và di động).
Ngoài ra, chất lượng cũng bị ảnh hưởng bởi khả năng của toàn mạng trong việc
truyền yêu cầu của từng cuộc gọi trong mặt phẳng điều khiển và hỗ trợ yêu cầu chất lượng
trong suốt cuộc gọi trong mặt phẳng người dùng.

5


1.3 QoS trong mạng UMTS
1.3.1 Các yếu tố QoS trong UMTS
Các dịch vụ UMTS gắn liền với các yếu tố QoS sau:
 Đưa ra tập hợp hữa hạn các định nghĩa và đặc điểm chỉ tiêu QoS có thể điều
khiển được. Các chỉ tiêu này phải đơn giản và các thông tin liên quan càng ít càng
tốt.
 Đưa ra mối quan hệ giữa các ứng dụng và các dịch vụ UMTS. Mối quan hệ này
phải tính đến đặc điểm không đổi xứng của đường lên (Uplink) và đường xuống
(Downlink).
 Tương thích với các hệ thống QoS hiện tại và có thể phân thành nhiều cấp QoS
khác nhau.
 Hỗ trợ QoS cho các kết nối dựa trên phiên và cho phép hỗ trợ nhiều luồng QoS
kết nối đến 1 địa chỉ.

 Quản lý QoS để sử dụng tài nguyên một cách có hiệu quả nhất.
 Thay đổi các chỉ tiêu QoS khi phiên đã được thiết lập và hoạt động
1.3.2 Quản lý KPI hệ thống để đảm bảo QoS
Quản lý mạng gồm hai chức năng chính: quản lý hành chính và quản lý năng lực.
Quản lý hành chính bao gồm việc bảo dưỡng các hệ thống đăng ký (như HSS, HLR, VLR,
EIR) được sử dụng cho việc quản lý truy nhập dịch vụ và quản lý di động. Quản lý năng lực
gòm việc cấu hình, phân bổ tài nguyên, thống kê mạng và kiểm soát lỗi.
UMTS đề xuất thu thập số liệu thông kê sau mỗi khoảng thời gian (ví dụ là 5, 15, 30,
60 phút) phù hợp với loại thống kê. Báo cáo có thể được truyền về một cách thường xuyên
bởi các phần tử mạng đang được giám sát hoặc theo yêu cầu bởi bộ phận quản lý. Các loại
thống kê chính cho từng loại thiết bị được giới thiệu bên dưới.
No

KPI name Value
1 Customer care KPI
1.1

Anwer subscriber within 60s (%) >80%
1.2

Anwer subscriber within SLA (%) >85%
2 Handle subscriber complaint
2.1

Subscriber complaint with evident/01 Quarter (%) 0.25
2.2

Response to subscriber after receiving complain within 48 hour
(%) 100
6

3 Quality of Service
3.1

Voice CSSR (%) 99.25
3.2

Voice CDR (%) 0.55
3.3

Data CSSR (%) 99.00
3.4

Data CDR (%) 0.85
3.5

Radio Network Availability (%) 99.50
3.6

Bad Cell Rate (%) 4.00
3.7

SMS Successful Rate (SMS Successful Rate on SMSC) (%) 94.00
3.8

FP_CPR (Call Successful Process Rate on CallNode of Fun Ring
system (%) 99
Bảng 1.1 Yêu cầu KPI của một nhà khai thác ở Việt Nam.
1.4 Kết luận

Trong chương này, chúng ta đã lần lượt nghiên cứu tổng quan về cấu trúc mạng
UMTS. Định nghĩa về QoS của ITU, bốn quan điểm về QoS và mô hình quản lý QoS. QoS
Trong mạng UMTS chính là mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài cũng đã được nêu ra.
Cùng với đó là yêu cầu KPI của nhà mạng để đảm bảo QoS của dịch vụ. Đây sẽ là cơ sở lý
thuyết quan trọng để có thể đi sâu nghiên cứu kiến trúc quản lý QoS trong mạng UMTS,
cách thức thực hiện QoS trong UMTS và QoS toàn trình (QoS đầu cuối tới đầu cuối end-to-
end) trong Chương 2.
7


Chương 2 Nghiên cứu các phân lớp dịch vụ của mạng UMTS, các cơ
chế đảm bảo QoS, cách tính toán và đánh giá các tham số
QoS
Chương này sẽ nghiên cứu cơ chế quản lý và thực thi QoS trong mạng UMTS. Chúng
ta cũng sẽ nghiên cứu bốn loại hình dịch vụ cơ bản (bốn lớp dịch vụ cơ bản) của mạng
UMTS bao gồm: Conversation, Streaming, Interactive và Background. Các cơ chế đảm bảo
QoS thông qua hồ sơ thuê bao. Các tiêu chí đánh giá QoS và cách tính toán các tham số
QoS chính bao gồm Trễ, Thông lượng, Lỗi và Xác suất cuộc gọi.
2.1 Quản lý QoS trong UMTS
Chất lượng dịch vụ QoS là một phản ánh đầy đủ năng lực dịch vụ của một hệ
thốngWCDMA. Nhóm tham số này xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với
dịch vụ cung cấp bởi nhà khai thác viễn thông. Do đó, chất lượng dịch vụ QoS là một nhân
tố quan trọng cần phải được nghiên cứu kỹ trong hệ thống WCDMA.
Trong UTRAN, QoS được xác định bởi chiến lược quản lý QoS như chỉ ra trong
Hình 2.1 dưới đây:

Hình 2.1 Chiến lược quản lý QoS trong UTRAN
8

2.2 Các phân lớp dịch vụ UMTS cơ bản
UMTS và GPRS định nghĩa các lớp QoS cơ bản cho các loại hình dịch vụ, mà chúng
ta sẽ gọi là phân lớp dịch vụ cơ bản. Người sử dụng của các phân lớp dịch vụ này có thể liên
lạc với cả mạng cố định và các mạng di động khác, do đó, chất lượng toàn trình (end-to-
end) cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các tính năng của mạng đầu xa. Mặc dù các khả năng
dịch vụ của UMTS và GPRS khác nhau rất lớn, chúng cùng hỗ trợ bốn lớp QoS như sau:
1. Conversational;
2. Streaming;
3. Interactive;
4. Background.
2.2.1 Lớp dịch vụ Conversation
2.2.2 Dịch vụ Streaming
2.2.3 Dịch vụ Interactive
2.2.4 Dịch vụ Background.
2.3 Cơ chế quản lý QoS trong mạng UMTS, cơ chế ánh xạ các tham số QoS vào các
Node mạng
Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên phương pháp để UTRAN thực hiện quản lý QoS.
Phần này bao gồm các nội dung sau:
 Kiến trúc QoS
 Ánh xạ QoS lên UTRAN
 Quản lý QoS ở UTRAN.
2.3.1 Kiến trúc QoS
3GPP TS 23.107 mô tả khái niệm QoS và kiến trúc. Ngoài ra, tiêu chuẩn này cung
cấp các tham số QoS dựa trên dịch vụ kênh mang UMTS.
9



Hình 2.2 Kiến trúc QoS trong UMTS
2.3.2 Ánh xạ QoS lên UTRAN

2.3.2.1 Các lớp QoS trong UMTS
Như trình bày ở trên, 3GPP TS 23.107 định nghĩa bốn loại lưu lượng UMTS
Conversational, Streaming, Interactive, Background.
Sự khác biệt chính giữa các loại này thể hiện ở QoS là mức độ nhạy cảm với độ trễ,
cụ thể như sau:
 Lớp Conversational nhạy cảm với độ trễ nhất. Nó được sử dụng để mang lưu lượng
có tính chất thời gian thực. Lưu lượng thời gian thực yêu cầu độ trễ ngắn nhất và tuần
tự thời gian nghiêm ngặt giữa các luồng dữ liệu. Do đó, lớp lưu lượng này có yêu cầu
QoS cao nhất.
 Lớp Streaming được sử dụng để mang các luồng dữ liệu theo một hướng duy nhất.
Nó không có yêu cầu cao về độ trễ, nhưng tuần tự thời gian phải được giữ trong một
luồng lưu lượng và jitter trễ end-to-end của các luồng dữ liệu phải được giám sát.
 Lớp Interactive được sử dụng để truyền dẫn các dịch vụ Internet truyền thống, như
duyệt web và truy xuất dữ liệu. Thời gian RTT là một tham số quan trọng, và các gói
dữ liệu cần được phát trong suốt với các tốc độ bit thấp.
10


 Lớp Background được sử dụng để nhận hoặc phát dữ liệu trong chế độ cơ bản. Như
các dịch vụ emal, SMS, và FTP. Lớp này không có yêu cầu cao về trễ, nhưng nó yêu
cầu các gói dữ liệu phải được phát trong suốt ở tốc độ bit thấp.
2.3.2.2 Các tham số QoS ở mang lõi (CN)
Mỗi dịch vụ mang UMTS được đặc tả bởi một số lượng chất lượng và các yếu tố chất
lượng, và chúng được liệt kê như dưới đây. Một số ứng dụng kế thừa một vài subflow khác
nhau trên các kênh mang truy nhập vô tuyến, chúng yêu cầu QoS tách biệt, đặc biệt đối với
bảo vệ chống lỗi, nhưng một số dịch vụ khác thì sử dụng cùng các đặc tính giống như kênh
mang UMTS. Trong đó một kênh mang truy nhập vô tuyến có nhiều hơn một subflow, nó
cũng có một số tương ứng các kênh mang vô tuyến.
Loại dịch vụ Conversation Streaming Interactive

Background

Tố độ bit lớn nhất
√ √ √ √
Thứ tự phát
√ √ √ √
Kích thước SDU lớn
nhất
√ √ √ √
Thông tin định dạng
SDU
√ √ - -
Tỉ lệ lỗi SDU
√ √ √ √
Tỉ lệ lỗi bit dư
√ √ √ √
Phát SDU lỗi
√ √ √ √
Trễ truyền tải
√ √ - -
Tốc độ bit đảm bảo
√ √ - -
Mức ưu tiên xử lý dịch
vụ (THP)
√ - √ -
Mức ưu tiên cấp phát
(ARP)
√ √ √ √
Nhận diện nguồn phát
√ √ - -

Chỉ thị báo hiệu
- - √ -
Bảng 2.1 Các tham số QoS định nghĩa bởi 3GPP.
Lưu ý:
 - : không áp dụng
 √: áp dụng
Đối với miền PS, QoS yêu cầu được đặt trong hồ sơ QoS IE như Hình 2.3 dưới đây:
11



Hình 2.3 Hồ sơ QoS của thuê bao trong miền PS
2.3.2.3 Cơ chế ánh xạ QoS trong UTRAN
QoS của các dịch vụ của UTRAN được điều khiển bởi các tham số liên quan. Các
tham số QoS của CN được ánh xạ tới các tham số QoS của UTRAN. Tất cả các tham số này
đảm bảo QoS của dịch vụ được cung cấp cho người sử dụng.
Đầu vào của ánh xạ QoS là các tham số QoS ở CN, và đầu ra là các tham số QoS vô
tuyến và tham số QoS truyền tải. Việc ánh xạ được thực hiện bởi RNC.
Đầu ra của ánh xạ QoS được áp dụng trong các chức năng liên quan của RNC và
NodeB. Các tham số NodeB được gửi tới NodeB thông qua giao diện Iub. Hình 2.4 dưới
đây chỉ ra cơ chế ánh xạ QoS này:
12



Hình 2.4 Cơ chế ánh xạ QoS trong UMTS
2.3.2.4 Ánh xạ QoS trên giao diện vô tuyến Uu
 Ánh xạ RAB-to-RB (RAB-to-RAB Mapping).
 Ánh xạ mức ưu tiên của người sử dụng (User Priority Mapping).
 Ánh xạ mức ưu tiên tích hợp RAB (RAB Integrated Priority Mapping).

 Ánh xạ HSPA SPI và GRB.
2.3.2.5 Ánh xạ QoS truyền tải trên giao diện Iub/Iur
Dựa trên các mô hình truyền tải, ánh xạ QoS truyền tải Iub/Iur bao gồm:
 Ánh xạ dịch vụ dựa trên ATM (Service Mapping over ATM)
 Ánh xạ dịch vụ dựa trên IP (Service Mapping over IP)
2.3.3 Quản lý QoS ở UTRAN
Chiến lược quản lý QoS ở UTRAN là cố gắng hết sức để đảm bảo QoS cho mỗi
người dùng và để cung cấp DiffServ cho các người dùng khác nhau, do đó đạt được các yêu
cầu của nhiều người sử dụng hơn.
13



Hình 2.5 Cơ chế quản lý QoS trong UTRAN
2.3.3.1 Đảm bảo QoS cho một người dùng
2.3.3.2 Phân biệt dịch vụ (DiffServ) cho các người sử dụng khác nhau
2.4 Các chỉ tiêu QoS trong mạng UMTS
Các chỉ tiêu đối với các lớp QoS cụ thể được mô tả trong Bảng 2.2.
Dịch
vụ
Ứng
dụng
Mức độ
đối xứng
Tốc độ
dữ liệu
(kbps)
Các tham số chất lượng chính và yêu cầu
Trễ End-to-
End một chiều

(ms)
Thay đổi
trễ trong
một cuộc
gọi (ms)
Mất thông
tin (%)
Âm
thanh Thoại Hai hướng

4-25
<150 (mức ưa
thích)
<400 (mức giới
hạn ) <1 <3 FER
Hình
ảnh
Thoại
thấy hình Hai hướng

32-384
<150 (mức ưa
thích)
<400 (mức giới
hạn )
Lip-Sync: <100 - <1 FER
Dữ liệu

Trò chơi
tương tác Hai hướng

28.8 <250 - 0
Dữ liệu

Telnet
Hai hướng
(không
cân xứng) <1 <250 - 0
Bảng 2.2 Kỳ vọng chất lượng của người sử dụng đối với dịch vụ thoại và thời gian thực
14


2.5 QoS toàn trình (End-to-End QoS)
Nhiều ứng dụng sẽ liên quan tới các máy chủ ở các mạng bên ngoài, điều đó có nghĩa
là QoS phụ thuộc vào các máy chủ này cũng như mạng UTRAN. Trong phần này, chung ta
sẽ nghiên cứu cách tính toán các tham số QoS quan trọng nhất là Trễ, Rung pha, Thông
lượng và Tỉ lệ lỗi.
2.5.1 Trễ
2.5.2 Thay đổi độ trễ
2.5.3 Thông lượng (Throughput)
2.5.4 Lỗi (Error)
2.5.5 Xác xuất lỗi cuộc gọi.
2.6 Kết luận
Chương này chúng ta đã tập trung nghiên cứu cơ chế quản lý QoS trong UMTS. Bốn
loại hình dịch vụ cơ bản trong UMTS (Conversation, Streamning, Interactive, Background)
và các yêu cầu QoS của chúng. Các cơ chế ánh xạ QoS từ mạng lõi sang mạng UTRAN.
Phần cuối chương tập trung phân tích QoS toàn trình của tất cả các loại dịch vụ. Trong
chương tiếp theo, chúng ta sẽ nghiên cứu yêu cầu QoS của các ứng dụng/dịch vụ cụ thể
trong UMTS. Các ứng dụng và dịch vụ này thuộc một trong bốn nhóm dịch vụ đã nêu trên
để minh họa cụ thể hơn yêu cầu QoS trong UMTS.

15


Chương 3 Nghiên cứu chỉ tiêu QoS của các dịch vụ và ứng dụng cụ thể

Kênh mang UMTS tốc độ cao và có thể thay đổi một cách linh hoạt tùy theo yêu cầu
của người sử dụng đầu cuối. Điều đó cho phép UMTS hỗ trợ rất nhiều loại dịch vụ và ứng
đụng đa phương tiện khác nhau. Trong chương này, chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu yêu
cầu QoS của các dịch vụ/ứng dụng tiêu biểu trong UMTS: các ứng dụng liên quan tới âm
thanh, các ứng dụng liên quan tới hình ảnh.
3.1 Giới thiệu
Các đặc tính mới nổi tiếng nhất của UMTS đó là tỷ lệ bit người sử dụng cao hơn: trên
các kết nối chuyển mạch kênh tỷ lệ này có thể đạt tới 384 kbps, và trên các kết nối chuyển
mạch gói tỷ lệ này có thể đạt tới 2 Mbps. Tỷ lệ bit cao hơn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho
việc phát triển một số dịch vụ mới, chẳng hạn như điện thoại video và việc download dữ
liệu một cách nhanh chóng.
3.2 Các ứng dụng âm thanh
Ứng dụng nối tiếng nhất của đàm thoại phải kể đến đó là dịch vụ thoại trên vật mang
chuyển mạch kênh. Với Internet và đa phương tiện, một số các ứng dụng mới sẽ yêu cầu
loại này, ví dụ như ứng dụng VoIP và thoại video. Việc đàm thoại trong thời gian thực luôn
luôn được thực hiện giữa các peer (hoặc các group) của những người dùng đầu cuối. Đây là
loại duy nhất trong 4 loại mà các đặc tính cần bị áp đặt bởi nhận thức của con người.
3.2.1 Thoại trên miền CS
AMR là mã hóa thoại chính của UMTS, nó sử dụng các kênh mang vô tuyến và các
mức lỗi chấp nhận được để cấp phát tốc độ thích ứng. Giống với các thuật toán GSM ban
đầu, AMR có ba subflow RAB tương ứng với ba loại bit, mỗi loại tương ứng với một kênh
truyền tải dành riêng.
Kích
thước gói

tin
Trễ
64 256 512 1,024 1,544 2,048 34M

45M
28
3.30 0.80 0.40 0.20 0.14 0.10 0.01

0.00
64
8.00 2.00 1.00 0.50 0.33 0.25 0.02

0.01
256
32.00 8.00 4.00 2.00 1.30 1.00 0.06

0.04
640
80.00 20.00

10.00 5.00 3.30 2.50 0.15

0.11
1,000
128.00

32.00

16.00 8.00 5.20 4.00 0.24

0.17
1,500
187.00

47.00

23.50 12.00 7.90 6.00 0.36

0.25
Bảng 3.1 Trễ thay đổi theo kích thước gói tin và tốc độ bit.
16


3.2.2 Thoại trên miền PS
3.2.3 Âm thanh MP3.
3.3 Các ứng dụng hình ảnh
3.3.1 Video
Do tính chất của nén video, yêu cầu BER là nghiêm ngặt hơn so với thoại. UMTS đã
xác định rằng ITU-T Rec. H.324M nên được sử dụng cho điện thoại video chuyển mạch
kênh và Session Initiation Protocol (SIP) để hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện IP, bao
gồm cả điện thoại video.
3.3.2 JPEG và JPEG động
3.3.3 Hội nghị truyền hình H.261
3.3.4 MPEG-2
3.3.5 JPEG-2000
3.3.6 MPEG-4
3.3.7 H.263, H.324, và 3G-324M
3.4 Kết luận
Trong chương này, chúng ta đã lần lượt nghiên cứu QoS của các dịch vụ và ứng dụng
cụ thể trong UMTS. Mỗi loại hình dịch vụ/ứng dụng có yêu cầu QoS khác nhau đặc thù theo

nội dung thông tin. Dịch vụ thoại yêu cầu trễ thấp, dịch vụ dữ liệu luôn yêu cầu thông lượng
cao. Các ứng dụng phổ biến trong UMTS gồm ứng dụng mang thông tin âm thanh (thoại
trên miền CS và PS) và ứng dụng mang thông tin hình ảnh. Có rất nhiều thuật toán nén thoại
và dữ liệu đã được nghiên cứu và sử dụng cho các ứng dụng trên. Mỗi thuật toán đều có các
yêu cầu riêng về tỉ lệ nén tín hiệu, độ trễ xử lý, kích thước gói tin, …, các thông số này ảnh
hưởng tới QoS của dịch vụ sử dụng thuật toán đó.
17



Chương 4 Xây dựng bài đo QoS dựa trên phân lớp thuê bao và
khuyến nghị triển khai.

QoS chỉ có ý nghĩa khi được xem xét trong trường hợp có sự tranh chấp tài nguyên
giữa các dịch vụ, giữa những người sử dụng cùng một thời điểm, hoặc mạng bị tắc
nghẽn/không đủ tài nguyên theo yêu cầu. Hiện nay, thị trường viễn thông di động ở Việt
Nam đã qua giai đoạn phát triển về vùng phủ (giai đoạn phát triển về chiều rộng), thay vào
đó là giai đoạn phát triển về chiều sâu với yếu tố then chốt là đảm bảo chất lượng dịch vụ
(QoS). Để đảm bảo được điều đó, một trong những cách đang được định hướng triển khai ở
Việt Nam là “Phân loại dịch vụ (DiffServ) dựa trên phân lớp thuê bao”. Có nghĩa là mỗi
thuê bao hòa mạng sẽ được cam kết đảm bảo một mức QoS riêng (tỉ lệ thiết lập cuộc gọi,
tốc độ bit đảm bảo GBR, …). Về mặt kỹ thuật, thuê bao được gán các mức ưu tiên khác
nhau (SPI) và có các quyền khác nhau (quyền được chiếm kênh, bị chiếm kênh)… hình
thành nên các phân lớp thuê bao: thuê bao thông thường, thuê bao VIP (Gold, Silver,
Bronze). Khi có nghẽn mạng xảy ra, thuê bao có mức ưu tiên cao hơn sẽ được cấp phát
nhiều tài nguyên hơn, thậm chí có thể chiếm kênh của thuê bao có mức ưu tiên thấp để thực
hiện dịch vụ. Kết quả là, thuê bao sẽ được đảm bảo QoS theo mức cam kết của nhà khai
thác.
Chương này sẽ nghiên cứu cách thức triển khai QoS dựa trên mức độ ưu tiên của thuê
bao cho dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu BE (Background và Interactive) trong trường hợp

có mạng nghẽn, có sự tranh chấp tài nguyên. Xây dựng bài đo và kết quả đo trên mạng
Mobifone. Chương này cũng sẽ đưa ra một số khuyến nghị triển khai trên dịch vụ này trên
mạng di động UMTS ở Việt Nam.
4.1 QoS dựa trên phân lớp thuê bao;
4.1.1 Tính năng eMLPP cho dịch vụ thoại dựa trên mức ưu tiên của thuê bao (tính
năng ưu tiên cho dịch vụ thoại)
Tính năng eMLPP (enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption) cung cấp các
mức ưu tiên khác nhau đối với thiết lập cuộc gọi và với tính liên tục cuộc gọi trong trường
hợp chuyển giao.
Có 7 mức ưu tiên được định nghĩa trong 3GPP TS 22.067. Mức ưu tiên cao nhất (A)
được dự phòng cho sử dụng nội mạng. Mức ưu tiên cao thứ hai (B) có thể được sử dụng cho
18


nội mạng hoặc, tùy chọn, phụ thuộc vào các yêu cầu của đăng ký thuê bao. Hai mức ưu tiên
này (A và B) có thể chỉ được sử dụng nội mạng, ví dụ, trong miền của một MSC.
Năm mức ưu tiên khác được cung cấp cho thuê bao và có thể được áp dụng toàn cầu.
Bảy mức ưu tiên được định nghĩa như sau:
 A (cao nhất, để sử dụng nội mạng)
 B (để sử dụng nội mạng hoặc, tùy chọn, để đăng ký thuê bao)
 0 (để đăng ký thuê bao)
 1 (để đăng ký thuê bao)
 2 (để đăng ký thuê bao)
 3 (để đăng ký thuê bao)
 4 (thấp nhất, để đăng ký thuê bao).
4.1.2 Tính năng phân loại dịch vụ HSPA dựa trên mức ưu tiên của thuê bao (tính năng
ưu tiên cho dịch vụ dữ liệu)
Do sự phát triển của công nghệ HSPA, kênh HSPA đang trở thành kênh mang chính
cho các dịch vụ của UMTS. Tính năng Phân loại dịch vụ HSPA dựa trên mức ưu tiên thuê
bao hoặc dịch vụ chỉ áp dụng đối với kênh HSPA. Nó cung cấp dịch vụ khác nhau cho

những người sử dụng dựa trên loại dịch vụ và mức ưu tiên của người sử dụng.
Phân loại dịch vụ HSPA cần sự hỗ trợ của các phần tử mạng như: CN, RAN và UE.
4.1.2.1 Phân loại ưu tiên dịch vụ HSPA dựa trên loại dịch vụ
Dịch vụ PS thường được mang trên kênh HSPA. Trong 3GPP Release 8, dịch vụ
AMR cũng có thể được mang trên kênh HSPA.
Dịch vụ được mang trên kênh HSPA được phân loại thanh dịch vụ nhạy cảm với trễ và
dịch vụ nhạy cảm với thông lượng như dưới đây.
4.1.2.2 Phân loại ưu tiên dịch vụ HSPA dựa trên mức ưu tiên của người sử dụng
Phân loại ưu tiên dịch vụ HSPA dựa trên mức ưu tiên của người sử dụng chủ yếu áp
dụng cho các dịch vụ BE (nhạy cảm với thông lượng). Có ba mức ưu tiên của người dùng
khác nhau: Gold, Silver và Copper. Với chức năng này, nhà khai thác cho phép thiết lập các
tham số như Guaranteed Bit Rate (GBR), Happy Bit Rate (HBR), và trọng số SPI khác nhau
cho dịch vụ BE của các mức ưu tiên theo người dùng khác nhau. Dựa trên những tham số
này, NodeB lập lịch tài nguyên trên giao diện Uu và điều khiển luồng trên giao diện Iub.
Theo cách này, phân loại mức ưu tiên dịch vụ HSPA sẽ được cung cấp tới người sử dụng
với các mức ưu tiên khác nhau.
19


Khi tài nguyên không đủ, người sử dụng có mức ưu tiên cao được cung cấp dịch vụ
với chất lượng tốt hơn.
4.1.2.3 Thiết lập ánh xạ QoS HSPA
4.1.2.3.1 Mô tả
CN gửi các tham số QoS tới mạng RAN thông qua bản tin thiết lập RAB trên giao
diện Iu. RAN khởi tạo các tham số QoS sử dụng ánh xạ QoS và thực hiện phân loại mức ưu
tiên dịch vụ HSPA dựa trên các tham số QoS. Hình sau đây chỉ ra ánh xạ QoS của HSPA.
Nhà khai thác có thể cấu hình ánh xạ QoS bằng cách thiết lập các tham số QoS trên RNC:

Bảng 4.1 Ánh xạ QoS trên RNC
4.1.2.3.2 Ánh xạ sang GBR

Mạng CN không thiết lập GBR cho các dịch vụ BE (các dịch vụ interactive và
background). Để đảm bảo tốc độ cơ bản cho hai loại dịch vụ này, RNC cho phép cấu hình
GBR cho chung. GBR thay đổi theo các mức ưu tiên của người dùng và các hướng kết nối.
Hướng Gold Silver Copper
Downlink 256 kbit/s 128 kbit/s 64 kbit/s
Uplink 256 kbit/s 128 kbit/s 64 kbit/s
Bảng 4.2 Ví dụ về ánh xạ GRB dựa trên mức ưu tiên của người dùng
Chú ý: GBR được cấu hình dựa trên mức ưu tiên của người dùng, các loại lưu lượng
(TC), mức ưu tiên xử lý lưu lượng (THP), các kênh mang R99/HSPA. Ví dụ trên chỉ nêu ra
cấu hình GBR dựa trên mức ưu tiên của người dùng.
4.1.2.3.3 Ánh xạ sang HappyBR
Như đã mô tả trước đây, HBR định nghĩa tốc độ dịch vụ BE được kỳ vọng dựa trên
trải nghiệm của người sử dụng. HBR được cấu hình trong RNC dựa trên mức ưu tiên người
dùng thông qua tham số HapppyBR.
4.1.2.3.4 Ánh xạ sang UserPriority
UserPriority được xác định bởi ARP:
20


ARP 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

UserPriority

Error





Gold

Silver









Copper





Bảng 4.3 Ánh xạ mặc định từ ARP sang UserPriority

4.1.2.3.5 Ánh xạ sang THPClass
THPClass được xác định bởi THP như sau:
THP 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

THPClass

High









Medium









Low

Bảng 4.4 Ánh xạ mặc định từ THP sang THPClass
4.1.2.3.6 Ánh xạ sang SPI
Ánh xạ của TC, mức ưu tiên của người sử dụng, và THPClass sang SPI được thiết
lập tại RNC như sau:
TrafficClass UserPriority THPClass SPI SPIWeight
Interactive Gold High 10 100%
Gold Medium 9 100%
Gold Low 8 100%
Silver High 7 100%
Silver Medium 6 100%
Silver Low 5 100%
Copper High 4 100%
Copper Medium 3 100%
Copper Low 2 100%
Background Gold
None
8 100%
Silver
None
5 100%
Copper
None
2 100%
Bảng 4.5 Ánh xạ mặc định từ TrafficClass, UserPriority, và THPClass sang SPI
21


4.2 Xây dựng bài test đánh giá QoS của tính năng eMLPP (dành cho thoại) và tính
năng phân loại dịch vụ HSPA (dành cho dữ liệu) dựa trên mức ưu tiên của thuê

bao. Kết quả test thực tế trên mạng Mobifone;
Dựa trên nền tảng lý thuyết đã nghiên cứu từ Chương 1 đến Chương 4, phần này sẽ
xây dựng các bài đo và đo kiểm thực tế hai tính năng phân biệt dịch vụ trong UMTS cho hai
trường hợp đơn giản và phổ biến nhất trên mạng Mobifone dùng thiết bị của Huawei:
 Bài đo phân biệt dịch vụ thoại eMLPP trên hệ thống 3G-UMTS của Mobifone sử
dụng thiết bị Huawei: bài đo với 2 thuê bao di động thoại với mức ưu tiên khác nhau
truy cùng một cell, gọi tới một thuê bao cố định trong trường hợp nghẽn mạng.
 Phân biệt dịch vụ dữ liệu HSPA trên hệ thống 3G-UMTS của Mobifone sử dụng
thiết bị Huawei: bài đo với 3 thuê bao dữ liệu có các mức ưu tiên giống nhau/khác nhau
truy nhập đồng thời vào cùng một cell, thực hiện dịch vụ BE.
4.2.1 Bài đo phân biệt dịch vụ thoại eMLPP trên hệ thống 3G-UMTS của Mobifone sử
dụng thiết bị Huawei
4.2.2 Phân biệt dịch vụ dữ liệu HSPA trên hệ thống 3G-UMTS của Mobifone sử dụng
thiết bị Huawei
Đề tài này sẽ nghiên cứu hai bài đo cho dịch vụ dữ liệu HSPA trong trường hợp có
tranh chấp tài nguyên mạng dựa trên trọng số SPI:
 Lập lịch HSDPA cho dịch vụ nhạy cảm với lưu lượng với mức ưu tiên giống nhau
(HSDPA Scheduling of Traffic Sensitive Service with Same Priority - BE service)
 Lập lịch HSPA cho dịch vụ nhạy cảm thông lượng với khác mức ưu tiên khác nhau
(HSDPA Scheduling of Traffic Sensitive Service with Different Priority - BE
service)
4.3 Khuyến nghị triển khai
Hiện nay, tất cả các thuê bao hòa mạng đều không được thiết lập mức ưu tiên. Riêng
đối với thuê bao dữ liệu, nhà mạng chỉ có các gói cước hạn chế tốc độ tối đa (gói cước
1Mpbs, 2Mbps, 7,2Mbps, …), nhà mạng không cam kết tốc độ đảm bảo GBR cho thuê bao.
Điều đó có nghĩa là các thuê bao sẽ được đối xử như nhau khi nghẽn mạng hoặc tranh chấp
tài nguyên, bất kể thuê bao đó là thuê bao trả trước hay trả sau, thuê bao VIP hay thuê bao
thông thường. Điều đó ảnh hưởng lớn đến mức hài lòng khách hàng, đặc biệt là đối với phân
lớp thuê bao VIP (thường là thuê bao trả sau và có mức phát sinh cước hàng tháng hơn 50$).
Về mặt gói cước, hiện cũng chỉ có các gói cước rất đơn giản và hongg có cam kết chặt chẽ

22


về QoS. Do đó, việc thực hiện được tính năng phân biệt dịch vụ cho thuê bao thoại và thuê
bao dữ liệu cho phép nhà mạng có thể tung ra nhiều sản phẩm dịch vụ đa dạng hơn, linh
hoạt đối với mọi người sử dụng. Người sử dụng có nhiều cơ hội hơn trong việc lựa chọn sản
phẩm, dịch vụ khi hòa mạng tùy thuộc vào nhu cầu và thói quen sử dụng dữ liệu thực tế của
mình. Thuê bao sẽ được phân cấp thanh nhiều nhóm khác nhau: thuê bao thông thường,
thuê bao VIP (Gold, Silver, Bronze).
4.3.1 Tính năng thiết lập quyền ưu tiên dịch vụ thoại dựa trên eMLPP
 Tính năng dịch vụ:
• Cho phép dành tài nguyên cho cuộc gọi có ưu tiên cao, giải phóng tài nguyên
cuộc gọi có mức ưu tiên thấp đang diễn ra nếu cần.
• Ứng dụng khi thiết lập cuộc gọi (call setup) hoặc trong khi handover.
• Cho phép thiết lập 7 mức ưu tiên (A, B, 0, 1, 2, 3, 4).
• Cần hỗ trợ ở cả HLR, MSC, BSC/RNC
 Phạm vi áp dụng:
• Có thể thiết lập theo từng cuộc gọi (với máy đầu cuối hỗ trợ eMLPP) hoặc thiết
lập giá trị mặc định cho mọi cuộc gọi.
• Có thể tính cước khác nhau cho cuộc gọi (CDR)
 Triển khai:
• Triển khai xác định khách hàng VIP, xây dựng cơ sở dữ liệu
• Cập nhật dữ liệu khách hàng VIP trên HLR.
• Cập nhật hệ thống tính cước CDR, bổ sung cước offline (CDR) nếu có.
• Trên ngHLR khai báo tham số CARP (CS Allocation/Retention Priority), Đối với
thuê bao VIP khai báo tham số này =1, thuê bao thông thường tham số này = 3.
4.3.2 Thiết lập ưu tiên cho dịch vụ dữ liệu dựa trên phân biệt dịch vụ HSDPA
 Tính năng dịch vụ:
• Có cam kết tốc độ đảm bảo ở cả đường xuống và đường lên cho từng phân lớp
thuê bao.

• Trong trường hợp tranh chấp tài nguyên, tài nguyên sẽ được ưu tiên cấp phát cho
thuê bao có mức ưu tiên cao để đảm bảo tốc độ dịch vụ tốt nhất.
 Mạng lõi: gửi các tham số về chất lượng dịch vụ
• Tốc độ bit lớn nhất cho từng QoS profile.
• Tốc độ bit lớn nhất được bảo đảm cho từng QoS profile
23


• Ưu tiên cấp phát và duy trì linh hoạt.
• Ưu tiên điều khiển lưu lượng
 Mạng vô tuyến: cần xem xét các tham số sau
• Tốc độ bit lớn nhất cho từng QoS profile
• Tốc độ bit lớn nhất được bảo đảm cho từng QoS profile
 Hệ thống Provisioning khi thuê bao đăng ký dịch vụ data:
• Cơ sở dữ liệu thuê bao VIP
• Hệ thống provisioning: Lấy cơ sở dữ liệu thuê bao VIP là thông tin đầu vào.
• Khai báo thêm profile mới trên các hệ thống HLR (tùy theo chính sách).
4.4 Kết luận
Chương này đã đi sâu nghiên cứu tính năng phân biệt dịch vụ thoại eMLPP và dịch
vụ dữ liệu BE theo các tiêu chuẩn và khuyến nghị của 3GPP. Tiếp đó là các bài đo kiểm tra
các tính năng dịch vụ này áp dụng cho các phân lớp thuê bao cùng mức ưu tiên và có mức
ưu tiên khác nhau để chứng tỏ khả năng cung cấp và đảm bảo QoS cho các phân lớp thuê
bao của hệ thống UMTS. Bài đo này cũng đã được kiểm tra thực tế trên mạng UMTS của
nhà khai thác VMS. Phần cuối chương là một số khuyến nghị và lưu ý khi triển dịch vụ này
trên mạng UMTS, đặc biết lưu ý tới định nghĩa QoS dành cho phân lớp thuê bao VIP.