(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN đề tài báo hiệu xử lý chuyển vùng trong mạng di động

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG - - BÀI TIỂU LUẬN Đề tài:”Báo hiệu xử lý chuyển vùng mạng di động” MÔN HỌC: BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI Giảng viên hướng dẫn: TS.PHẠM ANH THƯ Nhóm: 03 Sinh viên thực Phạm Bá Huy Đặng Quang Huy Hà nội,tháng 10/2021 Nguyễn Hữu Hùng Nguyễn Tiến Hải Cao Xuân Tân LỜI CẢM ƠN Trong gần năm học tập Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn Thông, sinh viên chúng em nhận bảo giúp đỡ tận tình Thầy Cơ giáo Học viện Đặc biệt, sinh viên nghành Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thơng chúng em tìm hiểu, nghiên cứu, học hỏi, tiếp thu biết kiến thức hướng dẫn tận tâm Thầy Cô Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới Thầy Cô giáo Học Viện nói chung Thầy Cơ giáo khoa Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thơng nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt bốn năm học vừa qua Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Phạm Anh Thư, nhiệt tình dạy cho chúng em kiến thức cần thiết môn học người bảo nhiệt tình để chúng em hoàn thành bải tiểu luận Tuy cố gắng kiến thức hạn chế nên tiều luận cịn nhiều thiếu sót, hi vọng góp ý bổ sung để chúng em hồn thiện tiểu luận cách tốt Cuối cùng, em xin kính chúc Cơ gia đình dồi sức khoẻ, thành cơng nghiệp cao quý! Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Nhóm sinh viên thực ThS Phạm Anh Thư Phạm Bá Huy Đặng Quang Huy Nguyễn Hữu Hùng Nguyễn Tiến Hải Cao Xuân Tân MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THƠNG DI ĐỘNG TỒN CẦU UMTS 1.0-LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G 1.1 - Giới thiệu chung hệ thống viễn thông di động UMTS 1.2 -Cấu trúc hệ thống viễn thơng di động tồn cầu UMTS 1.2.1 -KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 1.2.2 -KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 14 1.2.3 -KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 R6 15 CHƯƠNG II : 18 THỦ TỤC BÁO HIỆU XỬ LÝ CHUYỂN VÙNG DI ĐỘNG 18 2.1 - Báo hiệu xử lý chuyển vùng: 18 2.1.1 - Thủ tục chuyển giao nội 3G: 18 2.1.2 - Thủ tục chuyển giao 3G -2G- 3G: 22 a) Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 3G -2G: 24 b) Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 2G- 3G: 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………… 27 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lộ trình phát triển cơng nghệ thơng tin di động lên 4G Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP Hình 1.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 Hình 1.5 Vai trị logic SRNC DRNC Hình 1.6 Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP R4 Hình 1.7 Kiến trúc mạng 3GPP R5 R6 Hình 1.8 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 Hình 2.1 Giao diện UMTS UTRAN Hình 2.2 Thiếp lập kết nối RRC ban đầu UE SRNC (RNC 1) Hình 2.3 Chuyển giao mềm UE, điều khiển kết nối RNC Hình 2.4 Chuyển giao cứng tới tế bảo node B3 thực bới RNC Hình 2.5 RANAP chồng giao thức MAP giao diện E Hình 2.6 Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC nội mạng 3G Hình 2.7 Các giao diện có liên quan chuyển giao liên hệ thống UMTS GSM Hình 2.8 BSSAP chồng giao thức MAP cho chuyển giao 3G-2G giao diện E Hình 2.9 Thủ tục chuyển giao MSC nội 2G Hình 2.10 Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 3G -2G Hình 2.11 Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 2G -3G Hình 2.12 Chồng giao thức chuyển giao MSC liên 2G -3G giao diện E AAL BPSK BS BSC BTS CN CS GPRS IP MAC PCCH PCH PN Q0S RAB RACH RLC RNC RNS RRC SRNC UE UMTS UTRAN W-CDMA CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG DI ĐỘNG TỒN CẦU UMTS 1.0-LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THƠNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G Lộ trình phát triển cơng nghệ thơng tin di động lên 4G cho hình 1.1 lộ trình nghiên cứu phát triển 3GPP cho hình 1.2 Hình 1.1 Lộ trình phát triển công nghệ thông tin di động lên 4G AMPS: Advanced Mobile Phone System TACS: Total Access Communication System GSM: Global System for Mobile Telecommucations WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access EVDO: Evolution Data Only IMT: International Mobile Telecommnications IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers WiFi: Wireless Fidelitity WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access LTE: Long Term Evolution UMB: Untra Mobile Broadband Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP Hình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP 1.1 - Giới thiệu chung hệ thống viễn thông di động UMTS UMTS thuật ngữ chung cho công nghệ vô tuyến hệ thứ ba phát triển 3GPP Mạng UMTS có khả cung cấp dịch vụ thoại liệu băng rộng tới người dùng di động, gọi 3GSM phát triển từ GSM để khả tương thích GSM UMTS Giao diện vô tuyến UMTS dựa W-CDMA chứa đựng đặc tính kỹ thuật HSPA W-CDMA sử dụng kênh có độ rơng 5MHz ghép cặp không ghép cặp xác định rõ UMTS rel 99 rel HSPA giới thiệu rel 5( đường xuống) rel6 (đường lên) mang tới tốc độ bit lớn đáng kể thiện ứng dụng chuyển mạch gói Hiện tính đến tháng 7/2014, 3GPP thức cơng bố 10 phiên UMTS bao gồm rel 99 rel đến rel 13 Sau ta xem xét kiến trúc đơn giản hệ thống UMTS 1.2 -Cấu trúc hệ thống viễn thơng di động tồn cầu UMTS 3G WCDMA UMTS xây dựng theo ba phát hành gọi R3, R4, R5 Trong mạng lõi R3 R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Việc kết hợp phù hợp cho giai đoạn đầu PS chưa đáp ứng tốt dịch vụ thời gian thực thoại hình ảnh Khi miền CS đảm nhiệm dịch vụ thoại số liệu truyền miền PS R4 phát triển R3 chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm tồn mạng truyền tải nút chuyển mạch IP Dưới ta xét ba kiến trúc 3G WCDMA UMTS nói 1.2.1 -KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 WCDMA UMTS R3 hỗ trợ kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến 384 Mbps miền CS 2Mbps miền PS Các kết nối tốc độ cao đảm bảo cung cấp tập dich vụ cho người sử dụng di động giống mạng điện thoại cố định Internet Các dịch vụ gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm chất lượng cao (CD) tốc độ truyền cao đầu cuối Một tính khác đưa với GPRS "luôn kết nối" đến Internet UMTS cung cấp thơng tin vị trí tốt hỗ trợ tốt dịch vụ dựa vị trí Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.4) UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: điều khiển mạng vô tuyến) nút B nối với Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói HE (Home Environment: Mơi trường nhà) HE bao gồm sở liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị) Hình 1.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 1.2.1.1 Thiết bị người sử dụng (UE) UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) đầu cuối mạng UMTS người sử dụng Có thể nói phần hệ thống có nhiều thiết bị phát triển ảnh hưởng lớn lên ứng dụng dịch vụ khả dụng Giá thành giảm nhanh chóng tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị UMTS Điều đạt nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vơ tuyến cài đặt trí tuệ card thơng minh 1.2.1.2 Các đầu cuối (TE) Vì máy đầu cuối không đơn dành cho điện thoại mà cung cấp dịch vụ số liệu mới, nên tên chuyển thành đầu cuối Các nhà sản xuất đưa nhiều đầu cuối dựa khái niệm mới, thực tế số đưa vào sản xuất Mặc dù đầu cuối dự kiến khác kích thước thiết kế, tất chúng có hình lớn phím so với 2G Lý để tăng cường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu đầu cuối trở thành tổ hợp máy thoại di động, modem máy tính bàn tay Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm tồn kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai giao diện Cu UMTS IC card (UICC) đầu cuối Giao diện tuân theo tiêu chuẩn cho card thông minh Mặc dù nhà sản xuất đầu cuối có nhiều ý tưởng thiết bị, họ phải tuân theo tập tối thiểu định nghĩa tiêu chuẩn để người sử dụng đầu cuối khác truy nhập đến số chức sở theo cách Các tiêu chuẩn gồm: Bàn phím (các phím vật lý hay phím ảo hình) Đăng ký mật Thay đổi mã PIN Giải chặn PIN/PIN2 (PUK) Trình bầy IMEI Điều khiển gọi Các phần lại giao diện dành riêng cho nhà thiết kế người sử dụng chọn cho đầu cuối dựa hai tiêu chuẩn (nếu xu 2G kéo dài) thiết kế giao diện Giao diện kết hợp kích cỡ thơng tin hình cung cấp (màn hình nút chạm), phím menu 1.2.1.3 UICC UMTS IC card card thông minh Điều mà ta quan tâm đến dung lượng nhớ tốc độ xử lý cung cấp Ứng dụng USIM chạy UICC 1.2.1.4 USIM Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng card Điều thay đổi UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS cài ứng dụng UICC Điều cho phép lưu nhiều ứng dụng nhiều chữ ký (khóa) điện tử với USIM cho mục đích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh) Ngồi có nhiều USIM UICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng USIM chứa hàm số liệu cần để nhận dạng nhận thực thuê bao mạng UMTS Nó lưu hồ sơ thuê bao Người sử dụng phải tự nhận thực USIM cách nhập mã PIN Điểu đảm bảo người sử dụng đích thực truy nhập mạng UMTS Mạng cung cấp dịch vụ cho người sử dụng đầu cuối dựa nhận dạng USIM đăng ký 1.2.1.5 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) liên kết người sử dụng CN Nó gồm phần tử đảm bảo truyền thông UMTS vô tuyến điều khiển chúng UTRAN định nghĩa hai giao diện Giao diện Iu UTRAN CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu UTRAN thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện hai nút, RNC nút B 1.2.1.6 RNC RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho hay nhiều trạm gốc điều khiển tài nguyên chúng Đây điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó nối đến CN hai kết nối, cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) đến miền chuyển mạch kênh (MSC) Một nhiệm vụ quan trọng RNC bảo vệ bí mật tồn vẹn Sau thủ tục nhận thực thỏa thuận khóa, khố bảo mật tồn vẹn đặt vào RNC Sau khóa sử dụng hàm an ninh f8 f9 RNC có nhiều chức logic tùy thuộc vào việc phục vụ nút Người sử dụng kết nối vào RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sử dụng chuyển vùng đến RNC khác kết nối với RNC cũ, RNC trôi (DRNC: Drift RNC) cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, RNC phục vụ quản lý kết nối người sử dụng đến CN Vai trị logic SRNC DRNC mơ tả hình 1.5 Khi UE chuyển giao mềm RNC, tồn nhiều kết nối qua Iub có kết nối qua Iur Chỉ số RNC (SRNC) đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi RNC khác (DRNC) làm nhiệm vụ định tuyến thông tin Iub Iur Chức cuối RNC RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nút B có RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho tài ngun vơ tuyến Hình 1.5 Vai trò logic SRNC DRNC 1.2.1.7 Nút B Trong UMTS trạm gốc gọi nút B nhiệm vụ thực kết nối vơ tuyến vật lý đầu cuối với Nó nhận tín hiệu giao diện Iub từ RNC chuyển vào tín hiệu vơ tuyến giao diện Uu Nó thực số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến sở "điều khiển công suất vịng trong" Tính để phịng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa tất đầu cuối phát cơng suất, đầu cuối gần nút B che lấp tín hiệu từ đầu cuối xa Nút B kiểm tra công suất thu từ đầu cuối khác thông báo cho chúng giảm công suất tăng công suất cho nút B thu công suất từ tất đầu cuối 1.2.1.8 Mạng lõi Mạng lõi (CN) chia thành ba phần, miền PS, miền CS HE Miền PS đảm bảo dịch vụ số liệu cho người sử dụng kết nối đến Internet mạng số liệu khác miền CS đảm bảo dịch vụ điện thoại đến mạng khác kết nối TDM Các nút B CN kết nối với đường trục nhà khai thác, thường sử dụng công nghệ mạng tốc độ cao ATM IP Mạng đường trục miền CS sử dụng TDM miền PS sử dụng IP 1.2.1.9 SGSN SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) nút miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS đến GGSN 10 AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa bảo vệ tồn vẹn thơng tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR thực với HLR nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo AuC cung cấp thông tin vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho thuê bao với tất hàm tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo AV, thời gian thực SGSN/VLR yêu cầu hay tải xử lý thấp, lẫn AV dự trữ Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây số nhận dạng cho thiết bị đầu cuối Cơ sở liệu chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám đen Danh mục trắng chứa số IMEI phép truy nhập mạng Danh mục xám chứa IMEI đầu cuối bị theo dõi danh mục đen chứa số IMEI đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi đầu cuối thông báo bị cắp, IMEI bị đặt vào danh mục đen bị cấm truy nhập mạng Danh mục sử dụng để cấm seri máy đặc biệt không truy nhập mạng chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn 1.2.1.16 Các mạng ngồi Các mạng ngồi khơng phải phận hệ thống UMTS, chúng cần thiết để đảm bảo truyền thông nhà khai thác Các mạng ngồi mạng điện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di động mặt đất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN hay mạng số liệu Internet Miền PS kết nối đến mạng số liệu miền CS nối đến mạng điện thoại 1.2.1.17 Các giao diện Vai trò các nút khác mạng định nghĩa thông qua giao diện khác Các giao diện định nghĩa chặt chẽ để nhà sản xuất kết nối phần cứng khác họ Giao diện Cu Giao diện Cu giao diện chuẩn cho card thông minh Trong UE nơi kết nối USIM UE Giao diện Uu Giao diện Uu giao diện vô tuyến WCDMA UMTS Đây giao diện mà qua UE truy nhập vào phần cố định mạng Giao diện nằm nút B đầu cuối Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN CN Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN kết nối đến nhiều UTRAN cho giao diện IuCS IuPS Nhưng UTRAN kết nối đến điểm truy nhập CN Giao diện Iur Đây giao diện RNC-RNC Ban đầu thiết kế để đảm bảo chuyển giao mềm RNC, trình phát triển nhiều tính bổ sung Giao diện đảm bảo bốn tính bật sau: Di động RNC Lưu thông kênh riêng Lưu thơng kênh chung 13 Quản lý tài ngun tồn cục Giao diện Iub Giao diện Iub nối nút B RNC Khác với GSM giao diện mở 1.2.2 -KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 Hình 1.6 cho thấy kiến trúc sở 3G UMTS R4 Sự khác R3 R4 chỗ mạng lõi mạng phân bố chuyển mạch mềm Thay cho việc có MSC chuyển mạch kênh truyền thống kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố chuyển mạch mềm đưa vào Về bản, MSC chia thành MSC server cổng phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC chứa tất phần mềm điều khiển gọi, quản lý di động có MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên khơng chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm MGW MSC Server điều khiển đặt xa MSC Server Hình 1.6 Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP R4 Báo hiệu điều khiển gọi chuyển mạch kênh thực RNC MSC Server Đường truyền cho gọi chuyển mạch kênh thực RNC MGW Thông thường MGW nhận gọi từ RNC định tuyến gọi đến nơi nhận đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) Giao thức Internet (IP) Từ hình 1.6 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC qua SGSN từ SGSN đến GGSN mạng đường trục IP Cả số liệu tiếng sử dụng truyền tải IP bên mạng lõi Đây mạng truyền tải hoàn toàn IP Tại nơi mà gọi cần chuyển đến mạng khác, PSTN chẳng hạn, có cổng phương tiện khác (MGW) điều khiển MSC Server cổng (GMSC server) MGW chuyển tiếng thoại đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN Như chuyển đổi mã cần thực điểm Để thí dụ, ta giả thiết tiếng giao diện vô tuyến truyền tốc độ 12,2 kbps, tốc độ phải chuyển vào 64 14 kbps MGW giao tiếp với PSTN Truyền tải kiểu cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần MGW cách xa Giao thức điều khiển MSC Server GMSC Server với MGW giao thức ITU H.248 Giao thức ITU IETF cộng tác phát triển Nó có tên điều khiển cổng phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control) Giao thức điều khiển gọi MSC Server GMSC Server giao thức điều khiển gọi 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức Điều khiển gọi độc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call Control) xây dựng sở khuyến nghị Q.1902 ITU Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ chức GMSC Server Ngồi MGW có khả giao diện với RAN PSTN Khi gọi đến từ PSTN chuyển nội hạt, nhờ tiết kiệm đáng kể đầu tư Để làm thí dụ ta xét trường hợp RNC đặt thành phố A điều khiển MSC đặt thành phố B Giả sử thuê bao thành phố A thực gọi nội hạt Nếu khơng có cấu trúc phân bố, gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN thành phố A Với cấu trúc phân bố, gọi điều khiển MSC Server thành phố B đường truyền phương tiện thực tế thành phố A, nhờ giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn giá thành khai thác mạng Từ hình 1.6 ta thấy HLR gọi Server thuê bao nhà (HSS: Home Subscriber Server) HSS HLR có chức tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS giao diện sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) HLR sử dụng giao diện sở báo hiệu số Ngồi cịn có giao diện (khơng có hình vẽ) SGSN với HLR/HSS GGSN với HLR/HSS Rất nhiều giao thức sử dụng bên mạng lõi giao thức sở gói sử dụng IP ATM Tuy nhiên mạng phải giao diện với mạng truyền thống qua việc sử dụng cổng phương tiện Ngoài mạng phải giao diện với mạng SS7 tiêu chuẩn Giao diện thực thông qua cổng SS7 (SS7 GW) Đây cổng mà phía hỗ trợ truyền tải tin SS7 đường truyền tải SS7 tiêu chuẩn, phía truyền tải tin ứng dụng SS7 mạng gói (IP chẳng hạn) Các thực thể MSC Server, GMSC Server HSS liên lạc với cổng SS7 cách sử dụng giao thức truyền tải thiết kế đặc biệt để mang tin SS7 mạng IP Bộ giao thức gọi Sigtran 1.2.3 -KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 R6 Bước phát triển UMTS đưa kiến trúc mạng đa phương tiện IP (hình 1.7) Bước phát triển thể thay đổi toàn mơ hình gọi Ở tiếng số liệu xử lý giống toàn đường truyền từ đầu cuối người sử dụng đến nơi nhận cuối Có thể coi kiến trúc hội tụ toàn diện tiếng số liệu 15 Hình 1.7 Kiến trúc mạng 3GPP R5 R6 Điểm R5 R6 đưa miền gọi phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Đây miền mạng IP thiết kế để hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP Từ hình 1.7 ta thấy tiếng số liệu khơng cần giao diện cách biệt; có giao diện Iu mang tất phương tiện Trong mạng lõi giao diện kết cuối SGSN MGW riêng Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa phần tử sau: Chức điều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức điều khiển cổng phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway) Một nét quan trọng kiến trúc toàn IP thiết bị người sử dụng tăng cường nhiều Nhiều phần mềm cài đặt UE Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol) UE trở thành tác nhân người sử dụng SIP Như vậy, UE có khả điều khiển dịch vụ lớn trước nhiều CSCF quản lý việc thiết lập , trì giải phóng phiên đa phương tiện đến từ người sử dụng Nó bao gồm chức như: phiên dịch định tuyến CSCF hoạt động đại diện Server /hộ tịch viên SGSN GGSN phiên tăng cường nút sử dụng GPRS UMTS R3 R4 Điểm khác chỗ nút khơng hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn) Vì cần hỗ trợ khả chất lượng dịch vụ (QoS) bên SGSN GGSN Router kết nối trực tiếp với chúng Chức tài nguyên đa phương tiện (MRF) chức lập cầu hội nghi sử dụng để hỗ trợ tính tổ chức gọi nhiều phía dịch vụ hội nghị Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác SS7 với mạng tiêu chuẩn PSTN T-SGW hỗ trợ giao thức Sigtran Cổng báo 16 hiệu chuyển mạng (R-SGW) nút đảm bảo tương tác báo hiệu với mạng di động có sử dụng SS7 tiêu chuẩn Trong nhiều trường hợp T-SGW R-SGW tồn tảng MGW thực tương tác với mạng mức đường truyền đa phương tiện MGW kiến trúc mạng UMTS R5 có chức giống R4 MGW điều khiển Chức cổng điều khiển phương tiện (MGCF) Giao thức điều khiển thực thể ITU-T H.248 MGCF liên lạc với CSCF Giao thức chọn cho giao diện SIP Tuy nhiên nhiều nhà khai thác sử dụng kết hợp với miền chuyển mạch kênh R3 R4 Điều cho phép chuyển đồi từ phiên R3 R4 sang R5 Một số gọi thoại sử dụng miền CS số dịch vụ khác chẳng hạn video thực qua R5 IMS Cấu hình lai ghép thể hình 1.8 Hình 1.8 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 17 CHƯƠNG II : THỦ TỤC BÁO HIỆU XỬ LÝ CHUYỂN VÙNG DI ĐỘNG 2.1 - Báo hiệu xử lý chuyển vùng: 2.1.1 - Thủ tục chuyển giao nội 3G: Giao thức ứng dụng di động MAP không sử dụng cho truyền thơng sở liệu ngồi số hoạt động MAP chuyển giao thông tin MSC hỗ trợ chức truyền tải cho giao thức truy nhập mạng vô tuyến lớp Ví dụ, MAP mang tin RNAP trao đổi RNC kết nối tới MSC khác Khi RNAP hỗ trợ phần chức tuyền tải cho giao thức RRC, tin RNAP mang thông tin RRC MSC giao diện E vùng mạng 3G, nhúng vào hoạt động MAP giám sát Do đó, chồng giao thức sử dụng giao thức giám sát cần phải khác với mô tả tiêu chuẩn quốc tế Các chồng giao thức "real word" cần thiết để giải mã hoàn chỉnh tin báo hiệu bắt thơng điệp hồn chỉnh bao gồm phận mơ tả Đầu tiên giải thích lý MAP mang thơng tin RANAP RRC Thơng thường hình ảnh tổng quan mạng cho thấy có MSC / SGSN mà RNCs kết nối Điều phản ánh xác định nghĩa UTRAN: UTRAN mạng truy cập vô tuyến kết nối với MSC miền CS SGSN miền PS (nếu CS / PS miền có sẵn mạng) Như vậy, mạng 3G bao gồm nhiều UTRAN quy luật nhiều MSC, SGSN,vv RNCs UTRAN kết nối thơng qua giao diện Iur, khơng có Iur RNCs UTRANs khác Hình 2.22 cho thấy cách hai UTRANS khác liên kết thông qua giao diện E miền CS giao diện Gn miền PS Nếu có UE tình chuyển giao tế bào thuộc UTRANs khác CRNCs tế bào cần phải giao tiếp với để đảm bảo lỗi tự chuyển giao cứng Chuyển giao mềm tình vậy, tế bào có tần số 18 Hình 2.1: Giao diện UMTS UTRAN Tất kết nối UE mạng bắt đầu việc tạo kết nối RRC RNC điều khiển kết nối RRC chấm dứt giao diện Iu kết nối gọi RNC serving (SRNC) Trong hình 2.23, SRNC ban đầu RNC Hình 2.2: Thiếp lập kết nối RRC ban đầu UE SRNC (RNC 1) Nếu UE di chuyển tiếp xúc với tế bào Node B2 điều khiển RNC RNC kết nối với thông qua giao diện Iur Các kết nối RRC hoạt động UE RNC 1, RNC định tuyến tất tin nhắn RRC uplink downlink 19 Hình 2.3: Chuyển giao mềm UE, điều khiển kết nối RNC Nếu UE liên lạc với tất tế bào điều khiển trực tiếp RNC RNC 2, RNC đưa định để thực trình tái định vị SRNS Sau tái định vị RNC SRNC Hình 2.4: Chuyển giao cứng tới tế bảo node B3 thực bới RNC Trong trường hợp chuyển giao cứng thông số kết nối RRC phải chuyển tiếp đến RNC (RNC 3) kết nối RNC RNC qua giao diện E miền mạng lõi CS Kết thử nghiệm giao thức phải trang bị chồng giao thức thể hình 2.26 để giải mã tất thơng tin giao thức lớp cao giao diện E Hình 2.5: RANAP chồng giao thức MAP giao diện E 20 Tổng quan chuyển giao MSC nội mạng 3G: Hình 2.6: Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC nội mạng 3G Bước 1: Thủ tục chuyển giao nội 3G-MSC khởi phát báo cáo đo RRC thiết bị hoạt động tần số với thiết bị cũ Bước 2: Khi SRNC (RNC 1) nhận tin báo cáo RRC, định thực chuyển giao sang RNC Khi không tồn giao thức Iur RNC, thủ tục chuyển giao buộc phải chuyển giao cứng với tái định lại SRNS thời điểm Tiến trình xử lý SRNC cũ, thành phần gửi tin yêu cầu tái định vị RANAP tới MSC Bước 3: Dựa bảng định tuyến MSC phục vụ, RNC xác định có kết nối tới MSC khác hình 3.24 Vì vậy, MSC cần gửi tin yêu cầu tái định vị RANAP tới MSC khác tới RNC Do kênh lưu lượng gọi cần chuyển tới MSC mới, MSC phục vụ gửi tin chuẩn bị chuyển vùng MAP chứa RANAP tới MSC Bước 4: MSC chuyển tin yêu cầu định vị RANAP tới RNC Bước 5: RNC định tất nguồn tài nguyên vô tuyến để chuẩn bị cho kết nối UE Đặc biệt, chức lập lịch điều khiển quản trị kiểm tra tính tốn tương thích với tập tham số RNC Tùy thuộc vào kết tính tốn mà chuyển giao có thực hay khơng qua tin RRC gửi từ RNC Nếu yêu cầu QoS thay đổi, tin tái cấu hình kênh mang vơ tuyến đuợc gửi đi, ví dụ cho thấy tin tái cấu hình kênh vật lý gửi Bước 6: RNC gửi tin xác nhận tái định vị RANAP tới RNC để đáp lại tin tái cấu hình kênh vật lý RRC Bước 7: Trả lời tin tiền chuyển giao MAP gửi MSC tới MSC phục vụ cũ Bản tin chứa xác nhận tái định vị RANAP gồm thơng tin tái cấu 21 hình kênh vật lý RRC Bước 8: MSC cũ gửi lệnh tái định vị RANAP tới RNC Khi tin tái cấu hình kênh vật lý đưa RNC nhúng tin lần tin lệnh tái định vị lệnh cho RNC kết thúc luật áp dụng cho kết nối Bước 9: Bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc chuyển RNC qua Iub cũ giao diện Uu tới UE Bước 10: Dựa thông tin thu từ tin yêu cầu tái cấu hình kênh vật lý RRC, chuyển giao thực tin hồn tất tái cấu hình kênh vật lý gửi giao diện Iub tới RNC 2.1.2 - Thủ tục chuyển giao 3G -2G- 3G: Do tế bào UMTS bao gồm khu vực đô thị, lại vùng phủ sóng khơng đảm bảo, thường cần thiết để bàn giao đặc biệt gọi thoại đến tế bào với công nghệ truy cập vô tuyến (RAT) khác từ UMTS Những thủ tục thường gọi chuyển giao liên hệ thống Sự khác biệt với chuyển giao Internet 3G MSC / thủ tục tái định vị khơng có mục tiêu RNC cho bàn giao, mục tiêu BSC Và BSC khơng "nói chuyện" RANAP, "hiểu" BSSAP Điều dẫn đến thay đổi nhìn giao diện tổng quan hình sau: Hình 2.7: Các giao diện có liên quan chuyển giao liên hệ thống UMTS GSM Tuy nhiên, xuất ví dụ lưu lượng gọi BSC cần phải giải với số tham số RRC Do BSC, chúng biết từ mạng GSM Do nhu cầu đặc biệt chuyển giao liên hệ thống khả vận chuyển MAP điều chỉnh bước đầu chồng giao thức cho việc giải mã đầy đủ thủ tục chuyển giao Ngoài để ISUP tất nhiên BICC sử dụng 22 Hình 2.8: BSSAP chồng giao thức MAP cho chuyển giao 3G-2G E giao diện Một điểm quan trọng để hiểu thủ tục chuyển giao liên hệ thống đầy đủ để biết BSC thực bàn giao cách riêng Tất thủ tục bàn giao GSM điều khiển MSC Điều chuyển giao nội MSC - tế bào điều khiển BSC kết nối với MSC lần Hình 2.9 :Thủ tục chuyển giao MSC nội 2G Như hình 2.30 chuyển giao MSC kích hoạt báo cáo đo thường xuyên ( định kỳ) gửi UE đến BSC cũ Thay mặt báo cáo đo BSC định thực thủ tục chuyển giao gửi (trong trường hợp chuyển giao liên BSC liên tế bào) chuyển giao BSSMAP yêu cầu tin đến MSC chấp hành MSC bắt đầu để chuẩn bị chuyển giao cho BSC gửi tin yêu cầu chuyển giao, bên cạnh thông số liên quan đến tài nguyên vô tuyến - nhận dạng tế bào cũ, IMSI BSC trả lời xác nhận yêu cầu chuyển giao bao gồm lệnh chuyển giao DTAP với số tham chiếu chuyển giao Lệnh chuyển giao DTAP gửi từ BSC tới UE Bản tin xác định giao diện A cũ MSC BSC cũ, giao diện Abis giao diện vô tuyến thay mặt cho – số tham chiếu chuyển giao ( HO Ref) 23 Sau chuyển đổi sang tế bào mới, BSC gửi tin nhận diện HO hồn thành HO kích hoạt thơng điệp đến từ UE giao diện vô tuyến Abis Số tham chiếu HO bao gồm burst truy nhập chuyển giao gửi MS thông qua giao diện vô tuyến cho BTS báo cáo với BSC với tin nhận diện chuyển giao đáp ứng với thủ tục kích hoạt kênh thành cơng giao diện Abis Sau thủ tục chuyển giao thành công, báo đo thường xuyên gửi đến BSC a) Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 3G -2G: Hình 2.10 : Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 3G -2G Bước 1: Như trường hợp chuyển giao MSC liên 3G thủ tục khởi phát báo cáo đo RRC đến từ UE Tuy nhiên lần kiện từ nhóm kiện ID e3 ( đo liên RAT) gửi Bước 2: Bản tin bắt buộc tái định vị RANAP gửi từ SRNC bao gồm thông tin 3G MSC nguồn đích chuyển giao Bước 3: Từ thơng tin đích tin u cầu tái định vị RANAP, 3G MSC phát tế bào mong muốn tế bào GSM Do đó, noa cần thiết gửi tin yêu cầu chuyển giao BSSMAP tới BSC đích Yêu cầu chuyển giao BSSMAP phần hoạt động chuẩn bị chuyển giao MAP Bước 4: Bản tin yêu cầu chuyển giao BSSMAP chuyển tiếp 2G MSC tới BSC đích Bước 5: BSC đích phân bố tài ngun vơ tuyến ( đặc biệt khe thời gian cho kết nối) tế bào đích Tín hiệu thủ tục theo dõi giao diện Abis 24 Bước 6: Sau phân bố tài nguyên thành công qua Abis, BSC xây dựng lệnh chuyển giao DTAP gửi tới UE thông qua giao diện E UTRAN 2G MSC nhận tin xác nhận yêu cầu chuyển giao BSSMAP chứa lệnh chuyển giao DTAP Bước 7: Bản tin xác nhận chuẩn bị chuyển giao MAP dùng để chuyển DTAP qua giao diện E Bước 8: 3G MSC tái định vị SRNC chuyển tiếp DTAP qua IuCS Bước 9: Thực thể RRC SRNC gửi lệnh chuyển giao RRC bao gồm DTAP tới UE Bước 10: Dựa vào thông tin tìm thấy DTAP, UE vào tế bào GSM b) Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 2G- 3G: Trong trường hợp ví dụ mơ tả lưu đồ gọi phần này, 3G MSC giữ MSC gọi thoại hoạt động bàn giao cho tế bào GSM Từ 3G MSC giữ MSC sau chuyển giao 2G -3G gọi chuyển giao Đó lý hoạt động MAP khác với lưu đồ gọi trước Hình 2.11: Tổng quan chuyển giao/ tái định vị MSC liên 2G -3G Bước 1: Thủ tục chuyển giao lần kích hoạt báo cáo đo RSL nhận BSC qua giao diện Abis Bước 2: BSC định chuyển giao cần thiết yêu cầu chuyển giao thực 2G MSC Bước 3+4: 2G MSC gửi yêu cầu chuyển giao BSSMAP tới RNC đích qua giao diện E IuCS Bước 5+6+7: RNC đích định tài nguyên vô tuyến truyền tài UTRAN gửi yêu cầu xác nhận tái định vị RANAP có nhúng lệnh chuyển giao DTAP bao gồm số tin khác, lệnh chuyển giao tới UTRAN, gửi kèm với tin DTAP với UE qua GSM khởi tạo lại thay đổi tới UMTS 25 Bước 8: Với chuyển giao RRC để tin hoàn thành UTRAN gửi giao diện vô tuyến UMTS Iub xác nhận chuyển giao thành công tới UMTS, thủ tục kết thúc Thủ tục Radio Bearer Reconfiguration giải thích lý mơ tả lưu đồ tin Từ ví dụ lưu đồ gọi dự kiến tìm thơng tin DTAP RANAP BSSAP nhúng thơng tin RRC DTAP RANAP truyền tải Hình 2.12: Chồng giao thức chuyển giao MSC liên 2G -3G giao diện E 26 Tài liệu tham khảo: Bài giảng “ Báo hiệu điều khiển kết nối”, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Hà Nội- 4/2013 UMTS signaling, Ralf Kreher - Torsten Ruedebusch Wiley - Signaling In Telecommunication Networks Wiley.Signaling.in.Telecommunication.Networks.2nd.Edition.Nov.2006 HẾT 27 ... Hình 1.8 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 17 CHƯƠNG II : THỦ TỤC BÁO HIỆU XỬ LÝ CHUYỂN VÙNG DI ĐỘNG 2.1 - Báo hiệu xử lý chuyển vùng: 2.1.1 - Thủ tục chuyển giao nội 3G: Giao thức ứng dụng di động MAP... 18 THỦ TỤC BÁO HIỆU XỬ LÝ CHUYỂN VÙNG DI ĐỘNG 18 2.1 - Báo hiệu xử lý chuyển vùng: 18 2.1.1 - Thủ tục chuyển giao nội 3G: 18 2.1.2 - Thủ tục chuyển giao 3G -2G-... báo hiệu truyền tải (T-SGW) cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác SS7 với mạng tiêu chuẩn PSTN T-SGW hỗ trợ giao thức Sigtran Cổng báo 16 hiệu chuyển mạng (R-SGW) nút đảm bảo tương tác báo hiệu