Tài liệu Nghiên cứu hệ thống 4g lte tại phòng lab học viện

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 -----*****----- BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG 4G LTE TẠI PHÒNG LAB HỌC VIỆN Giảng viên hướng dẫn Phạm Thị Thuý Hiền HÀ NỘI 2021 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Sau bốn năm là sinh viên thuộc khoa Viễn Thông, học trên giảng đường Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông thì em đã tích lũy được cho bản thân mình nhiều kiến thức. Quá trình thực tập một mặt là yêu cầu bắt buộc với sinh viên nhưng mặt khác đây cũng là một giai đoạn hết sức ý nghĩa, quan trọng giúp sinh viên tập làm quen với công việc thực tế, hội nhập vào môi trường doanh nghiệp. Trong thời gian thực tập, sinh viên có thể học hỏi thêm được nhiều điều, đồng thời cũng là cơ hội để phát triển ra những điểm còn yếu trong kiến thức và khả năng của mình, để từ đó bổ sung, bù đắp trước khi rời ghế nhà trường. Được sự tận tình giúp đỡ hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn là cô Phạm Thị Thuý Hiền và nỗ lực trong học tập, tìm tòi học hỏi, em đã hoàn thành báo cáo thực tập tốt nghiệp của mình. Báo cáo này gồm 2 phần chính: - Phần I : Nội dung nghiên cứu Lab 4G - Phần II: Tìm hiểu phần mềm đo kiểm vô tuyến TEMS Trong quá trình thực hiện báo cáo, tuy đã cố gắng nhưng em vẫn còn những hạn chế về thời gian tìm hiểu, kiến thức cũng như là kinh nghiệm và vẫn còn nhiều sai sót. Em rất mong được nhận những ý kiến đóng góp và nhận xét của cô để em có thể hoàn thiện hơn. 2 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp MỤC LỤC 3 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Phần I : Nội dung nghiên cứu Lab 4G 1.1 Giới thiệu khái quát Lab 4G LTE Sáng 19/9/2020, Bộ trưởng Bộ Thông tin & Truyền thông (Bộ TT&TT) Nguyễn Mạnh Hùng đã cắt băng khánh thành phòng lab mạng di động thế hệ thứ 4 (4G) tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Phòng lab này là một mạng 4G LTE hoàn chỉnh với đầy đủ các dịch vụ cơ bản do tập đoàn Viettel nghiên cứu, phát triển và trao tặng cho học viện. Các hệ thống chính tại phòng lab gồm trạm thu phát sóng eNodeB, hệ thống chuyển mạch gói EPC (Evolved Packet Core), hệ thống cung cấp các dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên nền mạng IP - IMS (IP Multimedia Subsystem) và hệ thống tính cước thời gian thực OCS (Online Charging System). Thông qua phòng lab 4G vừa được khai trương, giảng viên và sinh viên học viện có thể thực hiện việc mô phỏng cuộc gọi End to End, mô phỏng truy cập website và lưu lượng di động, tính cước dịch vụ thoại, data, thực hiện thủ tục Handover với các giao diện mạng LTE: S1, S6a, S5/S8, S10, Gx, Gy… Với tổng giá trị đầu tư lên đến 8,5 tỷ đồng, đây là phòng thí nghiệm mạng 4G LTE hoàn chỉnh đầu tiên và duy nhất tại Việt Nam được trang bị cho một trường đại học để nghiên cứu. -Quy mô sản phẩm tại Viettel Lab 4G +Thiết bị vô tuyến : Thiết bị vô tuyến Macro eNodeB kinh doanh tại 02 thị trường Việt Nam và Campuchia với dung lượng 1000 trạm +Mạng lõi : Hệ thống EPC: Kinh doanh tại 01 thị trường (1 triệu thuê bao, 60G Data). Hệ thống IMS: Kinh doanh tại 02 thị trường (Việt Nam, Myanmar) Hệ thống OCS: Kinh doanh tại 11 trường Việt Nam và 10 nước Viettel đầu tư (Dung lượng gần 200 triệu thuê bao) 4 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp 1.2.Tìm hiểu kiến trúc Lab 4G LTE -Mô hình kiến trúc Logic mạng Viettel Lab 4G -Mô hình Topo Mạng 5 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp -Phân lớp mạng : +Lớp thiết bị đầu cuối : Cung cấp cho người dùng sử dụng dịch vụ Data,Thoại VolTE,trong thời gian tới nâng cấp bổ sung phiên bản hỗ trợ SMS +Lớp mạng truy nhập : Gồm 2 thành phần: Mạng vô tuyến (eNodeB) và Mạng truyền dẫn (Switch). +Lớp mạng lõi : Gồm 3 thành phần: Hệ thống chuyển mạch gói 4G (EPC), Hệ thống cung cấp dịch vụ thoại 4G chất lượng cao (IMS), Hệ thống Tính cước thời gian thực (vOCS). -Mô hình Vật Lý *Mạng Truy Nhập -Hệ Thống Vô Tuyến +Cấu trúc bao gồm : Gồm 2 khối chính là Baseband Unit (BBU) và Remote Radio Unit (RRU). BBU và RRU kết nối với nhau thông qua chuẩn giao diện CPRI +Chức năng : 6 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Hỗ trợ 3600 thuê bao/eNode B Hỗ trợ cac băng tần 1800MHz và 2600MHz Hỗ trợ 2 đường thu phát, công suất Tốc độ tối đa 150Mbps cho đường xuống ,32.5 Mbps cho đường lên Baseband Unit AnAtn etnenn naass Clock & Control Synchronous sources (GPS, 1588,...) Clock Control EP C Transpor t Baseba nd Process ing L1,L2, L3 R (Remote) emote Radio Radio Units Units CP RI RF Front-end RF Transceiv er Power Supply Power Supply Power Suppy Unit eNodeB -Mạng Truy Nhập :Hệ Thống Vô Tuyến -Mạng Truy Nhập :Hệ Thống Truyền dẫn 7 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Uplink đấu nối với thiết bị mạng của HVCNBCVT Port-channel đấu nối xuống server Port quản trị các thiết bị HVCNBCVT VPC domain 2x10Ge SW.GOM.01 SW.GOM.02 1xGe 2x100Ge SW.MNGT.01 1xGe Server -Mạng lõi : Hệ thống EPC MSC/VL R BSC A Abis BTS GERA N GMSC E Externa l Networ k SGs SMSC CS CORE EC/D Gb P_GW S_GW Gx S5/S8 eNode B PCRF Interne t EP C S11 SGi SGs MME EUTRA N HSS OCS C/D S6a HLR S6d GGSN -Mạng lõi : Hệ thống IMS Gb NodeB Iub RNC UTRA N IuPS Gn SGSN PS CORE 8 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp -Hệ thống IMS PCR F OCS AS MMTEL U E IP Connectivit y Network EPC SB C PCSCF eNod eB BG F ICSC F IMSCO RE SCSCF MRF MRF C MRF P -Hệ thống OCS 3.0 -CALL FLOW :Luồng DATA -CALL FLOW: Luồng Data 9 HS S Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp -CALL FLOW :Luồng thoại 1.3 Thiết lập vận hành chung hệ thống -Thiết bị phần cứng : 10 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp -Thiết kế Layout Tủ Rack Thiết bị -Kết nối Vật Lý 11 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp -Mô hình Topo Mạng -Kết nối Logic 12 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp -Cấu hình thiết bị Switch -Cấu hình thiết bị máy chủ 1.4 Kiến trúc EPC,euTran 13 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp 1.4.1 Tìm hiểu tổng quan về kiến trúc EPC,eUTRAN Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ hoàn toàn chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ cao và độ trễ tối thiểu. Với một thiết kế phẳng hơn, đơn giản hơn, chỉ với 2 nút cụ thể là nút B (eNodeB) và phần tử quản lý di động (MME/GW). Phần điều khiển mạng vô tuyến RNC được loại bỏ khỏi đường dữ liệu và chức năng của nó được thực hiện trong các eNodeB. Hình dưới mô tả kiến trúc và thành phần mạng LTE chỉ có một E-UTRAN. Kiến trúc của mạng về cơ bản được chia làm 4 phần chính: thiết bị người sử dụng (User Equipment); mạng truy cập vô tuyến E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Access Network); mạng lõi gói phát triển EPC (Evolved Packet Core); và các mạng ngoài. UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức mạng IP ở lớp kết nối. Chúng được gọi là hệ thống gói phát triển (EPS). Chức năng chính của lớp nay là cung cấp kết nối dựa trên nền tảng IP, tất cả các nút chuyển mạch và các giao diện được nhìn thấy trong kiến trúc 3GPP trước đó không có mặt trong E-UTRAN và EPC. Sự phát triển của R-UTRAN tập trung vào nút B phát triển (eNodeB). Tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc ở đó, tức là eNodeB là điểm kết thúc cho tất cả các giao thức vô tuyến có liên quan. E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của các eNodeB kết nối với nhau thông qua giao diện X2. Các eNodeB kết nối trực tiếp với mạng lõi EPC thông qua giao diện S1. 14 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Mỗi eNodeB hỗ trợ các tính năng liên quan đến các quá trình lớp vật lý khi truyền phát và nhận thông qua các giao diện vô tuyến như: điều chế, giải điều chế; mã hóa kênh và giải mã hóa. Ngoài ra eNodeB còn có những tính năng bổ xung thay cho các bộ kiếm soát trạm gốc trong mạng UTRAN trước đó. Ví dụ như: kiểm soát tài nguyên vô tuyến, quản lý tính di động vô tuyến, các giao thức lớp 2 về giao diện vô tuyến... Một trong những thay đổi lớn trong kiến trúc mạng LTE là trong khu vực mạng lõi EPC không chứa các chuyển mạch kênh, và không có kết nối trực tiếp với các mạng chuyển mạch truyền thống như ISDN hay PSTN. Mạng lõi EPC bao gồm các thực thể chức năng như: thực thể quản lý di động MME (Mobility Management Entity), máy chủ thuê bao lân cận HSS, cổng dịch vụ S-GW, cổng dữ liệu gói P-GW, chức năng tính toán chi phí và các chính sách dịch vụ PCRF. MME chịu trách nhiệm về những tính năng trong mặt phẳng kiểm soát, liên quan tới việc quản lý các thuê bao và các phiên truyền dẫn. Nó hỗ trợ các phương thức bảo mật liên quan tới việc xác minh người sử dụng; xử lý các phiên truyền dẫn giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy cập; quản lý các thiết bị rảnh rỗi. HSS là sự kết hợp của HLR (Home Location Register) và AUC (Authentication Center), 2 khối chức năng đã xuất hiện trong các mạng 2G/GSM và 3G/UMTS. Phần HLR của HSS có nhiệm vụ lưu trữ và cập nhật khi cần thiết cơ sở dữ liệu chứa tất cả các thông tin đăng ký của người sử dụng, bao gồm: thông tin nhận dạng người sử dụng và địa chỉ, thông tin chi tiết của người sử dụng (trạng thái hoạt động, chất lượng gói dịch vụ…). Phần AUC của HSS có nhiệm vụ tạo ta những thông tin bảo mật từ chuỗi nhận dạng người sử dụng. Thông tin bảo mật này cung cấp cho HLR và xa hơn là thông tin đến các thực thể khác của mạng. Thông tin bảo mật này được sử dụng chủ yếu cho: việc xác minh qua lại các thiết bị mạng, mã hóa đường truyền dẫn vô tuyến, đảm bảo dữ liệu và tín hiệu báo hiệu được truyền giữa mạng và thiết bị người sử dụng không bị nghe trộm hay xâm nhập. Phần tử SAE GW là sự kết hợp của cổng dịch vụ (S-GW) và cổng mạng dữ liệu gói (PGW). Cổng dịch vụ S-GW là một điểm đầu cuối của giao diện dữ liệu gói hướng đến mạng truy cập E-UTRAN. Khi các thiết bị người sử dụng di chuyển giữa các eNodeB trong mạng truy cập 15 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp E-UTRAN, thì S-GW đóng vai trò như những điểm trung chuyển (chuyển giao). Nó cũng là điểm trung chuyển giữa mạng truy cập E-UTRAN với các mạng truy cập cũ hơn như 2G/GSM, 3G/UMTS. Cũng giống như S-GW, P-GW là điểm đầu cuối của giao diện dữ liệu gói nhưng hướng tới các mạng dữ liệu gói bên ngoài (Packet Data Networks). P-GW hỗ trợ các tính năng về chính sách dịch vụ cũng như lọc các gói dữ liệu và hỗ trợ tính phí… Máy chủ PCRF quản lý các chính sách dịch vụ và gửi thông tin về chất lượng dịch vụ cho mỗi phiên người sử dụng và các thông tin về quy tắc tính toán. PCRF là sự kết hợp của 2 nút chức năng PDF (The Policy Decision Function) và CRF (The Charging Rules Function). PDF là thực thể mạng có nhiệm vụ đưa ra những chính sách dịch vụ. Vai trò của CRF là cung cấp các quy tắc tính phí áp dụng cho từng dòng dữ liệu phục vụ. CRF chọn lựa những quy tắc tính phí chính xác dựa trên thông tin cung cấp từ P-CSCF, cũng như bộ nhận dạng ứng dụng, loại dòng tín hiệu (audio, video…), tốc độ dữ liệu… Thiết bị người sử dụng thường là những thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh, laptop, máy tính bảng, hay một thẻ dữ liệu như mọi người vẫn sử dụng trong mạng 2G, 3G… 1.4.2 Khai báo,vận hành EPC ,euTRAN Thiết bị eNodeB của Viettel hỗ trợ 02 mô hình quản lý, giám sát: +Quản lý từ xa bằng hệ thống EMS chạy trên mạng nội bộ. +Quản lý, giám sát trực tiếp tại trạm Remote Maintenance EMS Client Local Maintenance VTK IP Network eNodeB EMS Server 28 ***Hệ thống quản lý từ xa EMS 16 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp - Hỗ trợ quản lý tới 10.000 eNodeB - 50 người truy nhập đồng thời vào hệ thống - Lưu trữ KPI/cảnh báo trong thời gian tới 1 năm NE Site -Quản lý phần cứng/mềm eNodeB 1 -Quản lý lỗi eNodeB 2 eNodeB n -Quản lý hiệu năng -Quản lý cấu hình -Quản lý quyền truy cập *** Quản lý tại trạm -Kết nối cáp LAN từ máy tính tới kết nối eNodeB qua cổng LMT trên card CTC - Thiết lập địa chỉ máy tính cùng dải mạng 192.168.0.x với địa chỉ giám sát local của eNodeB (192.168.0.2) 17 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Trên trình duyệt web, nhập địa chỉ OAM IP mặc định của eNodeB là 192.168.0.2 Nhập user/password để đăng nhập vào hệ thống, mặc định: Username: vttek_oam 123456a@ -Quản lý lỗi -Quản lý hiệu năng -Quản lý cấu hình mạng -Truy vấn thông qua giao diện lệnh 1.5 Tổng kết nội dung nghiên cứu Lab 4G LAB 4G LTE đã tạo dựng cơ sở để sinh viên Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông có thể tiếp cận một trong những công nghệ viễn thông tiên tiến nhất thông qua các bài thực hành trực quan. Điều này sẽ giúp các sinh viên hình dung cụ thể về hệ thống, củng cố vững chắc kiến thức lý thuyết đã học trên lớp và tiếp thu dễ dàng hơn ở những bài giảng tiếp theo. Ngoài ra, hệ 18 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp thống LAB LTE cũng giúp cho đội ngũ giảng viên, nghiên cứu viên của Học viện có công cụ đào sâu vào những vấn đề cụ thể, kiểm nghiệm thực tiễn kết quả nghiên cứu của mình trong các lĩnh vực liên quan. Chắc chắn đây sẽ là một bước thúc đẩy mạnh mẽ cho chất lượng đào tạo và nghiên cứu về LTE của Học viện. Phần II: Tìm hiểu phần mềm đo kiểm vô tuyến TEMS 2.1 Tìm hiểu quá trình đo kiểm vô tuyến 3G UMTS, 4G LTE Hiện nay có một số hãng máy đo được các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng thiết bị để đo kiểm chất lượng dịch vụ 4G LTE dựa trên phương pháp đo kiểm đánh giá như: Phần mềm phục vụ Drivetest . Thiết bị đo được sử dụng cho phương thức đo Drivetest bao gồm một số hãng sau: Ascom TEMS Investigation Anite Nemo Outdoor Swissqual Accuver XCAL Series TEMS Investigation và Nemo là 2 công cụ đo phổ biến nhất được sử dụng cho phương thức Drive test. Trang thiết bị phục vụ Drivetest • Các công cụ chuẩn bị drive test: Laptop GSP Phần mềm TEMS Dongle (TEMS licence) Điện thoại (Hỗ trợ TEMS) Cáp kết nối Inverter Phương tiện di chuyển (Oto, xe máy…) Dữ liệu như cellfile, bản đồ… Cellfile: trong LTE gồm một số trường sau: cell, site, tần số, PCI, TAC, MCC, MNC, CI, Long, Lat, ANT_Direction… 19 Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Giới thiệu một số thiết bị UE phục vụ cho quá trình đo kiểm LTE: - Samsung Galaxy Note 4 SM-N910F Băng tần hỗ trợ: LTE 2100 (Band 1), 1900 (B2), 1800 (B3), AWS 700/2100 (B4), 850 (B5), 2600(B7), 900 (B8), 700 (B17), 800 (B20) WCDMA 850 (Band V), 900 (VIII), 1900 (II), 2100 (I) GSM 850, 900, 1800, 1900 Băng thông hỗ trợ: LTE Category 6 (300/50 Mbit/s) , HSDPA Category 24 (42 Mbit/s), HSUPA Category 6 (5.8Mbit/s),GPRS/EDGE Class 12 - Samsung S6 SM-G920F Băng tần hỗ trợ: LTEband 1(2100), 2(1900), 3(1800), 4(1700/2100), 5(850), 7(2600), 8(900), 12(700), 17(700), 18(800), 19(800), 20(800), 26(850). UMTS: HSPA+ 850 (Band V), 900 (Band VIII), 1700 (Band IV), 1900 (Band II), 2100 (Band I) MHz ,GSM: GPRS/EDGE 850, 900, 1800, 1900 MHz Băng thông hỗ trợ:LTE Cat6 300/50 Mbps - TEMS Investigation: TEMS Investigation là một công cụ kiểm tra, phát hiện các bản tin trên giao diện vô tuyến theo thời gian thực. Công cụ này được sử dụng như một giải pháp đo kiểm từ đầu cuối tới đầu cuối để nhằm phục vụ cho việc tối ưu, và xử lý lỗi của chất lượng dịch vụ trong giao diện vô tuyến về phía thuê bao trong các kịch bản thử nghiệm khác nhau như: khi di chuyển, khi trong các tòa nhà… Công cụ này cung cấp các tính năng mở cho các công nghệ, chức năng và các thiết bị mới và luôn được cập nhật phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển. TEMS Investigation hỗ trợ hầu hết các công nghệ như LTE – A, LTE, GSM, WCDMA, HSPA, HSPA+, CDMA, Wimax… 20