Tài liệu Giới thiệu, hướng dẫn sử dụng và nêu tình hình phát triển 3g ở việt nam

CHƯƠNG I TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ðỘNG 3G WCDMA 1.1. Khái niệm về mạng thông tin di ñộng 3G 3G (third generation technology) là tiêu chuẩn truyền thông di ñộng băng thông rộng thế hệ thứ 3 tuân thủ theo các chỉ ñịnh trong IMT-2000 của ITU (Tổ chức viễn thông thế giới). Chuẩn 3G cho phép truyền không dây dữ liệu thoại và phi thoại (gửi email, hình ảnh, video...). ðối với người sử dụng thông thường, dịch vụ nổi bật dễ nhận thấy của 3G là sử dụng ñiện thoại video. Tuy nhiên, trên thực tế tại các nước ñã phát triển thì các dịch vụ ñược sử dụng nhiều nhất lại là Mobile Internet, Live TV (truyền hình trực tiếp trên ðTDð), VOD/MOD (xem phim/nghe nhạc theo yêu cầu). Các chuẩn 3G: Có 2 mạng chính ñược xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G: UMTS (Universal Mobile Telephone Service) - hiện ñang ñược triển khai trên mạng GSM sẵn có; và CDMA2000 - mang ñến khả năng truyền tải dữ liệu ở mức 3G cho mạng CDMA. Cả UMTS và CDMA2000 ñã ñược triển khai tại Mỹ từ cách ñây hơn 1 năm. Tốc ñộ của hai mạng này có thể sánh bằng với chất lượng của kết nối DSL. Trong khi ñó, các công nghệ di ñộng tương lai như 3,5G và 4G (HSDPA và WiMax) sẽ có khả năng kết nối bằng modem cáp, và tốc ñộ kết nối tương ñương với mạng Gigabyte Ethernet. Người dùng máy tính xách tay cũng có thể sử dụng ñược mạng 3G, thay cho kết nối băng rộng mà không cần tới mạng Wi-Fi. Tất cả những gì bạn cần là một chiếc PC Card ñược nhà cung cấp dịch vụ hỗ trợ. Hiện tại, 3G ñược chia ra tới 6 chuẩn về công nghệ bao gồm : • CDMA Direct Spread (thường ñược biết dưới tên WCDMA). • CDMA Multi-Carrier (thường ñược biết dưới tên CDMA 2000). • CDMA TDD. • OFDMA TDD WMAN (thường ñược biết dưới tên WiMAX di ñộng). Trong ñó chỉ có 3 công nghệ ñược biết ñến nhiều nhất và phát triển thành công là WCDMA, CDMA 2000 và WiMAX di ñộng. 1.2. Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di ñộng 3G Mạng thông tin di ñộng (TTDð) 3G lúc ñầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) ñể truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên ñường phát triển ñến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần ñược thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ ñược truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 1.4 dưới ñây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của TTDð 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi. 1 RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc BSC: Base Station Controller: bộ ñiều khiển trạm gốc RNC: Rado Network Controller: bộ ñiều khiển trạm gốc CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh PS: Packet Switch: chuyển mạch gói SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin Server: máy chủ PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng ñiện thoại chuyển mạch công cộng PLMN: Public Land Mobile Network: mang di ñộng công cộng mặt ñất Hình 1.1. Kiến trúc tổng quát của một mạng di ñộng kết hợp cả CS và PS Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) ñược thể hiện bằng một nhóm các ñơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng này ñược ñặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất ñể ñược một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng ñến lưu lượng số liệu dung lượng lớn. 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di ñộng toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN. Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ ña truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: ña truy nhập phân chia theo mã băng rộng) ñược gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất của UMTS). Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ ña truy nhập TDMA ñược gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM). Tài liệu chỉ xét ñề cập ñến công nghệ duy nhất trong ñó UMTS ñược gọi là 3G WCDMA UMTS 1.3. Các loại lưu lượng và dịch vụ ñược mạng thông tin di ñộng 3GWCDMA hỗ trợ Vì TTDð 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh. Ngoài ra TTDð 3G cũng ñược sử dụng cho các dịch vụ tiếng. Nói chung TTDð 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông ña phương tiện. Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần ñảm bảo một mức QoS nhất ñịnh tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở W-CDMA ñược phân loại như sau: 2 Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại chẳng hạn). Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều ñòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video Streaming) Loại tương tác (Interactive, nrt): ðòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất ñịnh và tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn). Loại nền (Background, nrt): ðòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất ñược thực hiện trên nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download) Môi trường hoạt ñộng của 3WCDMA UMTS ñược chia thành bốn vùng với các tốc ñộ bit Rb phục vụ như sau: • Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps • Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 kbps • Vùng 2: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 kbps • Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 kbps Có thể tổng kết các dịch vụ do 3GWCDMA UMTS cung cấp ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS Kiểu Dịch vụ thoại Dịch vụ phi thoại Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ di ñộng Di ñộng ñầu cuối/di ñộng cá nhân/di ñộng dịch vụ Dịch vụ thông tin ñịnh vị - Theo dõi di ñộng/ theo dõi di ñộng thông minh Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps) Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc ñộ trung bình (64-144 kbps) - Dịch vụ số liệu tốc ñộ tương ñối cao (144 kbps- 2Mbps) - Dịch vụ số liệu tốc ñộ cao (≥ 2Mbps) Dịch vụ ña phương tiện - Dịch vụ Video (384 kbps) - Dịch vụ hình chuyển ñộng (384kbps- 2 Mbps) - Dịch vụ hình chuyển ñộng thời gian thực (≥ 2 Mbps) Dịch vụ Internet Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps) ñơn giản Dịch vụ Internet Dịch vụ Internet Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps) thời gian thực 3 Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ internet Dịch vụ Website ña phương tiện thời gian thực ña phương tiện (≥ 2Mbps) 3G WCDMA UMTS ñược xây dựng theo ba phát hành chính ñược gọi là R3, R4, R5. Trong ñó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói). Việc kết hợp này phù hợp cho giai ñoạn ñầu khi PS chưa ñáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi này miền CS sẽ ñảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu ñược truyền trên miền PS. R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch ñều trên IP. Dưới ñây ta xét ba kiến trúc 3G WCDMA UMTS nói trên. 1.4. Kiến trúc mạng thông tin di ñộng 3G WCDMA Hệ thống thông tin di ñộng thế hệ 3 UMTS tận dụng kiến trúc ñã có trong hầu hết các hệ thống thông tin di ñộng thế hệ 2, và thậm chí cả thế hệ thứ nhất. ðiều này ñược chỉ ra trong các ñặc tả kỹ thuật 3GPP Hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một có một chức năng xác ñịnh. Theo tiêu chuẩn, các phần tử mạng ñược ñịnh nghĩa tại mức logic, nhưng có thể lại liên quan ñến việc thực thi ở mức vật lý. ðặc biệt là khi có một số các giao diện mở (ñối với một giao diện ñược coi là “mở”, thì yêu cầu giao diện ñó phải ñược ñịnh nghĩa một cách chi tiết về các thiết bị tại các ñiểm ñầu cuối mà có thể cung cấp bởi 2 nhà sản xuất khác nhau). Các phần tử mạng có thể ñược nhóm lại nếu có các chức năng giống nhau, hay dựa vào các mạng con chứa chúng. Theo chức năng thì các phần tử mạng ñược nhóm thành các nhóm: + Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS là UTRAN). Mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan ñến vô tuyến. + Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch và ñịnh tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu ñến các mạng ngoài. + Thiết bị người sử dụng (UE) giao tiếp với người sử dụng và giao diện vô tuyến. Kiến trúc hệ thống ở mức cao ñược chỉ ra trong hình 1.2 4 Hình 1- 2 Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao Theo các ñặc tả chỉ ra trong quan ñiểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN ñều bao gồm các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới. Ngược lại, việc ñịnh nghĩa mạng lõi (CN) ñược kế thừa từ GSM. ðiều này ñem lại cho hệ thống có công nghệ truy nhập vô tuyến mới một nền tảng mang tính toàn cầu là công nghệ mạng lõi ñã có sẵn, như vậy sẽ thúc ñẩy sự quảng bá của nó, mang lại ưu thế cạnh tranh chẳng hạn như khả năng roaming toàn cầu. Hệ thống UMTS có thể chia thành các mạng con có thể hoạt ñộng ñộc lập hoặc hoạt ñộng liên kết các mạng con khác và nó phân biệt với nhau bởi số nhận dạng duy nhất. Mạng con như vậy gọi là mạng di ñộng mặt ñất UMTS (PLMN), các thành phần của PLMN ñược chỉ ra trong hình 1.3. Hình 1- 3 Các thành phần của mạng trong PLMN Thiết bị người sử dụng (UE) bao gồm 2 phần: • Thiết bị di ñộng (ME) là ñầu cuối vô tuyến sử dụng ñể giao tiếp vô tuyến qua giao diện Uu. • Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) là một thẻ thông minh ñảm nhận việc xác nhận dạng và nhận thực thuê bao, lưu giữ khoá mã mật, khoá nhận thực và một số các thông tin về thuê bao cần thiết tại ñầu cuối. UTRAN cũng bao gồm 2 phần tử: • Nút B: chuyển ñổi dữ liệu truyền giữa giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia vào quản lý tài nguyên vô tuyến. 5 • Bộ ñiều khiển mạng vô tuyến (RNC) sở hữu và ñiều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến trong vùng của nó (gồm các Nút B nối với nó). RNC là ñiểm truy cập dịch vụ cho tất cả các dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng lõi. Các phần tử chính của mạng lõi: • HLR (Bộ ñăng ký thường trú) là một cơ sở dữ liệu trong hệ thống thường trú của người sử dụng, lưu trữ các bản gốc các thông tin hiện trạng dịch vụ người sử dụng, hiện trạng về dịch vụ bao gồm: thông tin về dịch vụ ñược phép sử dụng, các vùng roaming bị cấm, thông tin các dịch vụ bổ sung như: trạng thái các cuộc gọi ñi, số các cuộc gọi ñi… Nó ñược tạo ra khi người sử dụng mới ñăng ký thuê bao với hệ thống, và ñược lưu khi thuê bao còn thời hạn. Với mục ñích ñịnh tuyến các giao dịch tới UE (các cuộc gọi và các dịch vụ nhắn tin ngắn), HLR còn lưu trữ các thông tin vị trí của UE trong phạm vi MSC/VLR hoặc SGSN. • MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di ñộng/Bộ ñăng ký tạm trú) là một bộ chuyển mạch(MSC) và cơ sở dữ liệu(VLR) phục vụ cho UE ở vị trí tạm thời của nó cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. Chức năng MSC ñược sử dụng ñể chuyển mạch các giao dịch sử dụng chuyển mạch kênh, chức năng VLR là lưu trữ bản sao về hiện trạng dịch vụ người sử dụng là khách và thông tin chính xác về vị trí của thuê bao khách trong toàn hệ thống. Phần của hệ thống ñược truy nhập thông qua MSC/VLR thường là chuyển mạch kênh. • GMSC – (MSC cổng): là một bộ chuyển mạch tại vị trí mà mạng di ñộng mặt ñất công cộng UMTS kết nối với mạng ngoài. Tất các kết nối chuyển mạch kênh ñến và ñi ñều phải qua GMSC. • SGSN (Nút hỗ trợ GPRS phục vụ) có chức năng tương tự như MSC/VLR nhưng thường ñược sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói. • GGSN (Node cổng hỗ trợ GPRS) có chức năng gần giống GMSC nhưng phục vụ các dịch vụ chuyển mạch gói. Mạng ngoài có thể chia thành 2 nhóm: • Các mạng chuyển mạch kênh: Các mạng này cung cấp các kết nối chuyển mạch kênh, giống như dịch vụ ñiện thoại ñang tồn tại Ví dụ như ISDN và PSTN. • Các mạng chuyển mạch gói: Các mạng này cung cấp các kết nối cho các dịch vụ dữ liệu gói, chẳng hạn như mạng Internet. Các giao diện mở cơ bản của UMTS: • Giao diện Cu: ðây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh. 6 • Giao diện Uu: ðây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện nhờ ñó UE truy cập ñược với phần cố ñịnh của hệ thống, và vì thế có thể là phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS. • Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi. Tương tự như các giao diện tương thích trong GSM, là giao diện A (ñối với chuyển mạch kênh), và Gb (ñối với chuyển mạch gói), giao diện Iu ñem lại cho các bộ ñiều khiển UMTS khả năng xây dựng ñược UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. • Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau, và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu. • Giao diện Iub: Iub kết nối một Nút B và một RNC. UMTS là một hệ thống ñiện thoại di ñộng mang tính thương mại ñầu tiên mà giao diện giữa bộ ñiều khiển và trạm gốc ñược chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện. Giống như các giao diện mở khác, Iub thúc ñẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. 1.5. Kiến trúc các phiên bản mạng thông tin di ñộng 3G 1.5.1. Kiến trúc mạng thông tin di ñộng 3G WCDMA UMTS R3 WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: ñến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS. Các kết nối tốc ñộ cao này ñảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di ñộng giống như trong các mạng ñiện thoại cố ñịnh và Internet. Các dịch vụ này gồm: ñiện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc ñộ truyền cao tại ñầu cuối. Một tính năng khác cũng ñược ñưa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kết nối" ñến Internet. UMTS cũng cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí. Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di ñộng (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.4). UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị ñầu cuối (TE), thiết bị di ñộng (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module). UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ ñiều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó. Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà). HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi ñịnh vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị). 7 Hình 1.4. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 1.5.1.1. Thiết bị người sử dụng (UE) UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là ñầu cuối mạng UMTS của người sử dụng. Có thể nói ñây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng. Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạo ñiều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS. ðiều này ñạt ñược nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài ñặt mọi trí tuệ tại các card thông minh. 1. Các ñầu cuối (TE) Vì máy ñầu cuối bây giờ không chỉ ñơn thuần dành cho ñiện thoại mà còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó ñược chuyển thành ñầu cuối. Các nhà sản xuất chính ñã ñưa ra rất nhiều ñầu cuối dựa trên các khái niệm mới, nhưng trong thực tế chỉ một số ít là ñược ñưa vào sản xuất. Mặc dù các ñầu cuối dự kiến khác nhau về kích thước và thiết kế, tất cả chúng ñều có màn hình lớn và ít phím hơn so với 2G. Lý do chính là ñể tăng cường sử dụng ñầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế ñầu cuối trở thành tổ hợp của máy thoại di ñộng, modem và máy tính bàn tay. ðầu cuối hỗ trợ hai giao diện. Giao diện Uu ñịnh nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA). Nó ñảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS. Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và ñầu cuối. Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh. Mặc dù các nhà sản xuất ñầu cuối có rất nhiều ý tưởng về thiết bị, họ phải tuân theo một tập tối thiểu các ñịnh nghĩa tiêu chuẩn ñể các người sử dụng bằng các ñầu cuối khác nhau có thể truy nhập ñến một số các chức năng cơ sở theo cùng một cách. Các tiêu chuẩn này gồm: • Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình) 8 • • • • • ðăng ký mật khẩu mới Thay ñổi mã PIN Giải chặn PIN/PIN2 (PUK) Trình bầy IMEI ðiều khiển cuộc gọi Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sử dụng sẽ chọn cho mình ñầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế 2G còn kéo dài) là thiết kế và giao diện. Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình cung cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu. 2. UICC UMTS IC card là một card thông minh. ðiều mà ta quan tâm ñến nó là dung lượng nhớ và tốc ñộ bộ xử lý do nó cung cấp. Ứng dụng USIM chạy trên UICC. 3. USIM Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (ñăng ký thuê bao) cài cứng trên card. ðiều này ñã thay ñổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS ñược cài như một ứng dụng trên UICC. ðiều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) ñiện tử hơn cùng với USIM cho các mục ñích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh). Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng một UICC ñể hỗ trợ truy nhập ñến nhiều mạng. USIM chứa các hàm và số liệu cần ñể nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS. Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao. Người sử dụng phải tự mình nhận thực ñối với USIM bằng cách nhập mã PIN. ðiểu này ñảm bảo rằng chỉ người sử dụng ñích thực mới ñược truy nhập mạng UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng ñầu cuối dựa trên nhận dạng USIM ñược ñăng ký. 1.5.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến UMTS UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử ñảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và ñiều khiển chúng. UTRAN ñược ñịnh nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B. 9 1. RNC RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và ñiều khiển các tài nguyên của chúng. ðây cũng chính là ñiểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN. Nó ñược nối ñến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (ñến GPRS) và một ñến miền chuyển mạch kênh (MSC). Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn ñược ñặt vào RNC. Sau ñó các khóa này ñược sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9. RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào. Người sử dụng ñược kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC). Khi người sử dụng chuyển vùng ñến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng ñến CN. Vai trò logic của SRNC và DRNC ñược mô tả trên hình 1.5. Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur. Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là ñảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ ñịnh tuyến thông tin giữa các Iub và Iur. Chức năng cuối cùng của RNC là RNC ñiều khiển (CRNC: Control RNC). Mỗi nút B có một RNC ñiều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó. Hình 1.5. kết nối logic của SRNC và DRNC 2. Nút B Trong UMTS trạm gốc ñược gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa ñầu cuối với nó. Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "ñiều khiển công suất vòng trong". Tính năng này ñể phòng ngừa vấn ñề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các ñầu cuối ñều phát cùng một công suất, thì các ñầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các ñầu cuối ở xa. Nút B kiểm tra công suất thu từ các ñầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu ñược công suất như nhau từ tất cả các ñầu cuối. 1.5.1.3. Mạng lõi Mạng lõi (CN) ñược chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE. Miền PS ñảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối ñến Internet và các 10 mạng số liệu khác và miền CS ñảm bảo các dịch vụ ñiện thoại ñến các mạng khác bằng các kết nối TDM. Các nút B trong CN ñược kết nối với nhau bằng ñường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc ñộ cao như ATM và IP. Mạng ñường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP. 1. SGS SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) là nút chính của miền chuyển mạch gói. Nó nối ñến UTRAN thông qua giao diện IuPS và ñến GGSN thông quan giao diện Gn. SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao. Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin ñăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao. Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm: • IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di ñộng quốc tế) • Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di ñộng tạm thời gói) • Các ñịa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Số liệu vị trí lưu trên SGSN: • Vùng ñịnh tuyến thuê bao (RA: Routing Area) • Số VLR • Các ñịa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực 2. GGSN GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là một SGSN kết nối với các mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao ñến các mạng ngoài ñều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí. Số liệu thuê bao lưu trong GGSN: • IMSI • Các ñịa chỉ PDP Số liệu vị trí lưu trong GGSN: • ðịa chỉ SGSN hiện thuê bao ñang nối ñến GGSN nối ñến Internet thông qua giao diện Gi và ñến BG thông qua Gp. 3. BG BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của PLMN với các mạng khác. Chức năng của nút này giống như tường lửa của Internet: ñể ñảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài. 4. VLR VLR (Visitor Location Register: bộ ghi ñịnh vị tạm trú) là bản sao của HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network). Dữ liệu thuê bao cần thiết ñể cung cấp các dịch vụ thuê bao ñược copy từ HLR và lưu ở ñây. Cả MSC và SGSN ñều có VLR nối với chúng. 11 Số liệu sau ñây ñược lưu trong VLR: • IMSI • MSISDN • TMSI (nếu có) • LA hiện thời của thuê bao • MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối ñến Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao ñược cung cấp. Cả SGSN và MSC ñều ñược thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế ñược gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC. 5. MSC MSC thực hiện các kết nối CS giữa ñầu cuối và mạng. Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình. Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn. Các kết nối CS ñược thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC. Các MSC ñược nối ñến các mạng ngoài qua GMSC. 6. GMSC GMSC có thể là một trong số các MSC. GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng ñịnh tuyến ñến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối ñến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS. 7. Môi trường nhà Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác. Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông tin về thuê bao và về cước cần thiết ñể nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp. Tất cả các dịch vụ ñược cung cấp và các dịch vụ bị cấm ñều ñược liệt kê ở ñây. Bộ ghi ñịnh vị thường trú (HLR) HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di ñộng. Một mạng di ñộng có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng. Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di ñộng quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao có trong danh bạ ñiện thoại) và ít nhất một ñịa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói). Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá ñể truy nhập ñến các thông tin ñược lưu khác. ðể ñịnh tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện ñang chịu trách nhiệm thuê bao. Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc ñộ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng. HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường ñược thực hiện trong cùng một nút vật lý. HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và ñăng ký thuê bao. 12 Như: thông tin tính cước, các dịch vụ nào ñược cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối và thông tin chuyển hướng cuộc gọi. Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào ñang phụ trách người sử dụng. Trung tâm nhận thực (AuC) AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết ñể nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng. Nó liên kết với HLR và ñược thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý. Tuy nhiên cần ñảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR. AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 ñến f5. Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ. Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di ñộng quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity). ðây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị ñầu cuối. Cơ sở dữ liệu này ñược chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám và ñen. Danh mục trắng chứa các số IMEI ñược phép truy nhập mạng. Danh mục xám chứa IMEI của các ñầu cuối ñang bị theo dõi còn danh mục ñen chứa các số IMEI của các ñầu cuối bị cấm truy nhập mạng. Khi một ñầu cuối ñược thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị ñặt vào danh mục ñen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng. Danh mục này cũng có thể ñược sử dụng ñể cấm các seri máy ñặc biệt không ñược truy nhập mạng khi chúng không hoạt ñộng theo tiêu chuẩn. 1.5.1.4. Các mạng ngoài Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết ñể ñảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác. Các mạng ngoài có thể là các mạng ñiện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di ñộng mặt ñất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng ñiện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu như Internet. Miền PS kết nối ñến các mạng số liệu còn miền CS nối ñến các mạng ñiện thoại. 1.5.1.5. Các giao diện Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ ñược ñịnh nghĩa thông qua các giao diện khác nhau. Các giao diện này ñược ñịnh nghĩa chặt chẽ ñể các nhà sản xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ. √ Giao diện Cu. Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh. Trong UE ñây là nơi kết nối giữa USIM và UE √ Giao diện Uu. Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS. ðây là giao diện mà qua ñó UE truy nhập vào phần cố ñịnh của mạng. Giao diện này nằm giữa nút B và ñầu cuối. √ Giao diện Iu. Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN. Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh. CN có thể kết 13 nối ñến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối ñến một ñiểm truy nhập CN. √ Giao diện Iur. ðây là giao diện RNC-RNC. Ban ñầu ñược thiết kế ñể ñảm bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới ñược bổ sung. Giao diện này ñảm bảo bốn tính năng nổi bật sau: 1. Di ñộng giữa các RNC 2. Lưu thông kênh riêng 3. Lưu thông kênh chung 4. Quản lý tài nguyên toàn cục √ Giao diện Iub. Giao diện Iub nối nút B và RNC. Khác với GSM ñây là giao diện mở. 1.5.2. Kiến trúc mạng thông tin di ñộng 3G WCDMA UMTS R4 Hình 1.6 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4. Sự khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm. Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm ñược ñưa vào. Về căn bản, MSC ñược chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW: Media Gateway). MSC chứa tất cả các phần mềm ñiều khiển cuộc gọi, quản lý di ñộng có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW ñược MSC Server ñiều khiển và có thể ñặt xa MSC Server. Hình 1.6. Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 Báo hiệu ñiều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh ñược thực hiện giữa RNC và MSC Server. ðường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh ñược thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và ñịnh tuyến 14 các cuộc gọi này ñến nơi nhận trên các ñường trục gói. Trong nhiều trường hợp ñường trục gói sử dụng Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên Giao thức Internet (IP). Từ hình 1.6 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC ñi qua SGSN và từ SGSN ñến GGSN trên mạng ñường trục IP. Cả số liệu và tiếng ñều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi. ðây là mạng truyền tải hoàn toàn IP. Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển ñến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) ñược ñiều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại ñược ñóng gói thành PCM tiêu chuẩn ñể ñưa ñến PSTN. Như vậy chuyển ñổi mã chỉ cần thực hiện tại ñiểm này. ðể thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến ñược truyền tại tốc ñộ 12,2 kbps, thì tốc ñộ này chỉ phải chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm ñáng kể ñộ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau. Giao thức ñiều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248. Giao thức này ñược ITU và IETF cộng tác phát triển. Nó có tên là ñiều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức ñiều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức ñiều khiển cuộc gọi bất kỳ. 3GPP ñề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức ðiều khiển cuộc gọi ñộc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call Control) ñược xây dựng trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU. Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server. Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi ñến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm ñáng kể ñầu tư. ðể làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC ñược ñặt tại thành phố A và ñược ñiều khiển bởi một MSC ñặt tại thành phố B. Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt. Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A ñến thành phố B (nơi có MSC) ñể ñấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A. Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể ñược ñiều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng ñường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm ñáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng. Từ hình 1.6 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể ñược gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương ñương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7. Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS. Rất nhiều giao thức ñược sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc sử dụng các cổng các phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn. Giao diện này ñược thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW). ðây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên ñường truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn). Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS 15 liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải ñược thiết kế ñặc biệt ñể mang các bản tin SS7 ở mạng IP. Bộ giao thức này ñược gọi là Sigtran. 1.5.3. Kiến trúc mạng thông tin di ñộng 3G WCDMA UMTS R5 và R6 Bước phát triển tiếp theo của UMTS là ñưa ra kiến trúc mạng ña phương tiện IP (hình 1.7). Bước phát triển này thể hiện sự thay ñổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở ñây cả tiếng và số liệu ñược xử lý giống nhau trên toàn bộ ñường truyền từ ñầu cuối của người sử dụng ñến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu. Hình 1.7. Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 ðiểm mới của R5 và R6 là nó ñưa ra một miền mới ñược gọi là phân hệ ña phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). ðây là một miền mạng IP ñược thiết kế ñể hỗ trợ các dịch vụ ña phương tiện thời gian thực IP. Từ hình 1.7 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt; chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng. Phân hệ ña phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng ñiều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên ña phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng ñiều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway). Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng ñược tăng cường rất nhiều. Nhiều phần mềm ñược cài ñặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức khởi ñầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol). UE trở thành một tác 16 nhân của người sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng ñiều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều. CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên ña phương tiện ñến và từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và ñịnh tuyến. CSCF hoạt ñộng như một ñại diện Server /hộ tịch viên. SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút ñược sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4. ðiểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn). Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các Router kết nối trực tiếp với chúng. Chức năng tài nguyên ña phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi ñược sử dụng ñể hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị . Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 ñể ñảm bảo tương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN. T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran. Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút ñảm bảo tương tác báo hiệu với các mạng di ñộng hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn. Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng. MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức ñường truyền ña phương tiện. MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4. MGW ñược ñiều khiển bởi Chức năng cổng ñiều khiển các phương tiện (MGCF). Giao thức ñiều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248. MGCF cũng liên lạc với CSCF. Giao thức ñược chọn cho giao diện này là SIP. Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển mạch kênh trong R3 và R4. ðiều này cho phép chuyển ñồi dần dần từ các phiên bản R3 và R4 sang R5. Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch vụ khác chẳng hạn video có thể ñược thực hiện qua R5 IMS. Cấu hình lai ghép ñược thể hiện trên hình 1.8. Hình 1.8. Chuyển ñổi dần từ R4 sang R5 17 1.6. Cấu hình ñịa lý của hệ thống thông tin di ñộng 3G Do tính chất di ñộng của thuê bao di ñộng nên mạng di ñộng phải ñược tổ chức theo một cấu trúc ñịa lý nhất ñịnh ñể mạng có thể theo dõi ñược vị trí của thuê bao. 1.6.1. Phân chia theo vùng mạng Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào ñó phải ñược thực hiện thông qua tổng ñài cổng. Các vùng mạng di ñộng 3G ñược ñại diện bằng tổng ñài cổng GMSC hoặc GGSN. Tất cả các cuộc gọi ñến một mạng di ñộng từ một mạng khác ñều ñược ñịnh tuyến ñến GMSC hoặc GGSN. Tổng ñài này làm việc như một tổng ñài trung kế vào cho mạng 3G. ðây là nơi thực hiện chức năng hỏi ñể ñịnh tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di ñộng. GMSC/GGSN cho phép hệ thống ñịnh tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài ñến nơi nhận cuối cùng: các trạm di ñộng bị gọi. 1.6.2. Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN Một mạng thông tin di ñộng ñược phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này ñược phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.9a). hay SGSN (1.9b) Ta gọi ñây là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN. Hình 1.9. Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN ðể ñịnh tuyến một cuộc gọi ñến một thuê bao di ñộng, ñường truyền qua mạng sẽ ñược nối ñến MSC ñang phục vụ thuê bao di ñộng cần gọi. Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao ñược ghi lại tạm thời ở VLR. Thông tin này bao gồm hai loại: • Thông tin về ñăng ký và các dịch vụ của thuê bao. • Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao ñang ở vùng ñịnh vị hoặc vùng ñịnh tuyến nào). 1.6.3. Phân chia theo vùng ñịnh vị và vùng ñịnh tuyến Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR ñược chia thành một số vùng ñịnh vị: LA (Location Area) (hình 1.10a). Mỗi vùng phục vụ của SGSN ñược chia thành các vùng ñịnh tuyến (RA: Routing Area) (1.10b). 18 Hình 1.10. Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng ñịnh vị (LA: Location Area) và ñịnh tuyến (RA: Routing Area) Vùng ñịnh vị (hay vùng ñịnh tuyến là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR (hay SGSN) mà ở ñó một trạm di ñộng có thể chuyển ñộng tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản lý vị trí này. Có thể nói vùng ñịnh vị (hay vùng ñịnh tuyến) là vị trí cụ thể nhất của trạm di ñộng mà mạng cần biết ñể ñịnh tuyến cho một cuộc gọi ñến nó. Ở vùng ñịnh vị này thông báo tìm sẽ ñược phát quảng bá ñể tìm thuê bao di ñộng bị gọi. Hệ thống có thể nhận dạng vùng ñịnh vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng ñịnh vị (LAI: Location Area Identity) hay nhận dạng vùng ñịnh tuyến (RAI Routing Area Identity). Vùng ñịnh vị (hay vùng ñịnh tuyến) có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều RNC, nhưng chỉ thuộc một MSC (hay một SGSN). 1.6.4. Phân chia theo ô Vùng ñịnh vị hay vùng ñịnh tuyến ñược chia thành một số ô (hình 1.11). Hình 1.11. Phân chia LA và RA Ô là một vùng phủ vô tuyến ñược mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Cell Global Identity). Trạm di ñộng nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code). Vùng phủ của các ô thường ñược mô phỏng bằng hình lục giác ñể tiện cho việc tính toán thiết kế. 19 1.6.5. Mẫu ô (Cell) Mẫu ô có hai kiểu: vô hướng ngang (omnidirectional) và phân ñoạn (sectorized). Các mẫu này ñược cho trên hình 1.12. Hình 1.12. Các kiểu Cell Ô vô hướng ngang (hình 1.12a) nhận ñược từ phát xạ của một anten có búp sóng tròn trong mặt ngang (mặt phẳng song song với mặt ñất) và búp sóng có hướng chúc xuống mặt ñất trong mặt ñứng (mặt phẳng vuông góc với mặt ñất). Ô phân ñoạn (hình 1.12b) là ô nhận ñược từ phát xạ của ba anten với hướng phát xạ cực ñại lệch nhau 1200. Các anten này có búp sóng dạng nửa số 8 trong mặt ngang và trong mặt ñứng búp sóng của chúng chúc xuống mặt ñất. Trong một số trường hợp ô phân ñoạn có thể ñược tạo ra từ phát xạ của nhiều hơn ba anten. Trong thực tế mẫu ô có thể rất ña dạng tùy vào ñịa hình cần phủ sóng. Tuy nhiên các mẫu ô như trên hình 1.12 thường ñược sử dụng ñể thiết kế cho sơ ñồ phủ sóng chuẩn. 1.6.6. Tổng kết chương Chương này trước hết xét tổng quan về mạng 3G WCDMA UMTS, các khái niệm về 3G và các kiến trúc của hệ thống thông tin di ñộng 3G. Các phát hành ñánh dấu các mốc quan trọng phát triển mạng 3G WCDMA UMTS ñược xét: R3, R4, R5 và R6. R3 bao gồm hai miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong ñó kết nối giữa các nút chuyển mạch gọi là TDM (ghép kênh theo thời gian). R4 là sự phát triển của R3 trong ñó miền chuyển mạch kênh chuyển thành chuyển mạch mềm và kết nối giữa các nút mạng bằng IP. R5 và R6 hỗ trợ các dịch vụ ña phương tiện IP hoàn toàn dựa trên chuyển mạch gói. Hiện nay mạng 3GWCDMA UMTS ñang ở giai doạn chuyển dần từ R4 sang R5. 20