Đề tài Vấn đề nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động Viettel mobile

LỜI MỞ ĐẦU Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn Thông di động. Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trước đó. Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…chưa đáp ứng được các yêu cầu như: khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở của mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,… Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di động mới có tên gọi là 4G. Sự ra đời của hệ thống này mở ra khả năng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media chất lượng cao trên nền các mạng di động. Hiện nay thị trường di động Việt Nam được đánh giá là tăng trưởng đứng thứ 2 trên thế giới sau Trung Quốc, số thuê bao không ngừng tăng, nhu cầu về việc sử dụng các dịch vụ và các dịch vụ đa phương tiện ngày càng cao và càng đòi hỏi cao hơn trong tương lai. Do đó việc nghiên cứu một công nghệ mới để đáp ứng các nhu cầu thị trường trong tương lai là rất cần thiết. Hiện nay Viettel đã đưa vào sử dụng GPRS để đáp ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu ngày càng cao của các thuê bao. Các dịch vụ chủ yếu của GPRS như: WAP, truy nhập Internet có hai phương thức là truy nhập gián tiếp và truy nhập trực tiếp, dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, video, xem các đoạn phim tải về, xem video trực tuyến. Ngoài ra còn có dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch vụ ngân hàng, quảng cáo trên điện thoại di động…do giá cước còn cao nên các loại bao có thuê nhập trung bình và cao. Dựa trên nhu cầu thị trường Việt Nam, hiện tại chúng ta thấy rằng nhu cầu chính trong thông tin di động vẫn là dịch vụ thoại truyền thống, dịch vụ dữ liệu cũng bắt đầu tăng trưởng, theo dự đoán tổng số thuê bao có nhu cầu dịch vụ dữ liệu chiếm khoảng 50% vào năm 2010. Với đời sống thu nhập ngày càng cao của người dân, nhu cầu các dịch vụ chất lượng tốt ngày càng lớn, thì mạng di động Viettel ngày càng phải nâng cấp để đáp ứng được các nhu cầu này. Mặt khác, xu hướng chung trên thế giới là hội tụ tất cả các mạng viễn thông lại với nhau. Do đó, yêu cầu phát triển mạng thông tin di động lên thế hệ 4G có tốc độ cao, sử dụng “all IP” có khả năng tích hợp với các mạng khác là yêu cầu tất yếu của mạng di động Viettel. Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di động Viettel Mobile” được đưa ra không chỉ nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu các dịch vụ mà nó đáp ứng mà còn cố gắng đưa vào áp dụng ở Việt Nam cụ thể là trên mạng di động của Viettel.Với mục đích đó đề tài nghiên cứu của chúng tôi dược chia làm 4 chương: Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ và dịch vụ của các mạng di động Chương 2: Mô hình cấu trúc mạng 4G Chương 3: Dịch vụ và chất lượng dịch vụ trong mạng 4G Chương 4: Lộ trình tiến lên mạng thông tin di động 4G cho Viettel Mobile Với việc triển khai đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ 4G cho mạng di động di động Viettel Mobile” , Viettel đã mở ra một cơ hội mới, động lực mới cho sự phát triển công nghệ mạng cũng như thương mại điện tử trong thời đại kinh tế số hiện nay, không chỉ cho công ty mà còn mong muốn sẽ đóng góp một phần vào sự phát triển trong lĩnh vực viễn thông – công nghệ thông tin của nước nhà. Đó cũng là mong muốn lớn nhất của những người thực hiện đề tài này. CHƯƠNG 1  XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VÀ DỊCH VỤ CỦA CÁC MẠNG  DI ĐỘNG 1.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G Việc nghiên cứu chuyển hướng sang các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 (4G) để giải quyết các vấn đề tồn tại trong hệ thống di động thế hệ 3 (3G). Đó là việc cung cấp các loại hình dịch vụ ngày càng đa dạng hơn, từ tín hiệu thoại chất lượng cao sang tín hiệu video độ phân giải cao, các kênh vô tuyến có tốc độ dữ liệu cao. Khái niệm 4G được sử dụng rộng rãi không chỉ có các hệ thống điện thoại tế bào mà còn bao gồm các kiểu hệ thống viễn thông truy nhập vô tuyến băng thông rộng. Một trong số các thuật ngữ dùng để mô tả 4G là MAGIC: Mobile multimedia (Đa phương tiện di động), Anytime anywhere (Bất cứ khi nào, bất cứ nơi đâu), Global mobility support (Hỗ trợ di động toàn cầu), Integrated wireless solution (Giải pháp vô tuyến tích hợp) và Customized personal service (Dịch vụ theo yêu cầu cá nhân). Như là một lời hứa cho tương lai, hệ thống 4G là hệ thống truy nhập vô tuyến tế bào băng thông rộng, đã và đang là mối quan tâm lớn của lĩnh vực thông tin di động. 4G không chỉ hỗ trợ cho các dịch vụ thông tin di động thế hệ tiếp theo mà còn hỗ trợ cho cả các mạng vô tuyến cố định. Chúng ta xem xét trên cơ sở cái nhìn tổng quan về các đặc trưng của 4G, cách tổ chức và tích hợp hệ thống di động. Đặc trưng của 4G có thể cô đọng lại bằng từ “tích hợp”. Các hệ thống 4G là một sự tích hợp gắn kết không tách rời của các thành phần thiết bị đầu cuối, mạng lưới và các ứng dụng nhằm thoả mãn đòi hỏi không ngừng và ngày càng cao của người sử dụng. 1.2. LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Lịch sử ra đời và sự phát triển của dịch vụ di động từ thế hệ đầu tiên 1G tới thế hệ 4G trải qua nhiều giai đoạn khác nhau. Bảng 1.1 cho thấy tóm lược quá trình tiến triển của công nghệ thông tin di động thoại. Quá trình bắt đầu với các thiết kế đầu tiên được biết đến như là 1G trong những năm 70 của thế kỷ trước! Các hệ thống ra đời sớm nhất được thực hiện dựa trên công nghệ tương tự và cấu trúc tế bào cơ bản của thông tin di động. Nhiều vấn đề có tính nguyên tắc cơ bản đã được giải quyết trong những hệ thống này. Và có nhiều các hệ thống không tương thích đã được đưa ra cung cấp dịch vụ trong những năm 80. Các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) được xây dựng trong những năm 80 vẫn được sử dụng chủ yếu cho thoại nhưng đã được thực hiện trên cơ sở công nghệ số, bao gồm các kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Các hệ thống 2G này cung cấp các dịch vụ thông tin dữ liệu chuyển mạch kênh ở tốc độ thấp. Tính cạnh tranh lại một lần nữa dẫn tới việc thiết kế và thực hiện các hệ thống bị phân hoá thành các chuẩn khác nhau không tương thích như: GSM (hệ thống di động toàn cầu) chủ yếu ở châu Âu, TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian) IS-54/IS-136 ở Mỹ, PDC (hệ thống di động tế bào số cá nhân) ở Nhật và CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã) IS95, một hệ thống khác tại Mỹ. Các hệ thống này hoạt động rộng khắp trên lãnh thổ quốc gia hoặc quốc tế và hiện nay chúng vẫn chiếm vai trò là các hệ thống chủ đạo, mặc dù tốc độ dữ liệu của các thuê bao trong hệ thống bị giới hạn nhiều. Bước chuyển tiếp giữa 2G và 3G là 2.5G. Thế hệ 2,5G được phát triển từ 2G với dịch vụ dữ liệu và các phương thức chuyển mạch gói, và nó cũng chú trọng tới các dịch vụ 3G cho các mạng 2G. Về cơ bản nó là sự phát triển của công nghệ 2G để tăng dung lượng trên các kênh tần số vô tuyến của 2G và bước đầu đưa các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn vào, có thể nâng tới 384 Kbps. Một khía cạnh rất quan trọng của 2.5G là các kênh dữ liệu được tối ưu hoá cho dữ liệu gói truy nhập vào Internet từ các thiết bị di động như điện thoại, PDA hoặc máy tính xách tay. Trên cùng một mạng lưới với 2G, thế hệ 2.5G đã đưa internet vào thế giới thông tin di động cá nhân. Đây thực sự đã là một khái niệm mang tính cách mạng cho hệ thống viễn thông lai ghép hybrid. Trong thập kỷ 90, các nhà nghiên cứu đã định nghĩa ra hệ thống di động thế hệ kế tiếp, thế hệ thứ 3, đã loại trừ được những sự không tương thích của các hệ thống trước đây và thực sự trở thành hệ thống toàn cầu. Hệ thống 3G có các kênh thoại chất lượng cao cũng như các khả năng về dữ liệu băng rộng, có thể đạt tới 2Mbps. Các hệ thống 3G hứa hẹn cung cấp những dịch vụ viễn thông tốc độ cao hơn, bao gồm thoại, fax và internet ở bất cứ thời gian nào, bất cứ nơi đâu với sự chuyển vùng roaming toàn cầu không gián đoạn. Chuẩn 3G toàn cầu của ITU đã mở đường cho các ứng dụng và dịch vụ sáng tạo (ví dụ loại hình giải trí đa phương tiện, các dịch vụ dựa trên vị trí,…). Mạng 3G đầu tiên được thiết lập tại Nhật bản năm 2001. Các mạng 2.5G, như là GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) đã sẵn sàng ở Châu Âu. Công nghệ 3G hỗ trợ băng thông 144 Kbps với tốc độ di chuyển lớn (trên xe hơi), 384 Kbps (trong một khu vực), và 2 Mbps (đối với trường hợp trong nhà). Hình 1.1 – Các thế hệ di động Bảng 1.1 – Bảng so sánh tham số công nghệ cơ bản Tuy nhiên đòi hỏi của viễn thông đa phương tiện truy nhập tốc độ cao đối với xã hội ngày nay, phụ thuộc rất lớn vào công nghệ thông tin số. Theo các con số lịch sử của cuộc cách mạng về công nghệ diễn ra trong 1 thập kỷ thì thời điểm hiện tại chính là thời điểm thích hợp để nghiên cứu hệ thống thông tin di động 4G. Hiện nay tốc độ download ở chế độ dữ liệu đang bị giới hạn ở 9.6 Kbps, thấp hơn khoảng 6 lần so với 1 đường kết nối cố định ISDN (Mạng số tích hợp dịch vụ). Gần đây, với các thiết bị cầm tay 504i tốc độ download dữ liệu đã được tăng lên 3 lần đạt 28.8 Kbps. Tuy nhiên trong thực tế sử dụng tốc độ dữ liệu thường thấp hơn, đặc biệt là ở những khu vực đông đúc, hoặc là khi mạng bị “nghẽn”. Tốc độ dữ liệu di động thế hệ 3 là tối đa 384 Kbps download, điển hình là xấp xỉ 200 kbps, và upload đạt 64 kbps từ năm 2001. Thông tin di động thế hệ 4 sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, dự kiến có thể đạt tới 20 Mbps. 3G được các nhà sản xuất đề xuất đầu tiên mà không phải là từ các nhà khai thác. Năm 1996 nó được triển khai nhờ NTT (Hãng điện thoại và điện báo Nhật bản) cùng Ericsson, năm 1997 Hiệp hội công nghiệp Viễn thông TIA ở Mỹ chọn CDMA như là 1 công nghệ cho 3G, năm 1998 CDMA băng rộng (W-CDMA) và CDMA2000 được thông qua cho Hệ thống thông tin di động chung UMTS. Trong đó W-CDMA và CDMA2000 là 2 đề xuất chính của 3G. Tuy nhiên 3G vẫn tồn tại một số vấn đề khiếm khuyết ở những điểm sau: . Rất khó cho việc tăng băng thông liên tục và tốc độ dữ liệu cao để đáp ứng được yêu cầu của các dịch vụ đa phương tiện, cùng với sự tồn tại song song của các dịch vụ khác nhau cần có băng thông và QoS khác nhau. . Giới hạn phổ và phân bố phổ . Khó roaming qua các môi trường dịch vụ khác nhau ở các băng tần khác nhau. . Thiếu cơ chế vận chuyển liên tục từ đầu cuối đến đầu cuối để liên kết mở rộng một mạng di động nhỏ với một mạng cố định nhỏ khác. Trong các lĩnh vực thông tin di động, dịch vụ di động 4G là sự phát triển của các dịch vụ thông tin di động 3G. Các dịch vụ di động 4G được chào đón bởi khả năng cung cấp băng thông rộng, dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các chương trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và công nghệ mã hoá media chất lượng cao trênnền các mạng di động. Với sự xuất hiện của mạng 4G, nó sẽ giải quyết được:  1. Hỗ trợ các dịch vụ tương tác đa phương tiện: truyền hình hội nghị, Internet không dây,… 2. Băng thông rộng hơn, tốc độ bit lớn hơn 3. Tinh di động toàn cầu và tính di chuyển dịch vụ 4. Giá thành hạ 5. Tăng độ khả dụng của hệ thống thông tin di động Các nhà nghiên cứu và nhà cung cấp đã phát triển các mối quan tâm vào mạng vô tuyến 4G để hỗ trợ đa roaming các mạng di động và vô tuyến toàn cầu, ví dụ từ một mạng di động tế bào sang một mạng công nghệ vệ tinh cũng như sang tới mạng LAN không dây băng rộng. Với đặc trưng này, người dùng sẽ có thể truy nhập vào các dịch vụ khác nhau, tăng vùng phủ, thuận tiện cho các thiết bị đơn lẻ, một hoá đơn cho việc giảm tối đa tổng cộng các chi phí và rất nhiều truy nhập không dây đáng tin cậy khác, thậm chí ngay cả khi có sự hư hỏng hay lỗi của 1 hay nhiều mạng đồng thời. Các mạng 4G cũng có đặc trưng liên hệ IP cho truy nhập Internet di động không ngắt quãng và tốc độ bit có thể đạt 50 Mbps hay cao hơn. Do việc triển khai 4G trên thực tế chỉ có thể thực hiện được từ sau năm 2006 hoặc thậm chí còn lâu hơn nữa nên các nhà phát triển hy vọng có thời gian để giải quyết nhiều vấn đề liên quan tới các mạng hỗn hợp, cụ thể là: . Truy nhập . Chuyển giao . Định vị đồng thời . Định nguồn tài nguyên mạng đồng thời để cung cấp cho người sử dụng mới . Hỗ trợ multicasting . Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS . Xác thực và bảo mật vô tuyến . Lỗi mạng và backup . Tính cước Cấu trúc mạng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng được tất cả những đòi hỏi trên. Hỗ trợ QoS trong mạng 4G là một thử thách chính vì tốc độ bit, đặc trưng kênh, gán băng thông, mức lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạng vô tuyến hỗn hợp. Hỗ trợ QoS có thể thực hiện đối với gói, chuyển dịch tác vụ, kênh, người dùng và các cấp mạng. . Mức QoS gói ứng dụng cho jitter, thông lượng, và tỉ lệ lỗi. Các nguồn tài nguyên mạng như khoảng đệm và giao thức truy nhập là những ảnh hưởng có khả năng. . Mức QoS chuyển giao tác vụ mô tả cả 2 yếu tố: thời gian cần thiết để hoàn thành transaction và tỉ lệ mất gói. Các chuyển giao chắc chắn có thể rất nhạy về thời gian, trong khi một số chuyển giao khác thì không được phép để mất gói. . Mức QoS kênh bao gồm block cuộc gọi mới cũng như các cuộc gọi đang thực hiện. Nó phụ thuộc ngay vào khả năng của mạng thiết lập và duy trì kênh thông tin từ thiết bị đầu cuối đến thiết bị đầu cuối. Định tuyến cuộc gọi và quản lý định vị là 2 thuộc tính quan trọng của mức kênh. . Mức QoS người sử dụng phụ thuộc vào tính di động và loại ứng dụng của người dùng. Vị trí mới có thể hỗ trợ nhu cầu QoS cực tiểu, thậm chí với các ứng dụng thích nghi. Trong một giải pháp vô tuyến hoàn thiện, thông tin từ điểm cuối đến điểm cuối giữa hai người sử dụng cũng có khả năng liên quan tới nhiều mạng vô tuyến. Vì QoS sẽ thay đổi qua các mạng khác nhau, nên QoS cho những thuê bao này có khả năng là mức tối thiểu mà những mạng này hỗ trợ. * Xu hướng về công nghệ Có ba xu hướng có thể tiếp cận. Thứ nhất là hướng tập trung quanh 3G, trong đó đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) sẽ được đẩy dần tới điểm tại đó các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối sẽ từ bỏ. Khi đạt tới thời điểm đó, cần có công nghệ khác để đáp ứng được đòi hỏi tăng lên về dung lượng và tốc độ dữ liệu. Xu hướng thứ hai là xu hướng về mạng LAN vô tuyến. Sự phát triển rộng khắp của WiFi được bắt đầu từ năm 2005 cho các PC, máy tính xách tay, và PDA. Trong các doanh nghiệp, tín hiệu thoại được truyền đi bởi công nghệ Voice qua mạng LAN vô tuyến (VoWLAN). Tuy nhiên chưa ai thấy rõ được công nghệ thành công tiếp theo là công nghệ nào. Để đạt tới sự thống nhất về công nghệ 200 Mbps (và cao hơn nữa) vẫn còn là một chặng đường lâu dài và có quá nhiều giải pháp cần đề xuất. Xu hướng thứ 3 là IEEE 802.16e và 802.20 thực hiện đơn giản hơn 3G. Sự phát triển của mạng lõi hướng tới thế hệ NGN băng rộng sẽ hỗ trợ cho việc áp dụng các công nghệ mạng truy nhập mới thông qua các gateway truy nhập tiêu chuẩn, dựa trên các chuẩn ETSI-TISPAN, ITU-T,3GPP, hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông Trung Quốc (CCSA) và các chuẩn khác. Một số công nghệ quan trọng của 4G được mô tả như sau: OFDMA Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM không chỉ tạo nên lợi ích rõ ràng cho thực thi lớp vật lý, mà còn hợp nhất việc cải thiện hiệu năng lớp 2 nhờ việc đưa ra thêm một mức độ tự do. Nhờ việc sử dụng OFDM có thể khai thác miền thời gian, miền không gian, miền tần số và thậm chí cả miền mã để tối ưu hoá việc sử dụng kênh vô tuyến. Chắc chắn rằng nó có ưu thế lớn với truyền dẫn trong môi trường đa đường với việc làm giảm thiểu sự phức tạp của bộ thu. Tín hiệu được chia thành các sóng mang nhỏ trực giao, trên mỗi sóng mang đó tín hiệu là “băng hẹp” (vài KHz) và vì vậy tránh được hiệu ứng đa đường, tạo nên một khoảng bảo vệ chèn vào giữa mỗi tín hiệu OFDM. OFDM cũng tạo nên một độ lợi về phân tập tần số, cải thiện hiệu năng của lớp vật lý. Nó cũng tương thích với những công nghệ mở rộng nâng cao khác, như là các anten thông minh và MIMO. Điều chế OFDM cũng có thể tận dụng như là một công nghệ đa truy nhập (đa truy nhập phân chia tần số trực giao, OFDMA). Trong trường hợp này mỗi tín hiệu OFDM có thể truyền thông tin từ/tới một vài thuê bao sử dụng một bộ các sóng mang nhỏ khác nhau (subcarrier, subchannel). Điều này không chỉ cung cấp thêm độ linh hoạt cho việc cấp nguồn tài nguyên (tăng dung lượng), mà còn có thể tối ưu hoá các lớp chéo của việc sử dụng link vô tuyến. Vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm - SDR Lợi ích của vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm SDR mang lại hiệu suất xử lý cao để phát triển các trạm gốc và thiết bị đầu cuối đa băng, đa chuẩn. Mặc dù trong tương lai các đầu cuối sẽ thích ứng với giao diện vô tuyến để sẵn sàng cho công nghệ truy nhập vô tuyến, ở thời điểm hiện nay điều này đã được thực hiện nhờ có cơ sở hạ tầng. SDR mang lại nhiều lợi ích cho một số cơ sở hạ tầng. Ví dụ để tăng dung lượng mạng tại thời điểm nhất định (ví dụ như 1 sự kiện thể thao), nhà khai thác sẽ cấu hình lại mạng của họ nhờ việc lắp thêm vào trạm gốc vài thiết bị modem. SDR khiến cho việc cấu hình lại này rất dễ dàng. Trong bối cảnh các hệ thống 4G, SDR sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho một tập hợp rất nhiều các picocell và microcell đa chuẩn. Đối với nhà sản xuất, việc này có thể là một sự hỗ trợ lớn trong việc cung cấp các thiết bị đa chuẩn, đa băng và giảm đi những nỗ lực phát triển và hạ giá thành thông qua việc xử lý đa kênh một cách đồng thời. MIMO – Multiple Input Multiple Output MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát (đa thành phần không gian) trên miền thời gian hoặc miền tần số. Điều này rất phù hợp với OFDM, bởi vì có thể xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM được thiết lập chính xác cho kênh. Đặc điểm này của OFDM giúp cho công đoạn xử lý được đơn giản hoá đi rất nhiều. Tín hiệu phát đi bởi m anten được n anten thu lại. Việc xử lý các tín hiệu thu được có thể mang lại một vài cải thiện hiệu năng: phạm vi, chất lượng của tín hiệu thu và hiệu suất phổ. Triển khai hiệu năng trong mạng tế bào vẫn đang còn là đối tượng cho nhiều nghiên cứu và mô phỏng (hình 1.2). Tuy nhiên, nói chung có thể thừa nhận rằng những gì nhận được từ việc sử dụng hiệu quả phổ liên quan trực tiếp tới số lượng anten cực tiểu trong tuyến kết nối. Hình 1.2: Lộ trình hiệu năng do Alcatel thử nghiệm Tối ưu giữa các lớp Hiển nhiên có sự ảnh hưởng qua lại giữa MIMO và lớp MAC. Các mối ảnh hưởng qua lại khác được thể hiện trên hình 1.3. Hình1.3: Ảnh hưởng qua lại giữa các lớp và tối ưu liên quan Chuyển giao và tính di động Các công nghệ chuyển giao dựa trên công nghệ IP di động cần có sự xem xét cả về dữ liệu và thoại. Các kỹ thuật IP di động thường chậm nhưng có thể được tăng tốc với các phương pháp cổ điển (IP di động nhanh, phân cấp). Các phương pháp này có thể áp dụng được cho dữ liệu và cũng có thể cho cả thoại. Trong những mạng đơn tần, có thể xem xét các phương pháp chuyển giao. Một số kỹ thuật có thể sử dụng khi tỉ số sóng mang/nhiễu có giá trị âm (ví dụ VSFOFDM), nhưng điều trở ngại của những kỹ thuật này chính là dung lượng. Trong OFDM, cùng một lựa chọn có thể thay thế có trong CDMA, có thể sử dụng phân tập macro. Trong trường hợp OFDM, MIMO cho phép xử lý phân tập macro với các độ lợi về hiệu năng. Tuy nhiên, thực hiện phân tập macro dẫn đến việc xử lý MIMO được tập trung và truyền dẫn được đồng bộ. Điều này không phức tạp như trong CDMA, nhưng những kỹ thuật này chỉ sử dụng trong các tình huống mà phổ rất khan hiếm. 1.3. CÁC ỨNG DỤNG VÀ DỊCH VỤ TRONG 4G Phần này sẽ đánh giá và chỉ ra được các dịch vụ vô tuyến đang nổi lên, các công nghệ tiềm năng cho tính an toàn chung được sử dụng trong tương lai gần và xa hơn. Nó sẽ đưa ra một chuỗi các nghiên cứu tiếp theo cho các công nghệ vô tuyến không dây đang xuất hiện. Sự nghiên cứu này tập chung chính vào các ứng dụng (các dịch vụ và các thách thức) đang hoạch định cho sự phát triển của mạng vô tuyến không dây thế hệ thứ tư 4G. Phần này sẽ trình bày nhiều hơn và cung cấp chi tiết hơn các dịch vụ thấy được trong mạng 4G. Trên thực tế sự thúc đẩy mạnh mẽ chủ yếu cho các công nghệ 4G là cung cấp thông tin dữ liệu gói hóa, độ rộng băng lớn, tốc độ cao. Thậm chí người ta mong muốn rằng lưu lượng thoại được truyền đi tới các thiết bị cầm tay ở trong các gói (trái ngược với việc phân phát thông qua kênh chuyển mạch dành riêng). Chuyển mạch kênh liên quan tới kỹ thuật trong đó các kênh dành riêng được sử dụng để phát và nhận tín hiệu thoại hay dữ liệu. Sự thông tin dữ liệu gói hóa liên quan tới kỹ thuật báo hiệu số trong đó thông tin (thoại hay dữ liệu) được chuyển thành mã nhị phân và được chia cắt thành các đoạn ngắn (segments). Các đoạn này sau đó sẽ được giải đóng gói theo thứ tự sắp xếp chính xác và được chuyển đổi ngược lại thành các thông tin ban đầu ở phía thu. Trong chuyển mạch gói chỉ có tín hiệu thọai có nội dung thực sự được đóng gói và gửi tới hệ thống. Điều này là có thể nhờ sự tiến bộ trong các kỹ thuật đa truy cập và công nghệ. Thật đáng tiếc là các kỹ thuật truy nhập vô tuyến không dây ngày nay không hỗ trợ việc truyền băng rộng và truyền tốc độ cao. Sự hạn chế này chính là sự thúc đẩy cho quá trình phát triển thông tin vô tuyến không dây. Trong thị trường vô tuyến không dây ngày nay, những người sử dụng yêu cầu các dịch vụ giá trị gia tăng. Cùng với sự giới thiệu rầm rộ các dịch vụ thế hệ 3, những người sử dụng mong muốn công nghệ vô tuyến ở thế hệ kế tiếp sẽ không chỉ là phương tiện thông tin thoại mà còn sẽ có chức năng hóa giống như Internet. Các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triền ứng dụng đang trên con đường nhận ra các nhu cầu của người sử dụng nhưng đó vẫn là con đưòng dài ở phía trước. Thực tế, trong triển khai 3G, việc mong muốn việc chức năng hóa đặc điểm Internet theo đường thông tin vô tuyến không dây chúng ta có thể không nhận thức đầy đủ được. Các kỹ thuật đa truy nhập hoạch định cho 3G sẽ không hỗ trợ các tốc độ truyền dữ liệu và băng thông được yêu cầu cho các ứng dụng cải tiến mà người sử dụng mong muốn. Các công nghệ 3G sẽ thực sự có các chức năng mạnh hơn các hệ thống vô tuyến không dây ngày nay, tuy nhiên không mạnh bằng khi chúng ta triển khai 4G. Những người sử dụng vô tuyến không không dây hôm nay mong đợi nhiều thứ lớn từ các mạng vô tuyến không dây ngày mai. Họ chờ đợi rằng các mạng vô tuyến không dây thế hệ tiếp theo nhất là 4G sẽ mang lại gì. Các nhà cung cấp dịch và các phát triển ứng dụng đang chú ý hơn nữa tới sự mong đợi của người sử dụng để quyết định hướng phát triển và đưa ra các loại hình dịch vụ. Từ đó các nhà cung cấp phân chia những người sử dụng vô tuyến ra thành các mảng chung. Các nghành kinh doanh vô tuyến phải hiểu được các mảng này, sự mong chờ và các nhu cầu của mảng (segment) sẽ đi theo hướng nào trong công nghệ vô tuyến không dây thế hệ tiếp theo lên 4G. Những người sử dụng được phân mảng theo nhiều cách. Theo như cách trình bày ở hội thảo gần đây của Lucent Technologies tại Supercomm, Lucent đang xem xét phân chia các người sử dụng thành 5 mảng như sau: -Mảng Gender. -Mảng theo độ tuổi (Age). -Mảng theo cách sử dụng Internet (Internet Usage). -Mảng theo mức thu nhập (Income Brackets). -Mảng những người chuyên sử dụng Mobile (Mobile Profesional). Mảng Gender: Tìm đến các người sử dụng là phụ nữ. Những người sử dụng này điển hình là những cá nhân thu nhập trung bình. Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng này là các ứng dụng giải trí và xã hội như dịch vụ chat và nhắn tin nhanh. Mảng Age: Được bao gồm thị trường giới trẻ các đối tượng 18 tuổi hoặc trẻ hơn. Họ không phải trả tiền cho dịch vụ do chính họ dùng mà việc trả tiền đó là do bố mẹ hay người có liên quan thực hiện. Các kiểu ứng dụng đang được phát triển cho đoàn này là các ứng dụng giải trí và xã hội như các dịch vụ âm nhạc. Mảng Internet Usage : Bao gồm điển hình là các cá nhân sử dụng nhiều hơn so với mức trung bình (nhiều hơn 30 phút trên một phiên) để trình duyệt Internet. Những người sử dụng trong mảng này được hội tụ công nghệ. Các kiểu ứng dụng đang phát triển là các ứng dụng thông tin như các dịch vụ tin tức cá nhân và các dòng tin tức chính (được truyền đi với âm thanh, hình ảnh, văn bản, hoặc bất kỳ sự kết hợp nào ở thế hệ thứ 3). Các nhà cung cấp dịch đặc biệt khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu của các khách hàng này bởi họ đã quen vơi việc tính tiền kiểu Internet. Mảng người sử dụng Income Bracket: Bao gồm những cá nhân ở độ tuổi trung lưu những cá nhân biết hiểu rõ giá trị dịch vụ. Các loại ứng dụng đang phát triển trong mảng này là các dịch vụ thông tin như dịch vụ thời gian ngắn (up-to-the-minute), personalized stock tickers. Những người sử dụng này cũng được định hướng tính an toàn chung; vì thế các thông tin dữ liệu và thoại có độ tin cậy được nâng cao. Mảng Mobile Profesional: Hướng tới những người sử dụng tin tưởng vào các thiết bị vô tuyến không dây để quản lý công việc kinh doanh hàng ngày. Mảng này bao gồm những người sử dụng chuyên nghiệp. Những người sử dụng này hầu hết rất quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ bởi họ thường xuyên sử dụng nhiều hơn các dịch vụ mà họ yêu cầu. Các kiểu ứng dụng đang phát triển cho mảng này là fax di động, thư điện tử, nhắn tin nhanh. Để tăng sự tin cậy các ứng dụng, các nhà cung cấp cũng đang phát triển thiết bị thuê bao để có thể chuyển vùng vào các mạng vô tuyến không dây khác nhau trên toàn thê giới sử dụng một thiết bị thông tin đơn. Giống như mảng Income Brackets, Mobile Professional yêu cầu các phương tiện thông tin dữ liệu và thoại phải tin cậy và liên tục. Tính an toàn chung sẽ được quan tâm và hiệu chỉnh hợp lý trong mảng này. Toàn bộ chức năng sẽ được thêm vào để đảm bảo tính bảo mật thông tin cho người sử dụng. Hình 1.4. Các dịch vụ và ứng dụng trong 4G - Các trình ứng dụng và các dịch chung: Mục đích của phần này là định nghĩa các dịch vụ cũng như chức năng mà nhà cung cấp đưa ra cho khách hàng. Các trình ứng dụng được định nghĩa như các phần mềm, chương trình hoặc các tính năng mang lại lợi thế cho các dịch vụ cung cấp bởi nhà khai thác. Nhìn chung có bốn loại dịch vụ hoặc trình ứng dụng được phát triển và đưa vào sử dụng ở thông tin vô tuyến thế hệ tiếp theo. Đó là dịch vụ thông tin cá nhân/khoanh vùng, các phương tiện liên lạc, tổ chức, giải trí. Các ứng dụng và các dịch vụ thông tin cá nhân/ khoanh vùng hướng tới phục vụ hầu hết người sử dụng ở các mảng để cập trước đây nó nói đến nhiều hơn ở các mảng Inernet Usage, Income Brackets, và Mobile Professional. Các ứng dụng và các dịch vụ thông tin này sẽ cung cấp cho người sử dụng các bản tin chung, các bản tin tài chính, hướng dẫn vị trí, thương mại di động, và các dịch vụ du lịch. Các dịch vụ này cho phép người sử dụng xác minh các thông tin đơn lẻ liên quan tới người sử dụng dù họ ở trong vùng phục vụ hay chuyển vùng sang các hệ thống khác. Các quốc gia Châu đã có các ứng dụng theo dõi phương tiện giao thông công cộng. Từ các thông tin giám sát này người sử dụng có thể xác định thời gian xe buýt hay tầu điện dừng lại ở bến. Kiểu dịch vụ thông tin cá nhân/khoanh vùng này đã được triển khai giới hạn trong các quốc gia. Dịch vụ này có thể là push-based hoặc pull-based, phụ thuộc vào vị trí thuê bao muốn thông tin phát tập trung tự động gửi tới thiết bị vô tuyến không giây hoặc nếu muốn thông tin phát tập trung trên một điểm có nhu cầu. Các dịch vụ push và pull sẽ đựơc thảo luận chi tiết sau ở phần này. Các dịch vụ và các ứng dụng có một tầm quan trọng đối với tất cả các mảng người sử dụng đặc biệt là mảng Mobile Professional. -Các dịch vụ thông tin (Communication) bao gồm có dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS), thư điện tử, hội thảo truyền hình, fax, và các bulletin board. Mặc dù một số các dịch vụ đã được sẵn sàng trong các hệ thống không dây ngày nay, nhưng các dịch vụ này sẽ tiếp tục được nâng cao hơn trong thế hệ tương lai. Trong các dịch vụ này: thoại và độ tin cậy được chú ý nhất trong kế hoạch phát triển. -Các dịch vụ Organizational bao gồm các khả năng hỗ trợ số cá nhân (PDA Personal digital assistant), trao đổi tiền tệ dựa trên cơ sở xác định người sử dụng, và các trình ứng dụng quản lý cá nhân khác (ví dụ: lịch công tác, quản lý cuộc gọi, sổ lưu địa chỉ). Các dịch vụ và cách trình ứng dụng Organizational có liên quan tới tất cả các mảng người sử dụng nhưng nó được hướng tới phục vụ cho các mảng người sử dụng là Income Brackets và Mobile Professional. - Các dịch vụ giải trí (Entertainment) được đưa vào tầm ngắm của các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà cung cấp quay trở lại đầu tư vào nó khi nhận thấy nó có một tiềm năng lớn. Các dịch vụ giải trí có thể gồm có đoạn âm thanh, đoạn video, chat, trao đổi hình ảnh, và chơi game. Trong thị trường vô tuyến không giây Châu Á 3G đang được phát triển, các dịch vụ giả trí đang tạo ra lợi nhuận đáng kể. Mảng mà các dịch vụ giải trí hướng tới đó là mảng Age. Một dịch vụ khác đang tạo ra rất nhiều sự sôi động trong nghành kinh doanh đó là thương mại di động (M-Commerce). Thương mại di động đưa ra khả năng cho thuê bao đăng ký mua các món hàng ( ví dụ: mua gas, thức ăn từ các máy bán hàng tự động.v.v) sử dung một thiết bị vô tuyến không dây. Ví dụ để đăng ký mua một món hàng từ máy bán hàng tự động, mọi người sử dụng sẽ quay số điện thoại hoặc mã truy nhập liên quan tới món hàng đó và món hàng đó sẽ được phân phối tới người mua. Trong sự phối hợp này, máy bán hàng tự động sẽ được kết nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) thông qua một modem hoặc một thiết bị kiểu gateway. Các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến không dây sẽ gửi thông tin tới công ty bán hàng và công ty này sẽ gửi thông tin tới máy bán hàng tự động để chỉ thị cho máy bán hàng phân phối món hàng. Tài khoản của người sử dụng dịch vụ không dây sẽ được tính vào các món hàng mà họ đăng ký, giống như một thẻ tín dụng. Kiểu dịch vụ thương mại di động này hiện thời đang được thử nghiệm và đã được thực hiện (trên cơ sở còn nhiều hạn chế) trong các quốc gia ở Châu Âu và Châu á và thực sự đang tiến xa. Thương mại di động có thể được xem như là một kiểu dịch vụ Information hoặc Organzation. - Các dịch vụ dựa trên cơ sở xác định vị trí Push, Pull. Các dịch vụ Push và Pull đưa ra độ tin cậy cho mạng về khả năng xác định vị trí các thuê bao. Trong mạng 4G, điều đó có thể nhận thấy, mạng có khả năng xác định vị trí chính xác của các thuê bao ở cả trong nhà và ngoài nhà. Khả năng này được thực hiện từ các chức năng được thêm vào từ các nhà cung cấp dịch vụ. Các thông tin cá nhân người dùng được thiết lập và cập nhật bởi các thuê bao, đảm bảo thông tin tới mỗi người sử dụng đúng yêu cầu. Thông tin cá nhân chứa đựng các sở thích của thuê bao (ví dụ., thích/không thích, kế hoạch làm việc, khuôn khổ) và sự cho phép các thuê bao ( ví dụ: người nào được phép biết hiện tại họ đang ở đâu). Nhà cung cấp dịch vụ sẽ duy trì và lưu dữ thông tin cá nhân người sử dụng trong cơ sở dữ liệu. Mạng phục vụ sẽ sử dụng các thông tin này để đẩy các dịch vụ cho các thuê bao. Ví dụ: nếu một thuê bao thích một kiểu thức ăn riêng, mạng sẽ xem trong thông tin cá nhân của thuê bao đó và sẽ đẩy (push) các thông tin có liên quan tới nhiều nhà hàng mà phục vụ kiêủ món ăn đó ở vị trí của thuê bao. Tương tự, người sử dụng có thể yêu cầu các thông tin giống như vậy xuất phát từ mạng (pull) nếu cô ta hay anh ta không lựa chọn để có thông tin này và thông tin này được đẩy tới (push) thiết bị không dây. Sự thách thức với các dịch vụ dựa trên cơ sở xác định vị trí là nó không có trong các trình ứng dụng nhưng có trong sự bổ sung. Để cho các dịch vụ định vị tồn tại ở bất kỳ giá trị thực nào, mạng phải có khả năng chỉ ta vị trí của các thuê bao với độ chính xác cao có thể trong khoảng vài Feet. Các mạng không dây hiện thời không có khả năng này. Các mạng ngày nay nhìn vào các cell đang phục vụ và đang thông tin với thiết bị cầm tay để xác định vị trí của thuê bao. Kỹ thuật này có thể chính xác cao nhất ở một vài khối nhà trong thành phố nhưng đối với các trình ứng dụng của 4G sự chính xác này gần như là không cần thiết. Các kế hoạch hiện thời cho mạng 4G bao gồm sử dụng giao thức Internet phiên bản 6 (IPv6) để định tuyến các gói dữ liệu tới máy điện thoại cầm tay. IPv6 đã gắn liền với việc theo dõi định vị và điều này sẽ làm tăng khả năng xác định một cách chính xác vị trí của thuê bao trong mạng. Một số đã được đề xuất áp dụng các khả năng của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) vào các máy cầm tay giúp cho việc xác định vị trí của các thuê bao. Tuy nhiên GPS sẽ chỉ hữu ích đối với phạm vi nhỏ. GPS tin vào khả năng máy thu bắt được tín hiệu từ các vệ tinh quay quanh trái đất. Nếu máy thu không truy cập ở bên ngoài (ở trong nhà), các thông tin về vị trí không được cung cấp. Ngoài vị trí ra, mạng phải có khả năng xác định các số liệu thống kê khác. -Kết luận: Các dịch vụ và các trình ứng dụng cho 4G vẫn đang được định nghĩa, nó phát triển và dịch chuyển theo nhu cầu người sử dụng. Các ứng dụng 4G hướng tới phục vụ cho thị trường khách hàng có nhu cầu lớn về chất lượng dịch vụ cũng như sự đa dạng của dịch vụ. Với khả năng của mình, 4G thực sự đáp ứng được các nhu cầu về đa dịch vụ của khách hàng hiện tại và trong tương lai. Chương này mới chỉ giới thiệu và đưa ra một số loại hình dịch vụ điển hình và một số ví dụ về các ứng dụng trong 4G theo một khía quan điểm chung. Phần dịch vụ và mô hình cụ thể của nó sẽ được giới thiệu kỹ hơn trong chương 3. Định hướng phát triển các dịch vụ cho 4G dựa trên nền tảng của 3G nhưng với độ tin cậy và tính an toàn cao hơn, mô hình dưới đây có thể là các dịch vụ cụ thể cho 4G : Hình 1.5. Mô hình các dịch vụ trong mạng 4G CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH CẤU TRÚC MẠNG 4G 2.1. CÁC YÊU CẦU VỀ CẤU TRÚC MẠNG MỚI Mạng 4G ra đời là cuộc cách mạng về tốc độ truyền dữ liệu, khả năng tương tác, giao tiếp giữa các mạng khác nhau. Nó là sự kết hợp giữa các mạng khác nhau dựa trên nền IP. Mục đích chính của mạng là cho phép người dùng có thể truy nhập và khai thác các dịch vụ trong mạng với tốc độ cao, chất lượng tốt, an toàn, bảo mật. Vì vậy, để đáp ứng được các nhu cầu và các dịch vụ đó, mạng 4G phải đáp ứng được các yêu cầu sau: a. Mạng 4G phải đáp ứng được yêu cầu tích hợp được các mạng khác như các mạng di động thế hệ 2, thế hệ 3, thế hệ 3,5G,… và WLAN, WiMAX, và các mạng không dây khác. Hình 2.1: Sự phát triển của các mạng khác nhau dẫn đến 4G Mạng 4G có khả năng kết hợp với các mạng khác nhau dựa trên nền giao thức IP, với tốc độ cao, nó cung cấp các dịch vụ đa dạng thời gian thực, các ứng dụng chất lượng cao,… Đây là yếu tố rất quan trọng giúp cho một mạng, công nghệ mới đạt được thành công. Với sự kết hợp này, người sử dụng có khả năng kết nối tới nhiều mạng, có thể sử dụng nhiều dạng dịch vụ khác nhau như PSTN, ISDN, internet, WLAN, WiMAX,…vv, mà không cần quan tâm tới dạng thiết bị đang sử dụng cũng như việc họ đang ở đâu. Hình 2.2: Sự kết hợp các mạng khác nhau b. Mạng có tính mở Xem xét các ứng dụng, dịch vụ mạng hiện nay, chúng ta thấy rằng các hệ thống mạng hiện nay vẫn đang phát triển như là các hệ thống đóng. Trong mạng thế hệ hai, dịch vụ cung cấp chỉ là những dịch vụ đơn giản như tin nhắn SMS, MMS,… Các mạng di động thế hệ ba đã bắt đầu cung cấp một số ứng dụng, dịch vụ nhưng còn rất ít, chất lượng chưa cao. Các nhà cung cấp dịch vụ cũng chỉ trong phạm vi là “third-party” trong mạng. Điều này có thể được khắc phục trong mạng 4G. Cấu trúc mở của mạng 4G cho phép cài đặt các thành phần mới với các giao diện mới giữa các cấu trúc khác nhau trên các lớp. Đây là điều rất quan trọng, đặc biệt cho các dịch vụ tối ưu trong mạng di động với liên kết không dây và các đặc tính di động. Mô hình được xây dựng ra phải có tính mở. Điều này giúp cho hệ thống trở nên linh hoạt trong quá trình phát triển. Yêu cầu về mở rộng, nâng cấp hệ thống hay thêm vào các ứng dụng, dịch vụ mới luôn là một đòi hỏi đối với các mạng viễn thông hiện nay. Do đó mạng phải đảm bảo cho khả năng đáp ứng các nhu cầu này ngay từ thời điểm hiện tại cho đến tương lai. Hình 2.3: Người dùng ở các mạng khác nhau có thể truy nhập vào hệ thống c. Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện trên nền IP: Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần sự kết hợp chặt chẽ giữa các lớp truy nhập, truyền tải và các dịch vụ Internet. Đặc biệt đối với các vấn đề về độ trễ mạng, băng thông dịch vụ…vv. Mạng 4G yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao, độ trễ nhỏ, dịch vụ thời gian thực, chất lượng cao. d. Đảm bảo tính an toàn, bảo mật thông tin Đây là yêu cầu quan trọng hàng đầu của hệ thống. Hệ thống thông tin càng phát triển, càng có nhiều người dùng ở các mạng khác nhau cung truy nhập vào hệ thống thì thông tin bí mật của người dùng càng không đảm bảo an toàn. Tính an toàn của hệ thống được đánh giá qua khả năng bảo mật trong truyền thông, tính đúng đắn và riêng tư của các dữ liệu người sử dụng cũng như khả năng quản lý, giám sát hệ thống. Bảo mật là yêu cầu chung đối với tất cả các hệ thống viễn thông. e. Mạng đảm bảo tính di động: Một trong những vấn đề quan trọng của 4G đó là cách để truy nhập nhiều mạng di động và không dây khác nhau. Có ba khả năng: Sử dụng thiết bị đa chế độ, vùng phủ đa dịch vụ, hoặc sử dụng giao thức truy nhập chung. Các thiết bị đa chế độ: Thiết bị đa chế độ có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, ví dụ như đa truy nhập phân chia theo mã, thông tin di động toàn cầu GSM, chế độ truy nhập vệ tinh,… Do đó, khi thiết bị nằm ngoài vùng phủ của mạng mình thì nó vẫn có thể truy nhập được vào thống thông qua các mạng khác. Đối với loại thiết bị này thì vấn đề chất lượng dịch vụ yêu cầu phải được xử lý tốt. Xem hình 2.4 - a Vùng phủ đa dịch vụ: Trong kiến trúc này, người dùng truy nhập vào vùng phủ đa dịch vụ gồm nhiều điểm truy chung (UAP: Universal Access Point). Những UAP này kích hoạt để chọn mạng dựa trên những cái có sẵn, đặc điểm chất lượng, và sự lựa chọn thông thường của người dùng. Người dùng, thiết bị có thể chuyển dịch vụ khi di chuyển từ UAP này sang UAP khác. Xem hình 2.4 - b Giao thức truy nhập chung: Trong trường hợp này các mạng không dây có thể hỗ trợ một hoặc hai giao thức truy nhập chuẩn. Khi đó thiết bị có thể chuyển mạng có cùng giao thức truy nhập khi không truy nhập được vào mạng của mình. Xem hình 2.4 - c Hình 2.4: Tính di động của mạng f) Mạng phải đảm bảo về tốc độ: Mạng mới ra đời phải có tốc độ truyền dữ liệu cao, đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng. Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng mới có thể lên đến 100Mbps, và 160Mbps khi sử dụng MIMO (Nhiều đầu vào - Nhiều đầu ra) Hình 2.5: Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng 4G 2.2. MÔ HÌNH MẠNG 4G 2.2.1. Ưu nhược điểm của cấu trúc mạng 3G và 3,5G a) Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trước đó. Với việc cấu trúc mạng dùng giao thức IP kết hợp với công nghệ ATM, cùng với việc hỗ trợ tốc độ lên tới 2Mbps, mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể hỗ trợ người dùng các dịch vụ như: hội nghị truyền hình, truy cập internet tốc độ cao, download các file dữ liệu nhỏ,… Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,… Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA chưa đáp ứng được các yêu cầu như: khả năng tích hợp với các mạng khác (Ví dụ: WLAN, WiMAX,…) chưa tốt, tính mở của mạng chưa cao, khi đưa một dịch vụ mới vào mạng sẽ gặp rất nhiều vấn đề do tốc độ mạng thấp, tài nguyên băng tần ít,… b) Mạng thông tin di động thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA Cuộc cách mạng của thị trường thông tin di động đưa ra các yêu cầu nâng cấp cải tiến về cả dung lượng hệ thống lẫn tốc độ truyền dẫn dữ liệu. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA ra đời là một bước phát triển mạnh mẽ về tốc độ và chất lượng dịch vụ. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu tối đa trong WCDMA chỉ đạt tới 2Mbps. Để tăng khả năng hỗ trợ cho các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, đặc biệt là nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, mà trước hết là tốc độ đường xuống, 3GPP đã phát triển và chuẩn hóa trong phiên bản Release 5 một công nghệ mới, đó là công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) với những tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP cho hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA/UTRA –FDD và được xem như là một trong những công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3,5G. HSDPA bao gồm một tập các tính năng mới kết hợp chặt chẽ với nhau để cải thiện dung lượng mạng, và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh trên 10 Mbps đối với lưu lượng gói đường xuống. Những cải tiến về mặt kỹ thuật cho phép các nhà khai thác có thể đưa ra nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) của các dịch vụ hiện có, và đạt chi phí thấp nhất. Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của HSDPA là chưa từng có trong các phiên bản trước đây của 3GPP. Các khía cạnh kỹ thuật trong nội dung HSDPA bao gồm: • Phát kênh chia sẻ • Điều chế và mã hóa thích ứng • Kỹ thuật phát đa mã • Yêu cầu lặp lại tự động nhanh HARQ. Mục đích của HSDPA là hỗ trợ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao bằng cách sử dụng một kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) và hỗ trợ thoại được tích hợp trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HS-DSCH trên cùng một sóng mang (tương tự như DSCH trong Release 99). Lợi ích của HSDPA như đã trình bày trong các phần trước cho đường xuống khi hầu hết lưu thông dữ liệu 3G được trông đợi đầu tiên là đường xuống. Release 6 sẽ nói về cải tiến, nâng cấp đường lên, được gọi là nâng cấp đường lên HSUPA (HSUPA: High Speed Uplink Packet Access). HSUPA sử dụng tương tự các đặc điểm chính như HSDPA, nhưng thay vì áp dụng cho đường xuống thì nó lại áp dụng cho đường lên. Điều này sẽ làm tăng tốc độ truyền đường xuống. c) Nhận xét: Các mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và thế hệ 3,5G HSDPA và HSUPA ra đời đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của người tiên dùng như: tốc độ truyền dữ liệu lên tới 2Mbps đối với mạng WCDMA, 10Mbps đường xuống đối với công nghệ 3,5G), có thể truy nhập được nhiều dịch vụ như: truyền hình hội nghị, truy nhập Internet tốc độ cao,… Tuy nhiên, các mạng di động này còn nhiều nhược điểm như: tốc độ truyền dữ liệu chưa cao, do đó chất lượng của các dịch vụ thời gian thực chưa cao, tốc độ truyền dữ liệu vẫn còn thấp, đặc biệt là tính di động kém. Khi người dùng đi vào vùng phủ của loại mạng khác ví dụ như mạng WLAN, WiMAX,… mà không nằm trong vùng phủ sóng của mình thì mạng không thể phục vụ người dùng được. Ngoài ra, việc sử dụng IPv4 cũng gây ra các hạn chế như không đủ địa chỉ để triển khai theo yêu cầu của mạng,… Khả năng triển khai các dịch vụ mới trên các mạng này rất khó do các hạn chế về tốc độ truyền thông và băng tần,… Trong tương lai, người sử dụng mong muốn được sử dụng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau với tốc độ truyền cao lên tới hàng trăm Mbps, có chất lượng tốt, có thể thâm nhập vào mạng từ mọi nơi, có khả năng sử dụng các dịch vụ mới một cách dễ dàng,… 2.2.2. Mô hình mạng thông tin di động 4G: Phạm vi của mạng 4G sẽ bao phủ toàn bộ từ các phần truyền dẫn vô tuyến, truyền dẫn trong mạng lõi đến tận các ứng dụng trên thiết bị đầu cuối. Với yêu cầu một kiến trúc phân lớp cho hệ thống, nhằm đảm bảo tính mở và tính thích ứng cho hệ thống, các thành phần chức năng trong mạng sẽ được chuẩn hoá theo các chức năng chung và mỗi chức năng chung này sẽ đại diện cho chức năng trong 1 lớp. Với yêu cầu này, chúng tôi phân chia cấu trúc mạng trên cơ sở của 4 lớp chức năng, tương ứng với 4 phạm vi chức năng của các thành phần trong hệ thống mạng. Hình 2.6: Mô hình cấu trúc mạng 4G Với mô hình trên, tính tích hợp hệ thống đã được giải quyết trên lớp truyền dẫn. Các hệ thống sử dụng môi trường truyền vô tuyến được tích hợp chung vào mạng RAN. Với mô hình này, các mạng truy nhập vô tuyến được tích hợp vào một môi trường chung, có nghĩa thuê bao di động đầu cuối khi ở bất cứ môi trường truyền vô tuyến nào cũng đảm bảo hoạt động trong mạng. Tính tương tác giữa các lớp giúp cho mô hình có tính mở trong việc phát triển công nghệ cũng như dịch vụ trong tương lai. Việc xử lý các công nghệ điều chế, mã hoá và truy nhập trên các lớp tương tác cũng tạo ra tính thích nghi với các yêu cầu về dịch vụ, đảm bảo đầy đủ các yêu cầu về tốc độ dịch vụ trong tương lai. Chức năng mạng truy nhập vô tuyến: -Có khả năng tích hợp giữa các thiết bị đầu cuối -Đảm bảo tốc độ dịch vụ Chức năng của mạng lõi: -Kết nối các mạng khác nhau: mạng không dây và mạng có dây. -Truyền tải traffic trên các tuyến từ nơi gửi đến đích an toàn. -Định tuyến lưu lượng -Chuyển đổi dạng dữ liệu all IP Chức năng điều khiển: -Cung cấp nền tảng hạ tầng kết nối mạng dịch vụ -Điều khiển hệ thống: + Báo hiệu + Lưu lượng + Bảo mật (Security) + Billing + Mobity và Roaming Dịch vụ: Cung cấp dịch vụ sử dụng cho người dùng 2.3.CHỨC NĂNG CÁC PHẦN TỬ TRONG MÔ HÌNH 2.3.1 .Các phần tử lớp truy nhập vô tuyến Nhiệm vụ chính của mạng truy nhập vô tuyến (Radio Access Network) là tạo và duy trì các kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN). Thiết bị người dùng ở đây có thể là các MS, các thiết bị xách tay,… Do đó, mạng truy nhập vô tuyến phải có khả năng giao tiếp với các thiết bị đầu cuối, kể cả khi thiết bị đầu cuối là thiết bị di động không dây thuộc mạng khác. - Thiết bị đầu cuối: Thiết bị đầu cuối di động trong mạng 4G phải có sự phát triển trong việc chạy nhiều dạng ứng dụng khác nhau. Điều này cũng đảm bảo cơ hội tăng lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ bằng việc cung cấp thêm các dịch vụ giá trị gia tăng. Do vậy, các thiết bị này phải hoạt động có tính thích nghi và linh động cao. Hiện nay, các thiết bị đầu cuối di động đang trong quá trình chuyển dịch sang dạng tích hợp hội tụ. Các nhà sản xuất cũng cung cấp các hệ điều hành (OS) và phần mềm dịch vụ có tính mở, có kiến trúc dạng lớp và có khả năng chạy trên những phần mềm của các nhà cung cấp thứ 3. Tính phức tạp của thế hệ thiết bị đầu cuối di động này sẽ phải chưa đựng đầy đủ các điều kiện về phần cứng và phần mềm như sau: -Các dạng ứng dụng khác nhau về di động ( như email, MMS …) -Thực hiện được nhiều phần mềm ghép ứng dụng ( như dự đoán kiểu gõ, soạn thảo văn bản, kiểm tra phát âm …) -Thực hiện trên nhiều dạng hệ điều hành (như Symbian, SmartPhone, Linux..) -Hoạt động trên nhiều môi trường ứng dụng ( như J2ME, .NET) -Hoạt động trên nhiều phương thức mã hoá vô tuyến ( như cdma2000, GPRS, GSM, W-CDMA, WiFi ….) -Hoạt động trên nhiều phương thức mã hoá ( tiếng nói, hình ảnh…). -Hoạt động trên nhiều phạm vi giao thức mạng ( Ipv4, IPv6 …) -Bộ vi xử lý mạng với các ứng dụng của di động và tính năng chung của PC. -Có bộ nhớ lớn. -Điểm truy nhập vô tuyến RAP (Radio Access Point): Chức năng chính của RAP là thực hiện xử lý lớp 1 của giao diện vô tuyến (mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…). Nó cũng thực hiện một phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong. Điểm truy nhập vô tuyến cũng tương tự như Node B trong 3G, tuy nhiên có một số kỹ thuật mới nhằm làm tăng tốc độ đường truyền, đó là: + Sử dụng Anten thông minh Anten thông minh là một thành phần không thể thiếu được trong mạng 4G. Một hệ thống anten thông minh là sự kết hợp của nhiều phần tử anten với một khả năng xử lý tín hiệu để tự động tối ưu mẫu thu và bức xạ của nó dựa vào sự hồi đáp của môi trường tính hiệu. Hệ thống 3.5G dùng Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA – High Speed Downlink Packet Access) dựa trên công nghệ giao diện vô tuyến W-CDMA dự định cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps bằng cách sử dụng hiệu quả hơn phổ tần số 3G hiện hành. Hệ thống 4G sẽ dùng một phổ tần khác (có thể là 40 hoặc 60 GHz) và có thể cung cấp lên đến 100 Mbps cho tế bào WAN và đến 1 Gbps đối với truy suất không dây nội bộ. Mục đích của hệ thống anten thông minh là để làm tăng chất lượng tín hiệu của hệ thống vô tuyến bằng cách truyền tập trung các tín hiệu vô tuyến trong khi tăng dung lượng bằng cách tăng việc dùng lại tần số. Bảng sau sẽ liệt kê các đặc tính và lợi ích của một hệ thống anten thông minh. Đặc tính Lợi ích Độ lợi tín hiệu: Tín hiệu ngỏ vào từ Vùng phủ tốt hơn: Việc tập trung năng nhiều anten được kết hợp lại để tối ưu lượng gửi ra trong một tế bào sẽ làm công suất có sẵn nhằm thiết lập mức tăng vùng phủ của trạm gốc. Các yêu vùng phủ đã cho. cầu công suất tiêu thụ thấp hơn dẫn đến thời gian dùng pin lâu hơn và kích thước handset sẽ nhỏ hỏn Sự loại bỏ nhiễu: Antenna pattern có Tăng dung lượng:Việc điều khiển chất thể được tạo ra do các nguồn nhiễu đồng kênh, việc cải thiện tỷ số tín hiệu lượng các null tín hiệu chính xác và giảm nhiễu kết hợp với việc sử dụng lại trên nhiễu của tín hiệu thu được. tần số sẽ làm tăng dung lượng mạng. Kỹ thuật thích nghi (như là đa truy cập phân chia theo không gian) hổ trợ việc sử dụng lại tần số trong cùng một tế bào. Phân tập không gian: Thông tin được Loại bỏ đa đường: Có thể giảm tác tập hợp từ mảng anten được dùng để tối động trải trể của kênh, cho phép truyền thiểu fading và các tác động của truyền tốc độ bit cao hơn mà không cần dùng đa đường không mong muốn. bộ cân bằng. Hiệu quả công suất: kết hợp các ngỏ Chi phí giảm: Chi phí khuyếch đại công vào đến nhiều thiết bị để tối ưu tăng ích suất, công suất tiêu thụ giảm và độ tin xử lý có sẳn trên đường xuống. cậy cao hơn. Bảng 2.1: Các đặc tính và lợi ích của hệ thống anten thông minh + Một trong những kĩ thuật thích ứng liên kết sẽ được đề cập đến gọi là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC – Adaptation and Modulation Coding).Với kĩ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hóa được thích ứng một cách liên tục và chất lượng kênh thay cho việc điều chỉnh công suất. Truyền dẫn sử dụng nhiều mã Walsh cũng được sử dụng trong quá trình thích ứng liên kết. Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kết trên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao. + Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM: Tín hiệu gửi đi được chia thành các sóng mang nhỏ, trên mỗi sóng mang đó tín hiệu là “băng hẹp” và vì vậy tránh được hiệu ứng đa đường, tạo nên một khoảng bảo vệ chèn vào giữa mỗi tín hiệu OMDF. OFDM cũng tạo nên một độ lợi về phân tập tần số, cải thiện hiệu năng của lớp vật lý. Nó cũng tương thích với những công nghệ mở rộng nâng cao khác, như là các anten thông minh và MIMO. Điều này không chỉ tạo nên lợi ích rõ ràng cho thực thi lớp vật lý, mà còn hợp nhất việc cải thiện hiệu năng lớp 2 nhờ việc đưa ra thêm một mức độ tự do. Hình 2.7. Nguyên lý OFDM + MIMO:MIMO sử dụng ghép kênh tín hiệu giữa rất nhiều các anten phát và thời gian hay tần số. Nó kết hợp với OFDM xử lý các tín hiệu thời gian độc lập ngay khi dạng sóng OFDM được thiết kế chính xác cho kênh. Sự kết hợp giữa OFDM và MIMO giúp cho việc xử lý đơn giản hơn, hiệu quả thu phát cao. Ngoài ra lớp thâm nhập dịch vụ còn sử dụng thêm một số kỹ thuật khác như kỹ thuật SDR,… để tăng thêm tính thích nghi cho UE trong môi trường mạng tích hợp chung. -Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến (RAC: Radio Access Controller): Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến (RAC) là phần tử điều khiển của lớp truy nhập vô tuyến. Chức năng RNC dùng để điều khiển lưu lượng và quản lý tài nguyên vô tuyến của lớp thâm nhập vô tuyến. Đối với một UE thì RAC thực hiện kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu tương ứng từ/tới mạng lõi. RAC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến. Các thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mang thâm nhập vô tuyến với các thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến. Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến: RRM (Radio Resources Management) là một tập hợp các thuật toán được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đường truyền vô tuyến và QoS của kết nối vô tuyến bằng cách chia sẻ và quản lý tài nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả. Trong 4G, thêm một số kỹ năng mới như yêu cầu phát lại tự động nhanh (HARQ: Hybrid Automatic Repeat Request), lập lịch nhanh, thời gian phát truyền dẫn ngắn (TTI: Transmission Time Interval). Hai tính năng quan trọng nhất của công nghệ WCDMA như điều khiển công suất vòng kín và hệ số trải phổ biến thiên không còn được sử dụng. 2.3.2. Lớp mạng lõi Mạng lõi phải tích hợp được tất cả các mạng viễn thông khác như các mạng di động, WLAN, WiMAX, các mạng không dây khác,… Để đạt được điều đó thì trong mạng lõi phải có: -Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của NGN trên toàn cầu, người ta xây dựng hệ thống truyền dẫn trong mạng lõi sử dụng giao thức IPv6, đặc biệt việc sử dụng IP di động một cách linh hoạt giúp cho việc kết hợp giữa các mạng. -Cổng đa phương tiện (MGW: Multimedia Gateway): Trong mạng lõi, MGW thực hiện các chức năng chính là: + Thực hiện chuyển đổi dữ liệu sang gói IP và ngược lại + Thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến dữ liệu từ/tới một vùng dịch vụ của mạng tuỳ thuộc vào vị trí thuê bao. MGW được điều khiển bởi MGCF. Đường truyền cho các cuộc gọi được thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC, chuyển đổi dữ liệu theo định dạng gói IP và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói. Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng “Giao thức truyền tải thời gian thực”(RTP: Real Time Transport Protocol) trên “Giao thức Internet” (IP). Ở nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PTSN chẳng hạn, có một cổng các phương tiện khác (MGW), MGW này sẽ chuyển tiếng thoại đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PTSN. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này. Truyền tải kiểu đóng gói này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần, nhất là khi các MGW cách xa nhau. -Các router: Trong mạng lõi thì các router thực hiện chức năng chính là định tuyến cuộc gọi, đưa các gọi số liệu từ/tới các nơi theo đúng yêu cầu. Các router sử dụng giao thức định tuyến tiên tiến trong mạng IP như BGP (BGP: Border Gateway Protocol). BGP là giao thức định tuyến một hệ thống mạng “tự trị” AS (AS: Autonomous System). Hệ thống tự trị ở đây là một mạng hoặc một nhóm mạng có cùng quản lý chung với cùng chính sách định tuyến chung. BGP được sử dụng để thay đổi thông tin định tuyến cho Internet và là giao thức được sử dụng giữa các nhà cung cấp dịch vụ ISP. Khi định tuyến trong mạng, dựa trên bảng định tuyến router gửi cho các router “láng giềng” để các BGP láng giềng thay đổi thông tin định tuyến. Việc cập nhập định tuyến BGP chỉ thông báo con đường tối ưu để gói tin tới mạng đích.Cùng với việc sử dụng Tuyến liên vùng không phân lớp CIDR (Classless Interdomain Routing), đã làm tăng hiệu quả của việc phân lớp sử dụng địa chỉ IP. Khi BGP được sử giữa một nhóm mạng (AS) thì giao thức đó gọi là BGP ngoài, còn nếu nhà cung cấp dịch vụ sử dụng BGP để thay đổi định tuyến trong một AS, thì giao thức đó là BGP trong. Ngoài ra, mạng lõi còn sử dụng một kỹ thuật mới nữa là Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MPLS: Multiprotocol Label Switching). Trong môi trường định tuyến bình thường, các khung truyền từ nguồn đến đích theo từng bước từng bước một. Định tuyến đánh giá mỗi khung tiêu đề lớp 3 và thực hiện bảng định tuyến để xác định bước nhảy tiếp theo hướng đến đích. Điều này có khuynh hướng làm giảm dung lượng mạng bởi vì các yêu cầu CPU tập trung để xử lý mỗi khung. Với sự bùng nổ số người sử dụng Internet, cùng với việc yêu cầu thay đổi về lưu lượng truyền tải thì phương pháp cũ không đáp ứng được. MPLS thay đổi kiểu định tuyến từng bước bằng cách cho phép các đường dẫn cụ thể trong mạng dựa trên chất lượng và băng tần cần dùng cho các ứng dụng. Nói cách khác, lựa chọn đường dẫn bây giờ có thể đưa vào lớp 2. Điều này sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng lưu lượng trong mạng. 2.3.3. Lớp chức năng Lớp chức năng điều khiển dùng để điều khiển hệ thống như điều khiển hệ thống báo hiệu, điều khiển lưu lượng, bảo mật thông tin,… đồng thời cung cấp cơ sở hạ tầng cho lớp dịch vụ cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau. Chức năng điều khiển gồm có: -Chức năng báo hiệu: Báo hiệu trong mạng lõi là loại báo hiệu tập trung. Do yêu cầu tích hợp được các mạng khác nhau, do đó phải có phương thức báo hiệu giống nhau cho các mạng. Ở mạng lõi người ta xây dựng các trung tâm mã điểm báo hiệu STP dùng để điều khiển báo hiệu trong toàn mạng và để liên kết với các trung tâm mã điểm báo hiệu của các nhà cung cấp dịch vụ khác trong nước và trên quốc tế. Một đặc điểm chính trong mạng 4G là tất cả đều hội tụ trên nền IP, do đó giao thức báo hiệu thực hiện chính trên mạng 4G là SS7oIP. Điều này được thực hiện thông qua Gateway báo hiệu (SGW – Signalling gateway). Chức năng chính của SGW là kết nối các mạng báo hiệu khác nhau thông qua việc chuyển đổi giữa các lớp và điều khiển thực hiện báo hiệu trong nội mạng thông qua giao thức SS7oIP. -Chức năng bảo mật: Đây là một trong những chức năng quan trọng trong hệ thống tương lai, nó đảm bảo cho việc thông tin của người sử dụng được an toàn, bí mật và có tính riêng tư. Chức năng này được thực hiện thông qua Gateway an ninh (SEG - Security Gateway) để cung cấp về chính sách an toàn (proxy server) và bức tường lửa (firewall). Proxy server sẽ định ra các chính sách về an ninh trong toàn mạng. Bên cạnh đó, Firewall sẽ thực hiện phân vùng an ninh và đảm bảo tính bảo mật cho các vùng mạng. Để thực hiện bảo mật thông tin, dữ liệu sẽ được đi qua Security Gateway trước khi vào hoặc ra khỏi vùng bảo mật. Vùng bảo mật này thường là mạng được quản lý chặt chẽ và SEG được đặt ở biên của mạng này. Một nhà cung cấp có thể có 1 hoặc một vài SEG để đảm bảo tính an ninh cho mạng đồng thời phòng ngừa trường hợp bị sự cố trên 1 SEG đơn lẻ gây ảnh hưởng đến hoạt động của mạng. -Chức năng về Billing: Chức năng này cung cấp cho mạng khả năng về nhận thực, tính cước đối với các dịch vụ sử dụng trong mạng. Nó thực hiện nhận các thông tin về tính cước từ lớp mạng lõi, căn cứ vào các đặc điểm về thông tin tinh cước của từng UE, từng dịch vụ để chọn lọc thông tin về tính cước. Các thông tin này sau đó được định dạng lại và được gửi đến các hệ thống tính cước tương ứng và gửi đến các UE. -Chức năng về tính di động trong mạng (Mobility): Chức năng này được kế thừa từ các mạng di động thế hệ trước. Nó được thể hiện qua các thành phần cũ của mạng như HLR, VLR, EIR, AUC, MSCS và cơ cấu điều khiển handover, handoff của thuê bao. + Thanh ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ của người sử dụng để lưu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Lý lịch dịch vụ này bao gồm: thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được phép chuyển mạng, và thông tin về các dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi… Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu trong HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR thường là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạng nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. + Bộ ghi định vị tạm trú (VLR): chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí của UE trong hệ thống đang phục vụ ở mức độ chính xác hơn HLR. + EIR: thực hiện quản lý thiết bị người sử dụng UE. EIR lưu tất cả các dữ liệu liên quan đến UE. EIR được nối đến MSC và SGSN qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. + Trung tâm nhận thực (AUC): quản lý các thông tin nhận thực và mật mă hóa liên quan đến từng cá nhân liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khóa bí mật. Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua khóa nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao. Khóa này được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE. + MSCS – MSC server là bộ phận cải tiến của mạng 3G so với các thế hệ trước. Khi yêu cầu về dữ liệu sử dụng tăng cao, số thuê bao phát triển cao đã buộc MSC truyền thống tách thành 2 bộ phận chức năng riêng biệt: MSC Server dùng để điều khiển chung việc định tuyến cuộc gọi và phần chuyển mạch PS + CS được tập trung trong chức năng của MGW. Với việc tách ra 2 thành phần chức năng này, MSCS đã tăng được hiệu quả hoạt động của hệ thống thông qua việc điều khiển tập trung các MGW. Nó cũng thể hiện được tính linh động đồng thời giúp phần tăng dung lượng hệ thống. + Chức năng quản lý di động được thực hiện riêng biệt trên mạng lõi và mạng RAN. Những tiến trình về truy nhập vô tuyến được thực hiện trên mạng RAN. Do đó RAN quản lý tính di động ở mức cell, trong khi đó mạng lõi không cần quan tâm đến cấu trúc cell. Các quá trình quản lý di động bao gồm: + Quản lý trạng thái UE và vị trí của nó. + Quản lý UE khi thâm nhập vào mạng. + Cập nhật các vùng định tuyến. + Quản lý thay đổi Handover và phân định lại vùng phục vụ cho các UE thực hiện handover. -Chức năng IP Multimedia: Đây là khối chức năng tiên tiến so với các mạng di động 2G. Điểm chính của khối chức năng này là thực hiện các chức năng điều khiển, quản lý các phiên làm việc IP trong mạng 4G. Các thành phần trong IP Multimedia bao gồm: Hình 2.8. Cấu trúc chức năng của khối IP Multimedia + HSS (Home Subcriber Server): Đây là cơ sở dữ liệu chính của hệ thống trong đó lưu giữ toàn bộ các thông tin về thuê bao và các dữ liệu liên quan đến dịch vụ IP Media. Các thông tin này bao gồm số nhận thực thuê bao, các thông tin đăng ký, các tham số truy nhập …. Nó bao gồm các chức năng tương tự như của HLR, AUC trong hệ thống di động chuyển mạch kênh nhưng đối với các thuê bao và dịch vụ chuyển mạch gói. +CSCF (Call Session Control Function): Chức năng điều khiển trạng thái phiên cuộc gọi, quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến. +MRCF (Multimedia Resource Control Function): Chức năng điều khiển tài nguyên đa phương tiện. Khi có yêu cầu về các phiên làm việc đa phương tiện, MRFC sẽ điều khiển thực hiện trên MRFP. MRFC cũng đảm nhận chức năng gửi các thông tin về tính cước. + MRFP (Multimedia Resource Function Process): Cung cấp tài nguyênđược yêu cầu và chỉ dẫn bởi MRFC. MRFP thực hiện những chức năng sau: • Kết hợp giữa các dòng dữ liệu media đầu vào (có thể từ nhiều nhà cung cấp). • Là nguồn cung cấp các thông báo về đa phương tiện. • Xử lý các dòng dữ liệu đa phương tiện như chuyển đổi mã âm thanh …. + MGCF (Media Gateway Control Function): Chức năng điều khiển thiết lập kết nối giữa mạng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Nó xử lý các báo hiệu dịch vụ đến từ các thuê bao chuyển mạch gói và thực hiện chuyển đổi giao thức làm việc giữa 2 mạng. 2.3.4. Lớp dịch vụ: Có chức năng cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của người dùng, có chất lượng cao như: Các dịch vụ thông tin định vị, dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, dịch vụ điều khiển từ xa,… Với mô hình này, lớp dịch vụ là lớp cung cấp các nội dung về dữ liệu cho người sử dụng, đồng thời nó tương tác với 2.4. CÔNG NGHỆ TRÊN IP VÀ IP DI ĐỘNG Trong hệ thống thông tin di động 4G thì IP di động (MIP: Mobile IP) là một vấn đề rất quan trọng. Vấn đề thách thức đối với IP di động là phải chuyển các ứng dụng IP đến các kết cuối di động. Hiện nay có hai phiên bản MIP là MIPv4 và MIPv6 được thiết kế để đảm bảo hỗ trợ di động bên trong mạng IPv4 và mạng IPv6 tương ứng. Trong hệ thống thông tin di động 4G, trong giai đoạn đầu, chúng ta sử dụng cả hai loại này, sau đó sẽ dần thay thế IPv4 để được mạng toàn IPv6. Bởi vì MIPv6 có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với MIPv4 như: -Đánh địa chỉ: Chúng ta thấy rằng với độ dài 32bit thì MIPv4 không thể đánh hết địa chỉ cho các thiết bị đầu cuối được, còn ở MIPv6 thì số bit dùng để đánh địa chỉ là 128bit đủ sức để đánh địa chỉ cho toàn bộ các thiết bị. -Việc định tuyến tối ưu chỉ là một bộ phận thêm vào cho MIPv4 nhưng nó lại là một bộ phận tích hợp của MIPv6. -Định tuyến tối ưu MIPv4 vẫn đòi hỏi truyền đường hầm lưu lượng giữa các máy tính đối tác và nút di động. Trong MIPv6 các gói có thể gửi đi không theo tunnel mà chỉ cần bổ sung thêm một tiêu đề định tuyến… Các loại truy nhập trong mạng 4G Trong giai đoạn phát triển đầu của mạng 4G, thì tồn tại cả hai giao thức IP là MIPv4 và MIPv6, do đó yêu cầu phải có sự chuyển đổi địa chỉ trong quá trình truy nhập khi cần thiết. Truy nhập từ MS đến các dịch vụ có các khả năng sau: 1) MS IPv4 truy nhập dịch vụ IPv4 qua mạng IPv4: Cả MS, loại dịch vụ, và cả mạng sử dụng chung một giao thức đó là IPv4. Trường hợp này thường xảy ra khi chúng là các dịch vụ và thiết bị đầu cuối của 2,5G và 3G. Khi MS và dịch vụ trong cùng mạng, địa chỉ IPv4 cá nhân được sử dụng, còn khi dịch vụ ở ngoài mạng thì phải sử dụng địa chỉ IPv4 công cộng để định tuyến, do đó bộ phiên dịch địa chỉ mạng NAT (NAT: Network Address Translator) được sử dụng. 2) MS IPv6 truy nhập dịch vụ IPv6 qua mạng IPv6 Trong trường hợp này, cả MS, loại hình dịch vụ và mạng cũng đều sử dụng cùng giao thức IPv6. Với địa chỉ IPv6, chúng ta không cần hỗ trợ của bộ phiên dịch địa chỉ mạng (NAT). Khi cả dịch vụ và người dùng nằm cùng trong một mạng thì chúng ta có thể dùng địa chỉ vị trí IPv6. 3) MS IPv6 truy nhập dịch vụ IPv6 thông qua mang IPv4 Thường xảy ra trong giai đoạn đầu phát triển IPv6, yêu cầu có tunnel của IPv6 qua IPv4. Có hai trường hợp xảy ra: a) MS IPv6 ở trong mạng IPv6 nhưng phần mạng ngoài kết nối tới dịch vụ là IPv4. b) MS IPv6 roam tới một mạng IPv4 4) MS IPv6 truy nhập dịch vụ IPv4 Trường hợp này ít xảy ra trong mạng 4G. Tuy nhiên khi xảy ra nhiều thì yêu cầu phải có NAT. 5) MS IPv4 truy nhập dịch vụ của IPv6 Trường hợp này yêu cầu phải có bộ phiên dịch địa chỉ từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6. Điều này sẽ được hỗ trợ bởi một Router hoặc một node nào đó 6) MS IPv4 truy nhập dịch vụ IPv4 thông qua mạng IPv6 Giao tiếp giữa hai mạng dịch vụ: 7) Server IPv4 giao tiếp với Server IPv4 thông qua mạng IPv4 8) Server IPv6 giao tiếp với Server IPv6 thông qua mạng IPv6 9) Server IPv6 giao tiếp với Server IPv6 thông qua mạng IPv4 Trường hợp này thường xảy ra trong giai đoạn đầu chuyển tiếp lên IPv6. Yêu cầu phải có đường hầm (Tunnel) từ IPv6 qua IPv4. Đường hầm này có thể được thiết lập trước hoặc được thiết lập tự động. 10) Server IPv6 giao tiếp với Server IPv4 Trường hợp này yêu cầu có bộ phiên dịch địa chỉ mạng-phiên dịch giao thức NAT-PT. Nếu Server IPv6 là một IMS, thì ngoài việc chuyển đổi và riêng biệt giao thức IP, cón phải chuyển đổi SIP/SDP qua một ALG. 11) Server IPv4 giao tiếp với Server IPv6 Trường hợp này giống trường hợp 4 12) Server IPv4 giao tiếp với Server IPv4 thông qua mạng IPv6 Trường hợp này ít xảy ra, bởi khi IPv6 chiếm ưu thế trong mạng và IPv4 không đủ thì khi đó tất cả dịch vụ sẽ được triển khai IPv6. CHƯƠNG 3 DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G 3.1. DỊCH VỤ TRONG MẠNG 4G Sự cạnh tranh gay gắt trong lĩnh vực mạng thông tin cũng như mạng viễn thông đang diễn ra trong những năm gần đây. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều đặc biệt quan trọng đối với các công ty là xác định vị trí thích hợp để mang lại thuận lợi cho bản thân mình, và để chuẩn bị cho môi trường truyền thông mới đang nổi lên. Trong môi trường này, sự hòa nhập, liên kết và cạnh tranh của các thành viên mới tham gia vào thị trường phải hoạt động tích cực để tìm ra phương thức mới, nhằm giữ và thu hút hầu hết các khách hàng có tiềm năng. Các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đang cố gắng tìm ra lối đi riêng cho mình để tạo ra sự khác biệt với các nhà cung cấp khác, chẳng hạn như tìm kiếm phương thức mới để đóng nhãn và đóng gói dịch vụ, thực hiện giảm các chi phí hoạt động,… Trong các chương trước chúng ta đã nghiên cứu vì sao phải lên 4G? Vì nó có thể đáp ứng được: tốc độ truy nhập lên tới 200Mb/s, hỗ trợ roaming toàn cầu, dựa trên mạng lõi thuần IP, tương tác mạnh với các mạng khác cùng tồn tại… Tất cả các yếu tố đó đã mở ra một khả năng cung cấp dịch vụ dồi dào cho mạng 4G. Có ba loại dịch vụ chủ yếu trong 4G: dịch vụ thời gian thực và thời gian không thực, dịch vụ nội dung, dịch vụ quản lý. Các dịch vụ này giúp cho các nhà khai thác có sự điều khiển, bảo mật và độ tin cậy tốt hơn đồng thời giảm chi phí vận hành. Nhờ đó, các nhà cung cấp dịch vụ có thể nhanh chóng có nguồn thu mới. Phần sau sẽ đề cập tới các yêu cầu về dịch vụ trong 4G và một số dịch vụ có thể triển khai trước mắt. 3.1.2 Các loại dịch vụ cung cấp Cũng giống như hệ thống thông tin di dộng thế hệ 3, các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 cũng sẽ cung cấp các loại dich vụ chính: di động, viễn thông và internet nhưng với tốc độ cao hơn lên đến 200 Mbit/s và điều đáng quan tâm hơn là các dịch vụ đa phương tiện. Với khả năng cung cấp các dịch vụ tốc độ bit cao, các hệ thống thông tin di động thế hệ 4 cung cấp các dịch vụ chất lượng tốt, đảm bảo: Điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, các dịch vụ thông tin về vị trí, các dịch vụ thương mại di động, các dịch vụ phân phối nội dung, các dịch vụ hỗ trợ tải dữ liệu, các dịch vụ điều khiển từ xa, các dịch số liệu tốc độ bít thấp, dịch vụ số liệu bít cao… Cũng có thể phân chia dịch vụ thành hai loại chính: Dịch vụ cơ sở và dịch vụ đa phương tiện.Các dịch vụ cơ sở gồm: -Các dịch vụ xa (Teleservice): “ Là một kiểu dịch vụ viễn thông cung cấp các khả năng đầy đủ bao gồm cả chức năng thiết bị đầu cuối để thông tin giữa hai người sử dụng theo các giao thức được thỏa thuận giữa các cơ quan quản lý ” bao gồm: điện thoại, các cuộc gọi khẩn, dịch vụ bản tin ngắn, các dịch vụ nhóm thoại, phát thanh thoại.v.v -Các dịch vụ mang (Bearer Service): “ Là một loại dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng để truyền dẫn tín hiệu giữa hai giao diện người sử dụng – mạng”. -Các dịch vụ bổ sung (Supplementary): gồm có: + Các dịch vụ bổ sung bao gồm + Các dịch vụ bổ sung cho gọi + Các dịch vụ bổ sung đa phía + Các dịch vụ bổ sung cho một cộng đồng + Các dịch vụ bổ sung tính cước + Các dịch vụ bổ sung hạn chế cuộc gọi Các dịch vụ đa phương tiện gồm: -Các dịch vụ điểm tới điểm đối xứng: Truyền hình hội nghị (chất lượng cao, thấp), điện thoại thấy hình, điện thoại, truy nhập Internet thư điện tử, điện thoại IP -Các dịch vụ điểm tới điểm không đối xứng: Y tế từ xa có hình ảnh, thư tiếng, truy xuất cơ sở dữ liệu như mua hàng theo catalog video, video theo yêu cầu (tin tức, thể thao, phim), báo điện tử, xuất bản điện tử, Fax. -Các dịch điểm đa điểm đa phương: Các dịch vụ phân phối thông tin gồm có tin tức, dự báo thời tiết, truyền hình di động, truyền thanh di động,… Sau đây xin đưa ra một số dịch vụ điển hình cho mạng 4G. Một số loại hình dịch vụ điển hình cho 4G . Truyền thông tốc độ cao (High Multimedia): Với khả năng truyền số liệu tốc độ cao, 4G cho phép truy cập internet với tốc độ rất cao, phục vụ cho các ứng dụng theo yêu cầu như: video độ phân giải cao, audio chất lượng hoặc các ứng dụng mua bán trực tuyến với các sản phẩm hữu hình như âm nhạc, phần mềm… . Dịch vụ thoại (Voice telephony): 4G vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau đang tồn tại như chờ cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, gọi ba bên, các thuộc tính AIN khác nhau, Centrex, Class,… Tuy nhiên cần lưu ý là 4G không cố gắng lặp lại các dịch vụ thoại truyền thống hiện đang cung cấp; dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhưng công nghệ thì thay đổi, chủ yếu dùng thoại trên nền IP. . Tin nhắn (Messaging): Không giống như dịch vụ tin nhắn thông thường trong mạng 2G, 3G chỉ đơn thuần là bản tin text. Tin nhắn trong 4G cho phép email đi kèm và có thể được sử dụng trong việc thanh toán trực tuyến cho các dịch vụ gia đình như mua vé xem phim, thanh toán hóa đơn điện nước,… . Dịch vụ dữ liệu (Data Service) cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối, cùng với các đặc tả giá trị giá tăng như tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo (SVC- Switched Virtual Connection), và quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi,… Tóm lại các dịch vụ dữ liệu có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu. . Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service): cho phép nhiều người tham gia tương tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu. Các dịch vụ này cho phép khách hàng vừa nói chuyện, vừa hiển thị thông tin. Ngoài ra, các máy tính còn có thể cộng tác với nhau. . Tính toán mạng công cộng (PNC: Public Network Computing): Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại và các khách hàng. Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý riêng ( chẳng hạn như làm chủ một trang web, lưu trữ/ bảo vệ/ dự phòng các file số liệu hay chạy một ứng dụng tính toán). Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ mạng công cộng có thể cung cấp các dịch vụ thương mại cụ thể (như hoạch định tài nguyên công ty (ERP: Enterprise Resource Planning), dự báo thời gian, hóa đơn chứng thực,…) với tất cả hoặc một phần các lưu trữ và xử lý xảy ra trên mạng. Nhà cung cấp dịch vụ có thể tính cước theo giờ, ngày, tuần,… hay theo phí bản quyền đối với dịch vụ. . Bản tin hợp nhất (Unified Messaging): Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voice mail, email, fax mail, pages qua các giao diện chung. Thông qua các giao diện này, người sử dụng sẽ truy nhập (cũng như được thông báo) tất cả các loại tin nhắn trên, không phụ thuộc vào hình thức truy nhập (hữu tuyến hay vô tuyến, máy tính, thiết bị dữ liệu vô tuyến). Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi lời nói sang file văn bản và ngược lại được thực hiện ở server ứng dụng cần phải được sử dụng ở dịch vụ này. . Môi giới thông tin (Information Brokering): Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến khách hàng tương ứng với nhà cung cấp. Ví dụ như khách hàng có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu chuẩn cụ thể hay trên các cơ sở tham chiếu cá nhân,… . Thương mại điện tử (E-Commerce/ M-Commerce): Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng; có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung cấp khả năng bảo mật,… Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thương mại, ví dụ như quản lý dây chuyển cung cấp và các ứng dụng quản lý tri thức. . Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive gaming): Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (chẳng hạn như video games) . Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality): tham chiếu đến sự thay đổi được tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện, con người, địa điểm, kinh nghiệm,… của thế giới thực, ở đó những người tham dự và các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý. Dịch vụ này yêu cầu sự phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau. . Quản lý tại gia (Home Manager): Với sự ra đời của các thiết bị mạng thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà, các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống giải trí, và các công cụ khác tại nhà. Giả sử như chúng ta đang xem ti vi và có chuông cửa, không vấn đề gì cả, ta chỉ việc sử dụng điều khiển ti vi từ xa để xem được trên màn hình ai đang đứng trước cửa nhà mình. Hoặc chẳng hạn như chúng ta có thể quan sát được ngôi nhà của mình trong khi đang đi xa, hoặc quan sát được người trông trẻ đang chăm sóc em bé như thế nào khi ta đang làm việc tại cơ quan. Ngoài các dịch vụ đã nêu trên còn có rất nhiều dịch vụ khác có thể triển khai trong môi trường 4G như: các dịch vụ ứng dụng trong y học, chính phủ điện tử, nghiên cứu đào tạo từ xa, nhắn tin đa phương tiện,… Như vậy các dịch vụ thế hệ sau là rất đa dạng và phong phú, việc xây dựng, phát triển và triển khai chúng là mở và linh hoạt. Chính vì vậy nó thuận tiện cho các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng triển khai dịch vụ đến cho khách hàng trong mạng 4G. 3.1.2.1 Các yêu cầu về dịch vụ Dịch vụ trên mạng di động 4G cần tuân theo các đặc tính sau: . Dịch vụ truy nhập không đồng nhất: các hệ thống 4G sẽ phải cung cấp nhiều dạng dịch vụ ứng với nhiều loại thiết bị truy nhập đầu cuối của khách hàng, các mạng truyền dẫn và các tiêu chuẩn dịch vụ được mong đợi. Các kiến trúc dịch vụ đầu cuối sẽ phải khai thác phương tiện phần mềm để có được sự đồng hợp tác. . Mạng truy nhập không đồng nhất: Có một loạt các kỹ thuật mạng sẽ được sử dụng tại cùng một thời gian bao gồm các kỹ thuật dùng trong các mạng cũ như EDGE, HSCSD, GPRS và cả các mạng peer-to-peer, Wifi, bluetooth…Các kiến trúc 4G phải cung cấp dịch vụ trong suốt nhờ trừu tượng hóa các mode khác biệt cơ bản trong hoạt động của mạng. . Nhãn dịch vụ: Kiến trúc dịch vụ phải là một thực thể thương mại cung cấp các dịch vụ tăng cường, với nghĩa từ nhà cung cấp dịch vụ này đến nhà cung cấp dịch vụ khác, điều này được thực hiện nhờ kiến trúc mạng và kiến trúc dịch vụ. Các kiến trúc dịch vụ trong mạng di động 4G phải tuân theo các tính chất sau: . Các mẫu ấn định tài nguyên và dịch vụ mở: Các khung dịch vụ phải được tạo ra, thiết lập và sắp xếp một cách độc lập trong các miền chồng lấn của các nhà cung cấp dịch vụ. Việc cung cấp các tài nguyên, khả năng và trạng thái hiện thời cần được mô tả và trao đổi giữa các nhà cung cấp dịch vụ liên kết với nhau, đó là mục đích “tái bản lại tài nguyên” tại đó các dịch vụ được kết hợp hay thực hiện các chức năng thông qua nhà cung cấp địa phương. . Mẫu nguyên lý và thỏa thuận khả năng mở: Hiển nhiên thỏa thuận khả năng cần được hiểu trong môi trường có nhiều sự kết hợp và phức tạp hơn các mạng điện thoại truyền thống. Đây là yêu cầu tự nhiên giống như một thị trường dựa trên khuôn dạng ấn định dịch vụ. Thực ra đó là các kỹ thuật ấn định động dựa trên các phương pháp kinh tế như đấu giá điện tử, đi đôi với các hệ thống thanh toán/quảng cáo/thanh toán thời gian thực cho sử dụng các tài nguyên. . Quản lý trách nhiệm: Các kỹ thuật quản lý trách nhiệm dựa trên quan hệ giữa các nhà cung cấp dịch vụ với người sử dụng và giữa các nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Các mối quan hệ đang tồn tại giữa các nhà cung cấp dịch vụ được dựa trên các hợp đồng giữa các hãng kinh doanh lớn mạnh. Các giả thiết có thể không phù hợp trong trường hợp các nhà cung cấp dịch vụ tăng bất thường. “Better business bureau” cung cấp một tốc độ dịch vụ ở đó chia thành các bên tham gia tin cậy từ các thành viên không tin cậy. . Các nhóm dịch vụ kết hợp: Một mẫu được sử dụng cho định hình kết hợp dịch vụ động thông qua các kỹ thuật hợp tác được yêu cầu. Các tính chất mong muốn có thể bao gồm khả năng khám phá các liên kết tiềm năng, các kỹ thuật cho thiết lập các mối quan hệ trách nhiệm, cho quản lý các liên hệ trách nhiệm phân tán và quản lý các cấp độ thay đổi của các hệ thống trong suốt. Chú ý là không phải tất cả các liên kết đều là các đối tác tiềm năng. Ví dụ nhà cung cấp WiFi có thể kết hợp với một nhà cung cấp dịch vụ thoại di động tế bào để cung cấp hai phần tách biệt ứng dữ liệu cần băng thông lớn và các luồng thoại cần băng thông thấp trong việc hỗ trợ các ứng dụng hội thảo đa phương tiện của người sử dụng. Trong trường hợp này, giả sử là trong cùng lân cận của người sử dụng tồn tại một điện thoại di động và một số loại thiết bị vi tính màn hình liền, các thiết bị này hình thành một liên kết cho một ứng dụng hỗ trợ trong suốt với dịch vụ audio di theo đường mạng điện thoại còn dịch vụ video di theo đường mạng WiFi. . Khả năng chịu lỗi dịch vụ: Các liên minh có thể, nhóm dịch vụ kết hợp cung cấp cơ hội cho khả năng chịu lỗi tiên tiến. Các tính chất mong muốn trong khía cạnh này bao gồm khám phá lỗi, đăng kí dịch vụ và phát hiện nhờ mode đa truy nhập. 3.1.2.2 Xu hướng dịch vụ trong mạng 4G Để xác định được các dịch vụ trong mạng 4G cũng như chiến lược đầu tư của các công ty, xu hướng phát triển các dịch vụ trong tương lai là vấn đề rất cần xem xét. ¾ Trước hết chúng ta cần quan tâm đến xu hướng của dịch vụ thoại. Đây là dịch vụ phổ biến, lâu đời và thu nhiều lợi nhuận nhất từ những ngày đầu cho đến nay. Do đó, dịch vụ thoại truyền thống sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian dài. Sau đó, một phần dịch vụ truyền thống này chuyển sang thông tin di động và thoại qua IP. ¾ Đối với dịch vụ truyền thông đa phương tiện, hiện nay H.323 đã là môi trường cho giải pháp thoại qua giao thức IP và các dịch vụ đa phương tiện tương đối đơn giản. Tuy nhiên, sau đó SIP sẽ thay thế cho H.323 do SIP có nhiều ưu điểm hơn và thích hợp với các dịch vụ truyền thông đa phương tiện phức tạp. ¾ Trong tương lai, tính cước dịch vụ theo nội dung và chất lượng, không theo thời gian sẽ chiếm ưu thế. ¾ Cuối cùng, phương thức truy nhập mạng, ra lệnh, nhận thông tin,… bằng lời nói (voice portal) sẽ là một chọn lựa trong tương lai. Hiện nay, kỹ thuật chuyển đổi từ lời nói sang file văn bản và ngược lại đang phát triển mạnh. Mục tiêu chính của các dịch vụ trong 4G là cho phép khách hàng có thể lấy thông tin họ muốn ở bất kỳ dạng nào, trong bất kỳ điều kiện nào, tại mọi nơi và dung lượng tùy ý. Dựa trên các khuynh hướng được đề cập ở trên, sau đây là một số đặc tính dịch vụ quan trọng trong mạng 4G: . Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện, đảm bảo độ tin cậy, thân thiện trong việc liên kết các thuê bao, truy nhập tốc độ cao và truyền tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, vào mọi lúc, tại mọi nơi,… . Nhiều thực thể và các phần tử mạng thông minh được phân bố trên toàn mạng. Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các dịch vụ mạng. Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay thế cho nhà cung cấp dịch vụ hoặc mạng. Ta có thể xem nó như một tác tử quản lý có thể thực hiện giám sát tài nguyên mạng, tập hợp các số liệu,… . Dễ dàng sử dụng. Khách hàng không bị ảnh hưởng từ các quá trình tập trung, xử lý và truyền dẫn thông tin phức tạp của hệ thống. Nó cho phép khách hàng truy xuất và sử dụng các dịch vụ mạng một cách đơn giản hơn, bao gồm các giao diện người dùng cho phép tương tác tự nhiên giữa khách hàng và mạng. Khách hàng được cung cấp các thông tin hướng dẫn, các tùy chọn, các tương tác quản lý xuyên suốt các dịch vụ. Ngoài ra nó còn cung cấp các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm ngược lại với những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp một môi trường thống nhất cho các dạng thông tin. . Cho phép khách hàng quản lý hồ sơ các nhân, tự dự phòng các dịch vụ mạng, giám sát thông tin tính cước, cá nhân hóa giao diện người dùng, tạo ra và dự phòng các ứng dụng mới . Quản lý thông tin thông minh, giúp người dùng quản lý sự quá tải của thông tin bằng cách cung cấp cho họ khả năng tìm, sắp xếp và lọc các bản tin hoặc dữ liệu, quản lý chúng cho mọi phương tiện. 3.2. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G 3.2.1 Khái niệm QoS 3.2.1.1 Khái niệm QoS theo ITU Định nghĩa về QoS theo tiêu chuẩn E800 của ITU: Chất lượng dịch vụ viễn thông là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối tượng sử dụng dịch vụ đó. Hình 3.1 mô tả một cách tổng quát các khái niệm cơ bản về QoS theo khuyến nghị của ITU-T. Các khái niệm được trình bày trong sơ đồ có thể được áp dụng để đánh giá mức QoS có thể đạt được trong thực tế, hướng tới mức QoS theo chỉ tiêu hoặc các yêu cầu mô tả đặc tính thiết kế mạng. Tuy nhiên từng khái niệm trong sơ đồ có thể mang ý nghĩa thể hiện theo mức tổng thể hay riêng lẻ, những khái niệm được trình bày trong sơ đồ có thể chưa thể hiện toàn bộ những mối liên hệ của chúng. Khía cạnh cần quan tâm khi đánh giá tổng thể một dịch vụ là quan điểm sử dụng dịch vụ. Kết quả đánh giá này thể hiện mức độ hài lòng của những người sử dụng dịch vụ. Điều này sẽ được xem xét theo các nội dung sau: . Khái niệm QoS. . Mối quan hệ giữa QoS và NP . Các chỉ tiêu về QoS và NP Một điều hiển nhiên là một dịch vụ được sử dụng chỉ khi nó được cung cấp và người ta mong muốn nhà cung cấp dịch vụ có sự hiểu biết cụ thể về chất lượng của các dịch vụ mà họ phát hành. Theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ, khái niệm NP là một chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo và được điều hành để có thể đạt mức độ hài lòng của người sử dụng về chất lượng dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có nhiệm vụ phải tổ hợp các tham số NP khác nhau thành một bộ chỉ tiêu để có thể vừa đảm bảo các nhu cầu lợi ích kinh tế của mình đồng thời phải thoả mãn một cách tốt nhất cho những người sử dụng dịch vụ. Trong khi sử dụng dịch vụ, thông thường người sử dụng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vụ. Mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ phụ thuộc vào chất lượng dịch vụ QoS hay những cảm nhận sau cùng của khách hàng về thực hiện dịch vụ . Hỗ trợ dịch vụ (service support performance) . Khai thác dịch vụ (service operability performance) . Năng lực phục vụ (serveability performance) . An toàn dịch vụ ( service security performance) Hình 3.1: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng Hỗ trợ dịch vụ: là khả năng của một tổ chức cung cấp dịch vụ và trợ giúp trong việc sử dụng dịch vụ đã cung cấp . Khai thác dịch vụ: là khả năng vận hành dịch vụ một cách thành công và dễ dàng của người sử dụng, bao gồm các đặc tính về thiết bị đầu cuối, các âm hiệu và tin báo dễ hiểu Mức độ an toàn dịch vụ: là mức độ bảo vệ chống lại sự giám sát trái phép, sử dụng gian lận, quấy phá, thao tác sai, thảm hoạ thiên nhiên. Năng lực phục vụ: là khả năng dịch vụ đạt được khi người sử dụng yêu cầu và tiếp tục được cung cấp mà không có sự suy giảm quá mức trong khoảng thời gian sử dụng (trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau). Khả năng phục vụ là phần phụ thuộc vào đặc tính mạng nhiều nhất và tiếp tục được chia thành ba khái niệm: -Năng lực truy nhập đến dịch vụ (service accessibility performance): là khả năng dịch vụ đạt được trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau khi được yêu cầu bởi người sử dụng -Năng lực duy trì dịch vụ (service retainability performance): là khả năng của một dịch vụ tiếp tục được cung cấp trong các điều kiện đưa ra trong khoảng thời gian sử dụng. -Mức độ hoàn hảo của dịch vụ (service integrity performance): là mức độ dịch vụ được cung cấp mà không bị suy giảm quá mức, một khi đã đạt được Năng lực tính cước chính là thông số đánh giá về ghi cước và hoá đơn, trong đó phần xác suất về tính cước sai, tính cước thừa và tính cước thiếu thuộc về chỉ tiêu của QoS. Phần đánh giá về độ chính xác ghi cước là chỉ tiêu của chất lượng mạng. Qua hình vẽ 3.1, chúng ta cũng thấy rằng năng lực phục vụ sẽ có mối liên hệ với các khái niệm thuộc phần chất lượng mạng như khả năng xử lý lưu lượng, độ tin cậy, tài nguyên và phương tiện cũng như chất lượng truyền dẫn (gồm cả năng lực truyền lan). Điều này có nghĩa là QoS có mối quan hệ chặt chẽ với chất lượng mạng. Chất lượng mạng là khả năng của mạng cung cấp các chức năng liên quan đến thông tin giữa những người sử dụng (theo ITU-E800). Dịch vụ viễn thông là các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp của các doanh nghiệp cung cấp cho khách hàng khả năng truyền, đưa và nhận các loại thông tin thông qua mạng lưới viễn thông công cộng. QoS được xác định bằng các chỉ tiêu định tính và chỉ tiêu định lượng. Chỉ tiêu định tính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng, còn chỉ tiêu định lượng được thể hiện bằng số liệu đo cụ thể. Có rất nhiều tổ chức đưa ra các khái niệm QoS như ISO/IEC, RM-ODP, ETSI… tuy nhiên các khái niệm này không hoàn toàn giống nhau. Sau đây sẽ trình bày thêm khái niệm QoS theo ETSI. 3.2.1.2 Khái niệm QoS theo ETSI Theo ETSI thì quan điểm của người sử dụng /khách hàng về mức độ QoS là sự mô tả các tham số sau: -Tổng hợp những kết quả mà người sử dụng/khách hàng nhận được, bao gồm cả những nguyên nhân liên quan đến mạng -Không phụ thuộc vào những hiểu biết của khách hàng về thiết kế mạng chi tiết -Nắm được các khía cạch của dịch vụ theo quan điểm của người sử dụng/khách hàng -Các khái niệm liên quan đến mạng được mô tả theo một ngôn ngữ chung, dễ hiểu bởi người sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. -Có sự hiểu biết giữa người sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ Hình 3.2: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI 3.2.2 Kiến trúc QoS Có rất nhiều kiến trúc QoS được đưa ra cho mạng di động 4G. Sau đây sẽ giới thiệu một kiến trúc QoS: Để đảm bảo QoS cần phải có kiến trúc QoS. Nó là một framework đảm bảo chất lượng từ đầu cuối đến đầu cuối và cung cấp các chức năng tích hợp về quản lý điều khiển QoS, và giao diện QoS Các nguyên tắc của QoS: -Tích hợp (Integration): có khả năng cấu hình lại, có thể dự đoán truớc và có thể quản lý được thông qua tất cả các lớp mạng -Phân tách (Separation): tách giữa báo hiệu và dữ liệu truyền. -Trong suốt (Transparency): tách biệt giữa QoS và ứng dụng -Thực thi (performance): Xử lý các giao thức một cách có hiệu quả Như vậy kiến trúc QoS liên quan đến: QoS specification, QoS mechanism, Traffic Engineering, QoS supporting protcol. . QoS specification: -Yêu cầu QoS mức ứng dụng -Kế hoạch chính sách QoS trong mỗi lớp -Cấu hình và duy trì cơ chế QoS -Theo tính đồng bộ, khả năng thực thi, mức dịch vụ, chính sách, giá,... . QoS Mechanism -Cung cấp QoS: sắp xếp QoS, kiểm tra kết quả vào -Điều khiển QoS: theo trạng thái, theo kế hoạch, chính sách, điều khiển, đồng bộ. Điều này liên quan đến quản lý lưu lượng -Quản lý QoS: giám sát QoS, duy trì QoS . QoS supporting protcol -Hỗ trợ chuyển vùng của Micro mobility: CIP, Hawaii, HMIP -Hỗ trợ chuyển vùng của Macro mobility: MIP v4, MIP v6… Tuy nhiên các tiêu chuẩn về chất lượng của dịch vụ 4G cũng như 3G vẫn còn là vấn đề đang đuợc các nhà chuyên môn, các hãng trên toàn thế giới nghiên cứu. Hiện tại chưa có các tiêu chuẩn cụ thể nào về chất lượng dịch vụ của mạng 4G. Đó cũng là dễ hiểu vì theo kiến trúc QoS ở trên: . Đánh giá của người sử dụng: họ mới sử dụng các dịch vụ thế hệ mới cho nên chưa có được sự đánh giá về chất lượng. Bên cạnh đó quá trình phát triển mạng cũng như dịch vụ mạng vẫn đang phát triển mạnh về thiết bị, về chất lượng dịch vụ theo xu hướng ngày một tốt hơn và hoàn thiện hơn. . QoS của các ứng dụng: các ứng dụng mới ở giai đoạn đầu của sự phát triển nên chưa có đánh giá một cách chính xác, cụ thể về QoS . Hiệu năng của các thiết bị đầu cuối, hiệu năng của mạng, và hiệu năng của các phần tử mạng: các hãng sản xuất thiết bị trên thế giới cũng đã tập trung vào vấn đề liên quan đến chất lượng dịch vụ trong các sản phẩm của mình, đó là một ưu thế cạnh tranh quan trọng. Tuy nhiên quá trình vẫn đang phát triển. Các dịch vụ và ứng dụng của mạng di động 4G được phân loại theo tiêu chuẩn chung của ITU-T/-R. Tuy nhiên đứng trên quan điểm QoS chúng ta có thể phân loại dịch vụ theo năm mức sau: -Đảm bảo chắc chắn (deterministic guarantee) -Đảm bảo thống kê (Statistical guarantee) -Mục tiêu đích ( Target objectives) -Nỗ lực nhất (best effort) -Không đảm bảo (no guarantee) -Đảm bảo chắc chắn: luôn luôn cung cấp các dịch vụ với QoS theo yêu cầu hoặc tốt hơn trong mọi hoàn cảnh. -Đảm bảo thống kê: cho phép QoS có thể không được như yêu cầu trong một khoảng thời gian nào đó. Ba phương pháp cuối không đảm bảo QoS, nhưng chúng ta phân loại để có các biện pháp kỹ thuật hợp lý để đạt được QoS mong muốn. Với hệ thống target objectives mạng sẽ cố gắng thoả mãn các yêu cầu, sau đó căn cứ vào mục tiêu mà mạng có thể đưa ra biện pháp hợp lý như quyết định độ ưu tiên scheduling. Với hệ thống best effort (ví dụ mạng internet), mạng sẽ cung cấp QoS như nhau cho toàn bộ các thuê bao. No guarantee cũng tương tự như best effort. Hình 3.3: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau 3.2.3 Các tham số QoS trong mạng di động 4G Phân loại Tham số Ghi chú Độ trễ Thời gian một bản tin ( delay) được truyền Tính đúng lúc Thời gian đáp ứng (Timeliness) (response time) Jitter Độ biến động của độ trễ hay thời gian phản hồi Tốc độ dữ liệu mức hệ thống Băng thông Tốc độ dữ liệu mức ứmg (Bandwidth) dụng Tốc độ truyền tải Khả năng xử lý/s (Transaction rate Độ tin cậy MTTF (Mean time to failure) Khoảng thời gian hoạt động bình thường giữa các sự cố MTTR (Mean time to repair) Khoảng thời gian từ khi có sự cố tới lúc bắt đầu hoạt động bình thường (reliability) MTBF MTBF=MTTF+MTTR (Mean time between failures) Phần trăm thời gian sử MTTF/MTTF+MTTR dụng Tỷ lệ lỗi hay mất mát Tỷ lệ lỗi mạng Cảm nhận của khách hàng (Perceived QoS) - Picture detail - Video smoothness -Video/audio synchronisation -Độ phân giải ảnh Tiền phải trả để thiết lập Per-use cost kết nối, hay truy cập lại tới Cước (Cost) tài nguyên Per-unit cost Tiền phải trả cho một đơn vị dữ liệu hay đơn vị thời gian (tức là cước kết nối và cước per query) Sự tin cẩn Ngăn chặn truy cập thông (Confidentiality) tin Tính bảo mật (Security) Tính nguyên vẹn (Integrity) Đảm bảo dữ liệu không thay đổi trong quá trình truyền dẫn Non-repudiation of sending or delivery Các chữ ký để xác nhận người gửi hay người nhận Kiểm chứng nhận dạng Sự xác nhận của người sử dụng hay nhà (Authentication) cung cấp dịch vụ để ngăn chặn sự gian lận.... 3.2.4 Thách thức về chất lượng dịch vụ trong mạng di động 4G Trong các mạng vô tuyến, chất lượng dịch vụ được dựa trên đo lường hiệu quả của một hệ thống được phản ánh từ chất lượng truyền dẫn tới các dịch vụ đang có (ví dụ 4G yêu cầu độ tin cậy đạt tới 99,99%). QoS trong mạng 4G phải đối mặt với rất nhiều khó khăn. Khi xem xét QoS phải quan tâm tới rất nhiều yếu tố trong mạng 4G như: đặc tính kênh tốc độ biến thiên, ấn định băng tần, mức độ dung sai lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạng vô tuyến khác nhau,… Hỗ trợ QoS xuất hiện trong đóng gói, truyền dẫn, định tuyến và tại cấp độ mạng. QoS có thể khác nhau tại các cấp độ hoạt động khác nhau. Các đặc tính kênh tốc độ thích ứng cho các ứng dụng thực tế 4G có độ rộng băng và các yêu cầu truyền dẫn khác nhau. Theo yêu cầu cung cấp một mạng vững chắc cho truy nhập tới các ứng dụng 4G hỗ trợ đã dề cập ở phía trên, mạng 4G phải đựoc thiết kế trên cả hai phưong diện mềm dẻo và quy mô. Các tính chât kênh tốc độ thay đổi phải được xem xét trên hiệu năng người sử dụng yêu cầu và đảm bảo quản lý mạng hiệu quả. Phổ là một tài nguyên hữu hạn. Trong các hệ thống vô tuyến hiện tại cấp phép tần số và quản lý phổ hiệu quả là vấn đề mấu chốt. Với các hệ thống 4G, ấn định độ rộng băng tần vẫn còn là một sự quan tâm lớn. Sự quan tâm khác là đồng hợp tác giữa các kỹ thuật báo hiệu được định hướng sử dụng trong 4G (ví dụ 3xRTT, W-CDMA). So sánh với mạng 2G và 2.5G hiện tại, 4G có nhiều khả năng khắc phục lối như chấp nhận hay loại trừ khi mạng sự cố, vùng phủ kém, rớtt cuộc gọi. Kỹ thuật 4G hứa hẹn cải thiện QoS nhờ sử dụng các kỹ thuât chuẩn đoán và các công cụ báo hiệu. 4G sẽ hỗ trợ tốt hơn roaming và chuyển giao giữa các mạng khác nhau. 4G thậm chí có thể hỗ trợ roaming giữa các mạng có công nghệ khác nhau nhờ sử dụng kỹ thuật báo hiệu LAS-CDMA. Một giải pháp khác là vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm cũng có thể hỗ trợ roaming giữa các mạng áp dụng công nghệ khác nhau. Phần lớn các thách thức về QoS trong 4G đều dang được nghiên cứu và các giải pháp đang được phát triển. Các nhà nghiên cứu rất tin tưởng 4G sẽ tạo ra chất lượng dịch vụ hơn hẳn mạng 2G và 2.5G hiện tại. 3.2.5 Bảo mật dịch vụ Có nhiều thành phần yêu cầu về bảo mật ở mức độ cao trong mạng 4G: . Khách hàng/ thuê bao cần phải có tính riêng tư trong mạng và các dịch vụ được cung cấp, bao gồm cả việc tính cước. Thêm vào đó, họ yêu cầu dịch vụ phải có tính sẵn sàng cao, cạnh tranh lành mạnh và bảo đảm sự riêng tư của họ. . Các nhà vận hành mạng, các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp truy nhập đều cần phải bảo mật để bảo vệ hoạt động, vận hành và kinh doanh của họ, đồng thời có thể giúp họ phục vụ tốt khách hàng cũng như cộng đồng. . Các quốc gia khác nhau yêu cầu và đòi hỏi tính bảo mật bằng cách đưa ra các hướng dẫn và tạo ra các bộ luật để đảm bảo tính sẵn sàng của dịch vụ, cạnh tranh lành mạnh và tính riêng tư. . Sự gia tăng rủi ro do sự thay đổi trong toàn bộ các quy định và các môi trường kỹ thuật càng nhấn mạnh sự cần thiết ngày càng gia tăng về tính bảo mật trong mạng. Các vấn đề cần bảo mật Các vấn đề này được thực hiện trong mọi dạng cấu hình 4G, bao gồm các dạng truyền dẫn khác nhau và xử lý các nguy cơ sau đây: . Từ chối dịch vụ: Nguy cơ này tấn công vào các thành phần mạng truyền dẫn bằng cách liên tục đưa dồn dập dữ liệu làm cho các khách hàng khác không thể sử dụng tài nguyên mạng. . Nghe trộm: Nguy cơ này ảnh hưởng đến tính riêng tư của một cuộc nói chuyện bằng cách chặn đường dây giữa người gửi và người nhận. . Giả dạng: Thủ phạm sử dụng một mặt nạ để tạo ra một đặc tính giả. Ví dụ anh ta có thể thu được một đặc tính giả bằng cách theo dõi mật mã và ID của khách hàng, bằng cách thao tác khởi tạo tin nhắn hay thao tác địa chỉ vào/ra của mạng. . Truy nhập trái phép: Truy nhập vào các thực thể mạng phải được hạn chế và phù hợp với chính sách bảo mật. Nếu kẻ tấn công truy nhập trái phép vào các thực thể mạng thì các dạng tấn công khác như từ chối dịch vụ, nghe trộm hay giả dạng cũng có thể xảy ra. Truy nhập trái phép cũng là kết quả của các nguy cơ kể trên. . Sửa đổi thông tin: Trong trường hợp này, dữ liệu bị phá hỏng hay làm cho không thể sử dụng được do thao tác của hacker. Một hậu quả của hành động này là những khách hàng hợp pháp không truy xuất vào tài nguyên mạng được. Trên nguyên tắc không thể ngăn cản khách hàng thao tác trên dữ liệu hay phá hủy một cơ sở dữ liệu trong phạm vi truy nhập cho phép của họ. . Từ chối khách hàng: Một hay nhiều khách hàng trong mạng có thể bị từ chối tham gia vào một phần hay toàn bộ mạng với các khách hàng/ dịch vụ/server khác. Phương pháp tấn công có thể là tác động lên đường truyền, truy nhập dữ liệu hay sửa đổi dữ liệu. Trên quan điểm của nhà vận hành mạng hay nhà cung cấp dịch vụ, dạng tấn công này gây hậu quả là mất niềm tin, mất khách hàng dẫn tới mất doanh thu. Các giải pháp tạm thời Các biện pháp đối phó có thể chia thành hai loại sau: phòng chống và dò tìm. Sau đây là các biện pháp tiêu biểu: ¾ Nhận thực ¾ Chữ ký số ¾ Điều khiển truy nhập ¾ Mạng riêng ảo ¾ Phát hiện xâm nhập ¾ Ghi nhật ký và kiểm toán ¾ Mã hóa Trong mọi trường hợp cần lưu ý rằng các hệ thống vận hành trong các thành phần của mạng 4G cần phải bảo vệ cấu hình như một biện pháp đối phó cơ bản: − Tất cả các thành phần không quan trọng (chẳng hạn như các cổng TCP/UDP) phải ở tình trạng thụ động. − Các đặc tính truy nhập từ xa cho truy nhập trong và truy nhập ngoài cũng phải thụ động. Nếu các đặc tính này được đăng nhập, tất cả các hoạt động cần được kiểm tra. − Bảng điều khiển server để điều khiển tất cả các đặc tính vận hành của hệ thống cần được bảo vệ. Tất cả các hệ thống vận hành có một vài đặc tính đặc biệt để bảo vệ bảng điều khiển này. − Hệ thống hoàn chỉnh có thể đăng nhập và kiểm tra. Các log file cần phải được giám sát thường xuyên. Thêm vào đó, cần phải nhấn mạnh rằng mạng tự nó phải có cách bảo vệ cấu hình. Ví dụ như nhà vận hành phải thực hiện các công việc sau: − Thay đổi password đã lộ. − Làm cho các port không dùng phải không hoạt động được.− Duy trì một nhất ký password. − Sử dụng sự nhận thực các thực thể. − Bảo vệ điều khiển cấu hình.  CHƯƠNG 4 LỘ TRÌNH TIẾN LÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 4 CHO VIETTEL MOBILE 4.1. ĐẶC ĐIỂM MẠNG THÔNGTIN DI ĐỘNG VIETTEL VietTel tuy là mạng mới được hơn một năm nhưng tính đến ngày 01/3/2006 đã có hơn hai triệu vượt qua S-fone để trở thành nhà cung cấp dịch vụ lớn thứ 3 tại Việt Nam. Viettel đang đẩy mạnh phát triển thêm các vùng phủ sóng và mua sắm thêm các thiết bị mới. Với hơn 1700 trạm thu phát sóng hiện tại và trên 1000 trạm phát sóng sẽ đầu tư vào năm 2