Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5g

Đồ án tốt nghiệp đạt loại giỏi đề tài quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G. Tất cả các tiêu chuẩn hiện hành của công nghệ thông tin di động 2G3G4G đều được xây dựng trên nguyên tắc của tiêu chuẩn mở: khả năng tiếp cận, tập trung vào người dùng cuối, sử dụng miễn phí, không phân biệt đối xử, khả năng phát triển, không có giấy phép sử dụng, sự đổi mới. Theo định nghĩa ITU (International Telecommunication Union Liên minh Viễn thông Quốc tế), tiêu chuẩn mở là một tiêu chuẩn hoặc giao thức sẵn có như nhau để đọc và sử dụng mà không bị hạn chế bởi tất cả các bên quan tâm với các đặc điểm:

BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

-  -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G

Sinh viên thực hiện: Trần Thái Dương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

-  -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G

Sinh viên thực hiện: Trần Thái Dương

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tôi xin cam đoan nội dung và kết quả nghiên cứu không trùng lặp với các đề tài khác và thông tin được sử dụng trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc

Người cam đoan

Trần Thái Dương

LỜI NÓI ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài:

Tính đến cuối năm 2021, hơn 200 công ty đã triển khai mạng 5G thương mại trên toàn thế giới, phục vụ hơn 700 triệu thuê bao Số lượng thiết bị thuê bao 5G được công bố trong tháng 3/2022 tăng 3,2% lên 1.334 thiết bị Trong số này, hơn 1.000 thiết bị được coi là có sẵn trên thị trường, chiếm 74,9% tổng số thiết bị 5G được công bố Điện thoại di động 5G hiện chiếm hơn 50% tổng số thiết bị thuê bao 5G được công bố và giá trị này là 677 Tổng số nhà sản xuất thiết bị thuê bao 5G trên thế giới vào năm 2022 đã lên tới 191

Những thách thức công nghệ chính của nền kinh tế kỹ thuật số có thể là: triển khai triển khai hàng loạt và kết nối mạng các thiết bị vật lý không gian

mạng được phân loại là IoT (Internet of Things – Internet vạn vật) và M2M (Machine-to-Machine – Tương tác giữa máy với máy), với mật độ bố trí là 300

nghìn thiết bị trong một ô đến 1 triệu thiết bị trên 1 mét km vuông, cũng như tạo ra các kết nối có độ tin cậy cao của các thiết bị vật lý không gian mạng với độ trễ lên tới 1 ms cho các dịch vụ IoT và M2M trong thời gian thực Những thách thức này dự kiến sẽ được khắc phục bằng cách phát triển năng lực công nghệ của mạng 5G và IoT theo hướng 5G nâng cao

Chính vì lý do đó, em đã lựa chọn đồ án tốt nghiệp về “Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G”

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Tổng quan về sự phát triển của tiêu chuẩn 5G • Kiến trúc và các công nghệ cơ bản trong mạng 5G • Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G

III Phương pháp nghiên cứu:

Dựa trên phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết các tài liệu khoa học về các thông tin đa dạng thu nhập từ các nguồn, các tài liệu khác nhau

IV Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

• Hệ thống thông tin di động 5G

• Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G

V Kết cấu của đề tài:

Chương 1 Tổng quan về sự phát triển tiêu chuẩn 5G Chương 2 Kiến trúc mạng 5G và các công nghệ cơ bản

Chương 3 Quản lý chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023

Sinh viên thực hiện

Trần Thái Dương

MỤC LỤC

TỜ GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI NÓI ĐẦU ii

DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH VẼ xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TIÊU CHUẨN

5G 1

1.1 Định nghĩa các yêu cầu của ITU đối với công nghệ 5G 1

1.2 Phát triển các tiêu chuẩn và đặc tả kỹ thuật 5G 3

1.3 Các công nghệ mới của phiên bản 17 6

1.4 Các công nghệ mạng then chốt của phiên bản 17 (5G) 14

1.5 QoS và vấn đề chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G 17

3.1 Các nguyên tắc cơ bản của quản lý chất lượng truyền dữ liệu 49

3.2 Thông số chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G 63

3.3 Sử dụng chất lượng “gương” (Reflective QoS) 66

3.4 Kết luận chương 3 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

2G Second Generation Networks Hệ thống thông tin di

5QI 5G QoS Identifier Mã nhận dạng QoS 5G

6G Sixth Generation Networks Hệ thống thông tin di

Access Point Name - Aggregated Maximum Bit Rate)

Thông số giới hạn tổng lượng lưu lượng dữ liệu mà một thiết bị có thể truy cập

ARP Adress Resolution Protocol Thực tế tăng cường

ATG Air To Ground Thiết bị hoạt động trên cao

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BWP Bandwidth Part Đoạn băng thông

CP Control Plane Mặt phẳng điều khiển

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dự phòng theo

DU Distributed Unit Đơn vị phân bố

eMBB Enhanced Mobile Broadband

Băng thông di động tăng cường

EPC Evolved Packet Core Mạng lõi gói phát triển EPS Evolved Packet System Hệ thống gói phát triển

E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển

FDD Frequency Divison Duplex Ghép song công phân chia tần số

FR1 Frequency Band 1 Băng tần 1 FR2 Frequency Band 2 Băng tần 2 gNB Next Generation Node B Nút B thế hệ sau

GBR Guaranteed Bit Rate Tốc độ bit được đảm bảo GEO Geostationary Satellite Vệ tinh địa tĩnh

GFBR Guaranteed Flow Bit Rate Tốc độ luồng bit được đảm bảo

GSA Guest Service Agent Trung tâm dịch vụ khách

HAPS High Altitude Pseudo Satellite Vệ tinh giả cao độ

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động IAB Interactive Avertising Bureau Cục quảng cáo tương tác

ID Identification Nhận dạng

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IIoT Industrial internet of Things Internet vạn vật công

IoT Internet of Things Internet vạn vật

ITU International Telecommunication

Lĩnh vực thông tin vô tuyến của ITU

KPI Key Performance Indicator Chỉ số hiệu suất chính

LBI Location-Based Identifier Mã định danh dựa trên vị trí

LDPC Low-Density Parity-Check Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo trái đất thấp LOS Line Of Sight Đường ngắm

LPWAN Low Power Wide Area Networks Mạng diện rộng công suất thấp

LTE Long Term Evolution

Một công nghệ di động tiên tiến trong ngành viễn thông

LTE - A Long-Term Evolution Advanced Một phiên bản tiên tiến hơn của LTE

mMTC Massive Machine-Type Communications

Giao tiếp giữa các máy với quy môn lớn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MBR Maximum Bit Rate Tốc độ bit tối đa

MCPTT Mission Critical Push to Talk Đàm thoại dựa trên nhấn để nói

MEC Mobile Edge Cloud Đám mây biên di động MFBR Maximum Flow Bit Rate Tốc độ bit luồng tối đa

MIMO Multi Input Multi Output Nhiễu đầu vào và nhiễu đầu ra

ML Machine Learning Học máy

MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động MR Mixed reality Thực tế hỗn hợp

NB - IoT Narrowband Internet of Things Internet vạn vật băng thông hẹp

ng-eNB eNB next Generation eNB thế hệ sau NG-RAN Next Generation RAN RAN thế hệ sau

NLOS Non-Line Of Sight Sử dụng các đường truyền không trực tiếp

NS Network Slicing Cắt lát mạng NTN Non-Terrestrial Networks Mạng phi mặt đất OBU On Board Units Đơn vị trên tàu

OFDM Orthogonal Frequency Division PBCH Physical Broadcast Channel Kênh quảng bá vật lý

PCH Paging Channel Kênh tìm gọi

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi

PCRF Policy and Charging Rules Function Chính sách và quy tắc

PDU Packet Data Unit Đơn vị dữ liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ dữ liệu đường xuống vật lý PGW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng

PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên đường lên vật lý

PSS Primary Synchronization Signals Tín hiệu đồng bộ hóa chính

PTI Packet Time Interval Khoảng thời gian gói

PUCCH Physical Uplink Control Channel Kênh điều khiển đường lên vật lý

PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên vật lý

PWG Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói QCI QoS Class Identifier Mã định danh lớp QoS

QCI 6/8/9 QoS Channel Identifier 6/8/9

QoE Quality of Experience Chất lượng trải nghiệm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu

RQI Request Identifier Mã định danh yêu cầu

RRC Radio Resource Control Lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

SAP Service Access Point Điểm truy cập dịch vụ

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division

SL Side Link Một liên kết trực tiếp giữa các thiết bị

SMF Session Management Function Chức năng quản lý phiên SON Self Organizing Network Mạng tự tổ chức

SSN Self-Sustaining Network Mạng tự duy trì

SSS Secondary Synchronization Signals Tín hiệu đồng bộ hóa thứ

UE User Equipment Thiết bị người dùng UL-SCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẻ đường lên

UMTS Universal Mobile V2X Vehicle to Everything Xe cộ đến mọi thứ VoNR Voice Over New Radio Thoại qua NR

VR Virtual reality Thực tế ảo

XR Extended Reality Thực tế mở rộng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các giai đoạn chính phát triển 5G (theo phiên bản ITU và 3GPP) 4

Hình 1.2 Kế hoạch làm việc của dự án đối tác 3GPP cho phiên bản 18 6

Hình 1.3 Những cải tiến lớn và công nghệ tiên tiến cho phiên bản 17 7

Hình 1.4 So sánh các đặc tính của ánh sáng NR 11

Hình 1.5 Các kịch bản liên kết bên SL sử dụng giao diện vô tuyến NR 13

Hình 1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến QoE 17

Hình 1.7 Ảo hóa các chức năng giám sát và điều khiển trong mạng 5G 19

Hình 1.8 Yêu cầu về độ trễ mặt phẳng tín hiệu và người dùng đối với mạng 4G/5G 22

Hình 1.9 So sánh khối lượng lớp QoS cho các thế hệ di động 23

Hình 2.1 Kiến trúc mạng 5G 26

Hình 2.2 Tách các chức năng đối tượng trong kiến trúc mạng 5G 27

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối các kênh truyền tải và kênh vật lý đường xuống 31

Hình 2.4 Sơ đồ kết nối các kênh truyền tải và kênh vật lý đường lên 31

Hình 2.5 Quá trình cơ bản gửi và nhận dữ liệu lớp vật lý 32

Hình 2.6 Sơ đồ kiến trúc đường xuống lớp liên kết dữ liệu 34

Hình 2.7 Sơ đồ kiến trúc đường lên lớp liên kết dữ liệu 35

Hình 3.1 Nguyên tắc phân loại và đánh dấu luồng QoS 52

Hình 3.2 Kiến trúc tổng quát kiểm soát chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G 53

Hình 3.3 Ví dụ truyền 1 luồng QoS từ UE đến 1 sever ứng dụng khác 56

Hình 3.4 Truyền tải các luồng QoS từ UE đến UPF với sự hỗ trợ của các DRB và N3 GPT Tunnel 56

Hình 3.5 Kiến trúc QoS tổng thể cho kết nối UE với các sever dịch vụ 57

Hình 3.6 Quy trình kích hoạt chuyển tiếp 58

Hình 3.7 Quy trình sửa đổi kênh đầu cuối do UE khởi tạo 61

Hình 3.8 UE hoạt động đồng thời với macro eNodeB và Small Cell 62

Hình 3.9 Sử dụng tín hiệu để tổ chức truyền luồng QoS mới sử dụng tín hiệu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Yêu cầu PELR để phát sóng luồng video 20

Bảng 1.2 Yêu cầu PELR cho dịch vụ M2M 21

Bảng 1.3 Yêu cầu QoE trong mạng 5G 21

Bảng 1.4 Yêu cầu độ trễ tổng cho mạng 3G/4G/5G 22

Bảng 2.1 Các chế độ RRC và đặc tính của chúng 36

Bảng 2.2 Mô tả các công nghệ chính lớp NR 40

Bảng 2.3 Chuỗi đặc tả kỹ thuật lớp vật lý chính 47

Bảng 3.1 Hồ sơ chất lượng luồng QoS 50

Bảng 3.2 Giá trị nhận dạng chất lượng 5QI 61

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TIÊU CHUẨN 5G

Chương 1 sẽ nói về yêu cầu của ITU đối với công nghệ 5G cũng như các công nghệ mới và công nghệ then chốt của phiên bản 17 Chương 1 cũng sẽ đề cập đến QoS và vấn đề truyền dữ liệu trong mạng 5G

1.1 Tổng quan về sự phát triển của tiêu chuẩn 5G

Tất cả các tiêu chuẩn hiện hành của công nghệ thông tin di động 2G/3G/4G đều được xây dựng trên nguyên tắc của tiêu chuẩn mở: khả năng tiếp cận, tập trung vào người dùng cuối, sử dụng miễn phí, không phân biệt đối xử, khả năng phát

triển, không có giấy phép sử dụng, sự đổi mới Theo định nghĩa ITU (International Telecommunication Union - Liên minh Viễn thông Quốc tế), tiêu chuẩn mở là một

tiêu chuẩn hoặc giao thức sẵn có như nhau để đọc và sử dụng mà không bị hạn chế bởi tất cả các bên quan tâm với các đặc điểm:

• Không chứa các thành phần hoặc phần mở rộng phụ thuộc vào các định dạng hoặc các giao thức không nằm trong định nghĩa của một tiêu chuẩn mở;

• Không chứa các quy định pháp lý hoặc kỹ thuật hạn chế việc sử dụng của nó bởi bất kỳ bên quan tâm nào trong bất kỳ kế hoạch kinh doanh nào;

• Được phát triển và hoàn thiện thông qua các thử tục độc lập với sự tham gia bình đẳng của các đối thủ cạnh tranh và bên thứ ba;

• Có sẵn ở một số lượng lớn các triển khai hoàn chỉnh từ các nhà cung cấp cạnh tranh hoặc dưới dạng triển khai hoàn chỉnh có sẵn như nhau cho tất cả các bên

Các nguyên tắc tương tự cũng được áp dụng trong quá trình phát triển các tiêu

chuẩn mới cho công nghệ truyền thông di động thế hệ thứ năm (5G - Fifth Generation Networks)

Liên minh Viễn thông Quốc tế - ITU thực hiện quy định toàn cầu và khu vực về sử dụng phổ tần riêng Ngược lại, các quyết định về phân bổ tần số được đưa ra

tại hội nghị Vô tuyến Thế giới (WRC - World Radio Conferences) Tại hội nghị,

người ta quyết định phân bổ các băng tần trong phạm vi 3,4 – 3,6 GHz cho các dịch vụ băng thông di động, tức là trong tương lai cho các mạng thế hệ thứ năm (5G) Tuy nhiên, đối với dịch vụ 5G siêu nhanh, thì phổ tần này sẽ không đủ, yêu cầu cần có phổ tần mới ở các băng tần trên 6GHz Do đó, tại Hội nghị Vô tuyến Thế giới 2019 (WRC – 19), người ta đã lên kế hoạch phân bổ các dải tần bổ sung trên 6GHz cho thông tin di động Do việc giảm thông số kỹ thuật và việc triển khai mạng 5G trong trường hợp các băng tần phủ sóng toàn cầu, việc triển khai dự kiến các mạng này nằm trong các băng tần được phân bổ cho các nhiệm vụ này ở cấp quốc gia [4]

Các tổ chức chính tham gia vào việc tiêu chuẩn hóa 5G ở cấp độ quốc tế toàn cầu là:

• Lĩnh vực thông tin vô tuyến ITU-R (International Telecommunications Union - Radio communication Standardization Sector) và Lĩnh vực tiêu chuẩn hóa

ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector), trong đó các lĩnh vực sau được thành lập: nhóm công tác

WP5D “Hệ thống IMT” trong nhóm nghiên cứu SG5 “Dịch vụ mặt đất” và lực lượng đặc nhiệm (OG) IMT-2020 trong nhóm nghiên cứu SG13 “ Mạng tương lai, bao gồm điện toán đám mây, mạng di động và mạng thế hệ tiếp theo”;

• Dự án hợp tác 3GPP (3rd Generation Partnership Project - Dự án hợp tác

thế hệ thứ ba) tham gia phát triển công nghệ truyền thông di động 2G/3G/4G/5G và phát triển các thông số kỹ thuật (tiêu chuẩn) cho chúng trên quy mô toàn cầu mức độ;

• Dự án hợp tác M2M, được triển khai vào năm 2012 theo sáng kiến của sáu cơ quan tiêu chuẩn hóa khu vực (ETSI, ARIB, TTA, CCSA, TIA và TTC), vào năm 1998 đã tạo ra một dự án hợp tác 3GPP thành công và Hiệp hội ATIS Hoa Kỳ

Ở cấp độ châu Âu, các vấn đề về tiêu chuẩn hóa mạng và dịch vụ 5G được xử

lý bởi Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI - European Telecommunications Standards Institute) ETSI đã thành lập một số ủy ban kỹ

thuật ngang MSG (nhóm tiêu chuẩn hóa truyền thông di động), mWT (truyền sóng milimet), SmartBAN (mạng băng rộng thông minh), SmartM2M (mạng máy thông

minh với máy) và một số ngành NFV (Network Function Virtualization - Ảo hóa

chức năng mạng) Nhóm NGP (giao thức thế hệ tiếp theo), tham gia vào việc phát triển các tiêu chuẩn 5G của Châu Âu và đưa ra các đề xuất về thông số kỹ thuật 3GPP và oneM2M

Trong năm tới, mạng truyền thông di động 5G sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong nền kinh tế kỹ thuật số của các nước trên thế giới Các đặc điểm và thông số chính của mạng 5G đạt được ngày hôm nay trong phiên bản 15 và 16 có thể được cải thiện đáng kể trong các phiên bản mới của dự án hợp tác 3GPP nhằm tạo ra giai đoạn phát triển tiếp theo của truyền thông di động 5G nâng cao

1.2 Phát triển các tiêu chuẩn và đặc tả kỹ thuật 5G

Thập kỷ thứ hai của thế kỷ XXI - là thời điểm nghiên cứu về việc xây dựng mạng 5G Các yêu cầu sau đây được áp dụng trên các mạng của thế hệ thứ năm (so với LTE-A):

• Tăng tốc độ truyền dữ liệu đến thuê bao 10-100 lần;

• Tăng trưởng lưu lượng truy nhập trung bình cho thuê bao mỗi tháng đến 1000 lần;

• Khả năng phục vụ số lượng lớn (100 lần) số lượng thiết bị đầu cuối thuê bao được kết nối với mạng;

• Giảm tiêu thụ điện năng nhiều lần cho các thiết bị đầu cuối thuê bao; • Giảm độ trễ mạng 5 lần hoặc nhiều hơn;

• Giảm tổng chi phí vận hành các mạng thế hệ thứ năm

Liên minh Viễn thông Quốc tế ITU và 3GPP phân biệt hai giai đoạn phát triển 5G (Hình 1.1):

• Giai đoạn đầu cho tần số dưới 40 GHz; • Giai đoạn hai cho tần số dưới 100 GHz;

• Giai đoạn đầu tiên sẽ kết thúc với việc phát hành phiên bản 3GPP LTE-Rel 15, dự kiến sẽ được hoàn thành vào tháng 6 năm 2018 Giai đoạn hai dự kiến được

hoàn thành vào tháng 12 năm 2019, khi tài liệu LTE 16 chính thức dự kiến được phát hành [1]

Hình 1.1 Các giai đoạn chính phát triển 5G (theo phiên bản ITU và 3GPP).

Phân tích các hoạt động hiện tại của dự án hợp tác 3GPP về việc hình thành các yêu cầu kỹ thuật và đặc điểm của mạng di động 5G trong phiên bản 17 và 18 cho phép chúng ta dự đoán sự phát triển của thiết bị mạng di động Những yêu cầu và đặc điểm này bao gồm khoảng 50 công nghệ tiên tiến và 400 chủ đề nghiên cứu đầy hứa hẹn về các khía cạnh khác nhau của quá trình phát triển mang tính tiến hóa của mạng 5G theo hướng 5G nâng cao

Tiêu chuẩn hóa các thông số kỹ thuật di động di động đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo điều kiện cho những đổi mới trong tương lai đang được phát triển bởi dự án đối tác 3GPP và các tổ chức tiêu chuẩn khác Mỗi làn sóng đổi mới di động 5G được cấu trúc như bản phát hành tiếp theo của dự án hợp tác 3GPP nhằm giới thiệu một tập hợp các khả năng và công nghệ không dây di động

Sau khi hoàn thành thành công Phiên bản 16 vào tháng 12 năm 2019, dự án đối tác 3GPP đã bắt đầu xây dựng làn sóng đổi mới tiếp theo có trong phiên bản

17, dẫn đến việc phê duyệt một danh mục gồm khoảng 50 dự án mới dự kiến hoàn thành vào nửa cuối năm 2022 [4, 5]

Dự án đối tác 3GPP phiên bản 17 là một tập hợp các thông số kỹ thuật yêu cầu nhằm cải thiện hơn nữa công nghệ mạng 5G trong giai đoạn 3, được phát triển vào năm 2021 và được hoàn thiện vào năm 2022

Tại cuộc họp toàn thể của dự án hợp tác 3GPP TSG, lãnh đạo của các TSG mục tiêu và các WG đang làm việc đã nhất trí đề xuất về việc ban đầu kéo dài công việc tạo phiên bản 17 trong ba tháng, sau đó hoãn một số thời hạn cho hoàn thành công tác thông số kỹ thuật đến năm 2022 nhờ sử dụng họp điện tử trực tuyến trong các hoạt động Bởi vì định dạng trực tuyến công việc của các nhóm làm việc của dự án hợp tác 3GPP không cho phép sự phối hợp nhanh chóng giữa các vị trí để đạt được sự hiểu biết lẫn nhau giữa các nhà phát triển các thông số kỹ thuật và dẫn đến sự trao đổi thư từ kéo dài để đạt được sự đồng thuận Những thay đổi được thông qua đối với kế hoạch hoạt động 3GPP là:

• Đóng băng các thông số kỹ thuật của bản phát hành 17 liên quan đến các nghiên cứu về phân nhóm hoạt động RAN1 (mô tả các chức năng và quy trình ở dạng chung, phân tích logic, mô tả luồng thông báo và các thành phần chức năng) vào tháng 12 năm 2021;

• Đóng băng các thông số kỹ thuật cho Giai đoạn 3 Phiên bản 17 (mô tả các quy trình, thông báo và thành phần thông tin (IE), xác định các chức năng phần cứng để đảm bảo khả năng tương thích với nhiều nhà cung cấp khác nhau) vào tháng 3 năm 2022;

• Ngừng bổ sung các thông số kỹ thuật của bản phát hành 17 (mô tả ký hiệu mã hóa ASN.1 và giao diện OpenAPI) vào tháng 6 năm 2022;

• Dừng các thay đổi của RAN vào tháng 9 năm 2022

Phiên bản 17, hiện đang được phát triển, bao gồm các công nghệ tiên tiến liên

quan đến mạng truyền thông phi mặt đất NTN (Non-Terrestrial Networks -mạng

vệ tinh và trên không), mạng cảm biến không dây công nghiệp IWSN, phương tiện

được kết nối với mọi thứ V2X (Vehicle to Everything - Xe cộ đến mọi thứ), Internet vạn vật công nghiệp IIoT (Industrial internet of Things - Internet vạn vật

công nghiệp), băng thông rộng di động tiên tiến eMBB (Enhanced Mobile Broadband) và truy cập không dây cố định [1]

Bước tiếp theo trong quá trình phát triển truyền thông di động 5G sẽ được phát hành 18 (Hình 1.2), sẽ định hình sự phát triển tiến hóa của mạng 5G nâng cao

Hình 1.2.Kế hoạch làm việc của Dự án Đối tác 3GPP cho Phiên bản 18

1.3 Các công nghệ mới của phiên bản 17

Chiến lược chung của dự án hợp tác 3GPP có thể được phân loại theo các thành phần chính của hệ thống 5G Sự khác biệt giữa khái niệm “hệ thống 5G” và khái niệm “mạng 5G” là việc đưa vào hệ thống 5G (viết tắt là 5GS) và chức năng của thiết bị thuê bao 5G EU theo TS 23.501

Nghiên cứu của phiên bản 17 tập trung vào một số lĩnh vực chính của hệ thống 5G và một số lĩnh vực trong số đó đã được các nhà cung cấp hàng đầu triển khai vào thiết bị (Hình 1.3)

Hình 1.3 Những cải tiến lớn và công nghệ tiên tiến cho phiên bản 17.

Chúng bao gồm:

• Cải thiện vùng phủ sóng và định vị (chuyển từ mét sang cm) trong mạng

5G, cải thiện hoạt động của giao diện vô tuyến NR (New Radio - Vô tuyến mới) và cải thiện chất lượng nhận thức dịch vụ QoE (Quality of Experience - Chất lượng

trải nghiệm) cho các lớp mạng 5G khác nhau, bổ sung các dải tần mới cho các

băng tần con FR1 (Frequency Band 1- Băng tần 1) sóng thấp và giữa và FR2 (Frequency Band 2 - Băng tần 2) sóng milimet, mmWave;

• Tạo ra các thiết bị có công suất giảm trong giao diện vô tuyến NR, mở rộng hỗ trợ cho mạng riêng, cải thiện mạng không người lái hỗ trợ hệ thống liên lạc trên

không cho máy bay không người lái, hỗ trợ điện toán biên di động MEC (Mobile Edge Cloud - Đám mây biên di động) trong mạng lõi 5G, cung cấp dịch vụ dựa

trên vùng lân cận trong 5GS, tự động hóa mạng 5G cho giai đoạn 2 và các chức

năng quản lý, cải thiện công nghệ phân tách và chuyển mạch truy cập để đảm bảo sự cộng tác liền mạch giữa mạng 5G và Wi-Fi/Wi-Fi 6E

Các vấn đề trong phiên bản 17 mà các chuyên gia cũng nên chú ý bao gồm

các giải pháp và cải tiến sau: dịch vụ IoT và công nghiệp URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication - Giao tiếp có độ trễ thấp cực kỳ đáng tin cậy) qua

giao diện vô tuyến NR, hỗ trợ giao diện vô tuyến NR trong các mạng phi mặt đất

vệ tinh và HAPS (High Altitude Pseudo Satellite - Vệ tinh giả cao độ), ăng-ten và thuật toán MIMO (Multi Input Multi Output - Nhiễu đầu vào và nhiễu đầu ra) khổng lồ , truy cập tích hợp thông qua các trạm gốc gNB (Next Generation Node B - Nút B thệ hệ sau) để kết nối backhaul trong mạng 5G IAB (Interactive Avertising Bureau - Cục quảng cáo tương tác), định vị MBS, dịch vụ phát sóng và

phát đa hướng NR, các lớp mạng trong mạng truy cập vô tuyến RAN cho giao diện

vô tuyến NR, liên kết phụ NR, đa RAT (Radio Access Technology - Công nghệ

truy nhập vô tuyến) kép khả năng kết nối, dịch vụ hỗ trợ đường dây thuê bao của các thiết bị không dây có bao nhiêu thẻ SIM (MUSIM) cho giao diện vô tuyến

LTE (Long Term Evolution - Phát triển dài hạn), truyền “dữ liệu nhỏ” tới giao diện

vô tuyến NR ở trạng thái không hoạt động các dịch vụ ưu tiên thường trực và truyền thông - chỉ kể tên một số của họ [4]

Tiêu chuẩn hóa lớp vật lý tiên tiến của mạng truy cập vô tuyến 5G RAN Kể từ tháng 1 năm 2020, nhóm phụ RAN1 (Lớp vật lý của mạng truy cập vô tuyến) đã bắt đầu nghiên cứu một số tính năng của lớp vật lý nhằm cải thiện hiệu suất và hiệu suất tổng thể của các công nghệ giao diện vô tuyến 5G NR: cải tiến công nghệ

MIMO, cải tiến chia sẻ phổ tần, tiết kiệm năng lượng và UE (User Equipment -

Thiết bị người dùng) bảo hiểm Phân nhóm RAN1 cũng đang tiến hành các nghiên cứu cần thiết và đặc tả các yêu cầu kỹ thuật để cải thiện lớp vật lý ở các dải tần từ 52, 6 đến 71 GHz

Ngoài ra, công nghệ định vị mạng 5G sẽ được cải tiến để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác và độ trễ cho môi trường công nghiệp và trong nhà Sau đó, công nghệ này đã thêm chức năng bổ sung cho IoT công nghiệp, cũng như

NB-IoT (Narrowband Internet of Things - Internet vạn vật băng thông hẹp) Hỗ trợ

thông số kỹ thuật cho các kết hợp thiết bị NR băng thông thấp hơn sẽ được bổ sung và phạm vi phủ sóng NR sẽ được mở rộng để hỗ trợ các kịch bản di động lớn quan trọng đối với việc áp dụng 5G ở các nước đang phát triển

Là một phần của phiên bản 17, nhóm con RAN1 tiếp tục nỗ lực chuẩn hóa quyền truy cập vô tuyến 5G NR để hỗ trợ các mạng phi mặt đất (NTN), cụ thể là mạng vệ tinh và nền tảng tầm cao (HAPS), mở đường cho việc giới thiệu hỗ trợ cho NB-IoT và cho các vệ tinh có quỹ đạo khác nhau

Tiêu chuẩn hóa giao diện 5G NR tiên tiến Vào tháng 4 năm 2020, phân nhóm RAN2 (lớp giao thức mạng truy cập vô tuyến) cũng bắt đầu nghiên cứu các chức năng tiêu chuẩn hóa nhằm nâng cao hiệu suất và hiệu suất của 5G NR: cải tiến công nghệ MultiRadio trong kết nối DC kép và tổng hợp phổ CA, cải thiện khả năng truy cập và truyền tải tích hợp mạng IAB, sử dụng giao diện 5G NR để truyền dữ liệu nhỏ, tăng cường tiết kiệm năng lượng trong UE thuê bao, cải thiện các giải

pháp để tự tổ chức mạng SON (Self Organizing Network - Mạng tự tổ chức) và

công nghệ phát đa hướng

Nhóm con 3GPP RAN2 sẽ chuẩn hóa công nghệ multicast, tập trung vào chức năng multicast đơn cell theo hướng đa cell Điều quan trọng cần lưu ý là multicast sẽ sử dụng lại hoàn toàn lớp vật lý của giao thức unicast NR để nâng cao khả năng multicast, phối hợp phân trang cho UE nhiều SIM Tiêu chuẩn hóa kiến trúc 5G RAN tiên tiến Nhóm con RAN3 (lớp kiến trúc mạng truy cập vô tuyến) hiện đang nỗ lực chuẩn hóa các yêu cầu trải nghiệm QoE mới cho giao thức 5G NG-RAN

(Next Generation RAN - RAN thế hệ sau) và 5G NR, bắt đầu bằng nghiên cứu về

chức năng QoE trong 5G và nó khác với mạng LTE như thế nào

Kiến trúc 5G NG-RAN linh hoạt hơn LTE RAN do cấu trúc của gNB, bao gồm sự phân tách các chức năng trong mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng, cũng như sự tách biệt giữa RU, CU và mô-đun phân phối gNB-CU, gNB-DU Dựa trên cấu trúc được thông qua, nhóm con RAN3 sẽ bổ sung hỗ

trợ phân tách mặt phẳng CP (Control Plane - Mặt phẳng điều khiển) và UP (User Plane - Mặt phẳng người dùng) trong mạng LTE vào thông số kỹ thuật 3GPP để

mạng LTE cũng có thể tận dụng một số tính năng mạng truy cập vô tuyến 5G

NG-RAN mới Các chức năng của mạng truy nhập vô tuyến ảo vNG-NG-RAN cũng sẽ được chuẩn hóa dựa trên công nghệ RAN Slicing [2]

Những cải tiến, công nghệ và giải pháp quan trọng và thú vị nhất để phát triển mạng 5G trong tương lai cũng như tạo ra các ứng dụng 5G mới, được tiêu chuẩn hóa trong phiên bản 17

Công nghệ NR Light sẽ dựa trên một loại thiết bị thuê bao mới hoạt động với giao diện vô tuyến NR Light và mạng truy cập vô tuyến NG-RAN, được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ mạng cảm biến không dây công nghiệp Mục tiêu của công nghệ NR Light là phát triển các thiết bị thuê bao tiết kiệm chi phí với khả năng đáp ứng giữa đầy đủ tính năng và thiết bị thuê bao toàn quốc sử dụng công nghệ Full NR

và thiết bị truy cập không dây LPWAN (Low Power Wide Area Networks - Mạng

diện rộng công suất thấp) tiêu thụ điện năng thấp (ví dụ NB-IoT) Nó sẽ sử dụng các khối vô tuyến NR tiêu chuẩn, bao gồm số học và băng thông sẽ được bổ sung bằng các cải tiến để đáp ứng các yêu cầu mới như giảm độ phức tạp và giảm mức tiêu thụ điện năng của UE

Các yêu cầu được xây dựng cho công nghệ NR-Light phải tính đến các tình huống và trường hợp sử dụng mới đối với các thiết bị IoT không thể triển khai dựa trên công nghệ và NB-IoT (Hình 1.3):

• Tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và độ tin cậy cao hơn, ít độ trễ cao hơn với NB-IoT;

• Chi phí/độ phức tạp thấp hơn và thời gian thực hiện dài hơn tuổi thọ pin cao hơn NR eMBB;

• Phạm vi phủ sóng rộng hơn các thiết bị dành cho dịch vụ URLLC

Hình 1.4.So sánh các đặc tính của công nghệ NR.

Trường hợp sử dụng công nghệ NR Light trong mạng 5G:

• Tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100 Mbit/s để hỗ trợ, chẳng hạn như phát sóng video trực tiếp, kiểm soát trực quan quá trình sản xuất, tự động hóa quy trình sản xuất;

• Độ trễ khoảng 10-30ms để hỗ trợ, chẳng hạn như điều khiển từ xa máy bay không người lái, máy móc nông nghiệp hợp tác, phương tiện, thời gian và phản

• Thời lượng pin dài hơn 2-4 lần so với thiết bị thuê bao 5G có chế độ eMBB; • Tạo ra các mạng 5G chuyên dụng để phục vụ nhiều mục đích sử dụng khác nhau trong môi trường công nghiệp cho các dịch vụ IIoT;

• Hỗ trợ cho URLLC, eMBB và các dịch vụ định vị

Thiết bị thuê bao NR Light là loại thiết bị mới sẽ có khả năng lớn hơn thiết bị NB-IoT, nhưng các tính năng và thông lượng được hỗ trợ sẽ thấp hơn thiết bị 5G NR đối với dịch vụ eMBB/URLLC Ví dụ: các thiết bị thuê bao NR-Light sẽ có thể, với băng thông kênh tần số chỉ 10 hoặc 20 MHz, cung cấp thông lượng đường

xuống DL (Downlink) lên tới 100 Mbit/s và thông lượng đường lên UL (Uplink)

lên tới 50 Mbit/s, điều này làm cho điều này trở nên dễ dàng hơn Công nghệ được áp dụng nhiều hơn cho các trường hợp sử dụng như thiết bị đeo cao cấp, máy ảnh công nghiệp và cảm biếnIoT

Công nghệ NR-Light đã được đưa vào các vấn đề công việc ưu tiên của phiên bản 17 Nhờ triển khai công nghệ NR Lite, sẽ không cần phải hỗ trợ nhiều RAT trong một thiết bị Ngoài ra, công nghệ NR Lite sẽ tận dụng kiến trúc và chức năng

của hệ thống 5G như quản lý lớp mạng, quản lý lớp QoS (Quality of Service - Chất

lượng dịch vụ) dựa trên luồng dữ liệu, v.v

Cải thiện liên kết bên SL (SideLink) của truy cập vô tuyến NR Công nghệ SL

đề cập đến công nghệ liên lạc trực tiếp giữa các nút (đơn vị) truy cập vô tuyến V2X khác nhau hoặc thiết bị thuê bao 5G UE mà không cần truyền dữ liệu qua mạng 5G Trong mạng truy cập vô tuyến 5G được hình thành bởi các liên kết bên SL dựa trên giao diện vô tuyến NR, các thiết bị thuê bao V2X được coi là các

phương tiện có OBU (OnBoard Units - Đơn vị trên tàu) V2X, các thiết bị liên lạc

bên đường (RSU) hoặc thiết bị di động 5G UE được người đi bộ sử dụng

RSU truyền dữ liệu đến OBU hoặc trao đổi dữ liệu với các thiết bị V2X trên bo mạch trong khu vực liên lạc của nó (Hình 1.5)

Hình 1.5 Các kịch bản liên kết bên SL sử dụng giao diện vô tuyến NR

Vì vậy, cần nỗ lực cải thiện đường truyền liên lạc phía SL trong phiên bản 17 bao gồm các hướng và điểm sau:

• Cải thiện việc phân bổ nguồn lực (phân bổ nguồn lực để giảm tiêu thụ năng lượng, cải thiện hệ thống tự động hóa) chế độ danh nghĩa nhằm tăng độ tin cậy và

Tăng cường khả năng truy cập vô tuyến NR để hỗ trợ các mạng NTN phi mặt đất Công việc tiêu chuẩn hóa công nghệ này nhằm mục đích mở rộng việc sử dụng

truy cập vô tuyến NR cho mạng NTN, đặc biệt là các liên kết vệ tinh LEO (Low Earth Orbit - Quỹ đạo trái đất thấp) và GEO (Geostationary Satellite - Quỹ đạo địa

tĩnh), bao gồm cả khả năng tương thích để hỗ trợ các trạm gốc của nền tảng HAPS độ cao Như các kịch bản ứng dụng truy nhập vô tuyến NR trong đường truyền

không đối với đất ATG (Air To Ground - Không khí xuống đất) Các mục tiêu chi

tiết bao gồm:

• Ở lớp vật lý - định thời, đồng bộ hóa thời gian/tần số UL, thiết kế kênh

HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request - Yêu cầu phát lại tự động), PRACH

(Physical Random Access Channel - Kênh truy cập ngẫu nhiên đường lên vật lý),

chuyển mạch liên kết trung chuyển, điều khiển chùm tia và vận hành băng thông

kênh BWP (Bandwidth Part - Đoạn băng thông);

• Ở cấp độ giao thức - cải tiến MAC (Medium Access Control - Kiểm soát

truy cập trung bình) tức là truy cập ngẫu nhiên, lập lịch dòng UL, ứng dụng chế độ

DRX yêu cầu lập lịch), cũng như các cải tiến đối với giao thức RLC (Radio Link Control - Điều khiển liên kết vô tuyến) nằm giữa các lớp PDCP (Packet Data Convergence Protocol - Giao thức hội tụ dữ liệu gói), MAC và giao thức PDCP (

tức là báo cáo trạng thái, đánh số thứ tự), các thủ tục mặt phẳng điều khiển CP (chế độ rảnh và kết nối, tính liên tục và tính di động của dịch vụ);

• Ở cấp độ kiến trúc - cải tiến kiến trúc NG-RAN (tức là hỗ trợ chuyển mạch

trung chuyển, ID (Identification - Nhận dạng) mạng, đăng ký/phân trang, kết nối ô)

và các khía cạnh sử dụng tần số vô tuyến/phạm vi phủ sóng, yêu cầu quản lý tài

nguyên vô tuyến RRM (Radio Resource Management), yêu cầu bù thời gian UE và

độ chính xác phần trăm

Việc mở rộng sử dụng phổ tần hiện tại lên 71 GHz bao gồm nghiên cứu về việc sử dụng cả băng tần được cấp phép và không được cấp phép để truy cập qua giao diện vô tuyến NR khi cung cấp dịch vụ 5G ở băng tần cao hơn trong các lĩnh vực sau: việc sử dụng số học mới và đánh giá tác động khi sử dụng một phần băng tần (BWP), sử dụng công nghệ Beamforming, HARQ, v.v.; hỗ trợ lên tới 64 khối; cơ chế truy cập kênh, bao gồm cả công việc dựa trên công nghệ Beamforming; cơ chế truy cập kênh để tuân thủ các quy tắc phổ không được cấp phép trong phần băng tần MIDV này; đặc điểm kỹ thuật của các băng tần mới trong dải tần từ 52,6 đến 71 GHz [5]

1.4 Các công nghệ mạng then chốt của phiên bản 17 (5G)

Công nghệ mạng lõi 5G Phiên bản 17 bao gồm một loạt cải tiến nhằm cải thiện việc quản lý và vận hành mạng lõi 5G

Đổi mới mạng SON tự tổ chức trong mạng 5G Công việc này nhằm mục đích xác định các trường hợp sử dụng, yêu cầu mạng cũng như các dịch vụ và quy trình

quản lý cho các chức năng SON sau: tối ưu hóa vùng phủ sóng và công suất, tối ưu hóa cân bằng tải, tối ưu hóa phân bổ tài nguyên mạng 5G, chức năng mạng tự phục hồi 5G (bao gồm quản lý phần mềm tự động và tự động xử lý dữ liệu cấu hình mạng) Bước tiếp theo trong quá trình phát triển mạng SON sẽ là sự chuyển đổi từ các SON cổ điển thích ứng với chức năng của chúng tới các trạng thái cụ thể của

môi trường, tới các mạng lưới tự duy trì SSN (Self-Sustaining Network - Mạng tự duy trì), có thể liên tục duy trì các chỉ số hiệu suất chính (KPI - Key Performance Indicator) của mình trước những thay đổi về cấu hình và trường hợp sử dụng có tính biến động cao đối với mạng 6G (Sixth Generation Networks - Hệ thống thông

tin di động thế hệ thứ sáu) Vì vậy, ở thời điểm hiện tại, công nghệ SON được 3GPP coi là công nghệ động lực cho sự phát triển của mạng 5G theo hướng sử

dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo - ML (Machine Learning) và DL (Deap Learning)

Cải thiện việc quản lý mạng riêng và mở rộng hỗ trợ thực sự cho mạng 5G không công cộng nhằm mục đích:

• Đặc điểm kỹ thuật của các kịch bản triển khai cho mạng riêng;

• Tích hợp công cộng với khả năng quản lý và cách ly để triển khai tại chỗ trong các nhà máy, doanh nghiệp và tòa nhà để cung cấp vùng phủ sóng trong một khu vực địa lý nhất định;

• Nghiên cứu cung cấp hỗ trợ cho mạng tự trị với đăng ký và thông tin xác thực thuộc về một thực thể của mạng không tự trị;

• Nghiên cứu khả năng thích ứng và khởi tạo thiết bị thuê bao UE cho mạng riêng

Cải thiện việc tách mạng 5G thành các lớp mạng (giai đoạn 2) Trong cải tiến hệ thống 5G này, phiên bản 17 khám phá các lỗ hổng trong quy trình hệ thống 5G hiện tại để hỗ trợ mẫu lát cắt chung như được định nghĩa bởi GSMA và khám phá các giải pháp để giải quyết các lỗ hổng hiện có, chẳng hạn như số lượng UE tối đa

trong một lớp mạng, số phiên PDU (Packet Data Unit - Đơn vị dữ liệu gói) tối đa

trong một lớp mạng, tốc độ dữ liệu DL và UL tối đa trên mỗi UE trong một lớp mạng Điều này sẽ dẫn đến sự hiểu biết chung và triển khai thực tế các lớp mạng trong mạng 5G

Cải thiện khả năng kết nối, nhận dạng và theo dõi các hệ thống máy bay

không người lái UAV (Unmanned Aerial Vehicle - Thiết bị bay không người lái)

Để đáp ứng nhu cầu của lĩnh vực hệ thống máy bay không người lái (UAS) mới và đang phát triển nhanh chóng, bao gồm các phương tiện bay không người lái (UAV, đồng nghĩa với máy bay không người lái), nhiều công việc đã được thực hiện trong các nhóm làm việc của dự án đối tác 3GPP nhằm chuẩn hóa các yêu cầu cho 5G Mạng để đáp ứng nhu cầu kết nối UAS và UAV với mạng 5G, cũng như bộ điều khiển UAV để quản lý cẩn thận lưu lượng hàng không của UAV Công trình phát hành 17 nhằm mục đích khám phá các khía cạnh kiến trúc và hệ thống của mạng 5G để hỗ trợ các chức năng chỉ huy và điều khiển UAV (ví dụ: bộ điều khiển UAV, nhận dạng và theo dõi UAV), ủy quyền và xác thực trong các tình huống liên lạc (ví dụ: bộ điều khiển UAV với UAV); cần có những cải tiến liên lạc tiềm năng để trao đổi lưu lượng giữa bộ điều khiển UAV và UAV, xem xét cả kết nối

LOS (Line Of Sight - Đường ngắm) và NLOS (Non-Line Of Sight - Không có

đường ngắm) [4]

Các cải tiến của điện toán biên MEC trong 5GC (5G Core - Mạng lõi 5G )

giải quyết các vấn đề chính và hỗ trợ chuyển tiếp nội dung và lưu lượng ứng dụng UE đến các ứng dụng được triển khai trên máy chủ biên MEC, chẳng hạn như phát

hiện IP (Internet Protocol - Giao thức Internet) được triển khai trên máy chủ ứng

dụng trong môi trường điện toán biên; cải thiện 5GC để hỗ trợ thay đổi suôn sẻ máy chủ ứng dụng phục vụ các thiết bị thuê bao UE; cung cấp hiệu quả (tức là độ trễ thấp) cho các ứng dụng cục bộ với thông tin, chẳng hạn như QoS, có ảnh hưởng đến kiểm soát chính sách và tính phí

Những đổi mới trong công nghệ thực tế mở rộng trong mạng 5G Công nghệ

thực tế mở rộng 5G (XR - Extended Reality) là một con đường phát triển từ thực tế tăng cường (AR - Augmented Reality), thực tế ảo (VR - Virtual reality), thực tế hỗn hợp (MR - Mixed reality) đến thực tế mở rộng (XR)

Mạng 5G cung cấp các liên kết liên lạc tốc độ cao, độ trễ thấp giữa các thiết bị thực tế mở rộng XR và ứng dụng XR Ngoài ra, mạng 5G mang đến cơ hội thay đổi kiến trúc của dịch vụ XR di động Máy chủ đám mây biên MEC được sử dụng

để cải thiện hiệu quả xử lý hình ảnh trên thiết bị thuê bao 5G và cho phép sử dụng hiệu quả hơn đồ họa chân thực và hình ảnh trực quan có độ trễ thấp Hình dạng của thiết bị XR có thể độc lập với các ràng buộc về nhiệt, điện năng và hình dạng truyền thống Nghiên cứu trong phiên bản 17 sẽ bắt đầu kiểm tra các yêu cầu về hiệu suất mạng 5G cho nhiều trường hợp sử dụng khác nhau trong danh mục dịch vụ thực tế ảo rộng hơn này (ví dụ: VR, AR, MR và XR)

1.5 QoS và vấn đề chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G

Chất lượng tiếp nhận dịch vụ QoE của người thuê bao bao gồm tất cả các thành phần hệ thống của đường dẫn từ đầu đến cuối (thiết bị đầu cuối thuê bao, mạng, cơ sở hạ tầng dịch vụ, v.v.) và có thể bị ảnh hưởng bởi yếu tố con người kết hợp với kỳ vọng vốn có của cá nhân hoặc nội dung của thông tin nhận được (nội dung) Các yếu tố ảnh hưởng đến QoE được thể hiện trong Hình 1.6.

Hình 1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến QoE

Chất lượng dịch vụ QoS trong 5G Là một phần của quá trình phát triển mạng

truyền thông di động theo hướng mạng 5G, kiến trúc mạng của các mô-đun chịu trách nhiệm về chất lượng dịch vụ sẽ được xem xét (Hình 1.7) Phát triển khái

niệm ảo hóa các chức năng mạng NFV (Network functions virtualization) sẽ đóng

vai trò là điều kiện tiên quyết cho việc ảo hóa các chức năng quản lý chất lượng, có thể được biểu diễn dưới dạng hai chức năng chính:

• Kiểm soát QoS CQCF (Cloud QoS Control Function - Chức năng điều

khiển QoS của đám mây);

• Quản lý QoS CQMF (Cloud QoS Management Function - Chức năng quản lý QoS của đám mây)

Nhiệm vụ của CQCF: hỗ trợ kiểm soát thời gian thực các luồng lưu lượng trong mạng 5G dựa trên mức QoS được thiết lập trong quá trình kết nối Các cơ chế kiểm soát QoS chính là lập hồ sơ lưu lượng, lập lịch và kiểm soát luồng

Nhiệm vụ của CQMF: Quản lý QoS nhằm đảm bảo hỗ trợ QoS trong mạng

5G theo các thỏa thuận dịch vụ SLA (Service Level Agreement - Thỏa thuận cấp độ

dịch vụ), giám sát, bảo trì, đánh giá và mở rộng quy mô QoS Các yêu cầu chính về chất lượng dịch vụ bao gồm:

Các thuật toán ưu tiên lưu lượng truy cập trong mạng 5G sẽ dựa trên các quy trình phân loại lưu lượng, cần được xây dựng phù hợp với khả năng học hỏi của quy trình này, vì các đặc điểm lưu lượng sẽ có những thay đổi linh hoạt trong các tình huống khẩn cấp cũng như với sự ra đời của các dịch vụ mới và các ứng dụng Cần hỗ trợ ưu tiên cho các dịch vụ thương mại khẩn cấp, chẳng hạn như dịch vụ y tế, cũng như các dịch vụ được cung cấp theo quy định của địa phương (dịch vụ đa phương tiện trong các tình huống khẩn cấp, quyền truy cập vào các dịch vụ khẩn cấp, cảnh báo an toàn công cộng, v.v.)

Hình 1.7 Ảo hóa các chức năng giám sát và điều khiển trong mạng 5G

Quản lý chất lượng dịch vụ trong mạng di động cho phép các nhà khai thác: • Giảm tắc nghẽn mạng;

• Cải thiện chất lượng tiếp nhận dịch vụ của thuê bao; • Tăng doanh thu từ các dịch vụ được cung cấp

Trong số các rủi ro quan trọng truyền thống đối với chất lượng dịch vụ, thông thường chúng ta nên chọn ra những điều sau:

• Ít tham gia của thuê bao vào các quá trình thay đổi và hiện đại hóa mạng (thiếu mong muốn / khả năng thay đổi thiết bị đầu cuối thuê bao sang thiết bị đầu cuối hiện đại, không sẵn sàng sử dụng các dịch vụ hiện đại, v.v.);

• Chi phí mua hoặc hiện đại hóa thiết bị cao để tổ chức các dịch vụ mới; • Giảm thời gian giữa sự xuất hiện của nhu cầu đối với một dịch vụ và thời điểm thực hiện nó (tăng tốc các quá trình thị trường);

• Rủi ro về sự phân mảnh của dịch vụ (phân phối không kịp thời các thành phần nhất định của dịch vụ cho thuê bao, mặc dù chúng phải được phân phối đồng thời);

• Không thể tiếp cận khẩn cấp của bất kỳ dịch vụ nào; • Chậm trễ trong việc cung cấp dịch vụ

Dự kiến, quyết định về yêu cầu nào cần được tối ưu hóa sẽ được đưa ra dựa trên dịch vụ mà người đăng ký hiện đang sử dụng Do đó, cấu hình mạng đáp ứng các yêu cầu của một dịch vụ cụ thể có thể không phải do nhà khai thác viễn thông thực hiện mà do nhà cung cấp dịch vụ trực tiếp thực hiện thông qua API

(Application programming interface - Giao diện lập trình ứng dụng) trong khuôn khổ khái niệm Mạng được xác định bằng phần mềm SDN (Software Defined Networking)

Một trong những tiêu chí QoS chính là tỷ lệ các gói bị mất do lỗi khi nhận gói dữ liệu (Packet Error Loss Rate, PELR) Do đó, Bảng 1.1 cho thấy giá trị của số lượng gói IP bị mất lớn nhất đối với các chương trình phát sóng video khi được truyền qua các mạng di động thuộc nhiều thế hệ khác nhau

Bảng 1.1 Yêu cầu PELR để phát sóng luồng video

• SDTV (Standard-Definition Television - Truyền hình độ nét tiêu chuẩn) -

truyền hình kỹ thuật số tiêu chuẩn;

• HDTV (High Definition Television - Truyền hình độ nét cao) - truyền hình

kỹ thuật số độ nét cao;

• 4K UHD (Ultra High-Definition - Độ phân giải siêu cao) - TV độ phân giải

cực cao với độ phân giải gần đúng của cạnh lớn hơn của màn hình là 4000 pixel;

• 8K UHD (Ultra High-Definition - Độ phân giải siêu cao) - TV độ phân giải

cực cao với độ phân giải gần đúng của cạnh lớn hơn của màn hình là 8000 pixel Đối với dịch vụ M2M, QoS cũng phụ thuộc phần lớn vào tỷ lệ gói tin bị mất khi nhận được trên mạng 3G/4G/5G Xét rằng các điều kiện dịch vụ cho thiết bị đầu cuối thuê bao M2M sẽ được xác định cho các trường hợp dịch vụ có cả chất

lượng được đảm bảo GBR (Guaranteed Bit Rate) và không có bảo đảm non-GBR (non-Guaranteed Bit Rate), các yêu cầu về chia sẻ các gói bị mất có thể khác nhau

ba bậc độ lớn (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Yêu cầu PELR cho dịch vụ M2M

Không đảm bảo chất lượng (non-GBR) 10-2 10-3 10-4

Ngược lại, trong mạng 5G, các chỉ số về chất lượng trải nghiệm QoE của thuê bao, được đưa ra trong Bảng 1.3

Bảng 1.3 Yêu cầu QoE trong mạng 5G

Bảng 1.4 cho thấy các yêu cầu về độ trễ trong mạng 3G/4G/5G, được quy

định trong 3GPP và dự án METIS (Mobile and wireless communications enablers for the twenty-twenty information society) Theo bảng, với quá trình chuyển đổi từ

thế hệ này sang thế hệ khác trong mạng thông tin di động, các yêu cầu về giới hạn dưới của tổng độ trễ truyền dữ liệu sẽ tăng lên Ngoài ra, phân tích về yêu cầu độ

trễ tổng thể của mạng 5G đã chứng minh rằng độ trễ của mạng truy cập vô tuyến

RAN (Radio Access Network) 5G cần phải nhỏ hơn 1 ms [2]

Bảng 1.4 Yêu cầu độ trễ tổng cho mạng 3G/4G/5G

Non-GBR Không xác định 100 - 300 Không xác định

So sánh các yêu cầu về độ trễ trong mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng tương ứng đối với lưu lượng báo hiệu và thuê bao (Hình 1.8) chỉ ra rằng các yêu cầu đối với mạng 5G sẽ nghiêm ngặt hơn: hai lần đối với lưu lượng mặt phẳng điều khiển và 10 lần đối với lưu lượng mặt phẳng thuê bao

Hình 1.8 Yêu cầu về độ trễ mặt phẳng tín hiệu và người dùng đối với mạng 4G/5G

Để kết thúc phân tích QoS trong mạng 5G, chúng ta trình bày so sánh số lượng lớp QoS cho các thế hệ truyền thông di động khác nhau (Hình 1.9)

Hình 1.9 So sánh số lượng lớp QoS cho các thế hệ thông tin di động

Theo phân tích so sánh ở trên, chúng ta có thể kết luận rằng mỗi thế hệ mới có số lượng lớp QoS lớn hơn và kết quả là có nhiều tùy chọn linh hoạt hơn để điều chỉnh các chỉ số chất lượng của các loại lưu lượng khác nhau

1.6 Kết luận chương

Phiên bản 17, được 3GPP mô tả là "có lẽ là bản phát hành linh hoạt nhất trong lịch sử 3GPP về mặt nội dung", ban đầu dự kiến hoàn thành vào năm 2021, nhưng đại dịch đã đẩy lùi thời hạn đến tháng 3 hoặc tháng 6/2002 Mục đích chính của phiên bản 17 là tăng cường các trường hợp sử dụng hiện tại như băng thông rộng di động, tự động hóa công nghiệp, C-V2X và các mạng riêng, đồng thời giới thiệu

các khả năng mới bao gồm các lĩnh vực như điện toán biên, kết nối vệ tinh (NTN -

mạng phi mặt đất), máy bay không người lái và hỗ trợ cho mmWave ở băng tần 52, 6 - 71GHz Vào năm 2022, theo GSA, các phát triển 5G sẽ bao gồm "tích hợp sóng mang 5G trong mạng SA, khả năng URLLC để hỗ trợ giao tiếp giữa máy với máy trong hệ thống 5G SA, tăng cường hỗ trợ mmWave, chia nhỏ mạng trong mạng 5G và giới thiệu thoại qua vô tuyến mới (VoNR) trong mạng 5G SA"

Trong mạng 5G, Quality of Service (QoS) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng truyền dữ liệu, mở ra cánh cửa cho các ứng dụng tiên tiến và trải nghiệm người dùng tốt hơn Vấn đề chất lượng truyền dữ liệu trong mạng 5G đặt ra những thách thức lớn do sự đa dạng và phức tạp của các ứng dụng Các dịch