Ứng dụng công nghệ atm cho sgsn trong umts

Lịch sử phát triển và xu hướng đa phương tiện

Lịch sử các hệ thống viễn thông có thể tính từ khi Michael Faraday phát minh ra định luật cảm ứng điện từ năm 1831, Jemes clerk Maxwell chứng tỏ khả năng truyền của sóng điện từ trong không khí năm 1873, Alexander Graham Bell chế tạo thành công chiếc điện thoại đầu tiên trên thế giới tháng 3 năm 1876 hay Samuel F.B Morse phát minh ra điện báo năm 1973 Đó là những phát minh quan trọng, đặt nền móng cho sự phát triển của viễn thông nói chung và thông tin di động sau này.

Kỷ nguyên của các hệ thống vô tuyến tế bào sử dụng kĩ thuật Analog bắt đầu năm 1979 với sự kiện mạng điện thoại di động đầu tiên được NTT thương mại hoá ở Nhật.Các hệ thống Analog tiếp tục phát triển cho đến khi hệ thống thông tin di động sử dụng kĩ thuật số ra đời năm 1991 được đánh dấu bằng việc triển khai mạng GSM đầu tiên tại Phần Lan Các sự kiện quan trọng đối với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động Đặc biệt của hệ thống UMTS kể từ năm 1991 được liệt kê sau đây theo trình tự thời gian.

Ngày 01/08/1991 Mạng GSM đầu tiên được đưa vào hoạt động chính thức tại Phần Lan.

Năm 1992 tất cả các nhà khai thác ở Châu Âu bắt đầu hoạt động kinh doanh với các mạng GSM.

Tháng 02/1995 UMTS Task Force được thành lập và đưa ra bản báo cáo về lộ trình tới UMTS

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A

Tháng 12/1996 UMTS Forum được thành lập tại cuộc họp khai mạc tổ chức tại Zurich, Thụy sỹ.

Tháng 10/1997 ERC quyết định băng lõi của UMTS.

Tháng 01/1998.Tại cuộc họp của ETSI SMG tại Pari, cả hai đề xuất W- CDMA và TD-CDMA được kết hợp thành tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến của UMTS.

Tháng 12/1999 tại Nice ETSI, việc tiêu chuẩn hoá UMTS Release 1999 hoàn tất cho cả EDD và TDD.

Tháng 04/2000 WRC-2000 phân tích việc mở rộng băng UMTS/IMT-

Tháng 03/2001 Ericsson và Vodafone UK khẳng định đã thực hiện cuộc gọi đầu tiên UMTS đầu tiên trên thế giới qua mạng thương mại.

Ngày 01/12/2001.Telenor triển khai ở Na-uy mạng UMTS đã có mặt trên thị trường vào quý 3 năm 2002.

Tháng 03/2002 UMTS 3GPP Release 5 được phát hành.

Ngày 25/09/2002.Mobilkom (nhà khai thác mạng ở Áo) triển khai mạng UMTS đầu tiên ở Châu Âu.

Ngày 31/01/2003 Lần đầu tiên trên thế giới, Ericsson thử nghiệm thành công phiên bản Ipv6 với mạng UMTS/W-CDMA.

Sự phát triển của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin ngày nay khẳng định một xu thế tất yếu đó là sự hội tụ của viễn thông và tin học Hệ quả là các máy tính có xu hướng ngày càng nhỏ và nhẹ hơn (trừ một số thành phần như màn hình,…), với khả năng xách tay và tiến tới là di động thực sự.Trong khi đó các máy di động ngày càng được tăng cường các tính năng của một chiếc máy tính, thậm chí cả tính năng của các thiết bị khác như: máy ảnh,camera, máy ghi âm…hướng tới các dịch vụ mới, các dịch vụ của mạng máy tính chứ không phải chỉ riêng dịch vụ thoại hay nhắn tin thông thường.

Cuối cùng, các máy tính và máy di động có xu hướng hội tụ ở một loại thiết bị mạng duy nhất là đa phương tiện Như vậy có thể thấy rằng đa phương tiện là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống mạng và các thiết bị di động ngày nay.

Một số đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS

+) Tốc độ bít và vùng phủ:

- Tốc độ bít cực đại tới 2Mbps hoặc cao hơn ở các hệ thống 3,5G (8-10 Mbps ở đường xuống khi sử dụng HSPDA ở Release 5 hay 20Mbps đối với hệ thống MIMO ở Release 6).

- Cung cấp vùng phủ toàn cầu nhờ vệ tinh.Tốc độ dữ liệu phụ thuộc vào vùng phủ như trong bảng sau:

Tốc độ Kiểu vùng phủ

2.048Mbp/s Pico-cell/micro-cell

144Kb/s và 64Kb/s Lagre cell

Bảng 1.1: Tốc độ dữ liệu và vùng phủ.

- Có khả năng cung cấp đồng thời các dịch vụ với yêu cầu chất lượng khác nhau trên một kết nối duy nhất.

- Các dịch vụ đa phương tiện phong phú Có nhiều tiêu chí phân loại khác nhau, một trong số đó phân chia dịch vụ 3G thành các nhóm:

+ Làm việc: Hội thảo video hai chiều, quản lí thông tin cá nhân… + Truyền thông: Quảng cáo, báo, tạp chí…

+ Mua sắm: Thương mại điện tử, tiền điện tử, giao dịch tự động… + Giáo dục: Thư viện tìm kiếm, học từ xa…

+ Giải trí: Thể thao, video, âm nhạc…

+ Gia tăng: TV, radio, PC, nghe nhạc MP3, máy quay phim…

- Chất lượng cao, có thể đạt BER -6

- Tính bảo mật cao, chống nghe trộm.

- Cho phép thực hiện chuyển mạng toàn cầu giữa các nhà khai thác 3G khác nhau.

- Hỗ trợ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau để cân bằng tải và tăng cường vùng phủ.

Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai GSM sang hệ thống thế hệ ba UMTS

Để đảm bảo đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổi từng bước sang thế hệ ba Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi này như sau:

GSM HSCSD GPRS EDGE UMTS

Hình 1.1: Lộ trình phát triển từ GSM đến UMTS.

GSM: Global System for Mobile communication: Hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ hai.

HSCSD: High Speed Circuit-Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao.

GPRS: General Packet Radio Service: Dịch vụ vô tuyến gói chung.

EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution: Tốc độ số liệu gói tăng cường để phát triển GSM.

UMTS: Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ ba.

1.3.1 Hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ hai GSM.

GSM là hệ thống thông tin di động phục vụ chủ yếu cho dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn SMS.

GSM cũng có thể cung cấp dịch vụ truyền số liệu nhưng với tốc độ rất thấp ( 9,6kbps) Để kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến WAP (Wireless Application Protocol). Ở giao diện vô tuyến, GSM sử dụng kết hợp phương pháp FDMA và TDMA.

Dải tần dành cho GSM là 890-960 MHz được chia thành các kênh tần số vô tuyến 200 kHz đường xuống và đường lên như sau: f uplink= 890 + n * 0,2 MHz , n = 0,1,2….,124.

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A f dowlink = f uplink + 45 MHz.

Mỗi kênh vô tuyến lại được chia thành 8 khe thời gian có độ rộng là

Mỗi kênh liên lạc ở GSM được cấp phát sử dụng một khe thời gian của một kênh tần số vô tuyến.

1.3.2 Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD.

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High Speed Circuit- Switched Data) là một dịch vụ cho phép tăng tốc dộ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện có 9,6 kbps của GSM Để tăng tốc độ truyền số liệu, người sử dụng có thể được cấp phát nhiều khe thời gian hơn Có thể kết hợp động từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt tốc độ truyền cực đại là 64 kbps cho một người sử dụng Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ tốc độ lên đến 8*14,4 Kbps, như vậy có thể đạt tốc độ trên 100kbps.

Hầu hết các chức năng của dịch vụ truyền số liệu hiện nay được đặt ở chức năng kết nối mạng IWF (InterWorking Function) của MSC và ở chức năng tương thích đầu cuối TAF (Terminal Adaptation Function) của MS. Dịch vụ HSCSD sử dụng tính năng này Kênh tốc độ cao chứa một số kênh con ở giao diện vô tuyến Các kênh con này được kết hợp lại thành một luồng số ở IWF và TAF (hình 1.2)

Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống cho HSCSD.

Một tính năng đặc biệt của HSCSD là nó có thể hỗ trợ cả kết nối đối xứng (số khe phát đường lên và đường xuống bằng nhau) và kết nối không đối xứng (số khe phát đường xuống lớn hơn số khe phát đường lên).

Việc sử dụng điều chế 8-PSK cho HSCSD cho phép đạt được tốc độ truyền số liệu cao hơn Tuy nhiên, do sử dụng cơ chế chuyển mạch kênh nên hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến rất kém HSCSD hầu như không có khả năng triển khai vào thực tế.

1.3.3 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao cho GSM GPRS khác với HSCSD ở chỗ nó sử dụng công nghệ chuyển mạch gói nên nhiều người sử dụng có thể sử dụng chung một tài nguyên vô tuyến và vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến rất cao Một MS ở chế độ GPRS chỉ giành được tài nguyên vô tuyến khi nó có số liệu cần phát và ở thời điểm khác các người sử dụng khác có thể sử dụng tài nguyên vô tuyến đó Nhờ vậy mà băng tần được sử dụng rất hiệu quả Cấu trúc của mạng GPRS được cho bởi (hình 1.3).

Hình 1.3: cấu trúc mạng GPRS.

SMS: Short Message Service : Dịch vụ bản tin ngắn.

SGSN: Serving GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS phục vụ.

GGSN: Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng.

MT: Mobile Terminal: Đầu cuối di động.

TE: Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối.

PLMN: Public Land Mobile Network: Mạng di động mặt đất.

PDN: Packet Data Network: Mạng số liệu gói.

Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ đến hơn 100 kbps Tuy nhiên nếu nhiều người cùng sử dụng thì tốc độ bit sẽ thấp hơn Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ xung thêm thiết bị cho mạng (hình 1.3) Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng như IP và mạng X25 Nút SGSN và nút GGSN thực hiện thu và phát các gói số liệu đến các trạm di động (MS) ở các mạng GPRS khác nhau

Giao diện vô tuyến GPRS được xây dựng trên cùng nền tảng như giao diện vô tuyến của GSM: Cùng sóng mang vô tuyến độ rộng băng tần 200kHz và 8 khe thời gian trên một sóng mang Điều này cho phép GSM và GPRS chia sẻ cùng một tài nguyên vô tuyến Tất nhiên GPRS có thể yêu cầu bổ sung thêm sóng mang trong cùng một ô Khi này có thể cần quy hoạch tần số bổ sung nhưng việc quy hoạch này không khác gì so với quy hoạch tần số bổ sung ở mạng GSM.

GPRS là một bước phát triển hết sức quan trọng và tất yếu để đi từ GSM lên UMTS Vì vậy nó được gọi là hệ thống 2.5 G.

1.3.4 Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE).

Nói chung cấu trúc EDGE giống như cấu trúc GPRS Tuy nhiên EDGE sử dụng điều chế nhiều trạng thái hơn (8-PSK chẳng hạn) nên có thể đạt được tốc độ truyền số liệu cao hơn.

Cấu trúc hệ thống của W-CDMA (UMTS)

Cấu trúc hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện Hệ thống UMTS sử dụng cùng cấu trúc như hệ thống thế hệ hai, thậm chí cả một phần cấu trúc của hệ thống thế hệ một Mỗi phần tử có một chức năng xác định.

Trong tiêu chuẩn, các phần tử mạng được định nghĩa ở mức logic, tuy nhiên cũng thường được thực hiện ở dạng vật lí tương tự, nhất là một số giao diện mở (để giao diện là mở, cần định nghĩa giao diện này cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau ở các điểm cuối).

Có thể nhóm các phần tử mạng theo các chức năng giống nhau hay theo mạng con mà chúng trực thuộc.

Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay URAN) Để thực hiện chức năng

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A liên quan đến vô tuyến và mạng lõi (CN: Core Network) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết cuối số liệu Để hoàn thiện hệ thống còn có thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống và cần định nghĩa giao diện vô tuyến.

Từ quan điểm chuẩn, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức mới, việc thiết kế các giao thức này dựa trên các nhu cầu của công nghệ vô tuyến W-CDMA mới Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS là chia chúng thành các mạng con Ở khía cạnh này, hệ thống UMTS được thiết kế theo modun, vì thế có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu.Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi kiểu Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép chia hệ thống UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập, hoặc cùng với các mạng con khác Các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN: UMTS Public Land Mobile Network) Thông thường mỗi PLMN được khai thác bởi một nhà khai thác duy nhất và nó được nối đến các PLMN khác cũng như các dạng mạng khác như ISDN, PSTN, Internet,…UE (User Equipment) bao gồm hai phần:

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment ) là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) là một thẻ thông minh chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực và một số thuê bao cần thiết cho đầu cuối.

UTRAN còn chứa các phần tử khác nhau như:

- Nút B: điểm chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IuB và Uu Nó cũng tham gia quản lí tài nguyên vô tuyến (Nút B có cùng ý nghĩa như trạm gốc BTS).

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng của mình (các nút B được nối với nó) RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE.

- Bộ ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu giữ bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Lý lịch dịch vụ này gồm: thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động / Bộ ghi định vị tạm trú (MSC/VLC): là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh (CS: Circuit Swith) và chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS.

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC): là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài.

- Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ (SGSN): có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch) phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS.

- Điểm hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): có chức năng giống GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS.

Các mạng ngoài có thể được chia thành hai nhóm:

- Các mạng CS (Circuit Switch): các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch kênh giống như các dịch vụ điện thoại ISDN và PSTN.

- Các mạng PS (Packet Switch): các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của các phần tử mạng, nhưng định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng logic Các giao diện mở sau đây được định nghĩa:

- Giao diện Cu: đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM (UMTS Subscriber Identification Module: môđun nhận dạng thuê bao UMTS) và ME (Mobile Equipment) Giao diện này tuân theo một khuân dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh.

- Giao diện Uu: đây là giao diện vô tuyến của W-CDMA Uu là giao diện mà qua đó UE (User Equipment) truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS.

- Giao diện Iu: giao diện này nối UTRAN với CN (Core Network: mạng lõi) Giống như các giao diện tương ứng ở GSM: A (chuyển mạch kênh) và

Gb (chuyển mạch gói), giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.

- Giao diện Iur: giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) từ các nhà sản xuất khác nhau.

- Giao diện IuB: IuB kết nối một nút B với một RNC UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn toàn.

Hình 1.4: Các phần tử của mạng PLMN.

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)

UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến (RNS: Radio Network Subsystem) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hay nhiều nút B Các RNC có thể được kết nối với nhau bằng giao diện IuB.

Trước hết xét chi tiết các phần tử của UTRAN và các giao diện của nó, ta xét các đặc tính chính của UTRAN và đây cũng là các yêu cầu chính để thiết kế cấu trúc UTRAN, các chức năng và các giao thức Ta có thể tổng kết một số điểm chung sau:

- Hỗ trợ của UTRAN và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt, các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối với mạng qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lí tài nguyên đặc thù W-CDMA.

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lí số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng

PS và CS của mạng lõi.

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết.

- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.

1.5.1.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến.

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC: Radio Resource Control) giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa

MS và UTRAN Nó đóng vai trò như bộ điều khiển trạm gốc (BSC).

1.5.1.2 Vai trò logic của RNC.

RNC điều khiển nút B (kết cuối giao diện IuB về phía nút B) được biểu thị như là RNC điều khiển (CRNC: Controlling RNC) của nút B RNC điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tắc nghẽn cho các ô của mình.

Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều cácRNC tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt (hình 1.5).

- RNC phục vụ (Serving RNC): RNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part: phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ / tới mạng lõi (kết nối này được gọi là kết nối RANAP). SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến Giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN Nó sử lí số liệu L2 từ / tới giao diện vô tuyến. Các thao tác quản lí tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mang truy nhập vô tuyến vào các thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến. SRNC cũng (nhưng không luôn luôn) là CRNC của một nút B nào đó được

MS sử dụng để kết nối với UTRAN.

- RNC trôi (DRNC: Drift RNC): DRNC là một RNC bất kì khác với SRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô (chuyển giao). DRNC không thực hiện sử lí L2 đối với số liệu tới / từ giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện IuB và Iur Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC.

Lưu ý rằng một RNC vật lí chứa tất cả các chức năng của CRNC, SRNC và DRNC.

Hình 1.6: Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE.

Chức năng chính của nút B là thực hiện xử lí L1 của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…) Nó cũng thực hiện một phần khai thác quản lí tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc ở GSM Lúc đầu nút B được sử dụng như là một thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau nó không bị thay đổi.

Hình 1.6 phía trái cho thấy một UE đang ở chuyển giao mềm giữa cácRNC (kết hợp được thực hiện ở SRNC) Phía phải thể hiện một UE chỉ sử dụng tài nguyên vô tuyến từ một nút B được điều khiển bởi DRNC nay đã trở thành SRNC.

1.5.2 Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN.

ALCAP = Access Link Control: Giao thức ứng dụng điều khiển đoạn nối truy nhập.

Hình 1.7: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN

Cấu trúc giao thức của các giao diện mặt đất UTRAN được thiết kế theo cùng một mô hình giao thức tổng quát Mô hình này được cho ở hình 1.7 Cấu

Giao thức ứng dụng Luồng số liệu

Mặt phẳng Mặt phẳng điều Mặt phẳng người sử dụng khiển mạng truyền tải người sử dụng mạng truyền tải mạng truyền tải

Vật mang báo hiệu Vật mang báo hiệu Vật mang số liệu

ALCAP trúc này được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các mặt phẳng độc lập logic với nhau và khi cần có thể thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần khác.

Cấu trúc giao thức gồm hai lớp chính Lớp mạng vô tuyến và lớp truyền tải Mọi vấn đề liên quan đến UTRAN chỉ có thể nhìn thấy ở lớp mạng vô tuyến Lớp mạng vô tuyến trình bày thông tin ứng dụng cần truyền, hoặc số liệu của người sử dụng hoặc thông tin điều khiển Lớp mạng truyền tải trình bày công nghệ truyền tải sử dụng cho các giao diện Ở phát hành 3 GPP năm

1999 công nghệ truyền tải ATM được sử dụng vì thế lớp mạng trình bày truyền tải trên cơ sở ATM Trong trường hợp lớp mạng truyền tải khác được sử dụng, lớp mạng truyền tải phải khác tuy nhiên lớp mạng vô tuyến không thay đổi.

Mặt phẳng điều khiển được sử dụng cho mọi báo hiệu đặc thù UMTS.

Triển khai hệ thống UMTS trên thế giới

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ATM

2.1 Các mục tiêu của ATM.

Chế độ truyền tải không đồng bộ (ATM) là công nghệ ghép kênh và chuyển mạch theo các tế bào được thiết kế cho mục đích chung, đây là một chế độ truyền áp dụng cho nhiều loại dịch vụ Ở hội nghị ATM Forum ATM cũng sẽ được áp dụng cho LAN và các công nghệ mạng tư nhân ATM có thể xử lí cả lưu lượng kết nối theo kiểu nối thông một cách trực tiếp hay thông qua một lớp thích ứng, hoặc lưu lượng không nối thông bằng cách sử dụng các lớp thích ứng Nối thông ảo ATM có thể làm việc ở tốc độ bit không đổi (CBR) hay ở tốc độ bit thay đổi (VBR) Mỗi tế bào ATM được gửi vào mạng chứa thông tin địa chỉ cho phép thiết lập kết nối ảo từ nơi phát đến nơi nhận. Sau đó các tế bào được truyền lần lượt ở kết nối ảo này ATM đảm bảo cả nối thông vĩnh viễn hay nối thông chuyển mạch ảo (PVC và SVC) ATM là không đồng bộ vì các tế bào không được phát định kì như ở các khe thời gian dành cho số liệu trong chế độ truyền đồng bộ (STM) ATM tạo điều kiện tốt nhất cho việc tiêu chuẩn hoá cấu trúc mạng khi định nghĩa các phương pháp ghép kênh và chuyển mạch với SONET/STM làm nền tảng cho việc truyền dẫn ở tốc độ cao ATM cũng cung cấp nhiều chế độ chất lượng dịch vụ (QoS) để đáp ứng các yêu cầu khác nhau về độ trễ và khả năng tổn thất Như vậy viễn tưởng của ATM là toàn mạng có thể xây dựng bằng cách sử dụng ATM và các lớp ứng dụng của nó để cung cấp đa dạng các dịch vụ như: tiếng, số liệu gói, video, hình ảnh….Bằng cách sử dụng các kết nối chuyển mạch ảo(SVC) ATM cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu độ rộng băng (Banwidth on demand) và thâm nhập cả LAN, chế độ rộng băng có sẵn.

Các mục tiêu của ATM

Chế độ truyền tải không đồng bộ (ATM) là công nghệ ghép kênh và chuyển mạch theo các tế bào được thiết kế cho mục đích chung, đây là một chế độ truyền áp dụng cho nhiều loại dịch vụ Ở hội nghị ATM Forum ATM cũng sẽ được áp dụng cho LAN và các công nghệ mạng tư nhân ATM có thể xử lí cả lưu lượng kết nối theo kiểu nối thông một cách trực tiếp hay thông qua một lớp thích ứng, hoặc lưu lượng không nối thông bằng cách sử dụng các lớp thích ứng Nối thông ảo ATM có thể làm việc ở tốc độ bit không đổi (CBR) hay ở tốc độ bit thay đổi (VBR) Mỗi tế bào ATM được gửi vào mạng chứa thông tin địa chỉ cho phép thiết lập kết nối ảo từ nơi phát đến nơi nhận. Sau đó các tế bào được truyền lần lượt ở kết nối ảo này ATM đảm bảo cả nối thông vĩnh viễn hay nối thông chuyển mạch ảo (PVC và SVC) ATM là không đồng bộ vì các tế bào không được phát định kì như ở các khe thời gian dành cho số liệu trong chế độ truyền đồng bộ (STM) ATM tạo điều kiện tốt nhất cho việc tiêu chuẩn hoá cấu trúc mạng khi định nghĩa các phương pháp ghép kênh và chuyển mạch với SONET/STM làm nền tảng cho việc truyền dẫn ở tốc độ cao ATM cũng cung cấp nhiều chế độ chất lượng dịch vụ (QoS) để đáp ứng các yêu cầu khác nhau về độ trễ và khả năng tổn thất Như vậy viễn tưởng của ATM là toàn mạng có thể xây dựng bằng cách sử dụng ATM và các lớp ứng dụng của nó để cung cấp đa dạng các dịch vụ như: tiếng, số liệu gói, video, hình ảnh….Bằng cách sử dụng các kết nối chuyển mạch ảo(SVC) ATM cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu độ rộng băng (Banwidth on demand) và thâm nhập cả LAN, chế độ rộng băng có sẵn.

Nguyên lý cơ sở của ATM

Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu đề (chứa thông tin định tuyến) và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng) Thiết bị chuyển mạch ATM cho phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông tin định tuyến tiêu đề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào Thông tin định tuyến trong tiêu đề gồm đường dẫn ảo (VP) và kênh ảo (VC) Điều khiển kết nối bằng VC (tương ứng với kênh của người sử dụng) và VP (là một bó các VC) cho phép khai thác và quản lí có khả năng mở rộng và có độ linh hoạt cao Thông thường VP được thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tạm thời điểm xây dựng mạng Các kết nối VC có thể được chia thành PVC (kênh ảo bán vĩnh cửu) và SVC (kênh ảo được chuyển mạch).PVC được thiết lập cố định tại thời điểm cấu trúc mạng, còn SVC được thiết lập bằng báo hiệu khi khởi đầu cuộc gọi Việc thiết lập và giải phóng kết nối của người sử dụng thông qua hoạt động của SVC cho phép sử dụng hiệu quả kết nối vào các tài nguyên mạng của ATM.

Mô hình chuyển mạch cho thông tin băng rộng

Thông tin di động 3G là hệ thống thông tin băng rộng Do đó nó phải đáp ứng được rất nhiều loại dịch vụ với các đặc tính lưu lượng khác nhau.Yêu cầu đặt ra là phải lựa chọn được một mô hình hệ thống chuyển mạch phù hợp với tất cả các loại dịch vụ Hệ thống chuyển mạch kênh phù hợp với các dịch vụ có đặc tính lưu lượng liên tục, yêu cầu trễ thấp, làm việc trên các kênh 64kbps (chẳng hạn như thoại mã hoá PCM) nhưng lại rất lãng phí khi sử dụng cho truyền số liệu gói Hệ thống chuyển mạch gói thì rất phù hợp với truyền số liệu dạng bó như thông tin IP hay truyền số liệu nhưng lại không thể đáp ứng tốt các dịch vụ yêu cầu thời gian thực như thoại, video Một công nghệ chuyển mạch mới được phát triển để dành cho các hệ thống thông tin băng rộng và đã được ITU chấp nhận cho thông tin di động 3G-đó là công nghệ

ATM (Asynchronous Transfer Mode) ATM có những đặc tính rất phù hợp với thông tin băng rộng như:

+ Là sự tích hợp chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh trong cùng một hệ thống nên ATM có thể phù hợp với mọi loại dịch vụ.

+ Chế độ truyền không đồng bộ ATM có cơ chế truyền linh động và tận dụng băng thông động Nghĩa là nếu có nhiều kênh cần gửi dữ liệu thì lượng băng thông sử dụng lớn, ít kênh gửi thì băng thông sử dụng nhỏ và toàn bộ lượng băng thông thừa có thể dùng cho những kênh khác muốn kết nối vào mạng Do vậy phương thức ghép kênh không đồng bộ ATDM giúp nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng một cách đáng kể.

+ Khả năng điều khiển chất lượng dịch vụ và điều khiển lưu lượng một cách linh hoạt và hiệu quả giúp mạng đáp ứng được các kiểu dịch vụ khác nhau với chất lượng đảm bảo.

+ Kiến trúc mạng đơn giản, đồng nhất, hiệu suất sử dụng tài nguyên cao dẫn đến giá thành rẻ.

Tế bào ATM

Tế bào ATM là đơn vị truyền tin cơ bản trong phương pháp truyền tinATM Tế bào ATM cấu tạo nên từ 53 byte trong đó có 5 byte tiêu đề và 48 byte tải tin.

VCI: Tên kênh ảo PT: Kiểu tải tin

VPI: Tên đường ảo CLP: Độ ưu tiên tổn thất tế bào GFC: Điều khiển luồng chung HEC: Kiểm tra lỗi tiêu đề

UNI: Giao diện người sử dụng mạng-mạng NNI: Giao diện mạng-mạng

Hình 2.1: Cấu trúc tế bào ATM

Có hai định dạng của tiêu đề tế bào ATM là : Định dạng UNI: Định dạng tế bào ATM trên giao diện người sử dụng - mạng. Định dạng NNI: Định dạng tế bào ATM trên giao diện mạng - mạng.

Các định dạng khác nhau của tế bào ATM để phù hợp với đặc điểm của mạng trên các giao diện khác nhau.

Mỗi trường số liệu trong tiêu đề có chức năng xác định và cần thiết. Cần lưu ý rằng cấu trúc tế bào ATM là cực kì đơn giản nhằm mục tiêu đơn giản hoá ở mức tối đa có thể các chức năng chuyển mạch, truyền dẫn và quản lí Dưới đây chúng ta sẽ xem xét ý nghĩa của từng trường trong tiêu đề tế bào ATM.

*) Điều khiển luồng chung GFC (Generic Flow Control): Chủ yếu là để điều khiểm truy nhập vật lý do hiện còn tồn tại các phương tiện truyền dẫn khác nhau ở lớp mạng truy nhập như: cáp quang, cáp đồng… Ngoài ra GFC còn được sử dụng để giảm sự dung pha tế bào và điều khiển lưu lượng ở lớp mạng truy nhập Các tế bào ATM tại giao diện lớp mạng không cần có trường GFC.

*) Tên kênh ảo và tên đường ảo VPI/VCI (Virtual Path Identifier /VirtualChannel Identifier): Được sử dụng để định tuyến trong mạng ATM Khái niệm kênh ảo VC và đường ảo VP là cực kì quan trọng trong kỹ thuật ATM.Chúng là nhân tố căn bản để nâng cao hiệu suất và độ mền dẻo của môi trường truyền tin ATM Gọi là kênh ảo và đường ảo là bởi vì chúng chỉ tồn tại vật lý trong thời gian thực sự truyền tải các tế bào ATM Còn kênh vật lý ở đây đóng vai trò như một “đường ống khổng lồ” (Huge pipe) chung cho mọi loại nguồn truyền tin Hình 2.2 mô tả khái niệm đường ảo và kênh ảo.

Hình 2.2: Khái niệm VPI/VCI.

*) Kiểu tải tin PT (Payload Type): Được sử dụng để phân biệt các tế bào được truyền qua cùng một kênh ảo cũng như phân biệt thông tin của mạng hay thông tin của người sử dụng.

*) Mức ưu tiên tổn thất tế bào CLP (Cell Loss Priority): Được sử dụng để chỉ rõ các tế bào ATM có độ ưu tiên khác nhau (CLP=0: mức ưu tiên cao, CLP=1: mức ưu tiên thấp).

*) Kiểm tra lỗi tiêu đề HEC ( Header Error Check ): Tạo phép tính CRC để kiểm tra và sửa lỗi bit ở phần tiêu đề tế bào ATM.

Mô hình mạng ATM

Vật lí vật lí Vật lí

Hình 2.3: Mô hình mạng ATM.

* Vật lí : Các giao diện, quy định về điện cơ…

* ATM: Liên quan vấn đề xử lí bản mạch các tế bào ATM Chuyển mạch qua trường VPI, VCI.

* Lớp AAL: Làm nhiệm vụ tương thích các loại dịch vụ khác nhau với lớp ATM.

* ATM : Là thiết lập kênh ảo, nó hỗ trợ thời gian thực.

Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN

Về cơ bản, mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN dựa trên mô hình kết nối các hệ thống mở OSI (Open System Interconnection) của tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO Tuy nhiên mô hình B-ISDN cần bổ sung hoàn chỉnh nhiều tính năng mới nhằm thực hiện các chức năng khác nhau mà mạng này yêu cầu Hình 2.4 dưới đây mô tả mô hình tham chiếu giao thức mạng B-ISDN, gọi tắt là B-ISDN PRM ( B-ISDN Protocol Reference Model ).

Hình 2.4: Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN.

Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN tương tự như OSI, có cấu trúc phân lớp bao gồm các chức năng truyền dẫn, chuyển mạch, các giao thức báo hiệu và điều khiển, các ứng dụng và dịch vụ Bảng 2.1 mô tả chức năng của từng lớp.

Lớp Phân lớp Các chức năng

Lớp bậc cao Các chức năng của lớp bậc cao Lớp thích ứng

Phân lớp hội tụ Chức năng hội tụ các dịch vụ lớp cao Phân lớp cắt/hợp gói Chức năng phân chia và kết hợp lại

Lớp ATM Điều khiển luồng chung.

Tạo và tách tiêu đề tế bào.

Biên dịch VPI/VCI của tế bào. Ghép và tách kênh tế bào.

Lớp vật lý Phân lớp hội tụ truyền dẫn

Phối hợp tốc độ các tế bào. Tạo và thẩm định dãy HEC tiêu đề.

Nhận biết giới hạn tế bào.

Thích ứng khung truyền dẫn. Tạo và khôi phục khung truyền dẫn.

Phân lớp môi trường vật lý. Định thời bít. Đường truyền vật lý.

Bảng 2.1: Chức năng của các lớp ở mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN.

Bên cạnh cấu trúc phân lớp, mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN còn phân chia thành các mặt như sau:

*) Mặt quản lí: Thực hiện các chức năng liên quan đến quản lí các giao thức của mạng B-ISDN Nó được chia thành hai phần là quản lí mặt (Plance Management) và quản lí lớp (Layer Management) Tất cả các chức năng của hệ thống từ đầu cuối đến đầu cuối đều nằm ở phần quản lí mặt Nhiệm vụ của nó là tạo ra sự phối hợp làm việc giữa những mặt khác nhau Còn chức năng quản lí lớp lại được chia thành các lớp khác nhau nhằm thực hiện các chức năng quản lí có liên quan tới các tài nguyên và thông số nằm ở các thực thể có giao thức (ví dụ như báo hiệu) Đối với mỗi lớp, quản lí lớp xử lí dòng thông tin OA & M tương ứng.

*) Mặt người sử dụng: Nhiệm vụ của mặt này là để truyền các thông tin của người sử dụng từ nguồn tới đích trong phạm vi của mạng Tất cả các cơ chế có liên quan như điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn, phát hiện và sửa lỗi đều được thực hiện ở mặt này Nó cũng có cấu trúc phân lớp, mỗi lớp thực hiện một chức năng riêng biệt liên quan tới việc cung cấp dịch vụ cho người sử dụng.

*) Mặt điều khiển và báo hiệu: Mặt này cũng có cấu trúc phân lớp và có nhiệm vụ thực hiện các chức năng điều khiển kết nối kênh, xử lí cuộc gọi và các chức năng báo hiệu liên quan tới việc thiết lập, duy trì, giám sát và giải phóng kết nối.

2.6.1 Lớp thích ứng ATM (AAL).

AAL là giao thức để kết hợp lớp cao có các thuộc tính lưu lượng khác nhau như: tiếng, luồng video, các gói IP,…với lớp ATM được tiêu chuẩn hoá độc lập với các ứng dụng lớp cao Bốn kiểu ALL được quy định là: AAL1, AAL2, AAL3/4 và AAL5.

AAL1 được sử dụng để truyền số liệu tốc độ cố định liên tục (chẳng hạn như tiếng mã hoá PCM) AAL2 được tiêu chuẩn hoá để truyền hiệu quả các khung ngắn trong ATM như số liệu tiếng nén trong thông tin di động và được

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A áp dụng để truyền số liệu của người sử dụng trong RAN của thông tin di động 3G AAL3/4 được phát triển cho mục đích truyền số liệu và nó có thể truyền đến 1024 byte số liệu lớp cao trên một kết nối kênh ảo bằng một đa nhận dạng MID (Multiple Identifier) AAL5 là giao thức đơn giản hơn AAL3/4, được sử dụng rộng rãi để truyền các gói số liệu và các báo hiệu điều khiển AAL5 được sử dụng để truyền báo hiệu trong thông tin di động 3G và số liệu gói ở giao diện RAN-CN.

Hình 2.5: Cấu trúc giao thức AAL2.

Hình 2.5 cho thấy cấu trúc của giao thức AAL2 AAL2 có chức năng ghép đến 256 kết nối của người sử dụng trên một kết nối kênh ảo VC và nó có khả năng phát các bản tin ngắn rất hiệu quả và ít bị trễ Gói của lớp con phần chung CPS (Common Part Sublayer) gồm một tiêu đề 3 byte và một tải tin dài từ 1 đến 45 byte Tiêu đề chứa nhận dạng kênh CID (Channel IDentifier) để nhận dạng người sử dụng Nhiều kết nối của người sử dụng có thể được truyền bằng cách ghép chúng lên một kênh ảo Gói CPS được mang trong đơn vị số liệu giao thức của CPS (CPS-PDU) có trường khởi đầu STF (Start Filed)

Hình 2.6: Ứng dụng AAL2 trong mạng UMTS

Hình 2.6 cho thấy áp dụng AAL2 tại các giao diện của mạng UMTS. AAL2 là giao thức được sử dụng trên các giao diện giữa nút B và RNC và

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A giữa các RNC AAL2 cũng là giao thức để truyền lưu lượng trong mạng lõi cho chuyển mạch kênh Điều này cho phép dễ dàng truyền lưu lượng chuyển mạch kênh từ RNC này đến RNC khác qua mạng lõi.

AAL2 và AAL4 được kết hợp vào một phần chung (CP) duy nhất. AAL3/4 để hỗ trợ cho lưu lượng tốc độ bit thay đổi (VBR) cho cả hai loại kết nối Nối thông và không nối thông Hỗ trợ cho không nối thông được đảm bảo ở mức lớp con hội tụ dịch vụ đặc thù (CCSC) Hình 2.7 mô tả CPCS – PDU cho AAL3/4. Đầu đề CPCS-PDU Đuôi

CPI Btag BASize Tải trọng CPCS-PDU PAD AL ETag Độ dài

CPI = Chỉ thị phần chung AL = Đồng chỉnh 32 bit đuôi

Btag = Thẻ mở đầu Etag = Thẻ kết thúc

BASize = Kích cỡ ấn định bộ đệm Độ dài = Độ dài CPCS-PDU

Hình 2.7: Cấu trúc CPCS-PDU của AAL3/4

Từ hình vẽ ta thấy phần đầu đề có ba thành phần Chỉ thị phần chung (CPI) 1 byte chỉ thị đến các khối (các bit hay các byte) cho trường kích thích ấn định bộ đệm (BaSize) Phía phát chèn vào giá trị như nhau cho thẻ mở đầu

2 byte (Btag) và thẻ kết thúc (Etag) để phía thu có thể so sánh chúng và kiểm tra bổ xung lỗi Trường BaSize 2 byte thông báo cho phía thu phải dành không gian nhớ bao nhiêu để lắp ráp lại CPCS-PDU Trường PAD có độ dài thay đổi giữa 0 và 3 thực hiện đệm thêm để đạt được độ dài của CPCS- PDU là một bội số của 32 để tạo điều kiện cho hệ thống đầu cuối sử lí đơn giản hơn Trường đuôi cũng có ba trường Trường đồng chỉnh (AL) 1 byte để lấp kín đuôi 32 byte nhằm đơn giản hoá máy thu Trường Etag 1 byte phải có cùng giá trị như Btag để phía thu coi rằng CPCS-PDU thu được là đúng. Trường độ dài mã hoá độ dài của trường tải trọng CPCS-PDU.

SAR- PDU Đầu đề Đuôi

SAR-PDU SAR-PDU Đầu đề

Tế bào ST SN MID Tải trọng SAR-PDU LI CRC

5 byte 2 bit 4 bit 10 bit 44 byte 6 bit 10 bit

ST = Kiểu đoạn ( BOM, COM, EOM, SSM )

SN = Số trình tự ; LI = Chỉ thị độ dài

MID = Nhận dạng ghép kênh ; CRC = Kiểm tra dư tuần hoàn

Hình 2.8 Các cấu trúc CPCS-PDU và SAR-PDU của AAL3/4.

Hình 2.8 mô tả SAR cho AAL3/4 Việc mã hoá, chức năng giao thức và khuân mẫu của SAR-PDU giống như L2-PDU của IEE 802.6 SAR-PDU có 2 byte đầu đề và đuôi Đầu đề chứa 3 trường Trường kiểu đoạn 2 bit (ST) chỉ ra SAR-PDU là đầu của bản tin (BOM), sự tiếp tục bản tin (COM), kết thúc bản tin (EOM) hay là bản tin đơn đoạn (SSM) Trường số trình tự (SN) 2 bit tăng trình tự ở phía phát và được kiểm tra ở phía thu Việc đánh số và kiểm tra bắt đầu khi thu được một ST của BOM Trường nhận dạng ghép kênh (MID) 10 bit cho phép ghép tới 2 10 24 các CPCS-PDU khác nhau trên một ATM VCC đơn (VCI/VPI) Đây là chức năng quan trọng của AAL3/4 vì nó cho phép đa kết nối logic được ghép chung trên một VCC. Đuôi có 2 trường chỉ thị độ dài (LI) 6 bit xác định bao nhiêu byte trong SAR- PDU chứa số liệu CPCS-PDU LI có giá trị 44 ở đoạn BOM và COM, có thể có giá trị nhỏ hơn 44 ở các đoạn EOM và SSM.

Giao thức AAL5 phù hợp cho việc chuyển số liệu gói IP Cấu trúc khung của AAL5 được cho ở hình 2.8 Số liệu của người sử dụng ở lớp cao được gắn thêm đuôi (gồm thông tin về độ dài và mã phát hiện lỗi) và phần đệm (PDA) để điều chỉnh độ dài sẽ tạo nên CPCS-PDU (CPCS: CommonPart Convergence Sublayer: phân lớp hội tụ phần chung) Độ dài cực đại củaCPCS-PDU là 65535 byte Trong mạng UMTS các báo hiệu điều khiển trongRAN và số liệu chuyển mạch gói trên giao diện Iu và trong mạng lõi được truyền bằng AAL5.

Hình 2.9: Cấu trúc giao thức AAL5.

Chất lượng dịch vụ (QoS) và quản lí lưu lượng ATM

2.7.1.Các lớp QoS ở thông tin di động 3G.

Vì thông tin di động 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra thông tin di động 3G cũng được sử dụng cho các dịch vụ thoại Nói chung, thông tin di động 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở mạng UMTS được phân loại như sau:

* Lớp hội thoại: Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (ví dụ như thoại).

* Lớp luồng: Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ (ví dụ như truyền hình).

* Lớp tương tác: Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ lệ lỗi bit thấp (ví dụ như trình duyệt web, truy nhập server).

* Lớp nền: Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất có thể (best- effort) thực hiện trên nền cơ sở (ví dụ như e-mail, file download).

Các QoS này cần được đảm bảo từ đầu đến cuối Có thể sử dụng các khả năng của ATM để đạt được điều này trong RAN và CN Đặc biệt, ATM có thể phân tán tải xử lí liên quan đến điều khiển QoS và thực hiện quản lí mạng theo những tiêu chuẩn nhất định bằng cách đảm bảo QoS ở lớp thấp hơn của mạng mà không cần đến sự điều khiển lưu lượng của các giao thức đầu cuối đến đầu cuối Các chức năng quản lí lưu lượng của ATM gồm :

- Sử dụng hiệu quả các tài nguyên mạng bằng cách ghép luồng thống kê.

- Hỗ trợ các loại dịch vụ khác nhau.

- Đảm bảo chất lượng thông tin bằng cách đảm bảo độ rộng băng tần tại thời điểm thiết lập kết nối.

- Chức năng giám sát các vi phạm lưu lượng hợp đồng.

2.7.2 Các loại dịch vụ ATM.

Loại dịch vụ CBR rt-VBR nrt-VBR UBR ABR Đặc tính Đảm bảo PCR Đảm bảo SCR với độ trễ nhỏ Đảm bảo SCR cho thông tin không thời gian thực

Nỗ lực nhất có thể Đảm bảo MCR cho điều khiển luồng

Các thông số độ rộng băng tần

Bảng 2.2: Các loại dịch vụ ATM.

* Không được mạng đảm bảo chất lượng.

Tốc độ bit không đổi CBR (Constant Bit Rate) phù hợp cho các ứng dụng có tốc độ cố định được đảm bảo chất lượng như mã hoá tiếng PCM và

6 6 các dịnh vụ mạng không hạn chế vì nó đảm bảo độ rộng băng tần trên cơ sở tốc độ tế bào đỉnh PCR (Peak Cell Rate) Tốc độ bit khả biến thời gian thực rt-VBR (real-time Variable Bit Rate) và tốc độ bit khả biến không thời gian thực nrt-VBR (non-real-time Variable Bit Rate) đảm bảo độ rộng băng tần theo PCR, tốc độ tế bào đủ dùng SCR (Sustainable Cell Rate) và kích thước cụm cực đại MBS (Maximum Burst Size) MBS đặc tả mức cụm cho phép khi lưu lượng vượt quá SCR và đảm bảo SCR khi truyền tin rt-VBR thích hợp cho tốc độ bit khả biến như số liệu tiếng nén vì nó đảm bảo trễ truyền dẫn nhỏ, còn nrt-VBR phù hợp cho truyền các gói dạng cụm với đảm bảo tỷ lệ tổn thất thấp nhưng không đảm bảo trễ Vì nrt-VBR có yêu cầu không cao về độ trễ và cho phép trễ hàng đợi lớn hơn nên hiệu suất ghép kênh thống kê của nó tốt hơn rt-VBR Tốc độ bit không xác định UBR (Unspecified Bit Rate) là loại dịch vụ nỗ lực nhất có thể mà ở đó không có đảm bảo về độ rộng băng tần và chất lượng Vì UBR không đảm bảo độ rộng băng tần nên nếu dòng số liệu vào vượt quá dung lượng sẽ dẫn đến mất số liệu Tốc độ bit khả dụng ABR (Available Bit Rate) đảm bảo độ rộng băng tần tại tốc độ tế bào cực tiểu MCR (Minimum Bit Rate) và cho phép truyền tin đến PCR bằng cách sử dụng điều khiển luồng.

Theo các đặc tính nói trên ta có thể chuyển đổi các lớp QoS của thông tin di động 3G vào các loại dịch vụ ATM như sau:

Lớp tương tác  nrt-VBR.

2.7.3 Điều khiển cho phép kết nối CAC (Connection Admision Control). Để đảm bảo chất lượng thông tin, cần có cơ chế để từ chối các cuộc gọi nếu không thể đảm bảo chất lượng do không đủ tài nguyên mạng khi xem xét

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A đến độ rộng băng tần và chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu Điều khiển phần mềm quyết định có cho phép cuộc gọi được phép thiết lập hay không để đảm bảo kết nối SVC được gọi là điều khiểm cho phép kết nối CAC Khi sự đảm bảo chất lượng truyền tin được điều khiển bởi CAC, các tài nguyên không đủ sẽ dẫn đến xác suất chặn cao Vì thế, việc khai thác mạng không chỉ đòi hỏi sự đảm bảo chất lượng truyền tin bởi CAC mà còn phải đảm bảo chất lượng kết nối cuộc gọi trên cơ sở công nghệ lưu lượng phù hợp.

2.7.4 Điều khiển thông số sử dụng UPC (Usage Parameter Control).

Nếu lưu lượng vào mạng nhiều hơn thông báo về cho phép kết nối của CAC thì không chỉ lưu lượng vi phạm hợp đồng mà cả các lưu lượng khác đang được truyền cũng có thể bị tác động về mặt chất lượng Chức năng giám sát việc kết nối có đảm bảo hợp đồng đã được phép hay không được gọi là điều khiển thông số sử dụng UPC Lưu lượng phá vỡ hợp đồng hoặc gán mức ưu tiên truyền dẫn thấp hơn bởi một thẻ, hoặc được phát đi với một tốc độ được điều chỉnh để phù hợp với lưu lượng hợp đồng Hình 2.10 minh họa áp dụng UPC trong thông tin di động 3G.

Hình 2.10: Ví dụ áp dụng UPC cho mạng thông tin di động

Các dịch vụ thông tin di động chủ yếu bao gồm thông tin tiếng, thông tin video, và các dịch vụ ứng dụng khác được truyền tại tốc độ định trước và giới hạn tốc độ được xác định bởi tốc độ kênh vô tuyến Điều này có nghĩa là UPC phải là chức năng quan trọng Tuy nhiên, ở các dịch vụ truy nhập internet, lưu lượng vào mạng thông tin di động 3G không thể thường xuyên dự báo một cách chính xác, vì thế điều khiển của UPC tại nút cổng trong mạng lõi trên cơ sở ATM sẽ hiệu quả trong việc cung cấp các dịch vụ internet kiểu đảm bảo chất lượng hoặc trong việc sử dụng hiệu quả băng tần bằng cách duy trì luồng vào tại mức có thể xử lí được bởi các tài nguyên mạng.

Mô tả cấu trúc cơ bản và các giao diện ở mạng lõi UMTS

Hình 3.1: Các giao diện cơ bản của mạng lõi UMTS

Mạng lõi UMTS có rất nhiều giao diện khác nhau Ở đây chúng ta sẽ xem xét kỹ 3 giao diện cơ bản là: giao diện UTRAN-CN (giao diện Iu), giao diện giữa SGSN và GGSN, và cuối cùng là giao diện giữa GGSN và mạng ngoài Sau đây chúng ta sẽ xem xét từng giao diện.

Giao diện UTRAN-CN ( giao diện Iu )

Giao diện Iu là một giao diện mở để kết nối RNC với mạng lõi (CN). RNC thực hiện các nhiệm vụ điều khiển liên quan đến vùng vô tuyến còn CN thực hiện nhiệm vụ sử lí chuyển mạch, định tuyến và điều khiển dịch vụ Đây là giao diện đáng chú ý nhất ở vùng mạng lõi UMTS Có hai loại giao diện Iu khác nhau: IuCS để kết nối RNC với mạng lõi chuyển mạch kênh và IuPS để kết nối RNC với mạng lõi chuyển mạch gói.

3.2.1 Cấu trúc giao thức cho IuCS.

Cấu trúc tổng quát của IuCS được cho ở hình 3.2 Cả ba mặt của giao diện IuCS sử dụng chung truyền tải ATM Lớp vật lí là môi trường truyền dẫn

7 0 vật lí như cáp quang, vi ba số, cáp đồng Có thể lựa chọn các kĩ nghệ truyền dẫn khác nhau như: SONET, STM-1, hay E1 để thực hiện lớp vật lí.

RANAP Lớp giao thức ng ời sử dụng Iu

Mặt ng ời mạng sử dụng truyền tải

Mặt điều khiển Mặt ng ời sử dông

Mặt điều khiển mạng truyền tải

Hình 3.2: Cấu trúc giao thức IuCS.

3.2.1.1 Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển IuCS.

Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển gồm RANAP trên đỉnh của giao diện SS7 băng rộng Các lớp có khả năng được áp dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu (SCCP), phần truyền bản tin (MTP3-b) và SSAL-NNI

(Signalling ATM Adaptation Layer for Network-Network Interface: Lớp thích ứng báo hiệu ATM cho giao diện vùng mạng) SSAL-NNI lại được chia tiếp thành chức năng điều phối đặc thù dịch vụ SSCF (Service Specific Co- ordination Function), giao thức hướng kết nối theo đặc thù dịch vụ SSCOP (Service Specific Connection-Oriented Protocol), lớp thích ứng ATM 5 (AAL5) Các lớp SSCF và SSCOP được thiết kế riêng cho truyền tải báo hiệu trong mạng ATM và chịu trách nhiệm về các chức năng như quản lí kết nối báo hiệu AAL5 được sử dụng để phân đoạn số liệu thành các tế bào ATM.

3.2.1.2 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển mạng truyền tải IuCS.

Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển mạng truyền tải này gồm giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng (Q.2150) ở đỉnh của các giao thức SS7 băng rộng.

3.2.1.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử dụng.

Một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS Giao thức mặt người sử dụng Iu nằm ngay trên AAL2.

3.2.2 Cấu trúc giao thức cho IuPS.

Cấu trúc giao thức IuPS được mô tả ở hình 3.3.

RANAP Lớp giao thức ng ời sử dông Iu

Mặt điều khiển Mặt ng ời sử dông

Mặt điều khiển mạng truyền tải L ớ p m ạ n g v ô t u y ế n

Hình 3.3: Cấu trúc giao thức IuPS.

Truyền tải ATM được áp dụng cho cả mặt điều khiển và mặt người sử dụng Lớp vật lí được định nghĩa giống như đối với IuCS.

3.2.2.1 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển IuPS.

Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển cũng chứa RANAP và vật mang báo hiệu SS7 Ngoài ra, vật mang báo hiệu trên cơ sở IP cũng được định nghĩa. Lớp SCCP được sử dụng chung cho cả hai kiểu báo hiệu trên Các lớp giao thức của vật mang báo hiệu SS7 hoàn toàn giống như ở cấu trúc giao thức cho IuCS Vật mang báo hiệu trên cơ sở IP gồm: lớp thích ứng người sử dụng SS7 MTP3 M3UA (SS7 MTP3 User Adaptation Layer), giao thức truyền dẫn điều

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A khiển đơn giản SCTP (Simple Control Transmission Protocol), giao thức IP (Internet Protocol) AAL5 được sử dụng chung cho cả hai loại vật mang báo hiệu Giao thức SCTP được định nghĩa riêng cho truyền tải báo hiệu ở Internet.

3.2.2.2 Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển mang truyền tải IuPS.

Mặt điều khiển mạng truyền tải không được áp dụng cho IuPS Quá trình thiết lập giao thức tunnel GPRS GTP yêu cầu chỉ một nhận dạng cho tunnel và các địa chỉ IP cho cả hai hướng và các địa chỉ này đã có trong các bản tin ấn định của vật mang truy nhập vô tuyến RANAP (RAB: Radio Access Bearer) Các phần tử thông tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 cũng giống như các phần tử thông tin được sử dụng cho CS.

3.2.2.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử dụng IuPS.

Trong mặt người sử dụng IuPS, nhiều luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 VPC (Virtual Path Connection: kết nối đường ảo) GTP-U (User Plane Part of GPRS Tunneling Protocol: phần mặt người sử dụng của giao thức tunnel GPRS) là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệu gói Các luồng số liệu sử dụng truyền tải phi kết nối và đánh địa chỉ IP.

RANAP là giao thức báo hiệu ở Iu chứa tất cả thông tin được định nghĩa cho lớp mạng vô tuyến Chức năng của RANAP được thực hiện bởi các thủ tục cơ bản RANAP (RANAP EP: RANAP Elementary Procedures) Các chức năng RANAP có thể thực hiện một hay nhiều EP Mỗi EP gồm hoặc chỉ một bản tin yêu cầu (EP loại 1), cặp bản tin yêu cầu và trả lời (EP loại 2) hoặc một bản tin yêu cầu và một hay nhiều bản tin trả lời (EP loại 3) Các chức năngRANAP sau đây được định nghĩa:

* Ấn định lại: Chức năng này xử lí viêc đặt lại SRNS và chuyển giao bao gồm cả trường hợp giữa các hệ thống tới/từ GSM.

* Ấn định lại SRNS: Chức năng của RNS phục vụ được đặt lại từ RNS này sang RNS khác mà không thay đổi tài nguyên vô tuyến và gián đoạn luồng số liệu của người sử dụng Điều kiện tiên quyết cho việc đặt lại SRNS là mọi đoạn nối vô tuyến đã có ở chính DRNC là đích của việc đặt lại.

Chuyển giao cứng giữa các RNS: được sử dụng để ấn định lại chức năng SRNS từ RNS này đến RNS khác để thay đổi tài nguyên vô tuyến bằng chuyển giao cứng ở giao diện Uu Điều kiện tiên quyết cho chuyển giao cứng là UE ở biên giới giữa các ô nguồn và đích.

* Quản lí vật mang truy nhập vô tuyến (RAB: Radio Access Bearer): Chức năng này kết hợp tất cả các xử lý RAB:

 Thiết lập RAB, gồm cả khả năng xếp hàng đợi thiết lập.

 Thay đổi đặc tính của RAB hiện có

 Xoá RAB hiện có kể cả trường hợp khởi xướng bởi RAN.

* Giải phóng Iu: Giải phóng tất cả các tài nguyên (đoạn nối báo hiệu và mặt người sử dụng) ra khỏi một trường hợp cho trước của Iu liên quan đến

UE đặc thù bao gồm cả trường hợp khởi xướng bởi RAN.

* Báo cáo phát không thành công số liệu: Chức năng này cho phép mạng lõi cập nhật các bản tin tính cước của mình bằng các thông tin từ UTRAN nếu phần số liệu phát đi không đạt tới UE.

Giao diện giữa SGSN và GGSN (giao diện Gn)

Giao diện Gn không được 3 GPP tiêu chuẩn hoá thành một giao diện mở ở mạng lõi Điều này có nghĩa là SGSN và GGSN của một mạng lõi phải của cùng một nhà sản xuất và giao diện giữa SGSN và GGSN là do nhà sản xuất đó quy định Dưới đây là ngăn xếp giao thức mặt điều khiển và mặt người sử dụng ở giao diện Gn.

Từ hình 3.3 và hình 3.4 ta thấy rằng ở mặt điều khiển, kênh tunnel GTP-C được kết cuối ở SGSN vì giao thức báo hiệu được ứng dụng giữa SGSN và

RNC là RANAP chứ không phải là GTP Còn ở mặt người sử dụng, kênh tunnel GTP-U được chuyển tiếp từ GGSN qua SGSN đến RNC.

Giao thức xuyên hầm GPRS, viết tắt là GTP (GPRS Tunneling Protocol) là giao thức đặc trưng và đáng chú ý nhất ở giao diện Gn Sau đây chúng ta sẽ xem xét kĩ về giao thức GTP.

Kiểu bản tin Độ dài Nhận dạng điểm cuối Tunnel

Số N-PDU Kiểu tiêu đề mở rộng tiếp theo

Hình 3.5: Cấu trúc tiêu đề của GTP.

Giao thức truyền Tunnel GPRS - GTP.

GTP là giao thức được sử dụng để truyền báo hiệu (GTP-C) giữa SGSN và GGSN và truyền số liệu người sử dụng (GTP-U) giữa RNC và SGSN, giữa SGSN và GGSN Nó cung cấp một tiêu đề để cùng với tiêu đề UDP/TCP và tiêu đề IP nhận dạng nơi nhận GSN và xử lí gói tại nơi nhận Một dạng khác của GTP là GTP’ được sử dụng để truyền thông tin tính cước CGF (Charging Gateway Function) từ các GSN.

Tiêu đề này có thay đổi so với tiêu đề của GTP ở GPRS Dưới đây ta sẽ xét cụ thể các trường trong tiêu đề của GTP

 Phiên bản: Chỉ thị các phiên bản GTP khác nhau: 2,5G có giá trị 0 và 3G có giá trị 1.

 Kiểu giao thức PT (Protocol Type): Phân biệt bản tin GTP và GTP’.

 Cờ tiêu đề mở rộng E (Extension Flag): Chỉ thị sự có mặt của trường tiêu đề mở rộng khi nó được đặt bằng 1.

 Cờ số trình tự S (Sequence Flag): Chỉ thị sự có mặt của trường số trình tự khi nó được đặt bằng 1.

 Cờ số N-PDU (PN: PDU Number Flag): Chỉ thị sự có mặt của trường N-PDU khi nó được bằng 1 Cờ này chỉ tồn tại cho GTP-U.

 Kiểu bản tin: Chỉ thị kiểu bản tin GTP Đối với GTP-C, trường này chứa kiểu bản tin duy nhất cho một bản tin báo hiệu.

 Độ dài chỉ thị: Độ dài đo bằng byte của tải trọng trừ tiêu đề GTP bắt buộc (8 byte đầu).

 Nhận dạng điểm cuối Tunnel TEID (Tunnel Endpoint IDentifier): Xác định đơn trị điểm cuối trong thực thể giao thức GTP-U hay GTP-C.

 Số trình tự: Được sử dụng làm nhận dạng giao dịch trong GTP-C Nói cách khác, giá trị này được sao lại từ bản tin yêu cầu vào bản tin trả lời. Trong GTP-U, nó được sử dụng làm số trình tự của các PDU và chỉ được sử dụng khi cần đảm bảo trật tự chuỗi.

 Số N-PDU: Được sử dụng trong thủ tục cập nhật vùng định tuyến giữa các SGSN và một số thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống (chẳng hạn giữa RAN của 2G và 3G ).

 Kiểu tiêu đề mở rộng tiếp theo: Chỉ thị kiểu mở rộng tiêu đề đi sau trường này trong GTP PDU Có ba kiểu tiêu đề mở rộng: số PDCPPDU để yêu cầu treo; số PDCP PDU trả lời treo; và số PDCP PDU được sử dụng cho thủ tục đặt lại SRNC để cung cấp các số trình tự chưa được công nhận của các PDCP PDU Yêu cầu treo và trả lời treo được sử dụng khi chuyển giao giữa các SGSN cho kiểu cuộc gọi theo kênh.

Giao diện giữa mạng lõi UMTS và các mạng ngoài

Một cách hiệu quả để bổ sung các chức năng trên vật mang gói và cung cấp dải rộng các dịch vụ cho người sử dụng một cách linh hoạt và nhanh

8 0 chóng là lắp đặt cổng giữa mạng lõi UMTS và các ISP cung cấp các ứng dụng Dải rộng các dịch vụ có thể cung cấp qua các cổng khác nhau (hình 3.6) Các chức năng chính của cổng là biến đổi IP vào một giao thức phù hợp với môi trường di động và phiên dịch địa chỉ Các chức năng cổng cần thiết phụ thuộc vào cách sử dụng đầu cuối (UE riêng, UE kết hợp với PC, ) và nơi nhận kết nối (LAN, ISP, ) Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét chức năng của 3 cổng chính là: cổng biến đổi giao thức, cổng TCP, và cổng truyền tunnel.

Hình 3.6: Cấu hình cơ sở hệ thống cổng giữa mạng lõi UMTS và mạng ngoài.

3.4.1 Cổng biến đổi giao thức.

Cổng biến đổi giao thức là một cổng đặt giữa GGSN của mạng lõi UMTS và server của các mạng ngoài Một trong các chức năng của nó là biến đổi các giao thức sao cho UE có thể truy nhập trực tiếp vào Internet Điều này cho phép cung cấp các dịch vụ Internet như duyệt web, e-mail, phân phối thông tin, ở mạng UMTS.

Chuyển đổi giao thức TCP thành W-TCP và ngược lại Đại diện HTTP Chuyển tiếp các yêu cầu và trả lời HTTP được trao đổi giữa UE và server Thông báo thư Thông báo về các bản tin mới đã đến server Truyền tunnel SSL Thực hiện chuyển đổi trong suốt trong quá trình thông tin, HTTP được mật mã hoá SSL

SSL: Secure Sockets Layer: lớp ổ cắm an ninh.

Bảng 3.1: Các chức năng chính của cổng chuyển đổi giao thức

Cổng TCP là một cổng giữa GGSN của mạng lõi UMTS và ISP Nó có chức năng chuyển đổi TCP thông thường thành W-TCP và ngược lại TCP thông thường được áp dụng cho các máy tính PC và vì thế không đảm bảo đủ thông lượng cho các dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao (tốc độ đường xuống là 384kbps, tốc độ đường lên là 64kbps) Mục đích của cổng TCP là cải thiện thông lượng của các ứng dụng Internet trong một môi trường thông tin di động bằng cách lắp đặt một thiết bị cổng có trang bị W-TCP.

Cổng TCP thực hiện chức năng như một thiết bị cổng hoàn toàn trong suốt: ở phía PC, đích kết nối dường như là www server và về phía www server, đích kết nối dường như là PC Cổng TCP không có chức năng điều khiển cuộc gọi CC.

Chức năng đại diện trong suốt - Kết nối W-TCP và TCP

- Đảm bảo tính trong suốt của các gói IP.

- Địa chỉ IP không thay đổi sau khi qua cổng TCP

- Thiết bị kết cuối số liệu (DTE) cảm thấy dường như được kết nối đầu cuối tới đầu cuối

Chức năng bỏ qua lưu lượng Bỏ qua các gói khác với TCP/HTTP

Bảng 3.2: Các chức năng chính của cổng TCP.

W-TCP nhằm mục đích cải thiện thông lượng trong môi trường thông tin di động và có thể nối nó với TCP hiện có vì nó chỉ có thể tiếp nhận các công nghệ được chấp nhận bởi IETF (là cơ quan thực hiện tiêu chuẩn hoá các công nghệ Internet) Các công nghệ áp dụng được đưa ra ở bảng 3.3: mở rộng cửa sổ TCP, công nhận chọn lọc SACK (Selective ACKnowledgement), mở rộng cửa sổ khởi đầu và mở rộng đơn vị truyền dẫn cực đại

Mở rộng cửa sổ TCP Mở rộng kích thước bộ đệm phát và thu và tăng

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A khối lượng số liệu có thể truyền mà không cần đợi thu được các tín hiệu công nhận (ACK).

SACK Yêu cầu chỉ phát lại các gói bị mất (phát lặp có chọn lựa) khi xảy ra mất gói tại phía thu chứ không yêu cầu các gói bị mất và cả các gói tiếp theo (Go-back- N).

Mở rộng cửa sổ khởi đầu

Tăng số gói có thể được phát khi khởi đầu kết nối (giảm ảnh hưởng của việc khởi đầu chậm).

Mở rộng đơn vị truyền dẫn cực đại

Tăng kích thước gói số liệu phát (giảm ảnh hưởng của các phần bổ sung cho tiêu đề TCP và việc khởi đầu chậm).

Bảng 3.3: Các công nghệ được áp dụng cho W-TCP.

Cổng truyền tunnel là một cổng đặt giữa mạng lõi UMTS và LAN cho phép các kết cuối gói truy nhập an toàn từ môi trường truy nhập đến mạng LAN qua mạng chuyển mạch gói Cổng truyền tunnel và LAN có thể được nối với nhau ở các dạng khác nhau bao gồm cả chuyển tiếp khung, ISDN và ISP.

Cổng truyền tunnel có chức năng chuyển tiếp và gửi các gói của người sử dụng nhận từ PC di động đến server của LAN Nó cũng có chức năng thiết lập tunnel để chuyển tiếp và gửi các gói của người sử dụng nhận được từ server đến PC di động (thuê bao di động)

Chức năng chuyển tiếp gói

Thiết lập đoạn nối (Frame, ISDN, ) đến LAN để trả lời yêu cầu kết nối từ đầu cuối di động.

Chức năng điều khiển dòng

Thực hiện điều khiển dòng giữa đầu cuối di động và cổng truyền tunnel và LAN.

Chức năng kết cuối cuộc gọi

Tích cực chuỗi kết cuối cuộc gọi đến GGSN để trả lời yêu cầu khởi xướng cuộc gọi từ phía LAN.

Bảng 3.4: Các chức năng chính của cổng truyền tunnel.

Các thủ tục cơ bản đối với dịch vụ chuyển mạch

3.5.1 Đối với chuyển mạch kênh.

Các mạng UMTS tiếp nhận sơ đồ VLR để điều khiển quản lí di động

MM (Mobility Management) Phần dưới đây trình bày tổng quan các thủ tục cơ bản trong vùng dịch vụ chuyển mạch kênh CS với tham khảo điều khiển quản lí di động MM, khởi xướng cuộc gọi và kết cuối cuộc gọi.

3.5.1.1 Quản lí di động. Đối với thủ tục quản lí di động MM, cập nhật vị trí và nhập/rời mạng được đặc tả theo hệ thống GSM Cập nhật vị trí được thực hiện khi MS di chuyển qua biên giới giữa các vùng định vị và trong quá trình này thông tin về thuê bao được nạp xuống VLR từ HLR Thủ tục nhập/rời mạng giúp mạng biết được khả năng nối đến UE khi tìm gọi: trong trạng thái nhập mạng, UE có thể trả lời tìm gọi; còn trong trạng thái rời mạng UE không thể trả lời tìm gọi Thủ tục này giúp loại bỏ việc tìm gọi vô ích bằng cách không thực hiện tìm gọi khi UE ở trạng thái rời mạng.Trạng thái nhập/rời mạng (được quản lí bởi mạng) thay đổi trong các điều kiện sau: khi đầu cuối thông báo tường minh cho mạng về trạng thái nhập/rời mạng ngay khi nguồn bật/tắt; khi đầu

2) Y êu c cuối không thể định kì thực hiện đăng kí vị trí – quá trình này được gọi là rời mạng ẩn tàng và khi các thủ tục rời mạng được thực hiện tại một định thời bất kì do mạng khởi xướng Ngoài ra cũng có các thủ tục được đặc tả để yêu cầu cập nhật vị trí và các thủ tục nhập/rời mạng đồng thời đến các mạng CS và PS để giảm khối lượng báo hiệu so với trường hợp thực hiện các thủ tục này độc lập trong các mạng CS và PS Hình 3.7 và 3.8 cho thấy các thủ tục cập nhật vị trí và các thủ tục nhập/rời mạng.

Hình 3.7: Tổng quan cácthủ tục cập nhật vị trí.

8 6 lờ i n hậ p m ạn g ầu n hậ p m ạn g lờ i r ời m ạn g ầu rờ i m ạn g

1) Tắt nguồn hay rút USIM 1) Bật nguồn hay lắp USIM

Hình 3.8: Tổng quan các thủ tục nhập mạng và rời mạng.

Yêu cầu cập nhật vị trí (Nhập mạng) Các thủ tục nhận thực và mật mã

Thực hiện nếu chưa có số liệu thuê bao trong VLR

Yêu cầu cập nhật vị trí

Yêu cầu viết số liệu thuê bao Trả lời viết số liệu thuê bao Trả lời cập nhật vị trí

Lưu giữ thông tin vùng định vị

Trả lời cập nhật vị trí (nhập mạng) Yêu cầu ấn định TMSI

Lưu giữ số VLR Ấn định TMSI

Lưu gi ữ TMS I Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS

Hình 3.9: Các thủ tục nhập mạng và đăng kí vị trí ở UMTS

3.5.1.2 Thiết lập cuộc gọi khởi xướng từ máy di động

Vì thông tin cần thiết cho khởi xướng cuộc gọi được lưu giữ trong VLR mà UE làm khách tại thời điểm đăng kí vị trí, nên không cần truy nhập HLR khi khởi xướng cuộc gọi sau khi đã hoàn tất việc đăng kí vị trí Có thể chia các thủ tục khởi xướng cuộc gọi thành bốn bước.

(1) Thiết lập kết nối báo hiệu giữa UE và MSC/VLR Để UE khởi đầu thông tin với mạng, cần thiết lập kết nối báo hiệu giữa

UE và RAN và kết nối SCCP giữa RAN và MSC/VLR ở dạng bản tin khởi đầu truyền tải từ UE đến MSC/VLR Kết nối này cho phép phát và thu các bản tin giữa UE và MSC/VLR Sau đó là nhận thực, mật mã hoá giữa UE và MSC/VLR để thiết lập kết nối điều khiển an ninh.

(2) Khởi đầu thiết lập cuộc gọi.

Sau khi dã hoàn tất bước (1), UE phát số bị gọi, kiểu vật mang và thông tin liên quan đến dịch vụ bổ sung SS tới MSC/VLR để khởi đầu thiết lập cuộc gọi MSC/VLR kiểm tra thông tin liên quan đến cuộc gọi được yêu cầu có phù hợp với thông tin hợp đồng của người sử dụng hay không.

(3) Thiết lập vật mang và vật mang truy nhập vô tuyến

Trên cơ sở kiểu vật mang và các thông tin khác do UE cung cấp trong bước (2), vật mang vô tuyến và chức năng chuyển đổi mã/tương tác được thiết lập Ngoài ra, bản tin địa chỉ khởi đầu IAM (Initial Address Message ) được phát đến mạng kết cuối trên cơ sở số bị gọi và thiết lập vật mang được thực hiện.

(4) Hoàn thành thiết lập cuộc gọi.

4) Hoàn thành kết nối cuộc gọi

2) Khởi đầu thiết lập cuộc gọi

1) Thiết lập kết nối báo hiệu giữa UE và MSC/VLR

Trả lời thiết lập vật mang vô tuyến

Trả lời thiết lập đoạn nối AAL2 Yêu cầu thiết lập đoạn nối AAL2 Yêu cầu thiết lập vật mang vô tuyến

3) Thiết lập đoạn nối và vật mang vô tuyến

Sau đó, báo hiệu UE-MSC/VLR được truyền từ RAN một cách trong suốt trên cơ sở giao thức giữa RAN và MSC/VLR Yêu cầu khởi xướng cuộc gọi

UE RAN MSC/VLR ISDN/PSTN

Thiết lập kết nối báo hiệu

Yêu cầu khởi xướng cuộc gọi

Thiết lập kết nối SCCP Các thủ tục nhận thực và mật mã

THIẾT LẬP ĐANG TIẾN HàNH GỌI

Thiết lập vật mang vô tuyến

Sau khi hoàn tất bước (3), phía bị gọi đổ chuông Thông tin bắt đầu khi phía bị gọi bắt đầu trả lời cuộc gọi.

Hình 4.4 cho thấy các thủ tục khởi xớng cuộc gọi trong mạng UTMS.

ACM: Bản tin hoàn thành địa chỉ

CPG: Đang tiến hành gọi

ANM: Bản tin trả lời gọi

Hình 3.10: Các thủ tục khởi xướng cuộc gọi trong mạng UMTS. Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS

3.5.1.3 Thiết lập cuộc gọi kết cuối máy di động.

(1) Định tuyến cho kết cuối cuộc gọi ở máy di động.

Giả sử có một cuộc gọi đến cho máy di động từ mạng cố định (PSTN/ISDN) Trước hết cuộc gọi được định tuyến đến GMSC Khi GMSC nhận được thông tin về một cuộc gọi vào, nó hỏi HLR về vị trí hiện thời của

UE và thông báo cho MSC khách về cuộc gọi vào qua HLR Trên cơ sở trả lời, GMSC nhận được số cần thiết để định tuyến IAM đến MSC khách Số để định tuyến được gọi là số lưu động trạm di động MSRN (Mobile Station Roaming Number) được gán cho từng cuộc gọi trong VLR khách MSRN cho định tuyến PSTN/ISDN sẽ có cùng cấu trúc như các số ISDN quốc tế trong vùng mà số lưu động được phân bổ Trong một số trường hợp, trong mạng thông tin di động, MSRN có thể giống như MS ISDN (các số ISDN quốc tế

MS được xác định trong khuyến nghị E.164 của ITU-T về kế hoạch đánh số).

Sau khi thu được IAM, MSRN được VLR khách gán được giải phóng.MSC/VLR khách được yêu cầu MSRN có thể tìm gọi trước khi nhận được báo hiệu bằng cách tìm gọi trước sẽ được trình bày ở phần sau.

Yêu cầu gửi thông tin định tuyến (SRI) Yêu cầu cung cấp số lưu động

Trả lời cung cấp số lưu động

Trả lời gửi thông tin định tuyến

IAM Số lưu động được sử dụng để định tuyến

Giải phóng số lưu động

LR khá ch Ấn đị nh số l ưu động

Hình 3.11: Các thủ tục định tuyến trong mạng UMTS.

Trong thông tin di động, khi có cuộc gọi đến UE, UE phải được thông báo về cuộc gọi này Mạng quản lí vùng định vị của UE và nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identifier) được ấn định cho từng vùng đăng kí vị

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A trí Mạng phát thông tin quảng bá rằng có một cuộc gọi vào tới tất cả các UE trong vùng định vị mà UE được gọi có vị trí được đăng kí Thủ tục này được gọi là tìm gọi.

Tìm gọi được thực hiện bằng cách phát đi báo hiệu yêu cầu tìm gọi từ MSC/VLR đến tất cả các RNC thuộc LAI được đăng kí trong VLR khách Để đảm bảo an ninh và giảm khối lượng báo hiệu, TMSI thường được sử dụng thay cho IMSI Nếu UE đang ở trong chế độ rỗi, nó sẽ không ngừng giám sát kênh PCH để có thể nhận ra tìm gọi gửi cho nó Nếu LAI và TMSI (IMSI) trong yêu cầu tìm gọi giống như LAI và TMSI (IMSI) được nhớ trong UE được tìm gọi thì UE này sẽ gửi trả lời đến mạng Mạng có thể đảm bảo an ninh bằng cách thực hiện nhận thực và mật mã sau khi nhận được trả lời

Hình 3.12: Các thủ tục tìm gọi trong mạng UMTS.

Nhận cuộc gọi vào đến UE- A

Nhận cuộc gọi vào đến UE- B

Phát quảng bá yêu cầu tìm gọi đến vùng định vị 1 (đặc tả TMSI (A)

Phát quảng bá yêu cầu tìm gọi đến vùng định vị 2 (đặc tả TMSI (B)

Trả lời tìm gọi (TMSI(A)

Trả lời tìm gọi (TMSI(B)

UE A (TMSI: A, LAI 1) UE B (TMSI: B, LAI 2)

Trả lời thiết lập đoạn nối AAL2 2

Trả lời thiết lập đoạn nối AAL2 Trả lời thiết lập đoạn nối AAL2

Yêu cầu thiết lập đoạn nối AAL2

Yêu cầu thiết lập đoạn nối AAL2 Yêu cầu thiết lập đoạn nối AAL2

Yêu cầu và trả lời DHO

Thực hiện được giới hạn ở việc chuyển tiếp đoạn nối vô tuyến.Tín hiệu của người điều khiển và báo hiệu.

Trong W-CDMA, các chức năng của RAN và CN được phân tách một cách rõ ràng và các chức năng phụ thuộc vào hệ thống vô tuyến được ẩn bên trong RAN Vì thế chuyển giao có thể xảy ra giữa hai MSC như thấy ở hình 3.12: Các thủ tục chuyển giao của mạng lõi UMTS chỉ giới hạn ở chức năng chuyển tiếp trong các trường hợp mà ở đó RNC và UE nằm trên biên giới giữa hai MSC trừ việc đặt lại RNC Đoạn nối vô tuyến bổ sung đ ợc thiết lập bởi chuyển giao phân tập vĩ mô (đoạn tuyến cho kênh báo hiệu và số liệu ng ời sử dụng) §Õn PSTN, ISDN v.v

Chức năng chuyÓn giao phân tập vĩ mô

DHO: Chuyển giao phân tập vĩ mô ( Diversity HandOver ).

Hình 3.13: Điều khiển chuyển giao trong mạng lõi W-CDMA UMTS.

3.5.2 Các thủ tục cơ bản đối với dịch vụ chuyển mạch gói.

Định cỡ giao diện IuB

Đặc điểm của các giao diện vật lí với BTS dẫn đến dung lượng IuB với BTS có một giá trị quy định Chẳng hạn 1 luồng E1 có thể cung cấp 2Mbit/s. Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1. Như vậy dung lượng của các đường truyền dẫn nối đến RNC Chẳng hạn ta cần đấu nối 100 BTS với dung lượng IuB của mỗi BTS là 2,5 Mbit/s Ta cần cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2 Mbit/s và tổng dung lượng khả dụng của giao diện IuB là 400 Mbit/s Tuy nhiên tổng đài của giao diện IuB tại RNC vẫn là 250 Mbit/s chứ không phải 400 Mbit/s Để xác định dung lượng IuB yêu cầu ta cần cộng thêm một lượng bổ sung cho dung lượng Sự bổ sung này cần thiết cho tính cụm của lưu lượng, tải báo hiệu và tải khai thác và bảo dưỡng (O & M) Ngoài ra ta cũng cần thêm dung lượng cho phần điều khiển bổ sung của ATM, vì toàn bộ lưu lượng, báo hiệu và O & M được mang ở các tế bào ATM

Lượng bổ sung cho tính cụm phụ thuộc vào hỗn hợp lưu lượng Nếu chỉ cung cấp dịch vụ tiếng thì lượng này bằng không Nhưng nếu toàn bộ là dịch vụ số liệu thì lượng cần bổ sung có thể lên đến 40 % Thông thường là 25 %. Ngoài ra ta cũng cần bổ sung 10 % cho báo hiệu, 10 % cho O & M Thêm vào đó ta bổ sung cho phần điều khiển của ATM tuỳ theo dịch vụ.

Giao diện Iur được sử dụng để truyền dẫn lưu lượng từ MSC qua DRNC đến RNC điều khiển, vì thế ta cũng có thể áp dụng các giả thiết cơ sở định cỡ độ rộng băng IuB để định cỡ độ rộng băng Iur Chẳng hạn nếu ta giả thiết là độ rộng băng IuB cần thiết gần gấp hai lần thông lượng của người sử dụng thì

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A độ rộng băng Iur cần thiết cũng gấp hai lần băng thông của phần lưu lượng xảy ra khi chuyển giao giữa các RNC Sau khi đã quy hoạch bố trí nút B cho RNC, ta nắm được các yêu cầu của giao diện IuB và Iur, lúc này ta cần quy hoạch mạng truyền tải để kết nối giữa nút B và RNC, giữa các RNC và giữa các RNC với SGSN và MSC Giả sử rằng các giao diện này đều là giao diện ATM và mạng là mạng ATM Hình 3.16 cho thấy thí dụ về một mạng đơn giản gồm:

+) 3 RNC được đặt độc lập và cách xa MSC, SGSN Mỗi RNC điều khiển một nút B.

1 0 0 a) kết nối logic. b) Cấu hình xuyến.

Hình 3.17 a) mô tả kết nối logic giữa các nút khác nhau Việc thực hiện riêng rẽ từng giao diện như trên là không hợp lí và không kinh tế Một giải pháp hợp lí và kinh tế hơn cho kết nối RNC là sử dụng cấu hình xuyến Tuỳ thuộc vào dung lượng ta có thể sử dụng cấu hình xuyến SDH: STM-1 hoặc STM-4 (hình 3.17 b).

Trong nhiều trường hợp khoảng cách giữa các nút dẫn đến cấu hình giá thành nút hình xuyến cao Khi này ta có thể sử dụng lớp chuyển mạch riêng ATM hay sử dụng RNC và (hoặc) SGSN cho chuyển mạch ATM (hình 3.18).

Hình 3.18a: Lớp chuyển mạch ATM.

Hình 3.18.b: Sử dụng RNC và (hoặc) SGSN cho chuyển mạch ATM.

Bằng cách triển khai lớp ATM này, ta có thể giảm tổng giá thành truyền dẫn, tất nhiên trong trường hợp này ta phải chi phí đầu tư và khai thác thiết bị mới Ở cấu hình 3.18b ta sử dụng một trong số các RNC chuyển mạch ATM. Như vậy ở trạm MSC ta có khả năng sử dụng một SGSN hay RNC ở trạm này là chuyển mạch ATM Đây là lựa chọn mà một số nhà cung cấp thiết bị sử dụng, vì thực chất RNC là một chuyển mạch ATM có thêm chức năng W-CDMA.

Tiêu đề	Ứng Dụng Công Nghệ ATM Cho SGSN Trong UMTS
Tác giả	Đào Thị Hồng Ánh
Trường học	Không có thông tin
Chuyên ngành	Không có thông tin
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	Không có thông tin
Thành phố	Không có thông tin

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	472,85 KB