Hình 3.11 cho thấy báo hiệu thiết lập lập cuộc gọi sử dụng kênh logic và kênh truyền tải. Đầu tiên UE sử dụng kênh logic CCCH truyền trên kênh truyền tải RACH để yêu cầu đường truyền báo hiệu (RRC). RNC trả lời bằng kênh logic CCCH trên kênh truyền tải FACH. Sau khi có kết nối RRC, UE sẽ trao đổi báo hiệu với RNC qua kênh logic DCCH trên kênh truyền tải DCH. Sau khi nhận được lệnh "truyền trực tiếp" từ UE, RNC phát lệnh yêu cầu dịch vụ CM (Connection Management: quản lý kết nối) trên giao thức RANAP (Radio Access Application Part: phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến) để khởi đầu báo hiệu thiết lập kênh mang lưu lượng Tùy thuộc vào yêu cầu của UE lệnh báo hiệu này có thể được chuyển đến MSC hoặc SGSN (trong trường hợp xét là MSC). Sau khi thực hiện các thủ tục an ninh, các thủ tục thiết lập kênh mang được thực hiện.
2.7. trúc mạng WCDMA
Hình 2.14: Kiến trúc mạng WCDMA
Cơ sở hạ tầng GPRS được dùng để phát dịch vụ SMS và WAP tới cả 2 người dùng GSM và WCDMA, GPRS là cái cầu giữa 2G và 3G
Một phần của mạng GSM/GPRS vẫn được sử dụng, nhưng một số thành phần mới phải được triển khai cho WCDMA
2.7.1 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (RAN)
WCDMA RAN là mạng truy nhập vô tuyến đối với UMTS, nó cung cấp kết nối giữa mạng core (CN) và thiết bị người dùng (UE)
Hình 2.15 : Mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (RAN)
WCDMA RAN gồm khối điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và trạm phát sóng
(BTS). Để cho phép thông tin giữa những thành phần mạng khác nhau trong WCDMA RAN và giữa WCDMA RAN và mạng core, báo hiệu và dữ liệu người dùng được vận chuyển qua lớp vận chuyển (transport) sử dụng giao thức ATM .
2.7..2. Phẩn tử mạng
Thiết bị người dùng (The User equipment – UE): bao gồm tất cả những loại thiết bị được dùng bởi thuê bao. Và được chia thành thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM)
ME là đầu cuối vô tuyến dùng cho thông tin vô tuyến qua giao diện Uu.
USIM là một smartcard thường chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện nhận thực và chứa khóa nhận thưc và khóa mật mã cùng với thông tin thuê bao cho UE
Trạm phát sóng (RBS): cung cấp nguồn vô tuyến, và có một hoặc nhiều cells trong vùng phủ sóng và có trách nhiệm phát và thu vô tuyến tới và từ thiết bị người dùng (UE). RBS trao đổi tới Node B.
RBS có thể được cấu hình để phục vụ như là node mạng vận chuyển, cung cấp kết nối tới ATM và chức năng chuyển mạch AAL2, mặc dù với dung lượng thấp hơn RXI
Khối điều khiển mạng vô tuyến (RNC): phụ trách điều khiển việc sử dụng và toàn bộ tài nguyên vô tuyến. Nó quản lý Bearer truy cập vô tuyến (giữa UE và CN) để vận chuyển dữ liệu người dùng, mạng vô tuyến và di động. RNC, cũng kết nối với RBS, được gọi là phân hệ mạng vô tuyến (RNS)
RXI là Node mạng vận chuyển có thể được dùng như là node kết nối ATM và AAL2 chuyển mạch toàn bộ kết nối RBS hướng tới RNC. Nó là một node mạng vận chuyển thuần khiến, không có chức năng lớp mạng vô tuyến,
2.7..3. các Giao diện trong mạng WCDMA Giao diện Iu giữa UTRAN-CN Giao diện Iu giữa UTRAN-CN
Iu là giao diện mở chia hệ thống thành UTRAN và CN, xử lý chuyển mạch, định tuyến và điều khiển dịch vụ. Iu có 3 trường hợp khác nhau: Iu CS là để kết nối UTRAN tới CS CN; Iu PS là để kết nối UTRAN tới PS CN; Iu Broadcast (Iu BC) được dùng để hỗ trợ dịch vụ quảng bá cell
Hình 2.17: Cấu trúc giao thức Iu CS
Lớp vật lý là giao diện với môi trường vật lý: Cáp quang, liên kết vô tuyến hoặc cáp đồng. Triển khai lớp vật lý có thể được chọn từ nhiều kỹ thuật phát chuẩn như SONET, STM1, hoặc E1
Cụm giao thức Control Plane gồm RANAP, đỉnh của giao thức SS7 băng rộng. Lớp phù hợp là:SCCP, MTP3-B và lớp thích hợp báo hiệu ATM (SAAL) cho giao diện mạng - mạng (SAAL-NNI gồm SSCF, SSCOP, AAL5). Lớp SSCF và SSCOP được thiết kế để vận chuyển báo hiệu trong mạng ATM, quản lý kết nối báo hiệu. AAL5 giúp phân đoạn dữ liệu tới những cell ATM
Cụm giao thức Transport Network Control Plane bao gồm giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630.1 và lớp thích hợp Q.2150.1), trên cùng là giao thức SS7 băng rộng
Cụm User Plane: Kết nối AAL2 được dành cho mỗi dịch vụ CS riêng.
Hình 2.18: Cấu trúc giao thức Iu PS
Cụm Control Plane gồm RANAP, và vật mang báo hiệu SS7, vật mang báo hiệu IP (gồm M3UA (có SS7), SCTP, IP, và AAL5). SCTP có chức năng vận chuyển báo hiệu trong internet.
Transport Network Control Plane không hiệu quả với Iu PS, việc đưa ra tunnel GTP chỉ cần một bộ nhận dạng tunnel và địa chỉ IP cho cả 2 hướng, và chúng được gộp vào bản tin phân định RANAP RAB. Iu CS cũng sử dụng những thành phần tin tức này để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 được dùng cho dữ liệu user plane.
User Plane, nhiều dòng dữ liệu gói được ghép trên một hoặc một vài kết nối ảo AAL5. Phần User Plane của giao thức tunnelling GPRS là cung cấp nhiều nhận dạng cho luồng dữ liệu gói riêng. Mỗi luồng sử dụng vận chuyển không kết nối UDP và địa chỉ IP
Giao diện này kết nối RNC với miền quảng bá của CN, có tên là trung tâm quảng bá cell. Được dùng để định nghĩa thông tin quảng bá cell được phát tới người dùng di động qua dịch vụ quảng bá cell
Service Area Broadcast Protocol (SABP) cung cấp sức chứa cho trung tâm quảng bá cell trong CN để định nghĩa, sửa đổi và xoá bản tin quảng bá cell từ RNC. SABP có những chức năng sau:
Xử lý bản tin: quảng bá bản tin mới, cải tạo những bản tin quảng bá đang tồn tại và dừng quảng bá bản tin cụ thể
Xử lý tải: Xác định tải của kênh quảng bá ở bất kỳ một điểm cụ thể trong thời gian cuối cùng
Reset: Cho phép trung tâm quảng bá cell kết thúc quảng bá trong mộ hoặc nhiều vùng dịch vụ hơn
Hình 2.19: Nhóm giao thức của giao diện Iur. Có 2 sự chọn lựa cho vận chuyển báo hiệu RNSAP: Nhóm SS7 (SCCP và MTP3-B) và vận chuyển SCTP/IP. 2 giao thức User plane (DCH: dedicatedd channel; CCH: Common channel)
Giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm trong inter-RNC, nhiều đặc điểm được thêm vào trong xuốt quá trình phát chuẩn, hiện tại, giao diện Iur cung cấp những chức năng riêng biệt là:
1. Hỗ trợ sự di động inter-RNC cơ sở
2. Hỗ trợ lưu lượng kênh chuyên dụng (dedicated) 3. Hỗ trợ lưu lượng kênh chung (common)
4. Hỗ trợ quản lý toàn bộ tài nguyên.
Vì lý do trên, giao thức báo hiệu Iur (RNSAP) được chia thành 4 module. Nói chung, nó chỉ có thể triển khai một trong 4 module giữa 2 RNC, tuỳ theo sự cần thiết của nhà vận hành.
Iur1: Hỗ trợ tính lưu động inter-RNC cơ sở. Chức năng này yêu cầu module cơ bản của báo hiệu RNSAP. Viên gạch đầu tiên này dành cho việc xây dựng giao diện Iur chức năng cần thiết cho sự di động của user giữa 2 RNC, nhưng không hỗ trợ việc trao đổi lưu lượng dữ liệu user. Những chức năng đưa ra bởi module cơ sở gồm:
Hỗ trợ xây dựng lại SRNC
Hỗ trợ cell bên trong RNC và update vùng đăng ký UTRAN
Hỗ trợ đánh số gói trong RNC
Thông báo lỗi giao thưc
Iur2: Hỗ trợ lưu lượng kênh chuyên dụng
Chức năng này yêu cầu module kênh chuyên dụng của báo hiệu RNSAP và cho phép lưu lượng kênh chuyên dụng và kênh chia sẻ giữa 2 RNCs. Đầu tiên là hỗ trợ trạng thái chuyển giao mềm inter-RNC, cho phép việc móc nối của SRNC.
Giao thức khung cho kênh chuyên dụng, trong DCH FP ngắn, định nghĩa cấu trúc khung dữ liệu là mang dữ liệu người dùng và khung điều khiển dùng để trao đổi thông tin
đo lường và điều khiển. Vì thế, giao thức này cũng định rõ những bản tin đơn và những thủ tục. Khung dữ liệu người dùng được định tuyến xuyên qua DRNC.
Những chức năng được đưa ra bởi module Iur DCH là:
Thiết lập, sửa đổi và giải phóng kênh chuyên dụng và chia sẻ trong DRNC vì những chuyển giao trong trạng thái kênh chuyên dụng
Thiết lập và giải phóng những kết nối vận chuyển chuyên dụng ngang qua giao diện Iur
Dịch chuyển những khổi vận chuyển DCH giữa SRNC và DRNC
Quản lý liên kết vô tuyến trong DRNS, qua thủ tục thông báo đo lường chuyên dụng, thủ tục điều chỉnh năng lượng và thủ tục điều khiển chế độ nén
Iur 3: Hỗ trợ lưu lượng kênh chung.
Chức năng này cho phép xử lý chuỗi dữ liệu kênh chung (ví dụ. RACH, FACH và CPCH) ngang qua giao diện Iur. Nó yêu cầu module kênh vận chuyển chung của giao thức RNSAP và giao thức khung kênh vận chuyển chung (CCH FP).
Chức năng của module kênh vận chuyển chung là:
Thiết lập và giải phóng kết nối vận chuyển ngang qua Iur đối với dòng data kênh chung
Sự phân chia lớp MAC giữa SRNC (MAC-d) và DRNC (MAC-c). Việc lập
chương trình đối với phát data hướng downlink được thực hiện ở DRNC
Điều khiển luồng giữa MAC-d và MAC-c
Iur 4: Hỗ trợ quản lý toàn bộ tài nguyên.
Chức năng này cung cấp báo hiệu để hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến được tăng lên và đặc điểm O&M ngang qua giao diện Iur.
Chức năng của module toàn bộ tài nguyên Iur là:
Dịch chuyển thông tin cell và đo lường giữa 2 RNC
Dịch chuyển những tham số định vị giữa bộ điều khiển
. Giao diện Iub giữa RNC – Node B
Hình 2.20: Giống giao thức giao diện Iur, khác biệt chính là trong mạng vô tuyến và Plane điều khiển mạng vận chuyển, báo hiệu SS7 được đặt ở SAAL-UNI. Sự chọn lựa SCTP/IP không được trình bày ở đây.
Cấu trúc của giao diện, cần thiết phải giới thiệu mô hình logic của Node B. Nó bao gồm cổng điều khiển chung (liên kết báo hiệu chung) và những điểm cuối lưu lượng, mỗi cái bị điểu khiển bởi cổng điều khiển chuyên dụng (liên kết báo hiệu chuyên dụng). Một điểm cuối lưu lượng điều khiển một số máy di động có những tài nguyên chuyên dụng trong Node B, và lưu lượng tương ứng được chở xuyên qua cổng dữ liệu chuyên dụng. Những cổng dữ liệu chung ở bên ngoài những điểm cuối lưu lượng, được sử dụng để chở RACH, FACH và lưu lượng PCH.
Hình 2.21: Mô hình logic của Node B đối với FDD
Chú ý: một điểm cuối lưu lượng có thể điều khiển nhiều hơn một cell, và một cell có thể bị điều khiển nhiều hơn một điểm cuối lưu lượng.
Báo hiệu giao diện Iub (NBAP) được chia thành 2 thành phần: NBAP chung (C- NBAP), cái này định nghĩa thủ tục báo hiệu ngang qua liên kết báo hiệu chung, và NBAP chuyên dụng (D-NBAP), được dùng trong liên kết báo hiệu chuyên dụng
Nhóm giao thức User Plane định nghĩa cấu trúc những khung và thủ tục điều khiển trong băng cho mọi loại kênh vận chuyển. Báo hiệu Q.2630.1 được dùng cho quản lý động kết nối AAL2 trong User Plane.
2.7.2. Kiến trúc mạng lõi WCDMA
Mạng lõi WCDMA phát triền từ mạng lõi của GPRS or EDGE, và có trách nhiệm chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu tới mạng ngoài. Nó cũng giúp UE khi di chuyển và đứng yên, xử lý dịch vụ chuyển mạch gói (như dữ liệu) và chuyển mạch kênh (như thoại).
Hình 2..22: Kiến trúc hệ thống mạng lõi WCDMA
Mạng WCDMA core phát triển từ mạng GPRS or EDGE, node mạng được thêm vào là M-MGW
M-MGw: MGW cho mạng di động (M-MGW) kết nối mạng core (MGS server và SGSN) tới mạng WCDMA RAN (RNC). Nó cũng nối tới những mạng ngoài như PSTN, internet/intranet cũng như các mạng di động khác. M-MGW thuộc phân lớp chuyển mạch kênh lưu lượng. Nghĩa là phân chia hoàn toàn điều khiển cuộc gọi và điều khiển bearer. MGW thường xử lý dữ liệu người dùng, tức là không có dữ liệu người dùng được gửi tới MSC server. MSC server xử lý báo hiệu, và điểu khiển MGW (transcoder cho AMR, echo canceller ) bằng giao thức điều khiển gateway (GCP). MGW cung cấp giao diện tới mạng dịch chuyển ATM.
Đối với miền gói, SGSN sẽ dữ một server kết hợp với chức năng MGW. MGW do đó chỉ hoạt động như một kết nối trung gian giữa RNC và SGSN
Server trung tâm chuyển mạch dịch vụ thuê bao (MSC server): thực hiện tất cả những chức năng cần thiết để xử lý dịch vụ chuyển mạch tới và từ UE. Nó điều khiển cuộc gọi tới và từ hệ thống điện thoại và dữ liệu khác.
MSC server điểu khiển các chuỗi phương tiện MGW (transcoder cho AMR, echo cancellers) qua giao thức điểu khiển Gateway. Chú ý rằng MSC server chỉ xử lý báo hiệu và không dữ liệu người dùng được vận chuyển qua nó.
Gateway MSC (GMSC): là cho phép MSC thẩm vấn HLR để lấy thông tin định tuyến tới UE.
Kiến trúc theo lớp của mạng WCDMA gồm 3 lớp: lớp kết nối, lớp điều khiển, lớp ứng dụng
Hình 2..23: mạng lõi WCDMA nhìn theo chiều ngang Và các node mạng chia theo lớp trong mạng lõi WCDMA
Hình 2.24. Mạng lõi WCDMA nhìn tổng thể
2.8. Các dịch vụ WCDMA
Tên dịch vụ Chức năng Giải pháp Ericsson
WAP gateway Dễ dàng truy nhập
thông tin và dịch vụ
Proxy cho phép mobile internet (MIEP)
Trung tâm SMS Dịch vụ bản tin ngắn Giải pháp đa bản tin (MMS –
Multimedia Messaging Solution)
Bản tin hợp nhất Hộp mail bản tin Bản tin trên nền IP (MOIP –
Messaging Over IP) Bản tin tức thì/hợp
nhất
Bản tin và trình bày Dịch vụ trình bày và bản tin tức thì Ericsson (EIMPS/PGM – Ericsson Instant Messaging and Presence Service)
Dòng hình ảnh Bản tin đa phương tiên Server phân phát nội dung
Internet Intranet PSTN ISDN GSM/EDGE Accss WCDMA Access SGSN MGW Connectivity MGW GGSN Control Application Layer Applications Applications Enablers SGS IMS GMSC- Server HLR/ HSS GGSN MSC
(truyền hình – Video Streaming)
theo yêu cầu Ericsson ( ECDS – Ericsson
Content Delivery Server)
Định vị Dịch vụ định vị cơ bản Hệ thống định vị di động (MPS – Mobile Positioning System)
Push To Talk máy thu và phát vô
tuyến xách tay điện đài
Ericsson Push to Talk (PTT) Điện thoại hình ảnh Điện thoại hình ảnh
trên mạng di động 3G
Hệ thống gateway hình ảnh (ViG – Video Gateway System)
Bảng 2.8: Dịch vụ và giải pháp thiết bị Ericsson tương ứng
Các hệ thống thế hệ thứ 2 như GSM ban đầu được thiết kế để cung cấp hiệu quả cho các dịch vụ thoại. Trái lại, các mạng UMTS được thiết ngay từ đầu để cung cấp linh hoạt cho bất kỳ loại hình dịch nào mà mỗi dịch vụ mới không đòi hỏi tối ưu hóa mạng cụ thể. Ngoài ra tính linh hoạt, giải pháp vô tuyến WCDMA mang đến các tiềm năng tiên tiến cho phép các dịch vụ mới. Các tiềm năng này là:
Tốc độ bít cao theo lý thuyết lên tới 2 Mbps trong 3GPP Release ’99, và trên 10 Mbps trong 3GPP Release 5. Tốc độ bít thực tế lên tới 384 kbps ban đầu, và trên 2 Mbps với Release 5;
- Độ trễ thấp với thời gian chuyển gói đi vòng dưới 200 ms; - Khả năng di động không giới hạn cho các ứng dụng dữ liệu gói
- Sự phân biệt chất lượng dịch vụ (QoS) cho hiệu quả cung cấp dịch vụ cao - Khả năng cung cấp đồng thời thoại và dữ liệu
- Khả năng kết nối với các mạng GSM/GPRS hiện tại
Các dịch vụ WCDMA được chia thành dịch vụ người dùng-đến-người dùng (person-to- person), dịch vụ người dùng-đến-nội dung (content-to-person) và kết nối thương mại. Dịch vụ person-to-person dùng để chỉ kết nối đến máy chủ trực tiếp hoặc kết nối điểm- điểm giữa hai người dùng hoặc một nhóm người. Dịch vụ người dùng-đến-nội dung được
đặc trưng bởi việc truy cập thông tin hoặc tải nội dung. Kết nối thương mại dùng để chỉ Laptop truy cập internet hoặc intranet sử dụng WCDMA như một modem vô tuyến.