Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS tận dụng kiến trúc đã có trong hầu hểt các hệ thống thông tin di động thế hệ 2, và thậm chí cả thế hệ thứ nhất. Điều này được chỉ ra trong các đặc tả kỹ thuật 3GPP
Hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng xác định. Theo tiêu chuẩn, các phần tử mạng được định nghĩa tại mức logic, nhưng có thể lại liên quan đến việc thực thi ở mức vật lý. Đặc biệt là khi có một số các giao diện mở (đối với một giao diện được coi là “mở”, thì yêu cầu giao diện đó phải được định nghĩa một cách chi tiết về các thiết bị tại các điểm đầu cuối mà có thể cung cấp bởi 2 nhà sản xuất khác nhau). Các phần tử mạng có thể được nhóm lại nếu có các chức năng giống nhau, hay dựa vào các mạng con chứa chúng.
Theo chức năng thì các phần tử mạng được nhóm thành các nhóm:
+ Mạng truy nhập vô tuyến RAN (Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS là UTRAN). Mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến.
+ Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch và định tuyến cuộc gọi và kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài.
+ Thiết bị người sử dụng (UE) giao tiếp với người sử dụng và giao diện vô tuyến. Kiến trúc hệ thống ở mức cao được chỉ ra trong hình 2-10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
USIM
C
ME
Hình 2- 10 Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao
Theo các đặc tả chỉ ra trong quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới. Ngược lại, việc định nghĩa mạng lõi (CN) được kế thừa từ GSM. Điều này đem lại cho hệ thống có công nghệ truy nhập vô tuyến mới một nền tảng mang tính toàn cầu là công nghệ mạng lõi đã có sẵn, như vậy sẽ thúc đẩy sự quảng bá của nó, mang lại ưu thế cạnh tranh chẳng hạn như khả năng roaming toàn cầu.
Hệ thống UMTS có thể chia thành các mạng con có thể hoạt động độc lập hoặc hoạt động liên kết các mạng con khác và nó phân biệt với nhau bởi số nhận dạng duy nhất. Mạng con như vậy gọi là mạng di động mặt đất UMTS (PLMN), các thành phần của PLMN được chỉ ra trong hình 2-11.
Hình 2- 11 Các thành phần của mạng trong PLMN Uu Nót B Nót B u Iub RNC Iu Iur MSC/ VLR GMSC HLR PLMN, PSTN, ISDN Nót B Nót B RNC SGSN GGSN Internet UE UTRAN CN M¹ng ngoµi
Thiết bị người sử dụng (UE) gồm 2 phần:
Thiết bị di động (ME) là đầu cuối vô tuyến sử dụng để giao tiếp vô tuyến qua giao diện Uu.
Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) là một thẻ thông minh đảm nhận việc xác nhận thuê bao, thực hiện thuật toán nhận thực và lưu giữ khóa mã mật, khóa nhận thực và một số các thông tin về thuê bao cần thiết tại đầu cuối.
Nút B: Chuyển đổi dữ liệu truyền giữa giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia vào quản lý tài nguyên vô tuyến.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) sở hữu và điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến trong vùng của nó (gồm các Nút B nối với nó). RNC là điểm truy cập dịch vụ cho
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
tất cả các dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng lõi.
Các phần tử chính của mạng lõi GSM:
HLR (Bộ đăng ký thường trú) là một cơ sở dữ liệu trong hệ thống thường trú của người sử dụng, lưu trữ các bản gốc các thông tin hiện trạng dịch vụ người sử dụng, hiện trạng về dịch vụ bao gồm: thông tin về dịch vụ được phép sử dụng, các vùng roaming bị cấm, thông tin các dịch vụ bổ sung như: trạng thái các cuộc gọi đi, số các cuộc gọi đi… Nó được tạo ra khi người sử dụng mới đăng ký thuê bao với hệ thống, và được lưu khi thuê bao còn thời hạn. Với mục đích định tuyến các giao dịch tới UE (các cuộc gọi và các dịch vụ nhắn tin ngắn), HLR còn lưu trữ các thông tin vị trí của UE trong phạm vi MSC/VLR hoặc SGSN.
MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/Bộ đăng ký tạm trú) là một bộ chuyển mạch(MSC) và cơ sở dữ liệu(VLR) phục vụ cho UE ở vị trí tạm thời của nó cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. Chức năng MSC được sử dụng để chuyển mạch các giao dịch sử dụng chuyển mạch kênh, chức năng VLR là lưu trữ bản sao về hiện trạng dịch vụ người sử dụng là khách và thông tin chính xác về vị trí của thuê bao khách trong toàn hệ thống. Phần của hệ thống được truy nhập thông qua MSC/VLR thường là chuyển mạch kênh.
GMSC – (MSC cổng): là một bộ chuyển mạch tại vị trí mà mạng di động mặt đất công cộng UMTS kết nối với mạng ngoài. Tất các kết nối chuyển mạch kênh đến và đi đều phải qua GMSC.
SGSN (Nút hỗ trợ GPRS phục vụ) có chức năng tương tự như MSC/VLR nhưng thường được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
GGSN (Node cổng hỗ trợ GPRS) có chức năng gần giống GMSC nhưng phục vụ các dịch vụ chuyển mạch gói.
Mạng ngoài có thể chia thành 2 nhóm:
Các mạng chuyển mạch kênh: Các mạng này cung cấp các kết nối chuyển mạch kênh, giống như dịch vụ điện thoại đang tồn tại Ví dụ như ISDN và PSTN.
Các mạng chuyển mạch gói: Các mạng này cung cấp các kết nối cho các dịch vụ dữ liệu gói, chẳng hạn như mạng Internet.
Các giao diện mở cơ bản của UMTS: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này
tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh.
Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến WCDMA. Uu là giao diện nhờ đó UE truy cập được với phần cố định của hệ thống, và vì thế có thể là phần giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Giao diện Iu: Giao diện này kết nối UTRAN tới mạng lõi. Tương tự như các giao
diện tương thích trong GSM, là giao diện A (đối với chuyển mạch kênh) và Gb (đối với chuyển mạch gói), giao diện Iu đem lại cho các bộ điều khiển UMTS khả năng xây dựng được UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
Giao diện Iur: Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu.
Giao diện Iub: Iub kết nối một Nút B và một RNC. UMTS là một hệ thống điện thoại di động mang tính thương mại đầu tiên mà giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn thiện. Giống như các giao diện mở khác, Iub thúc đẩy hơn nữa tính cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này.