đồ án :Kiến trúc liên mạng WiMAX-UMTS

đồ án :Kiến trúc liên mạng WiMAX-UMTSKhả năng tích hợp giữa mạng 3GPP và mạng WiMAX đang được nghiên cứu thảo luận trong khuôn khổ WiMAX Forum. Đây cũng chính là vấn đề chủ đạo của đồ án tốt nghiệp: “Kiến trúc liên mạng WiMAX-UMTS”.Đồ án bao gồm 3 chương, nội dung cụ thể từng chương như sau:Chương I : Wimax, UMTS và chuyển giao liên mạngTrình bày tổng quan về kiến trúc mạng và phân lớp tế bào UMTS, Wimax; những vấn đề chuyển giao nói chung và cho từng mạng nói riêng và vấn đề liên mạng hiện nay.Chương II : Yêu cầu và các đề xuất cho chuyển giao liên mạng.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục Mục lục Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Lời nói đầu Các hệ thống mạng hiện tại rất khác nhau về băng thông cung ứng, về kỹ thuật truy cập phương tiện, kỹ thuật truyền sóng, hạ tầng mạng, bảo mật v.v. Một trong những hướng phát triển trong tương lai là kết hợp tất cả những hệ thống mạng hiện có lại với nhau để có thể cung ứng dịch vụ mọi lúc, mọi nơi. Hệ thống mạng bao gồm nhiều kỹ thuật mạng khác nhau:UMTS/ GSM, WiFi, WiMAX, Bluetooth, DVB-H…được gọi là mạng không đồng nhất (heterogeneous network) hay mạng di động thế hệ thứ 4. Trong môi trường mạng như vậy, một thiết bị di động có thể chuyển đổi kết nối giữa những điểm truy cập (AP) của các kỹ thuật mạng khác nhau mà không làm dứt quãng cuộc thông tin . Mạng di động thế hệ thứ 3, UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) chuẩn hóa bởi 3GPP (Third Generation Partnership Project), đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu từ mức chậm đến trung bình trên một diện rộng với tốc độ di chuyển khá cao của người dùng. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu tối đa trên mạng UMTS không thể đáp ứng được cho những dịch vụ đòi hỏi tốc độ dữ liệu cao như video, streaming, mobile TV. Ngoài ra giá thành của dịch vụ UMTS khá cao so với dịch vụ Internet. Bên cạnh đó, mạng WiMAX (Worldwide interopability for Microwave Access) có thể cung ứng tốc độ truyền dữ liệu cao và hứa hẹn giá dịch vụ lại thấp. Tuy nhiên mạng WiMAX không đáp ứng được dịch vụ cho người dùng di chuyển ở tốc độ cao (giới hạn tầm 100 km/h). Do đó, rất nhiều nghiên cứu nhằm tích hợp giữa mạng UMTS và mạng WiMAX nhằm tận dụng ưu điểm cũng như loại bỏ khuyến điểm của từng kỹ thuật đã thu hút được sự quan tâm chú ý của đông đảo giới nghiên cứu và giới công nghiệp trong vài năm trở lại đây. Khả năng tích hợp giữa mạng 3GPP và mạng WiMAX đang được nghiên cứu thảo luận trong khuôn khổ WiMAX Forum. Đây cũng chính là vấn đề chủ đạo của đồ án tốt nghiệp: “Kiến trúc liên mạng WiMAX-UMTS”. Đồ án bao gồm 3 chương, nội dung cụ thể từng chương như sau: Chương I : Wimax, UMTS và chuyển giao liên mạng Trình bày tổng quan về kiến trúc mạng và phân lớp tế bào UMTS, Wimax; những vấn đề chuyển giao nói chung và cho từng mạng nói riêng và vấn đề liên mạng hiện nay. Chương II : Yêu cầu và các đề xuất cho chuyển giao liên mạng. Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Tìm hiểu các yêu cầu cho chuyển giao liên mạng Wimax-UMTS (WUHO); đồng thời kế thừa các kiến trúc đã có, đề xuất hai kiến trúc liên mạng, một là liên mạng hệ thống Wimax-UMTS, hai là liên mạng truy nhập Wimax với hệ thống UMTS. Chương III: Mô tả kiến trúc liên mạng hệ thống Wimax-UMTS Đi sâu mô tả kiến trúc của đề xuất thứ nhất: liên mạng hệ thống Wimax-UMTS bao gồm chức năng các phần tử mạng, luồng bản tin khi WUHO, phân tích các pha chuyển giao liên mạng : đo đạc, quyết định và thực hiện. Do hạn chế về thời gian cũng như năng lực bản thân nên nội dung của đồ án này không tránh khỏi những khiếm khuyết. Em mong được các Thầy, Cô giáo và các bạn quan tâm, đóng góp ý kiến thêm. Em xin chân thành cảm ơn Cô giáo ThS. Phạm Thị Thúy Hiền đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong khoa Viễn thông I - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã cung cấp tài liệu và có những lời khuyên bổ ích giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài này! Hà Nội, tháng 11 năm 2008 Sinh viên Đàm Vũ Dần Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ Danh mục hình vẽ Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu Danh mục bảng biểu Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ viết tắt 1G 1st Generation (Mobile System) Hệ thống di động thế hệ 1 2G 2nd Generation (Mobile System) Hệ thống di động thế hệ 2 3G 3rd Generation (Mobile System) Hệ thống di động thế hệ 3 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác thế hệ 3 3GPP2 3rd Generation Partnership Project 2 Dự án 2 đối tác thế hệ 3 4G 4th Generation (Mobile System) Hệ thống di động thế hệ 4 AAA Authorization, Authentication and Accounting Trao quyền, nhận thực và tính cước APN Access Point Names Các tên điểm truy nhập ASA Authentication and Service Authorization Nhận thực và trao quyền dịch vụ AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực BCC Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BG Border Gateway Cổng biên BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CGW Charging Gateway Cổng tính cước CRNC Controlling RNC RNC điều khiển CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh DS-WCDMA Direct Sequence Wideband CDMA CDMA băng rộng chuỗi trực tiếp DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động DiffServ Differentiated Services Các dịch vụ phân biệt DL Downlink Đường xuống DNS Domain Name Service Dịch vụ tên miền EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution Tăng cường tốc độ cho giải pháp toàn cầu EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số GERAN GSM/EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GMM GPRS Mobility Management Quản lý di động GPRS GMSC Gateway MSC MSC cổng GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu GW Gateway Cổng HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HO Handover Chuyển giao HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IEEE Institute of Electrical & Electronic Engineers Viện các kỹ sư điện và điện tử IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu IMT International Mobile Telephony Điện thoại di động toàn cầu IP Internet Protocol Giao thức Internet ISHO Inter System HO Chuyển giao liên hệ thống ITU International Telecommunication Union Liên hiệp viễn thông quốc tế MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MAN Metropolitan Area Networks Mạng đô thị ME Mobile Equipment Thiết bị di động MEHO Mobile Evaluated HO Chuyển giao được máy di động ước lượng MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng phương tiện MM Mobility Management Quản lý di động MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSC Mobile Services Switching Centre Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSISDN Mobile Station Integrated Services Digital Network Trạm gốc Mạng số đa dịch vụ tích hợp MSS Mobile Subscriber Station Trạm thuê bao di động NEHO Network Evaluated HO Chuyển giao được mạng ước lượng OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PDA Personal Digital Assistant Máy hỗ trợ số cá nhân PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PHY Physical Layer Lớp vật lý PS Packet Switched Chuyển mạch gói QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến RNSN Radio Networking Serving Node Nút dịch vụ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt DCD Downlink Channel Descriptor Mô tả kênh đường xuống UCD Uplink Channel Descriptor Mô tả kênh đường lên UL Uplink Đường lên SDU Service Data Units Đơn vị dữ liệu dịch vụ SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi đầu phiên SM Session Management Quản lý phiên SRNC Serving RNC RNC dịch vụ TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian UE User Equipment Thiết bị người dùng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động chung USIM UMTS Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến UMTS mặt đất VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị thường trú WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng WiMAX Worldwide interopability for Microwave Access Tương tác toàn cầu cho truy nhập Viba WLAN Wireless Local Area Network Mạng vô tuyến nội hạt Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I - CHƯƠNG I - UMTS, WIMAX VÀ CHUYỂN GIAO LIÊN MẠNG 1.1. Sơ lược về công nghệ UMTS và Wimax UMTS và Wimax là hai công nghệ đầy hứa hẹn cho mạng thế hệ sau, mỗi công nghệ đều có những ưu, nhược điểm riêng. Nếu đi sâu vào phân tích hai công nghệ thì sẽ khá mất nhiều thời gian, trong phần này, nhằm mục đích hướng vào vấn đề chính của đồ án, ta sẽ chỉ chú trọng giới thiệu hai công nghệ về mặt kiến trúc mạng, phân lớp dịch vụ và phân loại tế bào trong mạng, sau đó so sánh chúng để dễ dàng tiếp cận vấn đề liên mạng. 1.1.1. Công nghệ UMTS UMTS là viết tắt của “Universal Mobile Telecommunication System” – hệ thống viễn thông di động chung, UMTS cũng được đề cập như là công nghệ 3G được ứng dụng trong hệ thống di động thứ 3 ở Châu Âu. So với 2G và 2,5G, 3G có sự gia tăng đáng kể về khả năng dung lượng, tốc độ dữ liệu và các dịch vụ mới. Hệ thống được xác định là một giải pháp tích hợp cho dữ liệu và thoại di động với vùng phủ rộng lớn. 3GPP là tổ chức chịu trách nhiệm cho tiến trình các đặc tả và xác định UMTS là một hệ thống di động “end to end “. a.Phân lớp dịch vụ và tế bào trong UMTS: Để hiệu quả hóa dung lượng của UMTS một cách tốt nhất, người dùng di động truy nhập các loại tế bào khác nhau phụ thuộc vào vị trí và tốc độ di chuyển của họ. Hình 1.1: Các loại tế bào trong UMTS Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I Hình 1.1 chỉ ra có 4 loại tế bào: Global, Rural, Suburban, và Pico/Indoor. Hay nói cách khác ta có: Global, Macro (Rural), Micro (Suburban), và Pico (Indoor). Tùy thuộc vào đặc điểm của người dùng mà kết nối với mạng sẽ được chuyển giao qua các tế bào khác nhau một cách thích hợp. Bảng 1.1 xác định các tốc độ bít đề nghị tối đa và hỗ trợ di động trong các loại tế bào phân cấp khác nhau của UMTS. Nó cho thấy tế bào càng nhỏ thì hỗ trợ truy nhập với tốc độ bít càng cao nhưng lại hỗ trợ tính di động càng thấp. Hay nói một cách khác, người dùng di chuyển chậm hơn sẽ có khả năng truy cập hệ thống tốt hơn. Điều này dường như cho thấy rằng càng nhiều tế bào loại Pico càng tốt. Tuy nhiên, sẽ có rất nhiều chuyển giao nếu người dùng di động chỉ có thể truy cập tế bào Pico (vì phạm vi nhỏ của loại tế bào này), cộng thêm đó không phải mọi nơi đều có thể chia thành các tế bào Pico. Bằng việc chuyển qua các loại tế bào lớn hơn, số lượng chuyển giao sẽ giảm và QoS sẽ tăng theo về mặt tổn thất gói, biến động trễ và còn nhiều khía cạnh nữa. Bảng 1. 1: Các loại tế bào trong UMTS Tế bào Tốc độ dữ liệu đề nghị (kb/s) Tốc độ di chuyển tối đa (km/h) Bán kính tế bào (m) Global 16 500 - Rural/Macro 144 150 7000 Suburban/Micro 348 100 500 Indoor/Pico 2000 3 50 Tùy vào yêu cầu loại thông tin của người dùng mà UMTS đề nghị phân biệt các lớp dịch vụ khác nhau. Các dịch vụ như thoại thông thường, video, trò chơi tương tác, và các dịch vụ không chú ý tới trễ, biến động trễ… có những yêu cầu khác nhau. Bảng 1. 2 trình bày các dịch vụ đa phương tiện khác nhau trong UMTS. Bảng 1. 2: Các loại dịch vụ trong UMTS Các dịch vụ đa phương tiện Phạm vi sử dụng Thông thường (Conversational) Các dịch vụ hai hướng với yêu cầu thời gian thực cao. Luồng (Streaming) Các dịch vụ có biến động trễ nhỏ Tương tác (Interactive) Các dịch vụ hai hướng với tốc độ thấp và không yêu cầu thời gian thực Nền (Background ) Các dịch vụ cố gắng tối đa b.Kiến trúc mạng UMTS Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 10 [...]... rộng cho phép hội tụ các mạng di dộng và cố định qua một công nghệ vô tuyến băng rộng chung và một kiến trúc mạng linh hoạt Trong phạm vi giới hạn của đồ án, phần này chỉ đi sâu vào phân lớp dịch vụ và tế bào cùng với kiến trúc mạng của Wimax di động (IEEE 802.16e) Những khía cạnh công nghệ khác không được đề cập nhằm tránh làm loãng chủ đề chuẩn bị được trình bày trong đồ án a.Phân lớp dịch vụ và.. .Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I Mạng UMTS bao gồm 2 phần, phần mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và phần mạng lõi Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS bao gồm Node B và RNC Còn phần mạng lõi được chia thành phần mạng lõi cho dữ liệu bao gồm SGSN, GGSN và phần mạng lõi cho thoại gồm MCS và GMSC và phần HE gồm EIR, VLR, HLR,... boa gồm giao thức thông tin liên BS được xác định trong 802.16e và các giao thức thêm mà cho phép điều khiển truyền dữ liệu giữa các BS liên quan trong chuyển giao của một MS nào Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 20 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I đó Kiến trúc mạng dựa trên cơ sở IP Hình 1.4: Kiến trúc mạng Wimax dựa trên cơ sở IP 1.1.3 So sánh hai công nghệ Sự khác nhau... chỉ là giao diện tương tác giữa các ASN khác biệt hoặc các mạng không đồng nhất R5 CSN và CSN Tập các giao diện mặt phẳng điều khiển và vật mang để liên mạng giữa mạng nhà và mạng khách R6 BS và ASN- Tập các giao diện mặt phẳng điều khiển và vật mang để GW thông tin giữa BS và ASN-GW Mặt phẳng ASN-GW bao gồm đường dữ liệu nội ASN và các tunnel liên ASN giữa BS và ASN-GW Mặt bằng điều khiển bao gồm các... hỗ trợ bởi dịch vụ lập lịch BE b.Kiến trúc mạng Wimax Mô hình tham khảo mạng NRM Wimax đã đưa ra mô hình tham khảo mạng (NRM : Network Reference Model) Wimax để trình bày cấu hình logic mạng NRM định nghĩa các phần tử chức năng và các điểm tham khảo giữa các phần tử chức năng Cấu trúc này được phát triển để hỗ trợ hoạt động thống nhất cho nhiều mô hình triển khai mạng và các kịch bản ứng dụng (từ cố... tin nhận dạng trên kênh BCCH để UE có thể giải mã thành công Chuyển giao liên mạng phù hợp cho các vùng mà cả GERAN và UTRAN đều tồn tại Nếu lý lịch người dùng của UE yêu cầu các dịch vụ mà làm nó tiện lợi hơn với kết nối khác thì chuyển giao liên mạng sẽ diễn ra RNC nhận ra khả năng cho chuyển giao liên mạng dựa vào cấu hình của mạng vô tuyến mà chủ yếu là các xác định tế bào liền kề và các tham số... chuẩn hóa Vì vậy xem xét, so sánh chúng ở khía cạnh hòa hợp nhằm tận dụng tối đa ưu điểm và hạn chế tối đa nhược điểm của mỗi công nghệ có ý nghĩa hơn là so sánh tính cạnh tranh giữa chúng Sau đây là bảng so sánh tổng quan các đặc điểm chủ chốt giữa hai hệ thống Bảng 1 7: So sánh 2 công nghệ Wimax và UMTS Đàm Vũ Dần – D04-VT2 – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 21 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương... pháp như đánh địa chỉ; bảo mật; nhận thực, trao quyền và tính cước (AAA); định tuyến, kết nối Internet và một công nghệ truy nhập vô tuyến Điều này dẫn đến khả năng liên mạng giữa chúng với kiến trúc dựa trên UE/MSS, dựa trên RAN với các trạm gốc, các giao diện vô tuyến và một vài sự quản lý cho chúng, và một mạng đường trục/lõi Về tế bào và kích thước Vì suy hao trong môi trường tự do và liên quan... 8 UE liên tục đo mức tín hiệu tới các node B phục vụ và liền kề, kết quả được thông báo cho mạng Loại đo đạc mà UE thực hiện phụ thuộc vào phân loại chú ý trong 3GPP TS 25.331 (RRC) chỉ ra trong Bảng 1 8 Bảng 1 8: các loại đo đạc khác nhau liên quan đến chuyển giao trong UMTS Nội tần Các đo đạc trong dải các kênh vật lý đường xuống Liên tần Các đo đạc trong dải các kênh vật lý đường xuống Liên mạng. .. cứng, chuyển giao mềm, chuyển giao mềm hơn Cũng có thể phân loại chuyển giao trong UMTS là chuyển giao nội tần số và liên tần số Chuyển giao liên tần số là chuyển giao giữa các RAN như GERAN và UTRAN, và được gọi là chuyển giao liên mạng Một chuyển giao liên tần số thường bắt đầu bởi mạng vì vậy là một NEHO Để có thể thực hiện loại chuyển giao này WCDMA đưa ra một chức năng đặc biệt là chế độ khe hoặc . được chia thành ba danh mục: trắng, đen và xám. Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng. Danh mục xám chứa các số IMEI đang bị theo dõi truy nhập mạng, còn danh mục đen chứa các. di động toàn cầu GW Gateway Cổng HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HO Handover Chuyển giao HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao Đàm. chỉ ra có 4 loại tế bào: Global, Rural, Suburban, và Pico/Indoor. Hay nói cách khác ta có: Global, Macro (Rural), Micro (Suburban), và Pico (Indoor). Tùy thuộc vào đặc điểm của người dùng mà