BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Bùi Quang Thái NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE Chuyên ngành : Kỹ Thuật Viễn Thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1.TS Nguyễn Quốc Khương Hà Nội – Năm 2016 LUẬN VĂN THẠC SĨ Lời cam đoan Tên là: Bùi Quang Thái Học viên lớp cao học Kỹ thuật viễn thông - Khóa CH2014A - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cam đoan: Đề tài:” Nghiên cứu chế quản lý chất lượng dịch vụ mạng LTE” thầy giáo TS NGUYỄN QUỐC KHƯƠNG hướng dẫn công trình tổng hợp nghiên cứu riêng Tất nội dung luận văn đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Các tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên BÙI QUANG THÁI i LUẬN VĂN THẠC SĨ Mục lục Lời cam đoan i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH xiii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LTE (Long term evolution) .5 1.1Giới thiệu chương .5 1.2.Giới thiệu công nghệ LTE 1.3.Xu triển khai LTE giới trạng triển khai Việt Nam Tổng kết chương 11 CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC 12 2.1.Giới thiệu chương 12 2.2.Kiến trúc mạng LTE 12 2.2.1.Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống 12 2.2.2.Thiết bị người dùng ( UE) 13 2.2.3.E-UTRAN NodeB (eNodeB) 13 2.2.4.Thực thể quản lý tính di động (MME) 14 2.2.5.Cổng phục vụ ( S-GW) 16 2.2.6.Cổng mạng liệu gói( P-GW) 17 2.2.7.Chức sách tính cước tài nguyên ( PCRF) 19 2.2.8.Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 19 2.2.Các giao diện giao thức kiến trúc hệ thống .20 2.3.Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái 24 2.4.Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm 25 2.5.Kiến trúc miền thời gian toàn phần(Overall time domai structure) 27 2.6.Hệ thống kênh truyền LTE .28 2.6.1 Hệ thống kênh đường xuống .29 2.6.2 Hệ thống kênh đường lên 31 ii LUẬN VĂN THẠC SĨ 2.7.Các thủ tục lớp vật lý .31 2.7.1 Thủ tục HARQ 31 2.7.2.Ứng trước định thời 33 2.7.3.Điều khiển công suất 33 2.7.4.Nhắn tin .34 2.7.5.Thủ tục báo cáo phản hồi kênh 35 2.7.6.Hoạt động chế độ bán song công 35 2.7.7.Các lớp khả UE đặc điểm hỗ trợ 36 Tổng kết chương 37 CHƯƠNG III: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE .38 3.1 Giới thiệu chương 38 3.2.Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA 38 3.2.1.OFDM .38 3.2.2.Các tham số OFDMA 40 3.2.3.Truyền dẫn liệu hướng xuống 43 3.3.Kỹ thuật đa truy nhập cho đường lên LTE SC-FDMA 44 3.3.1.SC-FDMA 45 3.3.2.Các tham số SC-FDMA 46 3.3.3.Truyền dẫn liệu hướng lên 47 3.4.Truy nhập ngẫu nhiên 48 Tổng kết chương 51 CHƯƠNG IV CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE 52 4.1.Giới thiệu chương 52 4.2.Giới thiệu QoS 52 4.3.Các thuộc tính QoS 57 4.4.Kiến trúc QoS 60 4.5.Cơ chế nâng cao đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng LTE 63 4.5.1.Lập lịch quản lý tài nguyên vô tuyến môi trường OFDMA-TDD 63 iii LUẬN VĂN THẠC SĨ 4.5.2.Quản lý tài nguyên vô tuyến 64 4.5.3.Cơ chế lập lịch 72 4.5.4.Các yêu cầu lập lịch báo cáo trạng thái đệm 76 4.5.5.Các kỹ thuật lập lịch LTE 78 4.6 Phân tích đánh giá kết mô với thuật toán lập lịch khác 86 4.6.1.Giới thiệu chương trình LTE System Level Simulation 86 4.6.2.Thiết lập mô 87 4.6.3 Đánh giá kết phân tích .90 4.7.Thách thức chất lượng dịch vụ mạng LTE 101 4.8.Bảo mật dịch vụ mạng LTE 102 Tổng kết chương 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .104 TÀI LIỆU THAM KHẢO .106 iv LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3GPP AAA ACF ACIR ACK ACLR ACS ADC ADSL AM AMBR AMD AMR AMRNB AMRWB ARP ATB AWGN Third Generation Partnership Project Authentication, Authorization and Accounting Analog Channel Filter Adjacent Channel Interference Rejection Acknowledgement Adjacent Channel Leakage Ratio Adjacent channel selectivity Analog-to Digital Conversion Asymmetric Digital Subscriber Line Acknowledged Mode Aggregate Maximum Bit Rate Acknowledged Mode Data Adaptive Multi-Rate Dự án đối tác hệ thứ ba Xác thực, cấp phép tính cước Bộ lọc kênh tương tự Loại bỏ nhiễu kênh lân cận Sự báo nhận Tỉ lệ dò kênh lân cận Chọn lọc kênh lân cận Chuyển đổi tương tự - số Đường dây thuê bao số không đối xứng Chế độ báo nhận Tốc độ bít tối đa cấp phát Dữ liệu chế độ báo nhận Đa tốc độ thích ứng Adaptive Multi-Rate Narrowband Băng hẹp đa tốc độ thích ứng Adaptive Multi-Rate Wideband Allocation Retention Priority Adaptive Transmission Bandwidth Additive White Gaussian Noise Băng rộng đa tốc độ thích ứng Ưu tiên trì cấp phát Băng thông truyền dẫn thích nghi Nhiễu Gauss trắng thêm vào Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Băng gốc Kênh điều khiển phát quảng bá Kênh phát quảng bá Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Bộ lọc băng tần Khóa dịch pha nhị phân Trạm gốc Điều khiển trạm gốc Báo cáo tình trạng đệm Trạm thu phát gốc Dải thông Tốc độ bít không đổi AMPS BB BCCH BCH Advanced Mobile Phone Sytem Baseband Broadcast Control Channel Broadcast Channel AMPS BPF BPSK BS BSC BSR BTS BW CBR Advanced Mobile Phone Sytem Band Pass Filter Binary Phase Shift Keying Base Station Base Station Controller Buffer Status Report Base Transceiver Station Bandwidth Constant Bit Rate v LUẬN VĂN THẠC SĨ CCE CCCH CDD CDF CDM CDMA AIR CP CPICH CQI CRC Control Channel Element Common Control Channel Cyclic Delay Diversity Cumulative Density Function Code Division Multiplexing Code Division Multiple Access Carrier to Interference Ratio Cyclic Prefix Common Pilot Channel Channel Quality Information Cyclic Redundancy Check Cell Radio Network Temporary C-RNTI Identifier CS Circuit Switched CSCF D-BCH DCCH DCI DFCH A DFT DL UL DLSCH Call Session Control Function Dynamic Broadcast Channel Dedicated Control Channel Downlink Control Information Dynamic Frequency and Channel Allocation Discrete Fourier Transform Downlink Uplink EDGE EPC EPDG EUTRA N EDO Cấp phát kênh tần số động Biến đổi fourier rời rạc Đường xuống Đường lên Kênh chia sẻ đường xuống Downlink Shared Channel Dedicated Physical Control DPCCH Channel DTX Discontinuous Transmission DwPTS E-DCH Phần tử kênh điều khiển Kênh điều khiển chung Phân tập trễ vòng Chức mật độ tích lũy Ghép kênh phân chia theo mã Đa truy nhập phân chia theo mã Tỷ số sóng mang tập âm Tiền tố vòng Kênh điều khiển chung Thông tin chất lượng kênh Kiểm tra dư vòng Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến tế bào Chuyển mạch kênh Chức điều khiển phiên gọi Kênh phát quảng bá động Kênh điều khiển riêng Thông tin điều khiển đường xuống Downlink Pilot Time Slot Enhanced DCH Enhanced Data Rates for GSM Evolution Evolved Packet Core Evolved Packet Data Gateway Kênh điều khiển vật lý riêng Truyền phát không liên tục Khe thời gian điều khiển đường xuống DCH tăng cường Tốc độ liệu tăng cường cho GSM phát triển Mạng lõi gói phát triển Cổng liệu gói phát triển Evolved Universal Terrestrial Radio Access Evolution Data Only Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu phát triển Chỉ có liệu phát triển vi LUẬN VĂN THẠC SĨ FD FDD FDM Frequency Domain Frequency Division Duplex Frequency Division Multiplexing Frequency Domain Packet FDPS Scheduling FFT Fast Fourier Transform FS Frequency Selective GERA GSM/EDGE Radio Access N Network GGSN Gateway GPRS Support Node GP Guard Period GPRS General packet radio service GPS Global Positioning System GRE Generic Routing Encapsulation Global System for Mobile GSM Communications GTP GPRS Tunneling Protocol GPRS Tunneling Protocol, Control GTP-C Plane Globally Unique Temporary GUTI Identity GW Gateway HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest HO Handover High Speed Downlink Packet HSDPA Access HSHigh Speed Downlink Shared DSCH Channel HSCSD HSPA HSPDSCH HSS HSSCCH HSUPA ICI ICIC ID High Speed Circuit Switched Data High Speed Packet Access High Speed Physical Downlink Shared Channel Home Subscriber Server High Speed Shared Control Channel High Speed Uplink Packet Access Inter-carrier Interference Inter-Cell Interference Control Identity vii Miền tần số Song công phân chia tần số Ghép kênh phân chia tần số Lập biểu gói miền tần số Biến đổi furier nhanh Lựa chọn tần số Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE Nút cổng hỗ trợ GPRS Khoảng bảo vệ Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống định vị toàn cầu Đống gói định tuyến chung Hệ thống truyền thông di động toàn cầu Giao thức đường hầm GPRS Mặt phẳng điều khiển, giao thức đường hầm GPRS Nhận dạng tạm thời toàn cầu Cổng Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp Sự chuyển vùng Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Truy nhập gói tốc độ cao Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao Máy chủ thuê bao thường trú Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Nhiễu liên sóng mang Điều khiển nhiễu liên ô Nhận dạng LUẬN VĂN THẠC SĨ IFFT IMS IMT IP ISDN ISI LNA LO LOS LTE MAC MAP MBMS MBR MCH MCS MGW MIMO MIP MM MME MPR MSC NACK NAS NAS NB NMT OFDM OFDM A O&M PAPR PAR PC Inverse Fast Fourier Transform IP Multimedia Subsystem International Mobile Telecommunications Internet Protocol Integrated Services Digital Network Inter Symbols Interference low noise amplifier Local Oscillator Line of Sight Long Term Evolution Medium Access Control Mobile Application Part Multimedia Broadcast Multicast System Maximum Bit Rate Multicast Channel Modulation and Coding Scheme Media Gateway Multiple Input Multiple Output Mobile IP Mobility Management Mobility Management Entity Maximum Power Reduction Mobile Switching Center Negative Acknowledgement Non-access Stratum Network Address Table Narrowband Nordic Mobile Telephone Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Operation and Maintenance Peak to Average Power Ratio Peak-to-Average Ratio Power Control viii Biến đổi furier nhanh nghịch đảo Hệ thống đa phương tiện IP Truyền thông di động quốc tế Giao thức Internet Mạng số dịch vụ tích hợp Nhiễu liên ký tự Khuyêch đại âm nhiễu thấp Bộ dao động nội Tầm nhìn thẳng Sự phát triển dài hạn Điều khiển truy nhập môi trường Phần ứng dụng di động Hệ thống phát quảng bá đa điểm đa phương tiện Tốc độ bít tối đa Kênh đa điểm Sơ đồ mã hóa điều chế Cổng phương tiện Đa đầu vào đa đầu IP di động Quản lý tính di động Phần tử quản lý tính di động Sự giảm công suất tối đa Chung tâm chuyển mạch di động Báo nhận không thành công Tầng không truy nhập Bảng địa mạng Băng hẹp Điện thoại di động Bắc Âu Ghép kênh phân chia tần số trực giao Đa truy nhập phân chia tần số trực giao Vận hành bảo dưỡng Tỉ lệ công suất đỉnh tới trung bình Tỉ lệ đỉnh-trung bình Điều khiển công suất LUẬN VĂN THẠC SĨ Parallel Concatenated Convolution PCCC Coding PCCPC Primary Common Control Physical H Channel PCFIC Physical Control Format Indicator H Channel PCH Paging Channel PCI Physical Cell Identity PCM Pulse Code Modulation Policy and Charging Resource PCRF Function PCS Personal Communication Services Physical Downlink Control PDCCH Channel PDCP Packet Data Convergence Protocol PDN Packet Data Network PDU Payload Data Unit PDSCH Physical Downlink Shared Channel P-GW Packet Data Network Gateway PHICH Physical HARQ Indicator Channel PHY Physical Layer PLL Phase Locked Loop PLMN Public Land Mobile Network PMIP Proxy Mobile IP PN Phase Noise PRACH Physical Random Access Channel PRB Physical Resource Block PS Packet Switched PSD Power Spectral Density PSS Primary Synchronization Signal PUCCH Physical Uplink Control Channel PUSCH Physical Uplink Shared Channel QAM Quadrature Amplitude Modulation QCI QoS Class Identifier QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying RACH Random Access Channel RAN Radio Access Network RAR Random Access Response ix Mã xoắn ghép song song Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp Kênh thị dạng điều khiển vật lý Kênh nhắn tin Nhận dạng ô vật lý Điều chế xung mã Chức tính cước tài nguyên sách Dịch vụ truyền thông cá nhân Kênh điều khiển đường xuống vật lý Giao thức hội tụ liệu gói Mạng liệu gói Đơn vị liệu tải tin Kênh chia sẻ đường xuống vật lý Cổng mạng liệu gói Kênh thị HARQ vật lý Lớp vật lý Vòng khóa pha Mạng di động mặt đất công cộng IP di động ủy nhiệm Tiếng ồn pha Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý Khối tài nguyên vật lý Chuyển mạch gói Mật độ phổ công suất Tín hiệu đồng sơ cấp Kênh điều khiển hướng lên vật lý Kênh chia sẻ hướng lên vật lý Điều chế biên độ cầu phương Nhận dạng cấp QoS Chất lượng dịch vụ Khóa dịch pha vuông góc Kênh truy nhập ngẫu nhiên Mạng truy nhập vô tuyến Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên dùng hiển thị thông lượng sử dụng cho giá trị SNR khác Thông lượng cho kịch số lượng ăng ten thu phát khác (SISO, MIMO (2x2), MIMO (4x4)) vẽ Ở thuật toán lập lịch trình Round Robin với người sử dụng Thời gian mô xác định khoảng thời gian truyền dẫn (TTI) Chúng ta đặt thời gian để mô 100 TTI; băng thông lựa chọn 20 MHz Các CQI thiết lập đến mô Thuật toán lập lịch Round Robin không thích ứng với chế độ AMC theo CQI thông tin phản hồi Nó luôn mô với thiết lập giá trị CQI tập tin LTE_sim_batch.mas cqi_i CQI cố định chạy mô với thuật toán lập lịch Round Robin Loại kênh sử dụng người B (PedB) throughput, PedB, 100 subframes, Singer user, Round Robin, 20Mhz 50 45 40 35 SUSISO MIMO2x2 MIMO4x4 throughput [Mbps] 30 25 20 15 10 0 10 15 20 25 SNR [dB] 30 35 40 45 50 Hình 4.21 SNR so với thông lượng cho người dùng Hình 4.21 hiển thị mối quan hệ SNR thông lượng sử dụng cho trường hợp số lượng ăng ten thu phát khác Thông lượng hệ thống SISO thấp thông lượng MIMO (2x2) thông lượng hệ thống MIMO (2x2) thấp thông lượng MIMO (4x4) Biểu đồ hiển thị rõ 92 ràng thông lượng hệ thống MIMO (4x4) gấp đôi hệ thống MIMO (2x2) thông lượng hệ thống MIMO (2x2) gấp đôi hệ thống SISO Ở tốc độ tối đa hệ thống đạt khoảng 47 Mb/s Trường hợp 2: Thuật toán Best CQI, Dành cho người B, hệ thống SISO, MIMO người sử dụng Trường hợp thứ hai mô người dùng Thông lượng cho kịch số lượng ăng ten thu phát khác (SISO, MIMO (2x2), MIMO (4x4)) vẽ Các thuật toán lập lịch trình Best CQI với người sử dụng Thời gian mô thiết lập để 100 TTI, băng thông 20 MHz, loại kênh sử dụng người B (PedB) throughput, PedB, 100 subframes, Singer user, Best CQI, 20Mhz 180 SUSISO MIMO2x2 MIMO4x4 160 140 throughput [Mbps] 120 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 SNR [dB] 30 35 40 45 50 Hình 4.22 SNR so với thông lượng cho người dùng Hình 4.22 hiển thị SNR thông lượng sử dụng cho hệ thống SISO MIMO Từ số thông lượng hệ thống SISO thấp thông lượng MIMO (2x2) thông lượng hệ thống MIMO (2x2) thấp thông lượng MIMO (4x4) Biểu đồ hiển thị rõ ràng thông lượng hệ thống MIMO (4x4) gấp đôi hệ thống MIMO (2x2) thông lượng hệ thống MIMO (2x2) 93 gấp đôi hệ thống SISO Ở tốc độ tối đa hệ thống đạt gần 170 Mb/s Hơn thông lượng tăng so với SNR Kịch 2: Trường hợp 1: Thuật toán Round Robin, SISO, xe cộ A người sử dụng Trong kịch giá trị SNR so với thông lượng cho người dùng vẽ cho trường hợp số lượng ăng ten thu phát khác (SISO, MIMO (2x2), MIMO (4x4)) Một lần thuật toán lập lịch trình Round Robin (CQI = 7), với thiết bị đầu cuối người dùng Lên lập lịch RR không thích ứng với chế độ AMC theo CQI thông tin phản hồi Nó luôn mô với thiết lập giá trị CQI tập tin LTE_sim_batch.mas cqi_i Thời gian mô thiết lập để 100 TTI Băng thông 20 MHz loại kênh xe cộ A throughput, VehA, 100 subframes, Singer user, Round Robin, 20Mhz 50 45 40 35 SUSISO MIMO2x2 MIMO4x4 throughput [Mbps] 30 25 20 15 10 0 10 15 20 25 SNR [dB] 30 35 40 45 50 Hình 4.23 SNR so với thông lượng cho người dùng Hình 4.23 mô tả SNR so với thông lượng sử dụng cho hệ thống SISO MIMO Một lần thấy thông lượng hệ thống SISO 94 thấp thông lượng MIMO (2x2) thông lượng hệ thống MIMO (2x2) thấp thông lượng MIMO (4x4) Biểu đồ hiển thị rõ ràng thông lượng hệ thống MIMO (4x4) gấp đôi hệ thống MIMO (2x2) thông lượng hệ thống MIMO (2x2) gấp đôi hệ thống SISO Do đó, thông lượng tăng lên với số lượng ăng-ten máy phát người nhận Trường hợp 2: Thuật toán Best CQI, SISO, MIMO, sử dụng xe cộ A Ở mô thông lượng người dùng cho giá trị SNR khác Ý định hiển thị thông lượng cho trường hợp số lượng ăng ten thu phát khác (SISO, MIMO (2x2), MIMO (4x4)) Các thuật toán lập lịch trình Best CQI với thời gian mô thiết bị đầu cuối Thời gian mô thiết lập 100 TTI Băng thông 10 MHz mô hình kênh xe cộ A Hình 4.24 mô tả SNR so với thông lượng cho hệ thống SISO MIMO Một lần hình này, ta dễ dàng để nhận thấy thông lượng hệ thống MIMO (4x4) cao so với thông lượng hệ thống MIMO (2x2) thông lượng hệ thống MISO (2x2) cao thông lượng hệ thống SISO Hơn thông lượng tăng so với SNR throughput, VehA, 100 subframes, Singer user, Best CQI, 20Mhz 180 160 140 throughput [Mbps] 120 SUSISO MIMO2x2 MIMO4x4 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 SNR [dB] 30 35 40 45 Hình 4.24 SNR so với thông lượng cho người dùng 95 50 Phân tích thông lượng kênh truyền Trường hợp 1: Sử dụng kênh người dùng Pedestrian B Hình 4.25 so sánh thông lượng kênh truyền hệ thống SISO MIMO, kết thông lượng thuật toán lập lịch RoundRobin Best CQI mô với trường hợp sử dụng kênh người dùng Thuật toán Round Robin không sử dụng chế độ AMC dựa vào CQI phản hồi mà luôn sử dụng giá trị CQI định sẵn file LTE_sim_batch.m Trong mô sử dụng đề tài này, CQI đặt Từ đồ thị ta thấy thuật toán lập lịch Best CQI cho kết thông lượng cao so với thuật toán lập lịch Round Robin Cũng với đó, kết cho thấy rõ MIMO làm tăng thông lượng hệ thống so với SISO System throughput SISO and MIMO, PedB, 100 subframes, Round Robin, Best CQI, 20Mhz 180 160 Best CQI SISO Best CQI MIMO 2x2 Best CQI MIMO4x4 RR SISO RR MIMO2x2 RR MIMO4x4 140 throughput [Mbps] 120 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 SNR [dB] 30 35 40 45 50 Hình 4.25 SNR so với thông lượng cho hệ thống thuật toán lập lịch với kênh người sử dụng PedB Trường hợp 2: Sử dụng kênh người dùng xe Vehicular A Hình 4.26 so sánh thông lượng kênh truyền hệ thống SISO MIMO, kết thông lượng thuật toán lập lịch Round Robin Best CQI trình bày với trường hợp sử dụng kênh người dùng Veh A Thuật tóa Round Robin 96 không sử dụng chế độ AMC dựa vào CQI phản hồi mà luôn sử dụng giá trị CQI định sẵn file LTE_sim_batch.m Trong mô sử dụng đề tài này, CQI đặt Từ đồ thị ta thấy thuật toán lập lịch Best CQI cho kết thông lượng cao so với thuật toán lập lịch Round Robin Cũng với đó, kết cho thấy rõ MIMO làm tăng thông lượng hệ thống so với SISO System throughput SISO and MIMO, VehA, 100 subframes, Round Robin, Best CQI, 20Mhz 180 Best CQI SISO Best CQI MIMO 2x2 Best CQI MIMO 4x4 RR SISO RR MIMO2x2 RR MIMO 4x4 160 140 throughput [Mbps] 120 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 SNR [dB] 30 35 40 45 50 Hình 4.26 SNR so với thông lượng cho hệ thống thuật toán lập lịch với kênh người sử dụng VehA Kịch 3: Trường hợp 1: Thuật toán Best CQI, Người B, nhiều người sử dụng hệ thống SISO Kịch thực mô cho nhiều người sử dụng mô tả thay đổi thông lượng SNR thay đổi Thông lượng hiển thị cho hệ thống SISO, sử dụng thuật toán lập lịch Best CQI Thời gian mô thiết lập 100 TTI, băng thông 20 MHz, mô hình kênh sử dụng B Hình 4.27 cho thấy thông lượng ứng với SNR hệ thống sử dụng SISO Thông lượng gần thấp ứng với SNR từ dB đến 10 dB Tình trạng có 97 thể giải thích điều kiện kênh truyền xấu cho người sử dụng, tình hình dẫn đến thông lượng thấp Từ 20 dB, thấy thông lượng nhanh chóng tăng lên theo SNR Thông lượng di động tối đa trường hợp 35 Mb / s Hình 4.27 SNR so với thông lượng cho nhiều người dùng Trường hợp 2: Thuật toán Best CQI, B, nhiều người sử dụng MIMO(2x2) Kịch mô cho nhiều người sử dụng, thông lượng cho hệ thống MIMO (2x2) hiển thị Thuật toán lập lịch Best CQI, phân công khối tài nguyên để thiết bị đầu cuối người sử dụng nhằm tối đa hóa CQI Thời gian mô thiết lập 100 TTI, băng thông 20 MHz loại kênh sử dụng người B Hình 4.28 mô tả SNR so với thông lượng cho hệ thống MIMO Các thuật toán lập lịch trình Best CQI Như trường hợp trước thông lượng thấp cho SNR từ dB 10 dB Điều thể giải thích điều kiện kênh báo cáo xấu cho người sử dụng, cho kết thông lượng thấp (gần không) Từ 10 dB, 98 thấy thông di động tăng với SNR Thông lượng di động tối đa trường hợp 70 Mb/s Nó cao hơn so với trường hợp trước (hệ thống SISO) Hình 4.28 SNR so với thông lượng, dạng nhiều người dùng Kịch 4: Trường hợp 1: Thuật toán Round Robin, SISO, B nhiều người sử dụng Kịch mô thông lượng trường hợp nhiều người dùng thay đổi theo SNR Thông lượng cho hệ thống MISO hiển thị Các thuật toán lập lịch Round Robin (RR) CQI thiết lập để Lập kế hoạch RR không thích ứng với chế độ AMC theo CQI thông tin phản hồi Nó luôn mô với thiết lập giá trị CQI tập tin LTE_sim_batch.mas cqi_i Thời gian mô thiết lập 100 TTI, băng thông 20 MHz, loại kênh sử dụng người B Hình 4.29 cho thấy SNR so với thông lượng cho hệ thống MISO Có thể thấy thông lượng di động cho số khác người sử dụng (10 người, 20 người 25 người) gần giống Ta biết có 100 RB băng thông 20 MHz Đối với trường hợp 10 người sử 99 dụng người dùng xếp 10 lần Khi có 20 người sử dụng, người dùng xếp lần Cho 25 người dùng, người dùng xếp lần Đó lý thông lượng di động cho thiết lập khác người sử dụng gần giống Thông lượng di động tối đa gần 12 Mb/s Hình 4.29 SNR so với thông lượng cho nhiều người dùng Trường hợp 2: Thuật toán Round Robin, MIMO (2x2), B nhiều người sử dụng Một lần nhiều người dùng mô xem xét hệ thống MIMO (2x2).Thuật toán lập lịch Round Robin CQI thiết lập để Một lần nữa, thuật toán Round Robin không thích ứng với chế độ AMC theo CQI thông tin phản hồi Nó luôn mô với thiết lập giá trị CQI tập tin LTE_sim_batch.mas cqi_i Thời gian mô thiết lập để 100 TTI, băng thông 20 MHz, mô hình kênh sử dụng B Hình 4.30 mô tả SNR so với thông lượng cho hệ thống MIMO (2x2) Rõ ràng thông lượng di động cho thiết lập khác người sử dụng (10 người, 20 100 người 25 người sử dụng) gần giống Chúng ta biết có 100 RBs băng thông 20 MHz Đối với trường hợp 10 người sử dụng người dùng xếp 10 lần Khi có 20 người sử dụng, người dùng xếp lần thuật toán Round Robin Cho 25 người dùng, người dùng dự kiến lần lượt Đó lý tế bào thông lượng cho khác người sử dụng gần giống Hình 4.30 SNR so với thông lượng cho nhiều người dùng Tổng hợp kết Qua phân tích số liệu mối quan hệ thông lượng SNR cell UE theo thuật toán khác ta thấy thuật toán RR đảm bảo công đơn thời gian truy nhập UE không quan tâm lỗi BLER Về thông lượng Best CQI thuật toán cao nhất, cell UE, độ công UE 4.7.Thách thức chất lượng dịch vụ mạng LTE Trong mạng vô tuyến, chất lượng dịch vụ dựa đo lường hiệu hệ thống phản ánh từ chất lượng truyền dẫn tới dịch vụ 101 có (ví dụ 4G LTE yêu cầu độ tin cậy đạt tới 99,99%) QoS mạng LTE phải đối mặt với nhiều khó khăn Khi xem xét QoS phải quan tâm tới nhiều yếu tố mạng LTE như: đặc tính kênh tốc độ biến thiên, ấn định băng tần, mức độ dung sai lỗi hỗ trợ chuyển giao mạng vô tuyến khác nhau,… Hỗ trợ QoS xuất đóng gói, truyền dẫn, định tuyến cấp độ mạng QoS khác cấp độ hoạt động khác Các đặc tính kênh tốc độ thích ứng cho ứng dụng thực tế LTE có độ rộng băng yêu cầu truyền dẫn khác [10] So sánh với mạng 2G 2.5G tại, LTE có nhiều khả khắc phục lối chấp nhận hay loại trừ mạng cố, vùng phủ kém, rớt gọi Kỹ thuật tiền 4G hứa hẹn cải thiện QoS nhờ sử dụng kỹ thuât chuẩn đoán công cụ báo hiệu Tiền 4G hỗ trợ tốt roaming chuyển giao mạng khác LTE chí hỗ trợ roaming mạng có công nghệ khác nhờ sử dụng kỹ thuật báo hiệu LAS-CDMA Một giải pháp khác vô tuyến định nghĩa phần mềm hỗ trợ roaming mạng áp dụng công nghệ khác 4.8.Bảo mật dịch vụ mạng LTE Khách hàng/ thuê bao cần phải có tính riêng tư mạng dịch vụ cung cấp, bao gồm việc tính cước Thêm vào đó, họ yêu cầu dịch vụ phải có tính sẵn sàng cao, cạnh tranh lành mạnh bảo đảm riêng tư họ +)Các nhà vận hành mạng, nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp truy nhập cần phải bảo mật để bảo vệ hoạt động, vận hành kinh doanh họ, đồng thời giúp họ phục vụ tốt khách hàng cộng đồng +)Các quốc gia khác yêu cầu đòi hỏi tính bảo mật cách đưa hướng dẫn tạo luật để đảm bảo tính sẵn sàng dịch vụ, cạnh tranh lành mạnh tính riêng tư +)Sự gia tăng rủi ro thay đổi toàn quy định môi trường kỹ thuật nhấn mạnh cần thiết ngày gia tăng tính bảo mật mạng 102 Tổng kết chương Chương nhìn tổng quan QoS, tham số, tiêu, kiến trúc QoS Nghiên cứu chế bảo bảo chất lượng dịch vụ QoS Tìm hiểu chế quản lý tài nguyên vô tuyến, chế lập lịch kỹ thuật lập lịch mạng LTE từ phân tích đánh giá trình mô thuật toán lập lịch Kết mô kiểm nghiệm nhận định ban đầu từ phần lý thuyết Như thuật toán đảm bảo tiêu chí mà hướng tới Mặc dù thông số đánh giá chưa bao quát hết phạm vi luận văn này, có đủ yếu tố để nhận xét ảnh hưởng thuật toán thống LTE Nếu hệ thống cần thông lượng lớn nên chọn Best CQI, PF, Max Throughput Nếu hệ thống cần độ công nên chọn Maxmin, PF, Round Robin Nếu chọn thuật toán đảm bảo vừa thông lượng hiệu vừa độ công ta nên chọn PF, Maxmin Khi thiết kế hệ thống mạng di động, dựa vào số liệu thực tế mạng lưới số thuê bao, vùng phủ sóng, lưu lượng truy cập thuê bao yêu cầu cần đạt đến chất lượng dịch vụ mạng nhằm đáp ứng dịch vụtốt cho khách hàng, việc chọn lựa thuật toán lập lịch cho eNodeB tiến hành Việc lựa chọn cho toàn mạng mang tính cục bộ, theo vị trí địa lý thành thị, nông thôn, khu dân cư đông đúc, khu cao ốc văn phòng, nơi có yêu cầu khác Như luận văn trình bày xong chương chương nói QoS kiểm nghiệm kết nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật lập lịch LTE Trong nội dung chương này, luận văn trình bày kết mô cần thiết phân tích số liệu để đề xuất thuật toán lập lịch phù hợp Tiếp theo luận văn trình bày phần kết luận hướng phát triển, phần kết luận cụ thể 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Công nghệ LTE, hiểu công nghệ di động hệ thứ 4, triển khai vài nước giới có lẽ lựa chọn mạng Việt Nam, Mặc dù chưa thương mại hóa nhiều LTE hứa hẹn làm người dùng hài lòng vượt trội công nghệ so với hệ thứ Trong luận văn trình bày tổng quan QoS LTE UMTS LTE dự kiến hỗ trợ tốc độ liệu đỉnh cao (100Mb/s đường xuống 50 Mb/s đường lên), để nâng cao lực hệ thống phạm vi bảo hiểm Nó hỗ trợ hiệu truyền liệu gói Kỹ thuật OFDM áp dụng chương trình truyền đường xuống LTE LTE tương lai điện thoại di động băng thông rộng Dự kiến năm 2018, 80% người sử dụng băng thông rộng thuê bao băng rộng di động họ phục vụ HSPA LTE Luận văn nghiên cứu chế đảm bảo chất lượng dịch vụ thuật toán lập lịch đường xuống LTE Lập lịch yếu tố quan trọng việc đảm bảo chất lượn dịch vụ mạng Việc quản lý tài nguyên vô tuyến mọt vấn đề đáng quan tâm Nó gán khối tài nguyên cho người sử dụng khác Tôi làm việc hai thuật toán lập lịch trình: Best CQI Round Robin Tôi điều tra tác động chương trình lập lịch thông lượng công Lập kế hoạch Best CQI nhằm tối đa hóa thông lượng cách lên lịch cho người dùng với chất lượng kênh tốt lập lịch Round Robin công thiết bị đầu cuối Các thuật toán lập lịch trình thực MATLAB dựa liên kết Link Level Simulator of the Vienna University Chúng ta thấy thông lượng việc lập kế hoạch Best CQI cao Các thuật toán lập lịch trình có hiệu suất thông lượng tốt so với thuật toán Round Robin Hơn thuật toán lập lịch trình công so với Best CQI 104 Việc áp dụng kỹ thuật lập lịch hệ thống di động LTE cần nhiều thông tin để ứng dụng kỹ thuật lập lịch cho LTE lưu lượng tại, lưu lượng tương lai, bố trí mạng lưới, vị trí địa lý, đặc điểm thói quen truy cập khách hàng, khả đường truyền, khả xử lý eNodeB…Rất nhiều yếu tố liệt kê cho thấy việc áp dụng kỹ thuật lập lịch quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến hệ thống di động LTE người dùng Kiến nghị: Nhiều nghiên cứu thực lập lịch đường xuống LTE lĩnh vực thú vị Bước việc tìm kiếm thoả hiệp thông lượng tính công thuật toán lập lịch trình đề xuất Công việc tương lai thực theo thứ tự để tối ưu hóa thông lượng thuật toán lập lịch trình đề xuất Tùy thuộc vào mục tiêu thuật toán lập lịch trình muốn thiết kế, chọn để cải thiện thông lượng, công hai Nếu muốn ủng hộ thông lượng cải thiện việc lập kế hoạch Best CQI thuật toán lập lịch trình Nhưng ủng hộ công bằng, cải thiện thuật toán lập lịch trình lập lịch Round Robin Công nghệ MIMO công nghệ để tăng thông lượng Kỹ thuật tiên tiến phức tạp thiết kế với mục tiêu tương tự Một kỹ thuật bao gồm việc đặt chuyển tiếp trạm gốc trạm di động 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Albert Serra Pagès (2009), A Long Term Evolution Link Level Simulator, Universitat Politècnica de Catalunya [2] Bilal Sadiq, Ritesh Madan, Ashwin Sampath (2009), Downlink Scheduling for Multi-class Traffic in LTE [3] C.Gessner (2008), UMTS Long Term Evolution (LTE) Technology Introduction, Rohde-Schwarz [4] Erik Eriksson (2008), Channel Quality Information Reporting and Channel Quality Dependent Scheduling in LTE [5] Kristoffer Roberg (2010), Simulation of scheduling algorithms for femtocells in an LTE environment [6] Karthik R.M., Nadeem Akhtar, CEWiT, QoS in LTE and 802.26 [7] Raymond Kwan, Cyril Leung, and Jie Zhang (2010), Downlink Resource scheduling in an LTE System [8] R Ludwig, H Ekstrom, P Willars, and N Lundian, “An evolved 3GPP QoS concept,” in IEEE Vehicular Technology Conference, vol 1,May 2006, pp 388– 392 [9] Stefan Schwarz, Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp (2009), Low Complexity Approximate Maximum Throughput Scheduling for LTE [10] Nguyễn Quốc Khánh, (2011)“ Nghiên cứu kỹ thuật lập lịch nâng cao chất lượng dịch vụ thông tin di động LTE ” , Đại học Đà Nẵng [11] Nguyễn Hữu Thanh, (năm 2010), “Xây dựng chế cung cấp chất lượng dịch vụ QoS mạng không dây băng thông rộng họ IEEE802, Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ nhiệm vụ khoa học công nghệ cấp nhà nước theo nghị định thư với nước Khoa Điện tử - Viễn thông, ĐHBK Hà Nội 106 ... đưa chế quản lý tài nguyên vô tuyến mạng LTE CHƯƠNG IV: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG LTE Nội dung chương trình bày khái niệm QoS tham số QoS mô chế lập lịch để nâng cao chất lượng. .. nghiệp đề tài Nghiên cứu chế đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng LTE (Long Term Evolution) Mục đích nghiên cứu Luận văn vào nghiên cứu tổng quan hệ thống thông tin di động LTE, kiến trúc mạng truy nhập... pháp nghiên cứu Phương pháp tiếp cân thu thập thông tin liên quan tới đề tài kiến thức mạng thông tin di động LTE, giao diện vô tuyến LTE, chế đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng LTE Kết hợp lý thuyết