Các công nghệ mạng CDMA

Các công nghệ mạng CDMA implementing in telecom network Công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access) đã ra đời như một lựa chọn thay thế cho kiến trúc tế bào GSM và góp phần vào sự tăng trưởng bùng nổ trên thị trường không dây trong thập kỷ qua. CDMA, như GSM, đã đưa ra những cải tiến không ngừng trong suốt thời kỳ này. Hiện cả hai mạng đang trong quá trình chuyển giao sang các hệ thống thế hệ 3G trên toàn cầu, cho phép nhiều dung lượng và các dịch vụ dữ liệu hơn.

Bài viết mơ tả tóm tắt khởi nguồn công nghệ CDMA đời phiên 3G CDMA2000 1X CDMA2000 1x EV-DO Một tổng quan cấu trúc mạng trình bày với giải thích chi tiết vai trò thành phần giao diện mạng việc kiểm nghiệm giao thức nhằm thay đổi theo nhu cầu mạng Bài viết kết thúc với việc thảo luận số vấn đề kỹ thuật xuất mạng CDMA số giải pháp đề xuất Công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access) đời lựa chọn thay cho kiến trúc tế bào GSM góp phần vào tăng trưởng bùng nổ thị trường không dây thập kỷ qua CDMA, GSM, đưa cải tiến không ngừng suốt thời kỳ Hiện hai mạng trình chuyển giao sang hệ thống hệ 3G toàn cầu, cho phép nhiều dung lượng dịch vụ liệu Cuộc cách mạng số tình hình phát triển Trong ngành công nghiệp truyền thông di động bắt đầu với chuyển tiếp từ công nghệ Analog hệ thứ đến kiến trúc số hệ thứ hai, châu Âu, kiến trúc GSM trở thành phổ thông, nước Mỹ, phần châu Á số nơi khác, cơng nghệ CDMA “spread-spectru Hình minh hoạ mạng CDMA2000 1X đơn giản hoá, cho thấy hai cấu trúc điện thoại (ANSI-41, xem viết tắt cuối bài) liệu Hãy tham khảo Hình để thảo luận vấn đề tiếp sau Hình 1: Cấu trúc mạng CDMA (Chú ý tất ký hiệu, khái niệm hình vẽ giải thích mục viết tắt hay thích phần viết) Trạm di động (MS - Mobile Station) Trong mạng CDMA2000 1X, trạm di động MS - máy thu phát thuê bao hay thiết bị di động mạng CDMA - hoạt động client IP di động Trạm di động tương tác với Access Network (mạng truy nhập) nhằm giành lấy tài ngun vơ tuyến thích hợp để trao đổi gói tin giám sát trạng thái tài nguyên vô tuyến bao gồm “active” (hoạt động), “stand-by” (dự phòng), “dormant” (khơng hoạt động) Nó chấp nhận gói tin đệm từ máy chủ di động (mobile host) tài ngun vơ tuyến chưa có không đủ để hỗ trợ lưu lượng mạng Nhờ vào việc cấp nguồn điện, trạm di động tự động đăng ký với HLR (Home Location Register) để: Xác thực thiết bị di động môi trường mạng truy nhập Cung cấp cho HLR vị trí thiết bị di động Cung cấp cho MSC-S (Serving Mobile Switching Centre) tập đặc tính cho phép thiết bị di động Sau đăng ký thành công với HLR, thiết bị di động sẵn sàng thực gọi liệu thoại Những gọi hai dạng CSD (circuit-switched data - liệu chuyển mạch kênh) PSD (packet-switched data - liệu chuyển mạch gói), phụ thuộc vào tương thích thân thiết bị di động (hoặc khơng tương thích) với chuẩn IS-2000 Tài liệu định nghĩa giao thức cho giao diện CDMA khác liên quan đến việc truyền gói tin có tên A1, A7, A9 A11 Các trạm di động MS phải tuân theo chuẩn IS-2000 để bắt đầu phiên liệu dạng gói tin sử dụng mạng 1xRTT1[4] Các trạm di động có khả IS-95 bị giới hạn CSD, các thiết bị đầu cuối IS-2000 tuỳ chọn PSD hay CSD Các tham số chuyển tiếp thiết bị đầu cuối thông qua liên kết không gian (AL - air link) vào mạng xác định kiểu dịch vụ yêu cầu Dữ liệu chuyển mạch kênh có tốc độ tối đa 19.2 Kbit/s thực qua kênh TDM truyền thống Dịch vụ cho phép người dùng lựa chọn điểm gán (point of attachment) vào mạng liệu có sử dụng quay số thông thường Dịch vụ liệu chuyển mạch gói có tốc độ liệu tối đa 144 Kb/s Đối với phiên liệu, phiên PPP (Point-to-Point Protocol) tạo trạm di động PDSN (Packet Data Serving Node) Việc định địa IP cho thiết bị di động cung cấp PDSN máy phục vụ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) qua HA (Home Agent)[2] RAN (Mạng truy nhập vô tuyến) RAN (Radio Access Network) điểm vào thuê bao di động cho truyền thông liệu hay thoại bao gồm: Liên kết khơng gian (air link) Tháp/ăngten vị trí phủ sóng (cell) kết nối cáp tới BTS (Um) BTS (Base Station Transceiver Subsystem) Đường truyền thông từ BTS tới BSC (Abis) BSC (Base Station Controller) PCF (Packet Control Function) Đặc biệt, RAN có số trách nhiệm tác động đến việc cung cấp dịch vụ gói tin mạng RAN phải ánh xạ đến danh tính client di động tham chiếu đến danh tính lớp liên kết sử dụng để liên lạc với PDSN, xác nhận tính hợp lệ trạm di động cho dịch vụ truy nhập trì liên kết truyền thiết lập BTS (Base Station Transceiver Subsystem) điều khiển hoạt động liên kết khơng gian (air link) có chức giao diện mạng thiết bị di động Các tài nguyên RF ấn định tần số, phân chia khu vực điều khiển nguồn truyền quản lý BTS Ngồi ra, BTS quản lý lưu lượng từ vị trí phủ sóng đến BSC (Base Station Controller) để giảm thiểu thời gian trễ hai thành phần Thông thường BTS kết nối đến BSC thông qua phương tiện không phân kênh (un-channelized) T1 hay trực tiếp cáp thiết bị vị trí Các giao thức sử dụng bên phương tiện giữ độc quyền dựa tảng HDLC (High-level Data Link Control) BSC (Base Station Controller) định tuyến thông điệp thoại liệu chuyển mạch kênh vị trí phủ sóng MSC Nó có vai trò quản lý tính di động điều khiển chi phối “hand-of Phát giải số vấn đề phổ biến mạng CDMA2000 1X Tất đặc tính khả thể mạng di động 3G đại hướng tới hệ thống phức tạp với nhiều chế độ, nút mạng, phần tử, giao diện giao thức Những vấn đề nảy sinh có nguyên từ phần cứng phần mềm Khi kết nối Internet di động trở thành phổ biến, thách thức việc trì tương tác liệu liên tục đòi hỏi giải pháp thủ tục giám sát tiềm Bây giờ, kiểm tra số vấn đề thơng thường xuất mạng CDMA2000 1X Sự cố Cài đặt Cuộc gọi Dữ liệu Gói tin Di động, Khởi tạo Đăng ký IP Di động Để đạt dịch vụ liệu gói tin, thiết bị di động thực việc đăng ký với mạng vơ tuyến giao diện A1 sau với mạng gói tin giao diện A10/A11 Thiết bị di động gửi “Origination Message” đến BS có chứa tuỳ chọn dịch vụ liệu gói tin Điều dẫn đến phân bổ kênh lưu lượng, thiết lập kết nối A10, thiết lập lớp liên kết (PPP) cho trường hợp IP di động sử dụng thiết bị đầu cuối Lưu lượng liệu người dùng qua kết nối A10 đóng gói bên khung (frame) GRE PCF đăng ký lại theo định kỳ với PDSN lựa chọn qua việc gửi thông báo yêu cầu đăng ký A11 (A11Registration Request) trước thời gian tồn kết nối A10 hết hạn Hình 2: Thiết lập gọi liệu di động CDMA2000 1X Một kịch cài đặt gọi thành công minh hoạ Hình Biểu đồ thơng báo chuẩn phác thảo loạt bước tóm tắt mục từ 1đến 12 Chú ý giảng giải bỏ qua hoạt động truyền/nhận vơ tuyến BTS, thay vào tập trung chức giao thức bắt đầu với “Origination dialogue” thiết bị di động BSC Để đăng ký dịch vụ liệu gói tin, thiết bị di động gửi “Origination Message” qua “Access Channel” (kênh truy nhập) tới BSS BS xác nhận nhận “Origination Message” trả “Base Station Ack Order” tới thiết bị di động BS xây dựng thông báo “CM Service Request” (yêu cầu dịch vụ) gửi thông báo đến MSC MSC gửi thông báo “Assignment Request” đến BSS yêu cầu phân bổ tài ngun vơ tuyến Khơng có kênh mặt đất (terrestrial) MSC BS phân bổ cho gọi liệu gói tin BS thiết bị di động thực thủ tục cài đặt tài nguyên vô tuyến PCF xác nhận khơng có kết nối A10 liên quan đến thiết bị di động chọn PDSN cho gọi liệu PCF gửi thơng báo “A11-Registration Request” (yêu cầu đăng ký A11) đến PDSN chọn “A11-Registration Request” xác nhận tính hợp lệ PDSN chấp nhận kết nối việc gửi trả lại thông báo “A11-Registration Reply” (chấp nhận nhận đăng ký) Cả hai PDSN PCF tạo biên trói buộc cho kết nối A10 Sau liên kết vô tuyến kết nối A10 cài đặt, BS gửi thông báo “Assignment Complete” (việc phân bổ, việc gán hoàn tất) đến MSC Thiết bị di động PDSN thiết lập kết nối lớp liên kết (PPP) sau thực thủ tục đăng ký MIP (Mobile IP) thông qua kết nối lớp liên kết 10 Sau hồn thành đăng ký MIP, thiết bị di động gửi nhận liệu cách đóng khung (framing) GRE qua kết nối A10 11 PCF theo định kỳ gửi thông báo “A11-Registration Request” để đăng ký cho kết nối A10 12 Cho “A11-Registration Request” hợp lệ, PDSN trả thông báo “A11- Registration Reply” Và lúc hai PDSN PCF cập nhật biên ràng buộc kết nối A10 Quá trình tương đối phức tạp nguồn gốc số vấn đề ảnh hưởng đến dịch vụ chất lượng Một kế hoạch giám sát khắt khe bao gồm việc theo dõi đồng thời giao diện A1 A10/A11 cách tốt để phát sửa lỗi cách sớm Tại ứng dụng dò vết gọi đa giao diện đặc biệt hiệu cách dò đường nhóm tất thủ tục liên quan đến hoạt động thuê bao đơn lẻ mạng CDMA, thủ tục xử lý cho nhiều giao diện Bên trình cài đặt gọi, lỗi phần tử hay bước thủ tục ngăn cản bước lại Ví dụ, giả sử MSC khơng trả lời u cầu dịch vụ “CM Service Request” (Bước Hình 2) gửi từ BSC/PCF qua giao diện A1 Điều đơi vấn đề MSC nội Nếu cản trở việc hồn tất “CM Service Request”, BSC/PCF phân bổ tài nguyên vô tuyến cho trạm di động tiếp tục ngăn ngừa thiết lập kết nối Người dùng khơng thể tìm thấy để thực gọi liệu—một dịch vụ cho đóng phí bảo hiểm Trước timer cụ thể hết hạn, PCF theo định kỳ gửi thông báo “A11- Registration Request” (Bước 11) để làm đăng ký cho kết nối A10 Để “A11- Registration Request” có hiệu lực, PDSN trả lại thông báo “A11-Registration Reply” (Bước 12) Tại lại lần nữa, vấn đề nội PDSN nguyên nhân trả lời muộn sau hay khơng Kết là, q trình thiết lập hay trì kết nối khơng thể tiếp tục Người dùng lần thực gọi liệu Trong hai trường hợp trình giao thức kết nối với giao diện A1 A10/A11 hỗ trợ để tìm vấn đề Trình ứng dụng “dò vết” gọi phân biệt khởi nguồn thơng báo phát hỏng hóc để đối phó Điều dễ dàng xác định vị trí MSC PDSN riêng thí dụ này.Khơng hiệu truyền gói tin liệu người dùng Thường xuyên mạng CDMA2000, gói tin TCP có kích thước cửa sổ nhỏ Điều có nghĩa kết nối TCP đầu cuối khơng ổn định Càng nhiều gói tin TCP mạng bị mát khơng xác nhận, kích thước cửa sổ nhỏ, kết nhiều kết nối TCP bị “đứt” phải thiết lập lại Kích thước cửa sổ TCP nhỏ chế khởi động mềm (soft-start) xây dựng bên giao thức TCP Đặc điểm vấn đề phải định rõ, điều cần thiết để giành lấy gói tin mức người dùng TCP/IP lưu thơng đường hầm (tunnel) GRE giao diện A10 Với việc ứng dụng kiểu lọc giao thức khác với mức ngày tăng độ chi tiết, có khả lập điểm gây nên rút ngắn kích thước cửa sổ gói tin TCP Các vòng lặp định tuyến gói tin người dùng mạng nòng cốt Các vòng lặp định tuyến đường hầm (tunnel router loop) lớp khác vấn đề mạng CDMA2000 làm giảm chất lượng dịch vụ cho thuê bao Vấn đề tạo cấu hình sai định tuyến PDSN Nó bị phát giành lưu lượng IP giao diện P-H (xem Hình phần 1) Để hiểu vòng lặp định tuyến đường hầm, hình dung thuê bao lướt Web (WWW) với máy tính xách tay kết nối vào máy di động CDMA2000 Các gói tin hướng tới một proxy HTTP cụ thể định tuyến (sau qua PCF) từ PDSN/FA tới HA (Home Agent)[2] Với cấu hình nội khơng đó, gói tin cho cổng 80 WWW khơng bị “de-tunnelled” HA[2] Thay vào đó, chúng gửi trở lại phía PDSN/FA Kết là, nhiều gói tin di chuyển đoạn mạng với packet ID,rất lãng phí băng thơng khơng đạt tới đích mong muốn Ngồi ra, cho bước nhảy (hop) lặp lặp lại, gói tin di chuyển nút PDSN/FA HA[2], trường “IP Time To Live” (IP TTL) giảm đơn vị Nếu gói tin bị mắc kẹt vòng lặp định tuyến, TTL cuối giảm “0” gói tin bị loại bỏ khỏi nút mạng Các gói bị “mất” phải phát lại, dẫn đến tổng chi phí việc truyền lại gói tin cách q mức làm giảm thơng lượng Như thí dụ trước đây, giải pháp để sử dụng lọc giao thức có tác dụng “bắt giữ” gói tin IP giao diện P-H Với việc duyệt từ đầu đến cuối liệu “bắt giữ” cách áp dụng mức tăng thêm dần lọc, có khả nhận gói tin theo định kỳ giải vấn đề Sự nhân đôi lưu lượng IP Các vấn đề cấu hình PDSN phát sinh nhiều kiểu đa dạng vòng lặp đường hầm Một vấn đề phổ thơng có liên quan đến địa IP lôgic PDSN với nhiều địa MAC vật lý Nếu điều xuất hiện, có nghĩa có nhiều card phần cứng có địa IP Tất lưu lượng gửi đến địa IP vào hai thực thể phần cứng khác nhận phản hồi từ hai Điều dẫn đến việc nhân đôi tổng lưu lượng IP liên quan đến địa IP đơn lẻ đoạn mạng Một lần nữa, khả lọc giao thức cần đến để xử lý cố cách hiệu Một phân tích giao thức phải “nắm giữ “các gói tin IP di chuyển đến địa đích IP cụ thể qua giao diện P-H Việc duyệt toàn liệu sử dụng lọc để thu hẹp liên tiếp truy vấn (câu hỏi), chất vấn đề (địa bị lưu, nhân đôi) điều hiển nhiên Những vấn đề định tuyến mạng nòng cốt Đơi lúc vấn đề nội bên gây cho định tuyến PDSN “offline” (ngoại tuyến) quay trở lại “online” (trực tuyến) sau chu kỳ thời gian Điều xẩy thường xuyên liên tục mạng liệu nòng cốt CDMA2000 Khi định tuyến “online”, bảng định tuyến khơng tối ưu hố Nó thời gian cho thuật tốn định tuyến OSPF (Open Shortest Path First) dựng sẵn bên để tìm đường tốt để định tuyến gói tin tuỳ thuộc vào định tuyến sẵn sàng kế bên Cho đến bảng định tuyến tối ưu, có giảm sút chất lượng dịch vụ Qua việc “bắt giữ” gói tin IP giao diện P-H với phân tích giao thức áp dụng vào lọc thông báo định tuyến OSPF, thay đổi định tuyến định thay đổi định tuyến kế bên định tuyến nhận diện cách dễ dàng Việc sử dụng khả lọc thông minh chi tiết dựa vào thông báo OSPF thông tin phần tử bên thông báo để nhận biết vấn đề định tuyến mạng IP trở thành nhiệm vụ khả thi Lời kết Cơ sở hạ tầng CDMA mở rộng chắn tạo tảng cho thâm nhập rộng rãi mạng CDMA CDMA2000 công nghệ 3G khác mang lại cho viễn thơng khả chuyển mạch gói, cộng thêm loạt dịch vụ nhiều phức tạp trình thực Những hoạt động xử lý cố đòi hỏi hiểu biết khái niệm “telecom” truyền thống có liên quan đến chuyển mạch kênh khái niệm “datacom” liên quan đến chuyển mạch gói Nhân viên điều hành bảo trì mạng phải ln cải tiến q trình họ để đối phó với thách thức xử lý cố phức tạp, từ vấn đề cấu hình sai địa IP bị nhân đôi nhiều vấn đề khác Các công cụ phân tích giao thức đóng vai trò to lớn hết để trì mạng hoạt động hiệu Những đặc tính lần theo gọi đa giao diện lọc giao thức trở thành chuẩn mực cho cơng việc bảo trì  ... tuyến mạng IP trở thành nhiệm vụ khả thi Lời kết Cơ sở hạ tầng CDMA mở rộng chắn tạo tảng cho thâm nhập rộng rãi mạng CDMA CDMA2000 công nghệ 3G khác mang lại cho viễn thơng khả chuyển mạch gói, cộng... kích thước cửa sổ gói tin TCP Các vòng lặp định tuyến gói tin người dùng mạng nòng cốt Các vòng lặp định tuyến đường hầm (tunnel router loop) lớp khác vấn đề mạng CDMA2 000 làm giảm chất lượng... diện A1 A10/A11 cách tốt để phát sửa lỗi cách sớm Tại ứng dụng dò vết gọi đa giao diện đặc biệt hiệu cách dò đường nhóm tất thủ tục liên quan đến hoạt động thuê bao đơn lẻ mạng CDMA, thủ tục xử