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 4.4: 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
4.3.3 Giao diện Iu PS
Hình 4.5: 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
4.3.4 Giao diện Iu BC
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
4.3.5 Giao diện Iur giữa RNC – RNC
Hình 4.6: 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)
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 quản lý 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
Dịch chuyển thông tin đồng bộ hoá giữa 2 RNC
4.3.6 Giao diện Iub giữa RNC – Node B
Hình 4.7: 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 ởđây.
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 4.8: 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.
Chương 5 Công nghệ UMTS Release 4 5.1 Giới thiệu
Trong Release ’99 UMTS,như với GPRS/GSM, mạng lõi chia làm 2 phần:
Mạng chuyển mạch kênh ( tất cả MSC/VLR và GMSC)
Mạng chuyển mạch gói (tất cả SGSN/SLR và GGSN)
Do đó, nhà khai thác mạng phải install, cấu hình và bảo trì 2 mạng này. Ý tưởng của R4 UMTS là hoà hợp 2 mạng thành một phần tử đơn. Để thành công ta cần có 3 sự chọn lựa
1) vận chuyển trên mạng chuyển mạch kênh. Trong mạng GSM, việc phân cấp tài nguyên cứng nhắc dẫn đến mạng này không phù hợp cho những ứng dụng vận chuyển data
2) vận chuyển trên mạng ATM. Về mặt lý thuyết thì nó là giải pháp dễ nhất, vì ATM phù hợp cho vận chuyện những ứng dụng thời gian thực và không, 3) vận chuyển trên mạng chuyển mạch gói, mạng IP. Đó là giải pháp được đề
nghị bởi R4. Vì thế, VoIP phải được triển khai để cho phép vận chuyển lưu lượng thoại đã được đóng gói (packetized)
Hình 5.2: Những phần tử mới cho mạng UMTS R4
Để chuyển đổi báo hiệu SS7 giữa các mạng cần thêm 2 gateway
Cổng báo hiệu vận chuyển T-SGW: Cổng này thường chuyển đổi báo hiệu liên quan tới call ( như thiết lập và huỷ call) giữa PSTN (SS7) hoặc PLMN pre-R4 và mạng R4
Cổng báo hiệu roaming R-SGW: Cổng này thực hiện việc chuyển đổi báo hiệu (cho roaming, quản lý di động) giữa báo hiệu cơ bản SS7 của mạng pre- 4 và báo hiệu cơ bản IP của mạng R4
5.2 Kiến trúc chuyển mạch mềm R4
Kiến trúc chuyển mạch mềm là sự phân biệt chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi. Thành phần điều khiển cuộc gọi là MSC server, trong trường hợp này là chuyển mạch mềm. Việc phân biệt những chức năng này khiến cho MSC server chia tỷ lệ mạng dễ dàng hơn, ví dụ như yêu cầu lưu lượng tăng lên. Nếu nhà triển khai mạng yêu cầu dung lượng chuyển mạch nhiều hơn, chỉ cần thêm MGW; nếu họ yêu cầu dung lượng điều khiển cuộc gọi nhiều hơn, chỉ cần thêm MSC server.
Đối với R4, chức năng MSC của GSM được chia ra thành 2 thành phần; MSC server và MGW
5.2.1 MSC server
MSC server thực hiện những chức năng như điều khiển cuộc gọi (thiết lập và huỷ cuộc gọi), và quản lý di động về mặt duy trì nơi đăng ký trong vùng điều khiển của nó. MSC server tích hợp với VLR, vì nó lắm dữ thông tin vị trí cũng như dữ liệu CAMEL đối với thuê bao. Những chức năng của MSC server gồm:
Điều chỉnh việc đăng ký nhiều di động để cung ứng cho việc quản lý di động
Cung cấp những chức năng xác nhận
Định tuyến cuộc gọi gốc tới đích
Định tuyến cuộc gọi đích bằng việc dùng kỹ thuật đánh số tới những di động riêng biệt
MSC server hoàn thành việc báo hiệu từ mạng di động trên giao diện Iu tới bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC). Nó cũng điều khiển việc thiết lập những vật mang qua mạng lõi của nó bằng việc dùng MGW
Việc chọn lựa triển khai kết nối cần có mối quan hệ nhiều - nhiều (m:n) giữa MSC server và MGW, chính điều này cho phép cấp phát hiệu quả tài nguyên người dùng và MSC server có thể cân bằng tải giữa nhiều MGW. Ngoài ra, những giao thức chuẩn hoá cũng được sử dụng: Q.BICC hoặc SIP-T ( cho báo hiệu trong MSC); H.248/MeGaCo ( cho báo hiệu MSC server tới MGW)
5.2.2 Media gateway (MGW)
MGW biên dịch lưu lượng phương tiện giữa những loại mạng khác nhau. Chức năng của MGW gồm:
Chấm dứt những kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
Xoá echo cho mạch chuyển mạch kênh
Biên dịch phương tiện từ một dạng CODEC tới một dạng khác, ví dụ như từ G.711 tới G.729
Hỗ trợ chọn lựa chức năng cầu truyền hình
Mỗi MGW được điều khiển bởi một hoặc một vài MSC server
5.2.3 Gateway MSC server (GMSC server)
GMSC server giống với GMSC trong GSM về chức năng điều khiển cuộc gọi. Nó làm việc trong sự kết hợp với HLR để cho phép:
Những cuộc gọi từ bên ngoài mạng của nhà khai thác được định tuyến tới MSC server tương ứng
Những cuộc gọi bên trong mạng của nhà khai thác được định hướng vào mạng PSTN
GMSC server sử dụng những dịch vụ của MGW để điều khiển việc thiết lập những kênh mang truyền qua mạng lõi CS và kết thúc kênh mang chuyển mạch kênh. PSTN BSC A MSC-S B MSC-S A TRAU Trans- Coder A BSC B TRAU Trans- Coder B Ater Ater Nc A A PSTN PoI B PoI A
Call Control Signalling Ater Interface A and TDM Interface: 64kb/s PoI: Point of Interconnect
A A ISUP ISUP TDM TDM RNC A MGW A Trans- Coder A’ MGW B Trans- Coder B’ RNC B Iu Iu Iu Iu Nb Mc Mc Iu and Nb Interface Hình 5.3: Kiến trúc mạng BICC với giao diện A và Iu 5.3 Những giao diện mới trong R4
Có thể triển khai giao diện Nb trên mạng ATM.Giao diện Mc dựa vào MEGACO. Giao thức này đánh địa chỉ mối quan hệ giữa MGW( chuyển đổi voice chuyển mạch kênh tới lưu lượng gói cơ bản) và MSC server (ra lệnh logic dịch vụ của lưu lượng đó)
5.3.1 Giao diện Mc: (G)MSC server tới CS-MGW
Nó hỗ trợ việc phân ly những phần tử điều khiển cuộc gọi khỏi những phần tử điều khiển vật mang, và phân ly những phần tử điều khiển vật mang khỏi những phần tử vận chuyển. Nó sử dụng giao thức Megaco H.248/IETF
Việc xử lý kết nối mềm dẻo cho phép hỗ trợ nhiều chế độ gọi khác nhau và ý đích xử lý nhiều phương tiện khác nhau mà không bị giới hạn khi sử dụng H.323
Kiến trúc mở là nơi mà việc định nghĩa sự mở rộng/đóng gói tiếp tục làm việc, giao diện này có thể thực thi
Phân bổ linh động tài nguyên vật lý MGW. MGW vật lý có thể được chia thành nhiều MGW riêng ảo, gồm một tập những điểm kết thúc được cấp phát tĩnh
Sự phân bổ linh động tài nguyên phát giữa những miền (domains), như MGW điều khiển nhiều vật mang và quản lý tài nguyên tuỳ theo giao thức H.248
5.3.2 Giao diện Nc giữa MSC server và MSC server
Giao diện này mang báo hiệu giữa 2 MSC server. Chính điều này cho phép MSC server xử lý cuộc gọi đến từ MGW, để báo hiệu những yêu cầu của cuộc tới MSC server khác mà điều khiển cuộc gọi đi ra MGW. Giao thức mà xử lý chức năng báo hiệu này là BICC. BICC cung cấp nhiều dịch vụ tương đương tới giao thức điều khiển cuộc gọi ISDN (ISUP)
5.3.3 Giao diện Nb giữa 2 MGW
Hình 5.4: user plane cho UMTS R4
Nb giữa những MGW thì mang dữ liệu người dùng. Giao thức được dùng để vận chuyển dữ liệu là giao thức user plane (UP). Trong chế độ hỗ trợ, nó cho phép điều khiển chính xác thời gian luồng phương tiện giữa những MGW và từ MGW tới UTRAN (RNC). Có 2 sự chọn lựa giao thức transport sẵn có trên Nb, là IP và ATM. Trường hợp chọn IP, lưu lượng người dùng sẽ được mang ở dạng gói RTP, cái này được phát trên UDP/IP. Chọn ATM, lưu lượng transport là AAL2 khi nó ở trong UTRAN.
Chương 6 Công nghệ UMTS Release 5 6.1 UMTS Realease 5: Giới thiệu IMS
UMTS R5 đưa mạng lõi tiến 1 bước xa hơn và định nghĩa một kiết trúc cho mạng toàn IP từ đầu cuối - đầu cuối. MSC và giao diện IuCS không được yêu cầu trong mạng R5. Thiết bị user thông tin với IMS là qua SGSN và GGSN. Lõi của IMS gồm có một số node là CSCF. CSCF về cơ bản là kiến trúc SIP, SIP là một trong những giao thức lõi cho dịch vụ kỹ thu VoIP
IMS (IP Multimedia Subsystem ) được thiết kế bởi chuẩn không dây, việc mở rộng này được cập nhật bởi 3GPP, 3GPP2 và TISPAN nhằm hỗ trợ những mạng khác biệt hơn với GPRS, như WLAN, CDMA2000 và mạng cố định. IMS không mong đợi tự chuẩn hoá những ứng dụng, nhưng giúp đỡ truy cập những ứng dung đa phương tiện và voice bằng đầu cuối không dây và có dây, tức là giúp đỡ kiểu