Giải pháp chuyển mạch mềm ứng dụng trong mạng viễn thông thế hệ sau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIẢI PHÁP CHUYỂN MẠCH MỀM ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VIỄN THỐNG THẾ HỆ SAU NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Mà SỐ:23.04.3898 NGUYỄN THU HẰNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG HÀ NỘI 2009 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn “Giải pháp chuyển mạch mềm ứng dụng mạng viễn thông hệ sau” cơng trình nghiên cứu riêng tơi, khơng chép từ tài liệu Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quốc Trung tận tình hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A 1G First Generation Thế hệ thứ 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP Third-Generation Partnership Đề án xây dựng hệ thống Project thông tin di động hệ Third-Generation Partnership Đề án xây dựng hệ thống Project thông tin di động hệ AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM AMPS Advanced Mobile Phone Hệ thống điện thoại di động Systems tiện ích AMR Adaptive Multi Rate Đáp ứng đa tốc độ APG Adjunct Processor Group API Application Programming Giao diện chương trình ứng Interface dụng APN Access Point Name Tên điểm truy nhập ATM Asynchronous Tranfer Mode Phương thức truyền không đồng 3GPP2 AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực Breakout Gateway Control Chức điều khiển cổng ngắt B BGCF Function BICC BRAN Bear Independent Call Giao thức điều khiển gọi độc Control Protocol lập vật mang Broadband Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến băng Network rộng BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc Base Transceiver System Hệ thống thu phát gốc C CAMEL Customized Applications for Mobile Enhanced Logic CAP CAMEL Application Part Phần ứng dụng CAMEL CAPEX Capital Expenditure Chi phí đầu tư CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDR Call Detail Record Báo cáo sơ lược gọi CM Connection Management Quản lý kết nối CN Core Network Mạng lõi CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra vòng dư CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call State Control Function Chức điều khiển trạng thái gọi CSE CAMEL Service Environment CS-MGW Môi trường dịch vụ CAMEL Circuit Switched Media Cổng phương tiện chuyển mạch Gateway kênh D DB Database Cấu trúc liệu DNS Domain Name System Hệ thống tên vùng DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp E EDGE Enhanced Data Rates for Tiêu chuẩn mạng thông tin di Global GSM Evolution động cho phép nâng cao tốc độ truyền liệu mạng GSM EFR Enhanced Full Rate EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Standards Institute Âu FA Foreign Agent Tác tử ngoại lai FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo F tần số FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần Access số G GERAN GSM EDGE Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến GSM Network EDGE GFA Gateway Foreign Agent Tác tử ngoại lai cổng GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GMSC Gateway Mobile Switching Trung tâm chuyển mạch di động Center cổng GMP Generic M-MGw Package GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSCF GPRS Service Control Function Chức điều khiển dịch vụ GPRS GSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS HA Home Agent Tác tử thường trú HDB Home Database Cấu trúc liệu thường trú HDR High Data Rate Tốc độ liệu cao HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSS Home Subscriber Server Bộ phục vụ thuê bao thường trú IAM Initial Address Message Bản tin địa khởi tạo IETF Internet Engineering Steering Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet H I Group IM Instant Message Bản tin tức thời IMEI International Mobile Station Số nhận dạng thiết bị trạm di Equipment Identity động quốc tế IM-MGW IP Multimedia Media Gateway Cổng đa phương tiện IP IMT-2000 International Mobile Telecommunication – 2000 Tiêu chuẩn thơng tin di động tồn cầu 2000 IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International Mobile Nhận dạng thuê bao di động Subscriber Identity quốc tế IM-SSF IP Multimedia Service Chức chuyển mạch dịch vụ Switching Function đa phương tiện IP IN Intelligent Network Mạng thông minh IP Internet Protocol Giao thức Internet IPOA IP Over ATM IP ATM IPOS IP Over SONET IP SONET IPv4 Internet Protocol version Giao thức Internet phiên IPv6 Internet Protocol version Giao thức Internet phiên ISC IMS Service Control Điều khiển dịch vụ IMS ISDN Integrated Services Digital Mạng số tổ hợp đa dịch vụ Network ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part Phần đối tượng sử dụng ISDN ITU International Telecommunication Liên đồn viễn thơng quốc tế Union IWF InterWorking Function Chức kết nối mạng LA Location Area Vùng định vị LAC L2TP Access Concentrator Bộ tập trung truy nhập L2TP Link Access Control Điều khiển truy nhập đường L truyền Location Area Code Mã vùng định vị LAI Location Area Identifier Bộ nhận dạng vùng định vị LAN Local Area Network Mạng cục Media Access Control Điều khiển truy nhập mức M MAC phương tiện truyền thông MAP Message Authentication Code Mã nhận thực tin nhắn Mobile Application Part Phần ứng dụng di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động MG Media Gateway Cổng phương tiện MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng phương tiện MGCF Media Gateway Control Function Chức điều khiển cổng phương tiện MIP Mobile IP IP di động MMD Multimedia Domain Vùng đa phương tiện MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MN Mobile Node Nút di động MNC Mobile Network Code Mã mạng di động MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multiprotocol over ATM Đa giao thức qua ATM MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MSF MultiService Switching Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ MSS MultiService Switching Systems Hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ MT Mobile Termination Kết cuối MS Mobile Terminal Đầu cuối di động NAI Network Access Identifier Bộ nhận dạng truy nhập mạng NAS Network Access Server Bộ phục vụ truy nhập mạng NAT Network Address Translator Bộ chuyển (dịch) địa mạng NGN Next Generation Network Mạng hệ sau N N-ISDN Narrowband-ISDN Mạng ISDN băng hẹp NID ID mạng Network ID Node B Node B Nút B O OPEX Operating Expenditure Chi phí vận hành Packet Control Function Chức điều khiển gói Policy Control Function Chức điều khiển sách PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói PDS Packet Data Subsystem Phân hệ liệu gói PDSN Packet Data Serving Node Nút dịch vụ liệu gói PDU Packet Data Unit Đơn vị liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng P-MIP Paging in Mobile IP Tìm gọi Mobile IP PMM Packet Mobility Management Quản lý di động gói POI Point of Interconnection Điểm kết nối POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại truyền thống PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm-điểm PS Packet Switched Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch thoại công Network cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khố chuyển pha vng góc Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến P PCF Q R RAN RANAP Radio Access Network Phần ứng dụng mạng truy nhập Application Part vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP cho ứng dụng thời gian thực RN Radio Network Mạng vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RTP Realtime Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực RTT Radio Transmission Technology Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến S SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ SCCP Signalling Connection Control Phần điều khiển kết nối báo hiệu Part SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SCS Service Capability Server Bộ phục vụ dung lượng dịch vụ S-CSCF Serving Call State Control Chức điều khiển trạng Function gọi phục vụ SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng SDU Selection and Distribution Unit Đơn vị phân phối lựa chọn Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ SG Signalling Gateway Cổng báo hiệu SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ SIM Subscriber Identity Module Cấu trúc nhận dạng thuê bao - 76 - ™ Một số khái niệm BICC: - Call Instance Code (CIC): mục đích xác nhận mối quan hệ báo hiệu thực thể BICC - Hướng thiết lập truyền tải: Forward Backward - Q trình đám phán mã hố (Codec negotiation): đàm phán mã hoá thực thể BICC thông qua tin IAM, APM - Thiết lập đường hầm BICC: giao thức điều khiển truyền tải IP vận chuyển đường hầm BICC BICC Msg MSC Server MSC Server H.248/MGCP H.248/MGCP IPBCP via Nc Tunnel IPBCP via Mc Tunnel MGW MGW IP user plane MGW MGW IP B C P B C TP MSC Server Mc IP B C P MSC Server Nc Mc B C TP H 248 H 248 B IC C B IC C H 248 H 248 S C TP S C TP S C TP S C TP S C TP S C TP IP IP IP IP IP IP Hình 3.6: Cơ chế thiết lập chuyển vận IP sử dụng đường hầm - 77 - 3.2 Những tin q trình thiết lập gọi sử dụng giao thức BICC 3.2.1 Bản tin khởi tạo địa (Initial Address Message) Bản tin gửi từ tổng đài khởi tạo gọi tới tổng đài đích nhằm phục vụ việc trao đổi, thống CIC thông tin liên quan đến định tuyến điều khiển gọi Hình 3.7: Bản tin khởi tạo địa 3.2.2 Bản tin chuyển vận ứng dụng(Application Transport Message) Bản tin APM gửi theo hướng để vận chuyển thông tin mặt ứng dụng Đây tin giao thức BICC, khơng có ISUP - 78 - Các tham số chuyển vận ứng dụng sử dụng để truyền tải thơng tin tổng đài nguồn đích liên quan đến việc khởi tạo hướng kết nối, có hay không sử dụng chế đường hầm, danh sách mã hố hỗ trợ, địa BIWF,… Hình 3.8: Bản tin chuyển vận ứng dụng - 79 - 3.2.3 Bản tin kết thúc trao đổi thông tin địa (Address Complet Message) Bản tin gửi từ phía tổng đài đích tổng đài nguồn với mục đích thơng báo tổng đài đích nhận tất thông tin địa phục vụ cho việc định tuyến gọi Hình 3.9: Bản tin kết thúc trao đổi thông tin địa 3.2.4 Bản tin trả lời (Answer Message) Bản tin ANM gửi từ phía tổng đài đích tổng đài nguồn với mục đích thơng báo gọi trả lời (thuê bao B nhấc máy), thông thường tin kèm với thơng tin tính cước - 80 - Hình 3.10: Bản tin trả lời 3.2.5 Bản tin giải phóng kết nối (Release Message) Bản tin REL gửi theo hướng, mục đích thơng báo CIC cần giải phóng (với nguyên nhân xác định) sẵn sàng để chuyển sang trạng thái “Idle” Hình 3.11: Bản tin giải phóng kết nối - 81 - Một số Cause value gọi giải phóng - normal call clearing - user busy - no user responding - user alerting, no answer - destination out of order - invalid number format (incomplete number) - normal, unspecified - switching equipment congestion - resource unavailable, unspecified - invalid mandatory information - message type non-existent or not implemented - information element non-existent or not implemented - recovery on timer expiry - protocol error, unspecified 3.2.6 Bản tin kết thúc giải phóng kết nối (Release Complet Message) Bản tin RLC gửi theo hướng, tin đáp trả REL, tin đáp trả tin Reset Circuit CIC liên quan chuyển sang trạng thái Idle Hình 3.12: Bản tin kết thúc giải phóng kết nối 3.3 Tiến trình thiếp lập gọi Trong trường hợp lớp chuyển vận sử dụng giao thức IP (trên giao diện Nb), tin IPBCP gửi trực tiếp Media Gateway - 82 - (MGW) mà phải thông qua đường hầm giao diện Mc Nc Có có chế đường hầm phục vụ cho việc chuyển vận tin IPBCP - Fast tunnel mode: tin IPBCP yêu cầu thiết lập việc chuyển vận thông tin đóng gói tin IAM BICC gửi tới MGW đầu xa - Delay tunnel mode: tin IPBCP yêu cầu thiết lập việc chuyển vận thông tin đóng gói tin APM BICC gửi tới MGW đầu xa Giao thức đường hầm phục vụ điều khiển việc chuyển vận thông tin mơ tả Q.1990, CSF thơng báo cho BCF CSF có hỗ trợ chế tạo đường hầm hay không, đường hầm fast tunnel hay delay tunnel; BCF định việc sử dụng hay không sử dụng đường hầm Cơ chế Fast Forward Bearer Setup IAM (Tunnel data) CSF CSF APM (Tunnel data) Tunnel data Tunnel data BCF Tunnel data Tunnel data BCF - 83 - Dữ liệu đường hầm bước 1/2/3 tin yêu cầu thiết lập chuyển vận thông tin MGW IPBCP; bước 4/5/6 tin respone Chi tiết nội dung tin trao đổi Flow ISUP ISN-A TSN BICC CSF-N BCF-N (x) IAM ISN-B BICC CSF-T CSF-N ISUP BCF-N (z) BCF-N(y) IAM (COT on previous), (Action=connect forward), (BNC char) IAM (Action=Connect forward) ,(BNC char) APM (Action=Connect forward, plus notification) APM (Action=Connect forward, plus notification) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (Action=Connected) APM (Action=Connected) COT ACM ACM ANM ANM COT ACM ACM ANM ANM Cơ chế Delay Forward Bearer Setup IAM CSF APM APM (Tunnel data) CSF APM (Tunnel data) Tunnel data Tunnel data BCF IAM Tunnel data Tunnel data BCF - 84 - Dữ liệu đường hầm bước 3/4/5 tin yêu cầu thiết lập chuyển vận thông tin MGW IPBCP; bước 6/7/8 tin respone Chi tiết nội dung tin trao đổi Flow ISUP ISN-A TSN BICC CSF-N BCF-N (x) IAM ISN-B BICC CSF-T CSF-N ISUP BCF-N (z) BCF-N(y) IAM (COT on previous), (Action=connect forward), (BNC char) IAM (Action=Connect forward) ,(BNC char) APM (Action=Connect forward, plus notification) APM (Action=Connect forward, plus notification) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (Action=Connected) APM (Action=Connected) COT ACM ACM ANM ANM COT ACM ACM ANM ANM Cơ chế Delay Backward Bearer Setup IAM APM (Tunnel data) CSF CSF APM (Tunnel data) Tunnel data Tunnel data BCF IAM Tunnel data Tunnel data BCF - 85 - Dữ liệu đường hầm bước 2/3/4 tin yêu cầu thiết lập chuyển vận thông tin MGW IPBCP; bước 5/6/7 tin respone Chi tiết nội dung tin trao đổi Flow đây: ISUP ISN-A CSF-N BICC BCF-N (x) IAM TSN CSF-N ISUP BCF-N (z) BCF-N(y) IAM (Action=Connect backward) ,(BNC char) ISN-B BICC CSF-T IAM (COT on previous), (Action=connect backward), (BNC char) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (tunnel data) APM (tunnel data) COT ACM ANM ACM ANM IAM COT ACM ACM ANM ANM 3.4 Tiến trình trao đổi thơng tin mã hóa Tiến trình trao đổi thơng tin mã hóa bao gồm bước bản: - Node mạng khởi tạo gọi thực khởi tạo tiến trình trao đổi thơng tin mã hóa cách: liệt kê danh sách mã hóa (bộ mã hóa xếp theo trình tự ưu tiên từ cao tới thâp ) mà có khả hỗ trợ (vd: G.711, AMR12.2,…) gửi sang Node mạng - 86 - - Node mạng chuyển vận (có tham gia tiến trình thiết lập gọi) xóa thơng tin mã hóa mà thân Node mạng khơng hỗ trợ có danh sách, gửi danh sách sang Node mạng - Node mạng đích chọn mã hóa mà dùng với mức ưu tiên cao có danh sách mà nhận được, gửi lại thông tin cho Node mạng khởi tạo gọi, Node mạng khởi tạo gọi nhận thơng tin lựa chọn mã hóa theo lựa chọn Node mạng đích, kết thúc trình trao đổi thơng tin mã hóa Flow tiến trình bên ISUP ISN-A TSN BICC CSF-N BCF-N (x) BICC CSF-T APM (Action=Selected codec), (Selected codec), (Available codec list) Bearer setup req (BNC-ID=x1) ),(BIWF addr=x) Bearer setup connect IAM (Action=Connect backward), (codec list), (COT on previous), (BNC-ID=y1), (BIWF addr=y), (BNC char) APM (Action=Selected codec), (Selected codec), (Available codec list) ANM ACM ANM ISUP IAM Bearer setup req (BNC-ID=y1) ),(BIWF addr=y) Bearer setup connect COT ACM CSF-N BCF-N (z) BCF-N(y) IAM IAM (Action=Connect backward) ), (codec list), (BNC-ID=x1) ),(BIWF addr=x), (BNC char) ISN-B ACM ANM COT ACM ANM - 87 - 3.5 Tiến trình giải phóng gọi ISUP ISN-A CSF-N GSN BICC CSF-G BCF-N (x) BICC ISN-B CSF-N ISUP BCF-N (z) BCF-G(y) REL REL RLC REL REL RLC RLC RLC Bearer release req Bearer release req Bearer release Ack Bearer release Ack Forward bearer setup Call direction Backward bearer setup - 88 - Kết luận kiến nghị Sự phát triển bùng nổ mạng Internet, nhu cầu sử dụng dịch vụ liệu chuyển mạch gói di động ngày tăng, đặc biệt dịch vụ truyền thông đa phương tiện dựa IP động lực thúc đẩy phát triển công nghệ mạng thông tin di động theo kiến trúc mới, kiến trúc phân lớp mềm dẻo linh hoạt Đối với mạng GSM, giải pháp MSS giải pháp hữu hiệu để phát triển mạng nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ chi phí đầu tư Một lần em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Quốc Trung thầy cô giáo khoa Điện tử-Viễn thông tận tình hướng dẫn em hồn thành luận văn - 89 - DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2002), “Thông tin di động”, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), “Thông tin di động 3G”, Nhà xuất bưu điện TS Đặng Đình Lâm, TS Chu Ngọc Anh, Ths Nguyễn Phi Hùng, Ths Hồng Anh (2004), “Hệ thống thơng tin di động 3G xu hướng phát triển”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Tổng công ty Viễn thông quân đội (2008), Báo cáo quy hoạch mạng tổng thể 2008, Hà Nội http://www.tapchibcvt.gov.vn Tiếng Anh Keiji Tachikawa (2001), “W-CDMA Mobile communications system” , John Wiley & Sons, Ltd Jjuh-cheng Chen, Tao Zhang (2004), “IP-Based Next-Generation Wireless Networks”, John Wiley & Sons, Inc DR Jonathan P Castro (2001), “The UMTS Network and Radio Access Technology”, John Wiley & Sons, Ltd Ericsson WCDMA System Overview, Ericsson student book 10 GSM/WCDMA M-MGw R4 Operation and Configuration, Ericsson student book 11 WCDMA MSS R4 Introduction, Ericsson student book 12 GSM MSC/MSC-S R12 Configuration, Ericsson student book 13 Ericsson MSC Server R12 Product Description 14 Ericsson MSC R12 Product Description 15 Ericsson M-MGw R4 Product Description - 90 - 16 AXE 810 Platform Description 17 3GPP, Technical Specification TS 22.105, V4.0.0, Services and Service Capabilities, December 2000 18 http://www.ericsson.com/ 19 http://www.standards.ieee.org 20 http://www.itu.int/ITU-T/ ... 1xEV-DO Max 2.4Mb/s Thế hệ (2G) Thế hệ 2,5 (2,5G) Thế hệ (3G) Hình 1.3: Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động All IP - 29 - Chương 2: GIẢI PHÁP CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG... MSS ứng dụng cho mạng di động cụ thể áp dụng cho mạng lõi chuyển mạch kênh (CNCS - Core Network Circuit Switched) - 31 - Chuyển mạch truyền thống Dịch vụ ứng dụng CHUYểN MạCH MềM Dịch vụ ứng dụng. .. Phần mềm điều khiển Phần mềm điều khiển Phần cứng Phần cứng Hỡnh 2.1: So sánh cấu trúc chuyển mạch truyền thống chuyển mạch mềm Như vậy, chuyển mạch mềm tách biệt phần cứng mạng khỏi phần mềm mạng