Yêu cầu về băng thông và hiệu suất sử dụng của mạng LTE cao hơn rất nhiều so với mạng 3G nhằm đảm bảo việc cung cấp các dịch vụ cũng như QoE (trải nghiệm chất lượng) tốt hơn tới khách hàng.

Yêu cầu về băng thông và hiệu suất sử dụng của mạng LTE cao hơn rất nhiều so với mạng 3G nhằm đảm bảo việc cung cấp các dịch vụ cũng như QoE (trải nghiệm chất lượng) tốt hơn tới khách hàng.

Lưu lượng tăng trưởng chóng mặt và ngày càng phức tạp cungx đồng nghĩa với việc các nhà mạng di động phải quản lý lưu lượng một cách chặt chẽ và phù hợp hơn đối với từng loại ứng dụng.

Dưới đây là những thách thức đặt ra cho các nhà mạng di động trong việc quản lý hạ tầng mạng Mobile Backhaul, các giải pháp quản lý của các nhà mạng trên thế giới để độc giả có cái nhìn cụ thể hơn trong bối cảnh mạng LTE đang được triển khai.

Những thách thức trong quản lý hạ tầng mạng Mobile Backhaul LTE

Lưu lượng tăng cao

Lưu lượng di động đang tăng liên tục từ 3,7 lên đến 30,6 TB/tháng trong giai đoạn 2015 - 2020, tương đương tốc độ tăng trưởng kép hằng năm (Compound Annual Growth Rate - CAGR) là 53%, theo số liệu của Cisco VNI. Cách thức truyền thống mà các nhà mạng đưa ra là tăng số lượng các trạm thu phát (cells hoặc sectors) để tăng băng thông. Biện pháp này đến nay đã không còn phù hợp – và đang là một thách thức lớn đối với các nhà mạng khi triển khai nâng cấp mạng lưới: chi phí đầu tư quá lớn mà không thu hồi được lợi nhuận tương xứng, bởi lợi nhuận tính theo đầu người (Average Revenue Per User - ARPU) giữ nguyên hoặc thậm chí có chiều hướng giảm xuống trên hầu hết các thị trường.

Giai phap dam bao mang LTE 4G dap ung trai nghiem nguoi dung - Anh 1

Biểu đồ phát triển lưu lượng giai đoạn 2015 - 2020

Hiện nay hầu hết công nghệ không dây đều tập trung vào việc làm thế nào để tăng khả năng xử lý dữ liệu với tốc độ lớn nhưng lại bỏ qua các đặc tính khác nhau của dữ liệu. Các đặc tính này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền các loại dữ liệu này, đặc biệt là trong khu vực Mobile Backhaul sử dụng công nghệ truyền tải gói dựa trên Ethernet/IP.

Các nhà mạng nhận ra lợi ích việc giám sát luồng dữ liệu một cách chủ động trong thời điểm này. Việc theo dõi được lưu lượng đang lưu thông ở trên mạng đưa ra các khuyến nghị giúp cải thiện chất lượng tương ứng với từng loại dịch vụ mà không phải đầu tư thêm hạ tầng, vẫn đem lại chất lượng trải nghiệm tốt nhất tới người dùng cuối

Sự phức tạp của dịch vụ và sự phân bố lưu lượng không đồng đều

Sự dịch chuyển sang kiểu dữ liệu gói IP không làm cho việc quản lý lưu lượng trở nên dễ dàng hơn. Hơn nữa, hành vi người dùng cuối sử dụng dữ liệu và các yêu cầu riêng đối với các luồng dữ liệu khác nhau đã tạo thêm sự phức tạp trong việc quản lý lưu lượng đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end) trong mạng. Các nguyên nhân khác nhau cho sự gia tăng sự phức tạp dữ liệu phải kể đến:

Loại lưu lượng. Yêu cầu đối với các loại lưu lượng khác nhau (ví dụ: voice, video, hoặc best-effort data) thay đổi rất nhiều về băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, và tính di động.

Ứng dụng hoặc loại dịch vụ. Các loại lưu lượng tương tự có thể được truyền đi qua các dịch vụ khác nhau hoặc trong các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, các thuê bao có thể phát video streaming trong các ứng dụng OTT như Netflix, hoặc như một cuộc gọi thoại hình cho một ứng dụng OTT như WebEx hay Zoom, hay một dịch vụ được các nhà khai thác quản lý như ViLTE. Lưu lượng video có thể được mã hóa hoặc không và được tối ưu hóa bởi các nhà cung cấp nội dung hoặc các nhà khai thác.

Phân bổ không gian. Cách sử dụng tập trung về mặt địa lý trong một khu vực nhỏ của mạng lưới - địa điểm cụ thể, khu vực đô thị trung tâm - dẫn đến nghẽn tại các khu vực cụ thể.

Phân bổ thời gian. Lưu lương mạng thay đổi trong suốt cả ngày và tuần khi các thuê bao di chuyển đến và đi khỏi nơi làm việc, đi ra ngoài vào ban đêm hay ngày cuối tuần.

Microbursts. Lưu lượng dữ liệu thay đổi đột ngột trong khoảng thời gian mili giây hay nhỏ hơn. Điều này có thể gây ra tắc nghẽn trong mạng, mặc dù khi nhìn vào lưu lượng truyền tải trung bình theo thời gian, lưu lượng trông có vẻ như vẫn bình thường trong phạm vi xử lý của mạng.

Luật, phân loại lưu lượng ưu tiên. Các nhà khai thác di động có thể sử dụng các luật để ưu tiên lưu lượng cho các kênh hoặc các thành phần hạ tầng mạng (ví dụ, macro hoặc small cells).

Thoại và video là một ví dụ tốt về tác động ảnh hưởng của sự phức tạp của lưu lượng trong việc quản lý mạng. Các loại lưu lượng thời gian thực như video và thoại có các yêu cầu tương tự nhau về độ trễ (latency), độ trượt gói (jitter) và mất gói tin (packet loss) so với các loại dữ liệu khác. Tuy nhiên, các nhà khai thác thường xử lý video và thoại khác nhau. Bởi vì tầm quan trọng của chất lượng thoại trong việc duy trì các thuê bao, các nhà khai thác có thể muốn ưu tiên VoLTE hơn tất cả các dịch vụ dữ liệu khác, bao gồm cả xem video trực tuyến (streaming). Do các yêu cầu băng thông cao của video, nhà mạng có thể muốn giới hạn băng thông phân bổ cho video trong các mạng quá tải hoặc tắc nghẽn.

Ngoài ra, do các yêu cầu đặc biệt của VoLTE, các nhà khai thác phải xử lý lưu lượng VoLTE khác nhau từ các dịch vụ thoại OTT. Tương tự như vậy, nhà khai thác có thể thiết lập các mục tiêu về hiệu suất cho đàm thoại video cao hơn là cho video streaming, bởi vì các thuê bao nhạy cảm hơn với chất lượng đàm thoại video. Việc thiết lập ưu tiên này bao gồm cả trong khu vực mạng truyền tải Backhaul. Kết quả là, các nhà khai thác di động cần phải quản lý lưu lượng một cách cẩn thận hơn dựa trên việc sử dụng tài nguyên. Điều này dẫn tới sự cần thiết phải quản lý và giám sát lưu lượng không phải chỉ là một luồng gói tin thuần nhất, mà là một tập hợp các luồng gói tin đồng thời.

Thông thường, các nhà khai thác thường dựa vào các chỉ số KPI cũ để đưa ra đánh giá hiệu năng của các phần tử mạng. Mặc dù số liệu này vẫn có giá trị, và chắc chắn các nhà khai thác sẽ tiếp tục sử dụng chúng để đánh giá hiệu năng mạng, nhưng các chỉ số KPI cũ lại không đủ để nhà mạng quyết định quản lý hiệu năng mạng theo thời gian thực, cũng như nó liên quan thế nào đến QoE và những vướng mắc thực sự trong mạng là gì sau khi nhận các phản hồi từ dịch vụ mà khách hàng trải nghiệm.

Các nhà khai thác nên làm thế nào tận dụng sự gia tăng lưu lượng nhưng vẫn có lợi cho họ? Các nhà khai thác cần theo đuổi những mục tiêu gì để có được QoE tốt nhất?

Đối với các mạng mà thoại chiếm ưu thế trong quá khứ, câu trả lời rất rõ ràng: mục tiêu chính của các nhà khai thác là tối đa hóa dung lượng thoại, được đo bằng ERLANGS. Trong các mạng 3G, tăng dung lượng data và giảm độ trễ đã trở thành mục tiêu thiết yếu. Trong khi đó, với các mạng LTE, việc chú trọng chuyển dịch về phía QoE và số lượng dịch vụ nhiều, các mục tiêu tối ưu hóa đã trở nên phức tạp hơn hẳn. Vậy thì cách thức quản lý, đo đạc bằng các giải pháp cầm tay như trước đây đã không còn đáp ứng được bài toán LTE nữa.

Các thông số như dung lượng và độ trễ vẫn còn rất quan trọng, nhưng chúng phải được tối ưu hóa cho luồng lưu lượng cụ thể hay các phân đoạn mạng cụ thể, chứ không phải cho lưu lượng tổng thể đến và đi từ mạng RAN. Các phân đoạn mạng về mặt logic là các luồng lưu lượng riêng rẽ, có thể được xác định bởi loại lưu lượng, ứng dụng, thiết bị, dịch vụ, hoặc các thông số khác.

Mục tiêu của các nhà mạng đã không còn là độ trễ thấp và dung lượng cao nữa, mà là độ trễ thấp nhất, dung lượng cao nhất, hoặc cả hai cho các phân đoạn mạng quan trọng nhất đối với các nhà khai thác, hoặc các phân đoạn cần thiết nhất. Cách tiếp cận này có thể khiến các phân đoạn mạng có độ ưu tiên thấp hơn hoặc các yêu cầu ít nghiêm ngặt hơn bị suy giảm hiệu năng, KPI thấp, nhưng vẫn duy trì được mức QoE tốt.

Trong khi phương pháp này làm tăng sự phức tạp của quản lý lưu lượng, nó lại mở ra các cơ hội mới cho các nhà khai thác di động để phân bổ tài nguyên mạng theo một cách hiệu quả hơn, mà nếu được thực hiện đúng cách sẽ làm tăng QoE trong mạng hiện tại - do đó loại bỏ hoặc trì hoãn việc phải tăng chi phí đầu tư cho việc mở rộng dung lượng. Nó cũng cho phép các nhà khai thác di động xác định một chiến lược quản lý lưu lượng như một sự khác biệt từ các nhà khai thác khác, và sử dụng nó như một công cụ để cạnh tranh.

Đa truy nhập vô tuyến, các băng tần và các lớp Mobile Backhaul khác nhau cùng tồn tại trong mạng HetNet

Xu hướng tích hợp sâu hơn cho nhiều công nghệ mạng - mạng HetNets, ví dụ: LTE và Wi-Fi - cho phép các nhà khai thác di động phân bổ lưu lượng truy cập đến các nguồn tài nguyên RAN cụ thể, tùy thuộc vào khả năng của các phần tử trong RAN, các điều kiện RAN thời gian thực, vị trí thuê bao với lịch sử, nhu cầu, và chính sách của nhà mạng. Các tổ hợp không đồng nhất của các phần tử trong RAN (mạng HetNets) tạo ra một môi trường phức tạp và thách thức hơn trong việc đảm bảo chất lượng truyền dẫn, đồng thời cũng tạo ra một kiến trúc mạng Backhaul khó quản lý hơn.

Việc quản lý không đơn thuần chỉ là chất lượng truyền tải các loại dữ liệu trên mạng nữa mà là chất lượng truyền tải đi qua các phân đoạn khác nhau về địa lý, về loại thiết bị, về các phân vùng mạng của từng loại công nghệ hoặc trong mỗi công nghệ, khi có sự cố xẩy ra thì lỗi xẩy ra ở khu vực nào.

Mạng backhaul cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba làm giảm sự kiểm soát của nhà mạng

Trong những năm vừa qua, các nhà mạng di động phải đối mặt với áp lực lớn từ việc cắt giảm chi phí trên từng bit, bởi họ phải truyền tải một lượng ngày càng lớn lưu lượng nhưng lợi nhuận gia tăng không tương xứng. Những ưu điểm về chi phí của công nghệ truyền tải Ethernet là động lực chính khiến cho công nghệ truyền dẫn Ethernet được chấp nhận trong mạng backhaul. Mạng backhaul có thể được cung cấp và quản lý bởi nhà cung cấp bên thứ ba, và có thể được chia sẻ với các nhà mạng hoặc nhà cung cấp dịch vụ khác. Kết quả là các nhà mạng ngày càng gia tăng việc chia sẻ mạng backhaul cũng như thuê từ bên thứ ba.

Tuy nhiên, mô hình này làm chậm thời gian khắc phục sự cố, không giám sát trong suốt được chất lượng đường truyền. Thông thường, các nhà mạng di động muốn tự thực hiện bài đo, giám sát và giải quyết sự cố các đường truyền backhaul một cách độc lập với các nhà cung cấp dịch vụ đường truyền trong khi hạ tầng mạng thì vẫn thuộc sự quản lý của nhà cung cấp đường truyền. Vậy liệu có một giải pháp nào trung hòa được các mâu thuẫn này hay không?

Giải pháp quản lý mạng Ethernet backhaul hiệu quả

Hiện nay có hai giải pháp đang được áp dụng trong quản lý mạngEthernet backhaul: giải pháp sử dụng thiết bị giao diện giám sát NID (network interface device) và giải pháp sử dụng SFP thông minh. Hai giải pháp này có chung đặc điểm là đều tích hợp vào trên các giao diện tại các thiết bị mạng, do đó tất cả các lưu lượng chảy qua thiết bị mạng sẽ dễ dàng được quản lý nhờ một hệ thống máy chủ thu thập thông tin từ các phần tử này.

Trong một vài trường hợp, các nhà mạng lựa chọn sử dụng NIDs – các thiết bị gắn trước giao diện đầu vào/ra trước các nốt mạng Ethernet/IP, có khả năng giám sát quản lý lưu lượng - nhằm mang đến cái nhìn rõ ràng hơn về chất lượng của mạng backhaul và khả năng giải quyết sự cố tốt hơn. NID có ưu điểm dễ khai báo, năng lực xử lý độc lập tại mỗi nút mạng tốt. Tuy nhiên, NID cũng làm gia tăng thêm chi phí và độ phức tạp trong việc quản lý mạng backhaul do số lượng các thiết bị mạng bị đội lên, tăng độ trễ xử lý và cồng kềnh của cấu trúc mạng. Hạn chế về việc mở rộng và chi phí của NID đồng thời là vấn đề với các mạng to lớn, và đặc biệt nghiêm trọng trong mạng đa lớp HetNets khi có LTE. Với qui mô hàng trăm thiết bị trong một khu vực nhỏ trong LTE, NID trở nên không phù hợp để áp dụng cho toàn bộ các phần tử mạng lưới.

Các nhà mạng đã và đang bắt đầu triển khai giải pháp SFP thông minh như một sự thay thế. SFP thông minh dựa trên ý tưởng tích hợp các vi xử lý thông minh vào bên trong các SFP – giao diện chuyển đổi quang điện được sử dụng trên các thiết bị mạng hiện nay – nhằm giám sát các lưu lượng đi qua mạng lưới cũng như chủ động kiểm tra chất lượng mạng tại bất kỳ thời điểm nào mà nhà mạng mong muốn. Giải pháp này cần kết hợp với một bộ xử lý trung tâm cài đặt trên máy chủ nằm trên mạng lưới, nhằm cho phép các nhà mạng giám sát, đo đạc chủ động trên qui mô toàn mạng lưới truyền dẫn backhaul nói riêng và cả phần mạng lõi nói chung.

Với chi phí đầu tư thấp, yêu cầu cơ sở hạ tầng ít, và mang đến cho nhà mạng khả năng giám sát một cách chính xác và đưa ra các giải pháp đáp ứng nhu cầu quản lý các mạng backhaul phức tạp.

Giai phap dam bao mang LTE 4G dap ung trai nghiem nguoi dung - Anh 2

Mô hình giải pháp giám sát mạng Ethernet backhaul

Các mô hình đo đạc, giám sát và quản lý mạng Backhaul theo giải pháp này giúp nhà mạng giải quyết được các thách thức đã đặt ra.

Trong bối cảnh hiện tại, các nhà cung cấp thiết bị đo hàng đầu trên thế giới đều đang hướng đến việc đưa ra giải pháp giám sát mạng backhaul cho 4G LTE, trong đó đi đầu phải kể đến Viavi. Cụ thể, Viavi mang đến giải pháp EtherASSURE, hỗ trợ nhà mạng trong việc giám sát cũng như quản lý chất lượng mạng backhaul trong 4G LTE. Tại Việt Nam, COMIT hiện cung cấp giải pháp Viavi. Với nhiều năm kinh nghiệm trong việc cung cấp dịch vụ và giải pháp viễn thông, COMIT hiện cung cấp các dịch vụ và giải pháp tư vấn, thiết kế, đo kiểm và tối ưu đối với các công nghệ 2G, 3G, và 4G LTE. COMIT đã và đang triển khai rất nhiều các dịch vụ và giải pháp viễn thông cho các nhà mạng lớn tại Việt Nam như Viettel, MobiFone, Vinaphone và tại các thị trường khu vực như Lào, Campuchia, Đông Timo, Myanmar và Philippines.

Với những thách thức đã đặt ra trong LTE và QoE dẫn đến nhu cầu tất yếu phải lựa chọn và sử dụng một giải pháp giám sát mạng backhaul tập trung, dễ dàng triển khai mở rộng trên qui mô lớn. Đây là yếu tố tiền đề và sống còn để tăng cường nâng cao chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối trong bối cảnh LTE đã và đang ra đời. Các nhà mạng cần có sự chuẩn bị nghiên cứu trước các bộ giải pháp phù hợp để kịp thời đáp ứng việc triển khai, vận hành và khai thác có hiệu quả mạng lưới LTE.

Nguyễn Quang Vinh

Tham khảo: www.viavisolutions.com; www.comitcorp.com