Giới thiệu Lab thực hành công nghệ mạng 4G LTE dành cho sinh viên

Yêu cầu chuẩn bị nguồn nhân lực triển khai, vận hành, khai thác hệ thống 4G LTE trong một tương lai gần đặt ra những đòi hỏi cấp bách đối với việc giảng dạy LTE nói chung và công tác thực hành nói riêng. Tuy vậy, tính mới của công nghệ, giá thành thiết bị, phần mềm mô phỏng quá cao khiến việc xây dựng một lab thực hành dành cho sính viên gặp nhiều khó khăn. Viện Công nghệ Thông tin và Truyền Thông CDIT (Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông) với vai trò là đơn vị nghiên cứu, ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ vào các sản phẩm, địch vụ và chương trình đào tạo đã thực hiện đề tài "Nghiên cứu thiết kế Serving Gateway (SGW) cho mạng di động thế hệ sau LTE advanced tại Việt Nam". Một trong những kết quả đạt được của đề tài là xây dựng Lab LTE phục vụ đào tạo chuyên ngành điện tử viễn thông,, bước đầu đã áp dụng thành công tại Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông,, giúp nâng cao chất lượng giảng dạy, nghiên cứu của Học viện.

1.ĐẶT VẤN ĐỀ

Là một trong những ứng viên cho 4G, LTE (và phiên bản nâng cấp LTE-Advanced) là công nghệ di động được quan tâm nhất hiện nay. Bên cạnh những ưu thế về chỉ tiêu kỹ thuật, LTE/LTE-A còn nổi trội hơn các công nghệ đối thủ ở khả năng tương thích ngược với các công nghệ thế hệ trước, quá trình chuyển đổi công nghệ dễ dàng và ít tốn kém hơn. Theo khảo sát của GSA (The Global mobíle Suppliers Association) được công bố trên trang gsacom.com [2] thì tới tháng 10/2013 đã có 222 mạng thương mại được đưa vào khai thác tại 83 nước trên thế giới. Cũng theo nguồn này, số lượng thuê bao LTE cho tới quý II/2013 đạt 126,1 triệu, tăng thêm 98 triệu trong vòng một năm, đạt tốc độ tăng trưởng 350%/năm.

Tại Việt Nam, mặc dù sớm nhất năm 2015 Bộ Thông tin và Truyền thông mới chính thức cấp phép tần số cho mạng 4G, nhưng các nhà vận hành, cung cấp dịch vụ đã tiến hành những bước chuẩn bị, triển khai thử nghiệm công nghệ này và đã đạt được những thành công nhất định. Theo xu hướng chung của thế giới, lựa chọn công nghệ LTE cho 4G ở Việt Nam mang tính tất yếu. Do đó, việc chuẩn bị đội ngũ nhân lực triển khai, vận hành, khai thác LTE trở nên cấp thiết trong một vài năm tới. Nhu cầu học tập, tìm hiểu về LTE trong các trường đại học, cũng như tại các công ty viễn thông để chuẩn bị chuyển giao sang 4G, vì thế, sẽ trở nên cấp bách hơn.

Nhiều trường đại học, trong đó có Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã đưa các nội dung về LTE vào giảng dạy. Để đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu về hệ thống LTE cho sinh viên và đội ngũ giảng viên, nghiên cứu viên trong các khoa, viện của Học viện, Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông CDIT đã xây dựng hệ thống LAB thực hành dựa trên kết quả đạt được của đề tài cấp nhà nước mang mã số KC.01.09/11-15: "Nghiên cứu thiết kế serving Gateway (SGW) cho mạng di động thế hệ sau LTE advanced tại Việt Nam".

2.XÂY DỰNG LAB THỰC HÀNH LTE DÀNH CHO SINH VIÊN

Sản phẩm của đề tài KC.01.09/11-15

Chi tiết các sản phẩm của để tài:

-Hệ thống Serving Gateway (SGW) có các chức năng và giao diện tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế, có khả năng giao tiếp với các thành phần mạng LTE
Advanced của các hãng khác nhau. Chức năng hệ thống SGW tuân thủ chức năng của SGW quy định trong tiêu chuẩn: ETSI TS 123 401 V10.3.0 (2011-03).

-Gói các phần mềm mô phỏng các thực thể mạng lõi của LTE Advanced dùng để kiểm thử chức năng của SGW gồm:

MME Simulator với giao diện S11 và S1-MME;

PGW Simulator với giao diện S5 và S8;

eNodeB Simulator với các giao diện S1u và S1- MME;

PRCF Simulator với giao diện Gx

Kiến trúc LAB thực hành cho sinh viên

Trên cơ sở kết quả đạt được của đề tài KC.01.09/11- 15, CDIT đã thiết kế và xây dựng LAB thí nghiệm thực hành dành cho sinh viên chuyên ngành viễn thông, gọi tắt là LAB LTE. Với LAB LTE, sinh viên và cán bộ nghiên cứu có thể tiến hành nhiều bài thực hành khác nhau về hoạt động của mạng lõi LTE, bao gồm đầy đủ các hoạt động của hệ thống như chức năng quản lý di động; chức năng ghi cước và các chức năng bổ trợ khác... Bên cạnh đó, hệ thống còn cho phép tiến hành các bài thực hành về các dịch vụ trên LTE như truy cập Internet tốc độ cao, dịch vụ thoại VoLTE... [3]. Trong kiến trúc tổng thể của LAB LTE, thực thể quản lý di động MME và trạm gốc eNodeB được xây dựng và kết hợp trên cùng một máy EUTRAN, còn các thực thể cổng dịch vụ SGW và cổng thông tin gói PGW được thực hiện riêng. Số lượng các thực thể có thể được tăng thêm trong những trường hợp thực hiện chuyển giao liên quan tới nhiều thực thể. LAB LTE cũng cung cấp các giao diện giúp cho người sử dụng có thể tương tác dễ dàng hơn với các thực thể từ các máy tính bên ngoài. Các chồng giao thức trên các giao diện giữa các thực thể được thực hiện theo đúng chuẩn 3GPP.

Hệ thống có thể sử dụng các máy tính chạy trên nền Linux để thực hiện các bài thực hành dịch vụ với kết nối như Hình 3 [3].

Hoặc sử dụng các máy trên nền Windows để thực hiện các bài thực hành về mặt chức năng và giao thức theo Hình 4 [3].

3.KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Tổng số bài LAB cơ bản khoảng 50 bài chia thành các nhóm:

-Nhóm bài đo liên quan tới chức năng:

-Nhóm bài đo liên quan tới giao thức: Nhóm bài đo này giúp sinh viên hiểu rõ được chi tiết từng bản tin, từng tham số của bản tin trong từng kịch bản hoạt động của mạng 4G LTE.

-Nhóm bài đo liên quan tới hiệu năng: Hiệu năng thể hiện độ ổn định của hệ thống, khả năng cũng như dung lượng thuê bao có thể phục vụ được của hệ thống. Nhóm bài đo này sẽ trang bị cho sinh viên những kiến thức ban đầu, những tham số cần phải lưu ý và phương pháp để đánh giá hoạt động của một hệ thống.

-Nhóm bài đo liên quan tới dịch vụ: Đây có thể coi là điểm nhấn của LAB LTE khi cho phép sinh viên có cái nhìn trực quan về hoạt động cung cấp dịch vụ của mạng 4G LTE. Các dịch vụ LAB LTE có thể cung cấp là truy nhập Internet, dịch vụ thoại (VoLTE), dịch vụ IPTV.

KẾT LUẬN

LAB 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 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.

Tài liệu tham khảo

[1].Ericsson, Ericsson Mobility Report - November 2013, 2013.
[2].GSA, "GSA," [Online]. Available: http://www.gsacom.com.
[3]. CDIT, KC.01.09/11-15: “Nghiên cúu thiết kế serving Gateway (SGW) cho mạng di động thế hệ sau LTE advanced tại Việt Nam”, 2013.

ThS. Hoàng Mạnh Thắng, ThS. Hoàng Xuân Sơn

(TCTTTT Kỳ 1/11/2014)