NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ------------ TRẦN THỊ BÍCH HẠNH NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hồ Chí Minh - 2013 TRẦN THỊ BÍCH HẠNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ------------ TRẦN THỊ BÍCH HẠNH NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN CẢNH MINH Hồ Chí Minh - 2013 TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ và tên học viên: TRẦN THỊ BÍCH HẠNH Năm sinh: 05/3/1984 Cơ quan công tác: Trường Đại Học Trà Vinh Khoá: 19 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70 Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN CẢNH MINH Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông 1. Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, đồng thời phân tích, đánh giá và đề xuất thực hiện chất lượng dịch vụ QoS trong mạng 3G/UMTS. 3. Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được: a. Phương pháp nghiên cứu: Tìm kiếm, thu thập tài liệu về các vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thông tin di động 3G/UMTS và tiến hành nghiên cứu. Đánh giá và đề xuất thực hiện QoS trong thành phần mạng 3G/UMTS b. Kết quả đạt được: Hiểu được các yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng 3G/UMTS, cơ chế quản lý chất lượng dịch vụ mạng 3G/UMTS, các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, khuyến nghị áp dụng để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng 3G Vinaphone. 4. Điểm bình quân môn học: Điểm bảo vệ luận văn: Ngày

TRẦN THỊ BÍCH HẠNH

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TRẦN THỊ BÍCH HẠNH

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Cán bộ hướng dẫn: TS NGUYỄN CẢNH MINH

Hồ Chí Minh - 2013

Cơ quan công tác: Trường Đại Học Trà Vinh

Khoá: 19

Cán bộ hướng dẫn: TS NGUYỄN CẢNH MINH Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông

1 Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, đồng thời phân tích, đánh giá và đề xuất thực

hiện chất lượng dịch vụ QoS trong mạng 3 G / U M T S

3 Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được:

a Phương pháp nghiên cứu: Tìm kiếm, thu thập tài liệu về các vấn đề chất

lượng dịch vụ trong mạng thông tin di động 3G/UMTS và tiến hành nghiên cứu Đánh giá và đề xuất thực hiện QoS trong thành phần mạng 3 G / U M T S

b Kết quả đạt được: Hiểu được các yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng

3G/UMTS, cơ chế quản lý chất lượng dịch vụ mạng 3G/UMTS, các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng 3G/UMTS, khuyến nghị áp dụng để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng 3G Vinaphone

Ngày tháng năm

Học viên Xác nhận của cán bộ hướng dẫn:

Xác nhận của Bộ môn:

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 là mạng điện thoại di động cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại Mạng 3G/UMTS cung cấp cả hai

hệ thống chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Điểm mạnh của công nghệ này

là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau Với công nghệ 3G/UMTS, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ

đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail;video streaming; High-ends games;

Tuy nhiên trong những năm gần đây việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng 3G/UMTS có một ý nghĩa rất lớn trong việc giới hạn các hiện tượng trễ và mất gói cho các ứng dụng thời gian thực Hầu hết các đề xuất chất lượng dịch vụ (QoS) cho mạng 3G/UMTS hiện nay chủ yếu quan tâm về vấn

đề chính sách hơn là giải quyết trực tiếp các vấn đề kỹ thuật như định tuyến, xếp hàng, lập lịch Theo thời gian với sự hội tụ giữa các công nghệ 2G, 3G,

và tiến đến 4G trong tương lai thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là một vấn đề phức tạp

Vì vậy, đề tài này nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng thông tin di động 3G/UMTS với mục tiêu nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng

di động, các tham số yêu cầu của mạng, kỹ thuật để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các thành phần mạng bao gồm mạng truy nhập, mạng lõi Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng lõi 3G Vinaphone, các khuyến nghị để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng Nội dung của đề tài được trình bày như sau:

 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA+ /LTE

 CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS

 CHƯƠNG 3 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG CÁC THÀNH PHẦN MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ HỆ

THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS/ HSPA/HSPA+ /LTE 1

1.1 TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2

1.1.1 Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin di động 2

1.1.2 Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động 3G 5

1.1.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 5

1.1.2.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000 6

1.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 6

1.2.1 Các công nghệ trước WCDMA theo nhánh GSM 7

1.2.1.1 Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data) 7

1.2.1.2 Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service) 8

1.2.1.3 Công nghệ EDGE 8

1.2.2 Kiến trúc và dịch vụ các phiên bản mạng thông tin di động 3G/UMTS 9

1.2.2.1 Kiến trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS 10

1.2.2.2 Kiến trúc và dịch vụ của các phiên bản mạng di động 3G/UMTS15 CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS 24

2.1 CÁC YÊU CẦU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ THÔNG TIN24 2.1.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ 24

2.1.2 Hài hòa các yêu cầu đối với chất lượng dịch vụ thông tin 27

2.1.3 Chất lượng dịch vụ trong hệ thống thông tin di động 30

2.1.4 Xác định các tham số chất lượng dịch vụ trong Thông tin di động 31

2.2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS 38

2.2.1 Các lớp dịch vụ cơ bản của UMTS 38

2.2.2 Yêu cầu chất lượng dịch vụ 43

2.2.3 Xác định các tham số chất lượng dịch vụ trong mạng UMTS 45

CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG CÁC THÀNH PHẦN MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G/UMTS 56

3.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG MẠNG TRUY NHẬP HỆ THỐNG DI ĐỘNG 3G/UMTS 57

3.1.1 Chất lượng dịch vụ cho kênh mang vô tuyến 57

3.1.2 Quản lý truy nhập 59

3.1.3 Quản lý điều khiển công suất 61

3.1.3.1 Điều khiển công suất vòng kín 61

3.1.3.2 Điều khiển công suất vòng hở 62

3.1.3.3 Điều khiển công suất vòng ngoài 62

3.1.4 Quá trình chuyển giao 63

3.1.4.1 Chuyển giao cứng 63

3.1.4.2 Chuyển giao mềm/ mềm hơn 63

3.1.5 Điều khiển tắt nghẽn 64

3.2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS TRONG MẠNG LÕI 3G/UMTS 65

3.2.1 Chất lượng dịch vụ QoS trong mạng lõi 3G/UMTS trên nền IP 67

3.2.1.2 Mô hình phân biệt dịch vụ DIFFSERV 71

3.2.2 Chất lượng dịch vụ QoS trong mạng lõi 3G/UMTS trên nền MPLS82 3.2.2.1 Mô hình DiffServ và MPLS 83

3.2.2.2 Mô hình IntServ và MPLS 84

3.3 QoS TRÊN NỀN IP/ MPLS CỦA MẠNG LÕI VINAPHONE 90

3.3.1 Cấu trúc mạng lõi VINAPHONE 90

3.3.2 Kỹ thuật đảm bảo QoS cho mạng lõi VINAPHONE 94

3.3.3 QoS trên nền IP/MPLS của mạng lõi VINAPHONE 95

3.4 CÁC CHỈ TIÊU QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CỦA MẠNG 3G/UMTS VINAPHONE 96

3.4.1 Các chỉ tiêu chất lượng KPI lấy từ OMC hệ thống 3G 96

3.4.2 Các chỉ tiêu chất lượng KPI đo kiểm từ hiện trường hệ thống 3G 99

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership

Protocol

Giao thức điều khiển phát quản bá hoặc phát đa hướng

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

mã CDMA

- CDG

CDMA Development Group Nhóm phát triển CDMA

COPS Common open policy server Máy chủ chính sách mở phổ

biến

CPDP Cellular Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói tế bào

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển

phiên cuộc gọi CSN Circuite Switching Network Mạng chuyển mạch kênh

DSCP Diferentiated Service Code Point Mã điểm dịch vụ phân biệt EDGE Enhanced Data rates for Global

Evolution

Cải thiện tốc độ dữ liệu cho

sự phát triển toàn cầu

EIR Equipment Identify Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo

thời gian FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theo tần số

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hổ trợ cổng GPRS

GPRS Genaral Packetized Radio Service Dịch vụ vô tuyến đóng gói

chung

HLR Home Location Register Thanh ghi vị trí mạng chủ HSCSD High Speed Circuit-Switch Data Dữ liệu chuyển mạch

kênh tốc độ cao HSDPA High-Speed Downlink Packet

Access

Truy cập gói hướng xuống tốc độ cao HS-DSCH High Speed Downlink Shared

Channel

Kênh chia sẻ hướng xuống tốc độ cao

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications for the year

2000

Viễn thông di động quốc tế cho năm

2000

IPTV Internet Protocol Televition Truyền hình IP

ITU International Telecommunication

Union

Liên minh viễn thông thế giới

động

nhãn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập thiết bị

MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng

phương tiện

MPLS Multi protocol lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao

thức MSC Mobile services Switching Center Trung tâm chuyển mạch

dịch vụ di động

OSI Open Systems Interconection Mô hình tham chiếu

Systems

Các hệ thống liên lạc cá nhân

PDCP Packet Data Convergence

Protocol

Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PDP Policy Decision Point; Packet

Data Protocol

Điểm quyết định chính sách; giao thức dữ liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công

cộng

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng viễn thông chuyển mạch công cộng

QoE Quality of Experience Chất lượng trải nghiệm

RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên

RLC Radio Link Control protocol Giao thức điều khiển kênh

truyền vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng di động RNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô

tuyến

nguyên SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hổ trợ phục vụ GPRS SLA Service level agreement Thỏa thuận mức dịch vụ SMR Specialized Mobile Radio Vô tuyến di động chuyên biệt

TACS Total Access Communications

System

Hệ thống liên lạc truy cập hoàn toàn

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển phát

số TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

thời gian

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UPD User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng UTRAN UMTS Terestrial Radio Access

Network

Mạng truy cập vô tuyến mặt đất

UMTS VLR Visistor Location Register Thanh ghi tạm trú

VoIP Voice Over Internet Protocol Giọng nói truyền trên mạng

IP VPN IP virtual private Network Mạng riêng ảo IP

WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không

dây

WFQ Weighted Fair Queuing Hàng đợi luân phiên có trọng

số theo thời gian hoàn thành WRED Weight Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên

theo trọng số WRR Weighted Round Robin queuing Hàng đợi quay vòng trọng số

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động 2

Hình 1.2: Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G 5

Hình 1.3: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 6 Hình 1.4: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 6

Hình 1.5: Quá trình phát triển chuẩn GSM 7

Hình 1.6: Giai đoạn phát triển các phiên bản 3G/UMTS 10

Hình 1.7: Kiến trúc 3G UMTS 10

Hình 1.8: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 99 15

Hình 1.9: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 4 16

Hình 1.10: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 5 18

Hình 1.11: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 6 19

Hình 1.12: Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống LTE/Rel8 21

Hình 2.1: Các dịch vụ mạng thế hệ 3 và khả năng kinh doanh 26

Hình 2.2: Cấu trúc phương pháp hài hòa các yêu cầu với QoS 29

Hình 2.3 Chất lượng End-to-End QoS 30

Hình 2.4: Mô hình tham khảo “QoS đầu cuối-đến-đầu cuối”(QoS end-to-end) 32 Hình 2.5: Mô hình xác định các tham số chất lượng dịch vụ thông tin di động 50 Hình 2.6: Cấu trúc lớp chất lượng dịch vụ trong mạng UMTS 53

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý quản lý chất lượng dịch vụ mạng di động 54

Hình 3.1: Quản lý QoS trong mạng truy nhập 3G/ UMTS 57

Hình 3.2: Cơ chế QoS trong kênh mang vô tuyến 58

Hình 3.3: Kiến trúc mạng đa phương tiện 3G /UMTS 67

Hình 3.4: Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv 68

Hình 3.5: Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ 72

Hình 3.6: Xử lý gói trong mô hình DiffServ 73

Hình 3.7: Miền phân biệt dịch vụ DS 74

Hình 3.8: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 76

Hình 3.9: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA 79

Hình 3.11: Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVP-TE 85

Hình 3.12: Cấu trúc bản tin RSVP-TE 86

Hình 3.13: Cấu trúc mạng lõi của Vinaphone 91

Hình 3.14: Cấu trúc mạng VPN2 92

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thuộc tính dịch vụ lớp kênh mang 39

Bảng 2.2 Phân loại các dịch vụ ở 3G/ UMTS 42

Bảng 2.3 Phân loại khả năng di chuyển của đầu cuối di động 43

Bảng 2.4 Chất lượng dịch vụ dự kiến cho các dịch vụ đàm thoại và thời gian thực 44

Bảng 3.1 Tham số đánh giá năng lực mạng IP cho các loại dịch vụ khác nhau 66 Bảng 3.2 Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 75

Bảng 3.3 Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB 77

Bảng 3.4 Ánh xạ các thuộc tính 3GPP QoS sang IETF Diffserv 80

Bảng 3.5 So sánh sự khác nhau IntServ và DiffServ 81

Bảng 3.6 Các lớp lưu lượng IP/MPLS Vinaphone 95

Bảng 3.7 Các lớp lưu lượng Qos UMTS Vinaphone 96

Bảng 3.8 Miền CS chuyển mạch kênh 97

Bảng 3.9 Miền PS chuyển mạch gói 98

Bảng 3.10 Các tham số KPI chất lượng mạng 99

Bảng 3.11 Các tham số chất lượng dịch vụ của mạng Vinaphone 102

Bảng 3.12 Kết quả đo kiểm các tham số chất lượng dịch vụ KPI của mạng Vinaphone Trà Vinh 104

TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ HỆ THỐNG

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống xã hội, đặc biệt với xã hội hiện đại ngày nay thông tin trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo các yếu tố như tốc độ nhanh chóng, tiện lợi và độ chính xác cao Với nhu cầu như vậy, thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai Trong chương 1 này tập trung giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông tin

di động từ khi mới xây dựng đến thế hệ thứ mới Khái quát về hệ thống thông tin

di động thứ ba, bao gồm cấu trúc chung của mạng, sự phát triển của các phiên bản và các dịch vụ mạng

1.1 TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1.1 Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin di động

Trong những năm gần đây, công nghệ không dây là chủ đề được nhiều chuyên gia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông Trong thời gian này công nghệ này được rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ được miêu tả trong hình 1.1

Hình 1.1 Tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động

* Thế hệ thứ nhất (1G)

Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và

sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Với FDMA, khách

3G

+ Roaming (khôngdây) trực tiếp

+ Khái niệm mô hình dịch vụ + Truy nhập vô tuyến toàn cầu + Tính toàn cầu hóa

1980

1990

Hoàn thiện

2010

số Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó Nhờ kênh này,

MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong trường hợp số thuê bao nhiều hơn số lượng kênh tần số

có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập

Đặc điểm:

 Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông tuyến

 Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể

 BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

* Thế hệ thứ hai (2G)

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế

hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng phương pháp điều chế số

và 2 phương pháp đa truy cập :

 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn giản và việc thay đổi , chuyển giao, điều khiển dung lượng cell thực hiện rất linh hoạt

* Thế hệ thứ ba (3G)

Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người

sử dụng, từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế

hệ thứ 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi ITM-2000 đưa ra các mục tiêu chính sau:

 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy cập

Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện

 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của các hệ thống thông tin di động

 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho người dùng tĩnh , 384 Kbps cho người dùng di chuyển chậm và 128 Kbps cho người dùng trên moto Công nghệ 3G dùng sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz như của CDMA nên 3G nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống WCDMA và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đang được áp dụng trong những năm gần đây Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện têu chuẩn toàn thế giới cho giao diện thông tin vô tuyến

* Thế hệ thứ tư (4G)

Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng

di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài năm tới Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền

số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu

có thể lên tới 288 Mb/s

Trên hình vẽ 1.2 cho thấy các hệ thống thông tin di động 3G phát triển theo hai hướng chính:

Hình 1.2 Tiến trình phát triển các hệ thống TTDĐ lên 3G

1.1.2.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt như hình 1.3:

Hình 1.3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

1.1.2.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000

Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác nhau để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường Nói chung CDMA 2000 là một cách tiếp cận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở chế độ FDD Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95 CDMA 2000 được phát triển

từ các mạng IS-95 của hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá trình phát triển đó như hình 1.4:

Hình 1.4 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000

1.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS

Hệ thống thông tin di động UMTS là sự kế thừa của hai hệ thống GSM và GPRS, là kết quả của việc đưa ra các công nghệ truyền dữ liệu và thoại Trên hình 1.5 chỉ ra quá trình phát triển chuẩn GSM qua 1 số phiên bản:

Hình 1.5 : Quá trình phát triển chuẩn GSM

1.2.1 Các công nghệ trước WCDMA theo nhánh GSM

1.2.1.1 Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data)

High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), phiên bản mở rộng của mạch

chuyển dữ liệu CSD (Circuit Switched Data), chính là cơ chế truyền dữ liệu của mạng GSM Một trong những cải tiến HSCSD là khả năng sử dụng nhiều khe thời gian cùng một lúc Sử dụng tối đa là bốn khe thời gian, nó có thể cung cấp tốc độ truyền tải tối đa tăng lên đến 57,6 kbit/s (tức là, 4 × 14,4 kbit/s) và ngay cả trong điều kiện truyền phát xấu nơi mà một mức cao hơn của việc sửa lỗi cần dùng đến, vẫn có thể cung cấp tốc độ tăng bốn lần so với CSD (38,4 kbit/s so với 9,6 kbit/s) Bằng cách kết hợp đến tám khe thời gian GSM công suất có thể được tăng lên đến 115 kbit/s.Công nghệ này là bước đầu theo hướng tăng tốc độ truyền

dữ liệu cho việc sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu mới

1.2.1.2 Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service)

GPRS là dịch dụ vô tuyến gói chung, truyền dữ liệu theo mạng chuyển mạch gói song song với truyền thoại trong chế độ chuyển mạch kênh và đảm bảo truyền

dữ liệu với vận tốc lên đấn 115 kbit/s

Công nghệ GPRS khác với công nghệ HSCSD yêu cầu các thiết bị đầu cuối mới trợ giúp cho công nghệ:

o Thiết bị đầu cuối loại A đồng thời có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng thuê bao ở chế độ chuyển mạch gói và chế độ chuyển mạch kênh

o Thiết bị đầu cuối loại A đồng thời có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng thuê bao ở chế độ chuyển mạch gói hoặc chế độ chuyển mạch kênh

o Thiết bị đầu cuối loại C có thể hỗ trợ sử dụng lưu lượng thuê bao ở chế

độ chuyển mạch gói

1.2.1.3 Công nghệ EDGE

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), đôi khi còn gọi

à Enhanced GPRS (EGPRS), là một công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS cho phép truyền dữ liệu với tốc độ có thể lên đến 384 kbit/s cho người dùng cố định hoặc di chuyển chậm và 144kbit/s cho người dùng di chuyển tốc độ cao Trên đường tiến đến 3G, EDGE được biết đến như một công nghệ 2.75G Thực tế bên cạnh điều chế GMSK, EDGE dùng phương thức điều chế 8-PSK để tăng tốc độ dữ liệu truyền Chính vì thế, để triển khai EDGE, các nhà cung cấp mạng phải thay đổi trạm phát sóng BTS cũng như là thiết bị di động so với mạng GPRS

EDGE cung cấp cho chúng ta một dung lượng dữ liệu gấp 3 lần GPRS Khi

sử dụng EDGE nhà điều hành có thể quản lý được hơn gấp 3 lần số thuê bao đối với GPRS, và gấp 3 lần giá trị dữ liệu trên một thuê bao, thêm một dung lượng đáng kể cho truyền thông thoại EDGE sử dụng cấu trúc khung dữ liệu, kênh lô-gic,và băng thông sóng mang 200 kHz giống như TDMA (Xử-lý-nhân-chia-thời-gian) dùng trong mạng GSM hiện nay, cho phép nó phủ sóng trực tiếp trên nền

một sự nâng cấp phần mềm

EDGE cho phép truyền tải các dịch vụ di động tiên tiến như tải video, clip nhạc, tin nhắn đa phương tiện hoàn hảo, truy cập internet, e-mail di động tốc độ cao

1.2.2 Kiến trúc và dịch vụ các phiên bản mạng thông tin di động 3G/ UMTS

ETSI là tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM trong những năm 1980 và

1990 ETSI còn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS Chuẩn cuối cùng ETSI xây dựng năm 1998

3GPP thành lập năm 1998 là tổ chức kết hợp của các tổ chức tiêu chuẩn hóa: châu Âu, Nhật, Nam Triều tiên, Mỹ và Trung quốc Mục đích chuẩn hóa hệ thống thông tin di động 3G theo định hướng:

 Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA và TD-CDMA

 Phần mạng lõi phát triển từ GSM, kế thừa những những tiêu chuẩn ETSI

 ETSI SMG: phát triển truy nhập radio GSM và EDGE

Trong đó 3GPP xây dựng các bộ tiêu chuẩn trên cơ sở năm Phiên bản đầu tiên là 3GPP Release 99 (3GPP R99) Đến nay 3GPP đã có các phiên bản đã và đang được các nhà khai thác trên thế giới áp dụng, sự phát triển của các phiên bản được miêu tả trong hình 1.6:

Hình 1.6: Giai đoạn phát triển các phiên bản 3G/UMTS

1.2.2.1 Kiến trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS

sử dụng bao gồm:

Các đầu cuối: giao diện Uu là liên kết vô tuyến giữa UE với UTRAN

(giao diện WCDMA) Nó đảm bảo toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS; giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa USIM với đầu cuối Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

UICC (UMTS IC Card) là một thẻ thông minh Điều mà ta quan tâm đến

nó là dung lượng nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp, ứng dụng USIM chạy trên UICC

USIM chứa các hàm và số liệu cần thiết để nhận dạng và nhận thực thuê

bao cho mạng UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao

b) Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) là liên kết giữa người sử dụng và mạng lõi (CN) Nó bao gồm các phần tử để đảm bảo và điều khiển các cuộc truyền thông trong mạng UMTS

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện: giao diện Iu giữa UTRAN và

CN, giao diện này gồm hai phần IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN với UE Giữa hai giao diện này là các nút B và các bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)

RNC

RNC chịu trách nhiệm quản lý và điều khiển tài nguyên của các trạm gốc BTS (nút B) Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền PS đến SGSN và một cho miền CS đến MSC

Một nhiệm vụ tương đối quan trọng của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn thông tin Sau khi thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa (AKA) hoàn tất các khóa bí mật và toàn vẹn được lưu tại RNC Sau đó, các khóa này được 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 được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC) Khi người này chuyển đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi (DRNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng này Nhưng SRNC vẫn quản lý kết nối của người sử dụng này đến CN Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC) Mỗi nút B có một CRNC chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến cho nó

Nút B

Giống như trong GSM, nút B (các BTS) có nhiệm vụ thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu giao diện Iub từ RNC và chuyển 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: điều khiển công suất vòng trong Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa Nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín

khác nhau và thông báo cho chúng tăng hoặc giảm công suất, sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối

c) Mạng lõi

Mạng lõi (CN) chia làm ba phần: miền PS, CS và HE Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến mạng Internet và các mạng số liệu khác bằng công nghệ IP Miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM Các nút B được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng ATM hoặc IP

SGSN: Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) là nút mạng chính của miền

PS, nó kết nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông qua giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nó lưu trữ hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao

GGSN: Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) là một SGSN cổng có nhiệm vụ

kết nối với các mạng số liệu khác Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN Cũng giống như SGSN, nó lưu hai kiểu số liệu: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến các cổng biên giới (BG) thông qua giao diện Gp

BG: Cổng biên giới (BG) là cổng giữa miền PS của mạng UMTS với

các mạng PLMN khác Chức năng chính của nút này giống như tường lửa của Internet, để đảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài

VLR: Thanh ghi định vị tạm thời (VLR) là bản sao của HLR cho mạng

phục vụ SN Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được sao chép từ HLR và lưu tại đây, cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng

MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC) thực hiện kết

nối CS giữa đầu cuối với 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 cũng giống như trong GSM Song nó có nhiều khả năng hơn, các kết nối

CS được thực hiện trên giao diện IuCS giữa UTRAN và MSC Các MSC được nối với mạng ngoài được gọi là GMSC

GMSC: MSC cổng (GMSC) có thể là một trong số các MSC GMSC thực

hiện các chức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến UMTS, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi VLR về MSC hiện thời đang quản lý MS

HE: Môi trường nhà (HE) lưu các hồ sơ thuê bao của các hãng khai thác

Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN) các thông tin về thuê bao, cước để nhận thực người sử dụng và tính cước các dịch vụ mà người sử dụng

đó sử dụng HE bao gồm các thành phần: thanh ghi định vị thường trú (HLR), trung tâm nhận thực AuC và thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

d) Các mạng ngoài

Các mạng ngoài không phải là bộ phận của UMTS nhưng chúng cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác Các mạng ngoài có thể là các mạng điện thoại như PSTN, ISDN, PLMN khác hoặc Internet……

e) Các giao diện

Vai trò của các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao diện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để 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 thẻ thông minh

Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE

UMTS Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữa nút B và đầu 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 nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN

Giao diện Iur :Đây là giao diện giữa các RNC Ban đầu được thiết kế để

đảm bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bổ sung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau: di động giữa các RNC, lưu thông kênh riêng, lưu thông kênh chung và quản lý tài nguyên toàn cục

Giao diện Iub: Giao diện Iub nối nút B và RNC Khác với GSM đây là

UTRAN (ATM)

MIỀN - CS

64 Kbits/s

MIỀN - PS

GTP/IP HLR/AuC

MẠNG LÕI CN

W-CDMA

Uu

Thoại Video SMS WAP E-Mail Web MMS

LUỒNG AUDIO/VIDEO

Phiên bản Release 99 như trên hình vẽ 1.8 tập trung vào sự đang hiện diện của mạng GSM, có 2 yêu cầu đặt ra là:

 Mạng UMTS phải tương thích với mạng GSM đang tồn tại

 Hai mạng UMTS và GSM phải có khả năng làm việc tương tác

Mạng 3G R99 là hệ thống mạng GSM-based Đó là một mạng GSM có hai mạng truy cập và hai mạng truy cập cung cấp lưu lượng có tốc độ khác nhau cho

cả hai miền core CS và PS Với tốc độ truyền 1 kênh thoại miền CS thiết lập ở 64kbps

Với miền CN được xây dựng trên cơ sở đường hầm IP sử dụng giao thức GTP ( GPRS Tunnelling Protocol)

Phiên bản Rel 99 đưa ra ở thời điểm dịch vụ internet trở nên phổ biến Công nghệ dựa trên giao thức IP không những chỉ truyền dữ liệu mà cho cả thoại và video Hình thành và phát triển các mạng thông tin đa dịch vụ

1.2.2.2.2 Kiến trúc và dịch vụ của hệ thống UMTS/ R4

Về cơ bản 3GPP R4 không cung cấp, cải thiện thêm dịch vụ Nhưng theo hình vẽ 1.9 ta thấy rằng cấu trúc 3GPP R4 bắt đầu đưa IP vào hệ thống Core CS Cấu trúc softwsitch tạo bởi MSC Server – MGW tạo tiền đề định hướng

“transport All IP” Giảm chi phí truyền dẫn, phân lớp cấu trúc chức năng; định hướng phát triển dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng

Hình 1.9 Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 4

MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYếN UTRAN(ATM)

MIỀN - CS

IP(ATM)

MIỀN - PS

GTP/IP HLR/AuC

MMS

LUỒNG AUDIO/VIDEO

Điểm quan trọng nhất trong 3G R4 là: 3G R4 là động thái IP hóa toàn bộ miền CS Truyền tải cũng IP/ATM, chuyển mạch cũng IP/ATM Công nghệ SOFTSWITCH được đưa vào nhằm mục đích này Công nghệ SOFTSWITCH tách MSC cổ điển thành:

 MSC-Server là phần tử điều khiển, nối IP giao thức MEGACO đến

 Media Gateway – là phần tử chuyển mạch dịch vụ người dùng Dịch vụ người dùng là dịch vụ có trên miền chuyển mạch kênh CS truyền thống, nhưng lại dùng chuyển mạch IP/ATM

1.2.2.2.3 Kiến trúc và dịch vụ của hệ thống UMTS/ R5

Với kiến trúc R5 đã đưa IMS vào mạng UMTS được thể hiện trên hình 1.10, cung cấp thêm cơ chế và tổ chức multimedia IP và các giao thức trên IP cũng sẽ được sử dụng làm cơ chế điều khiển Dữ liệu người dùng về cơ bản cũng dựa trên IP IP cũng được sử dụng làm giao thức truyền thay thế SS7, một giao thức chính đang dùng trong dịch vụ chuyển mạch kênh

3GPP R5 đưa IMS vào tiêu chuẩn hóa IMS được hỗ trợ bởi cấu trúc tiêu chuẩn độc lập dựa trên IP và được nối với các mạng thoại và số liệu hiện tại cho

cả người sử dụng mạng cố định (như PSTN, ISDN, Internet) và mobile (như GSM, CDMA)

Kiến trúc IMS có khả năng thiết lập truyền thông IP peer-to-peer với tất cả các lient với yêu cầu chất lượng dịch vụ Thêm vào khả năng quản lý phiên làm việc, kiến trúc IMS cũng có các chức năng địa chỉ, mà đó là điều cần thiết để tổ chức dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, cước, điều khiển truyền thông, roaming) IMS sẽ tạo nên trái tim của mạng core

Những điểm chính tập trung vào:

 Vận chuyển IP trên toàn bộ hệ thống mạng từ BS đến network border gateway

 Đưa IMS vào để bắt đầu ứng dụng các dịch vụ multimedia

 Hợp nhất giao diện mở giữa các mạng truy cập và mạng core khác nhau

 Đạt được năng lực cao trên giao diện vô tuyến UTRAN hướng downlink

3G R5 đơn giản hóa cấu trúc mạng cho phép các giao thức truyền tải sử dụng hiệu quả hơn so với 3G R4, IP hóa toàn bộ truyền tải làm đơn giản hóa cấu trúc truyền tải

Về dịch vụ, IMS đóng vai trò chính trong 3G R5 và trong cả những phát triển dịch vụ tương lai

Trong pha này, 3GPP khuyến nghị vô tuyến UTRAN triển khai công nghệ HSDPA – tăng tốc độ số liệu downlink nhằm cung cấp hiệu quả các dịch vụ

“không đối xứng” (tải số liệu downlink lớn hơn uplink nhiều)

Hình 1.10 Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 5

Thoại

Video SMS WAP E-Mail Web MMS

LUỒNG AUDIO/VIDEO

CÁC DỊCH VỤ

3GPP R6 bổ sung những điểm thiếu trong IMS 3GPP R5 và đưa thêm vào một số đặc điểm mới được định hình rõ ràng ứng dụng chế độ truyền dữ liệu tốc

độ cao đường lên HSUPA, tiếp tục phát triển truyền dữ liệu tốc độ cao đường xuống HSDPA Hình 1.11 thể hiện kiến trúc và dịch vụ của hệ thống UMTS/Rel

6

Hình 1.11 Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống UMTS/Rel 6

Với 3GPP R6 ứng dụng các kỹ thuật mới:

o Hỗ trợ quãng bá đa phương đa phương tiện MBMS ( Multimeida Broadcast/ Multicast service)

o Mã hóa băng rộng thích ứng tốc độ AMR _WB + ( Adaptive Multi-Rate- Wideband+code) cho phép gửi và nhận tiếng nói và nhạc với mức chất lượng CD

o Dùng băng tần mới 2100/ 1900/ 1800/ 900/ 800 trong các đầu cuối thuê bao và mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

o Sử dụng công nghệ IP trong mắc xích mạng lõi- mạng truy nhập vô tuyến đầu cuối thuê bao ( CN/RAN/ Terminal)

Thoại Video

SMS WAP E-Mail Web MMS

LUỒNG AUDIO/VIDEO

CÁC DỊCH VỤ

1.2.2.2.5 Kiến trúc và dịch vụ của hệ thống UMTS/ R7

3GGP R7 là sự phát triển của công nghệ HSUPA và hoàn thiện hệ thống IMS

Các kỹ thuật mới cho UMTS/R7 bao gồm:

o Tốc độ truyền trên cơ sở chia kênh theo thời gian TDD (7,68 Mb/s)

o Truy nhập chung đến giao diện A/Gb cho phép các mạng di động tích hợp các kịch bản sử dụng chúng phức tạp hơn so với kết nối giữa các mạng

o Chức năng modul nhận dạng thuê bao USIM được nâng cao, cho phép thực hiện tải chương trình và dữ liệu vào modul USIM

o Sử dụng anten thích ứng đa đường, trên cơ sở công nghệ mimo ( Multiple Input Multiple Output), và nâng cao dung lượng hệ thống con vô tuyến

o Bổ sung thêm các dịch vụ như dịch vụ đa phương tiện, xác định vị trí thuê bao, dịch vụ video, các dịch vụ thoại

Trong hệ thống 3GGP R7 hoạt động hệ thống con IMS mạng lõi dần được hoàn thiện:

o Đảm bảo khả năng truy nhập đến hệ thống con IMS các mạng truyền dữ liệu cố định băng rộng

o Đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng UMTS sử dụng công nghệ HSDPA/HSUPA/Enhanced IMS nhờ cơ chế điều khiển và nguyên tắc chất lượng dịch vụ được đảm bảo trong mắc xích “người sử dụng- người sử dụng”

o Thông qua cuộc gọi khẩn miền PS và hệ thống con mạng mõi CN

o Tương thích cuộc gọi trong chế độ chuyển mạch kênh và các phiên truyền

dữ liệu hệ thống chon IMS

o Phát triển tiến trình chức năng quản lý tài nguyên mạng và biểu giá hóa cho các luồng dữ liệu IP

o Đảm bảo hỗ trợ dịch vụ xác định vị trí thuê bao, audio, hội nghị video, quàn lý nhóm người sử dụng

Với 3GPP R8 được hoàn thiện vào giữa năm 2009, phiên bản này khởi động các công nghệ mang tính bước nhảy cho mạng di động thế hệ mới tiếp theo sao 3G

Kiến trúc và dịch vụ hệ thống LTE/ R8 trên hình 1.12

Hình 1.12 Kiến trúc (a) và dịch vụ (b) của hệ thống LTE/Rel8 (S1-giao diện

LTE)

Phiên bản R8 từ bỏ công nghệ WCDMA và chuyển sang công nghệ tiến bộ hơn OFDMA Các yêu cầu cơ bản với công nghệ mới trong R8:

o Nâng cao đáng kể hiệu quả phổ ( đạt đến 5bit/s/hz)

o Tăng dung lượng dường xuống đến 100 Mb/s ở độ rộng băng tần 1 kênh tần số 20 Mhz ( thang tỷ lệ 1,4; 3; 4; 10; 15 Mhz) và đến 50 Mb/s ở đường lên

o Rút ngắn thời gian trễ truyền dữ liệu gói cón 100ms so với 80ms ở R5

o Tối giản hóa kiến trúc mạng

Các tiêu chí R8 hướng đến:

Thoại Video

SMS WAP E-Mail Web MMS

LUỒNG AUDIO/VIDEO

CÁC DỊCH VỤ

MẠNG LÕI SAE

IASA

SAE Anchor

3GPP Anchor MME/UPE IMS

o Mức vật lý giao diện vô tuyến, cách thức đảm bảo sử dụng kênh mềm với

độ rộng băng phát/ thu đến 20 Mhz, sử dụng công nghệ điều chế tín hiệu mới OFDMA và công nghệ đa anten MIMO

o Tối ưu hóa báo hiệu: mức dữ liệu và mức mạng giao diện vô tuyến UTRAN

o Xác định cấu trúc mạng tối ưu và phân biệt chức năng từ cấu trúc mạng vô tuyến UTRAN

1.2.2.2.7 Kiến trúc và dịch vụ của hệ thống UMTS/ R9

Các bước phát triển của R9: Hoàn thiện các khả năng hoạt động Áp dụng các dịch vụ mới trong khả năng mạng Mở rộng các khả năng khai thác Xây dựng kịch bản phát triển mới

Hoàn thiện các chức năng LTE/ R9 là: thực hiện truyền 1 hoặc nhiều băng trong 1 kênh vật lý, tiếp đó sẽ mở rộng khả năng mạng truy nhập vô tuyến E-UTRAN Áp dụng các kịch bàn mới cho truyền dữ liệu tốc độ cao

1.2.2.2.8 Kiến trúc và dịch vụ của hệ thống UMTS/ R10

Phiên bản này hướng đến tiếp tục phát triển công nghệ LTE và hoàn thiện xây dựng công nghệ LTE Advanced

Về bản chất yêu cầu này đồi với chuẩn mạng di động thế hệ 4 là: tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất ở đường xuống 1Gb/s, đường lên 500Mb/s, băng tần thông qua ở đường xuống – 100Mhz, đường lên – 60Mhz hiệu quả sử dụng phổ tần lớn nhất đường xuống – 30bit/s/hz, đường lên 15bit/s/hz, gấp 2 lần so với LTE Tường thích với các hoạt động LTE và các hệ thống khác chuần 3 GPP ( GERAN/UMTA)

Để giải quyết các vấn đề này thì sử dụng các kênh vô tuyến băng tần rộng hơn (đến 100 Mhz), chia băng tần không đối xứng giữa đướng lên và đường xuống trong trường hợp song công theo tần số, hệ thống hoàn thiện hơn mã hóa

dung công nghệ MIMO cho hệ thống anten LTE

tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, truy cập Internet

Với chương 1 luận văn đã phân tích sự phát triển của mạng di động, cấu trúc cơ bản của mạng 3G/UMTS, các phiên bản mới cùng với các dịch vụ mới của hệ thống 3G/UMTS, trên cơ sở đó ta đi vào xem xét chất lượng dịch vụ mạng

di động 3G/UMTS, cũng như phân tích chất lượng dịch vụ trong các thành phần mạng của hệ thống thống tin di động 3G/UMTS

CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG 3G/UMTS

Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thông, mạng di động băng rộng

ra đời đáp ứng sự đòi hỏi ngày càng cao của người sử dụng 3G/UMTS là mạng thông tin di động thế hệ 3 được thiết kế hỗ trợ các dịch vụ tích hợp như thoại, dữ liệu, video, hình ảnh… Mỗi loại dịch vụ yêu cầu về băng thông, độ trễ, mất gói, tốc độ khác nhau đòi hỏi mạng phải cơ chế xử lý thích hợp Trong chương 2 này

sẽ giới thiệu về tiêu chuẩn chất lượng của hệ thống thông tin cũng như của mạng

di động 3G/UMTS, các yêu cầu về chất lượng dịch vụ Xác định các tham số chất lượng dịch vụ trong mạng thông tin di động 3G/UMTS

TIN

2.1.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ

Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau Theo khuyến nghị của Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union) chất lượng dịch

vụ là tập hợp các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn của người sử dụng đối với dịch vụ Theo IETF [ETSI – TR102] nhìn nhận chất lượng dịch vụ là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có các ứng

xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao gồm cả việc phân loại các dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ

Chính những khái niệm rộng và đa dạng của chất lượng dịch vụ đặt ra yêu cầu chung cho các nhà cung cấp dịch vụ thông tin cũng như yêu cầu chuẩn hóa

hệ thống điều khiển chất lượng

thị ở dạng các tham số mà chúng có thể được kiểm định đủ năng lực ( chính nhà cung cấp dịch vụ hay các tổ chức chuẩn hóa) và được đánh giá bởi người sử dụng dịch vụ thông tin Để có đươc nền tảng chung cho việc chuẩn hóa, dịch vụ thông tin cần phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản sau:

 Dịch vụ phải đơn giản, dễ sử dụng và thân thiện với người dùng

 Hệ thống kỹ thuật, công nghệ tạo ra dịch vụ phải đơn giản, được module hóa

 Kiểm soát và điều khiển chức năng của bản thân dịch vụ linh hoạt,

hệ thống cùng được chia sẻ của người dùng khác nhau Khi giao diện mở, nguyên tắc thiết kế chủ yếu trong hệ thống viễn thông cũng có nhiều hạn chế Thiết kế hệ thống đòi hỏi tính "tương thích ngược'', có nghĩa là, một hệ thống mới phải hỗ trợ và thích nghi với những hệ thống cũ và đa môi trường người dùng

Một ví dụ điển hình, trường hợp một sử dụng di động có thiết bị đầu cuối cũ trong một môi trường mạng hiện đại Có thể xảy ra tình huống mà các thiết bị đầu cuối cũ thực sự lãng phí tài nguyên mạng và không tối ưu từ quan điểm nhà cung cấp dịch vụ Trong trường hợp xấu nhất, tương thích ngược có thể sẽ gây tốn kém cho các nhà cung cấp dịch vụ, nhưng người sử dụng luôn luôn mong đợi điều đó

Nhà cung cấp dịch vụ thực hiện của tính tương thích ngược luôn phải vượt