Hình 2-6. Cấu trúc mạng lõi UMTS
Mạng lõi (Core Network – CN) bao gồm những thực thể vật lý cung cấp chức năng như sau:
Chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi;
Quản lý thông tin người sử dụng cho thuê bao và tính lưu động; Điều khiển tính năng mạng và dịch vụ;
Cơ cấu chuyển mạch, truyền phát cho báo hiệu và thông tin.
Mạng lõi cũng cung cấp kết nối hướng tới mạng ngoài như mạng PSTN, mạng Internet và một số mạng dữ liệu hoặc thoại khác.
Để hỗ trợ cả thoại và dữ liệu trong mạng lõi, 2 vùng logic được định nghĩa:
Vùng chuyển mạch kênh: bao gồm tất cả các phần tử mạng lõi hỗ trợ kết nối chuyển mạch kênh. Nó gồm MSC, GMSC dựa trên mạng lõi GSM hiện tại.
Vùng chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các phần tử mạng lõi hỗ trợ kết nối chuyển mạch gói và được dựa trên tiến trình của chuẩn GPRS cho truyền tải gói trong mạng GSM.
Phần tử chuyển mạch kênh
Hình 2-7. Cấu trúc các phần tử chuyển mạch mạng UMTS
Mạng lõi chuyển mạch kênh dựa trên cấu trúc của MSC của GSM, bao gồm MSC và GMSC.
MSC: cung cấp giao diện giữa phần tử vô tuyến của mạng và phần tử chuyển mạch kênh của mạng lõi. MSC quản lý dịch vụ chuyển mạch kênh tới và từ UE trong vùng phục vụ bao gồm thiết lập cuộc gọi, tìm gọi, truyền tải thông tin mật mã hóa tới RAN. MSC cũng kết hợp với VLR có chức năng như một cơ sở dữ liệu vị trí cho dịch vụ chuyển mạch kênh và lưu giữ vị trí hiện thời của UE trong vùng phục vụ của MSC;
GMSC (Gateway MSC): chuyển mạch kênh tại điểm mạng UMTS được kết nối tới mạng chuyển mạch kênh bên ngoài (ví dụ, mạng PSTN). GMSC quản lý kết nối chuyển mạch kênh, bao gồm cả chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi tới MSC phục vụ.
Chức năng MSC/GMSC
Hình 2-8. Cấu trúc chức năng MSC
MSC và GMSC được phân chia một cách logic theo chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi nhưđược minh họa trên Error! Reference source not found.8: Máy chủ MSC/GMSC: cung cấp chức năng điều khiển cuộc gọi và di động của MSC/GMSC. Nó chứa phần tử VLR của MSC;
Media Gateway: thực hiện chuyển mạch của lưu lượng người sử dụng dưới sự điều khiển bởi máy chủ cuộc gọi. Trong MSC, Media Gateway giới hạn giao diện Iu-CS từ RAN và bao gồm bộ chuyển mã và xóa tiếng vọng;
Khối thích ứng tốc độ và chuyển mã chuyển đổi lưu lượng thoại (TRAU) được mã hóa để truyền dẫn trong RAN thành chuẩn lưu lượng 64kbps TDM cho chuyển mạch kênh trong MSC hay GMSC.
Máy chủ MSC/GMSC và Media Gateway tạo nên một khối chức năng hoàn chỉnh cho từng MSC hay GMSC riêng biệt.
Phần tử chuyển mạch gói SGSN và GGSN
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (Serving GPRS Support Node - SGSN) thực hiện các chức năng trong vùng chuyển mạch gói tương tự chức năng MSC thực hiện trong vùng chuyển mạch kênh. SGSN có nhiệm vụ phân phát gói dữ liệu tới UE trong vùng phụ vụ và thực hiện những chức năng sau:
- Giao thức và giao diện hội thoại giữa mạng vô tuyến - phần tử chuyển mạch gói trong mạng lõi;
- Quản lý xác định thẩm quyền và di động, bao gồm chuyển giao SGSN; - Định tuyến dữ liệu tới RNC thích hợp có yêu cầu kết nối tới UE trong vùng
phục vụ;
- Định tuyến dữ liệu tới GGSN khi có yêu cầu kết nối tới mạng ngoài.
- Chức năng đăng kí vị trí cho phép lưu trữ thông tin thuê bao và thông tin vị trí cho dịch vụ chuyển mạch gói của thuê bao đã đăng ký với SGSN.
GGSN (Gateway GPRS Support Node) cung cấp tính năng tương tự như GMSC và thực hiện hoạt động với các mạng chuyển mạch gói bên ngoài, kết nối lõi UMTS tới mạng Internet, ISP và Intranet. Chức năng GGSN bao gồm:
- Định tuyến gói dữ liệu ngoài tới SGSN phục vụ; - Báo hiệu và truyền tải dữ liệu từ mạng lõi UMTS; - Bảo mật, an ninh.
- Chức năng đăng kí vị trí của GGSN cho phép lưu trữ thuê bao và định tuyến thông tin để chuyển lưu lượng gói dữ liệu thoại tới SGSN phục vụ.
Phần tử chung – HSS và AuC
HSS (Home Subscriber Server): chứa cơ sở dữ liệu trong mạng chủ lưu trữ tất cả các thông tin cụ thể về thuê bao. Thông tin thuê bao gồm hiện trạng thuê bao và hệ
thống MSC/SGSN phục vụ hiện thời cho mỗi thuê bao, do đó thông tin đến UE có thểđược định tuyến trực tiếp.
HSS dựa trên việc nâng cấp HLR trong GSM, có khả năng điều khiển quá trình cập nhật vị trí khi một UE chuyển vùng xung quanh mạng, cập nhật vị trí phục vụ mới và yêu cầu bộ nhớ xóa bản ghi vị trí cũ.
Trung tâm nhận thực AuC có nhiệm vụ bảo mật thuê bao, giữ khóa và thuật toán mật mã hóa. AuC được kết hợp với HSS và lưu trữ khóa nhận dạng cho từng thuê bao đã đăng ký trong HSS. Khóa nhận dạng được sử dụng để đảm bảo các chức năng: Tạo ra dữ liệu được dùng để nhận thực UE và mã hóa thông tin được truyền qua đường vô tuyến giữa UE và mạng.
AuC truyền dữ liệu cần thiết để nhận thực và mã hóa/giải mã qua HSS đến bộ nhớ vị trí trong MSC và SGSN.
Giao diện CN
Với yêu cầu hỗ trợ cả 2 lưu lượng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh, giao diện Iu giữa CN và RAN bao gồm 2 loại:
Iu-CS: giao diện được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch kênh. IuCS mang thông tin về tiến trình cuộc gọi, quản lý di động và quản lý RNS giữa một RNC và MSC gốc;
Iu-PS: giao diện được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói. IuPS mang thông tin về truyền phát dữ liệu gói, quản lý di động giữa RNC và SGSN gốc.
Các giao diện khác trong mạng lõi UMTS bao gồm:
Giao diện Gc: được sử dụng bởi GGSN để truy tìm vị trí thuê bao và thông tin thuê bao cho dịch vụ chuyển mạch gói từ HSS;
Giao diện Gr: kết nối SGSN và HSS để truyền tải vị trí, thông tin thuê bao. Trao đổi thông tin có thể xảy ra khi UE yêu cầu dịch vụ hay khi UE di chuyển tới vùng phục vụ của SGSN khác;
Giao diện C: Giao diện chuẩn GSM cho kết nối của GMSC tới HSS; Giao diện D: Giao diện chuẩn GSM cho kết nối của MSC tới HSS; Giao diện E: Giao diện chuẩn GSM cho kết nối của GMSC tới MSC.