Hỡnh 1.9: Kiến trỳc mạng phõn bố của phỏt hành UMTS R4.
Phiờn bản thứ hai của UMTS lỳc đầu được gọi là Release 2000 theo năm dự kiến hoàn thành tiờu chuẩn. Tuy nhiờn người ta chúng nhận thấy rằng cỏc thay đổi so với phiờn bản ban đầu (R99) quỏ lớn, nờn cỏc thay đổi này được chia thành hai tiờu chuẩn và sẽ kết thỳc vào năm 2002. Vỡ thế phiờn bản ban đầu của UMTS được gọi là R3 (vỡ đõy là phỏt hành thứ ba của 3GPP) và cỏc phiờn bản mới của UMTS này được gọi là R4 và R5.
UMTS R4 chỉ liờn quan đến phần chuyển mạch lừi của miền chuyển mạch kờnh (CS-domain) – UTRAN, cũn miền chuyển mạch gúi (PS) vẫn giữ nguyờn. R4 tiếp nhận giao diện Iu-CS và cho phộp nú kết nối đến một cổng mụi trường để lưu lượng tiếng cú thể truyền ở dạng cỏc gúi IP - một dạng VOIP.
Hỡnh 1.9 cho thấy kiến trỳc cơ sở của phỏt hành UMTS R4. Sự khỏc nhau cơ bản giữa phỏt hành 1999 và phỏt hành R4 là ở chỗ khi này mạng lừi
là mạng phõn bố. Thay cho việc cú cỏc MSC chuyển mạch kờnh truyền thống như ở kiến trỳc trước, kiến trỳc chuyển mạch phõn bố được đưa vào.
Về căn bản, MSC được chia thành MSC chủ (MSC Server) và cổng cỏc phương tiện (MGW: Media Gateway). MSC chứa tất cả cỏc phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lớ di động cú ở một MSC tiờu chuẩn. Tuy nhiờn nú khụng chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC chủ điều khiển và cú thể đặt xa MSC chủ. Cấu trỳc này cho phộp ta thực hiện chuyển mạch mềm (Softswitch).
Bỏo hiệu điều khiển cỏc cuộc gọi chuyển mạch kờnh được thực hiện giữa RNC và MSC chủ. Đường truyền cho cỏc cuộc gọi chuyển mạch kờnh được thực hiện giữa RNC và MGW. Thụng thường MGW nhận cỏc cuộc gọi từ RNC và định tuyến cỏc cuộc gọi này đến nơi nhận trờn cỏc đường trục gúi. Trong nhiều trường hợp đường trục gúi sử dụng “giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport protocol)” trờn “giao thức Internet (IP)”. Từ hỡnh 1.9 ta thấy lưu lượng truyền số liệu gúi từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trờn mạng đường trục IP. Nếu giả sử rằng cả số liệu và tiếng đều cú thể sử dụng truyền tải IP bờn trong mạng lừi, thỡ cú thể cấu trỳc một đường trục để hỗ trợ cả hai dịch vụ này. Tuy nhiờn điều này đũi hỏi đầu tư và chi phớ cho khai thỏc rất lớn so với trường hợp sử dụng cỏc mạng đường trục tỏch biệt cho chuyển mạch kờnh và gúi.
Ở nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khỏc, PSTN chẳng hạn, sẽ cú một cổng cỏc phương tiện khỏc (MGW) được điều khiển bởi MSC chủ cổng (GMSC server). MGW này sẽ chuyển tiếng được đúng gúi thành PCM tiờu chuẩn để đưa đến PSTN. Như vậy chuyển đổi mó chỉ cần thực hiện tại điểm này. Để thớ dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vụ tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thỡ tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu đúng gúi này cho phộp tiết kiệm
Giao thức điều khiển giữa MSC chủ hoặc GMSC chủ với MGW là giao thức ITU H.248. Giao thức này được ITU và IETF cộng tỏc phỏt triển. Nú cú tờn là “điều khiển cổng cỏc phương tiện” (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC chủ và GMSC chủ cú thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỡ. 3GPP đề nghị sử dụng (khụng bắt buộc) giao thức “điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang” (BICC: Bearer Independent Call Control ) được xõy dựng trờn cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU.
Trong nhiều trường hợp MSC chủ hỗ trợ cả cỏc chức năng của GMSC chủ. Ngoài ra MGW cú khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN cú thể chuyển nội hạt, nhờ vậy cú thể tiết kiệm đỏng kể đầu tư.
Để làm thớ dụ ta xột trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B. Giả sử thuờ bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt. Nếu khụng cú cấu trỳc phõn bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi cú MSC) để đấu nối với thuờ bao PSTN tại chớnh thành phố A. Với cấu trỳc phõn bố, cuộc gọi cú thể được điều khiển tại MSC chủ ở thành phố B nhưng đường truyền cỏc phương tiện thực tế cú thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đỏng kể yờu cầu truyền dẫn và giỏ thành khai thỏc mạng.
Từ hỡnh 1.9 ta cũng thấy rằng HLR cũng cú thể được gọi là Server thuờ bao nhà (HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR cú chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trờn cơ sở truyền tải gúi (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trờn cơ sở bỏo hiệu số 7. Ngoài ra cũn cú cỏc giao diện (khụng cú trờn hỡnh vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS.
Rất nhiều giao thức được sử dụng bờn trong mạng lừi là cỏc giao thức trờn cơ sở gúi sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiờn mạng phải giao diện với
cỏc mạng truyền thống qua việc sử dụng cỏc cổng cỏc phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với cỏc mạng SS7 tiờu chuẩn. Giao diện này được thực hiện thụng qua cổng SS7 (SS7 GW). Đõy là một cổng mà ở một phớa nú hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trờn đường truyền tải SS7 tiờu chuẩn, ở phớa kia nú truyền tải cỏc bản tin ứng dụng SS7 trờn mạng gúi (IP chẳng hạn). Cỏc thực thể như MSC chủ, GMSC chủ và HSS liờn lạc với cổng SS7 bằng cỏch sử dụng cỏc giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang cỏc bản tin SS7 ở mạng IP. Bộ giao thức này được gọi là Sigtran.
Điểm quan trọng của R4 là nú hoàn toàn tương thớch ngược với R3 (R99): cỏc đầu cuối khụng thay đổi và khụng cần nõng cấp vỡ chỳng cung cấp cỏc khả năng và dịch vụ hoàn toàn giống R3. Ưu điểm của hệ thống này là tiết kiệm giỏ thành, tớch hợp, linh hoạt và tiến hoỏ. Lớ do tiết kiệm giỏ thành vỡ IP tỏ ra là một cụng nghệ chuyển mạch rẻ hơn so với mạng lừi chuyển mạch thời gian 64kbps và ATM. Ngoài ra cỏc codec đa tốc độ thớch ứng tốc độ thấp (khả biến từ 5 đến 12 kbps) trong mạng này khụng cần phải biến đổi vào 64 kbps và ngược lại tại bộ chuyển đổi mó như trước kia. Mạng R4 cho phộp thực hiện linh hoạt quỏ trỡnh này. Tiết kiệm giỏ thành cũng nhận được nhờ việc thực hiện cỏc vựng CS và PS trong cựng một mang lừi vỡ thế tăng tớnh linh hoạt và cho phộp tớch hợp giỏm sỏt và điều khiển cỏc chức năng. Cỏc nhà khai thỏc cũng cú thể cú một đường trục IP sử dụng chung cho cả lưu lượng cố định lẫn di động. Trong R4, định cỡ riờng biệt cỏc chức năng của mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển: cú thể bổ sung cỏc cổng phương tiện (MGW: Media Gateway) và bộ điều khiển cổng phương tiện (MGWC: Media Gateway Controller) là cỏc MSC server độc lập với nhau. Cuối cựng R4 thể hiện một bước tiến hoỏ đến một giải phỏp hoàn toàn VoIP: tiếng được đúng gúi tại đầu cuối. Cú thể coi rằng đõy là một bước quỏ lớn đối với cỏc nhà khai thỏc, sản xuất và cỏc cơ quan tiờu chuẩn để đạt được điều này chỉ bằng một
Kết quả là so với R99, MSC được chia đụi. Chuyển mạch và phần mặt phẳng người sử dụng được thay thế bằng một MGW. Điều khiển, trạng thỏi cuộc gọi, phần mềm dịch vụ được đặt vào MSC server. Bỏo hiệu từ UTRAN được chuyển tiếp đến MSC trờn TCP-IP: MSC server điều khiển MGW sử dụng giao thức H248/MEGACO. GMSC cũng được chia đụi với GMSC server thực hiện toàn bộ điều khiển cuộc gọi và hỏi HLR.
Kết nối đến cỏc mạng nhà cú thể trỏnh việc biến đổi ngược lại cỏc gúi IP nếu cỏc đường tiếng tương thớch với nhau.