tiểu luận báo hiệu và điều khiển kết nối ĐỀ TÀI GIAO THỨC VÀ THỦ TỤC BÁO HIỆU UTRAN UMTS

tiểu luận báo hiệu và điều khiển kết nối ĐỀ TÀI GIAO THỨC VÀ THỦ TỤC BÁO HIỆU UTRAN UMTS HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: GIAO THỨC VÀ THỦ TỤC BÁO HIỆU UTRAN UMTS Môn: Báo hiệu và điều khiển kết nối

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: GIAO THỨC VÀ THỦ TỤC BÁO HIỆU UTRAN UMTS Môn: Báo hiệu điều khiển kết nối Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Trọng Minh Sinh viên thực hiện: Trương Quang Huy – B17DCVT180 Giáp Quốc Khánh – B18DCVT232 Nguyễn Bá Long – B18DCVT254 Nhóm: 15 Hà Nội, 12/2021 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ UMTS VÀ UTRAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Kiến trúc hệ thống UMTS 1.3 Trạm di động (MS) / Thiết bị người dùng (UE) 1.4 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) 1.5 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC 10 1.6 Node B 11 1.7 Mạng lõi 12 1.8 Kiến trúc giao thức UTRAN 13 1.8.1 Các giao thức 13 1.8.2 Kiến trúc giao thức mạng UMTS 13 1.9 Bảo mật UMTS 14 1.9.1 Kiến trúc bảo mật UMTS 14 1.9.2 Xác thực Thỏa thuận khóa (AKA) 15 1.9.3 Khả bảo toàn 16 1.9.4 Cơ chế bảo mật 16 CHƯƠNG II: THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG UTRAN UMTS 17 2.1 Các giao diện vô tuyến UMTS 17 2.1.1 Giao diện Iub 17 2.1.2 Giao diện Iur 21 2.1.3 Giao diện Iu 24 2.1.4 Giao diện Uu 26 2.2 Xử lý gọi giao diện Iub 27 2.3 Thủ tục gọi UMTS 29 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 LỜI NÓI ĐẦU UMTS mạng di động hệ thứ (3G) sử dụng kỹ thuật trải phổ WCDMA UMTS chuẩn hóa tổ chức 3GPP UMTS đơi cịn gọi 3GSM để khả "interoperability" GSM UMTS UMTS phát triển lên từ nước sử dụng GSM UMTS sử dụng băng tầng khác với GSM Mạng UMTS gồm hai phần, phần mạng truy nhập vô tuyến (UMTS UTRAN) phần mạng lõi Vấn đề báo hiệu mạng UMTS phần quan trọng viễn thông Vì nhóm chúng em tìm hiểu số vấn đề liên quan đến báo hiệu mạng truy nhập UMTS Nội dung đề tài gồm chương:  Chương I: Tổng quan UMTS UTRAN  Chương II: Thủ tục báo hiệu UMTS UTRAN  Chương III: Kết luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Hồng Trọng Minh có góp ý, giúp đỡ chúng em hồn thành tiểu luận Do thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót, nhóm mong nhận ý kiến đóng góp thầy toàn thể bạn! THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3GPP The 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác hệ thứ ATM ALCAP Asynchronous Transfer Mode Access Link Control Application Part AAL ATM Adaptation Layer Chế độ truyền khơng đồng Ứng dụng kiểm sốt liên kết truy cập Lớp thích ứng ATM AMR Adaptive Multi-Rate code Mã nhiều tỷ lệ thích ứng AKA BMC Authentication & Key Agreement Broadcast/Multicast Protocol Xác thực thỏa thuận khóa Giao thức Broadcast/Multicast BSC BTS Base Station Controller Base Transceiver Station Bộ điều khiển trạm gốc Trạm thu phát sóng CDMA Code Division Multiple Access Phân chia mã đa truy cập CN Core Network Mạng lõi CRNC Controlling RNC Điều khiển RNC CC Call Control Kiểm soát gọi DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển chuyên dụng DCH FACH Dedicated Channel Forward Access Channel Kênh chuyên dụng Kênh truy cập chuyển tiếp FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi chuyển tiếp GSM GPRS Global System for Mobile Communication General Packet Radio Service Hệ thống tồn cầu cho truyền thơng di động Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS gateway HLR Home Location Register Đăng ký vị trí nhà HSPA IP IMSI High Speed Packet Access Internet Protocol International Mobile Subscriber Identity LAI Location Area Identity Truy cập gói tốc độ cao Giao thức internet Nhận dạng thuê bao di động quốc tế Nhận dạng khu vực vị trí MTP3-B MM Message Transfer Past Level – Broadband Mobility Management Truyền tin nhắn qua cấp độ băng thông rộng Quản lý di động MAC Medium Access Control Kiểm soát truy cập MSC Visitor Location Register ME MS Mobile Equipment Mobile Station Đăng ký vị trí khách truy cập Thiết bị di động Trạm di động NAS O&M NonAccess Stratum Operations anh Maintenance Tầng NonAccess Hoạt động bảo trì PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ liệu gói PS Packet Switched Gói chuyển PCH Paging Channel Kênh phân trang QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature phase-shift keying Khóa dịch pha vng góc RAB RNSAP Radio Access Bearer Radio Network Subsystem Application Part Bộ truyền tín hiệu vơ tuyến ứng dụng hệ thống mạng vô tuyến RCR Radio Resource Control Protocol RLC Radio Link Control Giao thức kiểm soát tài nguyên vơ tuyến Kiểm sốt liên kết vơ tuyến RACH RRM RNC Random Access Channel Radio Resource Managenment Radio Network Controller Kênh truy cập ngẫu nhiên Quản lý tài nguyên vô tuyến Điều khiển mạng vô tuyến SCCP Signaling Connection Control Part Điều khiển kết nối tín hiệu SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức truyền điều khiển luồng Quản lý phiên Bộ chuyển đổi truyền tải tín hiệu Chức điều phối dịch vụ cụ thể Giao thức định hướng kết nối dịch vụ cụ thể Hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng Phục vụ RNC Cung cấp nút hỗ trợ GPRS SM STC Session Management Signaling Transport Converter SSCF Service Specific Coordination Function SSCOP SDH Service Specific Connection Oriented Protocol Synchronous Digital Hierarchy SRNC SGSN Serving RNC Serving GPRS Support Node SIM Subscriber Identity Module TDD Time Division Duplexing Modun nhận dạng người đăng ký Song công phân chia thời gian TAF Terminal Adaptation Function Chức thích ứng đầu cuối TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity UE USIM User Equipment The Universal Subscriber Identity Module User Plane Framing Protocol UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems Danh tính thuê bao di động tạm thời Thiết bị người dùng Môdun nhận dạng người đăng ký chung Giao thức khung hình mặt phẳng người dùng Hệ thống viễn thơng di động toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Visitor Location Register Wideband Code Division Multiple Access Mạng truy cập vơ tuyến mặt đất UMTS Đăng ký vị trí khách truy cập Đa truy nhập phân chia mã băng thông UPFP VLR WCDMA DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Kiến trúc UMTS đơn giản Hình 1.2: UMTS UTRAN Hình 1.3: Cấu trúc RNC Hình 1.4: Cấu hình chức node B Hình 1.5: Kiến trúc giao thức mạng UMTS Hình 1.6: Chuyển đổi mạng Hình 1.7: Kiến trúc bảo mật UMTS Hình 1.8: Tổng quan giao diện UMTS kiến trúc miền Hình 2.1: Các giao diện UTRAN Hình 2.2: Iub – Control Plane Hình 2.3: Iub – User Plane Hình 2.4: Giao diện Iur Hình 2.5: Kiến trúc giao diện Iu Hình 2.6: IuCs – User/Control Plane Hình 2.7: IuPS – User/Control Plane Hình 2.8: Cấu trúc phân lớp giao diện vơ tuyến Hình 2.9: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub Hình 2.10: Thiết lập kết nối RRC Hình 2.11: Xác thực mật mã Hình 2.12: Thành lập RAB thiết lập gọi Hình 2.13: Thực gọi Hình 2.14: Iu bearer release PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ Họ tên MSV Nhiệm vụ Trương Quang Huy – B17DCVT180 Chương I: từ 1.1 đến 1.7 Giáp Quốc Khánh – B18DCVT232 Chương I: 1.8 1.9 chương II: 2.3 Nguyễn Bá Long – B18DCVT254 Chương II: 2.1 2.2 Chương I: Tổng quan UMTS UTRAN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ UMTS VÀ UTRAN 1.1 Giới thiệu chung Thế hệ di động thứ (3G) công nghệ truyền thông hệ thứ cho phép truyền liệu thoại liệu phi thoại (dữ liệu, mail, tin nhắn, hình ảnh…) Mạng 3G đặc trưng tốc độ dự liệu cao, tăng hiệu sử dụng phổ tần nhiều cải tiến khác Có loạt chuẩn công nghệ di động 3G, tất dựa CDMA, bao gồm: UMTS (dùng FDD lẫn TDD), CDMA 2000 VÀ TD – SCDMA UMTS (đơi cịn gọi 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa truy cập WCDMA UMTS chuẩn hoá 3GPP UMTS công nghệ 3G lựa chọn hầu hết nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để lên 3G Tốc độ liệu tối đa 1920Kbps (gần 2Mbps) Mỗi ngày giới số lượng mạng thương mai tăng lên nhanh chóng nên nhà điều hành mạng cung cấp thiết bị cần phải hiểu việc xử lý phân tích thủ tục báo hiệu UMTS để điều hành mạng, phát lỗi xử lý Giao diện vô tuyến UMTS dựa W-CDMA chứa đựng đặc tính kĩ thuật HSPA W-CDMA sử dụng kênh có độ rộng 5MHz ghép cặp khơng ghép cặp xác định rõ UMTS rel 99 rel HSPA giới thiệu rel (đường xuống) rel (đường lên) mang tới tốc độ bit lớn đáng kể cải thiện ứng dụng chuyển mạch gói 1.2 Kiến trúc hệ thống UMTS Mạng UMTS bao gồm phần chính:  Phần trạm di động (Mobile Station-MS) hay Thiết bị người dùng (UE)  Phần truy nhập vô tuyến (UMTS – UTRAN)  Phần mạng lõi (Core Network - CN) Chương I: Tổng quan UMTS UTRAN 1.3 Trạm di động (MS) / Thiết bị người dùng (UE) UE thiết bị người dùng UMTS thiết kế module, trạm di động thực chức giao tiếp người sử dụng với hệ thống UE gồm hai phần:  Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu  Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực thuật tốn nhận thực, lưu giữ khóa nhận thực số thông tin thuê bao cần thiết Khác biệt lớn USIM SIM GSM USIM download được, truy nhập qua mơi trường vơ tuyến thay đổi mạng USIM mạch điện tích hợp tổng thể (tồn cầu) có dung lượng lớn SIM 1.4 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) Mạng truy nhập vơ tuyến có nhiệm vụ thực chức liên quan đến truy nhập vô tuyến - Các đặc tính UTRAN:  Hỗ trợ UTRAN tất chức liên quan Đặc biệt ảnh hưởng lên việc thiết kế yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối qua hay nhiều tích cực) thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA  Đảm bảo tính chung cho xử lý số liệu chuyển mạch kênh chuyển mạch gói ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến cách sử dụng giao diện để kết nối UTRAN đến vùng PS CS mạng lõi  Đảm bảo tính chung với GSM cần thiết  Sử dụng truyền tải ATM chế truyền tải UTRAN - Các thành phần mạng UTRAN:  thành phần mạng UTRAN RNC Node B UTRAN phân chia thành miền RNS (Radio Network Subsystem) riêng gồm RNC node B mà điều khiển Mỗi node B quản lý nhiều cell  Các phần tử mạng tồn MSC, SGSN, HLR mở rộng theo yêu cầu UMTS RNC NodeB phải thiết kế RNC thay cho BSC Node B thay cho BTS Chương I: Tổng quan UMTS UTRAN 1.5 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC Thành phần biên UTRAN RNC (Radio Network Controler) Một điều khác BSS RNC kết nối với qua giao diện Iur Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC phần tử chuyển mạch điều khiển UTRAN RNC nằm hai giao diên IuB Iu RNC UMTS tương đương với BSC GSM có nhiều tính Nó có thêm giao diện Iur để giao tiếp RNC trường hợp chuyển vùng mềm Một chức mà BSC khơng có Việc quản lý tính di động (MM) chuyển từ mạng lõi sang RNC điểm khác với GSM Điều khiển việc sử dụng đảm bảo tin cậy tài nguyên vô tuyến Chức là: điều khiển chấp nhận gọi, quản trị kênh mang vô tuyến, điều khiển công suất, điều khiển tắc nghẽn, O&M Cấu trúc RNC thể hình vẽ: Hình 1.3: Cấu trúc RNC RNC phần tử mạng chịu trách nghiệm điều khiển tài nguyên vơ tuyến UTRAN Nó giao diện với CN kết nối với giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến 10 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS AAL2 loạt ATM VCC mang liên kết AAL2 Giao thức báo hiệu AAL2 cung cấp chức bảo trì liên quan đến báo hiệu AAL2 - MM (Mobility Management) Quản lý di động, thuật ngữ chung cho chức di động cung cấp PLMN… theo dõi thiết bị di động di chuyển quang mạng đảm bảo kết nối trì Các chức MM:  Thủ tục MM để thiết lập giải phóng kết nối  Chuyển thông báo lớp CM  Thủ tục MM chung cho chức bảo mật, ví dụ: quy trình Xác thực  Thủ tục MM riêng cho chức vị trí như: cập nhật vị trí định kỳ thủ tục đính kèm IMSI  UE xác định IMSI TMSI - SM (Session Management) Quản lý phiên – giao thức sử dụng UE SGSN để tạo, sửa đổi, theo dõi, hết thúc phiên với nhiều thành phần tham dự, bao gồm đa phương tiện gọi internet Các chức SM:  Đối tác với giao thức CS CC, nghĩa giao thức SM sử dụng để thiết lập giải phóng phiên liệu gói  SM thủ tục để thiết lập phát hành nhiều PDP Contexts  Các khung cảnh PDP xử lý UE GGSN  SGSN đại diện cho IWF - CC (Call Control) Điều khiển gọi bao gồm số thủ tục cho điều khiển di động Các chức CC:  CC thiết lập giải phóng kết nối CC UE CN  Kích hoạt giải mã thoại / đa phương tiện 2.1.1.2 Iub – User Plane - PDCP (Packet Data Convergence Protocol) Giao thức hội tụ liệu gói dử dụng để định dạng liệu thành dạng cấu trúc phù hợp trước truyền qua giao diện vô tuyến cung cấp dịch vụ cho NAS hoăc trạm chuyển tiếp RNC PDCP thực chức sau:  Nén tiêu đề giải nén luồng giữ liệu IP (ví dụ, tiêu đề TCP / IP RTP / UDP / IP) thực thể truyền nhận tương ứng Phương pháp nén tiêu đề dành riêng cho lớp mạng cụ thể, lớp truyền tải kết hợp giao thức lớp cao (ví dụ: TCP / IP RTP / UDP / IP) 20 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS  Chuyển liệu người dùng (truyền liệu người dùng có nghĩa PDCP nhận PDCP SDU từ NAS chuyển tiếp đến lớp RLC ngược lại)  Duy trì số thứ tự PDCP cho mang sóng vơ tuyến cấu hình để hỗ trợ định vị SRNS không liệu  Ghép RB khác vào thực thể RLC - BMC (Broadcast/Multicast Protocol) Điều chỉnh dịch vụ broadcast multicast giao diện vô tuyến phân lớp lớp 2, tồn mặt người dùng Chức BMC:  Lưu trữ tin nhắn phát sóng di động (CBM)  Giám sát lưu lượng truy cập yêu cầu tài nguyên vô tuyến cho CBS  Lập lịch tin BMC  Truyền tin BMC tới UE  Phân phối CBM đến lớp cao (NAS)  Chỉ thủ tục: Truyền tin BMC - Application Data Các giao thức gói dựa IP Hình 2.3: Iub - User Plane 2.1.2 Giao diện Iur Giao diện Iur RNC cho thấy giải pháp mạng truyền tải:  SSCP tin RNSAP chạy SSCOP  SSCP M3UA lớp truyền tải lớp IP Chức giao diện Iur:  Hỗ trợ tính di động sở RNC  Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng  Hỗ trợ kênh lưu lượng chung  Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cục Các giao thức sử dụng Iur - User/Control Plane đảm nhiệm chức sau: - RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến gồm giao thức truyền thông, sử dụng giao diện Iur luật mã hóa gói PER Giao thức báo hiệu RNSAP nói 21 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS chung thực phần chức Iur hai điều khiển mạng vô tuyến tùy theo yêu cầu nhà khai thác  Hỗ trợ tính di động sở RNC:  Hỗ tợ việc đặt lại SRNC  Hỗ trợ vùng cập nhật đăng kí UTRAN RNC  Hỗ trợ tìm gọi RNC  Báo lỗi giao thức  Hỗ trợ lưu lượng kênh chung:  Thiết lập, thay đổi giải phóng kênh riêng DRNC chuyển giao cứng chuyển giao mềm trạng thái kênh riêng  Thiết lập giải phóng kết nối truyền tải qua giao diện Iur  Truyền khối truyền tải DRNC SRNC  Quản lý đoạn nối vô tuyến DRNC thông qua thủ tục báo cáo đo thiết lập công suất  Hỗ trợ lưu lượng kênh chung:  Thiết lập giải phóng kết nối truyền tải qua Iur cho luồng số liệu kênh chung  Phân chia lớp MAC SRNC  Hỗ trợ quản lý tài nguyên tồn cục:  Truyền kết đo hai RN  Truyền thong tin định thời nút B hai RN  Tổng kết chức Iur - IP (Internet Protocol) Giao thức Internet cấp dịch vụ phi kết nối mạng gồm tính đánh địa chỉ, xác lập kiểu dịch vụ, phân mảnh ghép gói tin hỗ trợ bảo mật Trong có phiên là:  IPv4:  Khơng kiểm sốt sửa lỗi  Khơng có trình tự kiểm sốt luồng  Phân đoạn tập hợp lại liệu; phần đầu tối thiểu 20 byte  Kích thước địa chỉ: 32 bit, bao gồm nguồn đích  Thế hệ IPv6:  Bao gồm sử dụng tham số Qos  Cấu hình từ xa người dùng IP  Cơ chế xác thực mã hóa bao gồm:  ký số địa nội dung  phân đoạn tập hợp lại liệu; phần đầu tối thiểu 40 byte  kích thước địa chỉ: 128 bit, bao gồm nguồn đích - SCTP (Stream Control Transmission Protocol) Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng cung cấp chức xác nhận lỗi cho luồng liệu Các vấn đề ngắt liệu, tổn hao liệu hay trùng lặp xác 22 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS nhận số thứ tự trường kiểm tra tổng SCTP cho phép truyền lại phát lỗi gây ngắt nguồn liệu - MTP3 - B (Message Transfer Part Level 3- Broadband) Phần chuyển tin mức dàng cho mạng băng rộng, cung cấp nhận dạng truyền tin mức cao, đồng thời cung cấp chức định tuyến chia tải Các tham số địa mã điểm gốc điểm đích (ODC DPC) Về báo mạng: sử dụng điểm kết nối (POI) để xây dựng mạng kết nối ảo cấp độ mạng quốc gia quốc tế Về báo dịch vụ: Xác định nội dung trường liệu người dùng (ví dụ: giao thức lớp cao hơn) - M3UA (MTP3 User Adaptation layer) Lớp tương thích người dùng MTP mức tuong đương chức MTP3 M3UA mở rộng để truy cập tới dịch vụ MTP3 cho ứng dụng điều khiển từ xa dựa IP - SCCP (Signaling Connection Control Part) Phần điều khiển kết nối báo hiệu cung cấp dịch vụ truyền tin hai điểm báo hiệu mạng Nó hoạt động giao thức truyền tải phi kết nối hướng kết nối cung cấp kiểu kết nối sau:  Phi kết nối (Lớp & l) định hướng kết nối (Lớp & 3)  Lớp & 1: mục đích giải quyết, DPC Tiêu đề toàn cầu (GT)  Lớp 2:  Được sử dụng giao diện IuCS, IuPS Iur để tổ chức kết nối  Được số nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch lên kế hoạch sử dụng giao diện Iur  Người dùng SCCP gọi hệ thống xác định số hệ thống (SSN), hệ thống giao thức lớp cao phần tử, chức mạng  Lớp 3: - Lớp định hướng kết nối điều khiển luồng - (có thể) Không sử dụng Iur Phi kết nối SCCP chịu trách nhiệm việc định địa đầu cuối SCCP tạo địa cách cung cấp DPC GT điểm cuối GT phải dịch (GTT - Bản dịch tiêu đề tồn cầu) đường đến đích Trên liên kết cuối đến điểm đích, GT thay DPC 23 Hướng kết nối SCCP chịu trách nhiệm kết nối người dùng chạy giao diện Nó khơng kiểm sốt kết nối end-to-end Kết nối xác định Nguồn Số tham chiếu cục đích (SLR, DLR) Để xác định giao thức cao vận chuyển, SCCP sử dụng SSN Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS Hình 2.4: Giao diện Iur 2.1.3 Giao diện Iu Iu giao diện UTRAN mạng lõi Là giao diện mở quy ước để hỗ trợ hoạt động đa nhà cung cấp dịch vụ Có kiểu giao diện thực giao diện Iu Giao diện Iu hướng tới chuyển mạch lõi mạng lõi, gọi Iu - PS, giao diện Iu hướng tới miền chuyển mạch kênh gọi Iu - CS hướng tới miền chuyển mạch quảng bá gọi Iu – BS Hình 2.5: Kiến trúc giao diện Iu Giao diện Iu có kiến trúc phân cấp nơi mà lớp thực thể cao điều khiển vài lớp thực thể thấp Sự phân cấp cho báo hiệu kết nối điểm cuối CN - UTRAN sau: 24 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS  Mỗi điểm truy nhập CN kết nối tơi nhiều điểm truy nhập UTRAN  Với miền CS PS, điểm truy nhập UTRAN không kết nối tới nhiều điểm truy nhập CN miền CN  Với miền BC, điểm truy nhập UTRAN kết nối với nhiều điểm truy nhập CN Giao thức Iu hỗ trợ:  Thủ tục thiết lập, trì, giải phóng vật mang truy nhập vơ tuyến  Thủ tục thực bàn giao hệ thống tái định vị SRNS 2.1.3.1 IuCS – User/Control Plane Hình 2.6: IuCS – User/Control Plane Chồng giao thức điều khiển/người dùng Iu – CS bao gồm số giao thức:  AMR (Adaptive Multirate Codec) Mã hóa đa tố độ thích ứng cung cấp miền tóc độ rộng cho liệu sử dụng cho mã hóa tốc độ thấp cho giao diện vơ tuyến AMR bao gồm mã hóa giọng nói đa tốc độ, sơ đồ tốc độ kiểm soát nguồn bao gồm phát hoạt động giọng nói, hệ thống tạo tiếng ồn dễ chịu chế che giấu lỗi để chống lại ảnh hưởng lỗi truyền gói bị Có hai định dạng khung AMR Định dạng giao diện AMR (AMR IF1) định dạng khung chung cho khung tiếng nói tiếng ồn dễ chịu mã hóa giọng nói AMR Định dạng giao diện AMR (AMR IF2) hữu ích, chẳng hạn codec AMR sử dụng với chuỗi khuyến nghị ITU-T H thích hợp  TAF (Terminal Adaptation Function) Chức tương thích đầu cuối giao thức hỗ trợ biến đổi nhiều kiểu thiết bị đầu cuối khác vào mạng PLMN hỗ trợ nhiều loại dịch vụ thoại dịch vụ phi hoá đơn mạng Để kích hoạt lưu lượng khơng hóa đơn PLMN, cần phải kết nối nhiều loại thiết bị đầu cuối với MT  RLP (Radio Link Protocol) 25 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS Giao thức liên kết vô tuyến điều khiển truyền dẫn liệu mạng GSM UMTS RLP bao gồm chức Lớp Mơ hình Tham chiếu ISO / OSI RLP điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu đặc biệt truyền dẫn vô tuyến kỹ thuật số RLP thiết kế để sử dụng với truyền liệu không rõ ràng Chuyển đổi giao thức cung cấp cho nhiều cấu hình giao thức khác  Vùng chuyển mạch kênh liên quan tới tập thực thể xử lý lưu lượng người dùng báo hiệu liên quan Tại gồm thành phần MSC, GMSC, VRL chức liên kết liên mạng IWF tơi mạng PSTN 2.1.3.2 IuPS – User/Control Plane Hình 2.7: IuPS – User/Control Plane Vùng chuyển mạch gói gồm thực thể liên quan tói truyền dẫn gói SGSN, GGSN cổng biên BG Lưu lượng IP truyền tải AAL5 ATM Vì khơng tồn lớp ALCAP mặt điều khiển để thiết lập xóa bỏ kết nối ảo chuyển mạch lớp AAL2 2.1.4 Giao diện Uu - Cấu trúc giao diện vô tuyến Uu phân thành lớp giao thức:  Lớp đoạn nối số liệu L1  Lớp đoạn nối số liệu L2  Lớp mạng L3 Hình 2.8: Cấu trúc phân lớp giao diện vô tuyến 26 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS - Lớp chia thành lớp con:  MAC (Medium Access Control): Điều khiển truy nhập môi trường  RLC (Radio Link Control): Điều khiển đoạn nối  PDCP (Packet Data Convergenca Protocol): Giao thức hội tụ số liệu gói  BMC (Boardcast/Multicast Control): Điều khiển quảng bá/ đa phương 2.2 Xử lý gọi giao diện Iub Giao diện Iub nằm RNC node B RNC điều khiển node B thông qua Iub số tác vụ như: thỏa thuận tài nguyên vô tuyến, bổ sung loại bỏ tế bào khỏi node B, hỗ trợ kiểu truyền thông khác liên kết điều khiển Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục chia sẻ giao diện Abis/GMS giao diện Iub, tối thiểu số lượng tùy chọn có sẵn phần chức RNC node B Bên cạnh chức điều khiển ô, thêm loại bỏ liên kết vô tuyến ô thuộc quản lý node B, Iub hỗ trợ chức O&M node B Iub cho phép chuyển mạch kiểu kênh khác nhằm trì kết nối Các chức chi tiết Iub sau:  Tái định vị điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio Network Controller): Chuyển chức SRNC nguồn tài nguyên liên quan tới Iu từ RNC tới RNC khác  Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): Bao gồm thiết lập, quản lý giải phóng kênh mang truy nhập vơ tuyến  Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô tuyến tới mạng lõi CN  Giải phóng tài nguyên kêt nối Iu: Giải phóng tồn tài ngun liên quan tới kết nối Iu Gửi u cầu giải phóng tồn kết nối Iu tới mạng lõi CN  Quản lý tài nguyên truyền tải Iub: Quản lý liên kết Iub, quản lý cấu hình ơ, đo hiệu mạng vô tuyến, quản lý kiện tài nguyên, quản lý kênh truyền tải chung, quản lý tài nguyên vô tuyến, xếp cấu hình mạng vơ tuyến  Quản lý thông tin hệ thống lưu lượng kênh chung: Điều khiển chấp nhận, quản lý công suất, truyền liệu  Quản lý lưu lượng kênh cố định: Quản lý giám sát liên kết vô tuyến, định giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênh truyền tải dành riêng, truyền liệu  Quản lý lưu lượng kênh chia sẻ: Chỉ định giải tỏa kênh, quản lý công suất, quản lý kênh truyền tải, truyền liệu  Quản lý đồng định thời: Đồng kênh truyền tải, đồng khung, đồng node B RNC, đồng node B Để hiểu rõ chức xử lý gọi giao diện Iub, ta xem xét tiến trình thực gọi sau: 27 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS Hình 2.9: Thủ tục trao đổi thơng tin báo hiệu qua Iub - Bước 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Controller) gửi từ UE tới RNC - Bước 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấp cho trình thiết lập kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang kênh điều khiển logic dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), DCCH sử dụng để truyền tin RRC NAS (Non - Access Stratum) - Bước 3: Khi DCH DCCH không khả dụng, tin báo hiệu để thiết lập kết nối cho RRC truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hướng FACH (Forward Access Channel) hướng - Bước 4: Thủ tục mã hóa/nhận thực yêu cầu từ mạng sử dụng để kiểm tra lần hai nhận dạng UE chuyển mã RNC UE cần - Bước 5: Thiết lập gọi thoại bắt đầu tin SETUP lớp MM/SM/CC Bản tin Setup gồm số thiết bị bị gọi chuyển tới RNC tới miền mạng chuyển mạch kênh - Bước 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho gọi thoại  Các giá trị QoS tham số kênh mang truy nhập vô tuyến RAB  RAB gán thủ tục tương thích với thiết lập kênh mang mạng SS7  RAB cung cấp kênh cho thoại gói thiết bị đầu cuối thiết bị chuyển mạch vùng mạng chuyển mạch kênh - Bước 7: Tái cấu hình liên kết vơ tuyến cung cấp nguồn tài ngun để thiết lập kênh mang vô tuyến bước - Bước 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số thủ tục gán RAB, kênh vô tuyến thiết lập để mang kênh lưu lượng dành riêng DTCH Nếu sử dụng mã AMR để mã hóa thoại, ba kênh DTCH thiết lập gồm: Lớp A, lớp B, lớp C 28 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS - Bước 9: Giải phóng gọi thoại thực sau RRC giải phóng khơng cịn dịch vụ kích hoạt Cả hai kênh điều khiển lưu lượng dành riêng giải phóng Cuối cùng, RNC giải phóng tài ngun vơ tuyến bị khóa cho hai kênh để dành cho gọi khác 2.3 Thủ tục gọi UMTS - Chuyển mạch kênh gọi di động có nguồn gốc  Bước 1: Thiết lập kết nối RRC UE SRNC  Bước 2: Xác thực mật mã  Bước 3: Thành lập truy nhập vô tuyến thiết lập gọi  Bước 4: Gọi điện Iu release - Chi tiết bước thực sau:  Bước 1: Thiết lập kết nối RRC UE SRNC Trên hình 2.1 minh họa tương tác UTRAN để thiết lập kết nối RRC UE RNC Thông báo gồm thông tin IMSI TMSI, LAI, RAI lý kết nối RRC Hình 2.10: Thiết lập kết nối RRC RRC phân tích lý cho yêu cầu để định phương thức thích hợp ví dụ dành riêng hay chung RNC sau khởi đầu q trình thiết lập mạng Iub cách gửi NBAP thiết lập đường thông báo kết nối vô tuyến tới node B Thông báo chứa yếu tố thông tin ID giao dịch, ID truyền thông, mã xáo trộn, cài đặt định dạng vận chuyển số mã kênh FDDDL Node B chấp nhận tin cách gửi phản ứng thiết lập NBAP RL Thông báo chứa thông tin liên quan đến địa lớp giao vận, ví dụ địa AAL2 Các SRNC sử dụng ALCAP lớp mạng giao vận thành lập mang Iub, sử dụng thông tin nhận từ node B, tức đường AAL kênh ID Các Iub mang liên kết với quy định DCH cho giao dịch Các SRNC sau đồng hóa kết nối giao thức khung (FP) 29 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS cách gửi thông điệp đường xuống đồng FP RNC đáp ứng UE cho thấy kết nối RRC thành công cách gửi thông báo thiết lập kết nối RRC Thông báo chứa yếu tố thông tin định dạng giao vận, kiểm soát lượng, mã xáo trộn UE đáp ứng với thiết lập kết nối RRC đầy đủ để xác nhận kết nối RRC  Bước 2: Xác thực mật mã Xác thực mật mã thiết lập kết nối thành công với RRC, UE gửi tin nhắn trực tiếp chuyển giao ban đầu RRC Thông điệp mang tới mạng lõi Khi nhận yêu cầu dịch vụ từ UE, MSC khởi đầu thủ tục an ninh Bao gồm việc chứng thực trao đổi mã hóa MSC gửi yêu cầu xác thực thông điệp chuyển giao trực tiếp RANAP Các đồ RNC chuyển tiếp tin nhắn yêu cầu xác thực cách sử dụng RRC chuyển trực tiếp tới UE UE thực thuật toán xác thực gửi kết trở lại tin nhắn trả lời xác thực tới MSC Thông báo thực tải trọng việc chuyển giao trực tiếp RRC RANAP RNC đơn hoạt động chuyển mạch Giả sử UE chuyển mạch thành cơng, MSC sau gửi chế độ bảo mật tin nhắn lệnh chế độ bảo mật cho RNC giao dịch UE UTRAN cần mã hóa RNC gửi chế độ bảo mật tin nhắn lệnh tới UE Các lệnh thông điệp chế độ bảo mật truyền đạt thuật tốn mã hóa khóa mã hóa tồn vẹn Hình 2.11: Xác thực mật mã UE bắt đầu mã hóa giao dịch hướng tới UTRAN thơng báo cho RNC, sử dụng chế độ bảo mật thơng báo hồn chình RRC RRC thơng báo cho MSC Lưu ý mã hóa áp dụng cho giao dịch UTRAN UE 30 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS  Bước 3: Truy nhập vô tuyến vô danh thành lập thiết lập gọi Sau thủ tục xác thực bảo mật thành công, UE gửi thông điệp thiết lập điều khiển gọi đến MSC MSC xác nhận UE ủy quyền cho dịch vụ yêu cầu Nếu có, MSC bắt đầu trình để thiết lập đường truyền cho liệu người dùng Điều đạt MSC cách gửi yêu cầu chuyển nhượng RAB đến RNC MSC bao gồm ID RAB tham số QoS thiết lập RNC, nhận thông báo này, kiểm tra nguồn lực thiết lập đường truyền Iu RNC thiết lập đường truyền vô tuyến RNC UE cách gửi đài phát mang thông điệp thiết lập Thông báo chứa thông tin định danh mang Radio UE đáp ứng với đài phát mang thông điệp thiết lập hồn chỉnh RNC sau gửi phản ứng phân RAB đến MSC Với thủ tục thực thành cơng, có tồn đường truyền liệu sử dụng để vận chuyển từ UE đến MSC Hình 2.12: Thành lập RAB thiết lập gọi Từ thời điểm trở đi, số tiền thu gọi cách bình thường, sử dụng tin nhắn điều khiển gọi thiết lập gọi GSM  Bước 4: Thực gọi phát hành RAB Sau gọi phát hành bên bất kỳ, nguồn lực cần phải phát hành Khi nhận tin nhắn ngắt kết nối từ UE (trong ví dụ này, bên mời phát hành gọi) chuyển giao thông điệp kêu gọi toán bù trừ MSC phát hành Iu đến RNC Khi nhận thông báo này, RNC phát hành kênh mang vô tuyến giao diện Iub thông báo cho MSC cách gửi thông điệp hồn chỉnh Iu Bây giờ, RNC phí để xóa kết nối RRC cách gửi 31 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS tin nhắn RRC phát hành kết nối đến UE UE thừa nhận với thơng điệp hồn tồn giải phóng kết nối Hình 2.13: Thực gọi Hành động cuối RNC để xóa nguồn tài nguyên giao diện Iub MSC gửi NBAP kết nối vô tuyến thơng để xóa node B Node B phản ứng với kết nối vô tuyến thông điệp trả lời xóa để việc phát hành tài nguyên giao diện Iub Hình 2.14: Iu bearer release 32 Chương III: Kết luận CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Qua tiểu luận, người đọc tìm hiểu chi tiết vấn đề liên quan đến giao thức thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS Vấn đề báo hiệu mạng USTM phần quan trọng viễn thông UMTS chiếm đến 70% thuê bao di động 3G giới UMTS với việc sử dụng kỹ thuật đa truy cập WCDMA chuẩn hố 3GPP cơng nghệ 3G lựa chọn hầu hết nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để lên 3G Tốc độ liệu tối đa 1920Kbps (gần 2Mbps) UMTS cho phép truyền liệu thoại liệu phi thoại (dữ liệu, mail, tin nhắn, hình ảnh…) Trong mạng truy nhập vơ tuyến UTRAN có vai trị vô quan trọng việc thực chức liên quan đến truy nhập vô tuyến: sở hữu, quản lý tài ngun vơ tuyến, chuyển đổi dịng số liệu gioa diện Iub Uu; cung cấp dịch vụ cho mạng lõi CN Từ đó, tìm hiểu thủ tục báo hiệu mạng truy nhập UMTS/UTRAN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng Báo hiệu điều khiển kết nối - Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng [2] Sách “UMTS Signaling” - Ralf Kreher and Torsten Rudebusch 34 ... nghiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến UTRAN Nó giao diện với CN kết nối với giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến 10 Chương I: Tổng quan UMTS UTRAN RRC, giao thức định nghĩ tin thủ tục MS UTRAN, ... III: Kết luận CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Qua tiểu luận, người đọc tìm hiểu chi tiết vấn đề liên quan đến giao thức thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS Vấn đề báo hiệu mạng USTM phần quan trọng viễn thông UMTS. .. gọi giao diện Iub, ta xem xét tiến trình thực gọi sau: 27 Chương II: Thủ tục báo hiệu UTRAN UMTS Hình 2.9: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub - Bước 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài