ME: Thiết bị đầu cuối
TE: Đầu cuối di động BCS: Phân hệ trạm gốc
SGSN: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
GGSN: Nút hỗ trợ cổng giao tiếp GPRS
MSC / VLR: Tổng đài di động Bộ ghi định vị tạm trú HLR: Bộ ghi định vị thường trú
EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị
SMS - GMSC: Tổng đài cổng di động cho dịch vụ tin ngăn SMS - IWMSC: Tổng đài liên kết di động cho dịch vụ tin ngăn SM - SC: Trung tâm dịch vụ tin ngắn
Billing System: Hệ thống lập hoá đơn PDN: Mạng dữ liệu gói
CFG: Cổng chức năng tính cước BG: Cổng giao tiếp
Giao diện Um : Là giao diện giữa MS và BTS. Giao diện A : Là giao diện giữa BSC và MSC.
Giao diện D : Là giao diện giữa HLR và VLR dử dụng báo hiệu CCS7 đổi thông tin của các thuê bao di động.
Giao diện c : Là giao diện giữa GMSC và HLR, giao diện này sử dụng báo hiệu CCS7. Giao diện E : Dùng để thiết lập việc truyền dữ liệu giữa các thuê bao thuộc vùng phục vụ của hai tổng đài khác nhau .
Giao diện Gb : Gb dùng để truyền thông tin báo hiệu và dữ liệu GPRS mạng vô tuyến GSM (BSS) và phần GPRS.
Giao diện Gn : Gn là giao diện truyền báo hiệu và dữ liệu trong mạng trục trong PLMN . Gn sử dụng giao thức đường hầm GPRS (Tunneling protocol).
Giao diện Gp : Gp là giao diện giữa hai nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (GSN) mạng khác nhau. Gp thực hiện chức năng tương tự như Gn.
Giao diện Gs : là giao diện giữa MSC và SGSN giúp cho SGSN chuyên tin cập nhật vieị trí tởi MSC hoặc nhận thơng tin tìm gọi từ MSC.
Giao diện Gr : Giao diện giữa SGSN và HLR, SGVN tìm thơng tin th bao trong HLR qua giao diện này.
Giao diện Gc : Giao diện giữa HLR và SGSN, Có thể được sử dụng để GGSN hỏi về vị trí hiện tại và hồ sơ của thuê bao để cập nhật cho bộ định vị của GGSN.
Giao diện Gf : Giao diện giữa bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) và SGSN để SGSN có thể hởi về số IMEI của trạm di động .
Giao diện Gd : là giao diện giữa SMS - GMSG và SGSN, Giao diện này cho phép tăng tính hiệu quả trong việc sử dụng các dịch vụ bản tin ngắn.
4.4 Kiến trúc giao thúc GPRS
4.4.1 So* đồ kiến trúc giao thức của GPRS
BSS GSM Network MSC/ VLR Um A bis BSC PCU Other Operators Network (PLMN) STS AUC=Authentication Center BSC=Base station Controller BSS=Base station Subsystem Gs, Gr, Gn, Gb, Gi= interfaces GGSN=Gateway GPRS Support Node HLR=Home Location Register MSC=MobileSwitching Center PCU=Packet Control Unit PLMN=Public Land Mobile Network SGSN=Serving GPRS SupportNode VLR=Visitor Location Register CG=Charging Gateway GPRS Network GPRS Internal Packet Network GGSN External Network SGSN
Hình 4.5 So’ đồ kiến trúc của GPRS
Các phần từ hiện hữu của mạng GSM chỉ cần nâng cấp về phần mềm, ngoại trừ khối BSC phải nâng cấp về phần cứng.
Đe có thể tích họp GPRS vảo mạng GSM hiện tại, cần có thêm một số các nút được gọi là các nút hỗ trợ GPRS (GSN). Các nút GSN thực hiện việc chuyển các gói dữ liệu giữa các trạm di động và các mạng dữ liệu gói bên ngồi (PDN) như mạng Internet/Internet, X25. Hai nút mới được bổ sung, đó là nút hồ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động (SGSN) và nút hồ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động cổng (GGSN).
4.4.2 Các thành phần của GPRS
Thiết bị đầu cuối số liệu - TE Thiết bị đầu cuối có nhiệm vụ trao đổi các gói tin với mạng.
Đầu cuối di động MT Đầu cuối di động có nhiệm vụ kết nối thiết bị đầu cuối số liệu với hệ thống GPRS thông qua giao diện vô tuyến.
Trạm di động MS Trạm di động cũng có thể là một thiết bị duy nhất thực hiện cả hai chức năng MT và TE.
Hệ thống trạm gốc - BSS Hệ thống GPRS sử dụng chung các tài nguyên với GSM trên giao diện vơ tuyến. Nghĩa là có thể trộn lẫn các kênh GPRS với các kênh của chuyển mạch kênh trong cùng một ô.
Bộ đăng ký định vị thường trú HLR.
Bộ đăng ký định vị thường trú (HLR) là cơ sở dữ liệu chứa các thông tin về thuê bao thuộc phạm vi quản lý của nó. HLR chứa thơng tin của tất cả các dịch vụ chuyển kênh và chuyển mạch gói.
Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động - SGSN, SGSN kiểm soát việc chuyển đổi giao thức từ các giao thức IP dùng trong mạng Internet thành các giao thức SNDCP và LLC sử dụng giữa SGSN và MS.
Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động cơng - GGSN GGSN đóng vai trị như một bộ định tuyển cho các mạng ngoài tới được SGSN. Do đó GGSN phải có các chức năng truy cập mạng.
GGSN thực hiện các chức năng cơ bản sau: - Kết nối với mạng IP bên ngoài.
- Bảo mật IP (IPSec). - Quản lý phiên làm việc
- Đưa ra dữ liệu tính cước (CDR). - Chức năng bức tường lửa (Firewall)
- cổng đường biên (BG Border Gateway)
- Cổng đường biên sử dụng để quản lý, bảo mật và định tuyến các tín hiệu liên quan đến GPRS và việc truyền gói dữ liệu tới mạng GPRS khác.
Bộ điều khiển gói PCU
Khối điều khiển gói PCƯ thực hiện chức năng quản lý gói GPRS trong phân hệ trạm gốc BSS.
Trung tâm chuyên mạch di động/bộ đăng ký tạm trú MSC/VLR
Trung tâm chuyển mạch di động MSC và bộ ghi định vị tạm trú VLR kết nối trực tiếp tới SGSN qua giao diện GS và kết nối gián tiếp qua phân hệ trạm gốc BSS sử dụng giao diện A và Gb.
AUC
Trung tâm nhận thực (AUC) là một thành tổ của mạng GSM thực hiện chức năng tạo ra các dữ liệu nhận thức và mã hóa để bảo vệ mạng chống lại việc sử dụng trái phép.
SMS-GMSC và SMS-IWMSC
SMS-GMSC và SMS - IWMSC không bị ảnh hưởng khi thực hiện dịch vụ SMS trên GPRS, SGSN sẽ được kết nối tới SMSC qua giao diện Gd. Giao diện Gd cho phép trạm di động nhập mạng GPRS có thể gửi và nhận SMS trên kênh GPRS.
EIR
Mục đích là khơng cho phép các máy điện thoại di động bị đánh cắp được sử dụng trên mạng.
4.5 Các kịch bản báo hiệu GPRS4.5.1 Mặt phẳng truyền dẫn 4.5.1 Mặt phẳng truyền dẫn
SNDCP: Subnetwork Dependent Convergence Protocol GTP: GPRS Tunnel Protocol
BSSGP: BSS GPRS NS: Network Service
RLC: Radio Link Control LLC: Logical Link Control
Hình 4.6 Mặt phẳng truyền dẫn GPRS tới theo mơ hình OSI
Giao thức GTP là một giao thức đường ham (Tunnel), đối với các ứng dụng tại đầu cuối chỉ tồn tại một kết nối 1P (kết nối ngay dưới lớp ứng dụng). GTP đặt kết nối này và các gói liên quan vào một bao gói (Encapsulation) đế truyền dẫn qua mạng IP nằm giữa SGSN và GGSN.
Tại SGSN bao gói được gở bỏ và các gói được chuyển đến MS bằng cách sử dụng SNDCP, LLC và các lớp thấp hơn. Đối với các gói từ MS đến mạng ngoài (Internet chẳng hạn) GGSN và chuyến đi các gói IP.
Cấu trúc thơng tin dữ liệu gắn liền với nguyên tắc phân chia lớp giao thức và biệt giữa mặt phẳng báo hiệu và truyền dân. Mặt phẳng báo hiệu chứa các giao thức điều
khiển và hỗ trợ việc truyền thông tin người dùng. Các chức năng có liên quan đến GPRS bao gồm điều khiển kết nối, định tuyến và quản lý di động. Mặt phăng truyền dẫn gồm có các giao thức dùng cho truyền thông tun người dùng và các thủ tục kèm theo như điều khiển luồng, phát hiện và khôi phục lỗi.
4.5.2 Mặt phẳng báo hiệu
Hình 4.7 Mặt phẳng báo hiệu GPRS
GMM/SM: GPRS Mobility Management / Session Management.
Mặt phẳng báo hiệu có quan hệ với các chức năng quản lý di động của GPRS như kết nối với mạng GPRS, cập nhật vùng định tuyến GPRS, thiết lập các bối cảnh PDP. Báo hiệu giữa các GSN thực hiện bằng giao thức GTP.
Tại các lóp thấp, các chức năng giống như ở mặt phẳng truyền dẫn. Nhưng ở các lóp cao ta thấy có giao thức quản lý phiên và quản lý tính di động GPRS(GMM/SM) thay
cho SNDCP. Đây là giao thức sử dụng cho cập nhật vùng định tuyên, các chức năng an ninh (nhận thực chẳng hạn), thiết lập, duy trì thay đổi và kết cuối phiên.
4.6 Kiến trúc UMTS f PDN ) / e.g. Werner, ) \ intranet, X.25 ! Hình 4.8: kiến trúc UMTS External networks *1 2 7 4 Một mạng UMTS gồm 3 phần:
- Thiết bị người sử dụng ( UE: User Equipment), gồm 2 thiết bị: - Thiết bị di động ( ME)
- Mô - đun nhận dạng thuê bao UMTS ( ƯSIM: UMTS Subscriber Identify Module)
Trạm di động (MS) là thiết bị đầu cuối được sử dụng trong mạng GSM.
Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) gồm các nút B và các hệ thống mạng vô tuyến ( RNS: Radio Network System), mỗi RNS bao gồm bộ điều khiển mạng vô tuyến ( RNC: Radio Network Controller) và các BTS nối với nó.
Mạng lõi (CN: Core Network): Chuyển mạch kênh (CS) Chuyển mạch gói ( PS)
Mơi trường nhà ( HE: Home Environment) gồm: AuC, HLR và EIR.
Lõi cho data bao gồm SGSN, GGSN; phần lõi cho voice thì có MCS và GMSC. Mạng UMTS bao gồm 2 phần, phần truy nhập vô tuyến (UMTS Terrestrial Radio Access Network- UTRAN) và phần mạng lõi (core). Phần truy nhập vô tuyến bao gồm Node B và RNC. Còn phần core thì có core cho data bao gồm SGSN, GGSN; Phần core cho voice thì có MCS và GMSC.
Node B: Chức năng chính của Node B là xử lý lớp vật lý (Ll) ở giao diện vơ tuyến như mã hóa kênh, đan xen, trải phổ, điều chế... Nó cũng thực hiện một chức năng tài nguyên vô tuyến như điều khiển cơng suất vịng trong.
RNC: Trong trường họp Node B chỉ có một kết nối với mạng thì RNC chịu trách nhiệm điều khiển Node B được gọi là CRNC. Ngược lại, khi Node B có hơn một kết nối mạng thì các RNC được chia thành hai loại khác nhau theo vai trò logic của chúng. RNC phục vụ (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả đường lưu lượng và báo hiệu RANAP với mạng lõi.SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến giữa UE và ƯTRAN, xử lý số liệu lóp 2 (L2) từ/tới giao diện vô tuyến. SRNC của Node B này cũng có thể là CRNC của một Node B khác. RNC trôi (Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều khiển các ô được MS sử dụng. Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết họp và phân chia ở phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý ở lóp 2 đối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện lub và lur. Một UE có thể khơng có hoặc có một hay nhiều DRNC.
4.7 Giao diện vô tuyến ƯMTS
Giao diện lub: Giao diện lub là một giao diện quan trọng nhất trong số các giao diện của hệ thống mạng UMTS. Sở dĩ như vậy là do tất cả các lưu lượng thoại và số liệu đều được truyền tải qua giao diện này, cho nên giao diện này trở thành nhân tố ràng buộc bậc nhất đối với nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quan trọng. Đặc điểm của giao diện vật lý đối với BTS dẫn đến dung lượng lub với BTS có một giá trị quy định. Thơng thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng El, E3 hoặc STM1 nếu khơng có thể sử dụng luồng Tl, DS-3 hoặc OC-3. Như vậy, dung lượng của các đường truyền dẫn nối đến RNC có thể cao hơn tổng tải của giao diện lub tại RNC.Chẳng hạn nếu ta cần đấu nối 100BTS với dung lượng lub của mỗi BTS là 2,5 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2 Mbps và tổng dung lượng khả dụng
của giao diện lub sẽ là 100 X 2 X 2 = 400 Mbps. Tuy nhiên tổng tải của giao diện lub tại RNC vẫn là 250 Mbps chứ không phải là 400 Mbps.
Giao diện lur: Ta có thể thấy rõ vị trí của giao diện lur trong cấu hình của phần tử của mạng ƯMTS. Giao diện lur mang thông tin của các thuê bao thực hiện chuyển giao mềm giữa hai Node B ở các RNC khác nhau. Tương tự như giao diện lub, độ rộng băng của giao diện lur gần bằng hai lần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa hai RNC gây ra.
Giao diện Iu: Giao diện Iu là giao diện kết nối giữa mạng lõi CN và mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Giao diện này gồm hai thành phần chính là:
Giao diện lu-CS: Giao diện này chủ yéu là truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và MSC/VLR. Việc định cỡ giao diện lu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lượng tiếng.
Giao diện lu-PS: Là giao diện giữa RNC và SGSN. Định cỡ giao diện này phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói. Việc định cỡ giao diện này phức tạp hơn nhiều so với giao diện lub vì có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhau truyền trên giao diện này.
Giao diện Uu: Đây là giao diện không dây (duy nhất) của mạng UMTS. Tất cả giao diện khác đều có dây dẫn hết. Liên lạc trên giao diện này dựa vào kỹ thuật FDD/TDD WCDMA. Thật ra, nếu nhìn trên tổng thể kiến trúc mạng UMTS ta sẽ thấy là "nút cổ chai" của mạng UMTS chính là ở capacity của giao diện Uu này. Nó sẽ giới hạn tốc độ truyền thông tin của mạng UMTS. Neu ta có thể tăng tốc độ dữ liệu của giao diện này thì ta có thể tăng tốc độ của mạng UMTS. Thế hệ tiếp theo của ƯMTS đã sử dụng OFDMA kết hợp MIMO thay vì WCDMA để tăng tóc độ.
Giao diện Um: Kết nối vơ tuyến giữa MS và BTS.
4.8 Kiến trúc giao thức UMTS
Chuyển giao trong mạng WCDMA có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Có thể phân thành: chuyển giao cùng tần số, chuyển giao khác tần số và chuyển giao giữa các mạng khác nhau WCDMS với GSM. Trong phần này, ta lại chia chuyển
giao trong WCDMA thành bốn loại: chuyển giao trong cùng hệ thống, chuyển giao ngoài hệ thống, chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và mềm hơn.
Hình 4.10: Giao thức ƯMTS
Chuyển giao trong cùng hệ thống có thể được chia thành chuyển giao cùng tần số và chuyển giao khác tần số. Chuyển giao cùng tần số xuất hiện giữa các cell cùng sóng mang WCDMA. Chuyển giao khác tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các tần số sóng mang khác nhau.
Chuyển giao ngồi hệ thống xuất hiện giữa các cell thuộc hai kỹ thuật truy nhập vô tuyến khác nhau RAT (RAT: Radio Access Technology) hoặc giữa hai node UTRAN FDD và UTRAN TDD.
Chuyển giao cứng là loại chuyển giao mà kết nối cũ bị phá vỡ trước khi có kết nối vơ tuyến mới được thiết lập giữa thiết bị người sử dụng và mạng truy nhập vô tuyến. Loại chuyển giao này sử dụng trong mạng GSM để gán các kênh tần số khác nhau cho các cell. Người sử dụng đi vào cell mới sẽ huỷ bỏ kết nối cũ và thiết lập kết nối mới với tần số mới.
Chuyển giao cứng trong mạng UMTS sử dụng để thay đổi kênh tần số của UE và UTRAN. Trong suốt quá trình bố trí tần số của UTRAN, nó sẽ xác định rằng mỗi hoạt động UTRAN là dễ dàng để yêu cầu thêm vào phổ tần để đạt được dung lượng khi các cấp độ sử dụng hiện tại đã hết. Trong trường họp này vài băng tần xấp xỉ 5 MHz được sử dụng bởi một người và cần chuyển giao giữa chúng.
Chuyển giao cứng còn áp dụng để thay đổi cell trên cùng tần số khi mạng không hỗ trợ tính đa dạng lớn. Trong trường hợp khác là khi kênh truyền đã được xác định trong khi người sử dụng đi vào cell mới thì chuyển giao cứng sẽ thực hiện nếu chuyển giao mềm và mềm hơn không thực hiện được.
Thông thường chuyển giao cứng chỉ dùng cho vùng phủ và tải, còn chuyển giao mềm và mềm hơn là yếu tố chính hỗ trợ di động. Chuyển giao giữa hai mode UTRAN