iểu luận HSDPA

Mục lục

Trang

Các thuật ngữ 2

1. Công nghệ HSDPA 3

2. Giới thiệu 4

3. Các lớp chất lượng dịch vụ UMTS 4

3.1. Mô tả lớp dòng chảy UMTS QoS 5

3.2. Mô tả lớp tác động và lớp nền trong UMTS QoS 7

3.3. PSS Streaming Session trong mạng 3G. Các giao thức và mã hóa 9

3.3.1. PSS trong mạng 3G 9

3.3.2 Truyền tin đa phương tiện trong mạng UMTS. 10

4. Tác động giữa các thuộc tính GBR và MBR UMTS QoS và server

truyền tin đa phương tiện 11

5. Sự phát triển và tương lai của công nghệ HSDPA 13

Tài liệu tham khảo 14

Trang 1

iểu luận HSDPA

Các thuật ngữ

3G Third Generation

AMR Adaptive Multi Rate (speech codec)

BLER Block Erasure Rate

FTP File Transfer Protocol

GBR Guaranteed Bit Rate

GGSN Gateway GPRS Support Node

PDP Packet Data Protocol

PDU Protocol Data Unit

PS Packet Scheduling

PSS Packet Switched Streaming Service

QoS Quality of Service

RTP Real Time Protocol

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

TCP Transmission Control Protocol

SMS Short Message Service

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

Trang 2

iểu luận HSDPA

1. Công nghệ HSDPA

HSDPA là một phương thức truyền tải dữ liệu theo phương thức mới. Đây

được coi là sản phẩm của dòng 3.5G. công nghệ này cho phép dữ liệu download

về máy điện thoại có tốc độ tương đương với tốc độ đường truyền ADSL, vượt

qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một chiếc điện thoại thông

thường. Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển

trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA.

HSDPA có tốc độ truyền tải dữ liệu lên tối đa gấp 5 lần so với khi sử dụng

công nghệ W-CDMA. Về mặt lý thuyết, HSDPA có thể đạt tốc độ truyền tải dữ

liệu lên tới 8-10 Mbps (Megabit/giây). Mặc dù có thể truyền tải bất cứ dạng dữ

liệu nào, song mục tiêu chủ yếu của HSDPA là dữ liệu dạng video và nhạc.

HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, sử dụng các phương pháp

chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác. Nó tạo ra một kênh truyền dữ liệu bên trong

W-CDMA được gọi là HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel), hay

còn gọi là kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao. Kênh truyền tải này hoạt động

hoàn toàn khác biệt so với các kênh thông thường và cho phép thực hiện

download với tốc độ vượt trội. Và đây là một kênh chuyên dụng cho việc

download. Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ nguồn đến

điện thoại. Song quá trình ngược lại, tức là truyền dữ liệu từ điện thoại đến một

nguồn tin thì không thể thực hiện được khi sử dụng công nghệ HSDPA. Công

nghệ này có thể được chia sẻ giữa tất cả các user có sử dụng sóng radio, sóng cho

hiệu quả download nhanh nhất.

Ngoài HS-DSCH, còn có 3 kênh truyền tải dữ liệu khác cũng được phát

triển, gồm có HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel – kênh điều khiển

dùng chung tốc độ cao), HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control

Channel – kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao) và HS-PDSCH (High

Speed Downlink Shared Channel – kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao).

Trang 3

iểu luận HSDPA

Kênh HS-SCCH thông báo cho người sử dụng về thông tin dữ liệu sẽ được gửi

vào các cổng HS-DSCH.

Trong năm 2007, một số lượng lớn các nhà cung cấp dịch vụ di động trên

toàn thế giới đã bắt đầu bán các sản phẩm USB Modem có chức năng kết nối di

động băng thông rộng. Ngoài ra, số lượng các trạm thu phát HSDPA trên mặt đất

cũng tăng nhanh để đáp ứng nhu cầu thu phát dữ liệu. Được giới thiệu là có “tốc

độ lên tới 3.6 Mbit/giây”, song đây chỉ là con số có thể đạt được trong điều kiện

lý tưởng. Do vậy, tốc độ đường truyền sẽ không nhanh như mong đợi, đặc biệt là

trong điều kiện phòng kín.

2. Giới thiệu

Trong hệ thống thông tin di động, các nhà điều hành và phân phối mạng

cần cung cấp các dịch vụ mới để hổ trợ cho khách hàng như các dịch vụ hỗ trợ

trong kinh doanh, giải trí, các thông tin v.v.. Mạng di động thế hệ thứ 3 (mạng

3G) được thiết kế để cung cấp không chỉ để nâng cao tốc độ chuyển mạch mà còn

cung cấp các dịch vụ phuvj vụ giả trí đa phương tiện như truyền hình hành từ

người đến người với chất lượng tốt hơn bằng cách truy cập đến các dịch vụ trong

mạng riêng hoạc mạng công cộng. UMTS, đóng vai trò như là một hệ thống các

dịch vụ được cung cấp bởi mạng 3G, phải được cung cấp một dung lượng truyền

phức để mang tất cả các dịch vụ đa phương tiện này và các dịch vụ trong mạng IT

xã hội.

3. Các lớp chất lượng dịch vụ UMTS

Một ứng dụng được xác định như một task yêu cầu thông tin của một hoặc

nhiều dòng thông tin, giữa hai hoặc nhiều hơn phần ở các khu vực riêng biệt.

Có nhiều cách phân loại các dịch vụ tùy thuộc vào các chuẩn phân lớp.

3GPP sẽ tạo một lớp giao thông tùy theo các yêu cầu của chất lượng dịch vụ QoS.

QoS tùy thuộc vào hoạt động của các dịch vụ được xác định bởi mức đọ thỏa mãn

của các dịch vụ đầu cuối cấp đến user. Có bốn phân lớp đấy chính là:

- Lớp giao tiếp

Trang 4

iểu luận HSDPA

- Lớp dòng chuyển thông tin

- Lớp tác động qua lại

- Lớp nền

Sự khác biệt chính giữa các lớp đấy chính là độ nhạy trễ của lưu lượng như

thế nào. Lớp giao tiếp rất nhạy với dộ trễ trong khi đó, lớp nền có độ nhạy trễ cao

nhất.

Lưu lượng tương ứng với lớp giao tiếp tùy thuộc với thời gian giao tiếp

thực gữa các dòng thông tin. Thành phần giao tiếp này yêu cầu độ trễ end - to -

end thấp thỏa mãn yêu cầu nghiêm ngặc của người tiêu dùng. Một dịch vụ như

tốc độ tiếng nói, voice qua IP hoặc video. HSDPA tập trung đến các lớp dòng, lớp

tác động và lớp nền nhưng không tác động đến lưu lượng giao tiếp. Đặc tính của

các lớp được mô tả như sau:

3.1. Mô tả lớp dòng chảy UMTS QoS

Khi user xem (hoặc nghe) hình ảnh (hoặc âm thanh) bằng thời gian thực

khi đó dòng lưu lương theo thời gian thực sẽ được hỗ trợ. Dòng dữ liệu thực sẽ

hướng đến một đích live. Mô hình này là mô hình truyền một đường. Đặc điểm

cơ bản của lớp QoS chính là: thông tin được duy trì giữa các đối tượng trao đổi

thông tin của dòng dữ liệu, mặc dù nó không có băt skỳ yêu cầu nào đối với độ trễ

truyền giữa các điểm đầu cuối. Để độ trễ đầu cuối – đầu cuối thay đổi lớn hơn cho

phép, các streaming ứng dụng sẽ cung cấp một khoảng thời gian để giải mã thông

tin đặt tại đầu nhận. Hình 2.1 mô tả sự thay đổi độ trễ mạng qua một bộ đệm trễ

dùng cho một ứng dụng video với tốc độ bít không đổi.

Trang 5

iểu luận HSDPA

+ Độ trễ truyền: Tùy thuộc vào đặc tính của mỗi nhóm dịch vụ, đối với

dòng dữ liệu audio, lưu lượng được tạo ra là không đột ngột trong khi đó, lưu

lượng đối với video sẽ tạo ra đột ngột hơn. Trong cả hai trường hợp, chúng ta cần

có một độ trễ truyền tương ứng với mỗi đơn vị dữ liệu của dịch vụ cung cấp.

(SDU – Service Data Unit)

+ Tốc độ bit đảm bảo (Duaranteed Bit Rate – GBR): Tốc độ bít đượcxác

định để đảm bảo với các ứng dụng hoặc yêu cầu của user. Các thuộc tính giới hạn

( ví dụ như độ trễ truyền , .v.v..) cần để đảm bảo cho lưu lượng phải cao hơn tốc

độ bit đảm bảo.

+ Tốc độ bit lớn nhất (Maximum Bit Rate – MBR): Thông số này mô tả

giứoi hạn trên của tốc độ bít cấp cho user hoặc cho ứng dụng. Thuộc tính này

được xác định cho các ứng dụng hoạt động ở các tốc độ bit khác nhau ví dụ như

các ứng dụng video sẽ được mã hóa theo thời gian thực.

+ Tỉ lệ bit lỗi SDU ( SDU Error Ratio): Thông số xác định đoạn SDU bị

mất hoặc đoạn bbị xem như là lỗi. Các yêu cầu về tỉ lệ lỗi SDU sẽ gây ảnh hưởng

kéo theo của các mode hoạt động của lớp điều khiển truyền tin ( Radio Link

Trang 6

iểu luận HSDPA

Control – RLC). Nếu lớp vật lý không thể cung cấp một kết nối đến SDU, lớp

RLC sẽ hoạt động ở acknowledged mode để đảm bảo thuộc tính giới hạn biên.

+ Tỉ lệ bít lỗi thừa (Residual Bit Rate) Tỉ lệ bít lỗi không mong muốn được

tạo ra từ các bộ SDU.

+ Delivery of Erroneous SDUs: xác định nếu SDU phát hiện lỗi.

Bằng cách sử dụng tỉ lệ bit lỗi SDU, Tỉ lệ bit lỗi thừa và SDU phát hiện

lỗi, chúng ta sẽ xác định được lỗi của ứng dụng. Hơn thế nữa, ba thuộc tính này

sẽ kết hợp với độ trễ truyền để xác định phần trăm gói được chuyển đi trong một

thời gian xác định.

3.2. Mô tả lớp tác động và lớp nền trong UMTS QoS

Lớp tác động là một loại hình giao tiếp none real time., ở đấy một đường

truyền đến user yêu cầu dữ liệu từ thiết bị điều khiển. Thông tin được đặc trưng

bởi thành phần đáp ứng các yêu cầu của đầu cuối user. Một trong những thành

phần chính trong hình thức này là đáp ứng thời gian. Đáp ứng thời gian của dịch

Trang 7

iểu luận HSDPA

vụ có thể được xác định như là chu kỳ thời gian trôi qua đối với dữ liệu nhất định

cho đến khi thu được thông tin cuối cùng.

Lớp nền là một hình thức khác của trao đổi thông tin Non Real Time, nó

tối ưu hóa việc trao đổi thông tin giữa các thiết bị mà không bị trễ. Chú ý rằng,

lớp này thích hợp cho những ứng dụng không yêu cầu tác động tức thời và thông

tin trễ trong vài giây, có thể chấp nhận trong 10 giây hoặc trong vài phút vì đích

đến không yêu cầu thông tin phải được đưa đến trong một khoảng thời gian xác

định. Đối với các dịch vụ tại lớp tác động, thông tin phải truyền đi rạch ròi một

vài dịch vụ như truyền email ( server đến server), dịch vụ truyền các tin nhắn

ngắn (SMS), dịch vụ các tin nhắn đa phương tiện (MMS) hay truyền các file FPT,

fax, v.v…

Các thuộc tính của bộ UMTS ở lớp tác động và lớp nền như sau:

+ tỉ lệ bit lỗi SDU (SDU Error Ratio): Khi thông tin này được truyền đi, tỉ

lệ bit lỗi SDU là mang tính cấp bách. ( trong khoảng 10-3 đến 10-6 được cho như

trên bảng 2.1). Với kết quả tỉ lệ bit lỗi SDU thu được như vậy, lớp RLC sẽ hoạt

động ở mode acknowledged. Khi hoạt động ở mode này, lớp RLC sẽ thi hành một

lệnh lựa chọn lặp lại giao thức ARQ để truyền lặp lại các giải mã PDU không

thành công. Các yêu cầu của tỉ lệ lỗi bít SDU của khối UMTS vá tốc độ xóa khối

( Block Erasure Rate BLER) của lớp vật lý là các thông số chính để xác định số

lượng truyền lặp lại lớn nhất của lớp RLC.

+ Tie lệ bit lỗi thừa: Được xác định giống như ở phần 2.2.1

+ Lưu lượng truyền ưu tiên (THP – Traffic Handling Priority): Chỉ xác

định cho các dịch vụ trong lớp tác động.

+ Allocation và retention Priority(APR): Thuộc tính này được dùng để xác

định cho tất cả các lớp của UMTS QoS, Mục đích của nó là tối ưu hóa sự truyền

tin giữa các bộ truyền thông tin khi tiến hành tổng điều khiển khống chế.

Bảng 2.1 cho ta thấy khoảng thuộc tính của lớp tác động và lớp nền

Trang 8

iểu luận HSDPA

3.3. PSS Streaming Session trong mạng 3G. Các giao thức và mã hóa

3.3.1. PSS trong mạng 3G

Một dòng các gói chuyển mạch (PSS) có thể được thiết lập bởi các giao

thức bằng cách setup, điều khiển session, truyền dữ liệu và đưa ra session. Hình

2.2 mô tả một mô hình truyền session đơn giản

Để thiết lập một session, bộ ứng dụng ở UE sẽ khởi tạo một PDP (packet

Data Protocol) bằng cách sử dụng lưu lượng ở lớp tác động. Thông qua tín hiệu

RTSP, client sẽ tạo ra một mô tả cho session. RTSP được xem như là một giao

thức điều khiển session dùng để thiết lập và điều khiển dòng dữ liệu.

Sau đó, một PDP thứ hai sẽ được thiết lập với UMTS QoS cho lớp

streaming, và sẽ được dùng để chuyển dòng dữ liệu (RTP) và gửi lại thông tin báo

Trang 9

iểu luận HSDPA

chất lượng các thuộc tính của dữ liệu được truyền đi. Một yêu cầu hoạt động

(play), truyền tin ngang qua giao thức RTSP, và các bộ kích khởi dữ liệu sẽ được

đưa ra bởi các ứng dụng từ client. Sauk hi dòng dữ liệu được thu hồi, một yêu cầu

teardown được đưa ra để dừng dòng dữ liệu phát ra từ server và giải phóng nguồn

tin đó.

3.3.2 Truyền tin đa phương tiện trong mạng UMTS.

Hình 2.3 mô tả việc truyền một thông tin đa phương tiện ( ví dụ truyền tín hiệu

video) của một PSS qua UMTS. Đầu tiên, một bộ mã hóa sẽ tạo ra thông tin mã

hóa từ dòng chảy nguồn tín hiệu. Sau đó, server sẽ đưa vào một kỹ thuật điều

khiển tốc độ bit để tạo ra các gói dữ liệu nhằm hạn chế sự dao động bất thường

của dòng dữ liệu. Các kỹ thuật điều khiển tốc độ bit này sẽ giúp cho dòng dữ liệu

them phù hợp khi truyền qua điểm nút cổ chai. (Ví dụ kết nối internet bằng quay

số hay radio links, v.v..)

Các lõi mạng sẽ định tuyến các gói dữ liệu đi đến nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

(SGSN), trong quá trình xử lý sẽ tạo ra một vài qus trình trễ. Sau đó, SGSN sẽ

hướng dòng dữ liệu đi đến Mạng điều khiển vô tuyến (RNC – Radio Network

controller). Khi đã ở trong mạng UTRAN, chức năng điều khiển dòng của giao

tiếp Iub sẽ truyền dữ liệu từ RNC đến node B.

Theo cấu hinh DCH được đưa ra từ 99, dữ liệu được truyền bởi RNC, Iub

và node B hầu như không truyền thông tin. Trong HSDPA, chức năng điều khiển

dòng dự liệu của Iub là mang dữ liệu từ RNC đến các bộ đệm node B. Chức năng

điều khiển dòng dữ liệu này phải tránh sự giao tiếp của bộ đệm node B cới các bộ

streaming. Cuối cùng, trong HSDPA, với dung lượng cell cho phép, node B sẽ

sắp xếp dòng dữ liệu trước khi dóng gói chúng.

Trang 10

iểu luận HSDPA

4. Tác động giữa các thuộc tính GBR và MBR UMTS QoS và server truyền

tin đa phương tiện

Một trong số những thiết lập các dịch vụ PSS thành công chính là tìm

được các thuộc tính UMTS QoS phù hợp với những yêu cầu của streaming

session khi truyền tin end to end.

Biết rằng, thuộc tính trễ truyền được xác định chnính nhờ bộ đệm trượt và

độ trễ thay đổi lớn nhất trong một mạng cố định, sự quan tâm chính là làm thiết

lập các thuộc tính GBR và MBR như thế nào để dáp ứng với tốc độ bit thay đỏi

cúa dòng streaming video.

Trong trường hợp mã hóa CBR hoặc truyền CBRP, công việc giải quyết sẽ

đơn giản vì tôc độ bít của dòng dữ liệu là cố định và nó có thể được chuyển qua

UMTS bằng cách thiết lập GBR bằng với MBG và bằng tốc độ bit trung bình của

tóc độ bit video.(xem hình 2.5)

Trang 11

iểu luận HSDPA

Một vấn đè nữa cần lưu ý, bằng cách tăng GBR ( và MBR) lớn hơn tốc độ

bit truyền trung bình video, bộ mã hóa VBR sẽ làm giảm giá trị đỉnh của tốc độ

bit. Tuy nhiên, bộ đệm tiền giải mã tại đầu thu có thể bù lại giá trị này.

Hình 2.7 mô tả một khoảng xác định của bộ đệm tiền giải mã, bộ này đóng

vai trò như một hàm tỉ lệ giữa GBR và giá trị tốc đọ bit truyền trung bìnhcho tín

hiệu video. Kết quả được xác định rõ ràng bằng lượng thu được tại bộ đệm tiền

giải mã.

Trang 12

iểu luận HSDPA

5. Sự phát triển và tương lai của công nghệ HSDPA

Chính thức được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào năm 2005, tính đến cuối năm

2006 đã có 19 nhà cung cấp 66 sản phẩm ứng dụng công nghệ HSDPA, trong đó

có 32 sản phẩm điện thoại di động.

Với những cải tiến mang tính đột phá, HSDPA là một công nghệ đang được chú

trọng phát triển. Trên thực tế, thị trường của HSDPA phát triển mạnh mẽ nhất,

đặc biệt là ở giai đoạn khởi đầu, là ở những nước phát triển, nơi có lượng khách

hàng khổng lồ sử dụng điện thoại di động chất lượng cao. Lý do là vì những chiếc

điện thoại HSDPA sẽ có giá thành cao hơn hẳn những chiếc điện thoại thông

thường – được nhắm vào thị trường những nước phát triển thấp hơn.

Nhu cầu sử dụng điện thoại HSDPA được mong đợi là sẽ đạt con số 2100 sản

phẩm tính đến cuối năm nay. Đến năm 2010, con số này có thể là 100 triệu chiếc,

theo phân tích của IDC. Hơn nữa, theo Strategic Analytics, đến năm 2010, 70%

điện thoại 3G sẽ sử dụng HSDPA.

Trang 13

iểu luận HSDPA

Tuy nhiên, sẽ mất nhiều thời gian để HSDPA thực sự trở nên phổ biến. Tính đến

cuối năm 2005, hầu hết các nước trên thế giới không có mạng 3G. Rất nhiều nhà

cung cấp dịch vụ di động đang cố gắng triển khai mạng 3G và có thể được nâng

cấp thành mạng 3.5G theo nhu cầu của thị trường.

Xét về lâu dài, tương lai và sự thành công của công nghệ HSDPA vẫn còn khá mù

mờ, bởi đây không phải là công nghệ download và truyền tải dữ liệu duy nhất

được phát triển tại thời điểm này. Hơn nữa, những công nghệ truyền thống như

CDMA2000 1xEV-DO và WiMax đang là những chuẩn công nghệ có nhiều triển

vọng hơn. Do là một phiên bản nâng cấp của W-CDMA, HSDPA không có nhiều

khả năng thành công tại những nơi mà W-CDMA đã được phát triển. Do đó,

thành công cuối cùng của HSDPA như một sản phẩm của công nghệ 3.5G sẽ phụ

thuộc rất nhiều vào sự thành công của W-CDMA với tư cách là một sản phẩm của

công nghệ 3G.

Trang 14

iểu luận HSDPA

Tài liệu tham khảo

[1]. Packet Scheduling And Quality of Service in HSDPA _ Pablo José

Ameigeiras Gutiérrez (Ph. D. Thesis October 2003)

[2] 3GPP. Technical Specification Group Services and System Aspects. QoS

Concept and

Architecture (3GPP TS 23.107 version 5.9.0).

[3] Reguera E. et al. Enhanced UMTS Services and Applications: a Perspective

beyond 3G. IEE 5th

European Personal Mobile Communications Conference. April 2003.

seacorn.ptinovacao.pt/docs/papers/service2.pdf

[4] Montes H. et al. Deployment of IP Multimedia Streaming Services in Third-

Generation Mobile

Networks. IEEE Wireless Communications. Volume 9. pp. 84-92. October 2002.

[5] Mah B.A. An Empirical Model of HTTP Network Traffic. INFOCOM’97.

Sixteenth Annual Joint

Conference of the IEEE Computer and Communication Societies. Volume 2. pp.

592-600. April

1997.

[6] Khaunte S.U. et al. Statistical Characterization of World Wide Web Browsing

Session. Technical

Report GIT-CC-97-17. College of Computing, Georgia Institute of Technology.

1997.

http://citeseer.nj.nec.com/khaunte97statistical.html.

[7] Choi H. et al. A Behavioural Model of Web Traffic. Seventh International

Conference on Network

Protocols. pp. 327-334. November 1999.

Trang 15

iểu luận HSDPA

[8] Molina M. et al. Web Traffic Modeling Exploiting TCP Connections’

Temporal Clustering through

HTML-REDUCE. IEEE Network. Volume 14. pp. 46-55. May 2001.

[9] Crovella M. et al. Self-Similarity in World Wide Web Traffic: Evidence and

Possible Causes.

[10] 3GPP. Technical Specification Group Radio Access Network. High Speed

Downlink Packet

Access; Overall UTRAN Description. (3GPP TR 25.855 version 5.0.0).

Trang 16