4.2.2.1 Các phần tử của mạng
4.2.2.1.1 Thiết bị của người sử dụng UE.
Theo khả năng WiMAX UE được phân loại thành 3 lớp:
Lớp A: Trong lớp này WiMAX UE có cả hai giao tiếp vô tuyến 3G và WiMAX. WiMAX UE có thể gắn với cả hai mạng WiMAX và 3GPP ở cùng một thời điểm. Đồng thời nó cũng hỗ trợ ngay lập tức sự truy nhập tới cả hai WiMAX và mạng cellular 3GPP bởi cả hai giao tiếp đang kích hoạt.
Lớp B: Trong lớp này WiMAX UE có cả hai giao tiếp 3GPP và WiMAX, nhưng nó không hỗ trợ sự truy nhập vào hai mạng WiMAX và 3GPP cùng một lúc vì nó chỉ hoạt động trên một giao tiếp tại một thời điểm.
Lớp C: Trong lớp này WiMAX UE chỉ có duy nhất một giao tiếp vô tuyến WiMAX. Nó chỉ có thể gắn kết với một mạng WiMAX và truy nhập vào mạng WiMAX.
4.2.2.1.2 3GPP AAA Proxy
3GPP AAA Proxy nằm trong mạng khách. Nó gồm các chức năng sau:
• Chuyển các thông tin giữa WiMAX và 3GPP AAA Sever
• Đưa ra các quyết định lấy từ thỏa thuận giữa nhà vận hành mạng 3GPP và
nhà vận hành mạng WiMAX và giữa các mạng nhà vận hành mạng 3GPP.
• Thông báo về các thông tin tính cước/ tài khoản cho VPLMN CCF/CGw cho người dùng thực hiện chuyển vùng.
• Kết thúc các dịch vụ. ( O&M khởi đầu và kết thúc từ một mạng khách)
• Chuyển đổi giao thức nếu giao thức nối từ mạng truy nhập đến 3GPP AAA
Proxy và từ 3GPP AAA Proxy đến 3GPP AAA Server không giống nhau.
Khi sử dụng mô hình tightly- coupling
• Các thông tin trao quyền nhận được liên quan tới thuê bao yêu cầu tên
điểm truy nhập trong mạng home hay mạng khách.
• 3GPP AAA Proxy có thể nằm ở một nút mạng vật lý, nó cũng có thể nằm
trong 3GPP AAA Server hay bất kỳ một nút vật lý nào.
Mạng truy nhập WiMAX (cú hoặc khụng cú mạng trung gian) 3GPP AAA Wr/Wb 3GPP AAA Proxy Wr/Wb Mạng 3GPP khỏch Mạng 3GPP chủ
4.2.2.1.3 3GPP AAA Server
3GPP AAA Server nằm trong mạng 3GPP. Chức năng như sau:
• Thu nhận các thông tin xác thực và các dữ liệu của thuê bao (bao gồm
thông tin trao quyền cho thuê bao) từ HLR/HSS của mạng home.
• Xác thực các thuê bao dựa trên các thông tin xác thực lấy được từ HLR/ HSS.
• Trao đổi các thông tin trao quyền tới mạng truy nhập trông qua AAA Proxy.
• Đăng ký địa chỉ hay tên của nó với HLR/HSS cho mỗi lần xác thực và trao
quyền tới một thuê bao.
• Khởi tạo và khôi phục các thủ tục khi 3GPP AAA server xóa các thông tin
về thuê bao.
• Cũng có thể hoạt động như một AAA proxy.
• Duy trì các trạng thái gắn kết mạng truy nhập.
4.2.2.1.4 HLR/HSS
• HLR/HSS nằm ở mạng home của thuê bao và thực thể chứa các dữ liệu về
hợp đồng và sự xác thực thuê bao.
• HSS cũng cung cấp sự truy nhập tới các thuê bao mà có trạng thái gắn kết với các mạng khác
4.2.2.1.5 Cổng truy nhập WAG
Cổng truy nhập là cổng mà thông qua nó dữ liệu từ mạng truy nhập hay tới mạng truy nhập sẽ được định tuyến thông qua PLMN để cung cấp các dịch vụ dựa trên 3G PS.
Các cổng truy nhập này sẽ nằm trong VPLMN trong trường hợp có chuyển vùng và nằm trong HPLMN trong trường hợp không có chuyển vùng.
Chức năng như sau:
• Cho phép VPLMN tạo ra các thông tin tính cước tới người dùng thông qua
• Thực hiện định tuyến các gói tin thông qua PDG.
• Lọc các gói tin dựa trên các thông tin mào đầu. Các gói tin này sẽ được chuyển đi nếu:
+ chúng là một phần của đường hầm đang tồn tại.
+ chúng là các thông điệp từ SS gồm: các thông điệp yêu cầu dịch vụ hay thiết lập đường hầm.
Vì WAG không có mối quan hệ đáng tin cậy với các thiết bị người dùng, nó không thể dừng tất cả các thông điệp. Tuy nhiên các thông điệp từ những địa chỉ IP không rõ ràng sẽ bị loại bỏ. Các loại thông điệp khác sẽ do phần điều khiển vận hành mạng đảm nhiệm.
Nếu dịch vụ được cung cấp qua PDG trong mạng HPLMN thì WAG sẽ :
• đảm bảo tất cả các gói tin từ SS sẽ được đưa đến HPLMN.
• đảm bảo rằng các gói tin từ một SS đã được trao quyền chỉ được đưa đến
những PDG tương ứng trong mạng HPLMN và các gói tin từ những nguồn khác không phải từ PDG sẽ không được đưa đến SS.
Nếu dịch vụ được cung cấp thông qua PDG trong mạng VPLMN thì WAG sẽ:
• đảm bảo tất cả các gói tin từ SS sẽ được đưa đến VPLMN.
• đảm bảo rằng các gói tin từ một SS đã được trao quyền chỉ được đưa đến
những PDG tương ứng trong mạng VPLMN và các gói tin từ những nguồn khác không phải từ PDG sẽ không được đưa đến SS.
4.2.2.1.6 Cổng dữ liệu gói PDG
Các dịch vụ dưa trên 3GPP PS sẽ được truy nhập thông qua cổng dữ liệu gói. Các dịch vụ dựa trên 3GPP PS sẽ có thể được truy nhập thông qua PDG thuộc mạng home hay thuộc mạng khách. Quá trình trao quyền và lựa chọn các dịch vụ sẽ quyết định các dịch vụ này được trao quyền bởi mạng home hay mạng khách. Việc phân tích địa chỉ IP của PDG sẽ cho biết các thông tin này.
PDG chứa các thông tin định tuyến liên mạng WiMAX và 3G:
ã Chấp nhận hoặc loại bỏ các điểm truy nhập theo quyết định của 3GPP AAA Server.
ã Tiếp tục chuyển những yêu cầu thiết lập đường hầm tới PDG khác nếu
điều này được chỉ ra bởi 3GPP AAA Server.
Mạng WiMAX (cú hoặc khụng cú mạng trung gian) Packet Data Gateway Wn Border Gateway Mạng 3GPP khỏch Mạng 3GPP chủ Wi Mạng WiMAX ( cú hoặc khụng cú mạng trung gian Wn Border Gateway Mạng 3GPP chủ Packet Data Gateway Wi
4.2.2.1.6 Cổng biên Border Gateway
Border Gateway là một cổng tùy chọn, thông qua border gateway dữ liệu giữa WiMAX và PDG có thể được định tuyến
Mạng WiMAX (cú hoặc khụng cú mạng trung gian) Border GW (opt) Packet Data GW Wn Wi 4.2.2.2 Các giao diện mạng 4.2.2.2.1 Giao diện Wa
Điểm giao diện Wa kết nối mạng truy nhập WiMAX, có thể thông qua một mạng trung gian tới mạng 3GPP. Mục đích chính của các giao thức đi qua giao diện này là chuyển các thông tin xác thực trao quyền và tính cước liên qua đến các thông tin bí mật. Các nút bên ngoài mạng 3GPP sẽ chấm dứt và ủy quyền cho các giao diện này báo hiệu và không hỗ trợ giao thức 3GPP AAA sẽ yêu cầu sự chuyển đổi báo hiệu giữa giao thức AAA hợp pháp và giao thức 3GPP AAA.
Giao diện này sẽ hỗ trợ giao thức xác thực EAP. Chức năng:
Chức năng chính của giao diện này là chuyển các khung AAA:
ã Mang các dữ liệu cho quá trình báo hiệu giữa SS của WiMAX và mạng 3G
ã Mang các dữ liệu báo hiệu cho quá trình trao quyền giữa SS của WiMAX
và 3GPP.
ã Mang các thông tin tính cước trên mỗi thuê bao.
ã Cho phép nhận dạng các nhà vận hành mạng khi có sự chuyển vùng xảy ra.
ã Mang các thông tin về khóa cho mục đích toàn vẹn dữ liệu và mã hóa bảo
mật.
Để giảm tối thiểu những yêu cầu trên mạng truy nhập WiMAX và bảo vệ sự bí mật trạng thái tính cước của thuê bao (offline hay online).
4.2.2.2.2 Giao diện Wx
Giao diện này nằm giữa 3GPP AAA Server và HSS. Mục đích cơ bản của những giao thức đi qua giao diện này và liên lạc giữa phần cơ sở hạ tầng của WiMAX AAA và HSS.
Chức năng chính của giao diện này là cho phép:
ã Khôi phục vector xác thực ví dụ xác thực USIM từ HSS.
ã Khôi phục dữ liệu liên quan đến quá trình truy nhập WiMAX từ HSS.
ã Đăng ký 3GPP AAA Server của mạng WiMAX đã được trao quyền trong
HSS.
ã Chỉ ra sự thay đổi của dữ liệu của các thuê bao trong HSS.
ã Làm trong suốt các thủ tục giữa 3GPP AAA server và HSS.
ã Khôi phục các địa chỉ liên qua đến tính cước online và offline từ HSS.
4.2.2.2.3 Giao diện D’/Gr’
Giao diện này nằm giữa 3GPP AAA Server và HLR
Mục đích chính của các giao thức qua giao diện này là liên lạc giữa WiMAX AAA và HLR dựa trên MAP.
Chức năng của điểm giao tiếp này là cho phép khôi phục vector xác thực (ví dụ như xác thực USIM từ HLR).
4.2.2.2.4 Giao diện Wo
Giao diện Wo được sử dụng bởi 3GPP AAA Server để giao tiếp với hệ thống tính cước online. Giao diện này sẽ cho các giao thức liên quan đến tính cước online và thực hiện quá trình kiểm soát thẻ tính cước online của thuê bao. Giao diện này tương tự như giao diện Ro được sử dụng trong 3GPP OCS.
4.2.2.2.5 Giao diện Wf
Giao diện Wf nằm giữa 3GPP AAA Server và 3GPP CGF/CCF. Mục đích chính của giao diện này là chuyển các thông tin liên quan đến tính cước tới các cổng tính cước của nhà khai thác mạng 3GPP, thu thập thông tin tính cước trong mạng khách hay mạng home mà thuê bao đang cư trú.
Những thông tin được chuyển đến cổng tính cước này được sử dụng cho:
ã Tạo ra những thông tin tính cước ofline cho thuê bao bởi các nhà khai thác mạng home.
ã Tính toán các tài khoản liên mạng cho tất cả người sử dụng có chuyển
vùng. Các tài khoản liên mạng này được sử dụng để thanh toán giữa nhà vận hành mạng khách và mạng home hay giữa các mạng home hay mạng khách với WiMAX
Chức năng của giao diện này là truyền các thông tin liên quan đến tính cước cho mỗi người dùng mạng WiMAX.
4.2.2.2.6 Giao diện Wg
Giao diện này được sử dụng trong trong mô hình có chuyển vùng. Đây chính là giao tiếp AAA giữa 3GPP AAA Server/ Proxy và WAG. Nó được sử dụng để cung cấp thông tin cần thiết cho WAG thực hiện cho phép gia nhập mạng bởi các người dùng đã được trao quyền.
4.2.2.2.7 Giao diện Wn
Đây là giao diện giữa mạng truy nhập WiMAX và WAG. Giao diện ở đây sẽ bắt các dòng lưu lượng trên các SS khởi đầu đường hầm thông qua WAG. Điều này có thể thực hiện bằng một số cách khác nhau. Tuy nhiên có một phương pháp riêng để thực hiện giao diện này là thỏa thuận nội bộ giữa WiMAX AN và PLMN.
4.2.2.2.8 Giao diện Wm
Giao diện này nối giữa 3GPP AAA Server và PDG. Chức năng của giao diện này:
ã 3GPP AAA Server khôi phục thuộc tính đường hầm và các thông số cấu
hình IP cho các thuê bao thông qua PDG.
ã Mang các thông điệp cho việc xác thực dịch vụ giữa thuê bao và 3GPP
AAA Server.
ã Mang các thông điệp trao quyền dịch vụ giữa PDG và 3GPP AAA Server.
ã Mang dữ liệu cho mục đích thiết lập đường hầm, xác thực và mã hóa dữ
liệu ngầm.
4.2.2.2.9 Giao diện Wp
Giao diện này được sử dụng giữa WAG và PDG.
4.2.2.2.10 Giao diện Wd
Giao diện này kết nối 3GPP AAA Proxy thông qua một mạng trung gian tới 3GPP AAA Server. Mục đích chính của giao thức qua giao diện này là truyền các thông tin về xác thực và trao quyền đảm bảo an toàn.
Chức năng chính là truyền các thông điệp AAA bao gồm:
- Mang các dữ liệu dùng cho báo hiệu xác thực giữa 3GPP AAA Proxy và 3GPP AAA Server.
- Mang dữ liệu dùng cho báo hiệu trao quyền giữa 3GPP AAA Proxy và 3GPP AAA Server.
- Mang các thông tin về tính cước cho người sử dụng.
- Mang các dữ liệu về khóa cho mục đích toàn vẹn và mã hóa bảo mật dữ liệu. - Cho phép nhận dạng các nhà vận hành mạng khác nhau khi sự chuyển vùng xảy ra.
4.3 Liên kết mạng giữa WiMAX và UMTS 4.3.1 Các mạng liên quan 4.3.1 Các mạng liên quan
Mục đích của sự liên kết hai công nghệ truy nhập là đưa ra các dịch vụ rộng khắp tới người sử dụng di động. Đã có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào vấn đề liên kết mạng giữa WLAN và mạng cellular. Trong các tài liệu mạng không đồng nhất, chúng ta có thể thấy các kiến nghị về việc sử dụng thiết bị đầu cuối với khả năng giao tiếp kép, sẽ cho phép người sử dụng chuyển kết nối từ một
mạng truy nhập vô tuyến này sang mạng khác mà không mất tin. ý tưởng được
đưa ra là bắt cả hai giao tiếp vô tuyến khác nhau cùng hoạt động trong một thiết bị. Tuy nhiên thực tế là có nhiều giao tiếp tích cực sẽ làm tăng sự tiêu thụ nguồn năng lượng của thiết bị, do đó làm giảm thời gian hoạt động của thiết bị và gây ra các vấn đề về nhiễu và các hiệu ứng vật lý khác. Trong phần này chúng ta chỉ xem xét trường hợp các thiết bị chỉ có một giao tiếp vô tuyến được tích cực tại một thời điểm.
Mạng liên kết UMTS -WLAN hiện tại đang được nghiên cứu trong 3GPP. Cho đến bây giờ WLAN vẫn là mục đích chính của quá trình mở rộng mạng truy nhập 3GPP. Quá trình chuyển giao trong một hệ thống không nằm trong những nghiên cứu gần đây. Trong khi đó công nghệ Unlicensed Mobile Access (UMA) bao gồm quá trình chuyển giao trong suốt giữa 2G và mạng không dây công cộng hoặc mạng riêng trong băng tần không cần cấp phép như WiFi, Bluetooth gần đây được quan tâm như 3GPP.
5.3.1.1 Cấu trúc mạng WiMAX
Kiến trúc mạng Wi MAX có thể được mô tả như hình 5.4 Có 4 thành phần chính trong kiến trúc này là PSS, RAS ACR và mạng lõi của WiMAX. PSS giao
tiếp với RAS sử dụng công nghệ truy nhập WiMAX. PSS cũng cung cấp chức năng của quá trình xử lý MAC, Mobile IP, xác thực, tái truyền tin và chuyển giao. RAS cung cấp giao tiếp vô tuyến cho PSS và quan tâm đến việc quản lý tài nguyên vô tuyến, hỗ trợ QoS và điều khiển quá trình chuyển giao. ACR đóng vai trò cốt yếu trong dịch vụ dựa trên IP bao gồm định tuyến gói tin IP, an ninh, QoS và điều khiển chuyển giao, và tác nhân ngoài (Forgein Agent) trong mobile IP. ARC cũng tương tác với AA Server cho quá trình xác thực và tính cước người sử dụng. Để có thể cung cấp sự di động cho PSS, ACR sẽ cung cấp sự chuyển giao giữa RAS trong khi mobile IP cung cấp chuyển giao giữa các ACR.
Hình 4.4: Kiến trúc mạng WiMAX
5.3.1.2 Cấu trúc mạng UMTS
UMTS cung cấp dịch vụ dữ liệu gói cho các ứng dụng dữ liệu và dịch vụ chuyển mạch kênh cho các ứng dụng thoại. Mạng GPRS ban đầu được thiết kế cho mạng GSM, được tích hợp trong UMTS để cung cấp dịch vụ dữ liệu gói. Trong UMTS mạng của các RNC và các nút Bs tạo thành mạng truy nhập RAN ( còn được gọi là UTRAN)
Mạng của một RNC và các nút B gọi là RNS. Mỗi nút B hình thành lên một nhóm các trạm base station và một nhóm các nút B được kết nối với một mạng đơn RNC. Mạng lõi gói (CN) gồm SGSN và GGSN. Trong mạng RAN, RNC nhận gói tin hướng xuống từ SGSN và chuyển sang các khung radio trước khi chuyển tới nút B. ở hướng lên RNC nhận các khung radio từ nút B và chuyển thành gói tin IP trước khi chuyển chúng tới SGSN. RNC quản lý nguồn radio của nút B và thiết lập Radio Access Bearer (RABs). Mạng lõi sẽ được kết nối với Internet thông qua GGSN. SGSN quản lý trạng thái di động của các nút di động, thiết lập phiên dữ liệu và kiểm soát RAB được thiết lập thông qua RNC. Gói tin IP được truyền thông qua GTP tunnel giữa GGSN và SGSN và giữa SGSN và RNC. GTP tunnel sử dụng giao thức UDP do đó IP được sử dụng cho việc truyền gói tin trong GPRS.
Node B Node B RNC Node B Node B RNC RNS RNS lur lub UTRAN USIM ME Cu UE MSC/ VLR GMSC SGSN GGSN HLR Uu lu lu-CS lu-PS lu-BC CN CS ext PS ext Hình 4.5: Kiến trúc mạng UMTS
4.3.2 Kiến trúc liên mạng WiMAX- UMTS 4.3.2.1 Mô tả kiến trúc