Thạc Sĩ tính toán, định cỡ mạng thông tin di động nâng cao

MỞ ĐẦU


5
Xã hội càng phát triển thì nhu cầu thông tin càng cao. Chính vì vậy các hệ thống
thông tin ngày càng phát triển. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được xây
dựng theo tiêu chuẩn IS-95, GSM, . Phát triển rất nhanh trong những năm 1990. Các
yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền
số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới.
Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm những mục tiêu sau đây:
Tốc độ số liệu cao để đảm bảo các dịch vụ truy nhập Internet nhanh hoặc
các dịch vụ đa phương tiện.
Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự
phát triển liên tục của thông tin di động.
Cải thiện tầm phủ của các hệ thống thông tin di động.
Thiết kế tối ưu cho mạng UMTS
Truyền tải thông tin dạng IP, làm tăng nhiều các dịch vụ gia tăng ngoài
thoại truyền thống.
Phân tích, tính toán một số giao diện trong mạng core của mạng 3G
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được đề xuất,
trong đó hai tiêu chuẩn WCDMA và Cdma2000 đã được ITU chấp thuận và được triển
khai trong những năm đầu của thế kỷ 21. WCDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các
hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136,
PDC. Cdma2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
hai dựa trên chuẩn IS-95. Tại Việt Nam các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
cũng đang được triển khai và thử nghiệm bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
Làm thế nào để hệ thống đảm bảo cung cấp dịch vụ với giá thành rẻ, chất lượng
và tốc độ truyền dữ liệu cao, đồng thời phải giảm thiểu năng lượng truyền tín hiệu từ
thuê bao nhằm tăng tuổi thọ của pin, làm cho cấu trúc của máy di động ngày càng gọn
nhẹ, . Việc đi tìm lời giải cho các câu hỏi này quả là một thách thức lớn cho các nhà
quản lý và khai thác mạng viễn thông cũng như các nhà thiết kế hệ thống vì dường như


6
các yêu cầu này không có tính dung hoà với nhau. Ngày nay mạng 3G đã trở thành
hiện thực, thuê bao 3G tăng nhanh và các dịch vụ phong phú, dẫn đến lưu lượng thông
tin trong mạng tăng nhanh. Để hệ thống mạng 3G đáp ứng tốt nhu cầu của khách
hàng.? Chính vì vậy tôi chọn đề tài: Tính toán, định cỡ mạng thông tin di động nâng
cao. Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu các nguyên tắc hoạt động, đưa ra một số giải
pháp tính toán đảm bảo tốt cho mạng lõi 3G không bị nghẽn, nội dung chính của luận
văn này gồm 4 chương:
Chương 1: Tiến lên 3G sẽ khái quát quá trình phát triển của thông tin di động.
Chương 2: Tìm hiều phần cứng và cấu trúc mạng 3G phiên bản 4 của Huawei,
phân tích, tìm hiểu một số thông số đánh giá chất lượng mạng 3G, phân tích cấu
trúc mạng 3G của Vinaphone.
Chương 3: Xác định kích thước tối ưu cho mạng lưới, tổng quan về hệ thống
chuyển mạch mềm trong 3G. Tính toán các thông số của hệ thống, các giao tiếp
trong mạng 3G để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng.
Chương 4: Một số bài toán tính luồng và card cho mạng core 3G.
Tuy nhiên trình độ bản thân và điều kiện còn hạn chế nên luận văn không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn để đề
tài này được hoàn thiện hơn.
Qua đây, Em cũng xin cảm ơn các thầy, các bạn, đặc biệt là thầy giáo TS. Trần
Cảnh Dương đã tận tình hướng dẫn và góp ý để luận văn được hoàn thành.
Tác giả
Phan Hữu Trí


7
Chương 1 - QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ 2G LÊN 3G
Chương này sẽ khái quát quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động,
quá trình phát triển từ mạng 2G lên mạng 3G.
1.1 Giới thiệu
Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G-generation) là GSM và IS-95
đã được triển khai tại nhiều nơi trên thế giới và chúng sẽ tiếp tục tồn tại trong thập kỷ
tới. Tuy nhiên, hiện nay các hệ thống này phải đối mặt với các hạn chế về dung lượng.
Chính vì vậy sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) là một điều tất
yếu.
Các hệ thống 3G hứa hẹn một dung lượng thoại lớn hơn, tốc độ kết nối di động
cao hơn và sử dụng các ứng dụng đa phương tiện. Các hệ thống vô tuyến 3G cung cấp
các dịch vụ với chất lượng tương đương với các hệ thống hữu tuyến và các dịch vụ
truyền số liệu với tốc độ (từ 144 kbps) lên tới 1920 Kbps.
Bất chấp những ưu điểm nổi trội của hệ thống 3G, cho đến nay số lượng thuê
bao của các hệ thống 2G vẫn tiếp tục phát triển nhờ những cải tiến của nó vì thế, trước
khi đi vào miêu tả các hệ thống 3G chúng ta hãy xem xét lịch sử phát triển của thông
tin di động tế bào và hệ thống 2G, đặc biệt là các hệ thống GSM.
1.1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động.
Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà khoa học người Italy, Marconi, cho
thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau di động.
Song phải tới những năm đầu 1980 thì mạng điện thoại di động kiểu tế bào thế hệ thứ
nhất (1G) mới ra đời. Các mạng này ban đầu chỉ dành cho tín hiệu thoại, và giữa các
hệ thống và các thuê bao của mạng không hề tương thích với nhau, khả năng lưu động
của thiết bị thấp.
Trong tình hình như vậy, người châu Âu nhận thấy cần phải có một hệ thống tế
bào thế hệ thứ 2 (2G) hoàn toàn số.
Năm 1982, hội nghị Bưu chính và Viễn thông châu Âu (CEPT) đã thành lập
nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM (Group Special on Mobile) có nhiệm vụ


8
xây dựng một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn châu Âu hoạt
động trên băng tần 900 MHz. Các khuyến nghị về GSM được thông qua vào tháng 4
năm 1988. Sau một thời gian thử nghiệm, năm 1991 mạng GSM (Global System for
Mobile Communication) chính thức được đưa vào sử dụng tại châu Âu và nhiều nước
trên thế giới.
Song không chỉ dừng ở lại đó, người châu Âu đã có tầm nhìn lâu dài. Ngay vào
năm 1988 họ đã tiến hành dự án RACE 1043 với mục đích xác định các dịch vụ và
công nghệ cho hệ thống thông tin di động tân tiến thế hệ thứ 3 (3G) và sự triển khai dự
tính vào năm 2000. Hệ thống của họ sớm được biết đến với tên gọi là hệ thống thông
tin di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Các hệ
thống 1G, 2G, 3G sẽ hoàn toàn độc lập với nhau và việc triển khai sẽ đan xen nhau,
sau đó GSM sẽ được thay thế dần bằng UMTS.
Tuy nhiên sự thành công của GSM cho tới nay là cực lớn cho nên quá trình tiến
hoá từ 2G lên 3G cần được cân nhắc. Mặc dù mạng xương sống của GSM và UMTS
có thể xem là giống nhau, song giao diện vô tuyến lại khác nhau đáng kể.
Đã có những mong chờ, hy vọng lớn ban đầu đối với UMTS. Nó không chỉ là tế
bào mà sẽ bao các loại mạng khác từ vô tuyến di động cá nhân (PMR- Private Mobile
Radio), các mạng nội hạt không dây (Wireless LAN) tới các hệ thống vệ tinh di động
MSSs. Các đặc điểm quan trọng là nó sẽ hoạt động toàn cầu, hỗ trợ các dịch vụ tốc độ
bit cao và quan trọng nhất là định hướng dịch vụ. Trong khi châu Âu xem mạng 3G
toàn cầu cho thế kỷ 21 là UMTS, hầu hết các kỹ sư của họ làm việc với UMTS hy
vọng rằng họ sẽ đạt được thỏa thuận với ITU để sớm điều chỉnh UMTS và điều cơ bản
là UMTS sẽ được chấp nhận là chuẩn toàn cầu.
Để giải thích việc hy vọng này, chúng ta cần chỉ ra là ITU đã tham gia trò chơi
3G từ lúc bắt đầu. Đồng thời với sự khởi đầu của RACE tại châu Âu, nhóm đặc biệt
được thành lập của ITU là TG 8/1 (task group thuộc CCIR). Uỷ ban này coi hệ thống
3G của họ như là hệ thống thông tin di động mặt đất, công cộng tương lai FPLMTS
(Future Public Land Mobile Telecommunication System). Người châu Âu, tất nhiên
cũng là thành viên của TG8/1 và dưới áp lực về chính trị cũng như thương mại thì
FPLMTS và UMTS dường như chung mục đích và đối tượng. Cái khác nhau cơ bản