Báo Hiệu Điều Khiển Kết Nối Đề Tài: Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTSHIỆU TRONG MẠNG TRUY NHẬP UMTS

TIỂU LUẬN MÔN HỌCBáo Hiệu Điều Khiển Kết Nối Đề Tài: Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS Mã học phần: TEL1402 Nhóm trình bày: Nhóm 01 GVHD: Nguyễn Thanh Trà Hà Nội, Tháng 10/2021 1 LỜI MỞ

BỘ THÔNG TIN VÀ

TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

=====***=====

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

Báo Hiệu Điều Khiển Kết Nối

Đề Tài: Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS Mã học phần: TEL1402 Nhóm trình bày: Nhóm 01

GVHD: Nguyễn Thanh Trà

Hà Nội, Tháng 10/2021

1

LỜI MỞ ĐẦU

Ngay từ đầu những năm 90 của thế kỷ 20, Hiệp hội Tiêu chuẩn Viễn thông châu

Âu (ETSI) đã bắt đầu trưng cầu phương án kỹ thuật của tiêu chuẩn 3G và “vội vàng” gọi chung kỹ thuật 3G là UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) có nghĩa là các hệ thống thông tin di động đa năng.

Sau đó sự tham gia tích cực của Nhật Bản vào việc xây dưng các tiêu chuẩn này

đã thúc đẩy nhanh chóng sự phát tiển của công nghê 3G trên phạm vi toàn cầu Năm

1988, châu Âu và Nhật đã được sự nhất trí về tham số chủ chốt của Khuyến nghị CDMA băng rộng và đưa nó trở thành phương án kỹ thuật dùng giao diện không gian

FDD ( ghép tần số song công – Frequency Division Deplex) trong hệ thống UMTS Và

từ đó phương án kỹ thuật này được gọi là WCDMA để nêu rõ sự khác biệt với tiêu chuẩn CDMA băng hẹp của Mỹ ( băng rộng chỉ có 1,25 MHz).

Tiếp tục phát triển một cách logic, UMTS trở thành một trong những tiêu chuẩn 3G của tổ chức tiêu chuẩn hóa thế giới 3GPP ( Tổ chức những người bạn hợp tác về 3G) và không chỉ định nghĩa giao diện không gian, chủ thể của nó bao gồm các mạch kết nối và mạch phân nhóm nòng cốt của CDMA.

UMTS là viết tắt của Universal Mobile Telecommunication Systems UMTS là mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) sử dụng kỹ thuật trả phổ W (wideband) – CDMA UMTS được chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP UMTS đôi khi còn được gọi là 3GSM để chỉ khả năng “interoperabiluty” giữa GSM và UMTS UMTS được phát triển lên từ các nước sử dụng GSM UMTS sử dụng băng tần khác với GSM Mạng UMTS bao gôm 2 phần truy nhập vô tuyến (UMTS Terrstrial Radio Access Netword – UTRAN) và phần mạng lõi (core).

Theo đó, báo cáo của nhóm em tiến hành nghiên cứu các nội dung chính của báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS như sau:

Chương I: Tổng quan về mạng UMTS

Chương II: Báo triệu trong mạng truy nhập UMTS(Utran)

Kết luận:

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo Nguyễn Thanh Trà đã nhiệt tình góp ý, giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tiểu luận Trong quá trình làm bài

có hạn chế và những sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của cô cùng toàn thể các bạn!

2

MỤC LỤC

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC UMTS 5

I/ Tổng quan về mạng UMTS 5

1.1 Khái niệm mạng UMTS 5

1.2 Kiến trúc hệ thống UMTS 5

1.2.1 Sơ đồ khối 6 1.2.2 Các kiến trúc thành phần 6 1.3 Kiến

trúc giao thức UMTS 9 CHƯƠNG 2: BÁO HIỆU TRONG MẠNG TRUY NHẬP UMTS 11 I/ Báo triệu trong mạng truy nhập UMTS(Utran) 11 2.1 Xử lí

cuộc gọi tại Iub 11 2.1.1 Khái

quát 11 2.1.2 Các bước tiến hành xử lý cuộc gọi 13 2.2 Báo hiệu tại Iur

14 2.2.1 Mặt bằng điều

khiển và người dùng Iur 14 2.2.2 Báo hiệu RNSAP 15 2.3 Báo hiệu tại Iu

17 2.3.1 Mặt bằng điều

khiển và người dùng Iu-CS 17 2.3.2 Mặt bằng điều khiển

và người dùng Iu-PS 18 2.3.3 Báo hiệu RANAP 18 2.3.4 Quá trình thiết lập cuộc gọi 21 II/ Thủ tục thiết lập cuộc

gọi 21

3 DANH MỤC HÌNH VẼ hình 1 1: Cấu trúc UMTS 6

hình 1 2: Cấu túc RNC 7

hình 1 3: Vai trò logic của SRNC và DRNC 8

hình 1 4: Cấu hình chức năng của nút B 8

hình 2 1: UMTS (UTRAN) 11

hình 2 2: Chức năng giao diện Iub 12

hình 2 3: Thủ tục thiết lập cuộc gọi tại giao diện Iub 13

hình 2 4: Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iur 14

hình 2 5: Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-CS 17

hình 2 6: Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-PS 18

hình 2 7: dịch vụ RANAP 18

hình 2 8: Thiết lập cuộc gọi ISUP/BICC 21

hình 3 1: Quá trình kết nối RRC 22

hình 3 2: Quá trình xác thực và bảo vệ 23

hình 3 3: Quá trình thiết lập kênh mang truy nhập vô tuyến 24

hình 3 4: Quá trình giải phóng cuộc gọi 25

hình 3 5: Quá trình giải phóng kênh mang Iu 26

4

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC UMTS

I/ Tổng quan về mạng UMTS 1.1 Khái niệm mạng UMTS

Mạng UMTS là sự phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM, UMTS dựa trên nền tảng CDMA băng rộng (WCDMA) là 1 trong những tiêu chuẩn 3G được chuẩn hóa bởi 3GPP UMTS còn được gọi là 3GMS để chỉ sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của UMTS và chuẩn GSM truyền thống

ITU quy định chuẩn IMT- 2000, được kết hợp nhiều công nghệ trong chuẩn này, chuẩn này quy định các tiêu chuẩn quốc tế và tương tác với các tiêu chuẩn PLMN( mạng di động công cộng mặt

đất) đã có.

Với sự phát triển của GSM (Hệ thống thông tin di động toàn câu)trải dài trên thế giới hiện thực hóa khả năng đa phương tiện trên kếtnối di động, trò chơi trực tuyến, video hội nghị, video và truyềnhình trực tiếp

❖ UTRAN ( Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS): thực hiệnnhiệm vụ liên quan truy nhập vô tuyến, UTRAN có 2 phần tử:

➢ Nút B: thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diệnIub và Uu và quản lí tài nguyên vô tuyến

➢ RNC: bộ điều khiển mạng có chức năng sở hữu và điềukhiển các tài nguyên ở trong vùng RNC là điểm truy cập tất

cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

▪ RNC:

RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến

CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).

thuật toán RRM

Vai trò logic của RNC:

• RNC điều khiển nút B (kết nối giao diện Iub về phía nút B) được biểu hiện như RNC điều khiển của nút B RNC điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tắc nghẽn cho các ô của mình.

• Khi kết nối MS – UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC, các RNC tham dự vào kết nối này sẽ có 2 vai trò khác nhau là RNC phục vụ và RNC trôi.

Có 3 kiểu RNC:

• Controlling RNC (CRNC) điều khiển, cấu hình và quản lý RNS và

trao đổi thông tin với NBAP cùng với tất cả các tài nguyên vật lý của mọi node B đấu nối thông qua giao diện Iub.

• Drift RNC (DRNC) nhận các UE được kết nối đến qua thủ tục

handover từ SRNC của RNS khác Tuy nhiên RRC (Radio Resource Control protocol) vẫn kết cuối trên SRNC DRNC chỉ trao đổi thông tin định tuyến giữa SRNC và UE DRNC dùng RNSAP để trao đổi với SRNC qua giao diện Iur, CRNC dùng NBAP trao đổi với các tế bào qua Iub

• RNC dịch vụ (Serving RNC – SRNC) điều khiển tính năng di động

của người dùng trong miền UTRAN và cũng là điểm kết nối đến CN RNC có kết nối RRC với một UE thì sẽ là SRNC của nó SRNC dùng RRC để trao đổi với UE quaIub, Uu nếu cần thì qua cả Iur và Iub ngoại (được điều khiển bởi DRNC)

7

hình 1 3: Vai trò logic của SRNC và DRNC

o Node B

Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B.

Nút B bao gồm một bộ khuếch đại thu vô tuyến ngoài trời (OA-RA), một thiết bị điều khiển giám sát bộ khuếch đại thu vô tuyến ngoài trời ( OA-RA-SC), một bộ khuệch đại công suất phát, một thiết bị điều chế và giải điều chế (MDE).

Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong" Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công

suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa.

Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối.

hình 1 4: Cấu hình chức năng của nút B

Nhiệm vụ của node B tương tự như BTS:

8

• Điều khiển công suất (điều khiển công suất vòng nội bộ bằng cách đo SIR và so sánh với giá trị mặc định để có những yêu cầu trong việc thay đổi công suất phát của UE),

• Báo cáo kết quả đo cho RNC, phân tập vi mô (tập hợp các tín hiệu từ các góc của anten mà một UE kết nối đến thành một chuỗi dữ liệu trước khi phát đi là tín hiệu tổng đến RNC UE kết nối với nhiều hơn một góc của anten để cho phép chuyển giao mềm Softer HO)

❖ CN ( Mạng lõi) : Gồm 5 thành phần:

➢ MSC/VLR : là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) đểcung cấp các dịch vụ chuyển mạch cho UE tại vị trí của nó.MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạchkênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người

sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thốngđang phục vụ

➢ GMSC ( Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạngngoài

➢ SGSN ( Serving GPRS): Có chức năng như MSC/VLR

nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS) ➢GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhưGMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói ➢HLR : là thanh ghi định vị thường lưu trức thông tin chính về

lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm:Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không đượcchuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạngthái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

❖ Các mạng ngoài : Bao gồm mạng chuyển mạch kênh và mạngchuyển mạch gói

➢ Mạng CS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch

kênh ➢ Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói 1.3 Kiến trúc giao thức UMTS

Kiến trúc giao thức của UMTS phân thành 3 tầng như sau:

9

Hình 1.6: Kiến trúc giao thức UMTS

• Tầng mạng truyền tải: Có các giao thức và chức năng vật lý,truyền tải để cung cấp AAL2 tài nguyên và cho phép chuyểngiao trong UTRAN và CN

• Tầng mạng vô tuyến: Các giao thức và chức năng quản lý giaodiện vô tuyến và giao tiếp giữa các thành phần UTRAN và giữaUTRAN và UE

• Tầng mạng hệ thống: Giao thức NAS cho phép giao tiếp giữa

CN và UE

Mỗi lớp được chia làm 2 nửa: một cho điều khiển và một chongười dùng:

➢ Phần điều khiển: Nhiệm vụ truyền thông tin điều khiển tínhiệu

➢ Phần người dùng: Nhiệm vụ truyền lưu lượng dữ liệu củangười dung

Hai phần tử mạng mới được giới thiệu trong UTRAN: RNC và Node B

UTRAN được chia thành từng RNS, trong đó RNC kiểm soát từng

❖ Chi tiết các chức năng của giao diện Iub:

11

hình 2 2: Chức năng giao diện Iub

• Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (serving radio

network controller): chuyển chức năng SRNC, các nguồn tài nguyên liên quan đến Iu từ một RNC này tới một RNC khác.

• Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): Bao

gồm thiết lập, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhập vô tuyến • Yêu

cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô tuyến tới mạng lõi CN.

• Giải phóng các tài nguyên kết nối Iu: Giải phóng toàn bộ tài nguyên liên

quan tới một kết nối Iu Gửi yêu cầu giải phóng toàn bộ kết nối Iu tới mạng lõi CN.

• Quản lý các tài nguyên truyền tải Iub: quản lý liên kết Iub, quản lý kênh

truyền tải chung , quản lý tài nguyên vô tuyến và sắp xếp cấu hình mạng vô tuyến.

• Quản lý thông tin hệ thống và lưu lượng các kênh chung: điều khiển chấp nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu.

• Quản lý lưu lượng của các kênh cố định: quản lý và giám sát liên kết vô

tuyến, chỉ định và giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênh truyền tải dành riêng, truyền dữ liệu.

• Quản lý lưu lượng các kênh chia sẻ: chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu.

• Quản lý đồng bộ và định thời: Đồng bộ kênh truyền tải, đồng bộ khung,

đồng bộ giữa node B và RNC, đồng bộ giữa các node B.

12

•

2.1.2 Các bước tiến hành xử lý cuộc gọi

• Bước 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Controller) được gửi từ UE tới RNC.

• Bước 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấp cho quá trình thiết lập một kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang các kênh điều khiển logic dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), các DCCH được

sử dụng để truyền các bản tin của RRC và NAS (NonAccess Stratum)

• Bước 3: Khi DCH và DCCH không khả dụng, các bản tin báo hiệu để thiết lập kết nối cho RRC được truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hướng đi và FACH (Forward Access Channel) hướng về.

hình 2 3: Thủ tục thiết lập cuộc gọi tại giao diện Iub

• Bước 4: Thủ tục mã hóa/nhận thực được yêu cầu từ mạng được sử dụng để kiểm tra lần hai nhận dạng UE và chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần • Bước 5: Thiết lập cuộc gọi thoại bắt đầu bởi bản tin SETUP trong lớp

MM/SM/CC Bản tin Setup gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tới RNC tới miền mạng chuyển mạch kênh.

• Bước 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại: o

Các giá trị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhập vô tuyến RAB.

o RAB gán thủ tục tương thích với thiết lập kênh mang trong mạng SS7.

13

o RAB cung cấp một kênh cho thoại gọi giữa thiết bị đầu cuối và thiết

bị chuyển mạch trong vùng mạng chuyển mạch kênh.

• Bước 7: Tái cấu hình liên kết vô tuyến cung cấp nguồn tài nguyên để thiết lập kênh mang vô tuyến trong bước tiếp theo.

• Bước 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số trong thủ tục gán RAB, một

kênh vô tuyến mới được thiết lập để mang các kênh lưu lượng dành riêng DTCH Nếu sử dụng mã AMR để mã hóa thoại, 3 kênh DTCH được thiết lập gồm: lớp A, lớp B, lớp C.

• Bước 9: Giải phóng cuộc gọi thoại được thực hiện ngay sau khi RRC được giải phóng nếu không còn dịch vụ nào được kích hoạt Cả 2 kênh điều kiển và lưu lượng dành riêng được giải phóng Cuối cùng, RNC giải phóng tài nguyên

vô tuyến bị khóa cho cả 2 kênh để dành cho các cuộc gọi khác.

2.2 Báo hiệu tại Iur

2.2.1 Mặt bằng điều khiển và người dùng Iur

Giao diện Iur giữa các RNC chỉ ra 2 phương pháp trên lớp

truyền tải: SCCP và các bản tin RNSAP chạy trên nền M3UA nếulớp truyền tải là IP.

hình 2 4: Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iur

IP Giao thức Internet – cung cấp các dịch vụ kết nối

không dây giữa các mạng bao gồm các tính năng

để định địa chỉ, đặc tả loại dịch vụ, phân mảnh,lắp ráp và bảo mật

SCTP Giao thức truyền tải cung cấp truyền dữ liệu

không trùng lặp và không lỗi được phát hiệnbằng tổng kiểm tra và số thứ tự

MTP3-B Phần truyền bản tin bằng thông cấp độ 3 của MTP

– thực hiện cùng 1 loại công việc như chuẩn bănghẹp MTP, cung cấp nhận dạng và vận chuyểnthông báo lớp cao hơn (PDU), định tuyến và chia

sẻ tải

14M3UA Lớp thích ứng người dùng cấp độ 3 của MTP –

cung cấp các nguyên bản tương đương với MTP3người dùng được MTP3 cung cấp MTP3 mở rộngquyền truy cập đến các dịch vụ lớp MTP3 tới 1ứng dụng dựa trên IP từ xa

SCCP Phần điều khiển kết nối tín hiệu – Cung cấp dịch

vụ chuyển tin nhắnRNSAP Phần ứng dụng của hệ thống mạng con vô tuyến

– Giao thức được sử dụng trên giao diện Iur giữacác RNC và chỉ được chỉ định bằng Mã hóađóng gọi ASN1 PER

2.2.2 Báo hiệu RNSAP

là giao thức tuyền thông được sử dụng trên giao diện Iur giữa cácRNC và được chỉ định bằng ASN1.PER

Bao gồm các chức năng khác nhau, chứa 2 lớp thủ tục sơcấp Việc xử lý giống với NBAP

• Các thủ tục cơ bản về tính di động của RNSAP

Radio Link Management Quản lý các liên kết vô tuyến

bằng cách sử dụng các tài nguyênchuyên dụng trong một DRNSPhysical Channel Reconfiguration Phân bổ lại các tài nguyên kênh vật

lý cho một liên kếtRadio Link Supervision Báo cáo lỗi và phục hồi của một

liên kết vô tuyếnCompressed Mode Control [FDD] Kiểm soát việc sử dụng chế độ

nén trong DRNSMeasurements on Dedicated

Resources

Bắt đầu các phép đo trên các tàinguyên chuyên dụng trong DRNS

và báo cáo kết quả phép đo

DL Power Drifting Correction [FDD] Điều chỉnh mức công suất DL của

một hoặc nhiều liên kết vô tuyếntránh công suất DL lẫn giữa cácliên kết vô tuyến

CCCH Signaling Transfer Truyền thông tin giữa UE và

SRNC trên một CCCH do DRNSkiểm soát

15

hoặc một ô trong DRNSCommon Transport Channel Sử dụng kênh vận chuyển chungResources Management Tài nguyên trong DRNS( không

bao gồm DSCH cho FDD)