Hiện nay, việc triển khai 3G dựa trờn 2 giả thiết sau:
- Cú sự dịch chuyển đỏng kể từ lưu lượng thoại sang lưu lượng dữ liệu và cỏc dịch vụ đa phương tiện, tạo ra sự pha trộn lưu lượng giữa cỏc mạng.
- Cỏc nhà khai thỏc mạng cú thể thu được lợi nhuận lớn từ cỏc dịch vụ 3G.
Như vậy, cỏc cụng nghệ và kiến trỳc mạng lừi chuyển mạch kờnh và mạng truy nhập vụ tuyến hiện nay khụng đỏp ứng được cơ sở hạ tầng thớch hợp cho việc phõn phối cỏc dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gúi tin như Internet, và kết hợp cỏc mạng riờng ảo (VPN) với nhaụ
Một số nhà khai thỏc mạng đó tớnh tới giải phỏp xõy dựng đa mạng để cú thể cung cấp cả cỏc dịch vụ cũ và cỏc dịch vụ của mạng thế hệ mớị Cỏc nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng mạng TDM để cung cấp dịch vụ thoại, mạng ATM hoặc/và mạng Frame Relay để cung cấp dịch vụ GPRS và mạng IP để cung cấp cỏc dịch vụ mớị Tuy nhiờn, việc sử dụng đa mạng sẽ rất tốn kộm. Thờm vào đú sẽ khú cung cấp cỏc dịch vụ đũi hỏi sự kết hợp cỏc cụng nghệ mạng khỏc nhaụ
Việc sử dụng một mạng thống nhất dựa trờn IP sẽ là sự lựa chọn thớch hợp để cung cấp cỏc dịch vụ liờn tục trong mạng di động và cho phộp cỏc dịch vụ này bao trựm từ thoại, số liệu và video, do vậy cú thể dịch chuyển từ mạng di động sang đa phương tiện thực sự. Việc chuyển từ mạng chuyển mạch kờnh sang mạng chuyển mạch gúi được thực hiện bằng cỏch chuyển tất cả cỏc dịch vụ và ứng dụng trong mạng di động sang một mạng gúi (IP và IP+ATM).
Kiến trỳc mạng UMTS (AAL2-AAL5/ATM (trong Release 99)) hoặc IP (trong Release 2000) được sử dụng. Hiện nay vẫn chưa thể xỏc định chớnh xỏc thời điểm sẽ xuất hiện mạng toàn IP. Ngoài ra, cả R3, R4 và R5 cựng tồn tại trong một khoảng thời gian nào đú. Đõy chớnh là lý do để triển khai kiến trỳc mạng dựa trờn MPLS, hỗ trợ cả IP và ATM. Hỡnh 4.8 đưa ra một hướng triển khai cho cỏc nhà điều hành mạng di động 2G. Với MPLS, cú thể sử dụng cựng một hạ tầng mạng, hệ thống chuyển mạch và đường truyền cho cả hai loại lưu lượng: ATM và IP. Việc cấp phỏt tài nguyờn mạng được điều khiển bởi cỏc lệnh quản lý mạng.
Hỡnh 4.8 Hướng triển khai mạng cho cỏc nhà điều hành mạng 2G
4.5 KẾT LUẬN
Như vậy ta thấy rằng mặc dự cỏc mạng hỗ trợ cựng một cụng nghệ truy nhập nhưng kiến trỳc mạng vẫn khỏc nhaụ Vỡ thế, cỏc kiến trỳc mạng di động hiện tại rất khỏc nhau về bản chất và cú thể được đặc trưng bởi kinh nghiệm của người chịu trỏch nhiệm kiến trỳc, định cỡ mạng và cỏc nhà sản xuất và khả năng giao tiếp với cỏc mạng cố định (PSTN hoặc IP). Sự hiểu biết và nắm rừ cỏc vấn đề này cựng với nhu cầu về cỏc giải phỏp chi phớ thấp sẽ là cỏc động lực chớnh để phỏt triển 3G và tỏc động của mạng 3G lờn cỏc mạng hiện tạị Lấy vớ dụ, nếu một nhà điều hành mạng đó cú sẵn mạng lừi ATM thỡ cú thể sử dụng lợi thế này để giảm chi phớ triển khai và chi phớ đầu tư vào cỏc thiết bị chuyển mạch và truyền dẫn. Nếu chưa cú mạng ATM thỡ người điều hành mạng cú thể tận dụng mạng lừi IP sẵn cú (việc tỡm kiếm cỏc chuyờn gia giỏi về IP sẽ dễ dàng hơn rất nhiều so với việc tỡm kiếm chuyờn gia giỏi về ATM). Cũn đối với cỏc nhà điều hành cỏc mạng riờng thỡ cần cõn nhắc giữa chi phớ đầu tư cho cỏc thiết bị và lợi nhuận thu được từ cỏc dịch vụ mới do cỏc thiết bị này đem lại, liệu cú nờn triển khai một mạng 3G mới hoàn toàn khụng.
Với những thay đổi giữa mạng GSM và cỏc mạng 3G, cỏc vấn đề chớnh tỏc động lờn mạng hiện tại là:
Triển khai mạng chuyển tiếp ảo chuyển
mạch đầy đủ với bỏo hiệu
SS7
Triển khai mạng GPRS
Triển khai mạng lừi IP
Chuyển sang cơ sở hạ tầng IT bờn trong Triển khai mạng và mạng truy nhập 3G Ưu điểm: Bản tin thống nhất Giảm bớt tải SMS Trung tõm cuộc gọi Web ISP di động (WLAN) Ưu điểm: Dịch vụ WAP ISP, ASP, CSP di động VPN (dựa trờn IP)
Đo lường từ xa, điều khiển Mạng lừi chung dựa trờn MPLS Ưu điểm: Giảm OPEX Ưu điểm: VoIP VoATM Giảm chi phớ truyền dẫn Ưu điểm: Cỏc dịch vụ VPN Chuyển từ R3 sang R4/R5 Ưu điểm: Hội nghị truyền hỡnh Hỗ trợ đa phương tiện
Chuyển giao. Giả thiết rằng việc quyết định chuyển giao luụn được thực hiện trong mạng GERAN. Chuyển giao giữa cỏc mạng GERAN đũi hỏi phải cú cỏc chức năng để thiết lập một liờn kết trong mạng lừị Tuỳ thuộc vào dạng chuyển giao mà cần cú những thay đổi khỏc nhau trong mạng GSM. Chuyển giao hướng về, khi bỏo hiệu chuyển giao được thực hiện qua BTS cũ, tương tự như chuyển giao trong mạng GSM hiện tạị Đối với chuyển giao hướng đi, trạm di động sẽ khởi đầu việc chuyển giao qua BTS mớị Quỏ trỡnh chuyển giao này cần thực hiện nhanh để trỏnh bị chặn bởi người dựng của ụ khỏc. Chuyển giao hướng đi cần thay đổi nhiều hơn trong mạng GSM.
Cơ sở hạ tầng truyền dẫn:. Hạ tầng mạng truyền dẫn phải đỏp ứng cỏc yờu cầu
cho cỏc dịch vụ băng rộng. Vỡ cỏc dịch vụ số liệu cú lưu lượng khụng đều và khụng đối xứng nờn phải cú khả năng ghộp kờnh nhiều loại thụng tin khỏc nhau một cỏch hiệu quả. Mạng ATM cú thể cung cấp việc truyền dẫn hiệu quả cho cỏc dịch vụ băng rộng lưu lượng khụng đều nàỵ Tuy nhiờn, vỡ mạng ATM ban đầu được thiết kế để truyền dẫn tốc độ cao trong cỏc mạng cố định nờn phải thay đổi một số đặc điểm để đỏp ứng cỏc yờu cầu riờng đối với mạng di động.
Cỏc nhà điều hành mạng cú thể ỏp dụng một số giải phỏp để chuyển từ GSM/GPRS sang mạng UMTS. Sự phức tạp của việc chuyển đổi sang 3G phụ thuộc nhiều vào mạng di động hiện cú và quy mụ mạng muốn triển khaị Trong mụi trường mạng cú nhiều nhà đầu tư, việc chuyển sang 3G cú thể phức tạp hơn do cần tương thớch cỏc hệ thống chuyển mạch và phụ thuộc vào cỏc phỏt hành 3GPP mà nhà đầu tư lựa chọn. Vỡ vậy, nhà điều hành mạng phải cõn đối cỏc đặc điểm của kiến trỳc mạng và cỏc dịch vụ triển khai lỳc đầụ Ngoài ra, khi cỏc nhà đầu tư mạng 2G và 3G là khỏc nhau thỡ cần phải xem xột lại cỏc giao diện và những thay đổi về dịch vụ. Bờn cạnh đú, phiờn bản phần mềm của nhà cung cấp này cú thể khỏc so với phiờn bản của nhà cung cấp kia, dẫn tới việc chỉ cung cấp được cỏc dịch vụ cơ bản hoặc phải thay đổi mạng rất nhiều mới cú thể đỏp ứng được cỏc đặc điểm cần cú.
Về lý thuyết, cú thể ghộp HLR của nhà cung cấp X với MSC/VLR của nhà cung cấp Y, nhưng chỉ cú thể cung cấp được cỏc đặc điểm cơ bản. Trong thực tế, nhà điều hành mạng luụn cú thể ghộp MSC/VLR của nhà cung cấp này với HLR của nhà cung cấp khỏc để tối ưu hoỏ kiến trỳc và hạ tầng mạng:
1. Nõng cấp mạng lừi GSM/GPRS cho UMTS. Trong trường hợp này, cỏc mạng 2G và 3G cựng sử dụng chung mạng lừi (hỡnh 4.9) thỡ ảnh hưởng lờn mạng hiện tại như sau:
- Định cỡ lại mạng lừi hiện cú để hỗ trợ cỏc dịch vụ băng rộng 3G, - Tối ưu hoỏ mạng truyền dẫn để phối hợp lưu lượng,
2. Triển khai một mạng lừi 3G độc lập với mạng lừi 2G như trờn hỡnh 4.10. Trong trường hợp này, cỏc mạng 2G và 3G sẽ ớt tỏc động đến nhau nhất. Trong
trường hợp cú nhiều nhà cung cấp, cần tiến hành thử nghiệm hoạt động tương tỏc lẫn nhau (interoperability tests – IOTs) tuỳ theo kiến trỳc mạng.
Hỡnh 4.9 Mạng lừi chung cho 2G và 3G
Chương 5 VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI UTRAN SANG CẤU TRÚC HOÀN TOÀN IP
5.1 Mụ hỡnh tham chiếu 3GPP
Kiến trỳc mạng hoàn toàn IP là sự phỏt triển từ cỏc chỉ tiờu của Release 99 và dựa trờn sự phối hợp của nhiều hệ thống con, hầu hết cỏc hệ thống này dựa trờn cỏc cụng nghệ gúi và điện thoại IP để cung cấp đồng thời cỏc dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. Mục tiờu của kiến trỳc hoàn toàn IP là cung cấp truy nhập vụ tuyến di động dựa trờn GERAN và UTRAN với mạng lừi chung được phỏt triển từ mạng GPRS.
Mạng hoàn toàn IP cú cỏc đặc điểm:
Sử dụng cỏc phần tử mạng chung cho cỏc phương thức bao gồm UTRAN và GERAN,
Truyền tải gúi dựng giao thức IP,
Cỏc thiết bị đầu cuối IP,
Cung cấp dịch vụ thoại, số liệu, đa phương tiện thời gian thực với cựng cỏc phần tử mạng.
Hỡnh 4.11 mụ tả mụ hỡnh tham chiếu 3GPP của mạng di động hoàn toàn IP. Cấu trỳc này gồm cỏc phần tử logic được xỏc định dựa trờn cỏc chức năng mạng. Cỏc nỳt logic được mụ tả trờn hỡnh vẽ tạo nờn cấu trỳc chuẩn của mạng hoàn toàn IP:
UE: là cỏc thiết bị liờn kết với một mạng di động.
TE: cú thể khụng phải là thiết bị vụ tuyến nhưng vẫn được sử dụng để truy nhập vào mạng vụ tuyến khi liờn kết với một thiết bị vụ tuyến.
Mạng PLMN khác PSTN/ mạng ngoài GGSN SGSN GGSN HSS Iu-ps Gn Gr Gp BSS GERAN TE MT R Uu UTRAN TE MT R Uu Gi Iu Các dịch vụ và ứng dụng khác SCP CSCF MRF MGCF Mạng báo hiệu di động cũ Các mạng IP đa phương tiện Ms Mm Mg Gc Gi Gi Mr Cx CGF R-SGW CSCF Mw Mh T-SGW MGW Các mạng IP đa phương tiện EIR Gi UE UE Phần tử mạng lõi Phần tử mạng truy nhập vô tuyến và mạng gói trục
Thiết bị truy nhập Liên kết báo hiệu Liên kết báo hiệu
và số liệu
Hỡnh 4.11 Mụ hỡnh tham chiếu 3GPP của mạng di động hoàn toàn IP
MT: Là thiết bị vụ tuyến được dựng để truy nhập vào mạng vụ tuyến. TE cú thể dựng kết hợp với MT để truy nhập cỏc dịch vụ vụ tuyến.
GERAN (GSM/EDGE RAN): là giao diện sơ cấp giữa UE và mạng truy nhập GSM/ EDGẸ GERAN bao gồm BTS và BSC. Giao diện Um cú thể hỗ trợ cỏc giao diện vụ tuyến GSM/EDGẸ GERAN được kết nối tới 2G-SGSN qua giao diện Gb và tới 3G-SGSN qua giao diện Iu (trong hỡnh khụng cú giao diện Gb vỡ bỏo hiệu và lưu lượng cho dịch vụ VoIP và số liệu thời gian thực sẽ được gửi qua giao diện Iu).
UTRAN: là giao diện sơ cấp giữa UE và mạng truy nhập UMTS, gồm nỳt B và RNC. Nú cung cấp giao diện khụng gian UMTS. UTRAN được kết nối với 3G-SGSN qua giao diện Iụ UTRAN cung cấp cỏc mức QoS khỏc nhau tuỳ theo mức ứng dụng và dịch vụ yờu cầụ
SGSN: quản lý di động. Cỏc bản tin đăng kớ được chuyển từ UE qua giao diện khụng gian, giao diện Iu tới SGSN. SGSN nhận cỏc bản tin gửi tới MSC nhưng nú khụng xử lý cỏc bản tin này mà chuyển chỳng đến MSC/VLR. SGSN cũn thực hiện nhận thực, quản lý phiờn, tớnh cước, ỏnh xạ địa chỉ IP thành IMSỊ
GGSN: cung cấp kết nối giữa cỏc UE và cỏc mạng PDN ngoài sử dụng IP. GGSN thực hiện chức năng định tuyến, thiết lập và giải phúng phiờn số liệu, đo đạc và tớnh cước. Dữ liệu của người dựng được truyền giữa SGSN và GGSN theo phương thức xuyờn hầm. Cỏc đường hầm được thiết lập tự động dựng giao thức GTP và được giải phúng khi khụng cần thiết nữạ
Khối chức năng cổng tớnh cước CGF: Thu thập cỏc thụng tin tớnh cước cho mạng gúi đường trục. Để chuyển đổi sang cấu trỳc mạng hoàn toàn IP cần thay đổi nội dung của bộ đăng kớ số liệu tớnh cước.
Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR: mỗi thiết bị đầu cuối được nhận dạng bởi một số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI, cỏc IMEI này được ghi trong EIR.
Mỏy chủ thuờ bao thường trỳ HSS: là cơ sở dữ liệu chớnh nắm giữ cỏc thụng tin liờn quan đến thuờ baọ
CSCF: là thành phần chớnh của mạng di động hoàn toàn IP, thực hiện cỏc chức năng: cổng cuộc gọi đến (định tuyến cuộc gọi đến, quản lý địa chỉ), điều khiển cuộc gọi, thu nhận cơ sở dữ liệu, xử lý địa chỉ.
Chức năng điều khiển cổng phương tiện MGCF: Ngắt bỏo hiệu giữa cỏc hệ thống con 3GPP IM CN và PSTN/PLMN, cung cấp giao diện điều khiển cuộc gọi và chuyển đổi giữa mạng PSTN và mạng IP.
MGW: là điểm kết cuối truyền tải giữa một mạng IP và mạng PSTN/PLMN.
MRF: được sử dụng để cung cấp cỏc thụng bỏo và tớn hiệu õm tần trong cỏc phiờn hội thảo đa phương tiện nhiều bờn.
Chức năng cổng bỏo hiệu truyền tải (T-SGW): cung cấp mức truyền tải phối hợp hoạt động giữa mạng PSTN/PLMN và mạng lừi 3GPP.
R-SGW: Ngắt bỏo hiệu giữa miền chuyển mạch kờnh/GPRS và hệ thống con IM CN.
5.2 Tổng quan mạng UTRAN
Hỡnh 4.12 mụ tả mụ hỡnh mạng UTRAN (Release 99 trước đõy và là Release 3 hiện nay). Cỏc chức năng cơ bản của UTRAN bao gồm:
Quản lý tài nguyờn vụ tuyến
Xử lý bỏo hiệu vụ tuyến
Thực hiện thiết lập và giải phúng cuộc gọi
Xử lý lưu lượng số liệu và thoại
Điều khiển cụng suất
Cung cấp chức năng vận hành, quản lý và bảo dưỡng giỏm sỏt (OAM&P).
Thực hiện chuyển giao mềm, chuyển giao cứng.
Hỗ trợ dữ liệu gúị
Hỡnh 4.12 Mụ hỡnh UTRAN
Mạng UTRAN hỗ trợ IP hạn chế và chỉ được sử dụng như biờn truyền tải cho lưu lượng bỏo hiệu tại giao diện Iụ Lưu lượng của người dựng IP từ mạng lừi chuyển mạch gúi được tạo đường hầm từ SGSN tới RNC (giao diện Iu). RNC truyền tải cỏc gúi IP qua cỏc kết nối AAL2 tới giao diện vụ tuyến. Tuy nhiờn, khi nhu cầu về cỏc dịch vụ dựa trờn Internet tămg lờn thỡ lưu lượng chớnh trong mạng UTRAN là lưu lượng IP.
Cú 3 giải phỏp hỗ trợ IP trong mạng UTRAN. Thứ nhất, IP cú thể được sử dụng là vật mang truyền tải trờn mạng truyền tải ATM của R99. Thứ hai, IP được sử dụng như giao thức truyền tải với bất kỡ cụng nghệ lớp 1 và lớp 2 nàọ
Vỡ kiến trỳc ATM lớp dưới là mạng quang đồng bộ SONET hoặc mạng phõn cấp số đồng bộ SDH được triển khai qua cỏc tuyến quang diện rộng, nờn việc sử dụng IP trực tiếp trờn mạng SONET/SDH để tăng hiệu quả sử dụng băng tần được ưa chuộng hơn so với việc dựng mạng ATM. Bờn cạnh đú, cú thể dựng chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS để cung cấp cỏc dịch vụ kết nối chuyển mạch nhanh cho lớp IP bằng cỏch tận dụng một trong hai cụng nghệ truyền dẫn ở trờn.
SONET/SDH
SONET/SDH là cụng nghệ truyền tải lớp vật lý tốc độ cao, được tối ưu hoỏ cho lưu lượng thoạị Tốc độ truyền dẫn cơ bản của SONET là 51,840 Mbps.
SONET/SDH được sử dụng như là lớp truyền tải cho cỏc giao thức lớp cao hơn như ATM hay IP/PPP, thực hiện trờn cỏc thiết bị chuyển mạch hoặc định tuyến lưu lượng tới một điểm đầu cuốị
ATM
ATM là cụng nghệ chuyển mạch và ghộp kờnh tế bào, kết hợp cỏc ưu điểm của chuyển mạch kờnh (về dung lượng và trễ truyền dẫn) với cỏc ưu điểm của chuyển mạch gúi (hiệu quả đối với lưu lượng khụng đều). ATM sử dụng tế bào 53 byte và cỏc kờnh ảo (VC) để truyền tải lưu lượng số liệu, thoại và video giữa cỏc đầu cuối trong mạng. ATM định nghĩa kờnh ảo cố định PVC và kờnh ảo chuyển mạch SVC. Cụng nghệ ATM cú ưu điểm:
- Hiệu năng cao qua chuyển mạch cứng
- Băng tần động đối với lưu lượng khụng đều