Thạc Sĩ Nghiên cứu xây dựng công cụ đo kiểm và đánh giá chất lượng dịch vụ di động 4G (LTE)

MỞ ĐẦU

Thông tin di động hiện đang là một trong những ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất theo nghiên cứu thì đến hết năm 2015 số lượng thuê bao đã đạt tới con số 4.7 tỉ thuê bao đi kèm với đó là khoảng 7.6 tỉ kết nối di động trên toàn cầu, doanh thu của các nhà cung cấp đã đạt hơn 1.000 tỉ đô và dự kiến sẽ còn tiếp tục tăng trưởng mạnh trong giai đoạn từ 2015-2020. Cùng với sự phát triển của số lượng kết nối và thuê bao là sự phát triển của các loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao, băng thông lớn, yêu cầu thời gian thực với độ trễ nhỏ ngày càng trở nên phổ biến và 3G đã không còn đáp ứng được một cách đầy đủ các tiêu chí trên. Do đó việc phát triển mạng và dịch vụ viễn thông 4G (LTE/ LTE Advanced) là vô cùng cần thiết và là tất yếu cho tất cả các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay.
Công nghệ vô tuyến di động thế hệ kế tiếp (4G) hiện nay đã được triển khai ở một số các quốc gia trên thế giới. Mỗi một loại hình công nghệ 4G có những ưu nhược điểm, mức độ hoàn thiện, chuẩn hóa khác nhau. Nhiều quốc gia trên thế giới đã lựa chọn triển khai công nghệ LTE để tiếp cận thế hệ di động kế tiếp (4G). Tuy nhiên, theo như khuyến nghị tổ chức 3GPP và nhiều tổ chức uy tín trên thế giới, LTE-Advanced là tiêu chuẩn sẽ cải thiện, nâng cao và thay thế tiêu chuẩn LTE.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các giải pháp công nghệ, hàng loạt các yêu cầu mới được đặt ra đối với các vấn đề khai thác và đo kiểm, đánh giá chất lượng dịch vụ. Bài toán đo kiểm giám sát chất lượng mạng viễn thông luôn là mối quan tâm hàng đầu và là một trong những vấn đề quan trọng nhất cần giải quyết của các nhà khai thác mạng viễn thông. Hướng tới công tác đo kiểm chất lượng mạng và dịch vụ trên nền tảng mạng 4G (LTE/LTE_A) đề tài đã tập trung xây dựng công cụ đo kiểm, đánh giá các chỉ tiêu chất lượng mạng và dịch vụ như các tham số RSRP, RSRQ, SNR, CSSR, CDR, MOS, Packet loss, Packet delay, Throughput (Up_load & Download).
Ngoài việc đo kiểm các tham số chất lượng mạng và dịch vụ, công cụ đo cũng hỗ trợ tổng hợp các thông tin mạng lưới như Cell ID, LAC, và hỗ trợ đo kiểm Driving Test.

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . 3
LỜI CAM ĐOAN . 4
MỤC LỤC 5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9
DANH MỤC HÌNH VẼ . 11
DANH MỤC BẢNG BIỂU 13
MỞ ĐẦU 14
CHƯƠNG I - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MẠNG 4G (LTE/LTE ADVANCED)
15
1.1 Tổng quan mạng 4G LTE/LTE Advanced . 15
1.1.1 Tổng quan mạng 4G LTE 15
1.1.2 Tổng quan mạng 4G LTE - Advanced 18
1.2 Kiến trúc mạng 4G LTE/ LTE Advanced 23
1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến E-UTRAN 23
2.2.2 Kiến trúc mạng lõi LTE (EPC – Evolved Packet Core) 29
1.2.2.1 Thực thể quản lý tính di động MME (Mobility Management Entity) 29
1.2.2.2 Cổng phục vụ S – GW (Serving gateway) . 32
1.2.2.3 Cổng mạng dữ liệu gói P – GW (Packet Data Network gateway) . 35
1.2.2.4 PCRF (Policy and Charging Resource Function) . 37
1.2.2.5 Máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) 38
1.2.3 Các vùng dịch vụ . 39
1.2.3.1 Mô hình cung cấp dịch vụ thoại VoLTE 39
1.2.3.2 Mô hình cung cấp dịch vụ thoại CSFB 43
1.2.4 Các giao thức và giao diện trong kiến trúc cơ bản của hệ thống . 49
1.2.4.1 Các giao thức trong lớp NAS: 50
1.2.4.2 Các giao thức trong giao diện vô tuyến: . 51
1.2.4.3 Các giao thức trong giao diện S1 giữa E – UTRAN và mạng lõi EPC: . 56
1.2.4.4 Các giao thức trong giao diện S5/S8 trong mạng lõi EPC: 57
1.2.4.5 Các giao thức trong giao diện X2: 58
2.2.5 Các kênh trong kiến trúc của LTE . 59
1.2.5.1 Các kênh logic 60
1.2.5.2 Các kênh truyền tải . 61
1.2.5.3 Các kênh vật lý . 64
1.3 Kết luận: . 66
CHƯƠNG II - NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN VÀ CÁC CÔNG CỤ ĐO KIỂM, ĐÁNH
GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG & DỊCH VỤ 4G (LTE / LTE ADVANCE) . 68
2.1 Phương pháp đo kiểm và đánh giá chất lượng mạng và dịch vụ 4G (LTE/ LTE
Advanced) . 68
2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng và dịch vụ 4G (LTE/LTE
Advanced) . 68
2.1.2 Phương pháp đo kiểm đánh giá chất lượng mạng và dịch vụ 4G (LTE/LTE
Advanced) . 70
2.1.3 Một số công cụ đo kiểm và đánh giá chất lượng mạng và dịch vụ 4G (LTE/
LTE Advanced) hiện nay 73
2.2 Lựa chọn các tham số cho việc đo kiểm và đánh giá chất mạng và dịch vụ 4G
(LTE/LTE Advanced) . 78
2.2.1 Phân loại các tham số KPI . 80
2.2.2 Công suất tín hiệu thu RSRP – Reference Signal Received Power 80
2.2.3 Chất lượng tín hiệu thu RSRQ – Reference Signal Received Quality 81
2.2.4 Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR – Signal to Noise Ratio . 83
2.2.5 Chỉ số chất lượng kênh CQI – Channel Quality Indicator 84
2.2.6 CELL ID và TAC 85
2.2.7 Tốc độ tải xuống trung bình Download DS – Download Speed . 86
2.2.8 Tốc độ tải lên trung bình Upload US – Upload Speed 86
2.2.9 Tỷ lệ truyền tải gói bị rơi – Packet loss . 86
2.2.10 Thời gian trễ truy nhập dịch vụ trung bình – Latency . 86
2.2.11 Tỷ lệ truy nhập dịch vụ thành công – Service Access Success Rate 86
2.2.12 Tỷ lệ cuộc gọi được thiết lập thành công CSSR – Call Setup Success Rate . 86
2.2.13 Tỷ lệ cuộc gọi bị rơi CDR – Call Drop Rate . 87
2.2.14 Chất lượng cuộc gọi MOS – Mean Opinion Score . 87
2.3 Kết luận: . 87
CHƯƠNG III - NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ ĐO KIỂM
VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG & DỊCH VỤ 4G. . 88
3.1 Mục tiêu xây dựng công cụ đo kiểm và đánh giá chất lượng mạng và dịch vụ 4G . 88
3.2 Lựa chọn yêu cầu kỹ thuật cho việc xây dựng bộ công cụ đo kiểm chất lượng mạng
và dịch vụ 4G LTE . 89
3.2.1 Yêu cầu phần cứng 89
3.2.2 Yêu cầu phần mềm 90
3.3 Kiến trúc bộ công cụ đo kiểm chất lượng mạng và dịch vụ 4G LTE . 93
3.3.1 Kiến trúc bộ công cụ 93
3.3.2 Thiết kế chức năng 94
3.3.3 Thiết kế cơ sở dữ liệu 97
3.4 Mô tả công cụ đo kiểm và đánh giá chất lượng mạng và dịch vụ 4G 106
3.4.1 Giới thiệu giao diện công cụ đo kiểm chất lượng dịch vụ 4G . 107
3.4.2 Hướng dẫn thiết lập và đo kiểm 110
CHƯƠNG IV - THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CÔNG CỤ ĐO KIỂM VỚI CÁC DỊCH VỤ
TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 4G (LTE/LTE ADVANCED) TẠIVIỆT NAM . 117
4.1 Bộ bài đo, đánh giá chất lượng dịch vụ 4G 117
4.1.1 Bài đo tỷ lệ thiết lập thành công cuộc gọi chiều đi MO CSSR . 117
4.1.2 Bài đo thời gian thiết lập thành công cuộc gọi chiều đi MO CSSR 118
4.1.3 Bài đo tỷ lệ rớt cuộc gọi DCR . 120
4.1.4 Bài đo MOS . 121
4.1.5 Bài đo Download và Upload trên 1 băng tần và băng tầnkết hợp . 122
4.1.6 Bài đo Scan tham số mạng 122
4.2 Kết quả đo kiểm, thử nghiệm công cụ đo 4G . 123
CHƯƠNG V - KẾT LUẬN & KHUYẾN NGHỊ . 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO 128