HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
NGUYỄN THÀNH TRUNG

NGHIÊN CỨU VỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG
MẠNG 4G LTE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI -2014 Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN TRUNG KIÊN

trúc và dịch vụ của một mạng LTE.
Chương 2: Nghiên cứu về QoS trong LTE, nghiên cứu về kiến trúc QoS, chất lượng
mạng và các tham số về chất lượng mạng, các đặc trưng của mạng LTE xét trên khía cạnh
QoS, phân tích các yêu cầu đặt ra đối với chất lượng mạng trên LTE liên quan đến các giải
pháp cho vấn đề QoS trên LTE.
Chương 3: Nghiên cứu về giải pháp cho vấn đề QoS trên mạng LTE. Phân tích các
hướng nghiên cứu các kết quả hiện tại cũng như cơ sở lý thuyết chuẩn hóa và tình hình
chuẩn hóa QoS trên LTE. Chỉ ra các tồn tại liên quan đến vấn đề QoS trên LTE cần giải
quyết tiếp theo, từ đó khuyến nghị với các nhà khai thác, cung cấp dịch vụ LTE trong việc
tổ chức mạng 4G trong tương lai.

2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỔ CHỨC MẠNG VÀ DỊCH VỤ
TRÊN MẠNG LTE
1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
1.2 Kiến trúc và các thành phần của mạng LTE
. Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói
với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độ trễ tối thiểu.
1.2.1 Thiết bị ngƣời dùng (UE)
UE là thiết bị mà ngừời dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc. Thông thường nó là
những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc một thẻ dữ liệu như mọi người
vẫn đang sử dụng hiện tại trong mạng 2G và 3G hoặc một máy tính xách tay.
1.2.2 E-UTRAN Node B (eNodeB)
Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB (eNodeB). Đơn giản đặt eNB là
một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong phần cố
định của hệ thống. Chức năng của eNB hoạt động như một cầu nối giữa 2 lớp là UE và
EPC, nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu giữa
các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tương ứng về phía EPC.
1.2.3 Thực thể quản lý tính di động (MME)


CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ QOS TRONG MẠNG LTE
2.1 Khái niệm QoS
Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hướng
khác nhau. Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh
của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”.
ISO 9000 định nghĩa chất lượng là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn có đáp ứng
đầy đủ các yêu cầu của người dùng”
2.2 Chất lƣợng mạng và các tham số chất lƣợng mạng
2.2.1 Khái niệm về chất lƣợng mạng
Theo ITU-E800 chất lượng mạng là khả năng của mạng cung cấp các chức năng liên
quan đến thông tin giữa những người sử dụng.
Theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ, khái niệm chất lượng mạng NP là một
chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo và được điều hành để có thể đạt mức
độ hài lòng của người sử dụng về chất lượng dịch vụ.
2.2.2 Các tham số chất lƣợng mạng
 Băng thông hiện thời (throughput)
 Trễ (latency hoặc delay)
 Rung pha (biến động trễ-jitter)
 Tỷ lệ mất gói (loss)
 Độ khả dụng (available)
2.3 Đặc trƣng của mạng LTE dựa trên khía cạnh chất lƣợng dịch vụ QoS
Để thực hiện tốt nhất các ý tưởng về QoS trong một mạng LTE, chúng ta phải hiểu
các loại kênh mang và các đặc tính liên quan với mỗi kênh mang. Phân loại theo chức năng
thì có hai loại kênh mang là GBR và Non-GBR. Còn phân loại theo cấu hình thì hai loại
kênh mang hiện có là kênh mang riêng (Dedicated bearer) và kênh mang mặc định (Default
Bearer).
5

QoS trong LTE

2.3.5 Các thủ tục thiết lập kênh mang (Bearer)
Khi một kênh mang được thiết lập, các kênh mang đi qua từng giao diện trình bày ở
trên đã được thiết lập. Các PCRF gửi một bản tin “Dự phòng quyết định PCC (thay đổi
chính sách kiểm soát) cho biết QoS được yêu cầu đối với kênh mang đến P-GW. P-GW sử
dụng chính sách QoS này để gán tham số QoS cấp kênh mang. Sau đó P-GW gửi một bản
tin “Yêu cầu tạo kênh mang riêng” bao gồm QoS và UL TFT được sử dụng trong UE đến S
-GW. S-GW chuyển tiếp bản tin “Yêu cầu tạo kênh mang riêng” (bao gồm QoS, UL TFT và
ID kênh mang S1) tới MME ( bản tin thứ 3 trong hình 2.2). Các MME sau đó xây dựng một
tập các thông tin cấu hình quản lý phiên bao gồm cả UL TFT và ID kênh mang EPS , và kể
cả bản tin " Yêu cầu thiết lập kênh mang" mà nó sẽ gửi cho các eNodeB (bản tin thứ 4 trong
hình 2.2). Cấu hình quản lý thông tin trong phiên NAS và do đó được bởi eNodeB tới UE
một cách rõ ràng. Yêu cầu thiết lập kênh mang cũng cung cấp QoS của kênh mang cho các
eNodeB, thông tin này được sử dụng bởi các eNodeB để kiểm soát đầu vào các cuộc gọi và
cũng để đảm bảo QoS cần thiết bằng cách lập lịch phù hợp cho các gói tin IP của mang
chuyển. Các eNodeB ánh xạ QoS kênh mang EPS tới QoS kênh mang vô tuyến. Sau đó nó
báo hiệu một bản tin “Cấu hình lại kết nối RRC” (bao gồm cả QoS kênh mang vô tuyến, cấu
hình quản lý phiên và ID kênh mang vô tuyến EPS) đến UE để thiết lập các kênh mang vô
tuyến (bản tin thứ 5 trong hình 2.2). Các bản tin “Cấu hình lại kết nối RRC” có chứa tất cả
các thông số cấu hình cho giao diện vô tuyến. Điều này chủ yếu cho các cấu hình của lớp 2
(các tham số PDPC, RLC và MAC), nhưng các tham số lớp cần thiết cho UE để khởi tạo
chồng giao thức. Bản tin 6 đến bản tin 10 là những bản tin tương ứng để xác nhận rằng các
kênh mang đã được thiết lập chính xác.
7

(B)
(A)
UE eNodeB MME S-GW PDN-GW PCRF

Cấu hình của các nút cho phép họ thực hiện chức năng QoS mặt phẳng người dùng. Các
chức năng này có thể được phân bổ cho các nút khác nhau và được phân loại thành các chức
năng mà có tác dụng cho mỗi luồng gói tin, mỗi kênh mang (hoặc nhóm đó), hoặc mỗi
DSCP.
8

2.3.7 Kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía mạng và phía thiết bị đầu cuối
Có hai mô hình khác nhau có thể được sử dụng để thiết lập một kênh mang riêng với
một QoS cụ thể trong EPS. Em xin đề cập đến các mô hình này như các mô hình kiểm soát
QoS khởi tạo bởi phía thiết bị đầu cuối và khởi tạo bởi phía mạng. Các nguyên lý cơ bản
được mô tả trong hình 2.3 dưới đây.
Sử dụng mô hình kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía mạng, mạng khởi tạo tín hiệu để
thiết lập một kênh mang riêng với một QoS cụ thể đối với các thiết bị đầu cuối và các RAN.
Quá trình này được kích hoạt bởi một chức năng ứng dụng (AF) hoặc chức năng kiểm tra
sâu gói tin và các tín hiệu được truyền đi qua giao diện chuẩn (Rx và / hoặc GX). ). Sử dụng
mô hình này, các ứng dụng khách hàng có thể bỏ đi "access QoS unaware," có nghĩa là nó
không được yêu cầu quan tâm đến các đặc trưng của mô hình QoS của mạng truy nhập. Hình 2.3: Minh họa sự khác nhau giữa mô hình kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía mạng
(hình trên) và khởi tạo bởi phía thiết bị đầu cuối (hình dưới)
Sử dụng mô hình kiểm soát QoS khởi tạo bởi phía thiết bị đầu cuối,nó là thiết bị
đầu cuối mà khởi tín hiệu để thiết lập một kênh mang riêng với một QoS cụ thể đối với
mạng (mà lần lượt gây ra một lệnh tới RAN). Việc kích hoạt cho tín hiệu này được truyền
9

qua một giao diện lập trình ứng dụng thiết bị đầu cuối (API) của nhà cung cấp dịch vụ. Điều
này có nghĩa là để xác định các thông tin QoS cho kênh mang, các ứng dụng khách hàng
phải là"access QoS aware," có nghĩa là nó phải quan tâm đến các đặc tính cụ thể của mô
hình QoS của mạng truy cập.

 Khả năng kết hợp
 Mạng có tính mở
 Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP
 Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin
 Mạng đảm bảo tính di động
 Mạng phải đảm bảo về tốc độ
2.6 Kết luận chƣơng
Chương 2 đã tìm hiểu và nghiên cứu về kiến trúc QoS, chất lượng mạng và các tham
số về chất lượng mạng, các đặc trưng của mạng LTE xét trên khía cạnh QoS, phân tích các
yêu cầu đặt ra đối với chất lượng mạng trên LTE liên quan đến các giải pháp cho vấn đề
QoS trên LTE. Một số trong những thách thức lớn của việc chuyển đổi các hệ thống hiện tại
lên 4G là các dịch vụ bảo mật và đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS thông suốt cho quá trình
trao đổi thông tin liên lạc của người dùng.

11

CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CÁC GIẢI PHÁP CHO VẤN ĐỀ QOS
TRONG MẠNG LTE
3.1 Nền tảng cơ sở lý thuyết chuẩn hóa và tình hình chuẩn hoá QoS trên LTE
3.1.1 Nền tảng cơ sở lý thuyết chuẩn hóa
Các mạng truyền thông nói chung và LTE nói riêng được thiết kế để phục vụ cho
nhiều người sử dụng khác nhau với các thiết bị được cung cấp từ nhiều nhà sản xuất khác
nhau. Để thiết kế và xây dựng các mạng một cách hiệu quả thì các thiết bị mạng cần thống
nhất về chuẩn, để chúng có thể liên kết và tương thích với nhau, cũng như đảm bảo hiệu quả
về giá thành.
Các tiêu chuẩn (các tiêu chuẩn mở) là cần thiết để giúp cho việc kết nối dễ dàng
giữa các hệ thống, thiết bị và các mạng của các nhà sản xuất, các nhà cung cấp và khai
thác khác nhau
 Các tiêu chuẩn cho phép việc cạnh tranh
 Các chuẩn chung sẽ dẫn tới có một sự cân bằng về kinh tế giữa các yếu tố kỹ

 Tối ưu hóa các lợi ích của mạng LTE bằng cách sử dụng giải pháp True
Carrier Ethernet Backhaul
Các nhà khai thác mạng điện thoại di động (MNOs) đang phát triển cơ sở hạ tầng
không dây của mình cho chuẩn tiến hóa dài hạn (LTE), cung cấp độ trễ thấp và băng thông
cao để cung cấp nội dung phong phú với các thiết bị di động thông minh. Phần này nói lên
những thách thức và phức tạp trong thiết kế LTE với khuyến nghị sử dụng các giải pháp dựa
trên Carrier Ethernet cho truyền dẫn từ các trạm di động để giảm tổng chi phí sở hữu
(TCO). Các nhà cung cấp backhaul có thể sử dụng phương pháp này để mở rộng giá thành
mạng lưới hiệu quả của họ. Cuối cùng, phần này mô tả giải pháp của Ciena, kết hợp True
Carrier Ethernet dựa trên phân chia các trạm di động với hội tụ quang Ethernet kết hợp để
xây dựng mạng lưới giá thành phù hợp và có khả năng mở rộng.
13 Hình 3.1: Kiến trúc và cấu hình mạng LTE packet backhaul thông thường
Phần này của mạng có thể được hưởng lợi từ các cơ chế bảo vệ như Link
Aggregation Group (LAG), với hai hoặc nhiều liên kết Ethernet song song. Bộ chuyển mạch
Carrier Ethernet có thể cung cấp các giao thức mạnh mẽ và các cơ chế hỗ trợ phát hiện lỗi
nhanh và phục hồi từ các lỗi của các liên kết vô tuyến cố định.
Các liên kết vô tuyến cố định, cả bước sóng micro và sóng milimet, được sử dụng
trong gần một nửa số lượng các triển khai backhaul di động trên toàn thế giới. Các hệ thống
gói cố định, điểm-điểm, băng thông cao, cung cấp các giải pháp đơn giản và có chi phí hiệu
quả cho backhaul LTE, vì chúng hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều so với đường dây cáp
đồng và thường được chứng minh là ít tốn kém hơn so với thiết lập sợi mới cho trạm di
động.
Các mạng của các nhà cung cấp backhaul thông thường là sự kết hợp đơn miền hoặc
hai miền và hoặc là cấu hình mạng vòng hoặc mạng mesh đối với mạng metro. Để quy
hoạch một miền metro để hỗ trợ các dịch vụ Ethernet và quang học, một giải pháp metro
thông thường sẽ sử dụng mạng Ethernet quang hội tụ dựa trên các giải pháp hệ thống truyền
tải quang (POTS). Trong kiến trúc này, cùng một mạng có thể hỗ trợ packet backhaul cho

đảm bảo về năng lực xử lý. Các phần chức năng khác trong QoS như: dành trước tài
nguyên, xếp hàng, đánh lịch cũng đang được tiếp tục nghiên cứu. Các kỹ thuật tiên đoán,
kỹ thuật lưu lượng, trí tuệ nhân tạo có thể hỗ trợ cho các hướng nghiên cứu về QoS thời
gian tới.
3.4 Khuyến nghị đối với các nhà khai thác, cung cấp dịch vụ
 LTE hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu có thể cung cấp giá trị mới đáng kể cho khách
hàng đầu cuối việc tăng băng thông, giảm độ trễ và kiểm soát linh hoạt qua
QoS. Giá trị chỉ có thể được thực hiện bằng các giải pháp tính cước, thanh
toán, quản lý chính sách linh hoạt. Khả năng nhanh chóng triển khai các mô
15

hình tính cước mới và tích hợp các chính sách QoS sẽ rất quan trọng để cạnh
tranh và thành công với LTE. Người vận hành phải tính đến các yêu cầu trong
kế hoạch triển khai LTE của họ.
 Hệ thống thanh toán đã được chứng minh là tốn kém và mất thời gian để nâng
cấp. Các nhà khai thác có thể giảm thiểu tác động của nó bằng cách sử dụng
các nền tảng tính cước và sự dàn xếp để che giấu những thay đổi lớn từ hệ
thống thanh toán
 tập trung vào việc mở giao diện chuẩn tới nền tảng IN để yêu cầu mới có thể
triển khai trên nền tảng bổ sung. Điều này sẽ giúp việc di chuyển các chức
năng (quản lý thuê bao, tốc độ thời gian thực, mô hình thuế quan…) từ nền
tảng IN tới nền tảng thanh toán trực tuyến sẽ là nền tảng cốt lõi khi việc thực
hiện tất cả LTE / IMS IP được hoàn thành.
 Cung cấp dịch vụ thoại qua LTE với IMS hỗ trợ cho các dịch vụ truyền thông
nâng cao có thể tăng thêm giá trị đáng kể cho các dịch vụ được cung cấp
 Triển khai các khả năng IMS đầy đủ sẽ làm tăng đáng kể khối lượng chính
sách và tính cước mà các chức năng kiểm soát chính sách và tính cước và
chức năng sắp xếp phải giải quyết. Sự gia tăng khả năng của máy chủ ứng
dụng được hỗ trợ bởi IMS sẽ mở rộng xu hướng này. Từ đó một nhà khai thác
phải đánh giá kỹ khả năng mở rộng và hiệu suất của hệ thống được triển khai

vụ QoS trong mạng 4G LTE.
Do thời gian nghiên cứu, tìm hiểu có hạn và những hạn chế không tránh khỏi của
việc hiểu biết các vấn đề dựa trên lý thuyết là chính nên báo cáo tốt nghiệp của em chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong có được những ý kiến đánh giá, góp ý
của các thầy và các bạn để đồ án thêm hoàn thiện hơn.