3.3.1 Cấu trúc mạng:
Backhaul là sự kết nối từ một trạm phát sóng, một mạng từ xa về mạng trục (hoặc mạng trung tâm). Backhaul chỉ kết nối giữa (BTS) và trung tâm quản lý trạm phát sóng (BSC hoặc RNC).
Hiện nay hầu hết các mạng di động vẫn sử dụng cấu trúc "hình sao” cho mạng backhaul, trong đó mỗi BTS được nối thẳng tới BSC bằng các đường E1. Khi mỗi đường E1 được dùng cho một BTS xác định thì mỗi bộ thu- phát TRX (Transmitter-Receiver) của BTS phải được ấn định một số kênh xác định trên một luồng E1 đã cho. Ưu điểm của cấu trúc sao là dễ dàng triển khai lắp đặt và bảo dưỡng, đặc biệt trong thời gian đầu khi mạng mới triển khai. Tuy nhiên khi số lượng thuê bao tăng, thì chi phí mở rộng mạng cao. Đa số các mạng di động đều được thiết kế và định cỡ trên cơ sở số liệu trong trường hợp xấu nhất, đó là giờ cao điểm, khi nhu cầu lưu lượng ở mức cao nhất. Để đáp ứng yêu cầu về dung lượng, các TRX được ấn định cho mỗi BTS theo mức độ sử dụng trong giờ cao điểm. Ở những khu vực
có mật độ cao hơn thì cần trang bị nhiều TRX hơn cho mỗi trạm BTS, và cần nhiều băng thông truyền dẫn hơn để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn lưu lượng đó. Ở những khu vực khác, mật độ thấp hơn thì cần phải đảm bảo yêu cầu về vùng phủ, và các nhà khai thác phải thêm các trạm BTS để cung cấp vùng phủ cho tất cả các khu vực (ngoại ô, nông thôn) mặc dù ở một số khu vực hiệu quả sử dụng rất thấp. Điều này dẫn tới tình trạng các kênh lưu lượng của một hệ thống hiếm khi được sử dụng tối đa, và dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng.
3.3.2 Mạng Backhaul 2G (GSM/GPRS):
Mạng truyền dẫn trong hệ thống GSM bao gồm các đường truyền giữa mạng lõi GSM và các phần từ mạng hệ thống trạm gốc BSS (Base Station System): BSC (Base Station Controller) và BTS (Base Transceiver Station).
Hình 3.4: Phần truyền dẫn Backhaul trong cấu trúc mạng di động tế bào
Kết nối giữa BTS và BSC được thực hiện thông quan giao diện Abis, trong khi kết nối giữa BSC và mạng lõi thông qua giao diện A
Hình 3.5: Giao diện Abis và A của mạng truyền dẫn Backhaul trong GSM
Quá trình phát triển từ GSM lên 2,5G (GSM pha 2+) được thực hiện bằng cách đưa vào phân hệ GPRS (General Packet Radio Services) nhằm cung cấp các dịch vụ dữ liệu di động chuyển mạch gói, mà theo đó tất cả dữ liệu khi được gửi đi đều bị chia thành các gói nhỏ. Những gói này sau đó được gửi đi một cách riêng rẽ thông qua mạng GPRS với theo các đường khác nhau. Khi đến đích các gói cần được sắp xếp lại. Chính vì lí do này cần phải thêm chức năng mới cho các phân tử mạng GSM để sử dụng hiệu quả giao diện vô tuyến. Bốn kiểu mã hoá (CS1 đến CS4) cung cấp các khả năng: một người có thể sử dụng nhiều hơn một khe thời gian và nhiều hơn một người có thể sử dụng cùng một khe thời gian.
Tuỳ vào kiểu mã hoá và số lượng khe thời gian được sử dụng mà tốc độ tối đa theo lý thuyết có thể lên đến 171.2 kbit/s. Tốc độ thực tế khi triển khai thường đạt khoảng 40 kbit/s, với tốc độ này có thể truy cập Internet. Để cung cấp các dịch vụ GPRS, các phần tử của mạng BSS đã được nâng cấp cần phải được kết nối với hệ thống mạng lõi GPRS. Điều này được thực hiện thông qua giao diện A hiện tại hoặc giao diện Gb.
Hình 3.6: Cấu trúc mạng GSM/GPRS
3.3.3 Mạng Backhaul 3G (USTM):
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) xuất hiện phân hệ truy nhập vô tuyến mới cho các dịch vụ 3G. Dựa trên kỹ thuật truy nhập vô tuyến Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), UTRAN có dải thông rộng hơn, hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn cho phép truyền dẫn tốc độ cao trên giao diện vô tuyến. Trong cấu trúc UTRAN xuất hiện phần tử Nút B, tương đương với vai trò của BTS trong cấu trúc 2G, và RNC tương đương với BSC trong cấu trúc 2G. RNC kết nối với mạng lõi UMTS thông qua một giao diện mới là giao diện Iu. Cấu trúc mạng mới bao gồm hai miền, miền truy nhập vô tuyến GSM/EDGE (GERAN) cung cấp dịch vu chuyển mạch kênh (CS), và miền truy nhập UTRAN cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói. Mục đích có cấu trúc GERAN là để tương thích ngược với cấu trúc GSM/GPRS cũ thông qua giao diện A và Gb.
3.3.3.1 Kiến trúc UMTS:
Hình 3.7: Kiến trúc mạng UMTS
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 (L1) ở giao diện vô 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 công suất vòng trong, •RNC: Trong trường hợp 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 UTRAN, xử lý số liệu lớp 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 hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 đối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur. Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC.
3.3.3.2 Các giao diện trong mạng: • Giao diện Iub
Giao diện Iub 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 Iub với BTS có một giá trị quy định. Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1 nếu không có thể sử dụng luồng T1, 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 Iub tại RNC.Chẳng hạn nếu ta cần đấu nối 100BTS với dung lượng Iub của mỗiBTS là 2,5 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTS hai luồng 2 Mbps và tổng dung lượng khả dụng của giao diện Iub sẽ là
100 x 2 x 2 = 400 Mbps. Tuy nhiên tổng tải của giao diện Iub tại RNC vẫn là 250 Mbps chứ không phải là 400 Mbps.
• Giao diện Iur
Ta có thể thấy rõ vị trí của giao diện Iur trong cấu hình của phần tử của mạng UMTS. Giao diện Iur 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 Iub, độ rộng băng của giao diện Iur 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:
o Giao diện Iu-CS: Giao diện này chủ yếu là truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và MSC/VLR. Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lượng tiếng.
o Giao diện Iu-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 Iub 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. Nếu ta có thể tăng tốc độ data rate của giao diện này thì ta có thể tăng tốc độ của mạng UMTS.
3.3.3.3 Lõi mạng Core Network:
Trong phần mạng lõi (core) có 2 phần, mạng lõi data (gồm 2 thực thể chính là SGSN và GGSN) và mạng lõi cho voice (gồm GMSC và MSC). Ngoài 4 thực thể vừa nêu, chúng ta còn có các thành phần khác như là HLR (HSS), VLR, AuC, EiR, BG…
SGSN = Serving GPRS Support Node. Trong mạng lõi GPRS của 1 operator có nhiều SGSN chứ không phải chỉ có 1. Mỗi SGSN kết nối trực tiếp với 1 số RNC. Mỗi RNC lại quản lý 1 số Node B, và mỗi node- B sẽ có một số UE đang nối kết. SGSN quản lý tất cả các UE đang sử dụng dịch vụ data trong vùng của nó. Vài trò của SGSN là:
− Authenticate (xác minh) các UE đang dùng dịch vụ data nối kết với nó.
− Quản lý việc đăng ký của 1 UE vào mạng GPRS (data).
− Quản lý quá trình di động của UE. Cụ thể là SGSN phải biết là UE hiện đang nối kết với thằng Node-B nào tại một thời điểm. Tùy theo UE đang ở mode active (đang liên lạc) hay idle (không liên lạc) mà độ chính xác của thông tin liên quan đến vị trí UE sẽ khác nhau. SGSN sẽ phải quản lý và theo dõi sự thay đổi vị trí (location area identity/ routing area identity) của UE theo thời gian.
− Tạo dựng, duy trì và giải phóng các "PDP context" (các thông tin liên quan đến connection của UE mà nó cho phép/qui định việc gửi và nhận thông tin của UE).
− Nhận và chuyển thông tin từ ngoài mạng data (Internet chẳng hạn) đến UE và ngược lại.
− Quản lý việc tính tiền (billing) đối với các UE.
− Tìm và đánh thức idle UE khi có cuộc gọi tìm đến UE (paging). GGSN= Gateway GPRS Support Node . Như đúng tên gọi của nó, nó là
một cái gateway giữa mạng GPRS/UMTS và các mạng ở ngoài (external network, như Internet chẳng hạn, các mạng GPRS khác). Vài trò của nó là:
− Nhận và chuyển thông tin từ UE gửi ra ngoài mạng external và ngược lại từ ngoài đến UE. Packet thông tin từ SGSN gửi đến GGSN sẽ được "decapsulate" trước khi gửi ra ngoài vì thông tin truyền giữa SGSN và GGSN là truyền trên 'GTP tunnel'.
− Nếu thông tin từ ngoài đến GGSN để gửi đến một UE trong khi chưa tồn tại PDP context, thì GGSN sẽ yêu cầu SGSN thực hiện paging và sau đó sẽ thực hiện quá trình PDP context để chuyển cuộc gọi đến UE.
− Trong suốt quá trình liên lạc thông qua nối kết mạng UMTS, UE sẽ chỉ connect với 1 GGSN (mà GGSN đó nối kết với dịch vụ mà UE đang dùng). Dù có di chuyển đi đâu đi nữa, GGSN vẫn không đổi. Dĩ nhiên là SGSN, RNC và Node-B sẽ thay đổi. GGSN cũng tham gia vào quản lý quá trình di động của UE.
Tóm lại giải pháp Backhaul di đông sử dụng MPLS/MPLS-TP và Carrier Ethernet có thể cung cấp QoS, kiểm soát lưu lượng và quản lý các khả năng cn62 thiết để hỗ trợ tất cả các dịch vụ di động cũng như các dịch vụ kinh doanh và người dùng dịch vụ internet trên một mạng truyền tải IP/Ethernet. Việc cung cấp QoS xác định sẽ giúp tạo đối xử công bằng với các dòng lưu lượng cá nhân và cho phép các cơ chế đồng bộ để hội tụ nhanh chóng trên mạng truy cập vô tuyến RAN (Radio Access Network).