TIỂU LUẬN KẾT THÚC HỌC PHẦN ĐỀ TÀI: BÁO HIỆU TRONG MẠNG TRUY NHẬP UMTS

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ALCAP Access Link Control Application Protocol Truy cập giao thức ứng dụng kiểm soát liên kết AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến A

KHOA VIỄN THÔNG 1 - -

Nhóm 9

Nguyễn Tiến Đức B17DCVT078 Đề cương, danh mục hình vẽ, bảng

biểu, phần I Hoàng Tuấn Tú B17DCVT382 Phần II (1.1, 1.2.1)

Đào Thanh Tùng B17DCVT394 Danh mục viết tắt, phần

II (1.2.2, 1.3)

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU 3

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

I Kiến trúc mạng truy nhập UMTS 9

1.1 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UMTS 9

1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTMS (UTRAN) 10

1.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC 10

1.2.2 Nút B( Node B) 12

1.3 Mạng lõi CN(Core Network) 13

1.4 Các mạng ngoài 14

II Thủ tục báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS 15

2.1 Thủ tục báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS 15

2.1.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub 15

2.1.1.1 Các chức năng của Iub 15

2.2 Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu 18

2.2.1.Báo hiệu tại giao diện Iur 18

2.2.1.1 Mặt bằng điều khiển/người dùng Iur 18

2.2.1.2 Giao thức báo hiệu RNSAP 20

2.2.2 Báo hiệu tại giao diện Iu 21

2.2.2.1 Mặt bằng điều khiển/người dùng Iu-CS 22

2.2.2.2 Mặt bằng điều khiển/người dùng Iu-PS 22

2.2.2.3 Giao thức báo hiệu ở Iu (RANAP) 23

2.3.Thủ tục thiết lập cuộc gọi UMTS 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

từ các hệ thống thông tin di động đầu tiên ra đời vào năm 1946, các hệ thống thông tin di động thứ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên toàn cầu hiện nay Trong tương lai, nhu cầu các dịch

vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá thông tin thoại Hệ thống thông tin

di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS) Đến nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã đượcc đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng đã được triển khai trong cuối năm 2009 Đối với các nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA bãng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hướng này mà nhóm em xin chọn đề tài nghiên cứu về 3G Báo cáo đã đi vào tìm hiểu khá đầy đủ các vấn đề trong mạng truy nhập vô tuyến từ cấu trúc, các giao diện, các kỹ thuật truy nhập dùng trong mạng 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:

PHẦN I: Kiến trúc mạng truy nhập UMTS

PHẦN II: Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ALCAP Access Link Control Application

Protocol

Truy cập giao thức ứng dụng kiểm soát liên kết

AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động

tiên tiến AMR Adaptive Multi Rate Đa tỷ lệ thích ứng

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng

bộ AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

BSS Base Station Subsystem Hệ thống trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Đài vô tuyến gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia

theo mã CEPT Conference of European Posts and

Telecommunications

Liên minh Châu Âu về Bưu chính viễn thông

CN Core Network Mạng lõi

CS Circuit Switched Chuyển mạch

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển chuyên

dụng DTAP Direct Transfer Application Part Phần đăng ký chuyển

nhanh FACH Forward Access Channel Kênh truy cập chuyển tiếp

GMSC Gateway MSC Cổng vào MSC

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng

hợp GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

HLC High Layer Compatibility Khả năng tương thích lớp

cao HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

IMEI International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động

quốc tế IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di

động quốc tế ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp

JTACS Japan Total Access Communications

System

Dịch vụ truyền thông hoàn toàn truy nhập tiêu chuẩn nhật bản

LA Localtion Area Vùng định vị

LAI Location Area Identity Nhận dạng khu vực vị trí

LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn

MAC Medium Access Control Kiểm soát truy cập trung

bình

MS Mobile Station Trạm di dộng

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch

dịnh vụ di động MTP Message Transfer Part Phần chuyển tin nhắn

NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc

Âu OSS Operating Support System Hệ thống khai thác và hỗ

trợ PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển phân

trang

PLMN Public Land Mobile Network Mang di động mặt đất

công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển

mạch công cộng RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy

cập vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng vô tuyến

con RNSAP Radio Network Subsystem Aplication

Part

Phần ứng dụng hệ thống con của mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Kiểm soát tài nguyên vô

tuyến SCCH Synchronisation Control Channel Kênh điều khiển đồng bộ

hóa SGSN Serving GPRS Support Node Cung cấp nút hỗ trợ GPRS

SIM GSM Subscriber Identity Module Mô-đun nhận dạng thuê

bao GSM SMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn

SRNC Serving Radio Network Controller Phục vụ bộ điều khiển

mạng vô tuyến

SS Switching System Hệ thống chuyển mạch

TACS Total Access Communications Service Dịch vụ truyền thông hoàn

toàn truy nhập

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UMTS Universal Mobile Telecomm System Hệ thống viễn thông di

động toàn cầu USIM Universal Subscriber Identity Module Mô-đun nhận dạng người

đăng ký chung

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến

UMTS VLR Authentication Center Bộ ghi định vị tạm trú

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Hình 2.11 Quá trình giải phóng kênh mang Iu

I Kiến trúc mạng truy nhập UMTS

1.1 Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UMTS

UMTS duy trì sự tách biệt nghiêm ngặt giữa hệ thống con vô tuyến và hệ thống con mạng, cho phép hệ thống con của mạng được sử dụng với các RAT khác CN được thông qua từ GSM và bao gồm hai miền phụ thuộc vào lưu lượng người dùng và một số thực thể thường được sử dụng Lưu lượng - Miền phụ thuộc tương ứng với CN GSM hoặc GPRS CNs và xử lý:

- Lưu lượng kiểu chuyển mạch kênh trong miền CS

- Lưu lượng kiểu chuyển mạch gói trong miền PS

Cả hai miền phụ thuộc vào lưu lượng truy cập đều sử dụng chức năng của các thực thể còn lại - Trang chủ đăng ký vị trí (HLR) cùng với Trung tâm Xác thực (AuC) hoặc Thiết

bị đăng ký nhận dạng (EIR) - để quản lý thuê bao, chuyển vùng và nhận dạng trạm di động,và xử lý các dịch vụ khác nhau Do đó, HLR chứa thuê bao GSM, GPRS và UMTS thông tin

Hai miền xử lý các loại lưu lượng của chúng cùng một lúc cho cả GSM và UMTS truy cập mạng Miền CS xử lý tất cả lưu lượng chuyển mạch kênh cho GSM cũng như cho mạng truy cập UMTS; tương tự, miền PS xử lý tất cả lưu lượng chuyển mạch gói cho cả hai mạng truy nhập

Hình 1.1: Cấu trúc cơ bản của UMTS

Cấu trúc cơ bản của hệ thống gồm 3 thành phần chính:

- Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)

- Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN)

- Mạng lõi CN (Core Network) và các mạng ngoài

❖ Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) và USIM

Thiết bị người sử dụng (UE) là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS.UE gồm hai phần:

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- USIM là đăng ký của người dùng đối với mạng di động UMTS và chứa tất cả dữ liệu liên quan cho phép truy cập vào mạng đã đăng ký Mỗi UE có thể chứa một hoặc nhiều USIM đồng thời Các tiêu chuẩn lớp cao hơn như MM / CC / SM địa chỉ 1UE + 1 (trong số một số) USIM khi họ đề cập đến MSSự khác biệt chính giữa USIM và SIM GSM là USIM có thể tải xuống(theo mặc định), có thể được truy cập qua giao diện không khí và có thể được sửa đổi bởi mạng.USIM là một thẻ mạch tích hợp đa năng (UICC), có nhiều dung lượng hơn một SIM GSM Nó có thể lưu trữ các ứng dụng Java Nó cũng có thể lưu trữ hồ sơ có người dùng thông tin quản

lý và quyền cũng như mô tả về cách các ứng dụng có thể được sử dụngNgười sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN Điều này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng ký

1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTMS (UTRAN)

UTRAN (viết tắt của "'UMTS Terrestrial Radio Access Network") là một thuật ngữ chung cho mạng và thiết bị kết nối điện thoại di động với mạng điện thoại công cộng hoặc Internet Nó chứa các trạm gốc, được gọi là Node B và Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) tạo nên mạng truy cập vô tuyến UMTS Mạng truyền thông này, thường được gọi là 3G (dành cho Công nghệ Truyền thông Di động Không dây Thế hệ thứ 3), có thể mang nhiều loại lưu lượng từ Chuyển mạch theo thời gian thực sang Chuyển mạch dựa trên IP UTRAN cho phép kết nối giữa UE (thiết bị người dùng) và mạng lõi

1.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC

Bộ điều khiển mạng vô tuyến 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) RNC cung cấp các chức năng điều khiển cho một hoặc nhiều nút B Một Node B và một RNC có thể là cùng một thiết bị, mặc dù các triển khai điển hình có một RNC riêng biệt nằm trong một văn phòng trung tâm phục vụ nhiều Node B Mặc dù thực tế là chúng

là Iub RNC và các nút B tương ứng của nó được gọi là Hệ thống con mạng vô tuyến (RNS)

Có thể có nhiều hơn một RNS trong một UTRAN

Chức năng của RNC:

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sử dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản

lý kết nối của người sử dụng đến CN

Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin

giữa các Iub và Iur

Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nút B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó

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

Controlling RNC (CRNC) kiểm soát, cấu hình và quản lý một RNS và giao tiếp

với NBAP (Phần ứng dụng Node B) với các tài nguyên vật lý của tất cả các Node B được kết nối qua các giao diện Iub Yêu cầu truy cập của các UE sẽ được chuyển tiếp từ Nút B liên quan đến CRNC

Drift RNC (DRNC) nhận các UE được kết nối được chuyển giao từ một ô SRNC

được kết nối với một RNS khác bởi vì, ví dụ: mức nhận được của ô đó trở nên quan trọng (tính di động) Tuy nhiên, RRC vẫn kết thúc với SRNC DRNC sau đó trao đổi thông tin định tuyến giữa SRNC và UE DRNC trong tình huống HO mềm Inter-RNC là DRNC duy nhất theo quan điểm SRNC Nó cho SRNC mượn tài nguyên vô tuyến để cho phép Soft

HO Tuy nhiên, tài nguyên vô tuyến được điều khiển bởi chức năng CRNC của cùng một máy RNC vật lý Các chức năng có thể được phân biệt bằng giao thức được sử dụng: DRNC

“nói” RNSAP với SRNC qua Iur, CRNC “nói” NBAP với các ô qua Iub

RNC dịch vụ (Serving RNC – SRNC) SRNC kiểm soát tính di động của người

dùng trong UTRAN và cũng là điểm kết nối với CN hướng tới MSC hoặc SGSN RNC, có kết nối RRC với UE, là SRNC của nó SRNC “nói” RRC với UE qua Iub, Uu và - nếu cần

- qua Iur và Iub “ngoại” (được điều khiển bởi DRNC)

1.2.2 Nút B( 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)

Nút B cung cấp liên kết vô tuyến vật lý giữa UE và mạng Nó tổ chức truyền và nhận

dữ liệu trên giao diện vô tuyến và cũng áp dụng các mã cần thiết để mô tả các kênh trong

hệ thống CDMA Nhiệm vụ của nút B tương tự như nhiệm vụ của BTS Nút B chịu trách

nhiệm về

➢ Điều khiển công suất: Thực hiện điều khiển công suất vòng trong, đo SIR thực tế,

so sánh nó với giá trị xác định cụ thể và có thể kích hoạt các thay đổi trong công suất

TX của UE

➢ Báo cáo đo lường: Báo cáo kết quả đo cho RNC

➢ Kết hợp các tín hiệu (từ nhiều sector của anten mà UE được kết nối với) thành một luồng dữ liệu trước khi truyền tín hiệu tổng đến RNC (UE được kết nối với nhiều hơn một sector của ăng-ten để cho phép HO nhẹ hơn

Hình 1.3: Cấu trúc chức năng của nút B

1.3 Mạng lõi CN(Core Network)

Mạng lõi (CN) được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE Miền PS đảm bảo các

dịchvụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các mạng số liệu khác

và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM Các

nút B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng

các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP.Mạng đường trục trong miền CS sử dụng

TDM còn trong miền PS sử dụng IP

Mạng lõi gồm các thành phần sau:

GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) thực thể này cũng lần

đầu tiên được đưa vào mạng GPRS Nút hỗ trợ Gateway GPRS (GGSN) là phần tử trung

tâm trong mạng chuyển mạch gói UMTS Nó xử lý làm việc lẫn nhau giữa mạng chuyển

mạch gói UMTS và các mạng chuyển mạch gói bên ngoài, và có thể được coi là một bộ

định tuyến rất tinh vi Trong hoạt động, khi GGSN nhận dữ liệu được gửi đến một người

dùng cụ thể, nó sẽ kiểm tra xem người dùng có đang hoạt động hay không và sau đó chuyển

tiếp dữ liệu tới SGSN phục vụ UE cụ thể

HLR (Home Location Register) Cơ sở dữ liệu này chứa tất cả thông tin quản trị về

mỗi người đăng ký cùng với vị trí đã biết cuối cùng của họ Bằng cách này, mạng UMTS

có thể định tuyến các cuộc gọi đến RNC / Node B Khi người dùng bật UE của họ, nó đăng

ký với mạng và từ đó có thể xác định Node B mà nó giao tiếp với cuộc gọi có thể được định tuyến một cách thích hợp Ngay cả khi UE không hoạt động (nhưng được bật), nó sẽ đăng ký lại định kỳ để đảm bảo rằng mạng (HLR) nhận thức được vị trí mới nhất của nó với vị trí hiện tại hoặc vị trí đã biết gần đây nhất của chúng trên mạng

VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của HLR cho

mạng phục vụ (SN: Serving Network) Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở ñây Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung cấp Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các chức

năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức

năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý

MS

1.4 Các mạng ngoài

Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác Các mạng ngoài có thể là các mạng điện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di ñộng mặt đất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu như Internet Miền PS kết nối đến các mạng số liệu còn miền CS nối đến các mạng điện thoại