L ỜI CAM Đ OAN
1.4.3.4.Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR)
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:
- Nếu ME thuộc danh sách trắng (White List) thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụđã đăng ký.
AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép.
1.4.4. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS)
OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính: - Khai thác và bảo dưỡng mạng.
- Quản lý thuê bao và tính cước. - Quản lý thiết bị di động.
1.4.4.1. Khai thác
Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell,...Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để xử lý các vấn đề phát sinh ở thời điểm hiện tại, chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm.
1.4.4.2. Bảo dưỡng
Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra. Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thểđược xây dựng trên nguyên lý của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông
thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC - Operation and Maintenance Center).
1.4.4.3. Quản lý thuê bao
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao.
1.4.4.4. Quản lý thiết bị di động
Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Trong hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS.
2.1. Quá trình chuẩn hóa công nghệ 3G WCDMA UMTS
3G WCDMA UMTS được xây dựng và được chuẩn hóa qua nhiều phiên bản R99, R4, R5, R6, R7, R8, R9. Trong đó mạng lõi R99 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói). Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh. Khi này miền CS sẽđảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS. R5 phát triển hơn R4 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các Node chuyển mạch đều trên IP.
2.1.1. Kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS R99
3G WCDMA UMTS R99 là hệ tiêu chuẩn UMTS đầu tiên được thiết kế năm 1999 với với cấu trúc đáp ứng các tiêu chí: tương thích ngược với GSM, hỗ trợ truy nhập các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao và quản lý được QoS. Với phiên bản 3GPP R99, mạng lõi được tách thành 2 miền: miền chuyển mạch kênh CS dựa trên GSM và miền chuyển mạch gói PS dựa trên GPRS.
Miền CS được dùng để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như thoại,... Mạng có thể hỗ trợ các công nghệ TDM, ATM và IP. Các thực thể vật lý trong miền CS gồm các thành phần chuyển mạch như MSC/VLR, GMSC,…
Miền PS được dùng để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói như: kết nối Internet, dịch vụ video call, mobile TV. Mạng hoạt động dựa trên công nghệ IP. Các thực thể vật lý trong miền PS bao gồm: GGSN, SGSN,...
− Chức năng của các phần tử trong miền CS và PS bao gồm:
9 HLR: để quản lý thuê bao di động và thông tin vị trí của thuê bao.
9 VLR: lưu trữ tất cả các thông tin hiện tại của thuê bao di động.
9 AuC: lưu trữ các thông tin xác thực thuê bao.
9 EIR: lưu trữ thông tin IMEI của thuê bao.
9 SMSC: Trung tâm dịch vụ tin nhắn. − Mạng truy nhâp vô tuyến
Có hai loại mạng truy nhập vô tuyến có thể kết nối với mạng lõi (CN) của 3GPP R99: hệ thống BSS của GSM và RNS của UTRAN. Các mạng truy nhập vô tuyến này kết nối với mạng CN thông qua các giao diện chuẩn.
− Các giao diện chuẩn kết nối giữa CN và RAN/BSS
BSS của GSM kết nối với miền CS qua giao diện A và miền PS qua giao diện Gb. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
UTRAN kết nối với miền CS qua giao diện Iu-CS và tới miền PS qua giao diện Iu-PS.
Miền CS (Circuit-Switched Domain) cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh dựa trên tổng đài MSC, trong khi miền PS (Packet-Switched Domain) cung cấp kết nối IP giữa người sử dụng và các mạng IP.
Hình 2.1. Cấu trúc tham chiếu cơ bản của 3GPP R99
2.1.2. Kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS R4
Sự khác nhau cơ bản giữa R99 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm. Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được sử dụng.
Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng đa phương tiện (MGW: Media Gateway). MSC Server chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thểđặt xa
các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói. Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên giao thức Internet (IP). Lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP. Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP.
Hình 2.2. Kiến trúc mạng 3GPP R4
Khi cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng đa phương tiện (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM (Pulse code modulation) tiêu chuẩn để đưa đến PSTN. Như vậy, chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này. Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2kbps, thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau.
Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248. Giao thức này được ITU và IETF cộng tác phát triển, Nó có tên là điều khiển cổng đa phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ. 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức điều khiển cuộc gọi
khuyến nghị Q.1902 của ITU. Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server.
Ngoài ra, MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kểđầu tư. Để chứng minh điều này ta xét ví dụ sau: xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B. Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt. Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) đểđấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A. Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thểđược điều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng.
Với thiết kế này, HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 (SS7). Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS.
2.1.3. Kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS R5 và R6
Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện IP. Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu.
Điểm mới của R5 và R6 đưa vào một vùng mạng lõi mới để bổ sung cho các vùng CS và PS, đó là phân hệđa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) với mục tiêu tách biệt phần truyền dẫn, điều khiển cuộc gọi/phiên và các lớp dịch vụ. Phân hệ mới này cho phép mang cả thoại và số liệu qua IP trên toàn tuyến nối đến máy cầm tay. Ở IMS, miền PS được sử dụng cho cả dữ liệu và báo hiệu. Báo hiệu được cung cấp dựa trên báo hiệu SIP.
Hình 2.3. Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6
Đây là một miền mạng IP được thiết kếđể hỗ trợ các dịch vụđa phương tiện thời gian thực IP. Khi đó tiếng và số liệu không cần các giao diện riêng biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện. Tất cả lưu lượng IP Multimedia đều là gói và được truyền tải qua các Node của vùng PS như SGSN và GGSN. Kiến trúc IMS cho phép xử lý tiếng và gói một cách thống nhất trên đường truyền từ máy di động đến nơi nhận, ởđây có sự hoà nhập hoàn toàn của tiếng và số liệu, tiếng chỉ là một dạng số liệu có các yêu cầu QoS riêng. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng.
Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T- SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway).
Với UTRAN, Release 5 giới thiệu HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). HSDPA là 1 tính năng dựa trên một kênh đường xuống chia sẻ cho riêng dữ liệu cho phép tốc độ dữ liệu lên tới 14.4Mbps ởđường xuống. Nó được thiết kếđể hỗ trợ các dịch vụ yêu cầu tốc độ tức thời cao ở đường xuống và tốc độ đường lên thấp hơn (tương tự như công nghệ ADSL trong mạng cốđịnh).
Ở Release 6, IMS phase 2 được mở rộng để hỗ trợ cho việc liên kết hoạt động với các mạng chuyển mạch kênh, các mạng không có IMS và các hệ thống dựa trên CDMA của 3GPP2. Công nghệ HSUPA, cũng được biết đến với tên gọi FDD Enhanced Uplink, là một thế hệ phát triển quan trọng của giao diện vô tuyến WCDMA được giới thiệu trong Release này. Mục tiêu của tính năng này là xác định các mở rộng cho hoạt động của kênh uplink giành riêng bằng cách sử dụng một vài công nghệ để hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ như video clip, đa phương tiện, e-mail, trò chơi, video streaming và nâng cao dung lượng chung của hệ thống.
Mô hình lai ghép, chuyển đồi dần dần từ các phiên bản R99 và R4 sang R5 được thể hiện trên hình vẽ. Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch vụ khác chẳng hạn video có thểđược thực hiện qua R5 IMS.
Hình 2.4. Chuyển đổi dần từ R4 sang R5
2.2. Kiến trúc chung của hệ thống thông tin di động 3G UMTS
Theo kiến trúc chức năng, hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một có một chức năng xác định, chúng được nhóm thành các nhóm chức năng:
Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN): Thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến.
Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài.
Hình 2.5. Sơđồ tổng quát hệ thống UMTS
Hình 2.6. Sơđồ chi tiết cấu trúc mạng WCDMA
Trong các phần tử của mạng UMTS, một số phần tử về cơ bản có chức năng giống như trong hệ thống GSM. Các phần tử còn lại có chức năng như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− USIM: Module nhận dạng thuê bao UMTS, tương tự như thẻ SIM trong mạng GSM. Với mạng UMTS/GSM vẫn có thể dùng một thẻ SIM (SIM/USIM) duy nhất.
− ME: Thiết bị di động, chính là phần máy di động không kể USIM. − UE: Thiết bị người sử dụng, tương tự như MS trong mạng GSM.
− PCU: Đơn vị xử lý gói, một thành phần đặc trưng của mạng GPRS, chỉ tồn tại trong mạng UMTS tích hợp.
− Node B: Trạm gốc trong UMTS, tương tự BTS trong GSM. Node B thực hiện chức năng chuyển đổi luồng số liệu giữa hai giao diện Uu và Iub, nó cũng tham gia vào việc quản lý các tài nguyên vô tuyến.
− RNC: Bộđiều khiển mạng vô tuyến, chức năng tương tự BSC trong mạng GSM. − SGSN: Nút hỗ trợ GPRS đang phục vụ, chức năng của SGSN tương tự như
MSC/VLR nhưng cho dịch vụ gói.
− GGSN: Nút hỗ trợ GPRS cổng, chức năng tương tự GMSC nhưng cho phần chuyển mạch gói. GGSN chính là cổng giao tiếp giữa mạng UMTS với các mạng số liệu khác, điển hình là với mạng Internet qua giao diện Gi.
2.2.1. Thiết bị người sử dụng (UE)
Thiết bị người sử dụng là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. UE có thể là thiết bịđặt trong ô tô hay thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay là thiết bị phổ biến nhất. Ngoài các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến UE còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng như: micro, màn hiển thị, bàn phím,… Thiết bị người sử dụng gồm hai phần:
− Thiết bị di động (ME): là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.