BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
NGUYỄN VĂN TOÀN NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC MẠNG LÕI HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE/SAE CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 60.52.70
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG
Hà Nội -Năm 2011 GIỚI THIỆU VỀ LUẬN VĂN
 Lý do chọn đề tài
LTE là tiêu chuẩn mới nhất trong các nhóm công nghệ di động của 3GPP. Công
nghệ LTE có thể cung cấp tốc độ đường xuống lên tới 100 Mbit/s, đường lên cao nhất là
50 Mbit/s. Công nghệ LTE hỗ trợ sóng mang từ 1,4 MHz tới 20 MHz và hỗ trợ đa truy

1.2 Yêu cầu và mục tiêu của LTE
Thảo luận về các yêu cầu quan trọng cho hệ thống LTE mới dẫn đến việc chính
thức tạo ra các yêu cầu mới trong 3GPP với mục tiêu cụ thể của "tiến hóa" các công
nghệ truy cập vô tuyến để đảm bảo tính cạnh tranh của 3GPP trong khoảng thời gian 10
năm. Dưới sự bảo trợ của các yêu cầu mới này, các yêu cầu cho LTE đã được định nghĩa
và hoàn tất vào tháng Sáu năm 2005.
Các yêu cầu của LTE:
- Giảm trễ cả về thiết lập kết nối và độ trễ truyền dẫn;
- Tăng tỷ lệ dữ liệu người dùng;
- Tăng tốc độ bit ô cạnh, cho sự thống nhất về cung cấp dịch vụ;
- Giảm chi phí trên bit dữ liệu, tức nâng cao hiệu quả phổ truyền dẫn;
- Tính linh hoạt lớn hơn của việc sử dụng phổ tần, trong cả băng mới và băng đã tồn
tại;
- Đơn giản hóa cấu trúc mạng;
- Di động đồng nhất, bao gồm giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau;
- Hợp lý điện năng tiêu thụ cho các thiết bị đầu cuối di động.
Để giải quyết những mục tiêu này, các thiết kế hệ thống LTE bao gồm cả giao
diện vô tuyến và kiến trúc mạng vô tuyến.
1.3 Các công nghệ sử dụng trong LTE
Để đảm bảo hàng loạt các yêu cầu nêu trên chỉ có thể nhờ vào những tiến bộ
trong công nghệ vô tuyến di động. Nhìn tổng quan, chúng ta có thể thấy ba công nghệ
trong thiết kế giao diện vô tuyến LTE: công nghệ đa sóng mang, công nghệ đa ăng ten và
ứng dụng của chuyển mạch gói cho giao diện vô tuyến.
Chương 2
KIẾN TRÚC MẠNG LÕI LTE – SAE
2.1 Giới thiệu chung về mạng lõi LTE – SAE
Kiến trúc mạng 4G LTE/SAE được thiết kế để hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói,
đảm bảo di động liên tục, chất lượng dịch vụ QoS và trễ tối thiểu. Chuyển mạch gói cho
phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại thông qua các kết nối gói. Vì thế kiến trúc
trở nên đơn giản và phẳng hơn với chỉ còn hai kiểu nút là eNodeB và MME/GW. Thay

trong các giao diện S1-U và sẽ nối đến PCRF để nhận thông tin về sắp xếp.

Cổng mạng số liệu gói, P-GW
Cổng mạng số liệu gói (P-GW là viết tắt của PDN-GW) là một router biên giữa
EPS và các mạng số liệu bên ngoài. Nó là một mỏ neo di động mức cao nhất trong hệ
thống và thường hoạt động như một điểm nhập mạng IP đối với UE. Nó thực hiện các
chức năng mở cổng lưu lượng và lọc theo yêu cầu của dịch vụ. Tương tự như S-GW, các
P-GW có thể được khai thác ngay tại vị trí trung tâm của nhà khai thác.
Thông thường P-GW ấn định địa chỉ IP cho UE và UE sử dụng nó để thông tín với
các máy IP trong các mang ngoài (internet). Cũng có thể mạng ngoài nơi mà UE nối đến
sẽ ấn định địa chỉ IP cho UE sử dụng và P-GW truyền tunnel tất cả lưu lượng đến mạng
này. Địa chỉ IP luôn luôn được ấn định khi UE yêu cầu một kết nối PDN. Yêu cầu này
xẩy ra khi UE nhập mạng và có thể xẩy ra sau đó khi cần có một kết nối PDN mới. P-GW
thực hiện chức năng của một DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol: giao thức
lập cấu hình máy động) yêu cầu hoặc nó yêu cầu một DHCP server ngoài và chuyển địa
chỉ này đến UE. Tiêu chuẩn cũng hỗ trợ lập cấu hình tự động động. Hoặc chỉ địa chỉ
IPv4, hoặc chỉ địa chỉ IPv6 hoặc cả hai được ấn định phụ thuộc vào nhu cầu và UE có thể
thông báo nó có muốn nhận địa chỉ (hoặc các địa chỉ) trong báo hiệu nhập mạng, hoặc nó
có muốn thực hiện cấu hình địa chỉ sau khi lớp liên kết đã được kết nối hay không.
P-GW bao gồm cả PCEF, nghĩa là nó thực hiện các chức năng lọc và mở cổng
theo yêu cầu của các chính sách được thiết lập cho UE và dịch vụ tương ứng. Ngoài ra nó
thu hập và báo cáo thông tin tính cước liên quan.

Hình 2.4: Các kết nối của P-GW với các nút logic khác và các chức năng chính

Lưu lượng UP giữa P-GW và các mạng ngoài có dạng các gói IP thuộc các luồng
dịch vụ IP khác nhau. Nếu giao diện S5/S8 đến S-GW được xây dựng trên cơ sở GTP, thì
P-GW thực hiện sắp xếp các luồng số liệu IP lên các GTP tunnel (tương ứng với các kênh
mang). P-GW thiết lập các kênh mang dựa trên yêu cầu hoặc thông qua PCRF hoặc từ S-
GW làm nhiệm vụ chuyển tiếp thông tin từ MME. Đối với trường hợp cuối cùng, P-GW

HSS sẽ chỉ ra một MME phục vụ tại một thời điểm và ngay khi một MME mới báo cáo
rằng nó sẽ phục vụ UE, HSS sẽ hủy vị trí từ MME trước.
2.2 Các giao thức điều khiển
Các khía cạnh chính của toàn bộ giao thức lớp điều khiển có thể gói gọn trong thủ
tục lựa chọn ô lựa chọn lại ô và Reselection khi UE là ở chế độ nhàn rỗi, và giao thức
RRC khi UE trong chế độ kết nối.
Vai trò của các giao thức này bao gồm hỗ trợ an ninh, di động gữa các ô trong LTE
hay giữa LTE và các hệ thống vô tuyến khác, cũng như việc thiết lập và tái cấu hình vật
mang vô tuyến để truyền thông tin điều khiển cũng như dứ liệu người dùng.
2.3 Các giao thức người sử dụng
Ngăn giao thức lớp 2 của LTE bao gồm các lớp nhỏ PDCP, RLC và MAC hoạt
động như giao diện giữa công nghệ truy nhập vô tuyến – lưu lượng dữ liệu gói và lớp vật
lý LTE. Bằng việc cung cấp các tính năng như nén tiêu đề gói IP, bảo mật, hỗ trợ chuyển
giao, phân đoạn/ghép, truyền dẫn lại và sắp xếp các gói, lập lịch truyền dẫn, ngăn giao
thức cho phép lớp vật lý được sử dụng hiệu quả cho lưu lượng dữ liệu gói.
2.4 Các kiến trúc mạng SAE thử nghiệm tại Việt Nam
Tr
ong mô hình thử của VNPT và Viettel, thiết bị USN đóng vai trò là MME/UPE với các
chức năng chính như: an ninh và nhận thực, quản lý di động, quản lý hồ sơ thuê bao và
kết nối dịch vụ…
Th
iết bị UGW thực hiện chức năng của cổng dịch vụ S-GW và cộng mạng dữ liệu gói P-
GW như: quản ly tunnel UP, chuyển mạch, định tuyến tới các mạng số liệu ngoài.
Do
chỉ tập trung vào kiểm tra thử nghiệm tốc độ truyền số liệu nên mạng lõi thử nghiệm của
VNPT và Viettel không thực hiện được các chức năng sau:
-
Không có kết nối tới các mạng di động 2G và 3G hiện có.
-
Không xây dựng các máy chủ tính cước và chức năng chính sách và tính cước tài nguyên.

- Các điểm nóng cần liên lạc tốc độ cao: hội nghị, sự kiện văn hoá, thể thao…
3.3 Kiến nghị lộ trình phát triển LTE và kiến trúc mạng lõi SAE tại Việt Nam
Tại Việt Nam hiện nay, 3 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn nhất là
VinaPhone, Mobiphone và Viettel đều đã có hạ tầng mạng lưới 2G và 3G nên việc tiếp
tục triển khai 4G trên hạ tầng có sẵn là giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế nhất vì mạng
lõi doanh nghiệp đang đầu tư đã có tính năng hỗ trợ cho 4G, còn mạng vô tuyến trong
quá trình triển khai cũng đã đầu tư hệ thống sẵn sàng cho 4G, nên chỉ cần đầu tư thêm các
phần mềm là có thể cung cấp dịch vụ trên mạng hiện có. Mô hình triển khai thử nghiệm
hiện nay của VNPT và Viettel đều có thể cung cấp các dịch vụ thông tin di động của công
nghệ LTE.
Hình 3.1 là kiến trúc mạng lõi kiến nghị cho các mạng di động tại Việt Nam trong
thời gian tới. Kiến trúc này hoàn toàn đảm bảo cho các nhà cung cấp dịch vụ di động lớn
tại Việt Nam như VinaPhone, Mobiphone và Viettel có thể tiếp tục sử dụng hạ tầng 2G và
3G trong khi xây dựng mạng LTE.
Mô hình mạng lõi này đảm bảo kết nối tới các mạng lõi hệ thống thông tin di động
hiện có qua các giao diện S3, S4. Với máy chủ chức năng tính chính sách và tính cước tài
nguyên PCRF, các nhà cung cấp dịch vụ có thể xây dựng các gói cước linh hoạt cũng như
các chính sách đối với các nhóm khách hàng khác nhau. Dịch vụ thoại đã và sẽ tiếp tục là
mạng dịch vụ đem lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ di động. Với đặc
trưng các nhà mạng có sẵn cơ sở hạ tầng mạng 2G và 3G như hiện nay, giải pháp CS
Fallback cho dịch vụ thoại là phù hợp nhất.

Hình 3.1: Kiến nghị kiến trúc mạng lõi SAE tại Việt Nam
KẾT LUẬN

Luận văn đã đề cập đến các vấn đề về: Quá trình phát triển các công nghệ thông
tin di động trong đó mới nhất là LTE, tổng quan về cộng nghệ LTE, kiến trúc mạng lõi
LTE/SAE, các giao thức điều khiển, giao thức người dùng, các mô hình mạng lõi thử
nghiệm tại Việt Nam; xu hướng phát triển LTE trên thế giới và đề xuất lộ trình phát triển
công nghệ LTE tại Việt Nam.