1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Văn Nghị

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO THUÊ BAO DATA 3G
TRÊN MẠNG MOBIFONE

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60.52.70

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Mạnh Hùng

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012
2
MỞ ĐẦU
Hiện công nghệ 3G đã được triển khai ở rất nhiều nước trên thế giới. Cùng với tính

lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2.
Hình 1.1: Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G Hình 1.2: Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

Hình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP
4 Hình 1.3: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP
1.1.2 Giới thiệu về cấu trúc mạng WCDMA
Cấu trúc mạng 3G WCDMA có thể được mô hình hóa theo nhiều cách khác nhau. Ở
đây sẽ giới thiệu một số cấu trúc mạng cơ bản bao gồm:
● Mô hình khái niệm.
● Mô hình cấu trúc.
● Cấu trúc quản lý tài nguyên.
● Cấu trúc dịch vụ mạng UMTS.
1.1.3 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến UTRAN
Nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mang truy cập vô tuyến
(RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN). UTRAN nằm
giữa hai giao diện mở Uu và Iu. Nhiệm vụ của UTRAN là phối hợp với mạng lõi thực hiện
các dịch vụ mạng qua các giao diện này.
UTRAN bao gồm nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network
Subsystem). Mỗi RNS bao gồm một số trạm gốc (node B), giao diện Uu và một bộ điều
khiển mạng vô tuyến RNC. RNC kết nối với node B bằng giao diện Iub. Các RNS giao tiếp
với nhau sử dụng giao diện mở Iur mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng.

Để đáp ứng cho dự báo thuê bao và lưu lượng như kể trên, cần xây dựng mạng 3G đủ
đáp ứng dung lượng và vùng phủ sóng theo nhu cầu.
VMS lựa chọn nâng cấp mạng hiện thời lên mạng 3G tiêu chuẩn WCDMA, với các
phần tử mạng lõi cần được nâng cấp để tương thích kết nối với mạng 3G, bổ sung thêm các
phàn tử mạng RAN.
1.3 Dịch vụ data 3G trên mạng MobiFone và yêu cầu điều khiển tốc độ.
1.3.1 Dịch vụ data trên mạng MobiFone.
Sau khi triển khai 3G, MobiFone đã cung cấp nhiều dịch vụ data cho thuê bao trên
mạng, cụ thể một số dịch vụ chủ yếu gồm dịch vụ Mobile Internet, dịch vụ Fast Connect,
dịch vụ Mobile TV và dịch vụ WAP Portal.
6

1.3.2 Ưu tiên dịch vụ và QoS cho thuê bao di động.
Mạng thông tin di động thứ 3 UMTS giới thiệu các dịch vụ dựa trên IP cho người
dùng di động. Một vài dịch vụ mới (chẳng hạn như video streaming) cần mức bảo vệ chất
lượng dịch vụ QoS từ mạng để làm việc một cách chính xác.
Trong mạng hiện tại, để nâng cao chất lượng QoS được xử lý bằng cách mở rộng
mạng lưới, đường truyền. Tuy nhiên, cách tiếp cận này không phù hợp với truyền thông di
động khi mà nguồn tài nguyên vô tuyến bị hạn chế. Với giải pháp QoS dựa trên phân lớp
QoS khác nhau (phân lớp lưu lượng traffic class) thì việc sử dụng nguồn tài nguyên mạng di
động sẽ được tối ưu.
Người dùng mạng di động chỉ quan tâm chất lượng dịch vụ end-to-end. Dịch vụ end-
to-end liên quan tới toàn mạng và phải thiết lập các tham số QoS theo các cấp độ khác nhau.
1.3.3 Kiến trúc UMTS QoS
Dịch vụ mang được xem xét là end-to-end, nghĩa là từ thiết bị đầu cuối TE tới thiết bị
đầu cuối khác. Để thực hiện QoS cho một dịch vụ cần các đặc tính được định nghĩa và chức
năng được thiết lập từ nguồn tới đích của dịch vụ. Một dịch vụ mang bao gồm tất cả các
khía cạnh có thể cung cấp của một QoS đã được cam kết. Khía cạnh này là ở giữa báo hiệu
điều khiển khác nhau, truyền tải mặt phẳng người dùng và chức năng quản lý QoS. Kiến
trúc phân lớp dịch vụ mang được chỉ ra trong hình 1.23

Các thiết bị vô tuyến tham gia vào điều khiển tốc độ QoS gồm RNC và NodeB, trong
khi các thiết bị mạng lõi gồm nhiều thiết bị như HLR, SGSN, GGSN, PCRF và SCG. SCG
đóng vai trò như là thiết bị DPI kiểm tra các gói tin tới lớp 7 để phân biệt cho từng dịch vụ.
Tùy từng điều kiện thì chức năng DPI có thể được tích hợp trên GGSN để giảm thiểu số
Node trên mạng.
2.2 Các tham số QoS
2.2.1 Tổng quan
Đồng nhất tham số QoS làm cho có thể chuyển đổi thuộc tính QoS dựa trên giao thức
mang. Nó đảm bảo cơ chế QoS liên tục. Để đảm bảo QoS cho thuê bao data, QoS được
đồng nhất như chỉ ra trong hình sau:
9 Hình 2.2: Đồng nhất tham số QoS
2.2.2 Giới thiệu tham số QoS
Các tham số QoS bao gồm ARP, GBR, MBR, THP, TC, SPI, DSCP, PHB và
QCI.
2.3 Nguyên tắc QoS
2.3.1 Nguyên tắc
- HLR lưu giữ thông tin thuê bao như ARP, GBR, MRB, TC và THP.
- UE thực hiện đàm phán QoS với RNC, SGSN và GGSN trước khi khởi động một
dịch vụ để đảm bảo chính sách QoS liên tục từ đầu cuối tới đầu cuối.
- GGSN gửi một bản tin yêu cầu chính sách QoS tới PCRF sau khi nhận một yêu cầu
ngữ cảnh PDP từ UE. PCRF tạo ra một chính sách QoS dựa trên thông tin thuê bao và chính
sách QoS nội bộ.
- Tham số QoS được đồng nhất tới các tham số có thể được xác định bởi RNC,
SGSN và GGSN.
- RNC, SGSN, GGSN thực hiện vận hành dựa trên cấu hình của tham số QoS đồng
nhất và chính sách QoS tương ứng.
- RAB sắp xếp hàng đợi truyền dẫn và thi hành điều khiển nghẽn dựa trên đồng nhất

CN
NodeB
DSCP
Backhaul
EXP
10

- NodeB phân bổ tài nguyên vô tuyến và thi hành điều khiển công suất dựa trên cấu
hình tham số QoS phân phối từ RNC.
2.3.2 Đồng nhất tham số QoS
Tham số QoS phải đồng nhất giữa tham số từ mạng ngoài và trong mạng UMTS.
Tham số QoS đồng nhất giữa các dịch vụ mang trong mạng UMTS. Các tham số được thảo
luận như sau:
● Từ các tham số ứng dụng tới tham số dịch vụ mang UMTS.
● Từ tham số dịch vụ mang UMTS tới tham số dịch vụ mang truy nhập vô tuyến
● Từ tham số dịch vụ mang UMTS tới tham số dịch vụ mang mạng lõi.
2.4 Điều khiển tốc độ trong mạng vô tuyến
Trong mạng vô tuyến, điều khiển tốc độ được thực hiện trên thiết bị RNC và NodeB.
Các thành phần này cung cấp các chức năng sau:
Đồng nhất tham số QoS: RNC đồng nhất độ ưu tiên vị trí và chiếm giữ ARP, lớp lưu
lượng TC, và độ ưu tiên xử lý lưu lượng THP tới chỉ thị ưu tiên lập lịch SPI và mức quan
trọng SPI dựa trên chính sách QoS nội bộ.
Dịch vụ khác nhau (DiffServ): NodeB lập lịch tài nguyên vô tuyến dựa trên SPI và
mức quan trọng SPI.
RNC xác định dù dịch vụ được ủy quyền nhà cung cấp nội dung hoặc nhà cung cấp
dịch vụ và được chiếm giữ tài nguyên vô tuyến dựa trên dịch vụ.
Mã điểm dịch vụ khác nhau (DSCP) trong các gói tin dịch vụ xác định loại dịch vụ.
Theo các dạng dịch vụ, RNC ưu tiên dịch vụ cho lưu giữ tài nguyên vô tuyến.
RNC ưu tiên thuê bao cho việc chiếm giữ tài nguyên vô tuyến dựa trên ARP.
Điều khiển nghẽn: Khi mạng bị nghẽn ở mức độ nhẹ, RNC giảm tốc độ cho thuê

● Phân mức ưu tiên điều khiển lưu lượng (THP) của RAB dịch vụ tương tác.
● Mức ưu tiên cấp phát và duy trì (ARP)
Khi mạng lõi PS khởi tạo thủ tục cấu hình lại RAB để thay đổi 1 hoặc nhiều tham số
QoS TC, THP, ARP và MBR, điều khiển như sau:
● HS-DSCH: Tăng hoặc giảm tốc độ bit lớn nhất được tiến hành ngay lập tức.
● E-DCH: Tăng hoặc giảm tốc độ bit lớn nhất được tiến hành ngay lập tức.
● DL DCH: Nếu giảm tốc độ bit đươc yêu cầu do có sự thay đổi trong tốc độ bit lớn
nhất của RAB, giảm cấp được tiến hành ngay lập tức. Nếu tốc độ bit lớn nhất của RAB
được nâng lên, yêu cầu về cấp phát dung lượng phải đợi.
12

● UL DCH: Nếu giảm tốc độ bit được yêu cầu vì sự thay đổi tốc độ bit lớn nhất của
RAB, việc giảm được tiến hành ngay lập tức. Nếu tốc độ bit được nâng lên, yêu cầu về dung
lượng phải đợi.
2.4.2 Quá trình điều khiển tải
Tải được sinh ra từ lưu lượng các dịch vụ thời gian thực (RT) và dịch vụ không phải
thời gian thực (NRT) cũng như nhiễu từ các cell khác và nhiễu nền. Sự khác nhau giữa 2
loại lưu lượng dựa trên các thuộc tính về lưu lượng của các tải tin truy nhập vô tuyến của
chúng (RAB). Không giống như các tải tin NRT RAB, RT RAB có tốc độ bit được đảm bảo
và yêu cầu về trễ truyền tải, điều kiện để RAN xem xét cấp phát tài nguyên. Với lý do này,
tải sinh ra do lưu lượng RT không thể bị điều khiển, trong khi lưu lượng NRT có thể linh
hoạt, nó không cần sự đảm bảo về tốc độ dữ liệu. Do đó, lưu lượng RT (không bao gồm
dịch vụ luồng PS), cùng với nhiễu từ các cell lân cận và nhiễu nền, được đề cập như là tải
không thể điều khiển được nghĩa là tốc độ bit của tải tin không được thay đổi với kết nối đó.
Lưu lượng NRT, có thể được điểu khiển một cách linh động và do đó có thể coi là tải có thể
điều khiển được nghĩa là tốc độ bit tải tin có thể thay đổi tương ứng với kết nối đó. Tải sinh
ra từ lưu lượng luồng PS có thể được coi là tải bán điều khiển nghĩa là các dịch vụ được
truyền với tốc độ bit được đảm bảo trong các điều kiện tải thông thường nhưng tài nguyên
của nó có thể bị giải phóng, nghĩa là tốc độ bit của nó có thể bị giảm về 0 kbps trong các
điều kiện mạng bị quá tải. Các tải tin RAB luồng CS và thoại CS và PS được xem xét như là

 GGSN đàm phán với SGSN dựa trên đàm phán QoS trước đó.
 GGSN gửi kết quả đàm phán QoS tới UE trong bản tin yêu cầu tạo ngữ cảnh PDP.
● Bộ xác định QoS: GGSN đồng nhất tham số QoS GPRS/UMTS đối với các tham
số IP bằng cách cấu hình đồng nhất giữa tham số QoS và DSCP hoặc dạng của dịch vụ
(ToS).
Sau khi DSCP hoặc ToS được thêm vào trong mào đầu IP, dữ liệu đường lên/đường
xuống được chuyển tới ưu tiên tương ứng.
● Điều khiển băng thông: GGSN điều khiển băng thông theo APN, lớp lưu lượng
(TC), và ưu tiên thuê bao.
● DPI: DPI làm cho GGSN phân tích các dạng dịch vụ. Dựa trên dạng dịch vụ,
GGSN yêu cầu SGSN cập nhật chính sách QoS. Điều này làm cho nhà khai thác tối ưu hóa
một cách linh động chính sách QoS và cải thiện việc sử dụng tài nguyên vô tuyến.
● Điều khiển chính sách QoS: GGSN hỗ trợ chính sách QoS mặc định và chính sách
QoS dựa trên APN:
14

 Nếu chính sách QoS được cụ thể trong APN, GGSN thi hành chính sách QoS dựa
trên APN.
 Nếu chính sách QoS không được cụ thể trong APN, GGSN thi hành chính sách
QoS mặc định.
2.4.3 Trên PCRF
PCRF cung cấp chức năng sau:
● Điều khiển chính sách QoS tĩnh: PCRF gửi chính sách QoS tới GGSN dựa trên
thông tin thuê bao. Theo chính sách QoS, GGSN điều khiển dịch vụ khi UE truy nhập
mạng. Chẳng hạn, PCRF xác định chính sách điều khiển băng thông dựa trên các dịch vụ
như dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MMS, giao thức truy nhập vô tuyến WAP và truy cập
internet dựa trên thông tin thuê bao liên quan.
● Chính sách QoS dựa trên thời gian: PCRF xác định chính sách QoS dựa trên điều
kiện mạng và sử dụng dịch vụ thuê bao ở thời điểm khác nhau. Điều này cải thiện chất
lượng mạng. Chẳng hạn, các chính sách được truy vấn tới điều khiển luồng lưu lượng ở

16

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO THUÊ BAO
DATA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG
3.1 Áp dụng điều khiển tốc độ cho thuê bao data trên mạng MobiFone
3.1.1 Điều khiển tốc độ mạng vô tuyến theo QoS
Thiết bị mạng vô tuyến 3G MobiFone được cung cấp bởi các nhà cung cấp thiết bị gồm
Ericsson, NSN, Huawei và ZTE.
 Ericsson:
- Khối băng gốc basedband: khối băng gốc 3G (MU) và khối băng gốc 2G là độc
lập với nhau. Khối băng gốc 3G sẵn sàng hỗ trợ 3G, HSPA+, LTE.
- Khối điều chế vô tuyến: tại thời điểm hiện nay, khối vô tuyến sẵn sàng hỗ trợ
3G/HSPA, HSPA+ (RRU22, RRUW-01).
 Huawei:
- Khối băng gốc basedband: khối băng gốc sẵn sàng hỗ trợ 2G, 3G, LTE
(BBU3900).
- Khối điều chế vô tuyến: khối vô tuyến sẵn sàng hỗ trợ 2G, 3G/HSPA, HSPA+,
LTE (RRU3908, MRFU) trên cùng 1 băng tần
(G900/U900/L1800, G1800/U1800/L1800).
 Nokia Siemens Networks:
- Khối băng gốc basedband: khối băng gốc 3G (BB) và khối băng gốc 2G là độc

khiển, kiếm soát tốc độ offline để giảm QoS khi đạt đến ngưỡng.
- Giai đoạn 2: Mạng vô tuyến đã được nâng tốc độ cao nhất từ 7,2Mbps lên 22Mbps,
chỉ còn một HLR tập trung trên mạng và khi hoàn thành nâng cấp các thiết bị mạng lõi
GPRS (dự kiến từ tháng 8/2012), sẽ cung cấp thêm các gói cước mới dựa trên điều khiển tốc
độ và QoS.
- Giai đoạn 3: Sau khi hoàn thành nâng cấp các tính năng trên mạng vô tuyến RAN
3G, sẽ triển khai QoS End to End trên toàn mạng. Phân biệt các khách hàng theo các mức
QoS khác nhau và đảm bảo tốc độ cho từng thuê bao. Phần triển khai chi tiết sẽ được áp
dụng, giả thiết một cách áp dụng trên khai phân lớp QoS gồm các tham số từ mạng lõi tới
mạng vô tuyến.
18

Sau khi hoàn thành bước này sẽ hoàn toàn điều khiển được tốc độ, QoS end to end cho từng
thuê bao và sẽ cung cấp nhiều gói cước hấp dẫn cho khách
3.3 Đánh giá hiệu quả áp dụng
Giai đoạn 1 đã được áp dụng thành công trên mạng MobiFone. Việc đưa ra các gói
cước đã tối ưu hóa chi phí và tiện dụng cho khách hàng. Lưu lượng data đã tăng liên tục và
áp dụng chính sách QoS một cách offline với việc điều khiển tốc độ khi khách hàng dùng
data tới một ngường thì tốc độ sẽ bị giảm xuống. Giải pháp này đã được áp dụng từ ngày
27/09/2011. Đến thời điểm hiện tại đã thực hiện hạ băng thông được hơn 10.000 gói
cước(FCU dịch vụ Fast Connect và MIU cho dịch vụ Mobile Internet) của các thuê bao do
sử dụng vượt quá dung lượng cho phép. Kết quả thực hiện hạ băng thông chính xác, đáp
ứng được tốc độ, số lượng, có thể sử dụng được lâu dài.
Theo như nhiều nhà mạng trên thế giới đã và đang triển khai các giai đoạn 2, 3 thì
việc phân lớp khách hàng đã đạt được nhiều thành công về dịch vụ data.
Luận văn bước đầu đã được áp dụng trên mạng MobiFone và sẽ được áp dụng theo lộ
trình từng bước nhằm cung cấp dịch vụ data chất lượng cho khách hàng MobiFone. Trong
quá trình triển khai các bước thực tế các mạng, là một thành viên trong đề án này trên mạng
MobiFone, chủ trì đề tài sẽ tiếp tục hoàn thiện giải pháp theo lộ trình để đạt hiệu quả tối ưu
cao nhất cho mạng MobiFone.
Ngoài ra, việc nghiên cứu điều khiển tốc độ QoS cho thuê bao LTE là một hướng
nghiên cứu tiếp theo của luận văn.
20

Do thời gian nghiên cứu còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn.