Về mặt logic, mạng UMTS được chia thành hai phần chớnh là mạng lừi (CN) và mạng truy nhập vụ tuyến (GRAN). Mạng lừi tỏi sử dụng lại rất nhiều thành phần đó cú của mạng GSM/GPRS và bao gồm hai phần khỏc nhau là chuyển mạch kờnh (CS) và chuyển mạch gúi (PS). Phần chuyển mạch kờnh sử dụng tài nguyờn dành riờng cho lưu lượng ngoười sử dụng cũng như thụng tin bỏo hiệu từ khi bắt đầu thiết lập cho đến lỳc giải phúng kết nối. Núi chung, cỏc cuộc gọi thoại luụn được xử lý bởi cỏc thiết bị trong hệ chuyển mạch kờnh. Cỏc thực thể trong phần chuyển mạch gúi chuyển dữ liệu của người dựng một cỏch tự động trong cỏc gúi tin và được định tuyến độc lập với nhau, khắc phục được cỏc giới hạn truyền dữ liệu trong 2G. Thụng qua mạng lừi, người sử dụng cú thể thiết lập một kết nối tới cỏc mạng số liệu bờn ngoài như mạng Internet, mạng PSTN và cỏc mạng khụng dõy khỏc. Mạng truy nhập vụ tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) chớnh là khỏi niệm GRAN sử dụng trong UMTS. Cỏc chức năng chớnh của nú là:
• Quản lý tài nguyờn vụ tuyến
• Điều khiển cụng suất cả ở đường lờn và đường xuống • Quản lý chuyển giao và ấn định kờnh truyền
Do tỏi sử dụng lại nhiều thành phần của mạng GSM/GPRS, mạng lừi UMTS cũng cho phộp kết nối tới mạng truy nhập GSM. Vỡ vậy cỏc trạm gốc (BSS) của GSM và cỏc mạng truy nhập vụ tuyến UMTS (RNS) cú thể cựng tồn tại trong UTRAN của mạng di động cụng cộng.
Phiờn bản phỏt hành đầu tiờn của UMTS là phiờn bản 3GPP phỏt hành 1999. Phiờn bản này cung cấp cỏc đặc tả tập trung vào mạng truy nhập vụ tuyến UTRAN trờn cơ sở giao diện vụ tuyến IMT-DS và nõng cấp của mạng lừi GSM/ GPRS. Phiờn bản kế tiếp ban đầu được gọi là phiờn bản 3GPP phỏt hành 2000,
tuy nhiờn do cú nhiều thay đổi lớn so với ban đầu nờn phỏt hành 2000 được chia thành phiờn bản 4 và phiờn bản 5. Hiện nay phiờn bản phỏt hành 6 đang trong quỏ trỡnh hoàn thiện.
Hỡnh 3.2 Kiến trỳc cơ bản của mạng di động UMTS (phiờn bản 1999)
Hỡnh 3.2 trỡnh bày kiến trỳc mạng UMTS theo phiờn bản 1999. Sơ đồ cho thấy cả CN và UTRAN, mỏy di động, cỏc thành phần của CS và PS, giao diờn kết nối giữa cỏc thành phần với nhau và với mạng ngoài đều đó được chỉ ra chi tiết. Hỡnh 3.3 trỡnh bày cấu trỳc mạng UMTS toàn IP theo kiến trỳc đa phương tiện được định nghĩa trong phiờn bản 5. Chức năng chớnh của kiến trỳc này là cả thoại và dữ liệu đều được truyền đi bởi cỏc gúi tin Ip, theo tất cả cỏc con đường cú thể từ mỏy di động của người dựng tới đớch. Chức năng của mỗi khối thành phần UTRAN cú thể túm tắt như sau:
Mỏy di động (UE/MS) : là thiết bị vật lý của người sử dụng. Nú chứa một thiết bị di động (ME) và khối nhận dạng thuờ bao UMTS (USIM). USIM là một ứng dụng được lưu trữ trong thẻ thụng minh để khi kết hợp với ME cho phộp truy nhập vào cỏc dịch vụ 3G. USIM cú cỏc chức năng chớnh như sau:
• Lưu trữ thụng tin về thuờ bao và cỏc thụng tin cú liờn quan • Tự nhận thực trong mạng
• Cung cấp cỏc chức năng bảo mật
• Lưu trữ cỏc thụng tin như ngụn ngữ sử dụng, nhận dạng thẻ thụng minh, số nhận dạng thuờ bao di động quốc tế (IMSI), khúa mật mó và cỏc thụng tin khỏc
Hỡnh 3.3 Kiến trỳc mạng IP đa phương tiện UMTS
Node B: là trạm thu phỏt gốc của UTRAN phục vụ cho một hoặc nhiều ụ. Trạm gốc cú cỏc chức năng như: phỏt hiện lỗi trờn kờnh truyền và chỉ lờn mức cao hơn, điều chế / giải điều chế kờnh vật lý, đo lường vụ tuyến và chỉ thị lờn
cỏc lớp trờn cũng như chức năng điều khiển cụng suất. Một số nhà sản xuất cũn cung cấp cả cỏc Node B hỗ trợ cả chuẩn UMTS và CDMA2000 bằng cỏch sử dụng cỏc khối cắm – nhổ thay thế được và dộ tương thớch cao giữa phần cứng và phần mềm. Giao diện giữa Node B và UE (trong hỡnh 3.2 là Uu) chớnh là giao diện vụ tuyến UTRAN trong mạng W-CDMA.
Bộ điều khiển mạng vụ tuyến (RNC) : quản lý tài nguyờn của tất cả cỏc Node B nối tới nú. Trong hỡnh 3.2chỉ ra rằng RNC được kết nối tới phần mạng lừi chuyển mạch kờnh thụng qua giao diện IuCS, và kết nối tới phần lừi chuyển mạch gúi (PS) thụng qua giao diện IuPS. RNC khụng chỉ quản lý tài nguyờn vụ tuyến của cỏc thiết bị di động mà cũn quản lý cỏc cỏc đường vào / ra mạng lừi của cỏc dịch vụ do thiết bị di động sử dụng. RNC thực hiện một số nhiệm vụ chớnh như : xử lý lưu lượng thoại và dữ liệu, chuyển giao giữa cỏc ụ, thiết lập và giải phúng cuộc gọi.
Cỏc thành phần cơ bản của mạng lừi (CN)
Trung tõm chuyển mạch cỏc dịch vụ di động (MSC) : là thành phần chớnh của phần mạng lừi chuyển mạch kờnh (CS). Nú cũng là giao diện giữa mạng di động với cỏc mạng chuyển mạch kờnh khỏc như mạng PSTN. MSC thực hiện đớnh tuyến tất cả cỏc cuộc gọi từ mạng ngoài và tới một mỏy di động nhất định, thực hiện tất cả cỏc chức năng chuyển mạch và bỏo hiệu cho mỏy di động nằm trong vựng địa lý mà MSC phục vụ. Ngoài ra MSC cũn cú cỏc chức năng khỏc như:
• Thực hiện thủ tục yờu cầu đăng ký vị trớ và chuyển giao • Thu thập dữ liệu cho mục đớch tớnh cước
• Quản lý cỏc thụng số mật mó húa
Hơn nữa, trong một mạng di động cú thể tồn tại nhiều MSC khỏc nhau, tựy vào yờu cầu dung lượng chuyển mạch trong mạng. GPRS và UMTS cung cấp cỏc dich vụ trờn cơ sở sử dụng cả CS và PS do đú hoạt động cú liờn quan đến cả hai phần này.
Bộ ghi định vị thường trỳ (HLR) : đõy là khối lưu giữ cỏc thụng tin liờn quan đến cỏc thuờ bao của mạng di động. Thụng tin được nhập vào khi một thuờ
bao mới hũa mạng. HLR lưu trữ hai kiểu thụng tin của người sử dụng là thụng tin tạm thời và thụng tin cố định. Cỏc dữ liệu cố định là cỏc dữ liệu khụng thay đổi, ngoại trừ khi người sử dụng yờu cầu. Cỏc dữ liệu cố định cú liờn quan đến vấn đề bảo mật là IMSI và khúa nhận thực. Mỗi mạng di động cú thể sử dụngmột hoặc nhiều HLR, tựy thuộc vào quy mụ hoạt động của mạng.
Bộ ghi định vị tạm trỳ (VLR) : Cỏc VLR thường được cài đặt kết hợp với một MSC, như minh họa trong hỡnh 3.2. VLR lưu tất cả cỏc thụng tin về thuờ bao sử dụng nằm trong vựng phục vụ của một MSC. Do đú, VLR chứa thụng tin về cỏc thuờ bao hoạt động trong mạng, thậm chớ khi đú khụng phải là mạng nhà của thuờ bao. Khi một thuờ bao dăng ký vào một mạng khỏc, thụng tin từ HLR cũng được chuyển tới VLR của mạng khỏch và thụng tin này bị xúa đi khi thuờ bao rời khỏi mạng. Núi chung, cỏc thụng tin được lưu trữ trong VLR khỏc so với trong HLR.
Phần mạng lừi chuyển mạch gúi (PS) trong UMTS
SGSN (node hỗ trợ phục vụ cỏc dich vụ GPRS) : chịu trỏch nhiệm quản lý di động và quản trị cỏc phiờn truyền thụng gúi IP. Nú định tuyến cỏc gúi tin lưu lượng từ mạng truy nhập vụ tuyến tới một SGSN thớch hợp, cú thể cung cấp truy nhập tới mạng dữ liệu bờn ngoài. Hơn nữa, nú cũn tạo cỏc bản ghi cho cỏc khối khỏc để phục vụ mục đớch tớnh cước. SGSN giỳp điều khiển truy nhập tới cỏc tài nguyờn mạng, chống lại cỏc truy nhập trỏi phộp vào mạng hay cỏc dịch vụ và ứng dụng đặc biệt. Hỡnh 3.2 cũng chỉ ra giao diện IuPS, kết nối giữa RNC của UTRAN với thành phần quan trọng nhất của phần mạng PS, SGSN.
GGSN (node hỗ trợ GPRS cổng) : thực hiện chức năng cổng giao tiếp giữa mạng di động với cỏc mạng số liệu bờn ngoài như Internet hay cỏc mạng Intranet khỏc. Cỳng như SGSN, GGSN cũng thu thập cỏc thụng tin cước và chuyển cỳng cho khối Chức năng cổng tớnh cước (CGF), như chỉ ra trong hỡnh 3.2.