Nền tảng công nghệ di động 3,5G và (hay còn được ký hiệu là "3½G") sẽ dựa chủ yếu vào chuẩn HSDPA (High-speed Downlink Packet Access).
HSDPA là dịch vụ dữ liệu gói dựa vào khả năng truyền xuống (downlink) của chuẩn W-CDMA. HSDPA có khả năng truyền dữ liệu ở tốc độ 8-10Mbps qua băng thông 5Mhz. Hiện nay trên thế giới đã có một số nhà khai thác dịch vụ di động triển khai thành công mạng 3,5G.
Cùng với sự hoàn thiện của rất nhiều khía cạnh của chuẩn hoá những hệ thống 3G và nền tảng 3,5G, giờ đây mọi hướng tập trung đổ dồn về việc
xác định và chuẩn hoá của các công nghệ 4G. Sự ảnh hưởng của Internet sẽ có một tầm ý nghĩa quan trọng về các khả năng của 4G, khi các nhà vận hành khai thác mạng tiến thẳng tới một môi trường IP toàn bộ. Khi 3G thực sự có thể chứng minh đã mang lại sự hội tụ của các công nghệ mobile và Internet, 4G sẽ báo trước sự hội tụ của các công nghệ cố định, quảng bá, và di động UMTS với quảng bá hình ảnh số (DVB) và quảng bá âm thanh số (DAB) là một lĩnh vực cho sự phân tích tiếp theo. Một giải pháp như vậy có thể tạo phép cho truyền hình chất lượng quảng bá có thể chẳng hạn như được phát thẳng tới người sử dụng mobile. Đó là trong một môi trường mà tế bào, vô tuyến điện, WLL, và vệ tinh sẽ kết hợp để mở ra những khả năng mới cho lĩnh vực viễn thông.
Lịch sử quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động có thể được mô tả như sau:
Hình 1.3: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động
TDMA
CDMA
GSM GPRS
EDGE
WCDMA All IP
IS-95A IS-95B Cdma 2000 (1x) Cdma 2000 1xEV-DV
Cdma 2000 1xEV-DO 10∼50Kb/s 30 ∼150Kb/s Max 2Mb/s 14Kb/s 64Kb/s 144Kb/s Max 307Kb/s Max 2.4Mb/s Max 3.09Mb/s Thế hệ 2 (2G) Thế hệ 2,5 (2,5G) Thế hệ 3 (3G) All IP
Chương 2: GIẢI PHÁP CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MẠNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG
2.1. Tổng quan về MSS 2.1.1. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, các mạng viễn thông chuyển dần từ kiến trúc tích hợp dọc sang kiến trúc mạng tích hợp ngang. Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS - Mobile Softswitch Solution) dựa trên kiến trúc mạng phân lớp, mạng tích hợp ngang. Đó là kiến trúc mạng có sự phân chia về mặt vật lý và logic, sự phân chia về chức năng điều khiển và quản lý dịch vụ (Lớp điều khiển) với chức năng vận chuyển dữ liệu (Lớp kết nối).
Chuyển mạch mềm - softswitch - xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995. Theo định nghĩa chung nhất hiện nay, chuyển mạch mềm được định nghĩa là một giải pháp chuyển mạch dựa trên phần mềm mà chạy trên phần cứng chuẩn để bổ sung hoặc thay thế các chức năng của chuyển mạch điện thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm là một thuật ngữ tổng quát cho bất kỳ phần mềm giao diện chương trình ứng dụng chuẩn mở nào được sử dụng để làm cầu nối giữa các mạng PSTN và IP... bằng cách tách biệt chức năng điều khiển cuộc gọi, cung cấp dịch vụ với chức năng chuyển mạch.
Theo Nortel, Softswitch là một thành tố quan trọng nhất của mạng thế hệ mới (NGN – Next Generation Network). Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video, nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau ví
dụ như giữa mạng vô tuyến và mạng cáp. Softswitch cũng cho phép triển khai các dịch vụ VoIP mang lại lợi nhuận.
Theo MobileIN, Softswitch là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm không độc lập với nhau. Mạng chuyển mạch kênh dựa trên những thiết bị chuyên dụng cho việc kết nối và được thiết kế với mục đích phục vụ thông tin thoại. Những mạng dựa trên chuyển mạch gói hiệu quả hơn thì sử dụng giao thức Internet (IP) để định tuyến thông tin thoại và số liệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết bị được chia sẻ.
Theo CopperCom, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong tổng đài nội hạt truyền thống. Công nghệ Softswitch có thể làm giảm giá thành của các chuyển mạch nội hạt, và cho ta một công cụ hữu hiệu để tạo ra sự khác biệt về dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoá quá trình dịch chuyển từ mạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end - to - end) trong tương lai. Theo Ericsson, MSS dựa trên nền tảng của mạng thiết kế theo cấu trúc phân lớp (bao gồm cả vật lý và logic): lớp dịch vụ (service layer), lớp điều khiển (control layer), lớp kết nối (connectivity layer). MSS chỉ ứng dụng cho mạng di động và cụ thể hơn là áp dụng cho mạng lõi chuyển mạch kênh (CNCS - Core Network Circuit Switched).
Hình 2.1: Cấu trúc chuyển mạch truyền thống và chuyển mạch mềm Như vậy, chuyển mạch mềm tách biệt phần cứng mạng khỏi phần mềm mạng. So với mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm là không độc lập, nên việc tách riêng phần cứng và phần mềm này sẽ làm cho chuyển mạch đơn giản hơn, hiệu quả hơn, và rẻ hơn. Chuyển mạch sẽ chỉ việc tập trung vào chuyển mạch. Trong khi đó phần mềm mạng sẽ tập trung vào điều khiển cuộc gọi, điều khiển báo hiệu và cung cấp các dịch vụ.
Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS) là sự kết hợp 2 nút khác nhau: MSC server (MSC-S) thuộc lớp điều khiển và Mobile Media Gateway (M-MGw) thuộc lớp kết nối. Trong MSS cho mạng WCDMA, lớp kết nối chủ yếu dựa trên giao thức IP và ATM.
MSC Server điều khiển tất cả báo hiệu mạng và các quá trình thiết lập, giải phóng và giám sát các cuộc gọi chuyển mạch kênh. Còn M-MGw điều khiển quá trình xử lý và vận chuyển lưu lượng cuộc gọi chuyển mạch kênh, và kết nối với các mạng ngoài như PSTN, các mạng di động mặt đất công cộng (PLMN) khác và các mạng viễn thông quốc tế.
ChuyÓn m¹ch truyÒn thèng CHUYÓN M¹CH MÒM DÞch vô øng dông PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn PhÇn cøng DÞch vô øng dông PhÇn cøng PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn
Hình 2.2: Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS) Tại sao chọn giải pháp MSS?
Lịch sử cho thấy viễn thông xuất hiện trước khi truyền số liệu ra đời. Tuy nhiên sự phát triển của chúng lại tạo ra sự đồng vận. Do vậy, để đáp ứng nhu cầu của thị trường thì không thể tránh khỏi sự hội tụ của hai lĩnh vực này.
Trong mối tương quan của những điểm khác biệt đó, khái niệm "tích hợp dọc" được sử dụng để mô tả những hệ thống mạng khi chúng kết hợp thành những chức năng rất khác biệt có liên quan tới nhau để thực hiện chức năng điều khiển và kết nối. Ngược lại, mạng MSS kết hợp thành một dạng kiến trúc "tích hợp ngang" và phân tách chức năng kết nối, điều kiển và ứng dụng thành những tầng riêng biệt.
Sự hội tụ giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở lớp kết nối có thể tạo ra vô số lợi ích như cắt giảm chi phí, đồng thời tăng tính linh hoạt. Sự hội tụ này thể hiện ở nền tảng phần cứng chung, những công nghệ vận chuyển chung được áp dụng cho các mạng truy cập khác nhau, những hệ thống tín
hiệu theo tiêu chuẩn. Với thiết kế có khả năng tương thích cao, mạng MSS có thể tận dụng được những lợi thế này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
D a ta/IP Net w o rks PL MN P S T N /IS D N CA T V Services
Access Transport & Switching Networks Vertical Integration Vertical Integration Data/IP Netw o rks PLMN P S T N /IS D N CA T V Services/Applications Connectivity Horizontal Integration Horizontal Integration D a ta/IP Net w o rks PL MN P S T N /IS D N CA T V Services
Access Transport & Switching Networks Vertical Integration Vertical Integration Data/IP Netw o rks PLMN P S T N /IS D N CA T V Services/Applications Connectivity Horizontal Integration Horizontal Integration Hình 2.3: Mạng tích hợp dọc và mạng tích hợp ngang MSS mang lại những lợi ích chính sau:
• MSS đưa ra một kiến trúc mở linh hoạt có khả năng đáp ứng những yêu cầu của hiện tại và tương lai.
• MSS cho phép xử lý linh hoạt khi mạng được mở rộng hay thay đổi loại lưu luợng (chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói).
• MSS cho phép mạng dễ dàng tiến tới một giải pháp “all-IP”.
• Đối với các công nghệ truyền tải khác nhau, cả công nghệ đang tồn tại
lẫn các công nghệ đang nghiên cứu phát triển, ví dụ công nghệ ATM hay IP, đều có thể được triển khai mà không ảnh hưởng tới lớp điều khiển hay lớp ứng dụng.
• MSS cho phép các mạng dịch vụ khác nhau có thể chia sẻ chung một mạng truyền tải.
2.1.2. Kiến trúc hệ thống MSS sử dụng công nghệ WCDMA 2.1.2.1.Kiến trúc phân lớp 2.1.2.1.Kiến trúc phân lớp
Mạng lõi di động 2G và 2.5G ngày nay thường là mạng ngang hàng, nghĩa là các chức năng điều khiển, chuyển mạch và ứng dụng được tích hợp trong cùng một phần tử. Với sự xuất hiện của khái niệm mạng phân lớp, các chức năng này được tách biệt, thấp nhất là lớp chuyển mạch, ở giữa là lớp điều khiển và trên cùng là lớp ứng dụng.
i)Lớp điều khiển:
Lớp điều khiển được đặt trong các phần tử được gọi là Network Server (MSC Server, HLR, AUC, EIR ...). Các server này có chức năng thực hiện bảo mật, quản lý di động, thiết lập và giải phóng cuộc gọi… Các server này liên lạc với nhau và các phần tử mạng khác bằng các giao thức chuẩn lớp 3 như ISUP, MAP, BICC. MSC-Server điều khiển các MGw và đưa ra các chức năng và tài nguyên cần thiết cho một cuộc gọi. Giao thức được sử dụng ở đây là H.248 (MGCP).
ii)Lớp kết nối
Mạng kết nối là mạng phân tán dùng để chuyển mạch các cuộc gọi. Phần tử chính ở đây là các MGw. MGw dùng để thiết lập các kết nối giữa các người dùng và khi cần nó có thể chuyển đổi các công nghệ chuyển tải khác nhau (TDM, ATM, IP). MGw cũng thực hiện việc xử lý dữ liệu người dùng như mã hoá/giải mã thoại, khử tiếng vọng... Tài nguyên cho một cuộc gọi có thể được phân bố trên nhiều MGw, ví dụ một MSC-Server có thể điều khiển nhiều MGw cho cùng một cuộc gọi. Các phần tử trong mạng phân lớp có thể chạy trên nền mạng IP (Mobile Backbone Packet Network). MPBN có thể
chỉ dùng riêng cho mạng phân lớp hoặc dùng chung với mạng GPRS/CS hay kết hợp nhiều loại mạng khác nhau (OSS, Billing ...)
iii)Lớp dịch vụ
Lớp này cho phép triển khai các dịch vụ khác trên nền mạng di động ngoài dịch vụ thoại truyền thống như video, hình ảnh ...
Kiến trúc mạng phân lớp là một xu hướng tất yếu khi hướng lên mạng di động 3G và viễn thông di động băng rộng nói chung. Tuy nhiên, để có một cái nhìn khách quan hơn, ta sẽ nghiên cứu và đánh giá với kiến trúc mạng không phân lớp, kiến trúc đang được sử dụng ở hầu hết mạng di động 2G hiện nay.
2.1.2.2.So sánh với kiến trúc không phân lớp
Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng không phân lớp:
Với dự đoán phát triển thuê bao di động trong các năm tới, việc mở rộng mạng, trong đó có mạng lõi, là tất yếu. Việc thiết lập các tổng đài có lưu lượng lớn sẽ là biện pháp phải tính đến để giảm chi phí đầu tư về mặt truyền dẫn. Do số phần tử chuyển mạch trong mạng lõi ngày càng nhiều, phải tính đến việc trang bị các thiết bị chuyển mạch trung gian (GMSC/TSC) để kết nối giữa các phần tử trong mạng với nhau cũng như kết nối với các phần tử mạng ngoài. Việc phát triển mạng lõi theo công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống cho ta khả năng dễ dàng trong công tác vận hành khai thác vì đây là công nghệ cũ, ngoài ra công nghệ này đã được triển khai rộng rãi trên thế giới, có tính ổn định cao.
Tuy nhiên, toàn bộ việc đầu tư này sẽ vẫn kéo theo một mạng truyền dẫn rất lớn, đấu nối phức tạp, chi phí tốn kém vì phải xây dựng mạng truyền dẫn TDM dựa trên các kênh có tốc độ nhỏ nhất 64kbps chỉ dùng cho các cuộc
gọi 16kbps. Cũng vì vấn đề không tương thích về tốc độ nên trong mạng di
động luôn có phần tử tương thích tốc độ. Đây là phần tử làm góp phần làm
suy giảm chất lượng thoại. Ngoài ra, trong xu hướng phát triển của thế giới, trong tương lai sẽ mất dần các mạng chuyển mạch kênh. Khi đó tất cả các dịch vụ viễn thông sẽ chạy trên nền IP, không còn ranh giới giữa di động, cố định.
Hình 2.4: Cấu trúc mạng phân lớp Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng phân lớp:
Mạng phân lớp có đặc tính cơ bản là phân tán hệ thống chuyển mạch trong khi vẫn giữa một số node mạng điều khiển và xử lý cuộc gọi tại một số ít trạm trung tâm. Các MGw có thể được đặt tại các trạm Remote (có thể đặt cùng một vài BSC ở các tỉnh) và cho phép chuyển mạch các lưu lượng nội vùng. Mặc dù có sự phụ thuộc vào vùng địa lý, nhưng nhìn chung phần lớn lưu lượng được sinh ra và kết thúc tại cùng một vùng nào đó, vì vậy, sẽ tiết
Application
Application Service Capability Servers (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Control MSC SGSN HLR/AuC/FNR GMSC/Transit SGW Connectivity MGW MGW Services/application Control Server Server Server Servers Servers PSTN/ ISDN Internet Intranets WCDMA EDGE GSM User Data
kiệm được một lượng lớn đầu tư cho truyền dẫn. Số trạm trung tâm ít chỉ gồm các phần tử lớp Điều khiển cho ta khả năng tiết kiệm về mặt điện năng tiêu thụ, tiền xây dựng mặt bằng nhà trạm mới trong quá trình vận hành khai thác. Các phần tử thuộc lớp Kết nối và lớp Điều khiển có thể được định cỡ độc lập và như vậy mạng có thể mở rộng một cách dễ dàng tại bất kì thời điểm nào tuỳ thuộc vào đặc tính lưu lượng của từng vùng. Hơn nữa, sự độc lập này cũng cho phép mỗi lớp có thể được nâng cấp độc lập nhau.
Về nhược điểm của kiến trúc mạng phân lớp, đây là công nghệ mới, cũng chưa được triển khai nhiều trên thế giới nên khó đánh giá được tính chín muồi, khả năng tương thích với các hệ thống đang có. Mặt khác, dung lượng của thiết bị nhỏ là một trở ngại không nhỏ đối với các nhà khai thác lớn muốn thay đổi hệ thống hiện có. Kiến trúc mạng phân lớp là công nghệ mới nên giá thành còn cao, bên cạnh đó việc nâng cao kiến thức để nhân viên vận hành làm quen với công nghệ viễn thông trên nền mạng IP cũng là một khó khăn.
Mạng không phân lớp Mạng phân lớp
- Dễ dàng trong vận hành khai thác và độ ổn định cao - Chi phí truyền dẫn lớn - Do phần tử tương thích tốc độ dẫn đến ảnh hưởng chất lượng thoại
- Phân tách giữa điều khiển và chuyển mạch, nên có thể đặt MGW tại các tỉnh xa để tiết kiệm chi phí truyền dẫn
- Tiết kiệm trong xây dựng và vận hành tổng trạm
- Dễ dàng trong việc thay đổi và định cỡ lại mạng
2.1.2.3.Kiến trúc MSS WCDMA
Trong cấu hình ban đầu phát triển lên kiến trúc mạng MSS, mạng truy nhập vô tuyến giao tiếp với mạng lõi dựa trên công nghệ truyền dẫn PCM/STM. Kiến trúc này được gọi là kiến trúc không phân lớp, cho phép MSC/VLR dựa trên nền tảng tổng đài AXE có thể thực hiện đồng thời các chức năng điều khiển và kết nối. Chức năng kết nối đơn giản chỉ là thiết lập một liên kết giữa chuyển mạch AXE với mạng truy nhập và mạng lõi dựa trên PCM.
Trong cấu hình này, lớp kết nối gồm các cổng phương tiện (M-MGw – Media Gateway) và các nút mạng kết nối như các chuyển mạch ATM. Mạng truy nhập của WCDMA kết nối với mạng kết nối thông qua một cổng phương