Mạng truyền tải UTRAN bao gồm cỏc nỳt và cỏc tuyến, để truyền tải lưu lượng người dựng, bỏo hiệu và quản lý, cung cấp đồng thời nhiều mức QoS. Cú nhiều giải phỏp để đỏp ứng được cỏc yờu cầu cơ bản của mạng truyền tải UTRAN. Giải phỏp cho mặt điều khiển mạng vụ tuyến tại giao diện Iub và Iur được thể hiện trờn hỡnh 4.13.
Cú hai phương thức được xỏc định cho truyền tải bỏo hiệu mạng vụ tuyến trong giao diện Iur đối với Rel5. Đú là phần điều khiển kết nối bỏo hiệu SCCP/MTP3- Giao thức thớch ứng người dựng User Adaptation Protocol (M3UA) và SS7 SCCP- Lớp thớch ứng người dựng (SUA). M3UA thường được lựa chọn làm phương tiện truyền tải bỏo hiệu lớp mạng vụ tuyến trong giao diện Iur.
Đối với mặt phẳng người sử dụng, cỏc giải phỏp được đưa ra trờn cơ sở truyền tải IP qua mạng SONET (IP-over-SONET) (bao gồm: LIPE, CIP,
PPP/HDLC) hoặc IP trờn mạng ATM (IP-over-ATM) (bao gồm PPPmux/AAL5, PPP/AAL2, CIP).
CIP và LIPE thực hiện phõn mảnh, ghộp luồng và phõn tập QoS (trờn UDP/IP)
PPPmux/AAL5/ATM, PPP/AAL2/ATM, PPP/HDLC và MPLS thực hiện dưới lớp IP.
LIPE
Giao thức đúng gúi tin IP nhỏ LIPE (Lightweight IP Encapsulation) là một giao thức do Lucent Technology thiết kế. LIPE là lớp thớch ứng IP, thực hiện ghộp kờnh cỏc khung dữ liệu của người dựng vào cỏc gúi tin IP giống như việc ghộp cỏc khung AAL2 vào cỏc tế bào ATM.
LIPE sử dụng UDP/IP hoặc IP như lớp truyền tảị Mỗi gúi tin LIPE gồm một số gúi số liệu đa phương tiện MDP (Multimedia data packet). Mỗi MDP cú một tiờu đề ghộp kờnh MH (Multiplexing Header) mang thụng tin về giao thức và phương tiện.
CIP
Giao thức IP hỗn hợp CIP (Composite IP) là một giao thức gần giống LIPE chỉ khỏc ở tiờu đề gúi tin. CIP cho phộp sử dụng hiệu quả băng tần của tuyến bằng cỏch ghộp cỏc gúi tin CIP với kớch thước khỏc nhau vào một container CIP. Cơ chế của CIP được cung cấp bởi hai lớp liờn kết: CIP/UDP/IP/PPP/HDLC và CIP/UDP/IP/PPP/AAL5/ATM.
PPP/HDLC
PPP là giao thức lớp liờnkết điểm-điểm cung cấp cỏc chức năng sau:
Đúng gúi và truyền tải cỏc gúi từ cỏc giao thức lớp mạng trờn cựng một tuyến.
Thiết lập, đặt cấu hỡnh và kiểm tra kết nối lớp liờn kết
Thiết lập và định cấu hỡnh cỏc giao thức lớp mạng
PPP sử dụng một cơ chế đúng khung giống như HDLC để đúng khung qua phương tiện vật lý lớp dướị
MPLS
Chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS là một tiờu chuẩn của IETF thực hiện việc gắn nhón chứa thụng tin chuyển tiếp cho cỏc gúi tin IP. Cỏc nhón này tương tự như nhận dạng kết nối số liệu DLCIs (data link connection identifiers) sử dụng trong mạng chuyển tiếp khung hoặc VPI/VCI sử dụng trong mạng ATM. Cỏc
router/chuyển mạch nhón cú thể đọc cỏc nhón này nhanh hơn so với việc tỡm kiếm thụng tin địa chỉ đớch trong bảng định tuyến. Nhờ gắn nhón kết nối vào trước gúi tin IP mà chuyển mạch gúi hiệu quả hơn, khụng cần tỡm kiếm trong cỏc bảng định tuyến IP phức tạp.
PPPMux/AAL5/ATM
PPPMux là một phương thức giảm tiờu đề khung PPP khi truyền tải cỏc gúi tin cú kớch thước nhỏ. Cỏch thức thực hiện là ghộp nhiều khung PPP đó được đúng gúi thành một khung PPPMux bằng cỏch chốn thờm cỏc bộ phõn định ranh giới ở đầu mỗi khung. PPPMux/AAL5/ATM mang cỏc khung PPP trờn lớp liờn kết ATM/AAL5. Lớp PPP sẽ xử lý dịch vụ lớp ATM AAL5 như một liờn kết điểm- điểm.
PPP/AAL2
PPP trờn AAL2 xỏc định hiệu quả sử dụng băng tần của PPP trờn AAL5 đối
với việc truyền tải cỏc gúi tin kớch thước nhỏ bằng cỏch tận dụng phõn lớp phần chung CPS để ghộp nhiều tải tin của lớp PPP vào cỏc tế bào ATM. PPP trờn AAL2
xỏc định phương thức đúng gúi sử dụng phõn lớp hội tụ riờng dịch vụ ghộp và phõn mảnh SSSAR cho AAL 2. Phõn lớp SSSAR được sử dụng để phõn mảnh cỏc gúi PPP thành cỏc khung cú thể truyền tải dựng AAL2 CPS.
Những điểm khỏc chớnh của PPP/AAL2 so với PPPMux/AAL5:
PPP/AAL2 sử dụng băng tần hiệu quả hơn
PPP/AAL2 thực hiện ghộp kờnh ở lớp CPS nờn trễ cho mỗi gúi tin sẽ ngắn hơn: khi tế bào ATM đầy, gúi tin được gửi đi ngaỵ Với PPPmux, việc ghộp kờnh được thực hiện trờn lớp ATM nờn cỏc gúi tin đó được ghộp phải chờ cho đến khi hoàn thành gúi PPPmux. Cũng như vậy khi chuyển gúi tin đi: tất cả cỏc tế bào ATM mang gúi PPPmux phải tới nơi trướckhi cỏc gúi PPPmux ghộp được chuyển đị Cũn đối với PPP/AAL2, cỏc gúi tin được tỏch và ghộp khi cỏc tế bào ATM tới nơị
Đối với PPPmux/AAL5 việc mất một tế bào ATM sẽ dẫn đến mất cả gúi PPPmux cũn trong PPP/AAL2 chỉ cỏc gúi trong tế bào đú bị mất
5.4 So sỏnh IP-over-SONET và IP-over-ATM
Tiờu đề: Gúi tin IP chiếm 80% dung lượng đường truyền khi hoạt động trờn nền ATM và chiếm 95% khi chạy trờn nền PPP/SONET/SDH. Với nền SDH, cỏc khung được truyền trực tiếp trờn tải tin SONET/SDH, do đú loại bỏ được cỏc tiờu đề yờu cầu thực hiện truyền tải ATM (vớ dụ tiờu đề tế bào ATM, đúng gúi IP-over- ATM).
Quản lý băng tần: ATM quản lý băng tần bằng cỏch cấp phỏt băng tần cho cỏc dũng thụng tin (VCC) khỏc nhau trờn tuyến truyền dẫn dựa theo chất lượng dịch vụ được yờu cầụ Cũn đối với mạng SONET/SDH, băng tần được dựng chung
cho mọi người dựng và cỏc loại ứng dụng tại mọi thời điểm, khụng cú sự đảm bảo rằng lưu lượng đầu cuối-đầu cuối của người dựng sẽ đến nơi vào thời điểm mong muốn. Lớp IP sẽ phải lập lịch truyền dẫn cho cỏc gúi tin để đảm bảo rằng cỏc dũng thụng tin nhận được băng tần dựng chung trờn tuyến truyền dẫn. Nếu một nỳt hoặc một tuyến bị tắc ghẽn, cỏc gúi thường bị rớt ngẫu nhiờn (phụ thuộc vào đặc điểm của bộ định tuyến).
Quản lý mạng: Trong mạng IP-over-ATM, việc quản lý mạng được thực hiện bằng cỏch thiết lập cỏc quy định cho cỏc dũng trong hệ thống quản lý mạng và cho phộp người dựng thoả thuận với mạng dưới dạng một hợp đồng lưu lượng. Đối với mụi trường IP/PPP-over-SONET/SDH trọng tõm của việc quản lý mạng là quản lý cỏc liờn kết điểm-điểm và cỏc thiết bị định tuyến riờng.
QoS: QoS liờn quan đến cỏc tham số như độ trễ đầu cuối-đầu cuối, jitter, mất gúi và thụng lượng. Chất lượng thoại phụ thuộc vào việc phõn phỏt cỏc gúi tin VoIP đỳng lỳc và tỉ lệ mất gúị Để đỏp ứng nhu cầu này, cỏc mạng IP hiện tại cần cú thờm cỏc cơ chế tăng QoS của mạng như sau:
Cung cấp dịch vụ phõn tỏn cho cỏc lớp lưu lượng khỏc nhau
Cú cơ chế đo việc sử dụng tài nguyờn mạng và thoả thuận mức dịch vụ của nhà cung cấp
Thay đổi chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối linh hoạt
Mạng ATM cung cấp cỏc mức QoS khỏc nhau cho mỗi VCC theo thoả thuận. Cỏc tham số này bao gồm: Tỉ lệ mất tế bào CLR, trễ truyền tế bào CTD, tham số trễ tế bào CDV, tốc độ tế bào tối đa PCR, tốc độ tế bào trung bỡnh SCR, dung sai BT. IP/PPP qua mạng SONET/SDH hoạt động trờn từng liờn kết điểm-điểm và khụng cung cấp tớnh năng QoS, lớp IP sẽ tự quản lý việc truyền dẫn gúi tin của nú để đảm bảo QoS hợp lý cho cỏc dũng thụng tin.
Điều khiển luồng: ATM dựng cỏc chức năng điều khiển cuộc gọi CAC, định hỡnh lưu lượng và điều khiển tham số người dựng để đảm bảo cỏc luồng thụng tin ở trong giới hạn của hợp đồng lưu lượng đó thoả thuận. Lưu lượng vượt quỏ sẽ bị đỏnh dấu và bị huỷ bỏ khi mạng bị quỏ tảị IP/PPP qua mạng SONET/SDH khụng cung cấp cơ chế điều khiển luồng nào, do đú TCP sẽ điều khiển luồng trực tiếp qua cỏc liờn kết IP/PPP.
5.5 Kết luận
IP là sự lựa chọn cho cụng nghệ lớp mạng cho cỏc mạng gúi đang hỡnh thành và thỳc đẩy sự phỏt triển của mạng Internet toàn cầụ Khả năng triển khai hàng loạt, tớnh khả thi, khả năng phỏt triển và hiệu quả về chi phớ của mạng IP là lý do chớnh để lựa chọn IP cho lớp truyền tải trong mạng UTRAN. Do vậy kiến trỳc được lựa chọn phải tối đa hoỏ cỏc ưu điểm của cụng nghệ và kiến trỳc IP. Việc tiờu chuẩn hoỏ lớp truyền tải IP sẽ độc lập với lớp 2 và hiện tại chưa xỏc định sẽ dựng cụng
nghệ truyền dẫn IP hay SONET. Khi tốc độ bit là quan trọng thỡ sử dụng IP-over- SONET tốt hơn. Khi sự linh trong hoạt quản lý băng tần, chất lượng dịch vụ và kĩ thuật mạng đúng vai trũ quan trọng thỡ IP-over-ATM là giải phỏp hiệu quả hơn. Tuy nhiờn, cỏc vấn đề liờn quan đến chi phớ (chi phớ cung cấp dịch vụ và chi phớ bảo dưỡng) cũng ảnh hưởng khụng nhỏ đến việc lựa chọn cụng nghệ.
Chương 6 MẠNG DI ĐỘNG 4G
6.1 Giới thiệu
Trong quỏ trỡnh chuyển từ 2G lờn 3G, một loạt cỏc hệ thống vụ tuyến đó được phỏt triển bao gồm: GPRS, IMT-2000, Bluetooth, WLAN và HiperLAN. Cỏc hệ thống này được thiết kế độc lập, hướng tới một loại dịch vụ, tốc độ truy cập và người dựng riờng, điển hỡnh cho hệ thống mạng đú. Mỗi hệ thống đều cú những điểm mạnh và điểm yếu riờng, khụng cú hệ thống nào đủ tốt để thay thế tất cả cỏc cụng nghệ khỏc. Thay vỡ nghiờn cứu tỡm hiểu cụng nghệ và giao diện vụ tuyến phỏt triển cho 4G, người ta đưa ra giải phỏp tớch hợp tất cả cỏc hệ thống vụ tuyến hiện cú và cỏc hệ thống mới được phỏt triển để tạo nờn mạng 4G.
dữ liệu 9,6kbpbs
x3 dung lượng thoại, Roaming, SMS DIgital
dữ liệu 64kbpbs x2 dung lượng thoại
“Always on” MMS
dữ liệu 2Mbs internet hội tụ hữu tuyến
tải file lớn phổ tần mới 1G 2G 2,5G 3G 4G Low High Dun g l ư ợ n g / Nh u c ầ u ( M O U) 1980s 1990s 2000s 2010s dữ liệu 100Mbs? 3,5G thoại analog dữ liệu 9,6kbpbs
x3 dung lượng thoại, Roaming, SMS DIgital
dữ liệu 64kbpbs x2 dung lượng thoại
“Always on” MMS
dữ liệu 2Mbs internet hội tụ hữu tuyến
tải file lớn phổ tần mới 1G 2G 2,5G 3G 4G Low High Dun g l ư ợ n g / Nh u c ầ u ( M O U) 1980s 1990s 2000s 2010s dữ liệu 100Mbs? 3,5G thoại analog
Hỡnh 4.14 Sự Phỏt triển của cụng nghệ thụng tin di động
Tổng quan về phỏt triển cỏc hệ thống thụng tin di động được cho trong hỡnh 4.14. Với yờu cầu ban đầu là 10 Mbps, tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống 4G cú thể
lờn tới 100 Mbps. Khụng cú một ứng dụng hay dịch vụ nào yờu cầu tốc độ truyền cao như vậy, nhưng nhờ đú cỏc dịch vụ cú thể được cung cấp nhanh hơn, cho nhiều người sử dụng cung một lỳc hơn. Dịch vụ điện thoại truyền hỡnh chắc chắn được đỏp ứng với chất lượng caọ Hỡnh 4.15 cho thấy cấu trỳc mạng tổng thế của mạng thụng tin di động trong tương laị
Cấu trúc RAN phân tán/ mở IP v6 RAN Backbone mạng lõi IP v6 GW truy nhập gsm/edge wcdma cdma 1X WLAN Máy chủ vị trí Máy chủ mạng truy nhập vô tuyến Máy chủ khai thác& bảo dưỡng
Máy chủ quản lý tài nguyên chung 4G Cấu trúc RAN phân tán/ mở IP v6 RAN Backbone IP v6 RAN Backbone mạng lõi IP v6 mạng lõi IP v6 GW truy nhập gsm/edge wcdma cdma 1X WLAN Máy chủ vị trí Máy chủ mạng truy nhập vô tuyến Máy chủ khai thác& bảo dưỡng
Máy chủ quản lý tài
nguyên chung
4G
Hỡnh 4.15 Cấu trỳc mạng tổng thể của mạng thụng tin di động tương lai
6.2 Cỏc đặc điểm chớnh và một số vấn đề của mạng 4G
Một thuật ngữ đặc trưng được sử dụng để mụ tả cỏc đặc điểm của mạng 4G là MAGIC (Mobile multimedia, Anytime anywhere, Global mobility support, Intergrated wireless solution, Customized personal service) - Đa phương tiện di động, mọi nơi mọi lỳc, hỗ trợ tớnh di động toàn cầu, giải phỏp vụ tuyến tớch hợp và dịch vụ tuỳ chọn theo ý khỏch hàng). Với vai trũ là mạng của tương lai, cỏc hệ thống 4G khụng chỉ hỗ trợ cỏc dịch vụ di động của mạng thế hệ mới (NGN) mà cũn hỗ trợ cỏc mạng vụ tuyến cố định.
Cỏc điểm chớnh của mạng 4G là:
Độ khả dụng cao: mọi nơi, mọi lỳc và với mọi cụng nghệ
Cung cấp cỏc dịch vụ đa phương tiện với chi phớ thấp
Cỏc dịch vụ cỏ nhõn
Cỏc dich vụ tớch hợp
Đặc điểm nổi bật của mạng di động 4G là hỗ trợ khả năng chuyển mạng toàn cầu, vớ dụ từ một mạng di động tổ ong sang một mạng vệ tinh tới một mạng WLAN
tốc độ caọ Với đặc điểm này, người dựng cú thể truy cập nhiều dịch vụ khỏc nhau trong vựng phủ súng rộng hơn chỉ bằng một thiết bị và một hoỏ đơn tớnh cước duy nhất. Như vậy rất tiện lợi và giảm chi phớ đỏng kể cho người dựng.
Mạng 4G cũng cú cỏc đặc điểm của mạng IP, để cung cấp truy nhập Internet di động với tốc độ 50 Mbps trở lờn.
Ngoải ra hệ thống 4G cũn cú cỏc vấn đề sau đõy:
Vấn đề Hướng giải quyết Liờn quan đến thiết bị di động
Thiết bị đầu cuối đa mode:
- Cú khả năng hoạt động trong nhiều mạng vụ tuyến khỏc nhau
- Khắc phục được cỏc vấn đề như giới hạn về kớch thước thiết bị, nguồn năng lượng.
- Cú khả năng tương thớch với cỏc thiết bị khỏc
Sử dụng một giao diện vụ tuyến mềm: thiết bị người dựng cú thể tự tương thớch với cỏc giao diện vụ tuyến của cỏc mạng.
Phỏt hiện mạng vụ tuyến
Thiết bị di động phải cú khả năng phỏt hiện được cỏc mạng vụ tuyến cú mặt trong vựng bằng việc xử lý cỏc tớn hiệu do cỏc hệ thống vụ tuyến gửi tới (với cỏc giao thức truy nhập khỏc nhau và khụng tương thớch với nhau)
Người dựng thực hiện phỏt hiện mạng bằng cỏch tự động tải về cỏc mụđun phần mềm của cỏc hệ thống vụ tuyến Lựa chọn mạng vụ tuyến
Mỗi hệ thống vụ tuyến đều cú cỏc đặc tớnh và vai trũ riờng. Sự đa dạng của cỏc hệ thống làm cho việc lựa chọn cụng nghệ phự hợp nhất cho một dịch vụ nào đú tại một thời điểm và vị trớ trở nờn phức tạp.
Hệ thống vụ tuyến cú thể được lựa chọn phự hợp nhất dựa vào yờu cầu về QoS của người dựng, cỏc tài nguyờn mạng hoặc cỏc yờu cầu của người dựng.
Tớnh di động đầu cuối
Phải thực hiện được việc định vị và cập nhật vị trớ của thiết bị đầu cuối trong cỏc hệ thống vụ tuyến, đồng thời thực hiện chuyển giao theo yờu cầu với độ trễ chuyển giao và tỉ lệ mất gúi thấp nhất.
Sử dụng cỏc cơ chế bỏo hiệu và chuyển giao nhanh (MIPv6)
Cung cấp QoS đầu cuối- đầu cuối
Phải tớch hợp cỏc hệ thống dựa trờn IP và khụng dựa trờn IP hiện cú và cung cấp QoS cho cỏc dịch vụ đầu cuối-đầu cuối liờn quan đến nhiều hệ thống khỏc nhau Sử dụng cơ chế QoS của hệ thống UMTS, cơ chế này cũng hỗ trợ hoạt động với cỏc cụng nghệ QoS khỏc. Bảo mật
Phải cung cấp cỏc cơ chế bảo mật cú khả năng tự cầu hỡnh lại, thớch nghi và đơn giản.
Thực hiện thay đổi đối với cỏc cơ chế bảo mật hiện cú để ỏp dụng cho cỏc hệ thống hỗn hợp.
Dịch vụ
Hệ thống tớnh cước
Phải thu thập, quản lý và lưu trữ thụng tin tớnh cước của người dựng từ nhiều nhà cung cấp dịch vụ và tớnh cước cho người dựng với thụng tin đơn giản nhưng chi tiết
Một số hệ thống tớnh cước đó được đưa ra, sẽ được núi đến trong cỏc phần sau
Hỗ trợ tớnh di động cho người dựng
Phải hỗ trợ cho người dựng tớnh di động liờn tục mà khụng cần thay đổi cỏc mỏy chủ trong cỏc