NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hồ Chí Minh - 2013
TRẦN THỊ BÍCH HẠNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN THỊ BÍCH HẠNH
NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử

Đánh giá và đề xuất thực hiện QoS trong thành phần mạng 3G/UMTS
b. Kết quả đạt được: Hiểu được các yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng
3G/UMTS, cơ chế quản lý chất lượng dịch vụ mạng 3G/UMTS, các kỹ thuật đảm
bảo chất lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, khuyến nghị áp dụng để đảm bảo chất
lượng dịch vụ mạng 3G Vinaphone.
4. Điểm bình quân môn học: Điểm bảo vệ luận văn:
Ngày tháng năm
Học viên
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn:

TS. Nguyễn Cảnh Minh Trần Thị Bích Hạnh
Xác nhận của Bộ môn: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

i

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 là mạng điện thoại di động cho phép
truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại. Mạng 3G/UMTS cung cấp cả hai
hệ thống chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Điểm mạnh của công nghệ này
là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả
thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công
nghệ 3G/UMTS, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ
đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và
truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming;


iii
MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA
+
/LTE 1
1.1. TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2
1.1.1. Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin di động 2
1.1.2. Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động 3G 5
1.1.2.1. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 5
1.1.2.2. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 6
1.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 6
1.2.1. Các công nghệ trước WCDMA theo nhánh GSM 7
1.2.1.1. Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High-Speed
Circuit-Switched Data) 7
1.2.1.2. Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service) 8
1.2.1.3. Công nghệ EDGE 8
1.2.2. Kiến trúc và dịch vụ các phiên bản mạng thông tin di động
3G/UMTS 9
1.2.2.1. Kiến trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS 10
1.2.2.2. Kiến trúc và dịch vụ của các phiên bản mạng di động 3G/UMTS15
CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS 24
2.1. CÁC YÊU CẦU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ THÔNG TIN24
2.1.1. Khái niệm về chất lượng dịch vụ 24
2.1.2. Hài hòa các yêu cầu đối với chất lượng dịch vụ thông tin 27
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19


3.2.1. Chất lượng dịch vụ QoS trong mạng lõi 3G/UMTS trên nền IP 67
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

v

3.2.1.1. Mô hình tích hợp dịch vụ INTSERV 67
3.2.1.2. Mô hình phân biệt dịch vụ DIFFSERV 71
3.2.2. Chất lượng dịch vụ QoS trong mạng lõi
3G/UMTS
trên nền MPLS82
3.2.2.1. Mô hình DiffServ và MPLS 83
3.2.2.2. Mô hình IntServ và MPLS 84
3.3. QoS TRÊN NỀN IP/ MPLS CỦA MẠNG LÕI VINAPHONE 90
3.3.1. Cấu trúc mạng lõi VINAPHONE 90
3.3.2. Kỹ thuật đảm bảo QoS cho mạng lõi VINAPHONE 94
3.3.3. QoS trên nền IP/MPLS của mạng lõi VINAPHONE 95
3.4. CÁC CHỈ TIÊU QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CỦA MẠNG
3G/UMTS VINAPHONE 96
3.4.1. Các chỉ tiêu chất lượng KPI lấy từ OMC hệ thống 3G 96
3.4.2. Các chỉ tiêu chất lượng KPI đo kiểm từ hiện trường hệ thống 3G 99
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

vi
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết


hệ

thứ

3

AF

Assured

Forwarding

Chuyển
ti
ếp

đảm

bảo

BA

Behavior

Aggregation

Tập

hợp


Control

Protocol

Giao

thức

điều

khiển

phát

quản

bá hoặc

phát

đa

h
ư
ớng

CDMA

Code



Nhóm

phát

triển

CDMA

Cell

Cell

Tế

bào

mạng

di

động

CL

Contro
l
Load

Service


Máy

chủ

chính

sách

mở

phổ

bi
ế
n

CoS

Class

of

Serivice

Phân
l
ớp

dịch


Package

Element

Phần
t
ử

mạch

gó
i
CRNC

Controlling

RNC

RNC

điều

khiển

CS

Circuit

Switching


Circuite

Switching

Network

Mạng

chuyển

mạch

kênh

DiffServ

Difference

Service

Dịch

vụ

phân

biệ
t
DL


điểm

dịch

vụ

phân

biệt

EDGE

Enhanced

Data

rates

for

Global

Evolution

Cải

thiện
t
ốc


Equipment

Identify

Register

Thanh

ghi

nhận

dạng
t
hiết

bị

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

vii
EXP

Experimental

bits


a
n

FDMA

Frequency

Division

Multiple

Access

Đa

truy

cập

phân

chia
t
heo

tần

số

FIFO


Protocol

Giao

thức

khung

FQ

Fair

Queuing

Hàng

đợ
i
luân

phiên

FTP

File

Transfer

Protocol


Gateway

MSC

MSC

cổng

GoS

Grade

of

Service

Cấp

độ

của

dịch

vụ

GPRS

Genaral


vụ

di

động
t
oàn

cầu

HLR

Home

Location

Register

Thanh

ghi

v
ị
trí

mạng

chủ


Downlink

Packet

Access

Truy

cập

gó
i
hướng

xuống

tốc

độ cao

HS-DSCH

High

Speed

Downlink

Shared


Interne
t
IMT-2000

Internationa
l
Mobile

Telecommunications

for

the

year

2000

Viễn

thông

di

động

quốc

tế


internet

IPTV

Internet

Protocol

Televition

Truyền

hình

IP

ITU

Internationa
l
Telecommunication

Union

Liên

minh

viễn

Latency

Queuing

Hàng

đợ
i
trễ

thấp

LSP

label-switched

path

Đường

dẫn

chuyển

mạch

nhãn

LTE


cập

thiết

bị

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

viii

MGCF

Media

Gateway

Contro
l
Function

Chức

năng

điều

khiển


mạch

nhãn

đa

giao

th
ứ
c

MSC

Mobile

services

Switching

Center

Trung

tâm

chuyển

mạch


B

Nút

B

của

mạng

3G

OSI

Open

Systems

Interconection

Mô

hình
t
ham

chiếu

“liên



gói)

PCSs

Personal

Communications

Systems

Các

hệ

thống
li
ên
l
ạc

cá

nhân

PDCP

Packet

Data


Protocol

Điểm

quyết

định

chính

sách;

giao thức

dữ

liệu

gói

PDU

Protocol

Data

Unit

Đơn


Public

Land

Mobile

Network

Mạng

di

động

mặt

đất

công

c
ộng

PQ

Priority

Queue


Mạng

viễn

thông

chuyển

mạch

công cộng

QoE

Quality

of

Experience

Chất
l
ượng

trải

nghiệm

QoS


vô

tuyến

RED

Random

Early

Detection

Phá
t
hiện

sớm

ngẫu

nhiên

RL

Reverse

Link

Đường


Network

Controller

Bộ

điều

khiển

mạng

di

động

RNS

Radio

Network

Subsystem

Hệ

thống

con



GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

ix
RSVP

Resource

Reservation

Protocol

Giao

thức

dành

sẵn

tà
i
ng
u
y
ên

SDP

Session


dịch

vụ

SGSN

Serving

GPRS

Support

Node

Nút

hổ

trợ

phục

vụ

GPRS

SLA

Service


chuyên

biệ
t

SMS

Short

Message

Service

Dịch

vụ

nhắn

tin

ngắn

SRNC

Serving

RNC


toàn

TCP

Transmission

Control

Protocol

Giao

thức

điều

khiển

phá
t
TDD

Time

Division

Duplex

Song



chia
t
heo

th
ờ
i
g
ian

ToS

Type

Of

Service

Loạ
i
dịch

vụ

TTI

Transmission

Time


Hướng
l
ên

UM

Unacknowleged

Mode

Không

xác

nhận

UMTS

Universal

Mobile

Telecommunications

Sys
t
em

Hệ

i
dùng

UTRAN

UMTS

Terestrial

Radio

Access

Network

Mạng

truy

cập

vô

tuyến

mặ
t
đấ
t
UMTS


trên

mạng

IP

VPN

IP

virtual

private

Network

Mạng

riêng

ảo

IP

WAP

Wireless

Application


Weighted

Fair

Queuing

Hàng

đợ
i
luân

phiên

có

trọng

số

theo thờ
i
gian

hoàn

thành

WRED


queuing

Hàng

đợ
i
quay

vòng

trọng

số

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động 2
Hình 1.2: Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G 5
Hình 1.3: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 6
Hình 1.4: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 6
Hình 1.5: Quá trình phát triển chuẩn GSM 7
Hình 1.6: Giai đoạn phát triển các phiên bản 3G/UMTS 10
Hình 1.7: Kiến trúc 3G UMTS
.

Hình 3.13: Cấu trúc mạng lõi của Vinaphone 91
Hình 3.14: Cấu trúc mạng VPN2 92


Bảng 3.8 Miền CS chuyển mạch kênh 97
Bảng 3.9 Miền PS chuyển mạch gói 98
Bảng 3.10 Các tham số KPI chất lượng mạng 99
Bảng 3.11 Các tham số chất lượng dịch vụ của mạng Vinaphone 102
Bảng 3.12 Kết quả đo kiểm các tham số chất lượng dịch vụ KPI của mạng
Vinaphone Trà Vinh 104
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA
+
/LTE

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống xã hội, đặc
biệt với xã hội hiện đại ngày nay thông tin trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo
các yếu tố như tốc độ nhanh chóng, tiện lợi và độ chính xác cao. Với nhu cầu như
vậy, thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông
phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác. Sự phát
triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và
triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Trong chương 1
Hình 1.1. Tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động

* Thế hệ thứ nhất (1G)
Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và
sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử
dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Với FDMA, khách

1G
+ Thông tin di động
cơ sở
+ Các dịch vụ cơ bản
+ Không tương thích

2G
+ Thông tin di động
phát triển (Roaming)

số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt
động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này,
MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu
lượng người dùng. Trong trường hợp số thuê bao nhiều hơn số lượng kênh tần số
có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
Đặc điểm:
 Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông
tuyến.
 Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể.
 BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
* Thế hệ thứ hai (2G)
Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế
hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên
công nghệ số.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng phương pháp điều chế số
và 2 phương pháp đa truy cập :
 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA
 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị
truyền dẫn đơn giản và việc thay đổi , chuyển giao, điều khiển dung lượng cell
thực hiện rất linh hoạt
* Thế hệ thứ ba (3G)
Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người
sử dụng, từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế
hệ thứ 3. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi ITM-2000 đưa ra các
mục tiêu chính sau:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cập
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

5
1.1.2. Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động 3G
Trên hình vẽ 1.2 cho thấy các hệ thống thông tin di động 3G phát triển theo
hai hướng chính:

Hình 1.2. Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G

1.1.2.1. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA
WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát
triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng
chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện.
Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ
tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên
WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt như hình 1.3: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

6

Hình 1.3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

1.1.2.2. Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000
Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác

Hình 1.5 : Quá trình phát triển chuẩn GSM

1.2.1. Các công nghệ trước WCDMA theo nhánh GSM
1.2.1.1. Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High-Speed
Circuit-Switched Data)
High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), phiên bản mở rộng của mạch
chuyển dữ liệu CSD (Circuit Switched Data), chính là cơ chế truyền dữ liệu của
mạng GSM. Một trong những cải tiến HSCSD là khả năng sử dụng nhiều khe
thời gian cùng một lúc. Sử dụng tối đa là bốn khe thời gian, nó có thể cung cấp
tốc độ truyền tải tối đa tăng lên đến 57,6 kbit/s (tức là, 4 × 14,4 kbit/s) và ngay cả
trong điều kiện truyền phát xấu nơi mà một mức cao hơn của việc sửa lỗi cần
dùng đến, vẫn có thể cung cấp tốc độ tăng bốn lần so với CSD (38,4 kbit/s so với
9,6 kbit/s). Bằng cách kết hợp đến tám khe thời gian GSM công suất có thể được
tăng lên đến 115 kbit/s.Công nghệ này là bước đầu theo hướng tăng tốc độ truyền
dữ liệu cho việc sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu mới. 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Năm

Bước 1

à Enhanced GPRS (EGPRS), là một công nghệ di động được nâng cấp từ
GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s cho người
dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144kbit/s cho người dùng di chuyển tốc độ
cao. Trên đường tiến đến 3G, EDGE được biết đến như một công nghệ 2.75G.
Thực tế bên cạnh điều chế GMSK, EDGE dùng phương thức điều chế 8-PSK để
tăng tốc độ dữ liệu truyền. Chính vì thế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp
mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là thiết bị di động so với mạng
GPRS.
EDGE cung cấp cho chúng ta một dung lượng dữ liệu gấp 3 lần GPRS. Khi
sử dụng EDGE nhà điều hành có thể quản lý được hơn gấp 3 lần số thuê bao đối
với GPRS, và gấp 3 lần giá trị dữ liệu trên một thuê bao, thêm một dung lượng
đáng kể cho truyền thông thoại. EDGE sử dụng cấu trúc khung dữ liệu, kênh lô-
gic,và băng thông sóng mang 200 kHz giống như TDMA (Xử-lý-nhân-chia-thời-
gian) dùng trong mạng GSM hiện nay, cho phép nó phủ sóng trực tiếp trên nền
Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Trang Lớp Kỹ Thuật Điện Tử K19

GVHD: TS. Nguyễn Cảnh Minh HVTH: Trần Thị Bích Hạnh

9
GSM hiện có. Đối với một số mạng GSM/GPRS hiện nay, EDGE thực chất chỉ là
một sự nâng cấp phần mềm.
EDGE cho phép truyền tải các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip
nhạc, tin nhắn đa phương tiện hoàn hảo, truy cập internet, e-mail di động tốc độ
cao.
1.2.2 Kiến trúc và dịch vụ các phiên bản mạng thông tin di động 3G/
UMTS
ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980 và
1990. ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS. Chuẩn cuối cùng
ETSI xây dựng năm 1998.
3GPP thành lập năm 1998 là tổ chức kết hợp của các tổ chức tiêu chuẩn hóa: Hình 1.6: Giai đoạn phát triển các phiên bản 3G/UMTS

1.2.2.1 Kiến trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS

Hình 1.7 Kiến trúc 3G UMTS
.
Trên hình 1.7 thể hiện cấu trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS bao gồm 3
phần:

- Thiết bị người sử dụng (UE) bao gồm: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di
động
(ME), modul nhận dạng thuê bao UMTS
(USIM);

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
IMS
Phas 1
IMS
Phas 2

3GPP Release 4
3GPP Release 5
3GPP Release 6
3GPP Release 7
3GPP Release 8
3GPP Release 99