Mạng thông tin di động thế hệ kế tiếp mobile ngn

Cùng với sự tăng trởng mạnh mẽ của Internet, các mạng thông tin di động ngày nay đang tiến tới dựa trên IP để vợt qua giới hạn của mạng chuyển mạch kênh truyền thống, đáp ứng nhu cầu v

MụC LụC

Danh mục các chữ viết tắt 1

Mở ĐầU 8

CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về Mạ NG THÔNG TIN DI DộNG Và

HƯớng phát triển 10

1.1 Các bớc phát triển mạng 10

1.1.1 Các mạng vô tuyến 1G, 2G và 2.5G 11

1.1.2 Các mạng vô tuyến 3G 14

1.2 Sự phát triển của các dịch vụ di động 18

1.2.1 Các dịch vụ dữ liệu di động thế hệ đầu tiên: Tin nhắn ký tự 19

1.2.2 Các dịch vụ dữ liệu di động thế hệ thứ hai: Dịch vụ Internet di động tốc độ thấp 20

1.2.3 Các dịch vụ dữ liệu di động hiện tại: Dịch vụ Internet di động đa phơng tiện tốc độ

cao 22

1.3 Động lực thúc đẩy sự phát triển các mạng di động thế hệ kế tiếp 24

1.4 3GPP, 3GPP2 và IETF 28

1.4.1 3GPP … 29

1.4.2 3GPP2 30 ….

1.4.3 IETF …… 31

CHƯƠNG 2: CấU TRúC CáC MạNG THôNG TIN DI Động thế hệ

kế tiếp 33

2.1 Cấu trúc mạng 34

2.1.1 Các thiết bị di động và thuê bao 36

2.1.2 HSDPA & IP UTR AN 40

2.1.3 Miền mạng lõi chuyển mạch kênh 41

2.1.4 Miền mạng lõi chuyển mạch gói 43

2.1.5 Hệ thống con đa phơng tiện IP (IMS) 45

2.1.5.1 Giao thức khởi tạo phiên SIP (Session Initiation Protocol) 45

2.1.5.2 Cấu trúc IMS 47

2.1.5.3 Định địa chỉ trạm di động cho truy nhập IMS 51

2.1.5.4 Các giao diện tham chiếu 51

2.1.5.5 Cấu trúc dịch vụ 53

2.1.5.6 Đăng ký với IMS 56

2.1.5.7 Ngắt đăng ký với IMS 61

2.1.5.8 Các luồng báo hiệu từ đầu cuối đến đầu cuối cho điều khiển phiên 64

2.1.6 Các máy chủ thông tin 71

2.2 Mô hình tham chiếu giao thức 72

Phụ Lục 77

Hớng phát triển tơng lai – R6 và R7 77

CHƯƠNG 3: GIảI PHáP CủA CáC HãNG Và ứng dụng triển

khai tại việt nam 81

3.1 Giải pháp của các hãng 81

3.1.1 Alcatel 81 ….

3.1.1.1 Giải pháp … 81

3.1.1.2 Lộ trình triển khai 82

3.1.1.2 Thiết bị …… 84

3.1.1.4 Kết luận …… 85

3.1.2 ZTE…… 86

3.1.2.1 Giải pháp … 86

3.1.2.2 Lộ trình triển khai 89

3.1.2.3 Thiết bị …… 91

3.1.2.4 Kết luận …… 92

3.1.3 Ericsson… 92

3.1.3.1 Giải pháp và lộ trình triển khai 92

3.1.3.2 Thiết bị …… 96

3.1.3.3 Kết luận …… 97

3.1.4 Siemens… 97

3.1.4.1 Giải pháp … 97

3.1.4.1 Lộ trình triển khai 98

3.1.4.3 Thiết bị …… 99

3.1.4.4 Kết luận …… 99

3.2 Triển khai NGN di động tại Việt nam 100

3.2.1 Động lực cho việc triển khai NGN di động 100

3.2.2 Cấu hình mạng PLMN hiện tại 101

3.2.3 Mô hình mạng di động mới theo hớng NGN 102

3.2.4 Nguyên tắc tổ chức mạng NGN di động 103

Chơng 4: Kết luận và kiến nghị hớng nghiên cứu tiếp theo 106

Tài liệu tham khảo 107

Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t

1G First Generation

3G Third Generation

3GPP Third-Generation Partnership Project

3GPP2 Third-Generation Partnership Project 2

AAA Authentication, Authorization, Accounting

AAAH AAA Home

AMF Authentication Management Field

AMPS Advanced Mobile Phone Systems

ANSI American National Standards Institute

API Application Programming Interface

APN Access Point Name

ARIB Association of Radio Industries and Business

ARP Address Resolution Protocol

ARPU Average Revenue Per User

ATM Asynchronous Transfer Mode

AuC Authentication Center

AUTN Authentication Token

AV Authentication Vector

AVP Attribute Value Pair

Binding Acknowledgment

BER Bit Error Ratio

BGCF Breakout Gateway Control Function

BGP Border Gateway Protocol

BITS Bump In The Stack

BRAN Broadband Radio Access Network

Bearer Service

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

BSSAP Base Station System Application Part

BTS Base Transceiver Station

Base Transceiver System

BU Binding Update

CA Certification Authority

CAMEL Customized Applications for Mobile Enhanced Logic

CAVE Cellular Authentication and Voice Encryption

CDMA Code Division Multiple Access

CDR Call Detail Record

CMEA Cellular Message Encryption Algorithm

CMS Cryptographic Message Syntax

Correspondent Node

CoA Care-of Address

COPS Common Open Policy Service

CSCF Call State Control Function

Call Session Control Function

CSM Communication Session Manager

CS MGW- Circuit Switched Media Gateway

CT2 Cordless Telephone, Second Generation

CVSE Critical Vendor/Organization Specific Extension

CWTS China Wireless Telecommunication Standard

DECT Digital European Cordless Telecommunications

DES Data Encryption Standard

DHCP Dynamic Host Configurat ion Protocol

Diff-Serv Differentiated Service

DNS Domain Name System

DoS Denial of Service

DRS Data Ready to Send

DS Differentiated Service

DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access

DSCP Differentiated Service Code Point

DSI Dynamic Subscriber Information

DSNP Dynamic SLS Negotiation Protocol

DSS Digital Signature Standard

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

ECMEA Enhanced Cellular Message Encryption Algorithm

EDGE Enhanced Data Rates for Global GSM Evolution

EF Expedited Forwarding

EIR Equipment Identity Register

ESA Enhanced Subscriber Authentication

ESN Electronic Serial Number

ESP Encapsulating Security Payload

Enhanced Subscriber Privacy

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FDD Frequency Division Duplex

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

FQDN Fully Qualified Domain Name

GEA GPRS Encryption Algorithm

GERAN GSM EDGE Radio Access Network

GFA Gateway Foreign Agent

GGSN Gateway GPRS Support Node

GHDM General Handoff Direction Message

GLM Geographical Location Manager

GNS Global Name Server

GPRS General Packet Radio Service

GRE Generic Routing Encapsulation

GSCF GPRS Service Control Function

GSM Global System for Mobile Communications

HFN Hyper Frame Number

HLR Home Location Registrar

HSS Home Subscriber Server

HTTP Hypertext Transfer Protocol

IAB Internet Architecture Board

IAPP Inter Access Point Protocol

ICMP Internet Control Message Protoc ol

I-CSCF Interrogating Call State Control Function

ICV Integrity Check Value

IESG Internet Engineering Steering Group

IETF Internet Engineering Task Force

IKE Internet Key Exchange

IMEI International Mobile Station Equipment Identity

IM-MGW IP Multimedia Media Gateway

IMS IP Multimedia Subsystem

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function

Int-Se rv Integrated Service

IPHC IP Header Compression

IPsec IP Security

IPv4 Internet Protocol version 4

IPv6 Internet Protocol version 6

ISAKMP Internet Security Association and Key Management Protocol

ISC IMS Service Control

ISDN Integrated Services Digital Network

ISM Industrial, Scientific, and Medical

ISP Internet Service Provider

ISUP ISDN User Part

ITU International Telecommunication Union

ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector

KAC Key Administration Center

KDC Key Distribution Center

KSI Key Set Identifier

L2TP Layer-2 Tunneling Protocol

LAC L2TP Access Concentrator Link Access

Control Location Area Code

LAI Location Area Identifier

LDAP Lightweight Directory Access Protocol

LEC Local Exchange Carrier

LLC Logical Link Control

LNS L2TP Network Server

Message Authentication Code

MAP Mobile Application Part

MAPsec MAP Security

MCC Mobile Country Code

MC-CDMA Multi Carrier Code Division Multiple Access

MGC Media Gateway Controller

MGCF Media Gateway Control Function

MIDCOM Middlebox Communications

MIN Mobile Identifi cation Number

MRC Multimedia Resource Controller

MRF Multimedia Resource Function

MRFC Multimedia Resource Function Controller

MRFP Multimedia Resource Function Processor

MSC Mobile-services Switching Center

Mobile Switching Center

MSIN Mobile Subscriber Identificat ion Number

MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number

MT Mobile Termination

Mobile Terminal

MTP Message Transfer Part

MWIF Mobile Wireless Internet Forum

NAI Network Access Identifier

NANP North American Numbering Plan

NAS Network Access Server

NAT Network Address Translator

NIST National Institute of Standards and Technology

NMSI National Mobile Subscriber Identity

NMT Nordic Mobile Telephone

NPDB Number Portability Database

NSAPI Network-Layer Service Access Point Identifier

NTP Network Time Protocol

NVSE Normal Vendor/Organization Specific Extension

OAM&P Operation, Administration, Maintenance, and Provisioning

OMA Open Mobile Alliance

OSA Open Service Access

OSPF Open Shortest Path Protocol

OTASP Over-The Air Service Provisioning

-PACS Personal Access Communications System

PAN Personal Area Network

PAP Password Authentication Protocol

PBX Private Branch Exchange

PCF Packet Control Function Policy Control

Function

P-CSCF Proxy Call State Control Function

PDC Personal Digital Cellular

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDE Position Determining Entity

PDF Policy Decision Function

PDP Packet Data Protocol

Policy Decision Point

PDS Packet Data Subsystem

PDSN Packet Data Serving Node

PDU Packet Data Unit

PEP Policy Enforcement Point

PHS Personal Handyphone System

PKC Public Key Certifica te PKI Public

Key Infrastructure PLCM Private Long Code

Mask

PLMN Public Land Mobile Network

P-MIP Paging in Mobile IP

PMM Packet Mobility Management

PPP Point- -to Point Protocol

PS Packet Switched

PSTN Public Switched Telephone Network

P-TMSI Packet TMSI

PZID Packet Zone ID

QoS Quality of Service

RAB Radio Access Bearer

RAC Routing Area Code

RADIUS Remote Authentication Dial In User Service

RAI Routing Area Identifi er

RAN Radio Access Network

RANAP Radio Access Network Application Part

RAU Routing Area Update

RED Random Early Detection

RFC Request For Comments RLC Radio

Link Control

RNC Radio Netwo rk Controller

RNS Radio Netwo rk Subsystem

ROHC Robust Header Compression

RRC Radio Resource Control

RSA Rivest, Shamir, Adleman

RSVP Resource Reservation Protocol

RTP Real-Time Transport Protocol

RTT Radio Transmission Technology

SA Security Association

SAD Security Association Database

SBLP Service Based Local Policy

SCCP Signaling Connection Control Part

SCP Service Control Point

SCS Service Capability Server

S-CSCF Serving Call State Control Function

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SDO Standards Development Organization

SDP Session Description Protocol

SDU Selection and Distribution Unit

Service Data Unit

SGSN Serving GPRS Support Node

SHA Secure Hash Algorithm

SID Session ID System ID

SIM Subscriber Identity Module

SIP Session Initiation Protocol

SLA Service Level Agreement

SLP Service Location Protocol

SLS Service Level Specifi cation

SME Signaling Message Encryption

SMEKEY Signaling Message Encryption Key

SMS Short Message Servic e

Serving Network

SNMP Simple Network Management Protocol

SPD Security Policy Database

SPI Security Parameter Index

SQM Subscription QoS Manager

SRNS Serving Radio Network Subsystem

SS7 Signaling System No 7

SSD Shared Secret Data

TACS Total Access Communications Services

TCA Traffi c Conditioning Agreement

TCAP Transaction Capabilities Application Part

TCP Transmission Control Protocol

TCS Traffi c Conditioning Specification

TDD Time Division Duplex

TDMA Time Division Multiple Access

TEID Tunnel Endpoint Identifier

TIA Telecommunications Industry Association

TLS Transport Layer Security

TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity

TOS Type of Service

TRIP Telephony Routing over IP Protocol

TTA Telecommunications Technology Association

TTC Telecommunications Technology Committee

UAC User Agent Client

UAS User Agent Server

UDP User Datagram Protocol

UEA UMTS Encryption Algorithm

UHDM Universal Handoff Direction Message

UIA UMTS Integrity Algorithm

UIM User Identity Module

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

URI Uniform Resource Identifier

USIM UMTS Subscriber Identity Module

Universal Subscriber Identity Module

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

Universal Terrestrial Radio Access Network

VAAA Visited AAA

VAS Value-Added Service

VDB Visited Database

VLR Visitor Location Register

VMS Voice Message System

VoIP Voice over IP

VPMASK Voice Privacy Mask

VPN Virtual Private Network

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WLAN Wireless Local Area Network

Mở ĐầU

Công nghệ thông tin di động với u điểm tuyệt vời của tính không giới hạn

đã đợc chấp nhận rộng rãi trên toàn thế giới và có ảnh hởng ngày càng sâu sắc đến đời sống con ngời Công nghệ này không chỉ đáp ứng đợc sự trông

đợi của nhiều quốc gia giàu có mà còn vơn tới đợc cả những quốc gia đang phát triển Đồng thời, cơ cấu của các quốc gia đông dân nhất trên thế giới đã

và đang thay đổi, đời sống nhân dân đợc cải thiện tạo nên một môi trờng kinh tế xã hội thuận lợi cho sự phát triển của công nghệ di động trên toàn cầu Cùng với sự tăng trởng mạnh mẽ của Internet, các mạng thông tin di động ngày nay đang tiến tới dựa trên IP để vợt qua giới hạn của mạng chuyển mạch kênh truyền thống, đáp ứng nhu cầu về giải pháp mạng tích hợp hỗ trợ

đồng thời các dịch vụ thoại, dịch vụ dữ liệu di động tốc độ cao và các ứng dụng đa phơng tiện Dựa trên khái niệm phân chia các lớp truy nhập, chuyển mạch (truyền tải), điều khiển và ứng dụng, mạng thế hệ kế tiếp NGN sẽ sử dụng mạng IP nh là mạng truyền dẫn đờng trục tại lớp truyền tải Các bớc phát triển của mạng thông tin di động theo hớng toàn IP là hoàn toàn phù hợp với xu thế NGN

Với mong muốn có một cái nhìn tổng quan về xu hớng phát triển mạng thông tin di động thế hệ kế tiếp, em đã chọn và thực hiện Luận văn thạc sĩ khoa học với đề tài: “Mạng thông tin di động thế hệ kế tiếp Mobile NGN” Luận văn tốt nghiệp của em bao gồm 4 chơng nh sau:

Chơng 1: Tổng quan về mạng thông tin di động và hớng phát triển

Chơng 2: Cấu trúc mạng thông tin di động thế hệ kế tiếp

Chơng 3: Giải pháp của các hãng và ứng dụng triển khai tại Việt Nam Chơng 4: Kết luận và Kiến nghị hớng nghiên cứu tiếp theo

Nhân dịp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.Phơng Xuân Nhàn, xin cảm ơn sự hớng dẫn và giúp đỡ quý báu của PGS trong quá trình

em thực hiện Luận văn tốt nghiệp Trong khuôn khổ luận văn, mặc dù đã cố gắng tìm tòi và nghiên cứu, song do điều kiện thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, em rất mong nhận đợc sự góp ý của các Quý thầy cô và bạn bè, đồng nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội, tháng 11 năm 2005

Học viên

Trần Thu Hơng

CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về MạNG THÔNG TIN DI DộNG Và HƯớng phát triển

1.1 Các bớc phát triển mạng

Công nghệ thông tin vô tuyến, với u điểm tuyệt vời của tính không giới hạn và khả năng thông tin tại khắp nơi đã có ảnh hởng sâu sắc đến đời sống con ngời và đợc chấp nhận rộng rãi trên toàn thế giới

Các mạng di động có thể là chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói Chuyển mạch kênh có thể đợc xem nh phiên bản vô tuyến của PSTN truyền thống với ứng dụng chính là thoại Chuyển mạch gói là sự mở rộng vô tuyến tới mạng Internet và do đó thích hợp cho mạng số liệu di động Các mạng vô tuyến sử dụng giao thức Internet (IP) và có thể đợc khai thác để cung cấp các dịch vụ đa phơng tiện di động

Các mạng di động hiện nay đang phát triển theo hớng tiến lên các thế hệ

kế tiếp, hỗ trợ dung lợng hệ thống và tốc độ số liệu cao hơn một cách đáng

kể với khả năng hỗ trợ chất lợng dịch vụ (QoS) đợc tăng cờng Đồng thời, các công nghệ mạng IP vô tuyến đang thay đổi mạnh mẽ các giao thức và cấu trúc mạng vô tuyến tổng thể, vợt qua giới hạn của các mạng vô tuyến chuyển mạch kênh truyền thống Các mạng IP vô tuyến thích hợp để hỗ trợ các ứng dụng đa phơng tiện và số liệu di động Công nghệ IP khởi tạo dịch vụ Internet thành công trên toàn cầu và cung cấp mô hình kiểu mẫu cho các mạng di động, đem đến các dịch vụ Internet đa dạng cho ngời dùng di động

và cung cấp nền tảng cho việc tăng cờng các dịch vụ di động tơng lai

Các mạng vô tuyến thơng mại cung cấp các dịch vụ di động công cộng trên một phạm vi địa lý rộng cho các thuê bao di chuyển với tốc độ nhanh hoặc chậm Mạng vô tuyến thơng mại điển hình bao gồm các thành phần sau:

 Hệ thống vô tuyến hoặc Mạng truy nhập vô tuyến (RAN Radio Access Network): RAN cung cấp các tài nguyên vô tuyến cho thuê bao để truy nhập mạng lõi RAN bao gồm các trạm gốc vô tuyến, mỗi trạm phủ sóng một khu vực địa lý đợc gói là tế bào

 Mạng lõi: Mạng lõi là một mạng hữu tuyến kết nối các RAN và kết nối RAN tới các mạng khác ví dụ nh PSTN và Internet Các hệ thống vô tuyến phạm vi rộng đợc phân chia thành các thế hệ dựa trên công nghệ sử dụng và khả năng mạng có thể cung cấp

1.1.1 Các mạng vô tuyến 1G, 2G và 2.5G

Các hệ thống vô tuyến phạm vi rộng thế hệ thứ nhất (1G) đã đợc đa vào ứng dụng thơng mại từ thập niên 80, sử dụng công nghệ vô tuyến tơng tự và các công nghệ mạng và truyền dẫn chuyển mạch kênh Các dịch vụ di động chính đợc cung cấp bởi hệ thống vô tuyến 1G là các dịch vụ thoại chuyển mạch kênh Có ba tiêu chuẩn hệ thống 1G:

 Các hệ thống di động tiên tiến (AMPS) tại Bắc Mỹ

 Các dịch vụ thông tin truy nhập tổng thể (TACS) tại Anh Có rất nhiều loại TACS, bao gồm ETACS, JTACS và NTACS

 Điện thoại di động Bắc Âu (NMT) tại Bắc Âu

Các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ nhất thiếu khả năng hỗ trợ chuyển vùng giữa các nhà khai thác mạng khác nhau Ví dụ, AMPS chỉ định nghĩa giao diện vô tuyến giữa thiết bị đầu cuối di động và các trạm gốc vô tuyến Do đó, mỗi nhà khai thác mạng sẽ vận hành hệ thống mạng lõi tơng ứng của mình Việc chuyển vùng tự động giữa mạng AMPS của các nhà khai thác khác nhau

là không khả thi Khi chuyển vùng sang mạng AMPS của nhà khai thác khác, ngời dùng phải đăng ký bằng tay bằng cách gọi điện cho nhân viên tổng đài

để yêu cầu đăng ký Ngoài ra, các tiêu chuẩn 1G không tơng thích đợc sử dụng ở các quốc gia khác nhau càng làm cho việc chuyển vùng từ nớc này sang nớc khác là không thể làm đợc

Các mạng vô tuyến thế hệ thứ 2 (2G) bắt đầu xuất hiện từ đầu những năm

1990 Chúng có những cải tiến đáng kể so với các mạng vô tuyến 1G:

• Các công nghệ truyền dẫn và xử lý tín hiệu số đã đợc sử dụng thay cho các công nghệ xử lý tín hiệu tơng tự dùng trong các hệ thống 1G Công nghệ số tăng cờng dung lợng hệ thống vô tuyến và nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần số, tăng cờng chất lợng thoại và giảm công suất tiêu thụ nguồn của các đầu cuối di động

• Các tiêu chuẩn cho mạng lõi đợc giới thiệu để hỗ trợ chuyển vùng giữa các mạng của các nhà khai thác khác nhau và giữa các quốc gia với nhau

• Bổ sung thêm vào các dịch vụ thoại chuyển mạch kênh, các mạng vô tuyến 2G đã mang đến làn sóng đầu tiên về dịch vụ Internet di động và

số liệu di động mà sau này đợc hởng ứng mạnh mẽ bởi ngời sử dụng

Các tiêu chuẩn 2G đợc phát triển và sử dụng trên toàn thế giới:

• Tại Bắc Mỹ: Hai tiêu chuẩn 2G chính đợc đa ra trong những năm 1990:

- IS-136 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

- IS-95 cho các hệ thống Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) CDMA sử dụng công nghệ trải phổ Lu lợng của một ngời dùng không đợc truyền qua một kênh tần số đơn mà đợc trải rộng trên băng tần số

Khi IS-136 và IS-95 thay thế AMPS ở phần mạng vô tuyến, một tiêu chuẩn mới IS-41 cho các mạng lõi 2G đã đợc giới thiệu để hỗ trợ chuyển vùng giữa các nhà khai thác mạng khác nhau Hiện nay, IS-136 đợc sử dụng chủ yếu tại

Mỹ IS-95 đợc sử dụng chủ yếu tại Mỹ và Hàn Quốc Cho đến cuối năm

2001, IS 136 và IS- -95 đang hỗ trợ khoảng 200 triệu thuê bao

• Tại Châu Âu: Các quốc gia Châu Âu quyết định cùng tham gia phát triển bộ tiêu chuẩn cho hệ thống vô tuyến 2G và mạng lõi 2G để thay thế các hệ thống vô tuyến 1G đã đợc sử dụng tại Châu Âu Kết quả là GSM (Global System for Mobile communications) ra đời GSM hoạt

động ở băng tần 900Mhz và 1800Mhz ở Châu Âu và băng tần 800Mhz

và 1900Mhz tại Mỹ

GSM cho phép ngời dùng chuyển vùng giữa các nhà cung cấp mạng di

động khác nhau và thậm chí giữa các quốc gia với nhau Ngời dùng GSM có thể sử dụng cùng một điện thoại di động khi thay đổi nhà cung cấp mạng Ngoài các dịch vụ thoại chuyển mạch kênh, GSM cung cấp một kênh đối xứng chuyển mạch kênh 9.6 Kbps cho kết nối dữ liệu để thuê bao di động truy nhập Internet

Các dịch vụ GSM đợc đa ra lần đầu vào năm 1991 tại Phần Lan GSM nhanh chóng thành công rực rỡ trên toàn Châu Âu và trở thành tiêu chuẩn mạng vô tuyến 2G đợc sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Quý 4 năm 2004, tổng số thuê bao GSM toàn cầu đã đạt tới 1.3 tỷ và dự tính đến cuối năm 2005,

số thuê bao GSM sẽ đạt 1.6 tỷ

• Tại Nhật Bản: Nhà khai thác mạng di động NTT DoCoMo đã phát triển

hệ thống vô tuyến 2G của riêng mình – mạng tổ ong số cá nhân Personal Digital Cellular (PDC) PDC hỗ trợ cả hai dịch vụ thoại và dữ liệu bằng chuyển mạch kênh qua kênh vô tuyến 9,6 Kbps Tính đến cuối năm 2001, các mạng PDC của NTT DoCoMo đã phục vụ đợc 50 triệu thuê bao

Vì yêu cầu về các dịch vụ dữ liệu ngày càng phát triển, các mạng di động 2G đợc nâng cấp lên thành 2,5G nhằm đáp ứng yêu cầu ấy Các mạng vô tuyến 2,5G tăng cờng đáng kể khả năng hệ thống vô tuyến và tốc độ dữ liệu trên một ngời dùng cao hơn hệ thống 2G, nhng vẫn không đạt đợc tất cả

những khả năng hứa hẹn nh hệ thống 3G Một cách chi tiết, GSM đã đợc phát triển theo các mạng 2,5G sau:

• Dịch vụ vô tuyến gói chung General Packet Radio Services (GPRS): GPRS cung cấp mạng lõi chuyển mạch gói nh là một mở rộng cho các mạng lõi GSM để cung cấp các dịch vụ gói tốt hơn trên các hệ thống vô tuyến GSM

• GSM cải tiến tốc độ dữ liệu tăng cờng Enhanced Data Rates for Global GSM Evolution (EDGE): EDGE cung cấp các kỹ thuật mã hoá kênh và

điều chế tiên tiến để tăng cờng tốc độ dữ liệu của hệ thống vô tuyến GSM Nó có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến 384 Kbps Với tốc độ dữ liệu đó, EDGE cũng thờng đợc xét nh là một hệ thống 3G

• Hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu, thoại và đa phơng tiện dựa trên nền IP: các hệ thống 3G đợc thiết kế hỗ trợ một dải rộng các dịch vụ di

động dựa trên nền IP hơn là các hệ thống 2G Mục tiêu là đạt đợc

sự tích hợp gần gũi giữa các mạng 3G và Internet để các thuê bao di dộng có thể truy cập các tài nguyên và ứng dụng rộng lớn trên Internet

• Nâng cao các hỗ trợ QoS: các hệ thống 3G nhắm tới việc cung cấp các hỗ trợ QoS hơn hệ thống 2G Các hệ thống 3G đợc thiết kế để

hỗ trợ đa lớp dịch vụ, bao gồm: thoại thời gian thực, dữ liệu effort, streamming video và video thời gian không thực

best-• Cải tiến tính hoạt đông tơng thích: một mục tiêu quan trọng của các

o Các mạng lõi 3G sẽ phát triển các nền tảng mạng lõi GSM để

hỗ trợ các dịch vụ di động dạng chuyển mạch kênh và phát triển các nền tảng mạng lõi GPRS để hỗ trợ các dịch vụ dạng chuyển mạch gói

o Các công nghệ truy nhâp vô tuyến 3G sẽ dựa trên Mạng Truy Nhập Vô tuyến Mặt đất chung Universal Terrestrial Radio Access Networks UTRANs mà sử dụng các công nghệ vô tuyến CDMA băng rộng Wideband-CDMA WCDMA

• Dự án đối tác 2 thế hệ thứ 3 Third-Generation Partnership Project 2 (3GPP2): 3GPP2 hớng tới việc đa ra các chuẩn có thể ứng toàn cầu cho hệ thống di động thế hệ thứ 3 dựa trên việc phát triển các mạng lõi IS- : 41

o Các mạng lõi 3G sẽ phát triển các mạng lõi IS-41 để hỗ trợ các dịch vụ dạng chuyển mạch kênh và định nghĩa ra kiến trúc

mạng lõi gói mới nhằm nâng cao các khả năng đợc cung cấp bới mạng lõi IS-45 để hỗ trợ các dịch vụ nền IP

o Các công nghệ truy nhập vô tuyến sẽ dựa trên các công nghệ vô tuyến của mạng cdma2000

Mặc dù cách tiếp cận của 3GPP và 3GPP2 khác nhau nhng cùng chia sẻ các nguyên tắc cơ bản sau:

o Các mạng lõi 3G sẽ dựa trên công nghệ IP

o Sự chuyển từ mạng vô tuyến sang mạng di dộng hoàn toàn dựa trên IP là một bớc cải tiến và sự cải tiến ấy bắt đầu từ các mạng lõi

Uỷ ban nhiệm vụ kỹ thuật Internet (Internet Engineering Task Force IETF)

đã và đang phát triển các giao thức dựa trên nền IP cho mạng di động Các giao thức này đợc thiết kế hoạt động trên bất kỳ hệ thống vô tuyến nào

Diễn đàn Internet không dây di động (Mobile Wireless Internet Forum MWIF) thành lập vào tháng 1 năm 2000, là một trong những diễn đàn công nghiệp đầu tiên theo đuổi việc phát triển và đẩy mạnh một kiến trúc mạng vô tuyến toàn IP độc lập của các công nghệ truy nhập vô tuyến Vào năm 2002, MWIF hợp nhất với Liên minh di động mở (Open Mobile Alliance OMA), một tổ chức toàn cầu phát triển các chuẩn và đặc tả mở cho dịch vụ và ứng dụng di động

Sự phát triển của các chuẩn cho mạng vô tuyến diện rộng công cộng đợc minh hoạ trong hình 1.1 Sự phát triển của các công nghệ cho mạng vô tuyến diện rộng công cộng đợc minh hoạ trong hình 1.2

Hình 1 Sự phát triển của các chuẩn hệ thống vô tuyến diện r1 ộng

Hình 1 Sự phát triển của các công nghệ mạng từ 1G tới 3G2

Các con đờng khác nhau của các tổ chức chuẩn hoá và diễn đàn công nghiệp trong việc chuyển từ mạng vô tuyến thế hệ thứ 2 sang thế hệ thứ 3

đang hội tụ tới một đích chung – các mạng vô tuyến nền IP với các đặc điểm sau:

• Mạng lõi sẽ dựa trên công nghệ IP

• Một mạng lõi IP chung sẽ hỗ trợ nhiều kiểu mạng truy nhập vô tuyến

• Một giải rộng của dịch vụ di động nh thoại, dữ liệu và đa phơng tiện sẽ đợc cung cấp qua các công nghệ IP

• Các giao thức nền IP sẽ đợc sử dụng để hỗ trợ tính di động giữa các hệ thống vô tuyến khác nhau

• Các mạng truy nhập vô tuyến toàn IP sẽ ngày càng phát triển Mạng truy nhập vô tuyến toàn IP đầu tiên đợc biết đến trong các mạng vô tuyến công cộng là mạng WLAN

Hình 1 3 Mạng IP vô tuyến hỗ trợ các công nghệ vô tuyến khác nhau

1.2 Sự phát triển của các dịch vụ di động

Các dịch vụ chi phối trong mạng vô tuyến diện rộng công cộng trớc đây là dịch vụ thoại di động chuyển mạch kênh Ngày nay, phần lớn thu nhập của rất nhiều nhà khai thác mạng di động vẫn là từ các dịch vụ thoại

Tuy nhiên, một dịch chuyển cơ bản đã diễn ra nhanh chóng trên toàn cầu kể

từ khi mạng di động 2G ra đời Sự phát triển ngoạn mục của mạng di động 2G trong hơn 10 năm qua đã khiến các dịch vụ thoại di động đạt đến bão hoà tại

nhiều vùng trên thế giới Ví dụ, tỷ lệ các dịch vụ thoại di động (số thuê bao/ số dân) đã đạt cao hơn 70% tại rất nhiều nớc Tây Âu và Châu Á

Các dịch vụ dữ liệu và đa phơng tiện đã trở thành yếu tố chính trong việc phát triển tơng lai của các dịch vụ di động trên toàn cầu, và phát triển nhanh hơn các dịch vụ thoại rất nhiều Các dịch vụ đó đợc hoàn thiện một cách

đáng kể, phát triển rất nhanh từ dịch vụ tin nhắn ký tự đến các dịch vụ Internet

di động tốc độ thấp dựa trên các công nghệ độc quyền, rồi tới các dịch vụ Internet di động dựa trên các giao thức Internet chuẩn & mở và các dịch vụ Internet đa phơng tiện tốc độ cao Có thể nói, các dịch vụ dữ liệu và đa phơng tiện đang dần trở nên các dịch vụ di động chủ chốt trong tơng lại gần

1.2.1 Các dịch vụ dữ liệu di động thế hệ đầu tiên: Tin nhắn ký tự

Dịch vụ dữ liệu di động đầu tiên thành công toàn diện là SMS (Short Message Service) Đợc giới thiệu lần đầu ở các mạng GSM Châu Âu, SMS cho phép ngời dùng di động gửi và nhận tức thời các tin nhắn (tối đa 160 ký tự)

Việc hỗ trợ SMS không đòi hỏi một mạng lõi chuyển mạch gói Thay vì thế, các tin nhắn SMS đợc chuyển đi bằng giao thức báo hiệu Mobile Application Part (MAP) với thiết kế ban đầu nhằm hỗ trợ tính di động trong mạng GSM

Nó đã cho phép các dịch vụ SMS đợc cung cấp thông qua mạng chuyển mạch kênh 2G GSM từ lâu trớc khi khái niệm mạng lõi chuyển mạch gói

đợc đa vào trong mạng không dây

Các dịch vụ SMS phát triển rất nhanh trớc tiên ở Châu Âu và ngày nay

đang bùng nổ trên toàn thế giới Ví dụ trong Hình 1.4 chỉ ra sự tăng trởng của thuê bao SMS tại Liên Hiệp Anh từ năm 1998 đến tháng 6 năm 2003

Hình 1 4 Sự tăng trởng của dịch vụ SMS tại Liên Hiệp Anh

Ta có thể thấy với việc cung cấp dịch vụ dữ liệu có giá trị cao cho ngời dùng, SMS đã tạo cho họ thói quen và cảm giác tiện dụng cũng nh giúp họ hiểu rõ gía trị của các dịch vụ ấy Nó đã mở đờng cho ngời dùng đến với các dịch vụ dữ liêu tiên tiến khác

1.2.2 Các dịch vụ dữ liệu di động thế hệ thứ hai: Dịch vụ Internet di động tốc độ thấp

Các dịch vụ Internet di động dựa trên nền thông tin và tơng tác xuất hiện nh làn sóng thứ hai của việc truyền bá rộng rãi các dịch vụ dữ liệu di động Một ví dụ thành công của các ứng dụng ấy là i Mode, đợc triển khai bởi NTT -DoCoMo qua hệ thống vô tuyến PDC tại Nhật Bản vào tháng 2 năm 1999 Các dịch vụ của i-Mode bao gồm:

• Gửi nhận email và tin nhắn

• Các giao dịch thơng mại nh ngân hàng, đặt vé, yêu cầu cớc thẻ tín dụng và mua bán cổ phần

• Dịch vụ th mục nh từ điển, hớng dẫn nhà hàng và danh ba

điện thoại

• Thông tin hàng ngày nh điểm tin, tin thời tiết, đờng xá và giao thông

• Giải trí nh Karaoke, chơi game qua mạng, tử vi…

Các dịch vụ i Mode đã phát triển rất nhanh và ổn định kể từ ngay ra mắt Hình 1.5 minh hoạ sự tăng trởng của số thuê bao i Mode trong khoảng thời -gian 3 năm từ 2001-2003 (nguồn NTT DoCoMo) Tính đến mùa hè năm 2003,

-số thuê bao đã đạt đợc 38 triệu

i-Mode là một cột mốc quan trọng trong sự phát triển của dịch vụ di động

Nó là sự thành công lớn đầu tiên trong việc mang các dịch vụ nền Internet đến với số đông thuê bao di động Nó cũng chứng tỏ đợc giá trị và tiềm năng của Internet di động cho toàn thế giới Tuy nhiên ngày nay các dịch vụ i-Mode cũng đang gặp phải hai giới hạn lớn:

• Tốc độ dữ liệu thấp của mạng vô tuyến PDC

• Các ngời sử dụng i-Mode tin vào các giao thức độc quyền phát triển bởi NTT DoCoMo hơn là các giao thức nền IP chuẩn để truy cập các dịch vụ i-Mode

Hình 1 5 Sự tăng trởng của thuê bao i-Mode

Ngày nay, các mạng vô tuyến 2,5G và tiền 3G cho phép các ngời dùng di

động truy nhập Internet thông qua các giao thức nền IP chuẩn với tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều so với hệ thống vô tuyến 2G

1.2.3 Các dịch vụ dữ liệu di động hiện tại: Dịch vụ Internet di động đa phơng tiện tốc độ cao

Việc nâng cao khả năng hệ thống và tốc độ dữ liệu cũng nh sự tích hợp ngày càng gần gũi giữa 2G và 3G với Internet đang mở ra nhiều cách thức giao tiếp mới cho con ngời Mọi ngời giờ đây không chỉ nói chuyện qua

điện thoại di động hay gửi tin nhắn nữa mà còn sử dụng máy điện thoại để chụp ảnh, ghi lại các đoạn phim và gửi chúng cho ngời khác, sử dụng các dịch vụ dựa trên vị trí và chơi các trò chơi tinh xảo thời gian thực với nhũng ngời chơi ở máy khác

Các dịch vụ tiên tiến về dữ liệu và đa phơng tiện ấy có thể liệt kê chi tiết nh sau:

 Điện thoại tích hợp máy ảnh: điện thoại di động tích hợp máy ảnh cho phép ngời dùng chụp ảnh tĩnh, ghi các đoạn phim ngắn có âm thanh

và gửi các bức ảnh và phim ấy nh là tin nhắn đa phơng tiện cho ngời dùng khác

 Dịch vụ tin nhắn đa phơng tiện Multimedia Messaging Services MMS: gửi và nhận các tin nhắn với nội dung đa phơng tiện (dữ liệu, tiếng nói, ảnh tĩnh, phim…)

 Trò chơi trên mạng: ngời dùng có thể tải các trò chơi về thiết bị cầm tay và chơi một cách cục bộ hoặc có thể chơi thời gian thực với ngời dùng ở máy khác

 Các dịch vụ dựa trên vị trí: ngời dùng sử dụng các thiết bị di động để nhận các dịch vụ chỉ dẫn thời gian thực, bản đồ địa phơng, thông tin

về một địa điểm quan tâm (nhà hàng, địa danh du lịch, rạp chiếu phim, nhà ga, khu mua sắm, bệnh viện hay các cửa hàng sửa xe)

 Streaming video: ngời dùng sử dụng các thiết bị di động để xem các phim thời gian thực và phi thực

 Các hệ thống thông tin xe cộ: ngời dùng di chuyển bằng các phơng tiện giao thông (nh ô tô, tàu hoả, tàu thuỷ, máy bay…) có thể truy nhập Internet hoặc mạng doanh nghiệp của họ tơng tự nh đang ở văn phòng hay ở nhà Họ có thể duyệt Internet, truy nhập mạng làm việc, tải và chơi trò chơi, lấy các thông tin hớng dẫn du lịch, tra cứu thông tin về đờng xá và giao thông hiện tại

Rất nhiều các dịch vụ mô tả ở trên đã sẵn sàng trên mạng vô tuyến 2,5G và tiền 3G, nó đang thay đổi cách thức con ngời giao tiếp với nhau Chẳng hạn, máy điện thoại chụp hình rất hữu dụng và đợc chấp nhận bởi số đông ngời dùng trên thế giới

Điện thoại chụp hình thơng mại đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 2003, và

kể từ đó đã tăng trởng vô cùng mạnh mẽ Ngày nay, điện thoại chụp hình tăng trởng ngày càng nhanh chóng trong mọi mặt: màn hình hiển thị rộng hơn, độ phân giải ảnh cao hơn và các ứng dụng xử lý ảnh và phim ngày càng phong phú Mặc dù tính năng ngày càng tăng nh vậy, giá điện thoại chụp hình vẫn giảm rõ rệt do sự cạnh tranh mạnh mẽ từ các nhà sản xuất nhằm chiếm đợc thị trờng Tính năng tăng, giá thành hạ cùng với tốc độ dữ liệu cao của mạng 2,5G và 3G khiến điện thoại chụp hình ngày càng hữu dụng và

dễ chấp nhận với ngời dùng, từ đó làm thị trờng này càng phát triển

Sự bành trớng của điện thoại chụp hình không chỉ thay đổi cách thức con ngời giao tiếp mà còn thay đổi hoà hợp của các dịch vụ di động với bản chất lu lợng mạng sinh ra bới các dịch vụ ấy Cụ thể hơn, điện thoại chụp hình giúp lu lơng đa phơng tiện trên mạng tăng lên một cách rõ rệt

Sự phát triển các dịch vụ di động đợc minh hoạ trong hình 1.6

Hình 1 6 Sự phát triển các dịch vụ di động

1.3 Động lực thúc đẩy sự phát triển các mạng di động thế hệ kế tiếp

Mạng vô tuyến ngày nay đang dần chuyển sang mạng di động nền IP Một câu hỏi đặt ra là liệu hớng đi toàn cầu chuyển về mạng vô tuyến nền IP là một hiệu ứng nhất thời hay định hớng lâu dài? Một vài lý do cơ bản chỉ ra mạng vô tuyến nền IP mang lại nhiều hứa hẹn trong tơng lai hơn là mạng vô tuyến chuyển mạch kênh

Các mạng vô tuyến nền IP phù hợp hơn trong việc hỗ trợ sự tăng trởng mạnh mẽ của các dịch vụ dữ liệu và đa phơng tiện Vì các dịch vụ

dữ liệu và đa phơng tiện tiếp tục phát triển nhanh hơn với các dịch vụ thoại di

động, chúng sẽ thay thế dịch vụ thoại để trở thành dịch vụ chủ chốt trong tơng lại Trớc tiên, ta sẽ thấy lu lợng dữ liệu sẽ sớm vợt lên lu lợng thoại Hơn nữa, do các dịch vụ dữ liệu di động ngày càng quan trọng với ngời tiêu dùng, lợi nhuận của các nhà khai thácmạng thu đợc từ các dịch vụ ấy sẽ vợt qua lợi nhuận thu từ dịch vụ thoại

Hình 1.7 minh hoạ ớc đoán của Analysis Research Limited về Doanh thu trung bình trên một thuê bao (Average Revenue Per User ARPU) cho các dịch

vụ thoại và phi thoại tại Châu Âu trong giai đoạn 2000-2007 Nó chỉ ra các dịch vụ đi động phi thoại sẽ tăng trởng nhanh và bền vững trong vài năm tới, chiếm hơn 35% doanh thu các dịch vụ di động vào năm 2007 Tại Mỹ, tỷ lệ sử dụng các dịch vụ Internet di động thậm chí đợc mong đợi cao hơn Tây Âu

Hình 1 7.Sự phát triển các dịch vụ di động

Hình 1.8 chỉ ra sự tăng trởng của các dịch vụ di động dự kiến bởi Diễn

Đàn Hệ Thống Viễn Thông Di Động Toàn Cầu Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Forum Ta có thể thấy các dịch vụ di

động phi thoại đợc dự kiến phát triển thậm chí còn hơn dự kiến của Tây Âu

Các mạng vô tuyến nền IP mang mô hình dịch vụ Internet thành công

đến cho các nhà cung cấp mạng di động và ngời dùng Tuy nhiên, yếu tố

quan trọng nhất ảnh hởng đến sự thành công của bất kỳ mạng vô tuyến tơng lai nào là việc cung cấp các dịch vụ có giá trị và dễ đợc chấp nhận bởi số

đông ngời dùng hay không Các công nghệ IP cung cấp một hạ tầng mở đã

đợc thử thách và có tính thành công toàn cầu, khuyến khích sự đổi mới của dịch vụ mạng cũng nh thuận tiện cho việc sáng tạo và đa ra các dịch vụ

Hình 1 8 Sự tăng trởng của các dịch vụ thoại và phi thoại

Một lý do quan trọng cho sự thành công của Internet là nó cho phép mọi ngời có thể tạo ra và đa các dịch vụ lên mạng mọi nơi mọi lúc nh là họ

đang có máy tính cá nhân kết nối Internet Cái viễn cảnh ấy dẫn tới việc phát triển nhanh chóng và đa dạng của các nội dung thông tin, ứng dụng và dịch vụ trên mạng Internet Nó khác hẳn với mạng PSTN hay mạng di động chuyển mạch kênh, nơi mà chỉ có các nhà khai thác mạng và đối tác của họ hay nhà cung cấp mới có thể tạo và đa các dịch vụ ấy ra đợc Một mạng vô tuyến nền IP sẽ mang đến các dịch vụ tiên tiến đầy tiềm năng của mạng Internet cho mạng vô tuyến tơng lai

Các mạng vô tuyến nền IP có thể tích hợp đồng nhất với mạng Internet Các hệ thống vô tuyến cần đợc kết nối vào Internet để cho phép ngời dùng di động truy nhập thông tin, ứng dụng và các dịch vụ khả dụng trên mạng Internet Việc kết nối Internet của mạng vô tuyến nền IP dễ dàng và hiệu quả hơn nhiều so với mạng vô tuyến chuyển mạch kênh

Rất nhiều các nhà khai thác mạng di động cũng là nhà khai thác mạng hữu tuyến Họ đã xây dựng sẵn mạng lõi IP để hỗ trợ các dịch vụ IP hữu tuyến hay

là mạng backbone để chuyển các lu lợng thoại chuyển mạch kênh Các nhà khai thác mạng di động có thể nâng cấp các mạng lõi IP có sẵn để hỗ trợ mạng truy nhập vô tuyến và cung cấp dịch vụ cho ngời dùng di động

Các hệ thống truy nhập vô tuyến nền IP nh IEEE 802.11 WLAN đang trở nên một thành phần quan trọng của mạng vô tuyến công cộng

WLAN sử dụng IP nh giao thức lớp mạng để hỗ trợ ứng dụng ngời dùng, vốn đợc hỗ trợ tốt nhất bởi mạng lõi nền IP hơn là mạng lõi chuyển mạch kênh

Các mạng WLANs công cộng có thể trở thành các "pico-cells" nhằm cung cấp khả năng hệ thống và tốc độ dữ liệu cao để hớng tới các địa hình địa lý khách nhau Trớc khi mạng WLAN công cộng xuất hiện, pico-cells trong mạng vô tuyến công cộng đợc xây dựng trên công nghệ vô tuyến tế bào Một pico-cell nh vậy sẽ bao phủ một khu vực nhỏ Tơng tự nhu vậy, một trạm thu phát gốc có thể sử dụng các anten thông minh thực hiện chức năng pico-cell bằng cách chỉnh các chùm sóng vô tuyến để bao phủ một khu vực địa lý nhỏ Việc thực hiện số lợng lợn các pico cell ấy thờng rất đắt - - đấy cũng là

lý do chính khiến pico cell ngày nay không đợc sử dụng nhiều Các mạng WLAN công cộng đa ra một cách thức mới cung cấp các tính năng nh pico-cell với giá thành thấp hơn rất nhiều

-Các công nghệ IP cung cấp một giải pháp tốt hơn cho các công nghệ vô tuyến trở nên trong suốt với ngời dùng Các công nghệ vô tuyến khác nhau

sẽ tiếp tục cùng tồn tại trong mạng vô tuyến công cộng Các công nghệ ấy bao gồm không chỉ các công nghệ vô tuyến diện rông khác nhau màn còn là các mạng WLAN công cộng nền IP đang ngày càng phát triển Một công nghệ vô tuyến (WLAN công cộng chẳng hạn) có thể đáp ứng đợc các yêu cầu về truyền thông mà các công nghệ khác (ví dụ: các hệ thống vô tuyến tế bào) có thể không thoả mãn đợc Vì thế, ngời ta hy vọng rằng các hệ thống vô tuyến không đồng nhất có thể cùng tồn tại với nhau

Các ngời dùng di động thờng không muốn gặp phiền toán với các đặc tả chi tiết của từng công nghệ vô tuyến Họ chỉ quan tâm tới các dịch vụ nhận

đợc chứ không phải là công nghệ Họ muốn công nghệ với trong suốt với chính mình

Vì thế, một yêu cầu lâu dài là liên kết các hệ thống vô tuyến sử dụng các công nghệ vô tuyến khác nhau, hỗ trợ việc chuyển vùng (roaming) giữa các hệ thống vô tuyến khác nhau, cung cấp các dịch vụ di động qua qua hệ thống ấy với cùng một cách thức, hỗ trợ việc chuyển vùng toàn cầu giữa các nhà cung cấp dịch vụ và giữa các nớc Các giao thức nền IP, vốn độc lập với các công nghệ vô tuyến nền tảng, thích hợp cho mục đích trên hơn các công nghệ chuyển mạch kênh

Với IP là giao thức tầng mạng, một máy đầu cuối với nhiều giao diện vô tuyến (hoặc một giao diện vô tuyến có khả năng truy cập nhiều hệ thống vô tuyến khác nhau) có thể thực hiện đợc việc chuyển vùng Các dịch vụ và ứng dụng mạng nền IP có thể đợc cung cấp tới tất cả ngời dùng bằng cùng một cách, không quan tâm tới hệ thống vô tuyến hay thiết bị di động nào họ đang

sử dụng (nh PDA, laptop, điện thoại hay bất kỳ các thiết bị đặc chủng)

1.4 3GPP, 3GPP2 và IETF

Phần này sẽ mô tả ngắn gọn 3 tổ chức quốc tế chính trong việc định nghĩa chuẩn cho mạng IP vô tuyến: 3GPP, 3GPP2 và IETF

1.4.1 3GPP

3GPP là tổ chức hợp tác đợc thành lập vào năm 1998 nhằm đa ra các đặc tả quốc tế cho mạng vô tuyến thế hệ thứ 3 Các đặc tả của 3GPP bao gồm tất cả mạng GSM (GPRS, EDGE) và 3G

Các thành viên 3GPP đợc chia vào các hạng mục sau:

• Các đối tác tổ chức (Organizational Partners):

Các đối tác tổ chức chịu trách nhiệm trong việc đa ra các chuẩn hay

đặc tả của 3GPP Các đặc tả ấy đợc công bố nh là các đặc tả kỹ thuật 3GPP Technical Specifications và báo cáo kỹ thuật Technical Reports (TR)

• Các đối tác đại diện thị trờng Market Representation Partners

• Các thành viên riêng lẻ Individual Members

• Các quan sát viên Observers

Các đặc tả kỹ thuật và báo cáo kỹ thuật của 3GPP đợc chuẩn bị, phê chuẩn và duy trì bởi Các nhóm đặc tả kỹ thuật Technical Specification Groups TSGs Mỗi TSG có thể có các nhóm làm việc Working Groups để tập trung trên các lãnh vực kỹ thuật khác nhau trong khuôn khổ của TSG Một dự án Nhóm Điều Phối Coordination Group PCG điều phối công việc giữa các TSG khác nhau Hiện tại 3GPP có 5 nhóm TSG:

• TSG CN (Core Network)

• TSG GERAN (GSM EDGE Radio Access Network

• TSG RAN (Radio Access Network

• TSG SA (Service and System Aspects

• TSG T (Terminal)

Các đặc tả 3GPP trong các giai đoạn khác nhau đợc công bố nh là phiên bản phát hành Release Mỗi Release bao gồm một tập các đặc tả kỹ thuật và báo cáo kỹ thuật Một Release đợc gọi là bị đóng băng frozen vào một ngày

khi và chỉ khi nội dung của nó chỉ có thể bị sửa lại sau ngày ấn định đấy Ban

đầu, 3GPP lập kế hoạch chuẩn hoá mỗi năm một Release Do đó, Release đầu tiên có tên là Release 99 (frozen vào tháng 3 năm 2000) Release 99 (R99) tập trung chủ yếu vào một RAN mới dựa trên WCDMA

Nó cũng nhấn mạnh việc liên kết và tính tơng thích ngợc với GSM Do có quá nhiều sửa đổi đợc đề xuất, Release 00 (R00) đợc sắp xếp vào 2 release khác nhau là Release 4 (R4) và Release (R5) R4, frozen vào tháng 3 năm

2001, là một release thứ yếu với một vài cải tiến so với R99 Tầng giao vận IP cũng đợc đa vào trong mạng lõi R5 bị frozen vào tháng 6 năm 2002 Nó kết hợp các thay đổi lớn trong mạng lõi dựa trên các giao thức IP Cụ thể hơn, pha 1 của Hệ thống con đa phơng tiện IP IP Multimedia Subsystem (IMS)

đợc định nghĩa Thêm vào đó, giao vận IP trong UTRAN cũng đợc đặc tả Release 6 đợc frozen vào tháng 3 năm 2004 Nó tập trung vào IMS pha 2, cân đối các tính năng của IMS trong 3GPP và 3GPP2, tính tơng thích giữa UMTS và WLAN, quảng bá đa phơng tiện và multicast

1.4.2 3GPP2

3GPP2, tơng tự nh 3GPP, cũng là một hợp tác quốc tế để đa ra các chuẩn toàn cầu cho mạng vô tuyến thế hệ thứ 3 3GPP2 đợc thành lập ngay sau 3GPP khi Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ American National Standards Institute (ANSI) thất bại trong việc thuyết phục 3GPP thêm các công nghệ

"non-GSM" vào trong chuẩn 3G Các thành viên 3GPP2 cũng đợc chia vào các Đối tác tổ chức Organizational Partners và Đối tác đại diện thị trờng Market Reprentation Partners Hiện nay, 3GPP2 có 5 đối tác tổ chức là: ARIB (Nhật Bản), CWTS (Trung Quốc), TIA (Bắc Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và TTC

(Nhật Bản)

Các chuẩn đa ra bởi 3GPP2 đợc công bố nh là các đặc tả kỹ thuật 3GPP2 (3GPP2 Technical Specifications) Các TSGs chịu trách nhiệm trong

việc đa ra các đặc tả kỹ thuật ấy Một hội đồng điều phối Steering Committee điều phối các công việc giữa các TSG khác nhau

3GPP2 hiện đang có các TSGs sau:

• TSG-A (Acces Network Interface)

ra bởi IETF và nó định nghĩa các giao thức, thủ tục và điều kiên mà sẽ đợc sử dụng trong hay bởi Internet Các chuẩn Internet đợc quản lý và công bố bởi Internet dới dạng Request for Comments (RFC) RFC đợc chia thành Standards-Track và Non-Standard-Track RFC Chỉ có Standards-Track RFC

có thể trở thành chuẩn Internet Non-Standard-Track RFC đợc dùng chủ yếu

để chứng minh các thực hành mới nhất, các kinh nghiệm thí nghiệm, các thông tin khảo cứu…

Dựa trên mức độ hoàn thiện, Standard-Track RFC đợc chia thành các loại sau:

• Chuẩn đề xuất Proposed Standard

• Chuẩn phác thảo Draft Standard

• Chuẩn Internet Internet Standard

IETF hoạt động theo một cách khác hẳn các tổ chức chuẩn hoá khác nh 3GPP hay 3GPP2 IETF mở cho bất kỳ một cá nhân, nó không đòi hỏi bất kỳ t cách hội viên nào Các công việc kỹ thuật đợc thực hiện bởi các nhóm làm việc Working Groups Các nhóm làm việc đa ra các RFC Bất kỳ ai cũng có

thể tham gia trong việc thảo luận của bất kỳ nhóm làm việc nào, đóng góp các phác thảo Internet nhằm đa ra các ý tởng cho các buối thảo luận sau Các buổi thảo luận kỹ thuật trong mỗi nhóm làm việc đợc thực hiện phần lớn qua mailling list IETF tổ chức họp mặt chính thức 3 lần trong một năm

Các nhóm làm việc đợc tổ chức thành khu vực Area dựa trên các chủ đề kỹ thuật Area đợc quản lý bởi giám đốc khu vực Các giám đốc khu vực thành lập ra Nhóm Điều Phối Kỹ Thuật Internet Internet Engineering Steering Group (IESG) để điều phối các công việc tại các Area khác nhua Một Uỷ ban Kiến trúc Internet Internet Architecture Board (IAB) chịu trách nhiệm về kiến trúc Internet Hiện tại, các Area đang hoạt động bao gồm khu vực ứng dụng, khu vực chung, khu vực Internet, khu vực quản trị và điều hành, khu vực định tuyến, khu vực bảo mật, khu vực Sub IP và khu vực giao vận.-

Do hạn chế về mặt thời gian, ở phần sau của đồ án, em xin phép đi sâu tìm hiểu cấu trúc mạng đề xuất bởi 3GPP cùng với giải pháp của các hãng và phơng án triển khai tại Việt Nam

CHƯƠNG 2: CấU TRúC CáC MạNG THôNG TIN DI

Động thế hệ kế tiếp

Mạng thế hệ kế tiếp NGN dựa trên IP là giải pháp mạng tích hợp hỗ trợ

đồng thời các dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phơng tiện Điều này rất phù hợp với xu thế phát triển của mạng truyền thông Dựa trên khải niệm phân chia các lớp truy nhập, chuyển mạch (truyền tải), điều khiển và ứng dụng, NGN sẽ sử dụng mạng IP nh là mạng truyền dẫn đờng trục tại lớp truyền tải Các bớc phát triển của mạng thông tin di động theo hớng toàn IP là hoàn toàn phù hợp với xu thế NGN

Nh đã nói ở trên, phần này xin thảo luận về mạng di động dựa trên Phiên bản 5 của Tiêu chuẩn kỹ thuật 3GPP Phiên bản 5 đợc hoàn thành vào tháng

6 năm 2002 và là một phiên bản mới đồng thời cũng khá hoàn thiện tính đến thời điểm hiện tại Phiên bản này đang đợc triển khai bởi các nhà cung cấp thiết bị và áp dụng cho những hệ thống thử nghiệm và thơng mại đầu tiên

Từ phiên bản R99, 3GPP đã định nghĩa UMTS để đem đến các u điểm về dung lợng và hiệu năng cho các công nghệ GSM, GPRS, EDGE Phiên bản R4 nâng cấp phần truyền tải, giao diện vô tuyến và các tính năng đợc định nghĩa trong R99 Phiên bản R5 mở rộng các chỉ tiêu của R99 và R4, đem đến HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) nh là một sự cải tiến đáng kể,

là bớc đầu tiên để cải tiến vợt bậc hiệu năng dung lợng và thông lợng HSDPA sẽ cung cấp tốc độ đỉnh lý thuyết là 14.4Mbps Phiên bản 5 của 3GPP

định nghĩa một số tính năng mới cung cấp các u điểm về hiệu năng và dung lợng cho các phiên bản trớc, đồng thời tăng cờng khả năng cung cấp các dịch vụ sử dụng phơng tiện thời gian thực, thoại, văn bản, ảnh, video, v.v trong một giải pháp tích hợp Có ba tính năng chính trong Phiên bản 5, đó là HSDPA, IMS và IP UTRAN

2 1 Cấu trúc mạng

Mạng công cộng đợc quản lý bởi một nhà khai thác mạng để cung cấp các dịch vụ di động đợc xem nh là Mạng di động mặt đất công cộng (PLMN) Cấu trúc khái niệm của mạng 3GPP PLMN đợc mô tả trên hình 2.1 bao gồm một hoặc nhiều Mạng truy nhập vô tuyến (RAN) đợc kết nối với nhau thông qua mạng lõi (CN)

Một RAN cung cấp các tài nguyên vô tuyến (ví dụ nh các kênh vô tuyến, băng thông) cho ngời dùng để truy nhập mạng lõi Phiên bản 5 hiện tại hỗ trợ GSM/EDGE RAN (GERAN) và RAN mặt đất UMTS (UTRAN) 3GPP đang xây dựng chuẩn hỗ trợ các mạng truy nhập vô tuyến băng rộng (BRAN), nh IEEE 802.11

GERAN đợc chia thành các hệ thống con trạm gốc (BSS) Một BSS bao gồm một hoặc nhiều Trạm thu phát gốc (BTS) và Đài điều khiển trạm gốc (BSC) Một BTS xác định một giao diện vô tuyến Nó điều khiển xử lý thoại

và báo hiệu thông qua giao diện vô tuyến BSC điều khiển các kết nối vô tuyến hớng tới đầu cuối di động cũng nh các kết nối hữu tuyến hớng tới mạng lõi

CN Mỗi BSC có thể điều khiển một hoặc nhiều BTS

Hình 2 1 Cấu trúc mạng khái niệm của 3GPP (Phiên bản 5)

UTRAN đợc chia thành Hệ thống con mạng vô tuyến (RNS) Mỗi RNS gồm có một hoặc nhiều NodeB đợc điều khiển bởi Đài điểu khiển mạng vô tuyến (RNC) Một NodeB là một trạm gốc vô tuyến, tơng tự nh BTS trong GSM, sẽ cung cấp giao diện vô tuyến với đầu cuối di động Một RNC, tơng

tự nh BSC trong GSM, sẽ điều khiển các kết nối vô tuyến hớng tới đầu cuối

di động cũng nh các kết nối hữu tuyến hớng tới mạng lõi CN

CN có khả năng hỗ trợ các dịch vụ chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh cho các thuê bao di động Các dịch vụ này bao gồm các dịch vụ cơ bản và các dịch vụ tiên tiến Các dịch vụ chuyển mạch kênh cơ bản bao gồm chuyển mạch các cuôc gọi thoại và số liệu chuyển mạch kênh và các chức năng điều