Nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G)

dông phæ tÇn cao h¬n. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 62 3.3.1.5 Kü thuËt ghÐp kªnh tiªn tiÕn (Advanced Multiplexing Techniques) MIMO (Multi Input Multi Output) lµ mét kü thuËt ghÐp kªnh cã môc ®Ých lµ ®¹t ®−îc sù më réng vÒ dung l−îng b»ng c¸ch ph¸t vµ ghÐp kªnh c¸c th«ng tin kh¸c nhau trªn cïng mét tÇn sè sö dông nhiÒu nh¸nh ¨ngten thu/ph¸t. Ph¹m vi kü thuËt nµy cã thÓ ®−îc øng dông ®ã lµ: t¶i tèc ®é cao, truyÒn dÉn tèc ®é cao cã t−¬ng t¸c. N©ng cao hiÖu n¨ng cÇn t¨ng sè bé ghÐp kªnh, nh−ng l¹i lµm t¨ng sù phøc t¹p cña viÖc xö lý tÝn hiÖu [6]. Ngoµi ra, ®Ó gi¶m kÝch th−íc nhá nhÊt cho thiÕt bÞ di ®éng cã nhiÒu ¨ngten còng lµ vÊn ®Ò khã kh¨n, khi ®ã cÇn mét kü thuËt ®ét ph¸. Mét trong sè c¸c kü thuËt ghÐp kªnh tiªn tiÕn lµ kü thuËt MIMO dùa trªn kü thuËt ph©n ly gi¸ trÞ duy nhÊt (SVD based MIMO). SVD based MIMO: SVD based MIMO thùc thi trùc giao hãa c¸c kªnh b»ng viÖc øng dông träng sè ¨ngten ë c¶ bé ph¸t vµ bé thu. MxN (sè ¨ngten ph¸t x sè ¨ngten thu) kªnh t−¬ng øng ma trËn H ®−îc ph©n tÝch víi c¸c gi¸ trÞ eigen, vµ hai ma trËn Wt, Wr ®−îc sö dông nh− träng sè ¨ngten lÇn l−ît ë m¸y ph¸t vµ m¸y thu [7]. H r L t WWH ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ Κ ΟΟΜ ΜΟ= Λ λ λ λ 00 0 0 00 2 1 [ ]tLttt wwwW Λ= 21 [ ]rLrrr wwwW Λ= 21 Trong ®ã: wti : vector träng sè ph¸t cho luång d÷ liÖu i wri : vector träng sè thu cho luång d÷ liÖu i λi lµ gi¸ trÞ eigen cho luång d÷ liÖu i L = Min(M,N) M: sè ¨ngten ph¸t N: sè ¨ngten thu LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 63 H×nh 3.26. SVD based MIMO [9] Transmit sequence#i: chuçi ph¸t thø i TX#i: M¸y ph¸t i RX#i: M¸y thu i Trong SVD based MIMO, c¸c kªnh th«ng tin cÇn ®−îc dïng chung gi÷a m¸y ph¸t vµ m¸y thu. §Ó thùc hiÖn nã, th−êng sö dông ph−¬ng thøc tËn dông trao ®æi kªnh nhê kÕ thõa TDD trong ghÐp kªnh c¸c kªnh ®−êng lªn, ®−êng xuèng, hoÆc ph¶n håi kªnh th«ng tin dïng c¸c kªnh ®iÒu khiÓn. Lîi Ých cña SVD based lµ cã thÓ ®¹t ®−îc th«ng l−îng cao víi cÊu h×nh ®¬n gi¶n, v× c¸c kªnh trùc giao víi nhau gi÷a c¸c luång d÷ liÖu nhê øng dông c¸c träng sè ¨ngten ë c¶ hai phÝa: m¸y ph¸t, m¸y thu. C¸c kªnh trùc giao cã dung l−îng truyÒn dÉn c©n ®èi víi mçi gi¸ trÞ eigen. TiÕp theo ®ã, b»ng viÖc ®iÒu khiÓn tèc ®é th«ng tin cña mçi luång d÷ liÖu phï hîp víi nguyªn lý déi n−íc, dung l−îng truyÒn dÉn tæng C cã thÓ ®¹t ®−îc gi¸ trÞ tèi ®a. CNRi : Tû sè sãng mang trªn t¹p ©m (CNR) cña luång d÷ liÖu i LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 64 3.3.2 Kü thuËt kh«ng d©y ®a hÖ thèng (Multi-system Wireless Techniques) Kü thuËt kh«ng d©y ®a hÖ thèng chØ nh÷ng kü thuËt vÒ thiÕt bÞ ®Çu cuèi kh«ng d©y ®−îc trang bÞ nh÷ng chøc n¨ng ®a b¨ng tÇn, ®a chÕ ®é cã thÓ thÝch nghi víi nhiÒu dÞch vô nh−: m¹ng LAN kh«ng d©y, hÖ thèng di ®éng 4G vµ truyÒn h×nh qu¶ng b¸ sè. Nh÷ng thiÕt bÞ ®Çu cuèi nµy ®−îc trang bÞ c¸c chøc n¨ng kÕt nèi mét c¸ch liªn tôc víi c¸c hÖ thèng, còng nh− lµ c¸c chøc n¨ng kÕt nèi vµo c¸c m¹ng ho¹t ®éng t¹m thêi, chøc n¨ng truyÒn th«ng ph¹m vi nhá nh− c¸c chøc n¨ng truyÒn th«ng trong: m¹ng c¸ nh©n (PAN: Personal Area Network), truyÒn h×nh sè di ®éng, vµ chøc n¨ng kÕt nèi ®ång thêi víi nhiÒu hÖ thèng. VÊn ®Ò khã kh¨n ë ®©y lµ ë giao diÖn v« tuyÕn: chia sÎ tÇn sè gi÷a nhiÒu giao diÖn v« tuyÕn/nhiÒu hÖ thèng, g¸n tÇn sè ®éng, dïng chung c¸c tham sè v« tuyÕn, vµ c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn truyÒn dÉn kh«ng d©y b¨ng réng tíi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi. Nh÷ng vÊn ®Ò kü thuËt liªn quan ®Õn thiÕt bÞ ®Çu cuèi: kÕt nèi liªn tôc gi÷a c¸c hÖ thèng kh¸c nhau, kü thuËt v« tuyÕn ®a hÖ thèng ®Ó ®iÒu khiÓn nhiÒu tÇn sè/giao thøc/l−îc ®å/®iÒu chÕ, c¸c ¨ngten ®a b¨ng tÇn, phèi hîp víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi vµ nh÷ng bé c¶m biÕn kh¸c, thu c¸c dÞch vô truyÒn h×nh sè di ®éng, sö dông sãng v« tuyÕn ®Þnh nghÜa mÒm, chÝp IC ®Ó triÓn khai kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i, c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn thÎ IC tÝch hîp nhiÒu chøc n¨ng [9]. 3.3.2.1 Kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i End-to-End (E2R: End-to-End Reconfigurability) Kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i End-to-End cung cÊp nÒn t¶ng vµ m«i tr−êng thùc thi ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò: nhiÒu giao diÖn v« tuyÕn, c¸c giao thøc vµ øng dông, ®Ó ng−êi dïng, nhµ khai th¸c, nhµ cung cÊp dÞch vô, ng−êi ®iÒu chØnh cã thÓ tù do lùa chän ®Þnh d¹ng sö dông vµ ho¹t ®éng tõ kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i vµ LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 65 c¸c tïy chän më réng trong mét ph¹m vi réng c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi kh«ng d©y ®a hÖ thèng: m¹ng ®iÖn tho¹i tÕ bµo, WLAN, truyÒn h×nh sè. E2R cho phÐp ng−êi dïng cã thÓ cÊu h×nh l¹i c¸c giao thøc vµ c¸c dÞch vô, c¸c chøc n¨ng qu¶n lý vµ ®iÓn khiÓn then chèt, chøc n¨ng t¶i d÷ liÖu. E2R cung cÊp nÒn t¶ng chung vµ m«i tr−êng thùc thi ®Ó ®iÒu khiÓn nhiÒu giao diÖn v« tuyÕn, c¸c giao thøc vµ øng dông, do ®ã lîi Ých cña nã lµ n©ng cao kh¶ n¨ng më réng vµ kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i c¬ së h¹ tÇng. §iÒu ®ã ®em l¹i kh¶ n¨ng triÓn khai nhiÒu chøc n¨ng trong m¹ng vµ thiÕt bÞ ®Çu cuèi tr«ng qua cËp nhËt phÇn mÒm [9]. Lîi Ých cô thÓ cho ng−êi dïng, nhµ khai th¸c, nhµ cung cÊp dÞch vô, nhµ s¶n xuÊt vµ ng−êi ®iÒu chØnh ®−îc ph©n lo¹i nh− sau: + Cung cÊp cho ng−êi dïng cuèi cïng c¸c dÞch vô linh ®éng, tiªn tiÕn, hiÖu qu¶. + Sö dông hiÖu qu¶ phæ tÇn, c¸c hÖ thèng v« tuyÕn, tµi nguyªn thiÕt bÞ. + Chi phÝ ®Ó n©ng cÊp c¸c hÖ thèng hiÖn t¹i thÊp. + TriÓn khai nÒn t¶ng ®a tiªu chuÈn. + N©ng cao hç trî c¸c yªu cÇu tïy biÕn. + Kh¶ n¨ng ®¸p øng ®−îc c¸c thay ®æi tiªu chuÈn vµ sù kh«ng æn ®Þnh cña xu h−íng thÞ tr−êng. So víi c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng hiÖn t¹i th× cÇn møc ®é cao h¬n vÒ tÝnh linh ®éng, kh¶ n¨ng më réng, kh¶ n¨ng cÊu h×nh vµ ho¹t ®éng t−¬ng t¸c, ®ång thêi ph¶i hç trî sù truy cËp v« tuyÕn ®ång nhÊt cã møc ®é phæ biÕn cao. §Ó ®¹t ®−îc c¸c ®Æc tr−ng cña E2R cÇn gi¶i quyÕt hai vÊn ®Ò: + Ng¨n xÕp giao thøc: mét ng¨n xÕp giao thøc linh ®éng cã thÓ ®iÒu khiÓn hç trî nhiÒu giao diÖn v« tuyÕn. + Tèi −u hãa chøc n¨ng cÊu h×nh l¹i: chøc n¨ng kh«ng thèng nhÊt gÇn ®©y ®−îc ph¸t triÓn cho c¸c thiÕt bÞ v« tuyÕn cÇn cã kÝch th−íc tèi −u, chøc n¨ng cÊu h×nh l¹i ph¶i ®−îc tèi −u hãa dùa trªn tµi nguyªn ®· sö dông. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 66 3.3.2.2 Kü thuËt sãng v« tuyÕn ®−îc ®Þnh nghÜa mÒm (SDR – Software Defined Radio) Kü thuËt v« tuyÕn ®−îc ®Þnh nghÜa mÒm cho phÐp c¸c m¹ng kh«ng bÞ gi¸n ®o¹n vµ hç trî nhiÒu l−îc ®å truyÒn th«ng v× dÔ dµng më réng tr¹m gèc, ®iÒu khiÓn linh ®éng giao diÖn v« tuyÕn, sù hç trî cña thiÕt bÞ ®Çu cuèi vµ kh¶ n¨ng cã thÓ më réng cña nhiÒu hÖ thèng. Ngoµi ra, kü thuËt nµy cßn cho phÐp cÊu h×nh l¹i thiÕt bÞ ®Çu cuèi, cung cÊp mét ph−¬ng tiÖn hiÖu qu¶ ®Ó më réng chøc n¨ng ho¹t ®éng ®a chÕ ®é. Sù thay ®æi c¸c chøc n¨ng ®Çu cuèi ®−îc thùc hiÖn b»ng viÖc t¶i phÇn mÒm vµ n©ng cÊp cho thiÕt bÞ ®Çu cuèi. Nh÷ng th¸ch thøc kü thuËt cÇn ph¶i gi¶i quyÕt ®Ó triÓn khai thùc tÕ kü thuËt v« tuyÕn ®Þnh nghÜa mÒm gåm cã: kiÕn tróc m¸y ph¸t/m¸y thu, c¸c kü thuËt ®Ó x©y dùng chøc n¨ng v« tuyÕn trong phÇn mÒm, c¸c kü thuËt ®iÒu chÕ/gi¶i ®iÒu chÕ ®a chÕ ®é dùa trªn phÇn mÒm, c¸c kü thuËt thu/ph¸t, vµ c¸c ph−¬ng thøc t¶i d÷ liÖu. Tr−íc ®©y SDR ®−îc ph¸t triÓn vµ sö dông cho truyÒn th«ng trong qu©n ®éi. Sau nµy, cã sù ®Ò nghÞ cña Forum SDR ë Mü vµ ñy ban Kü thuËt sãng v« tuyÕn mÒm cña ViÖn c¸c Kü s− TruyÒn th«ng vµ Th«ng tin ®iÖn tö, SDR ®· ®−îc sö dông trong c¸c øng dông d©n dông. SDR lµ kü thuËt cho phÐp mét thiÕt bÞ sö dông mét sãng v« tuyÕn ®¬n cã thÓ thay ®æi chøc n¨ng cña nã b»ng viÖc n¹p l¹i phÇn mÒm, t−¬ng tù nh− m¸y tÝnh c¸ nh©n, ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c l−îc ®å truyÒn dÉn sãng v« tuyÕn kh¸c nhau. HiÖn nay ®· cã mét sè l−îc ®å sãng v« tuyÕn ®−îc sö dông cho c¸c dÞch vô truyÒn th«ng th−¬ng m¹i vµ c¸c hÖ thèng liªn quan. VÝ dô, cã nhiÒu hÖ thèng v« tuyÕn c«ng céng: PDC (Personal Digital Cellular), GSM, PHS (Personal Handyphone System), DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) vµ c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ 3 - ITM-2000. Tuy nhiªn c¸c hÖ thèng nµy sö dông c¸c b¨ng tÇn, l−îc ®å ®iÒu chÕ, giao thøc truyÒn th«ng kh¸c nhau do ®ã c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi cho mçi hÖ thèng nµy kh«ng sö dông dÞch vô cña hÖ thèng kh¸c ®−îc. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 67 SDR cho phÐp ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng v« tuyÕn kh¸c nhau trªn mét thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®¬n, vµ dÔ dµng cËp nhËt phiªn b¶n phÇn mÒm tõ hÖ thèng [7]. Do ®ã, SDR gi¶i quyÕt ®−îc vÊn ®Ò kh«ng thèng nhÊt hÖ thèng v« tuyÕn. SDR høa hÑn mét m«i tr−êng th«ng tin di ®éng kh«ng gi¸n ®o¹n. H×nh 3.27. CÊu h×nh c¬ b¶n cña thiÕt bÞ SDR [9] Trong ®ã: + Multi-band antenna: ¨ngten ®a b¨ng tÇn + antenna part: khèi ¨ngten + RF part: khèi RF + Multi-band RF circuit: m¹ch RF ®a b¨ng tÇn + A/D, D/A: khèi chuyÓn ®æi sè/t−¬ng tù vµ chuyÓn ®æi t−¬ng tù/sè + Programmable Processor: bé xö lý cã thÓ lËp tr×nh + External interface part: khèi giao diÖn ngoµi + Control part: khèi ®iÒu khiÓn. Kü thuËt triÓn khai trªn thiÕt bÞ v« tuyÕn ®−îc cÊu h×nh c¸c m¹ch sè vµ t−¬ng tù víi sãng v« tuyÕn cã thÓ linh ®éng vµ cã thÓ lËp tr×nh nhê sö dông kü thuËt xö lý tÝn hiÖu sè. §iÒu ®ã cho c¸c lîi Ých sau: + Do mét thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®¬n cã thÓ hç trî nhiÒu hÖ thèng v« tuyÕn nªn cïng mét phÇn cøng cã thÓ ®−îc sö dông ë mäi n¬i trªn thÕ giíi. + HÖ thèng v« tuyÕn tèi −u sÏ ®−îc thiÕt lËp mét c¸ch tù ®éng vµ tµi nguyªn h¹n chÕ (nh− c«ng suÊt, phæ tÇn ...) ®−îc sö dông mét c¸ch hiÖu qu¶. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 68 + Ng−êi dïng cã thÓ sö dông c¸c dÞch vô v« tuyÕn mµ kh«ng cÇn cã sù hiÓu biÕt vÒ nhµ khai th¸c hoÆc m¹ng cung cÊp dÞch vô. C¸c khã kh¨n vÒ kü thuËt: Mét thiÕt bÞ SDR ®iÓn h×nh ®−îc x©y dùng b»ng c¸c thiÕt bÞ sè cã thÓ lËp tr×nh nh−: CPU, DSP (Digital Signal Proccessor: bé xö lý sè) hoÆc FPGA. C¸c m¹ch ®iÖn v« tuyÕn nh− c¸c bé ®iÒu chÕ/gi¶i ®iÒu chÕ ®−îc chuyÓn m¹ch b»ng phÇn mÒm, nh−ng c¸c m¹ch RF gåm cã ¨ngten th× cÇn ®−îc x©y dùng b»ng c¸c m¹ch ®iÖn t−¬ng tù [4]. Ngoµi ra, c¸c b¨ng tÇn kh¸c nhau ®−îc sö dông cho c¸c hÖ thèng hiÖn t¹i, do ®ã nÕu c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng ®−îc triÓn khai SDR th× mét d¶i réng c¸c b¨ng tÇn bao phñ tõ c¸c b¨ng UHF/VHF ®Õn hµng GHz ®−îc sö dông. V× lý do nµy mµ c¸c m¹ch ®iÖn RF cña c¸c thiÕt bÞ SDR cÇn cã c¸c m¹ch ®iÖn RF ®a b¨ng tÇn cã kh¶ n¨ng hç trî c¸c ®Æc tr−ng vÒ bé läc/c«ng suÊt ph¸t/tÇn sè cã thÓ biÕn ®æi ®Ó ®iÒu khiÓn nhiÒu hÖ thèng th«ng tin (kh¶ n¨ng ®a chÕ ®é). Mét sè thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®a chÕ ®é t−¬ng thÝch víi nhiÒu hÖ thèng v« tuyÕn ®· ®−îc th−¬ng m¹i réng r·i, vÝ dô: thiÕt bÞ ®Çu cuèi ë Mü t−¬ng thÝch víi c¸c hÖ thèng v« tuyÕn: AMPS b¨ng tÇn 800MHz, CDMA2000 b¨ng tÇn 800MHz vµ b¨ng 2GHz. Tuy nhiªn nh÷ng thiÕt bÞ ®Çu cuèi nµy cã ®−îc kh¶ n¨ng ®a chÕ ®é b»ng viÖc kÕt hîp c¸c phÇn cøng riªng cho tõng hÖ thèng, vµ chóng kh«ng cã ®Æc tr−ng riªng cña SDR lµ thay ®æi chøc n¨ng b»ng phÇn mÒm. SDR kh«ng cÇn triÓn khai nhiÒu phÇn cøng ®Ó hç trî nhiÒu hÖ thèng mµ môc ®Ých cuèi cïng lµ tÝch hîp c¸c phÇn cøng riªng ®ã thµnh mét [6]. Cuèi cïng, cÇn ph¸t triÓn c¸c bé xö lý cã thÓ cÊu h×nh l¹i mét c¸ch tù ®éng vµ c¸c kü thuËt n¹p phÇn mÒm an toµn ®Ó thùc hiÖn nhiÒu lo¹i truyÒn th«ng kh¸c nhau b»ng c¸ch thay ®æi tïy ý phÇn mÒm tïy thuéc vµo m«i tr−êng truyÒn th«ng. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 69 3.3.3 §iÒu khiÓn chuyÓn giao/tÝnh di ®éng C¸c kü thuËt ®iÒu khiÓn chuyÓn giao, ®Æc biÖt lµ chuyÓn giao nhanh lµ nh÷ng kü thuËt cho phÐp chuyÓn giao ë tèc ®é cao h¬n ®Ó triÓn khai c¸c dÞch vô truyÒn th«ng kh«ng d©y tèc ®é cao vµ kh«ng gi¸n ®o¹n. C¸c kü thuËt nµy cã thÓ ®−îc ¸p dông cho c¸c khu vùc: c¸c dÞch vô truyÒn th«ng dung l−îng lín kh«ng gi¸n ®o¹n nh− t¶i d÷ liÖu tèc ®é cao trong m¸y bay, xe löa, xe buýt, « t« vµ c¸c ®èi t−îng chuyÓn ®éng tèc ®é cao; hoÆc c¸c dÞch vô truyÒn th«ng dung l−îng lín kh«ng gi¸n ®o¹n khi cã sè l−îng lín ng−êi dïng di chuyÓn trong c¸c ®èi t−îng ®−îc coi lµ n»m trong mét m¹ng chuyÓn ®éng; c¸c dÞch vô truyÒn th«ng dùa trªn SDR thùc hiÖn ®−îc nhê chuyÓn giao kh«ng gi¸n ®o¹n gi÷a c¸c m¹ng kh«ng ®ång nhÊt; vµ c¸c dÞch vô truyÒn th«ng kh«ng gi¸n ®o¹n trong c¸c tÕ bµo ba chiÒu mËt ®é cao. Th¸ch thøc chÝnh ®èi víi c¸c kü thuËt chuyÓn giao nhanh lµ: thùc hiÖn chuyÓn giao nh−ng duy tr× ®−îc chÊt l−îng dÞch vô (QoS); vµ chuyÓn giao nhanh ®Ó triÓn khai chuyÓn giao trong khi di chuyÓn ë tèc ®é cao; thùc hiÖn chuyÓn giao hiÖu qu¶ cho c¸c m¹ng chuyÓn ®éng n¬i cã sè l−îng lín ng−êi sö dông di chuyÓn trªn xe löa, xe buýt ...; chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn gãi tèc ®é cao; c¸c kü thuËt bï mÊt gãi; chuyÓn giao tuÇn tù gi÷a c¸c m¹ng di ®éng vµ c¸c tr¹m gèc cè ®Þnh; sù nhËn diÖn tÕ bµo tèc ®é cao bªn trong vµ bªn ngoµi m¹ng di ®éng; vµ c¸c kü thuËt lùa chän tÕ bµo nhanh. §iÒu khiÓn di ®éng lµ kü thuËt ®Ó l−u vÕt sù di chuyÓn cña thiÕt bÞ ®Çu cuèi, thiÕt lËp kÕt nèi th«ng qua mét m¹ng thÝch hîp, vµ thùc hiÖn truyÒn th«ng. §Æc biÖt, c¸c kü thuËt: IPv6 di ®éng thùc hiÖn tÝnh di ®éng dùa trªn giao thøc líp IP, kü thuËt NEMO (Network Mobility) thùc hiÖn tÝnh di ®éng khi toµn bé m¹ng cña ng−êi dïng n»m trong xe löa, xe buýt .. ®ang ®−îc chó ý ®Ó nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn dùa theo gi¶ thiÕt r»ng m¹ng IP sÏ ®−îc c¶i tiÕn h¬n n÷a [6] [9]. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 70 3.3.3.1 Kü thuËt chuyÓn giao liªn tôc IP di ®éng lµ giao thøc ®iÓn h×nh hç trî thiÕt bÞ ®Çu cuèi chuyÓn ®éng trong c¸c m¹ng IP. IP di ®éng thùc thi chuyÓn giao trong líp IP, do ®ã nã ®−îc øng dông ®Ó chuyÓn giao cho c¸c m¹ng kh«ng ®ång nhÊt cña thiÕt bÞ ®Çu cuèi chuyÓn ®éng gi÷a c¸c m¹ng truy cËp kh¸c nhau, bao gåm c¶ c¸c m¹ng kh«ng d©y vµ cã d©y cè ®Þnh. H×nh 3.28. M« h×nh tham chiÕu IEEE 802.21 [9] Chøc n¨ng chuyÓn giao liªn tôc dùa theo sù kiÖn L2 thùc hiÖn ph¸t hiÖn chuyÓn ®éng nhanh vµ hiÖu qu¶ b»ng viÖc th«ng b¸o cho c¸c líp cao h¬n th«ng tin kh¸c nhau trong líp vËt lý/líp liªn kÕt, còng nh− lµ nh÷ng sù kiÖn kÕt nèi vµ ng¾t kÕt nèi cña ®−êng truyÒn. Chøc n¨ng nµy cã môc ®Ých thùc hiÖn chuyÓn giao liªn tôc gi÷a c¸c m¹ng kh«ng ®ång nhÊt sö dông IP di ®éng vµ c¸c giao thøc chuyÓn giao kh¸c. HiÖn nay giao thøc chuyÓn giao nµy ®−îc LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 71 chuÈn hãa t¹i chuÈn IEEE 802.21. KiÕn tróc cña IEEE 802.21 m« t¶ ë h×nh 3.28 [9]. ChuyÓn giao ®éc lËp m«i tr−êng MIH (Media Independent Handover) lµ mét yÕu tè ®Ó triÓn khai chuyÓn giao liªn tôc gi÷a c¸c m¹ng kh«ng ®ång nhÊt. MIH thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng sau: + Hç trî kÕt nèi tíi c¸c m¹ng tèi −u nhê ®¹t ®−îc c¸c ®Æc tÝnh cña ®−êng truyÒn hoÆc cña m¹ng (QoS, chi phÝ ...) tõ c¸c thiÕt bÞ liªn l¹c hoÆc thiÕt bÞ m¹ng (tr¹m gèc) vµ göi c¸c th«ng tin ®ã lªn líp cao h¬n. + Hç trî chuyÓn giao nhanh nhê göi lªn c¸c líp cao h¬n c¸c sù kiÖn chØ ra sù thay ®æi cña ®−êng truyÒn hoÆc tr¹ng th¸i m¹ng. 3.3.3.2 Kü thuËt ®iÒu khiÓn tÝnh di ®éng IPv6 di ®éng lµ mét kü thuËt cho phÐp liªn l¹c liªn tôc sö dông cïng ®Þa chØ th−êng tró HoA (Home Address) ngay c¶ khi thiÕt bÞ ®Çu cuèi di chuyÓn sang mét m¹ng cã c¸c host kh¸c víi m¹ng IP. IPv6 di ®éng bao gåm c¸c yÕu tè: nót di ®éng MN (Mobile Node), nót trung gian CN (Correspondent Node) vµ t¸c nh©n nhµ HA (Home Agent). MN chØ mét tr¹m ®ang di chuyÓn, CN lµ tr¹m ®ang liªn l¹c víi MN (CN cã thÓ lµ mét MN), vµ HA lµ mét thiÕt bÞ duy tr× vÞ trÝ cña MN vµ truyÒn c¸c gãi tin. Khi MN kÕt nèi víi m¹ng th−êng tró (m¹ng kÕt nèi víi HA), MN liªn l¹c trùc tiÕp víi CN, khi ®ã CN dïng ®Þa chØ th−êng tró HoA. NÕu MN di chuyÓn, trong m¹ng mµ MN chuyÓn tíi, ®Þa chØ t¹m thêi CoA (Care-of Address) lÊy ®−îc vµ ®¨ng ký víi HA. HA chÆn c¸c gãi tin göi tíi HoA sau ®ã thªm vµo gãi tin mét mµo ®Çu (header) ®−îc ®¸nh ®Þa chØ CoA cña MN (gäi lµ t¹o ®−êng hÇm-tunneling) vµ chuyÓn chóng tíi MN. MN göi gãi tin ®−îc ®¸nh ®Þa chØ tíi CN sö dông ®−êng hÇm theo h−íng ng−îc l¹i. Nh÷ng xö lý nµy ®−îc thùc hiÖn mét c¸ch trong suÊt víi c¸c líp cao h¬n líp IP do ®ã c¸c øng dông LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 72 vÉn liªn l¹c liªn tôc víi MN dïng ®Þa chØ HoA. Liªn l¹c b»ng ®−êng ng¾n h¬n so víi liªn l¹c qua HA cã thÓ ®−îc thùc hiÖn th«ng qua sù tèi −u hãa ®−êng truyÒn RO (Route Optimization), lµ ph−¬ng ph¸p MN ®¨ng ký trùc tiÕp CoA víi CN. Chó thÝch: + Bi-directional tunnel: ®−êng hÇm hai chiÒu + Optimized route: ®−êng tèi −u H×nh 3.29. IPv6 di ®éng [9] IPv6 di ®éng cã thÓ ho¹t ®éng qua nÒn IP mét c¸ch ®éc lËp vÒ ph−¬ng tiÖn, do ®ã liªn l¹c ®−îc gi÷ liªn tôc ngay c¶ khi thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®a chÕ ®é di chuyÓn gi÷a c¸c m¹ng kh¸c nhau. Ngoµi ra, liªn l¹c trùc tiÕp gi÷a c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi còng cã thÓ ®−îc thiÕt lËp b»ng RO, ®iÒu nµy ®−a ra møc hiÖu qu¶ truyÒn th«ng cao h¬n so víi IPv4 di ®éng. Víi IPv6 di ®éng, v× cã trÔ trong truyÒn dÉn c¸c th«ng ®iÖp gi÷a MN vµ HA, vµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó dß t×m sù chuyÓn ®éng cña MN (thêi gian dß chuyÓn ®éng) nªn cã mét kho¶ng thêi gian vµi gi©y trong khi chuyÓn giao liªn l¹c kh«ng ®−îc thùc hiÖn [9]. Do ®ã, chÊt l−îng cña c¸c øng dông nh¹y c¶m víi trÔ, nh− ®iÖn tho¹i IP, sÏ bÞ suy gi¶m nghiªm träng. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 73 C¸c kü thuËt chuyÓn giao nhanh cho IPv6 di ®éng FMIPv6 (Fast Handovers for Mobile IPv6), IPv6 di ®éng ph©n cÊp HMIPv6 (Hierarchical Mobile IPv6) lµ nh÷ng kü thuËt rót ng¾n thêi gian chuyÓn giao. H×nh 3.30 minh häa tæng quan vÒ FMIPv6. FMIPv6 rót ng¾n ®−îc thêi gian chuyÓn giao b»ng c¸ch thu ®−îc CoA hîp lý ë ®Ých ®Õn (CoA míi) tr−íc khi di chuyÓn. Ngoµi ra, b»ng viÖc chuyÓn c¸c gãi tin tíi router truy cËp (AR), AR mµ MN kÕt nèi tr−íc khi di chuyÓn (Previous AR), trong thêi gian chuyÓn giao tíi ®Ých ®Õn mµ c¸c gãi tin tr−íc ®ã ch−a ®−îc ph©n phèi sÏ ®−îc chuyÓn tíi thiÕt bÞ ®Çu cuèi [9]. AR (Access Router): bé ®Þnh tuyÕn truy cËp (router phôc vô nh− lµ ®iÓm kÕt nèi ®Ó truy cËp m¹ng). H×nh 3.30. ChuyÓn giao nhanh cho IPv6 di ®éng [9] HMIPv6 lµ kü thuËt gi¶m thêi gian ®¨ng ký vÞ trÝ víi HA b»ng viÖc ®−a ra ®iÓm neo di ®éng MAP (Mobility Anchor Point), ®iÓm nµy sÏ qu¶n lý th«ng tin vÞ trÝ cña c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi trong mét ph¹m vi x¸c ®Þnh (MAP domain: miÒn MAP). Nh÷ng thiÕt bÞ ®Çu cuèi chØ cÇn ®¨ng ký vÞ trÝ víi MAP khi chóng LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 74 di chuyÓn trong miÒn MAP. Nãi chung v× MAP ®−îc ®Æt gÇn nh÷ng thiÕt bÞ ®Çu cuèi h¬n HA nªn gi¶m ®−îc trÔ truyÒn dÉn [9]. Ngoµi ra còng cã nhiÒu vÊn ®Ò b¶o mËt cÇn ®−îc gi¶i quyÕt. Mét hÖ thèng ®éc quyÒn: kh¶ n¨ng ®Þnh tuyÕn ®−êng vÒ RR (Return Routability) ®−îc sö dông ®Ó chøng thùc gi÷a MN vµ CN ë thêi ®iÓm tèi −u ®−êng ®i RO, v× IPsec kh«ng sö dông ®−îc do thiÕu khãa PKI toµn côc (Global PKI). RR ®−îc xem lµ biÖn ph¸p ®−a ra møc b¶o mËt ®Çy ®ñ cho sö dông thùc tÕ, tuy nhiªn nã cã nhiÒu ®iÓm yÕu h¬n so víi IPsec. 3.3.3.3 TÝnh di ®éng m¹ng NEMO (Network Mobility) Trong khi IP di ®éng triÓn khai tÝnh di ®éng cho thiÕt bÞ ®Çu cuèi th× NEMO triÓn khai tÝnh di ®éng cho toµn m¹ng. C¸c yÕu tè cÊu thµnh NEMO ®−îc minh häa ë h×nh 3.31. NEMO triÓn khai tÝnh di ®éng cã bé ®Þnh tuyÕn di ®éng MR (Mobile Router) vµ t¸c nh©n nhµ (Home Agent). MR chuyÓn tiÕp liªn l¹c gi÷a c¸c nót m¹ng di ®éng MNN (Mobile Network Node), c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi trong m¹ng di ®éng, vµ CN (Correspondent Node), c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi bªn ngoµi (External Terminals). HA qu¶n lý vÞ trÝ cña MR [9]. MR lÊy ®−îc mét CoA (Care of Address) mµ ®−îc sö dông t¹m thêi t¹i m¹ng t¹m tró (m¹ng viÕng th¨m), vµ ®¨ng ký gi¸ trÞ nµy trªn HA cïng víi ®Þa chØ tr−êng tró HoA (Home Address), lµ ®Þa chØ toµn côc duy nhÊt. ë thêi ®iÓm nµy, tiÒn tè m¹ng di ®éng MNP (Mobile Network Preffix), lµ tiÒn tè m¹ng cña m¹ng di ®éng, còng ®−îc ®¨ng ký khi thÊy cÇn thiÕt. HA ®−îc kÕt nèi ®Õn m¹ng th−êng tró lµ n¬i tÊt c¶ c¸c gãi tin ®−îc chuyÓn tíi MNN. C¸c gãi tin ®Õn ®−îc ®Ýnh thªm header cã ®Þa chØ ®Ých lµ CoA (®Ó chØ vÞ trÝ hiÖn t¹i cña MR) vµ ®Þa chØ nguån lµ ®Þa chØ cña HA (®−îc gäi lµ t¹o ®−êng hÇm) vµ ®−îc göi tíi MR bëi HA. MR gì bá header bªn LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 75 ngoµi khái gãi tin vµ chuyÓn chóng tíi MNN. Khi c¸c gãi tin ®−îc göi tõ MNN ®Õn CN, viÖc thiÕt lËp ®−êng hÇm ®−îc thùc hiÖn theo chiÒu ng−îc l¹i. Nh− vËy, tÝnh di ®éng ®−îc triÓn khai b»ng viÖc duy tr× c¸c ®−êng hÇm ¶o gi÷a CoA cña MR vµ ®Þa chØ HA (cßn ®−îc gäi lµ ®−êng hÇm hai chiÒu). Trong ®ã: + MR (Mobile Router): Bé ®Þnh tuyÕn di ®éng + HA (Home Agent): T¸c nh©n nhµ + MNN (Mobile Network Node): Nót m¹ng di ®éng H×nh 3.31. §iÒu khiÓn tÝnh di ®éng m¹ng NEMO [9] Lîi thÕ kü thuËt cña NEMO ChØ cÇn duy tr× c¸c ®−êng hÇm hai chiÒu gi÷a HA vµ MR th× liªn l¹c ®−îc duy tr× mµ kh«ng cÇn thay ®æi toµn bé ®Þa chØ MNN, vµ kh«ng n¶y sinh vÊn ®Ò g× cho n¬i mµ m¹ng di ®éng chuyÓn tíi. Lîi thÕ lín nhÊt cña NEMO lµ mçi MNN kh«ng ph¶i trang bÞ chøc n¨ng di ®éng nh− Mobile IP. Ngoµi ra, ngay c¶ khi cã mét sè l−îng lín c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi di chuyÓn cïng lóc th× t¶i m¹ng g©y ra bëi c¸c th«ng ®iÖp ®¨ng ký vÞ trÝ còng gi¶m h¬n so víi Mobile IP, v× c¸c th«ng ®iÖp ®¨ng ký vÞ trÝ cÇn thiÕt chØ ®−îc trao ®æi gi÷a HA vµ MR. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 76 Bëi nh÷ng ®Æc tÝnh nµy mµ NEMO cã thÓ ®−îc ¸p dông cho xe löa, m¸y bay, xe buýt, lµ nh÷ng n¬i cã nhÒu thiÕt bÞ ®Çu cuèi cïng chuyÓn ®éng. Trong m¹ng sè c¸ nh©n PAN, c¸c thiÕt bÞ di ®éng cña ng−êi dïng ®−îc kÕt nèi b»ng giao diÖn v« tuyÕn cã ph¹m vi hÑp nh−: bluetooth, th× UWB (Ultra Wide Band) ®−îc coi lµ mét øng dông høa hÑn cña NEMO. H×nh 3.32. M¹ng c¸ nh©n PAN (Personal Area Network) [7] Nh− minh häa ë h×nh 3.32, c¸c thiÕt bÞ ®−îc trang bÞ giao diÖn v« tuyÕn cho c¸c m¹ng truy cËp kh¸c nhau nh−: m¹ng ®iÖn tho¹i tÕ bµo, m¹ng LAN kh«ng d©y, cã thÓ ho¹t ®éng nh− lµ MR ®Ó chuyÓn tiÕp liªn l¹c cña c¸c thiÕt bÞ. V× vËy sù liªn l¹c gi÷a c¸c thiÕt bÞ trong m¹ng PAN ®−îc duy tr× ngay c¶ khi nã di chuyÓn [9]. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 77 3.4 M¹ng thÕ hÖ sau NGN vµ hÖ thèng di ®éng 4G 3.4.1 M¹ng thÕ hÖ sau NGN 3.4.1.1 Giíi thiÖu chung B¾t nguån tõ sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ th«ng tin, c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch gãi vµ c«ng nghÖ truyÒn dÉn b¨ng réng, m¹ng th«ng tin thÕ hÖ míi (NGN) ra ®êi lµ m¹ng cã c¬ së h¹ tÇng th«ng tin duy nhÊt dùa trªn c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch gãi, triÓn khai c¸c dÞch vô mét c¸ch ®a d¹ng vµ nhanh chãng, ®¸p øng sù héi tô gi÷a tho¹i vµ sè liÖu, gi÷a cè ®Þnh vµ di ®éng. Nh− vËy, cã thÓ xem m¹ng th«ng tin thÕ hÖ míi lµ sù tÝch hîp m¹ng tho¹i PSTN, chñ yÕu dùa trªn kü thuËt TDM (Time Division Multiplexing), víi m¹ng chuyÓn m¹ch gãi, dùa trªn kü thuËt IP/ATM. Nã cã thÓ truyÒn t¶i tÊt c¶ c¸c dÞch vô vèn cã cña PSTN ®ång thêi còng cã thÓ nhËp mét l−îng d÷ liÖu rÊt lín vµo m¹ng IP, nhê ®ã cã thÓ gi¶m nhÑ g¸nh nÆng cña PSTN. Tuy nhiªn, NGN kh«ng chØ ®¬n thuÇn lµ sù héi tô gi÷a tho¹i vµ d÷ liÖu mµ cßn lµ sù héi tô gi÷a truyÒn dÉn quang vµ c«ng nghÖ gãi, gi÷a m¹ng cè ®Þnh vµ di ®éng. VÊn ®Ò chñ ®¹o ë ®©y lµ lµm sao cã thÓ tËn dông hÕt lîi thÕ ®em ®Õn tõ qu¸ tr×nh héi tô nµy. Mét vÊn ®Ò quan träng kh¸c lµ sù bïng næ nhu cÇu cña ng−êi sö dông cho mét khèi l−îng lín dÞch vô vµ øng dông phøc t¹p bao gåm c¶ ®a ph−¬ng tiÖn, phÇn lín trong ®ã lµ kh«ng ®−îc trï liÖu khi x©y dùng c¸c hÖ thèng m¹ng hiÖn nay [2]. 3.4.1.2 §Æc ®iÓm m¹ng NGN M¹ng NGN cã bèn ®Æc ®iÓm chÝnh: 1. NÒn t¶ng lµ hÖ thèng m¹ng më. 2. M¹ng NGN lµ do m¹ng dÞch vô thóc ®Èy, nh−ng dÞch vô ph¶i thùc hiÖn ®éc lËp víi m¹ng l−íi. 3. M¹ng NGN lµ m¹ng chuyÓn m¹ch gãi, dùa trªn mét giao thøc thèng nhÊt. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 78 4. Lµ m¹ng cã dung l−îng ngµy cµng t¨ng, cã tÝnh thÝch øng còng ngµy cµng t¨ng, cã ®ñ dung l−îng ®Ó ®¸p øng nhu cÇu [2]. Tr−íc hÕt, do ¸p dông c¬ cÊu më mµ: - C¸c khèi chøc n¨ng cña tæng ®µi truyÒn thèng chia thµnh c¸c phÇn tö m¹ng ®éc lËp, c¸c phÇn tö ®−îc ph©n theo chøc n¨ng t−¬ng øng, vµ ph¸t triÓn mét c¸ch ®éc lËp. - Giao diÖn vµ giao thøc gi÷a c¸c bé phËn ph¶i dùa trªn c¸c tiªu chuÈn t−¬ng øng. ViÖc ph©n t¸ch lµm cho m¹ng viÔn th«ng vèn cã dÇn dÇn ®i theo h−íng míi, nhµ kinh doanh cã thÓ c¨n cø vµo nhu cÇu dÞch vô ®Ó tù tæ hîp c¸c phÇn tö khi tæ chøc m¹ng l−íi. ViÖc tiªu chuÈn hãa giao thøc gi÷a c¸c phÇn tö cã thÓ thùc hiÖn nèi th«ng gi÷a c¸c m¹ng cã cÊu h×nh kh¸c nhau. TiÕp ®Õn, m¹ng NGN lµ m¹ng dÞch vô thóc ®Èy, víi ®Æc ®iÓm cña: • Chia t¸ch dÞch vô víi ®iÒu khiÓn cuéc gäi. • Chia t¸ch cuéc gäi víi truyÒn t¶i. Môc tiªu chÝnh cña chia t¸ch lµ lµm cho dÞch vô thùc sù ®éc lËp víi m¹ng, thùc hiÖn mét c¸ch linh ho¹t vµ cã hiÖu qu¶ viÖc cung cÊp dÞch vô. Thuª bao cã thÓ tù bè trÝ vµ x¸c ®Þnh ®Æc tr−ng dÞch vô cña m×nh, kh«ng quan t©m ®Õn m¹ng truyÒn t¶i dÞch vô vµ lo¹i h×nh ®Çu cuèi. §iÒu ®ã lµm cho viÖc cung cÊp dÞch vô vµ øng dông cã tÝnh linh ho¹t cao. Thø ba, NGN lµ m¹ng chuyÓn m¹ch gãi, giao thøc thèng nhÊt. M¹ng th«ng tin hiÖn nay, dï lµ m¹ng viÔn th«ng, m¹ng m¸y tÝnh hay m¹ng truyÒn h×nh c¸p, ®Òu kh«ng thÓ lÊy mét trong c¸c m¹ng ®ã lµm nÒn t¶ng ®Ó x©y dùng c¬ së h¹ tÇng th«ng tin. Nh−ng mÊy n¨m gÇn ®©y, cïng víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ IP, ng−êi ta míi nhËn thÊy râ rµng lµ m¹ng viÔn th«ng, m¹ng m¸y tÝnh vµ m¹ng truyÒn h×nh c¸p cuèi cïng råi còng tÝch hîp trong mét m¹ng IP LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 79 thèng nhÊt, ®ã lµ xu thÕ lín mµ ng−êi ta th−êng gäi lµ “dung hîp ba m¹ng” [2]. Giao thøc IP lµm cho c¸c dÞch vô lÊy IP lµm c¬ së ®Òu cã thÓ thùc hiÖn nèi th«ng c¸c m¹ng kh¸c nhau; con ng−êi lÇn ®Çu tiªn cã ®−îc giao thøc thèng nhÊt mµ ba m¹ng lín ®Òu cã thÓ chÊp nhËn ®−îc; ®Æt c¬ së v÷ng ch¾c vÒ mÆt kü thuËt cho h¹ tÇng c¬ së th«ng tin quèc gia. H×nh 3.33. KiÕn tróc m¹ng NGN [2] Giao thøc IP thùc tÕ ®· trë thµnh giao thøc øng dông v¹n n¨ng vµ b¾t ®Çu ®−îc sö dông lµm c¬ së cho c¸c m¹ng ®a dÞch vô, mÆc dï hiÖn t¹i vÉn cßn ë thÕ bÊt lîi so víi c¸c chuyÓn m¹ch kªnh vÒ mÆt kh¶ n¨ng hç trî l−u l−îng tho¹i vµ cung cÊp chÊt l−îng dÞch vô ®¶m b¶o cho sè liÖu. Tèc ®é ®æi míi nhanh chãng trong thÕ giíi Internet, mµ nã ®−îc t¹o ®iÒu kiÖn bëi sù ph¸t triÓn cña c¸c tiªu chuÈn më sÏ sím kh¾c phôc nh÷ng thiÕu sãt nµy. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 80 3.4.1.3 CÊu tróc m¹ng NGN 3.4.1.3.1 CÊu tróc logic Cho ®Õn nay, m¹ng thÕ hÖ sau vÉn lµ xu h−íng ph¸t triÓn míi mÎ, ch−a cã mét khuyÕn nghÞ chÝnh thøc nµo cña Liªn minh ViÔn th«ng thÕ giíi ITU vÒ cÊu tróc cña nã. NhiÒu h·ng viÔn th«ng lín ®· ®−a ra m« h×nh cÊu tróc m¹ng thÕ hÖ míi nh− Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC, … Nh×n chung tõ c¸c m« h×nh nµy, cÊu tróc m¹ng míi cã ®Æc ®iÓm chung lµ bao gåm c¸c líp chøc n¨ng: líp truy nhËp vµ truyÒn dÉn, líp truyÒn th«ng, líp ®iÒu khiÓn, líp øng dông (m« t¶ ë h×nh 3.34). H×nh 3.34. CÊu tróc logic m¹ng NGN [2] Líp truyÒn dÉn - Líp vËt lý: TruyÒn dÉn quang víi kü thuËt ghÐp kªnh b−íc sãng quang DWDM sÏ ®−îc sö dông. - Líp 2 vµ líp 3: LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 81 + TruyÒn dÉn trªn m¹ng lâi (Core Network) dùa vµo kü thuËt gãi cho tÊt c¶ c¸c dÞch vô víi chÊt l−îng dÞch vô QoS tïy yªu cÇu cho tõng lo¹i dÞch vô. + ATM hay IP/MPLS cã thÓ ®−îc sö dông lµm nÒn cho truyÒn dÉn trªn m¹ng lâi ®Ó ®¶m b¶o QoS. - Chøc n¨ng: Líp truyÒn t¶i trong cÊu tróc m¹ng NGN bao gåm c¶ chøc n¨ng truyÒn dÉn vµ chøc n¨ng chuyÓn m¹ch. Líp truyÒn dÉn cã kh¶ n¨ng hç trî c¸c møc QoS kh¸c nhau cho cïng mét dÞch vô vµ cho c¸c dÞch vô kh¸c nhau. Nã cã kh¶ n¨ng l−u tr÷ l¹i c¸c sù kiÖn x¶y ra trªn m¹ng (kÝch th−íc gãi, tèc ®é gãi, ®é trÔ, tû lÖ mÊt gãi vµ Jitter cho phÐp, … ®èi víi m¹ng chuyÓn m¹ch gãi; b¨ng th«ng, ®é trÔ ®èi víi m¹ng chuyÓn m¹ch kªnh TDM). Líp øng dông sÏ ®−a ra c¸c yªu cÇu vÒ n¨ng lùc truyÒn t¶i vµ líp truyÒn dÉn sÏ thùc hiÖn c¸c yªu cÇu ®ã. Líp truy nhËp - Líp vËt lý: + H÷u tuyÕn: C¸p ®ång, xDSL hiÖn ®ang sö dông. Tuy nhiªn trong t−¬ng lai truyÒn dÉn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sÏ dÇn dÇn chiÕm −u thÕ vµ thÞ tr−êng xDSL, modem c¸p dÇn dÇn thu hÑp l¹i. + V« tuyÕn: th«ng tin di ®éng - c«ng nghÖ GSM hoÆc CDMA, truy nhËp v« tuyÕn cè ®Þnh, vÖ tinh. - Líp 2 vµ líp 3: C«ng nghÖ IP sÏ lµm nÒn cho m¹ng truy nhËp. - Chøc n¨ng: Líp truy nhËp cung cÊp c¸c kÕt nèi gi÷a thuª bao ®Çu cuèi vµ m¹ng ®−êng trôc (thuéc líp truyÒn dÉn) qua cæng giao tiÕp MGW thÝch hîp. M¹ng NGN kÕt nèi víi hÇu hÕt c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi chuÈn vµ kh«ng chuÈn nh− c¸c thiÕt bÞ truy xuÊt ®a dÞch vô, ®iÖn tho¹i IP, m¸y tÝnh PC, tæng ®µi néi bé PBX, ®iÖn tho¹i POTS, ®iÖn tho¹i sè ISDN, di ®éng v« tuyÕn, di ®éng vÖ tinh, v« tuyÕn cè ®Þnh, VoDSL, VoIP, … LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 82 Líp truyÒn th«ng ThiÕt bÞ ë líp truyÒn th«ng lµ c¸c cæng truyÒn th«ng (MG– Media Gateway) bao gåm: + C¸c cæng truy nhËp: AG (Access Gateway) kÕt nèi gi÷a m¹ng lâi víi m¹ng truy nhËp, RG (Residental Gateway) kÕt nèi m¹ng lâi víi m¹ng thuª bao t¹i nhµ. + C¸c cæng giao tiÕp: TG (Trunking Gateway) kÕt nèi giùa m¹ng lâi víi m¹ng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kÕt nèi m¹ng lâi víi m¹ng di ®éng. - Chøc n¨ng: Líp truyÒn th«ng cã kh¶ n¨ng t−¬ng thÝch c¸c kü thuËt truy nhËp kh¸c víi kü thuËt chuyÓn m¹ch gãi IP hay ATM ë m¹ng ®−êng trôc. Líp nµy thùc hiÖn chuyÓn ®æi c¸c lo¹i m«i tr−êng (nh− PSTN, FramRelay, LAN, v« tuyÕn, …) sang m«i tr−êng truyÒn dÉn gãi ®−îc ¸p dông trªn m¹ng lâi vµ ng−îc l¹i. Líp ®iÒu khiÓn Líp ®iÒu khiÓn bao gåm c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn mµ thµnh phÇn chÝnh lµ chuyÓn m¹ch mÒm (Softswitch) cßn gäi lµ bé ®iÒu khiÓn cæng truyÒn th«ng (Media Gateway Controller) hay Call Agent ®−îc kÕt nèi víi c¸c thµnh phÇn kh¸c ®Ó kÕt nèi cuéc gäi hay qu¶n lý ®Þa chØ IP nh−: cæng b¸o hiÖu SGW (Signaling Gateway), m¸y chñ truyÒn th«ng MS (Media Sever), m¸y chñ ®Æc tÝnh FS (Feature Server), m¸y chñ øng dông AS (Application Server). - Chøc n¨ng: Líp ®iÒu khiÓn cã nhiÖm vô kÕt nèi ®Ó cung cÊp c¸c dÞch vô th«ng suèt tõ ®Çu cuèi ®Õn ®Çu cuèi víi bÊt kú lo¹i giao thøc vµ b¸o hiÖu nµo. Cô thÓ , líp ®iÒu khiÓn thùc hiÖn: + §Þnh tuyÕn l−u l−îng gi÷a c¸c khèi chuyÓn m¹ch. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 83 + ThiÕt lËp yªu cÇu, ®iÒu chØnh vµ thay ®æi c¸c kÕt nèi hoÆc c¸c luång, ®iÒu khiÓn s¾p xÕp nh·n (Label Mapping) gi÷a c¸c giao diÖn cæng. + Ph©n bæ l−u l−îng vµ c¸c chØ tiªu chÊt l−îng ®èi víi mçi kÕt nèi (hay mçi luång) vµ thùc hiÖn gi¸m s¸t ®iÒu khiÓn ®Ó ®¶m b¶o QoS. + B¸o hiÖu ®Çu cuèi tõ c¸c trung kÕ, c¸c cæng trong kÕt nèi víi líp media. Thèng kª vµ ghi l¹i c¸c th«ng sè vÒ chi tiÕt cuéc gäi, ®ång thêi thùc hiÖn c¸c c¶nh b¸o. + Thu nhËn th«ng tin b¸o hiÖu tõ c¸c cæng vµ chuyÓn th«ng tin nµy ®Õn c¸c thµnh phÇn thÝch hîp trong líp ®iÒu khiÓn. + Qu¶n lý vµ b¶o d−ìng ho¹t ®éng cña c¸c tuyÕn kÕt nèi thuéc ph¹m vi ®iÒu khiÓn. ThiÕt lËp vµ qu¶n lý ho¹t ®éng cña c¸c luång yªu cÇu ®èi víi chøc n¨ng dÞch vô trong m¹ng. B¸o hiÖu víi c¸c thµnh phÇn ngang cÊp. Líp øng dông Líp øng dông gåm c¸c nót thùc thi dÞch vô SEN (Service Excution Node), thùc chÊt lµ c¸c server dÞch vô cung cÊp c¸c øng dông cho kh¸ch hµng th«ng qua líp truyÒn t¶i. - Chøc n¨ng: Líp øng dông cung cÊp c¸c dÞch vô cã b¨ng th«ng kh¸c nhau vµ ë nhiÒu møc ®é. Mét sè lo¹i dÞch vô sÏ thùc hiÖn lµm chñ viÖc ®iÒu khiÓn logic cña chóng vµ truy nhËp trùc tiÕp tíi líp øng dông, cßn mét sè dÞch vô kh¸c sÏ ®−îc ®iÒu khiÓn tõ líp ®iÒu khiÓn nh− dÞch vô tho¹i truyÒn thèng. Líp øng dông liªn kÕt víi líp ®iÒu khiÓn th«ng qua c¸c giao diÖn më API. Nhê ®ã mµ c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô cã thÓ ph¸t triÓn c¸c øng dông vµ triÓn khai nhanh chãng trªn c¸c dÞch vô m¹ng. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 84 3.4.1.3.2 CÊu tróc vËt lý CÊu tróc vËt lý cña m¹ng NGN ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3.35. Trong m¹ng viÔn th«ng thÕ hÖ míi cã rÊt nhiÒu thµnh phÇn cÇn quan t©m, nh−ng ë ®©y ta chØ ®Ò cËp nh÷ng thµnh phÇn chÝnh thÓ hiÖn râ nÐt sù tiªn tiÕn cña NGN so víi m¹ng viÔn th«ng truyÒn thèng. Cô thÓ gåm c¸c thµnh phÇn [2]: 1. Media Gateway (MG). 2. Media Gateway Controller (MGC - Call Agent - Softswitch). 3. Signaling Gateway (SG). 4. Media Server (MS). 5. Application Server (Feature Server). H×nh 3.35. CÊu tróc vËt lý m¹ng NGN [2] Cæng truyÒn th«ng - Media Gateway (MG) Media Gateway cung cÊp ph−¬ng tiÖn ®Ó truyÒn t¶i th«ng tin tho¹i, d÷ liÖu, fax vµ video gi÷a m¹ng gãi IP vµ m¹ng PSTN. Trong m¹ng PSTN, d÷ liÖu LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 85 tho¹i ®−îc mang trªn kªnh DS0. §Ó truyÒn d÷ liÖu nµy vµo m¹ng gãi, mÉu tho¹i cÇn ®−îc nÐn l¹i vµ ®ãng gãi. §Æc biÖt ë ®©y ng−êi ta sö dông mét bé xö lý tÝn hiÖu sè DSP (Digital Signal Processors) thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng: chuyÓn ®æi AD (Analog to Digital), nÐn m· tho¹i/ audio, triÖt tiÕng déi, bá kho¶ng lÆng, m· hãa, t¸i t¹o tÝnh hiÖu tho¹i, truyÒn c¸c tÝn hiÖu DTMF, … Bé ®iÒu khiÓn cæng truyÒn th«ng - Media Gateway Controller (MGC) MGC lµ ®¬n vÞ chøc n¨ng chÝnh cña Softswitch. Nã ®−a ra c¸c quy luËt xö lý cuéc gäi, cßn MG vµ SG sÏ thùc hiÖn c¸c quy luËt ®ã. Nã ®iÒu khiÓn SG thiÕt lËp vµ kÕt thóc cuéc gäi. Ngoµi ra nã cßn giao tiÕp víi hÖ thèng OSS vµ BSS. Cæng b¸o hiÖu - Signalling Gateway (SG) Signaling Gateway cã chøc n¨ng t−¬ng t¸c gi÷a m¹ng b¸o hiÖu SS7 víi m¹ng IP d−íi sù ®iÒu khiÓn cña Media Gateway Controller (MGC). SG lµm cho Softswitch gièng nh− mét nót SS7 trong m¹ng b¸o hiÖu SS7. NhiÖm vô cña SG lµ xö lý th«ng tin b¸o hiÖu. Media Server Media Server lµ thµnh phÇn lùa chän cña Softswitch, ®−îc sö dông ®Ó xö lý c¸c th«ng tin ®Æc biÖt. Mét Media Server ph¶i hç trî phÇn cøng DSP víi hiÖu suÊt cao nhÊt. Application Server/Feature Server Server ®Æc tÝnh lµ mét server ë møc øng dông chøa mét lo¹t c¸c dÞch vô cña doanh nghiÖp. ChÝnh v× vËy nã cßn ®−îc gäi lµ Server øng dông th−¬ng m¹i. V× hÇu hÕt c¸c Server nµy tù qu¶n lý c¸c dÞch vô vµ truyÒn th«ng qua m¹ng IP nªn chóng kh«ng rµng buéc nhiÒu víi Softswith vÒ viÖc ph©n chia hay nhãm c¸c thµnh phÇn øng dông. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 86 3.4.2 HÖ thèng di ®éng 4G trªn h¹ tÇng m¹ng NGN Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng tõ thÕ hÖ 2.5G ®Õn thÕ hÖ 4G, hÖ thèng m¹ng lâi ®· triÓn khai c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch gãi. HÖ thèng m¹ng lâi cña c¸c hÖ thèng th«ng tin nµy dùa trÒn nÒn t¶ng m¹ng NGN. Dùa theo m« h×nh tham chiÕu cña hÖ thèng di ®éng 4G (h×nh 3.8), m¹ng lâi cña hÖ thèng 4G sö dông c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch gãi. M¹ng lâi nµy ®−îc x©y dùng dùa trªn nÒn t¶ng cña m¹ng NGN hiÖn t¹i, nh−ng cÇn n©ng cÊp tèc ®é vµ dung l−îng hÖ thèng còng nh− c¸c server øng dông ®Ó ®¸p øng yªu cÇu rÊt lín vÒ tèc ®é, dung l−îng, dÞch vô cña hÖ thèng di ®éng 4G. M¹ng lâi hiÖn t¹i sö dông c«ng nghÖ truyÒn dÉn quang SDH, vµ c«ng nghÖ ghÐp kªnh theo b−íc sãng WDM. C«ng nghÖ truyÒn dÉn quang SDH cho phÐp t¹o trªn ®−êng truyÒn dÉn tèc ®éc cao (n* 155 Mb/s) víi kh¶ n¨ng b¶o vÖ cña c¸c m¹ch vßng. C«ng nghÖ WDM cho phÐp sö dông ®é réng b¨ng tÇn rÊt lín cña sîi quang b»ng c¸ch kÕt hîp mét sè tÝn hiÖu ghÐp kªnh theo thêi gian víi ®é dµi c¸c b−íc sãng kh¸c nhau vµ ta cã thÓ sö dông ®−îc c¸c cöa sæ kh«ng gian, thêi gian vµ ®é dµi b−íc sãng. C«ng nghÖ WDM cho phÐp n©ng tèc ®é truyÒn dÉn lªn 5Gb/s, 10Gb/s vµ 20Gb/s. Trong hÖ thèng di ®éng 4G, yªu cÇu vÒ tèc ®é ®¹t ®−îc cho mçi thiÕt bÞ di ®éng lµ 100Mbps ë m«i tr−êng di ®éng. Nh− vËy ®Ó ®¸p øng tèc ®é cho hµnh triÖu thuª bao thùc hiÖn liªn l¹c ®ång thêi th× yªu cÇu tèc ®é truyÒn dÉn cña m¹ng lâi lªn tíi hµng tr¨m Tbps. Mµ tèc ®é truyÒn dÉn cña m¹ng lâi hiÖn t¹i sö dông c«ng nghÖ WDM míi chØ ®¹t ®−îc tèc ®é cì vµi chôc Gbps (60Gbps lµ tèc ®é truyÒn dÉn m¹ng NGN hiÖn t¹i cña VNPT). Nh− vËy ®Ó hÖ thèng m¹ng NGN cã thÓ ®¸p øng ®−îc yªu cÇu vÒ tèc ®é vµ dung l−îng cho hÖ thèng di ®éng 4G, cÇn n©ng cÊp tèc ®é truyÒn dÉn cña m¹ng NGN b»ng c¸ch ®Èy m¹nh triÓn khai c«ng nghÖ WDM, h¹n chÕ sö dông LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 87 c«ng nghÖ kh«ng ®¹t ®−îc tèc ®é cao SDH, PDH. NÕu ch−a cã c«ng nghÖ truyÒn dÉn quang ®¹t ®−îc tèc ®é cao h¬n c«ng nghÖ WDM th× cÇn triÓn khai nhiÒu ®−êng trôc sö dông WDM. Nh− vËy m¹ng NGN chÝnh lµ c¬ së h¹ tÇng hÖ thèng cho c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng. Tuy nhiªn, tuy theo tèc ®é cña tõng hÖ thèng th«ng tin di ®éng mµ yªu cÇu m¹ng NGN cã tèc ®é, dung l−îng kh¸c nhau. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 88 Ch−¬ng 4. triÓn khai hÖ thèng di ®éng 4G ë ViÖt Nam 4.1 HiÖn tr¹ng m¹ng th«ng tin di ®éng ViÖt Nam vµ trªn thÕ giíi HiÖn nay, ë n−íc ta cã nhiÒu nhµ khai th¸c th«ng tin di ®éng: MobiFone vµ VinaPhone, Viettel, S-Phone, HT Mobile, EVN Telecom. C¸c h·ng míi chØ triÓn khai c¸c c«ng nghÖ 2.5G (MobiFone, VinaPhone, Viettel) vµ 3G (S- Phone, HT Mobile, EVN Telecom). HÖ thèng 2G tuy cã sù tèi −u hãa cho c¸c dÞch vô tho¹i thêi gian thùc nh−ng chóng cã kh¶ n¨ng rÊt h¹n chÕ trong viÖc cung cÊp c¸c dÞch vô ®a ph−¬ng tiÖn b¨ng réng v× tèc ®é hÖ thèng cña c¸c m¹ng nµy cßn ch−a cao, vµ mµn h×nh hiÓn thÞ nhá. C¸c hÖ thèng 3G cã tèc ®é nhanh h¬n lªn tíi 384kb/s (2Mb/s ë m«i tr−êng Indoor) vµ cã mµn h×nh tèt h¬n hÖ thèng 2G. Th«ng tin truyÒn qua Internet ngµy cµng phong phó. Tuy nhiªn kh¶ n¨ng cña c¸c hÖ thèng di ®éng 3G kh«ng thÓ ®¸p øng ®−îc nhu cÇu ngµy cµng t¨ng cña c¸c dÞch vô ®a ph−¬ng tiÖn b¨ng réng còng nh− c¸c dÞch vô c«ng céng (phßng chèng thiªn tai, ch¨m sãc søc kháe y tÕ c«ng céng, c¸c dÞch vô yªu cÇu tèc ®é cao vµ hÖ thèng l−u tr÷ dung l−îng lín ...). §iÒu nµy ®Æt ra lµ ph¶i cã mét hÖ thèng th«ng tin míi cã kh¶ n¨ng ®¸p øng ®−îc nhu cÇu vÒ ®a ph−¬ng tiÖn còng nh− c¸c dÞch vô c«ng céng. HiÖn nay, trªn thÕ giíi, ë hÇu hÕt c¸c n−íc ®· triÓn khai hÖ thèng di ®éng 3G. Theo thèng kª cña hai h·ng Informa Telecom & Media vµ WCIS and 3G America, hiÖn nay cã 181 h·ng cung cÊp dÞch vô trªn 77 quèc gia ®· ®−a vµo khai th¸c dÞch vô c¸c m¹ng di ®éng thÕ hÖ 3 cña m×nh. Víi hÖ thèng di ®éng 3.5G (HSDPA) th× cã ®Õn 135 h·ng cung cÊp dÞch vô trªn 63 quèc gia ®· cung cÊp c¸c dÞch vô cña hÖ thèng di ®éng 3.5G tõ gi÷a n¨m 2006. HÖ thèng tiÒn 4G (Pre-4G) lµ WiMax còng ®· ®−îc triÓn khai vµ ®−a vµo khai th¸c dÞch vô ë mét sè thµnh phè nh− London, New York vµo quý 2 n¨m 2007. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 89 Trong khi ®ã viÖc triÓn khai hÖ thèng 3.5G t¹i n−íc ta vÉn cßn n»m trong kÕ ho¹ch l©u dµi. Nh− vËy, mÆc dï tèc ®é t¨ng tr−ëng vÒ viÔn th«ng, th«ng tin di ®éng ë ViÖt Nam nh÷ng n¨m gÇn ®©y rÊt nhanh, nh−ng nÒn t¶ng c«ng nghÖ vµ dÞch vô cßn thÊp so víi thÕ giíi cho dï nhu cÇu vÒ sö dông dÞch vô ®a ph−¬ng tiÖn, c¸c dÞch vô c«ng céng ngµy cµng t¨ng. 4.2 §Ò xuÊt gi¶i ph¸p triÓn khai hÖ thèng 4G ë n−íc ta Khi thùc hiÖn triÓn khai hÖ thèng th«ng tin di ®éng míi, c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô viÔn th«ng cã hai ph−¬ng ¸n ®Ó triÓn khai. Ph−¬ng ¸n thø nhÊt lµ triÓn khai hÖ thèng míi hoµn toµn. Víi ph−¬ng ¸n nµy th× chi phÝ ®Çu t− lµ rÊt lín vµ kh¶ n¨ng rñi ro cao. §Æc biÖt trong giai ®o¹n ®Çu, sè l−îng thuª bao sö dông dÞch vô míi lµ rÊt Ýt, dÉn tíi l·ng phÝ tµi nguyªn hÖ thèng. Do ®ã c¸c nhµ cung cÊp th−êng triÓn khai hÖ thèng míi theo ph−¬ng ¸n thø hai. §ã lµ triÓn khai trªn c¬ së h¹ tÇng m¹ng s½n cã, tËn dông tèi ®a mäi c¬ së vËt chÊt, thiÕt bÞ cña hÖ thèng m¹ng hiÖn t¹i. HiÖn t¹i, hÖ thèng m¹ng cña c¸c nhµ cung cÊp MobiPhone, VinaPhone ®· triÓn khai ®Õn hÖ thèng 2.5G (GPRS), vµ ®−a vµo khai th¸c c¸c dÞch vô trªn nÒn GPRS. Cßn c¸c nhµ cung cÊp kh¸c: S-Phone, HT Mobile, EVN Telecom ®ang khai th¸c c¸c dÞch vô trªn nÒn 3G (sö dông c«ng nghÖ CDMA2000 1xEV-DO). HÖ thèng m¹ng lâi cña c¸c hÖ thèng ®· ®−îc n©ng cÊp lªn m¹ng thÕ hÖ sau NGN (Next Genaration Network) vµ m¹ng backhaul ®· sö dông c«ng nghÖ dùa trªn nÒn IP. Nh− vËy khi n©ng cÊp lªn hÖ thèng 4G, c¸c nhµ cung cÊp cã thÓ sö dông l¹i hÖ thèng m¹ng lâi vµ m¹ng backhaul, c¸c trung t©m dÞch vô di ®éng (MSC: Mobile Service Center). LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 90 Sniffer Server monitoring/analysis Sniffer Server monitoring/analysis Sniffer Server monitoring/analysis Sniffer Server monitoring/analysis H×nh 4.1. CÊu tróc m¹ng di ®éng 3G [1] H×nh 4.2. CÊu tróc m¹ng di ®éng 3G-WCDMA [3] LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 91 H×nh 4.3. M« h×nh hÖ thèng 4G H×nh 4.1 vµ h×nh 4.2 minh häa kiÕn tróc cña hÖ thèng 3G, mµ c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô ë n−íc ta sö dông ®Ó tham chiÕu cho viÖc triÓn khai hÖ thèng m¹ng di ®éng cña m×nh. H×nh 4.3 minh häa m« h×nh hÖ thèng 4G. Dùa theo t×nh h×nh c¸c m¹ng di ®éng cña c¸c h·ng viÔn th«ng, vµ m« h×nh hÖ thèng 4G, h−íng triÓn khai cho tõng phÇn cña hÖ thèng di ®éng 4G ®−îc ®Ò xuÊt nh− sau: PhÇn m¹ng lâi: hÇu hÕt m¹ng NGN cña c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô hiÖn ®Òu cho tèc ®é tõ 5Gbps ®Õn 10Gbps, víi yªu cÇu vÒ tèc ®é cña hÖ thèng di ®éng 4G th× cÇn ph¶i n©ng cÊp dung l−îng cho hÖ thèng m¹ng lâi hiÖn t¹i. HÖ thèng di ®éng 4G dù kiÕn cã tèc ®é 100Mbps ë m«i tr−êng ngoµi trêi (outdoor), 2Gbps ë m«i tr−êng trong nhµ. GÇn ®©y vµo th¸ng 1 n¨m 2007, h·ng NTT DoCoMo cña NhËt ®· thö nghiÖm vµ kÕt qu¶ lµ ®¹t ®−îc tèc ®é 5Gbps ë m«i tr−êng Indoor. Do ®ã, yªu cÇu vÒ tèc ®é cña m¹ng truyÒn dÉn lµ rÊt lín, trong ®ã m¹ng lâi cã thÓ yªu cÇu tèc ®é lªn tíi Tbps tïy theo l−îng thuª bao tham gia sö dông dÞch vô. Víi tèc ®é nh− vËy, yªu cÇu c¸c nhµ s¶n xuÊt thiÕt bÞ (router), ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ tÝn hiÖu truyÒn trªn c¸p sîi quang cho m¹ng NGN cÇn ph¶i ®−îc c¶i tiÕn. Ngoµi vÊn ®Ò n©ng cÊp vÒ tèc ®é vµ Mạng IP Cell trong nhà Cell di động Cell ngoài trời Nối với mạng khác (Internet, ...) Mạng truy nhập khác Mạng truy nhập khác AR : bộ định tuyến truy nhập 4G-AP : điểm truy nhập vô tuyến 4G MR : bộ định tuyến di động LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 92 dung l−îng, c¸c nhµ cung cÊp cßn ph¶i x©y dùng c¸c dÞch vô: x©y dùng phÇn mÒm cho c¸c m¸y chñ dÞch vô, c¬ së d÷ liÖu, phÇn mÒm trªn m¸y ®Çu cuèi ... HÖ thèng truyÒn dÉn tõ trung t©m dÞch vô di ®éng (MSC) tíi c¸c BSC (bé ®iÒu khiÓn tr¹m gèc), vµ tõ BSC ®Õn tr¹m thu ph¸t gèc (BTS) hiÖn ®ang sö dông c¸c ®−êng E1 (1E1 hoÆc 3E1) còng cÇn n©ng cÊp lªn c¸c ®−êng cã tèc ®é 1Tbps. C¸c nhµ cung cÊp còng cã thÓ sö dông l¹i c¸c thiÕt bÞ MSC (trung t©m dÞch vô di ®éng), HLR (thanh ghi vÞ trÝ th−êng tró), SMS-SC (trung t©m dÞch vô tin nh¾n SMS), nh−ng cÇn n©ng cÊp phÇn mÒm ®Ó hç trî sè l−îng lín c¸c thiÕt bÞ 4G. HÖ thèng 4G sö dông ®Þa chØ IPv6 ®Ó qu¶n lý, gi¸m s¸t, liªn l¹c víi thiÕt bÞ do ®ã cÇn n©ng cÊp phÇn mÒm ®Ó thÝch øng víi hÖ thèng IPv6. PhÇn m¹ng truy cËp v« tuyÕn: hÖ thèng di ®éng 4G sö dông c«ng nghÖ ë giao diÖn v« tuyÕn OFDMA, kü thuËt ®iÒu chÕ tÝn hiÖu 64QAM, vµ sö dông ¨ngten MIMO trong khi ®ã hÖ thèng di ®éng 3G hiÖn t¹i sö dông kü thuËt truy cËp CDMA, kü thuËt ®iÒu chÕ 8-PSK nªn kh«ng thÓ sö dông l¹i tr¹m thu ph¸t gèc. Cßn víi c¸c hÖ thèng 2G/2.5G sö dông kü thuËt ®a truy cËp ph©n chia theo tÇn sè FDMA. Do ®ã, t¹i BTS cÇn ®Æt thiÕt bÞ thu ph¸t riªng cho hÖ thèng 4G, sö dông ¨ngten MIMO ®éc lËp kh«ng dïng chung víi ¨ngten cña m¹ng CDMA2000. VÒ vÊn ®Ò quy ho¹ch m¹ng v« tuyÕn, quy ho¹ch vÞ trÝ ®Æt c¸c ®µi tr¹m BTS, c¸c nhµ cung cÊp cã thÓ sö dông l¹i vÞ trÝ ®Æt ®µi tr¹m, ®Æt c¸c tñ m¸y 4G cïng víi tñ m¸y cña hÖ thèng hiÖn t¹i vµ cã thÓ tiÕt kiÖm ®−îc ®µi tr¹m. Tuy nhiªn, c¸c hÖ thèng 3G – CDMA20001xEV-DO sö dông b¨ng tÇn 450MHz thÊp h¬n nhiÒu so víi b¨ng tÇn 2,5GHz cña hÖ thèng 4G. Do ®ã, vïng phñ cña ®µi tr¹m m¹ng 4G nhá h¬n so víi vïng phñ ®µi tr¹m cña hÖ thèng 3G. ë khu vùc thµnh phè, mËt ®é ®µi tr¹m cao nªn sè l−îng BTS bæ sung lµ kh«ng lín, nh−ng ë khu vùc n«ng th«n, khu vùc ®−êng cao tèc cÇn bæ sung nhiÒu ®µi tr¹m ®Ó ®¶m b¶o ph¹m vi phñ sãng lµ réng kh¾p. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 93 KÕt luËn KÕt qu¶ ®¹t ®−îc cña luËn v¨n LuËn v¨n ®· tr×nh bµy toµn c¶nh c¸c dÞch vô còng nh− nh÷ng lîi Ých mµ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G ®¹t ®−îc ®Ó phôc vô cuéc sèng cña con ng−êi. §ång thêi luËn v¨n còng tr×nh bµy vÒ c¸c dÞch vô mµ hÖ thèng di ®éng 4G cung cÊp: th−¬ng m¹i di ®éng, ®Þnh vÞ/ chØ dÉn, ®Æt hµng di ®éng, ch¨m sãc søc kháe, y tÕ céng ®ång ..., vµ chóng phôc vô, thay ®æi lèi sèng cña con ng−êi nh− thÕ nµo. Nh÷ng vÊn ®Ò kü thuËt khi x©y dùng nÒn t¶ng dÞch vô vµ c¬ së h¹ tÇng hÖ thèng còng ®−îc t¸c gi¶ nghiªn cøu vµ tr×nh bµy trong luËn v¨n. Nh÷ng c«ng nghÖ then chèt ®Ó hÖ thèng 4G ®¹t ®−îc dung l−îng lín, tèc ®é cao, sù b¶o mËt: kü thuËt ¨ngten MIMO, OFCDM, chøng thùc dùa trªn sinh tr¾c häc ... Trong luËn v¨n, t¸c gi¶ tr×nh bµy bèn miÒn cña m« h×nh tham chiÕu hÖ thèng 4G: miÒn øng dông vµ dÞch vô, miÒn nÒn t¶ng dÞch vô, miÒn m¹ng lâi chuyÓn m¹ch gãi, miÒn truy cËp v« tuyÕn míi. Ngoµi ra, c¸c ®Æc ®iÓm vµ cÊu tróc m¹ng NGN còng ®−îc tr×nh bµy v× m¹ng NGN lµ c¬ së h¹ tÇng cho c¸c hÖ thèng th«ng tin viÔn th«ng nãi chung vµ c¸c hÖ thèng di ®éng nãi riªng. Tõ ®ã t¸c gi¶ tr×nh bµy vÒ hÖ thèng di ®éng trªn c¬ së h¹ tÇng m¹ng NGN. Cuèi cïng t¸c gi¶ tr×nh bµy vÒ hiÖn tr¹ng hÖ thèng m¹ng di ®éng ë ViÖt Nam vµ cã ®Ò xuÊt h−íng triÓn khai hÖ thèng 4G dùa trªn nÒn t¶ng c¬ së h¹ tÇng hiÖn cã cña c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 94 H−íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi T¸c gi¶ ®Ò xuÊt mét sè h−íng nghiªn cøu cña luËn v¨n: ¾ Nghiªn cøu kü thuËt ®a sãng mang CDMA (MC-CDMA, hay OFCMD) vµ øng dông kü thuËt MC-CDMA ë m¹ng truy cËp v« tuyÕn cña hÖ thèng di ®éng 4G. ¾ Nghiªn cøu kü thuËt ghÐp kªnh tiªn tiÕn (MIMO). ¾ Nghiªn cøu hÖ thèng qu¶n lý ID vµ th«ng tin ng−êi dïng trong hÖ thèng di ®éng 4G. LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 95 Tµi liÖu tham kh¶o [1] TS. NguyÔn Ph¹m Anh Dòng, “Th«ng tin di ®éng thÕ hÖ ba”, Häc ViÖn C«ng NghÖ B−u ChÝnh ViÔn Th«ng, 2002. [2] TS. NguyÒn Quý Minh HiÒn, “M¹ng viÔn th«ng thÕ hÖ sau (NGN)”, ViÖn Khoa Häc Kü ThuËt B−u §iÖn, 2001. [3] §Ò tµi: “X©y dùng cÊu tróc tæ chøc m¹ng thÕ hÖ sau (NGN) cña Tæng c«ng ty B−u chÝnh ViÔn th«ng ViÖt Nam”, M· sè: 001-2001-TCT-R-VT-01. Chñ ®Ò tµi: TS. NguyÒn Quý Minh HiÒn, ViÖn Khoa Häc Kü ThuËt B−u §iÖn. [4] Harri Holma and Anti Toskala, “W-CDMA for UMTS”, John Wiley & Sons, 2000. [5] Dr. William C.Y.Lee, “Mobile Communication Design Fundamental”, John Wiley & Sons, 1996. [6] Luis Correia, “Mobile Broadband Multimedia Networks”, Elsevier, 2006 [7] Shinsuke Hara and Ramjee Prasad, “Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications”, Artech House, 2003 [8] “Towards the 4G Mobile Communications Systems”, 4G Mobile Communications Committee, 2005 [9] “4G Technical Survey Report – System Infrastructure”, 4G Mobile Communications Committee, 2006 [10] “4G Technical Survey Report – Service Platform”, 4G Mobile Communications Committee, 2006 LuËn v¨n tèt nghiÖp Cao häc XLTT-TT 2005-2007 Nghiªn cøu vÒ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G 96 Tãm t¾t luËn v¨n LuËn v¨n tr×nh bµy s¬ l−îc vÒ lÞch sö còng nh− xu thÕ ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng. Vµ sau ®ã tæng kÕt qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña th«ng tin di ®éng tõ thÕ hÖ thø nhÊt ®Õn thÕ hÖ thø t−. PhÇn tiÕp theo, luËn v¨n tr×nh bµy toµn c¶nh c¸c dÞch vô còng nh− nh÷ng lîi Ých mµ hÖ thèng th«ng tin di ®éng 4G ®¹t ®−îc ®Ó phôc vô cuéc sèng cña con ng−êi. §ång thêi luËn v¨n còng tr×nh bµy vÒ c¸c dÞch vô mµ hÖ thèng di ®éng 4G cung cÊp: th−¬ng m¹i di ®éng, ®Þnh vÞ/ chØ dÉn, ®Æt hµng di ®éng, ch¨m sãc søc kháe, y tÕ céng ®ång ..., vµ chóng phôc vô, thay ®æi lèi sèng cña con ng−êi nh− thÕ nµo. Nh÷ng vÊn ®Ò kü thuËt khi x©y dùng nÒn t¶ng dÞch vô vµ c¬ së h¹ tÇng hÖ thèng còng ®−îc t¸c gi¶ nghiªn cøu vµ tr×nh bµy trong luËn v¨n. Nh÷ng c«ng nghÖ then chèt ®Ó hÖ thèng 4G ®¹t ®−îc dung l−îng lín, tèc ®é cao, sù b¶o mËt: kü thuËt ¨ngten MIMO, OFCDM, chøng thùc dùa trªn sinh tr¾c häc ... Trong luËn v¨n, t¸c gi¶ tr×nh bµy bèn miÒn cña m« h×nh tham chiÕu hÖ thèng 4G: miÒn øng dông vµ dÞch vô, miÒn nÒn t¶ng dÞch vô, miÒn m¹ng lâi chuyÓn m¹ch gãi, miÒn truy cËp v« tuyÕn míi. Ngoµi ra, c¸c ®Æc ®iÓm vµ cÊu tróc m¹ng NGN còng ®−îc tr×nh bµy v× m¹ng NGN lµ c¬ së h¹ tÇng cho c¸c hÖ thèng th«ng tin viÔn th«ng nãi chung vµ c¸c hÖ thèng di ®éng nãi riªng. Tõ ®ã t¸c gi¶ tr×nh bµy vÒ hÖ thèng di ®éng trªn c¬ së h¹ tÇng m¹ng NGN. Cuèi cïng t¸c gi¶ tr×nh bµy vÒ hiÖn tr¹ng hÖ thèng m¹ng di ®éng ë ViÖt Nam vµ cã ®Ò xuÊt h−íng triÓn khai hÖ thèng 4G dùa trªn nÒn t¶ng c¬ së h¹ tÇng hiÖn cã cña c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô.