Mô hình chuyển mạch kênh đa xử lý trong mạng lõi hệ thống thông tin di động

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Học viên thực Nguyễn Sơn Hà i LỜI CẢM ƠN Hiện thị trƣờng thông tin di động nƣớc ta bƣớc vào giai đoạn bão hòa, nhà mạng nhƣ Viettel, Mobifone, Vinaphone có cạnh tranh vô khốc liệt với nhiều chƣơng trình khuyến đƣợc đƣa để giành giật thị phần Bên cạnh sách khuyến hấp dẫn, ổn định mạng lƣới yêu cầu bắt buộc nhà mạng tạo lòng tin hài lòng cho khách hàng Để nâng cao độ an toàn mạng, đảm bảo mạng lƣới luôn hoạt động ổn định phục vụ khách hàng độ an toàn mạng lõi đóng vai trò vô quan trọng Trên sở kiến thức tích luỹ năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông trƣờng đại học Hàng hải Việt Nam sau thời gian làm việc trung tâm thông tin di động khu vực V Trung tâm quản lý điều hành mạng MobiFone với hƣớng dẫn PGS.TS Trần Xuân Việt, em tìm hiểu, nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Mô hình chuyển mạch kênh đa xử lý mạng lõi hệ thống thông tin di động” Đề tài sở lý thuyết để triển khai mô hình chuyển mạch kênh thay mô hình chuyển mạch kênh truyền thống áp dụng nhà mạng viễn thông Với mô hình khách hàng khu vực đƣợc phục vụ nhóm MSC MSC nhóm chia sẻ tài nguyên dự phòng cho đảm bảo an toàn nâng cao hiệu sử dụng thiết bị Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Trần Xuân Việt trực tiếp hƣớng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.Lịch sử phát triển mạng thông tin di động 1.2.Cấu trúc địa lý mạng 1.2.1.Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) 1.2.2.Vùng phục vụ MSC 1.2.3.Vùng định vị (LA - Location Area) 1.2.4.Cell (Tế bào hay ô) 1.3.Mô hình hệ thống thông tin di động 1.4.Các thành phần chức hệ thống 1.4.1.Trạm di động (MS - Mobile Station) 1.4.2.Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) 1.4.3.Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem) 1.4.4.Phân hệ khai thác bảo dƣỡng (OSS) CHƢƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN MẠCH KÊNH ĐA XỬ LÝ MSC 2.1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1.1.MGW cung cấp chức A-Flex/Iu-Flex 11 2.1.2.MGW quản lý giao diện A 14 2.2.Các tham số mô hình đa xử lý MSC 16 2.2.1.MSC Pool khu vực MSC Pool 16 2.2.2.RNC/BSC khu vực MSC Pool 16 2.2.3.NNSF 17 iii 2.2.4.TMSI 17 2.2.5.NRI 18 2.3.Phƣơng thức hoạt động mô hình đa xử lý MSC 24 2.3.1.Chức NNSF 24 2.3.2.Cân tải 27 2.3.3.Chuyển giao (Handover) 30 2.3.4.Cơ chế dự phòng MSC Pool 31 2.3.5.Điều khiển tìm gọi (Paging) 41 2.3.6.Cập nhật vị trí kết hợp thông qua giao diện Gs 42 2.3.7.Chuyển đổi thuê bao MSC 43 2.3.8.Cân tải MGW 47 2.3.9.Nguyên tắc tính cƣớc 48 CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI MÔ HÌNH TẠI MOBIFONE 3.1.Thiết kế mạng đa xử lý MSC 50 3.1.1.Nguyên tắc chung thiết kế 50 3.2.Các tham số thiết kế mạng 51 3.2.1.Các tham số dung lƣợng 01 MSC Pool 51 3.2.2.Tham số NRI 51 3.3.Thiết kế mạng MSC Pool trung tâm V 52 3.3.1.Dung lƣợng trung tâm V 52 3.3.2.Thiết kế cấu hình mạng 52 3.3.3.Thiết kế cấu hình mạng 54 3.4.Hoạt động thực tế mô hình đa xử lý Trung tâm V 56 3.4.1.Phƣơng thức xử lý MSC có cố 56 3.4.2.Phƣơng thức xử lý MGW có cố 58 3.5.Mô thực tế với thuê bao 60 3.5.1.Mô tình thuê bao MSC2 chuyển sang MSC3 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 iv DANH MỤC CÁC CHỮ TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Tên đầy đủ Giải thích ATM Asynchronous Transfer Mode Giao thức truyền bất đồng BICC Bearer Independent Call Control Protocol Giao thức điều khiển gọi độc lập với kênh thoại Phần tử điều khiển trạm gốc CN Base Station Controller Base Station Subsystem Application Part Core Network CN-ID Core Network Identification Thông số nhận dạng mạng lõi CS Circuit Switched BSC BSSAP GMSC HLR Phần ứng dụng hệ thống BSS Mạng lõi Chuyển mạch kênh Gateway Mobile Switching Center Cổng trung tâm chuyển mạch di động Home Location Register Thanh ghi địa thƣờng trú Số chuyển giao IN Handover Number International Mobile Subscriber Identity Intelligent Network IP Internet Protocol Giao thức Internet LAI Location Area Identity Thông số xác định vùng định vị LU Location Update M3UA MTP3 User Adaptation MAP Mobile Application Part Cập nhật vị trí Phần thích ứng ngƣời dùng mức MTP3 Phần tử ứng dụng di động MCC Mobile Country Code Mã di động quốc gia MGW Media Gateway Cổng quản lý phƣơng tiện kết nối MNC Mobile Network Code Mã mạng di động MSRN Mobile Station Roaming Number Số chuyển vùng di động MTP Message Transfer Part Phần tử truyền tin NNSF NAS Node Selection Function NRI Network Resource Identifier PRN Provide Roaming Number Chức chọn node mạng NAS Thông số nhận dạng tài nguyên mạng Cung cấp số chuyển vùng VMGW Virtual Media Gateway MGW ảo HON IMSI v Thông số xác định thuê bao quốc tế Mạng thông minh DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 3-1 Bảng 3-2 Bảng 3-3 Bảng 3-4 Bảng 3-5 Bảng 3-6 Bảng 3-7 Bảng 3-8 Tên bảng Tham số dung lƣợng MSC Tham số NRI tƣơng ứng cho MSC Tham số MSC Pool cho Trung tâm V Tham số MSC Server cho Trung tâm V Tham số MGW (Media Gateway) Tham số báo hiệu MSC server Quy hoạch tên điểm báo hiệu BSC Quy hoạch tên điểm báo hiệu RNC vi Trang 50 50 51 53 53 53 54 55 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Hình 1-1 Hình 1-2 Hình 1-3 Hình 2-1 Hình 2-2 Hình 2-3 Hình 2-4 Hình 2-5 Hình 2-2 Hình 2-7 Hình 2-8 Hình 2-9 Hình 2-10 Hình 2-11 Hình 2-12 Hình 2-13 Hình 2-14 Hình 2-15 Hình 2-16 Hình 2-17 Hình 2-18 Hình 3-1 Hình 3-2 Hình 3-3 Hình 3-4 Tên hình Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP Mô hình hệ thống thông tin di động Chức xử lý gọi MSC Mô hình tổng quan đa xử lý MSC mạng lõi thông di động MGWtin cung cấp chức the A-Flex (M3UA agent networking) MGW cung cấp chức the A-Flex MGW quản lý mạch giao diện A Khu vực MSC Pool RNC/BSC vùng MSC Pool Cân tải MSC MSC lỗi MSC Pool Nguyên lý dự phòng tập trung Nguyên lý dự phòng theo dãy Backup tin báo hiệu PRN thông qua độ ƣu tiên route Backup PRN tin báo hiệu qua điểm báo hiệu SCCP Quy trình MT recovery lần thứ hai First MT recovery flow in centralized backup mode First MT recovery flow in chain backup mode Quy trình cập nhật vị trí chế độ inter-MSC Einterface Bản tin yêu cầu giao diện MAP Bản tin trả lời giao diện MAP Mô hình thực tế Trung tâm V Trạng thái thuê bao MHPG02H Trạng thái thuê bao MHPG03H Hiển thị điện thoại khách hàng vii Trang 11 14 16 21 22 23 24 26 27 37 41 42 42 44 44 46 47 49 53 54 55 55 56 57 58 MỞ ĐẦU Mô hình thông tin di động mạng lõi (CORE NETWORK) đƣợc chia làm loại : Mô hình chuyển mạch kênh (CS) mô hình chuyển mạch gói (PS) Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) sơ đồ chuyển mạch thiết bị chuyển mạch thực truyền tin cách thiết lập kết nối chiếm tài nguyên mạng định toàn truyền tin Kết nối tạm thời, liên tục dành riêng Tạm thời đƣợc trì thời gian gọi Liên tục đƣợc cung cấp liên tục tài nguyên định (băng thông hay dung lƣợng công suất) suốt thời gian gọi Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) sơ đồ chuyển mạch thực phân chia số liệu kết nối thành gói có độ dài định chuyển mạch gói theo thông tin nơi nhận đƣợc gắn với gói PS tài nguyên mạng bị chiếm dụng có gói cần truyền Nội dung xuyên suốt luận văn nghiên cứu chi tiết mô hình chuyển mạch kênh nhƣ đƣa ứng dụng mô hình thực tế Cụ thể luận văn đƣợc chia làm chƣơng nhƣ sau: Chƣơng I đề cập tới vấn đề hệ thống thông tin di động sử dụng Chƣơng II trình bày sở lý thuyết thực nghiệm để triển khai mô hình Sau phân tích tham số nhƣ phƣơng thức hoạt động mô hình đa xử lý mạng lõi Chƣơng III trình triển khai thực tế thực mô CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển mạng thông tin di động Lịch sử mạng thông tin di động đƣợc coi năm 1992 mà chuẩn GSM giới đƣợc phát hành Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute) Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển cách mạnh mẽ, với gia tăng nhanh chóng nhà điều hành, mạng di động mới, số lƣợng thuê bao gia tăng cách chóng mặt Năm 2000 2001 đƣợc lƣu ý với việc phát hành R99 R4 Trong R4 việc lần phân tách MSC thành khối xử lý riêng biệt MSC server Media Gateway (MGW) Đây là tiền đề cho việc triển khai mô hình đa xử lý mạng lõi (Core Network) nhƣ Năm 2000, GPRS đƣợc ứng dụng Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) đƣợc vào hoạt động, số thuê bao GSM vƣợt 500 triệu Năm 2003, mạng EDGE vào hoạt động Cho đến năm 2006 số thuê bao di động lên tới số tỉ với 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động giới Theo dự đoán GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM đạt 2,5 tỉ Hình 1-1 Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP 1.2 Cấu trúc địa lý mạng Mọi mạng điện thoại cần cấu trúc định để định tuyến gọi đến tổng đài cần thiết cuối đến thuê bao bị gọi Ở mạng di động, cấu trúc quạn trọng tính lƣu thông thuê bao mạng Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) Vùng phục vụ GSM toàn vùng phục vụ kết hợp quốc gia thành viên nên máy điện thoại di động GSM mạng GSM khác sử dụng đƣợc nhiều nơi giới Phân cấp vùng phục vụ PLMN, hay nhiều vùng quốc gia tùy theo kích thƣớc vùng phục vụ Kết nối đƣờng truyền mạng di động GSM/PLMN mạng khác (cố định hay di động) mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất gọi vào hay mạng GSM/PLMN đƣợc định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center) G-MSC làm việc nhƣ tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN Vùng phục vụ MSC MSC (Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động, gọi tắt tổng đài di động) Vùng MSC phận mạng đƣợc MSC quản lý Để định tuyến gọi đến thuê bao di động Mọi thông tin để định tuyến gọi tới thuê bao di động vùng phục vụ MSC đƣợc lƣu giữ ghi định vị tạm trú VLR Một vùng mạng GSM/PLMN đƣợc chia thành hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR Vùng định vị (LA - Location Area) Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đƣợc chia thành số vùng định vị LA Vùng định vị phần vùng phục vụ MSC/VLR, mà trạm di động chuyển động tự mà không cần cập nhật thông tin vị trí cho tổng đài 3.2 Các tham số thiết kế mạng Các tham số dung lƣợng 01 MSC Pool Bảng 3-1: Tham số dung lƣợng MSC Các tham số Giá trị tối đa Giá trị khuyến nghị Số MSC Server 32 -8 Số MGW 30 16-32 Số thuê bao tối đa Pool 24,000,000 5,000,000 –15,000,000 Số thuê bao tối đa 01 MSC Server 1,500,000 500,000 -1,000,000 128 60 60,000 30,000 Số RNC kết nối với 01 MGW sử dụng kết nối ATM 50 30 Số RNC kết nối với 01 MGW sử dụng kết nối IP 128 60 Số BSC kết nối với 01 MGW sử dụng kết nối TDM 50 60 Số BSC kết nối với 01 MGW sử dụng kết nối IP 128 60 Số BSC/RNC Số lƣợng LAI/Cells Tham số NRI Bảng 3-2: Tham số NRI tƣơng ứng cho MSC Chiều dài Số lƣợng NRI/01 MSC