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
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 tiện. Các mạng ngoài như mạng IP và ISDN/PSTN được kết nối thông qua các nút cổng phương tiện phụ.
Nhưng phiên bản mới của MSS đưa ra khái niệm kiến trúc phân lớp. Trong mạng WCDMA, giao diện vật lý giữa MSC và RNC thông qua M- MGw. Kết nối truyền tải ATM giữa mạng lõi và RNC được thực hiện thông qua M-MGw. MSC server điều khiển các kết nối.
Lớp điều khiển của mạng WCDMA gồm MSC server (MSC-S), GMSC server (GMSC-S), TSC server (TSC-S) và các nút cơ sở dữ liệu như HLR, FNR, EIR và AUC. Các nút mạng chính như MSC-S, GMSC-S và TSC-S có nhiệm vụ bảo mật điều khiển, quản lý di động, thiết lập và giải phóng cuộc gọi… Các nút cơ sở dữ liệu như HLR, FNR, EIR và AUC có chức năng tương tự như trong mạng WCDMA truyền thống. Trên lớp điều khiển là lớp ứng dụng.
Sự phân chia lớp điều khiển và lớp kết nối tạo ra sự linh hoạt trong việc lựa chọn công nghệ truyền tải, như ATM, IP hay STM. Vì vậy, các mạng
được kết nối như Internet, ISDN và PSTN, và mạng truy nhập RAN có thể dựa trên công nghệ truyền dẫn và báo hiệu khác nhau.
Tóm lại, so với MSC truyền thống thực hiện cả hai chức năng chuyển mạch và điều khiển, trong kiến trúc MSS, hai chức năng này đã được phân tách và do hai nút mạng khác nhau thực hiện. Chức năng điều khiển do MSC server đảm nhiệm và MSC server thuộc lớp điều khiển, còn chức năng chuyển mạch do M-MGw đảm nhiệm và M-MGw thuộc lớp kết nối.
Hình 2.5: So sánh cấu trúc MSC truyền thống và giải pháp MSS
MSC truyền thống (Control and Switching)
Cấu trúc MSC truyền thống TDM MSC MSC MSC MSC MSC MSC MSC Server (Control) Mobile Media Gateway (Switching) Mobile Softswitch Solution Cấu trúc phân lớp IP/ATM/TDM Control Layer Connectivity Layer MSC-S MGw MSC-S MGw MGw MGw MGw MGw
Hình 2.6: Kiến trúc MSS