an ninh trong 3g umts

Khi hệ thống thông tin di ñộng 3G UMTS ra ñời kéo theo sự phát triển các dịch vụ và ứng dụng mới, các giao dịch kinh doanh cũng ñược thực hiện qua mạng di ñộng ngày càng nhiều vì thời gi

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

1G The First Generation Hệ thống di ñộng thế hệ một

2G The Second Generation Hệ thống di ñộng thế hệ hai

3G The Third Generation Hệ thống di ñộng thế hệ ba

3GPP Third Generation Partnership

Project ðề án ñối tác thế hệ thứ 3

A

ACL Access Control List Danh sách ñiều khiển truy nhập

ADS Application Domain Security An ninh miền ứng dụng

AES Advantage Encryption Standard Tiêu chuẩn mật mã hóa tiên tiến

AH Authentication Header Tiêu ñề nhận thực

AKA Authentication and Key Agreement Nhận thực và thỏa thuận khóa

AMF Authentication Management Field Trường quản lý nhận thực

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống ñiện thoại tiên tiến

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền bất ñối xứng

AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực

AUTN Authentication Token Thẻ nhận thực mạng

AV Authentication Vector Vec-tơ nhận thực

B

BICC Bearer Independent Call Control ðiều khiển cuộc gọi ñộc lập

kênh mang

C

CA Certificate Authority Thẩm quyền chứng nhận

CRL Certificate Revocation List Danh sách hủy chứng nhận

CSCF Connection State Control Function Chức năng ñiều khiển trạng thái

GSM Global System for Mobile

Communication Hệ thống thông tin di ñộng toàn cầu GTP GPRS Tunnel Protocol Giao thức ñường hầm GPRS

H

HLR Home Location Register Thanh ghi ñịnh vị thường trú HSS Home Subscriber Server Server thuê bao tại nhà

I

I-CSCF Interrogating CSCF CSCF hỏi

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm ñặc trách Internet

IKE Internet Key Exchange Trao ñổi khóa Internet

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Sevices Digital Network Mạng số tích hợp ña dịch vụ ISIM IMS Subscriber Identify Module Mô dun nhận dạng thuê bao IMS ISIM Internet Services Multimedia Mô dun nhận dạng dịch vụ ña

Identity Module phương tiện Internet ITU International Telecommunication Liên minh viễn thông quốc

Union

K

L

M

MAC Message Authentication Code Mã nhận thực bản tin

MAC-A MAC- Authentication Mã nhận thực bản tin dành cho nhận thực

MEGACO Media Gateway Controller Bộ ñiều khiển cổng phương tiện MGCF Media Gateway Control Function Chức năng ñiều khiển cổng các

phương tiện

MIP Mobile Internet Procol Giao thức Internet di ñộng

MRF Multimedia Resource Function Chức năng tài nguyên ña phương tiện

NDS Network Domain Security An ninh miền mạng

NMT Nordic Mobile Telephone System Hệ thống ñiện thoại di ñộng Bắc

Âu

P

PCM Pulse Code Modulation ðiều chế xung mã

PDP Packet Data Protocol Giao thức Dứ liệu gói

PIN Personal Identification Number Số nhận dạng cá nhân

PKI Public Key Infrastructure Hạ tầng khóa công khai

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di ñộng công cộng mặt ñất

PSTN Public Switched Telephone Mạng ñiện thoại chuyền mạch

S

SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên

SHA Security Hash Algorithm Thuật toán làm rối an ninh SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SMR Special Mobile Radio Vô tuyến di ñộng ñặc biệt

TE Terminal Equipment Thiết bị ñầu cuối

TLS Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải

TMSI Temporary Mobile Subscriber Nhận dạng di ñộng tạm thời

Identity TSGW Transport Signalling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải

U

UDS User Domain Security An ninh miền người sử dụng

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

UEA UMTS Encryption Algorithm Giải thuật mật mã

thuật toàn vẹn UMTS

UMTS Univesal Mobile Hệ thống viến thông di ñộng toàn

Telecommunication System cầu

URI Unified Resource Identifier Nhận dạng tài nguyên ñồng dạng USIM UMTS Subscriber Identify Module Môdun nhận dạng thuê bao UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất

Network

V

VLR Visitor Location Register Thanh ghi ñịnh vị tạm thời

VoIP Voice over Internet Protocol Thoại trên nền IP

W

WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến

WCDMA Wideband Code Division ða truy nhập phân chia theo

Multiple Access mã băng rộng

WTLS Wireless Transfer Security Layer An ninh lớp truyền tải vô tuyến

XMAC-I Expected-MACI MAC-I kỳ vọng

XRES Expected User Respone Trả lời kỳ vọng của người sử dụng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 2.1: Mô hình phát triển mạng di ñộng từ thế hệ 1G ñến 3G 29

Bảng 2.1 Phân loại các dịch vụ ở 3G UMTS 34

Hình 2.2 Kiến trúc 3G UMTS R3 36

Hình 2.3 Kiến trúc 3G UMTS R4 .45

Hình 2.4 Kiến trúc mạng ña phương tiện 3G UMTS R5 .47

Hình 3.1 Minh họa cơ chế cơ sở của mật mã bằng khóa duy nhất .55

Hình 3.2 Quá trình sử dụng tóm tắt bản tin ñể cung cấp các chữ ký ñiện tử 59

Hình 3.3 Nhận thực bằng chữ ký ñiện tử 63

Hình 3.4 Phương pháp nhận thực sử dụng MAC .65

Hình 3.5 Kiến trúc an ninh tổng quát của một hệ thống thông tin di ñộng .69

Hình 3.6 Mô hình an ninh cho giao diện vô tuyến ở GSM 70

Bảng 4.1 Các hàm mật mã 79

Hình 4.1 Quá trình mật mã hóa và giải mật mã hóa bằng hàm f8 80

Hình 4.2 Nhận dạng toàn vẹn bản tin với sử dụng hàm toàn vẹn f9 .82

Hình 3.3 Quá trình tạo các AV trong AuC 84

Hình 4.4 Quá trình tạo các thông số an ninh trong USIM 85

Hình 4.5 Tạo AUTS trong USIM .86

Hình 4.6 Thủ tục ñồng bộ lại trong AuC 87

Bảng 4.2 Kích cỡ các thông số nhận thực 89

Hình 4.7 Mô hình an ninh cho giao diện vô tuyến ở 3G UMTS 90

Hình 4.8 Nhận thực người sử dụng tại VLR/SGSN 91

Hình 4.9 Nhận thực mạng tại USIM .92

Hình 4.10 Bộ mật mã luồngkhóa trong UMTS .92

Hình 4.12 Tổng quan quá trình nhận thực và thỏa thuận khóa AKA .95

Hình 4.13 Thủ tục ñồng bộ lại của AKA 97

Hình 4.14 Kiến trúc an ninh IMS .103

Hình 4.15 Kiến trúc an ninh IMS của UMTS R5 104

Hình 4.16 ðăng ký và nhận thực trong IMS 107

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1

MỤC LỤC 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ðỘNG 18

1.1 QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ðỘNG 18

1.2 CÁC THẾ HỆ MẠNG THÔNG TIN DI ðỘNG 19

1.2.1Thế hệ 1G (first Generation ) 19

1.2.2 Thế hệ 2G : ( Second Generation ) 20

1.2.3 Thế hệ 3G : ( Third Generation ) 22

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ 3G UMTS 28

2.1 TỔNG QUAN VỀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ðỘNG 28

2.2 ðẶC ðIỂM CƠ BẢN CỦA CỦA 3G UMTS 29

2.3 CHUYỂN MẠCH KÊNH, CHUYỂN MẠCH GÓI, CÁC LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ 3G UMTS HỖ TRỢ 31

2.3.1 Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói 31

2.3.1.1Chuyển mạch kênh 31

2.3.1.2Chuyển mạch gói 32

2.3.2 Các lưu lượng và dịch vụ ñược 3G UMTS hỗ trợ 33

2.4 KIẾN TRÚC3G UMTS R3 35

2.4.1 Thiết bị người sử dụng 36

2.4.1.1 Các ñầu cuối 36

2.4.1.2 UICC (UMTS IC Card) 37

2.4.1.3 USIM 37

2.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS 38

2.4.2.1 RNC 38

2.4.2.2 Nút B 39

2.4.3.2 GGSN 40

2.4.3.3 BG 40

2.4.3.4 VLR 40

2.4.3.6 GMSC 41

2.4.3.7 HE 41

2.4.4 Các mạng ngoài 43

2.4.5 Các giao diện 43

2.4.5.1 Giao diện Cu 43

2.4.5.2 Giao diện Uu 43

2.4.5.3 Giao diện Iu 43

2.4.5.4 Giao diện Iur 43

2.4.5.5 Giao diện Iub 44

2.5 KIẾN TRÚC 3G UMTS R4 44

2.6 KIẾN TRÚC 3G UMTS R5 47

2.7 KẾT LUẬN 49

CHƯƠNG III: AN NINH TRONG THÔNG TIN DI đỘNG 50

3.1 TẠO LẬP MÔ TRƯỜNG AN NINH 50

3.1.1 Nhận thực 50

3.1.2 Toàn vẹn số liệu 50

3.1.3 Bảo mật 51

3.1.4 Trao quyền 51

3.1.5 Cấm từ chối 51

3.2 CÁC đE DỌA VỀ AN NINH 51

3.2.1 đóng giả 52

3.2.2 Giám sát 52

3.2.3 Làm giả 52

3.2.4 Ăn cắp 53

3.3 CÁC CÔNG NGHỆ AN NINH 53

3.3.1 Công nghệ mật mã 53

3.3.1.1 Các giải pháp và giao thức 53

3.3.1.2 Mật mã hóa số liệu 54

3.3.2 Các giải thuật ñối xứng 54

3.3.3 Các giải thuật bất ñối xứng 56

3.3.4 Nhận thực 58

3.3.5 Các chữ ký ñiện tử và tóm tắt bản tin 58

3.3.6 Các chứng chỉ số 60

2.3.7 Hạ tầng khóa công khai PKI 61

3.3.8 Nhận thực bằng bản tin nhận thực 65

3.4 AN NINH GIAO THỨC VÔ TUYẾN 66

3.4.1 An ninh lớp truyền tải vô tuyến (WTLS) 66

3.4.2 Lỗ hổng WAP 68

3.4.3 WAP 2.x 69

3.5 MÔ HÌNH AN NINH TỔNG QUÁT CỦA MỘT HỆ THỒNG THÔNG TIN DI ðỘNG 69

3.6 AN NINH TRONG GSM 70

3.6.1 Mô hình an ninh cho giao diện vô tuyến 70

3.6.1.1 Nhận thực thuê bao GSM 71

3.6.1.2 Mật mã hóa ở GSM 71

3.6.2 Các hạn chế trong an ninh GSM 72

3.7 KẾT LUẬN 73

CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP AN NINH TRONG 3G UMTS 75

4.1 MÔ HÌNH KIẾN TRÚC AN NINH 3G UMTS 75

4.1.1 Nhận thực 75

4.1.2 Bảo mật 75

4.1.3 Toàn vẹn 76

4.2 CÁC HÀM BẢO MẬT 77

4.2.2.1 Hàm f8 79

4.2.2.2 Hàm f9 81

4.2.3 Sử dụng các hàm mật mã ñể tạo AV trong AuC 83

4.2.4 Sử dụng các hàm mật mã ñể tạo các thông số an ninh trong USIM 84

4.2.5 Sử dụng các hàm ñể ñồng bộ lại tại USIM 85

4.2.6 Sử dụng các hàm ñể ñồng bộ lại tại AuC 86

4.2.7 Thứ tự tạo khóa 87

4.3 CÁC THÔNG SỐ NHẬN THỰC 88

4.3.1 Các thông số của vec-tơ nhận thực (AV) 88

4.3.2 Thẻ nhận thực mạng (AUTN) 88

4.3.3 Trả lời của người sử dụng và giá trị kỳ vọng (RES&XRES) 88

4.3.4 Mã nhận thực bản tin dành cho nhận thực và giá trị kỳ vọng (MAC- A&XMAC-A) 88

4.3.5 Thẻ ñồng bộ lại (AUTS) 88

4.3.6 Mã nhận thực bản tin dành cho ñồng bộ lại và giá trị kỳ vọng (MAC-S&XMAC-S) 89

4.3.7 Kích cỡ của các thông số nhận thực 89

4.4 MÔ HÌNH AN NINH CHO GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 3G UMTS 89

4.4.1 Mạng nhận thực người sử dụng 91

4.4.2 USIM nhận thực mạng 91

4.4.3 Mật mã hóa UTRAN 92

4.4.4 Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu RRC 93

4.5 NHẬN THỰC VÀ THỎA THUẬN KHÓA AKA 94

4.5.1 Tổng quan về AKA 95

4.5.2 Các thủ tục AKA 95

4.6 THỦ TỤC ðỘNG BỘ LẠI AKA 97

4.7 AN NINH TRONG 3G UMTS R5 99

4.7.1 An ninh miền mạng NDS 99

4.7.1.1 MAPsec 99

4.7.1.2 IPsec 100

4.7.2 An ninh IMS 101

4.7.2.1 Giao thức khởi tạo phiên SIP 101

4.7.2.2 Kiến trúc an ninh IMS 103

4.7.2.3 Mô hình an ninh IMS của UMTS R5 104

4.7.2.4 Quá trình ñăng ký và nhận thực trong IMS 106

4.8 KẾT LUẬN 109

KẾT LUẬN 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

LỜI NĨI ðẦU

Ngày nay, thơng tin di động đã trở thành một nghành cơng nghiệp viễn thơng phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất Từ hệ thống thơng tin di động 2G GSM chỉ sử dụng chuyển mạch kênh hiệu xuất thấp, vốn được phát triển cho các dịch vụ thoại là chủ yếu Thì nay, cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu đặt ra địi hỏi ngày càng cao về các dịch vụ đa phương tiện như :

Truyền thơng hội nghị, quản lý thơng tin cá nhân, lập biểu, nhĩm làm việc, fax màu, …

Truyền thơng: báo, tạp chí, quảng cáo, …

Mua sắm: thương mại điện tử, tiền ví điện tử, giao dịch tự động, đấu giá,…

Giải trí: tin tức, thể thao, trị chơi, video, âm nhạc, …

Giáo dục: thư viện trực tuyến, máy tìm kiếm, học từ xa, …

Sức khỏe: chữa bệnh, theo dõi, chuẩn đốn từ xa, ……

Tự động hĩa: đo đạc từ xa, …

Tuy nhập thơng tin cá nhân: thời gian biểu, đặt vé từ xa, cảnh báo vị trí,…

Các dịch vụ đánh số cá nhân tồn cầu, điệ thoại vệ tinh, …

ðể đáp ứng cho những nhu cầu đĩ thì việc chuyển đổi từ mạng 2G sang 3G

là điều tất yếu ITU (International Telecommunication union – liên minh viễn thơng quốc tế) đã đưa ra nhiều tiêu chuẩn cho 3G trong đĩ cĩ 2 hệ thống WCDMA UMTS và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận và đưa vào hoạt động Cả hai hệ thống này đều sử dụng cơng nghệ CDMA ðiều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn trên tồn thế giới cho giao diện vơ tuyến của hệ thống thơng tin di động thế hệ ba Trong hai hệ thống đĩ, hệ thống UMTS tỏ ra cĩ nhiều ưu điểm hơn cả

Hệ thống UMTS được phát triển ở nhiều nước trên thế giới, chủ yếu là các nước đang phát triển, đặc biệt là cho các nước hiện đang sử dụng mạng GSM (trong

đĩ cĩ Việt Nam) với tổng số thuê bao đã đạt tới 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008 ðây

là một trong những yếu tố quyết ñịnh giúp UMTS trở thành hệ thống thông tin di ñộng thế hệ ba phổ biến nhất hiện nay và sẽ tiếp tục phát triển nhanh trong thời gian tới

Khi hệ thống thông tin di ñộng 3G UMTS ra ñời kéo theo sự phát triển các dịch vụ và ứng dụng mới, các giao dịch kinh doanh cũng ñược thực hiện qua mạng

di ñộng ngày càng nhiều vì thời gian xử lý công việc nhanh chóng hơn Và ñể ñảm cho công việc kinh doanh thì vấn ñề an ninh cần phải ñặt nên hàng ñầu Cần phải

có các biện pháp an ninh ñể giảm thiểu các rủi ro hủy hoại dịch vụ, tránh thất thoát lợi nhuận và duy trì mức ñộ thỏa mãn cho khách hàng sử dụng

Với yêu cầu ñặt ra như vậy, em ñã nghiên cứu tìm hiểu và nhận ñề tài với

tên gọi “AN NINH TRONG 3G UMTS ” làm ñồ án tốt nghiệp ñại học cho mình Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc ñến cô giáo PGS TS Nguyễn Việt Hương ñã hướng dẫn, giúp ñỡ em tận tình, chu ñáo ñể em hoàn thành

tốt luận văn tốt nghiệp của mình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ðỘNG

1.1 QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ðỘNG

Thông tin di ñộng ñã ñược ñưa vào sử dụng ñầu tiên ở Mỹ năm 1946, khi ñó

nó chỉ ñược sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này có 6 kênh sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150 MHz Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ, ñiều chế số và các công nghệ hiện ñại khác ñược biết ñến hơn 50 năm trước ñây, nhưng cho ñến ñầu những năm 1960 dịch vụ ñiện thoại di ñộng tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng và khi ñó nó chỉ là các sửa ñổi thích ứng của các hệ thống ñiều vận Các hệ thống di ñộng ñầu tiên này có ít tiện lợi và có dung lượng rất thấp Vào những năm 1980, hệ thống ñiện thoại di ñộng tế bào ñiều tần song công sử dụng kỹ thuật ña truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, ñây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ nhất (1G) Các

hệ thống thông tin di ñộng tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: hệ thống di ñộng tiên tiến (AMPS), hệ thống di ñộng tiên tiến băng hẹp (NAMPS), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) và Hệ thống NTT Hạn chế của các hệ thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không ñáp ứng ñược các dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng v.v

Giải pháp ñể loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số sử dụng các dịch vụ ña truy nhập mới Hệ thống ña truy nhập TDMA ñầu tiên ra ñời trên thế giới là GSM GSM ñược phát triển từ năm 1982, CEPT quy ñịnh việc ấn ñịnh tần số dịch vụ viễn thông Châu âu ở băng tần 900MHz ở Việt Nam hệ thống thông tin di ñộng ñược ñưa vào hoạt ñộng vào năm 1993, hiện ñang ñược hai công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả, mới ñây Viettel là công ty thứ ba ñưa vào khai thác hệ thống GSM trên thị trường thông tin di ñộng Việt nam Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di ñộng tế bào nói trên Các hệ thống thông tin di ñộng hạn chế cho; mạng nội hạt, sử dụng máy cầm tay không dây số cũng ñược nghiên cứu phát triển Hai hệ thống ñiển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced cordless Telecoms) của châu Âu và

PHS của Nhật cũng ñã ñược ñưa vào khai thác Ngoài kỹ thuật TDMA, ñến năm

1995, CDMA ñược ñưa vào sử dụng ở một số nước Các hệ thống thông tin di ñộng kỹ thuật số nói trên, sử dụng phương pháp truy nhập TDMA như GSM (Châu Âu), PDC ( Nhật) hoặc phương pháp truy nhập CDMA theo chuẩn năm

1995 ( CDMA-IS95) ñều thuộc hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ 2( 2G) Các hệ thống thông tin tế bào số có nhiều ñiểm nổi bật như chất lượng thông tin ñược cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiều dịch vụ mới (VD: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa ñược cải tiến, tương thích tốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô tuyến Bảng 1.1 mô tả các thông số

cơ bản của các tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin tế bào số của Nhật Bản, Mỹ

và Châu Âu Ngoài chuẩn IS-95 dựa trên công nghệ CDMA, tất cả các chuẩn khác ñều dựa trên công nghệ TDMA

- Là hệ thống thông tin di ñộng tương tự sử dụng phương thức ña truy

nhập phân chia theo tần số FDMA và ñiều chế tần số FM

- ðặc ñiểm :

+ Chất lượng kém + Bảo mật kém

- Một số hệ thống ñiển hình :

+ NMT : Nordic Mobile Telephone sử dụng băng tần 450 MHz Triển khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981 ( vùng Scandinavia ) + TACS : Total Access Communication System triển khai tai Anh vào năm 1985

+ AMPS : Advances Mobile Phone System triển khai tại Bắc Mỹ vào năm 1978 sử dụng băng tần 800 MHz

1.2.2 Thế hệ 2G : ( Second Generation )

Hệ thống mạng 2G ñược ñặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số (digital circuit – switched) kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên băng tần hiệu quả hơn nhiều so với 1G/ Hầu hết các thuê bao di ñộng trên thế giới hiện ñang dùng công nghệ 2G này Công nghệ 2G sẽ còn tồn tại thêm một thời nữa trước khi 3G thay thế hoàn toàn nó Những chuẩn di ñộng 2G chính bao gồm GSM (Global System for Mobile Communication ), IS – 136 và CDMA One GSM sử dụng kỹ thuật ña truy nhập TDMA và song công FDD GSM ñã trở thành công nghệ truyền thông có tốc ñộ phát triển nhanh nhất từ trước ñến nay và là một chuẩn di ñộng ñược triển khai rộng rãi trên thế giới

IS – 136 ñược biết ñến với tên D – AMPS (Digital - AMPS) sử dụng kỹ thuật ña truy nhập TDMA và song công TDD Công nghệ này ñược triển khai nhiều ở Châu

Mĩ, ñặc biệt là ở Mỹ và Canada IS – 136 ñược triển khai như một mạng overlay kỹ thuật số, phủ trên nền hạ tầng mạng AMPS.IP – 136 cho tốc ñộ dữ liệu lên ñến 30 Kbps

CDMA One là tên gọi của chuẩn di ñộng ITU IS – 95 sử dụng kỹ thuật ña truy nhập CDMA CDMA ñược chuẩn hoá năm 1993 Ngày nay, có 2 phiên bản IS – 95 gọi là

IS – 95 B IS – 95A dùng FDD với ñộ rộng kênh là 1,25 MHz cho mỗi hướng lên

và xuống Tốc dộ dữ liệu tối ña của IS – 95 A là 14,4 Kbps IS – 95 B có thể cung ứng tốc ñộ dữ liệu lên ñến 115 Kbps bằng cách gộp 8 kênh lại với nhau Với tốc ñộ này,

IS – 95B còn ñược phân loại như là công nghệ 2,5 G

- Hệ thống di ñộng số tế bào :

+ Dung lượng tăng + Chất lượng thoại tốt hơn + Hỗ trợ các dịch vụ số liệu (data )

- Phương thức truy nhập :

+ TDMA,CDMA băng hẹp ( Narrow Band )

- Chuyển mạch : chuyển mạch kênh ( Circuit Switching )

* Thuận lợi và khó khăn của 2G

Ở công nghệ 2G tín hiệu kĩ thuật số ñược sử dụng ñể trao ñổi giữa ñiện thoại

và các tháp phát sóng, làm tăng hiệu quả trên 2 phương diện chính :

Thứ nhất: dữ liệu số của giọng nói có thể ñược nén và ghép kênh hiệu quả

hơn so với mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi cùng ñược mã hoá trên một giải băng tần

Thứ hai: hệ thống kĩ thuật số ñược thiết kế giảm bớt năng lượng sóng radio

do công nghệ này có thể triển khai một số dịch vụ dữ liệu như Email và SMS ðồng thời, mức ñộ bảo mật cá nhân cũng cao hơn so với 1G Tuy nhiên, hệ thống mạng 2G cũng có những nhược ñiểm, ví dụ, ở những nơi dân cư thưa thớt, sóng kĩ thuật số yếu có thể không tới ñược các tháp phát sóng Tại những ñịa ñiểm như vậy, chất lượng truyền sóng cũng như chất lượng cuộc gọi sẽ bị giảm ñáng kể

Thế hệ 2,5 G : Thế hệ 2,5 G ñặc trưng bởi dịch vụ dữ liệu tốc ñộ cải tiến Chuẩn chính của thế hệ này là GPRS, EDGE và IS – 95 B GPRS là một bước phát triển tiếp theo ñể cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc ñộ cao cho người dùng GMS và IS –

136 Lý thuyết mà nói thì GPRS có thể cung ứng tốc ñộ dữ liệu lên ñến 172, 2Kbps GPRS là một giải pháp chuyển mạch gói ðây cũng là một bước ñệm trong quá trình chuyển từ thế hệ 2G lên 3G của các nhà cung cấp dịch vụ GSM/ IS– 136

Trên con ñường dài ñi ñến 3G, EDGE ñã ra ñời ñể cải tiến tốc ñộ dữ liệu hơn nữa (tốc ñộ tối ña tầm 384 Kbps) EDGE ñôi khi còn ñược trích dẫn như công nghệ 2,75G

1.2.3 Thế hệ 3G : ( Third Generation )

Mạng 3G ñặc trưng bởi tốc ñộ dữ liệu cao, capacity của hệ thống lớn tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác Có một loạt các chuẩn công nghệ di ñộng 3G, tất cả ñều dựa trên CDMA bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD), CDMA 2000 và TD SCDMA

UMTS (ñôi khi còn ñược gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật ña truy cập

WCDMA UMTS ñược chuẩn hoá bởi 3GSM - UMTS là công nghệ 3G ñược lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS ñể ñi lên 3G Tốc ñộ dữ liệu tối ña là 1920 Kbps ( gần 2Mbps) Nhưng trong thực tế tốc ñộ này chỉ tầm 384 Kbps thôi ðể cải tiến tốc ñộ dữ liệu của 3G hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA ñã ñược ñề nghị Khi cả 3 kỹ thuật này ñược triển khai, người ta gọi chung là HSPA HSPA thường ñược biết ñến như là công nghệ 3,5G

+ HSDPA: Tăng tốc ñộ downlink ( ñường xuống, từ NodeB về người dùng di ñộng) Tốc ñộ tối ña lý thuyết là 14,4 Mbps, nhưng trong thực tế nó chỉ ñạt tầm

1,8Mbps (hoặc tốt lắm là 3,6 Mbps) Theo một báo cáo của GSA tháng 7 năm 2008,

207 mạng HSDPA ñã và ñang bắt ñầu triển khai, trong ñó 207 ñã thương mại hoá ở

89 nước trên thế giới

+ HSUPA: Tăng tốc ñộ uplink (ñường lên) và cải tiến QoS Kỹ thuật này cho phép người dùng upload thông tin với tốc ñộ lên ñến 5,8 Mbps (lý thuyết) Cũng trong cùng báo cáo trên của GSA, 51 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di ñộng ñã triển khai mạng HSUPA ở 35 nước và 17 nhà cung cấp mạng lên kế hoạch triển khai mạng HSUPA

CDMA 2000 là người “ nối giõi” của 2G CDMA One ñại diện cho họ công nghệ bao gồm CDMA 2000 1xRTT (Radio Transmission Technology), CDMA

2000 EV – DO (Evolution – Data Optimized) và CDMA 2000 EV – DO (Evolution – Data and voice) CDMA 2000 ñược chuẩn hoá bởi 3GPP2 Vì vậy các nhà cung cấp dịch vụ mạng di ñông sử dụng công nghệ CDMA One sẽ lựa chọn CDMA 2000

ñể phat triển hệ thống 3G

+ CDMA 2000 1xRTT: Chính thức ñược công nhận như là một công nghệ 3G, tuy nhiên nhiều người xem nó như là một công nghệ 2,75 G ñúng hơn là 3G Tốc ñộ của 1xRTT có thể ñạt ñến 307 Kbps, song hầu hết các mạng ñã triển khai chỉ giới hạn tốc ñộ peak ở 144 Kbps

+ CDMA 2000 EV- DO: Sử dụng một kênh dữ liệu 1,25 MHz chuyên biệt và

có thể cho tốc ñộ dữ liệu ñến 2,4 Mbps cho ñường xuống và 153 Kbps cho ñường lên 1xEV – DO Rev hỗ trợ truyền thông gói IP, tăng tốc ñộ ñường xuống ñến 3,1 Mbps và ñặc biệt có thể ñẩy tốc ñộ ñường lên ñến 1,2 Mbps Bên cạnh ñó, 1xEVDO Rev B cho phép nhà cung cấp mạng gộp ñến 15 kênh 1,25 MHz lại ñể truyền dữ liệu với tốc ñộ 73,5 Mbps Theo một báo cáo trên www.cdg.org site, 3G CDMA 2000

EV – DO ñã vượt con số 83 triệu thuê bao vào tháng 9 năm 2007

+ CDMA 2000 EV- DV : Tích hợp thoại và dữ liệu trên cùng một kênh 1,25MHz DMA 2000 EV-DV cung cấp tốc dộ peak ñến 4,8 Mbps cho ñường

vô thời hạn việc phát triển của 1xEV- DV vì ña phần các nhà cung cấp mạng

CDMA như Verizon Wireless và Sprint ñã chọn EV – DO

+ TD- SCDMA là chuẩn di ñộng ñược ñề nghị bởi “China Communications Standards” và ñược ITU duyệt vào năm 1999 ðây là chuẩn 3G của Trung Quốc TD- SCDMA dùng song công TDD TD – SCDMA có thể hoạt ñộng trên một dải tần hẹp 1,6MHz (cho tốc ñộ 2Mbps) hay 5MHz (cho tốc ñộ 6Mbps) Ngày xuất hành của TD – SCDMA ñã bị ñẩy lùi nhiều lần Nhiều thử nghiệm về công nghệ này ñã diễn ra từ ñầu năm 2004

+ Hệ thống 3GPP LTE là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di ñộng GSM/UMTS và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc Tế (ITU) ñã ñịnh nghĩa truyền thông di ñộng thế hệ 4 là IMT Advanced và chia thành hai hệ thống dùng cho di ñộng tốc ñộ cao và di ñộng tốc ñộ thấp 3GPPLTE là hệ thống dùng cho di ñộng tốc ñộ cao Ngoài ra, ñây còn là công nghệ hệ thống tích hợp ñầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn moñdm3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, do ñó NSD có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên WCDMA

- 3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh ñộng và hỗ trợ các dịch vụ ña phương tiện với tốc ñộ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc ñộ 3 km/h và ñạt 30 Mb/s khi di chuyển ở tốc ñộ cao 120 km/ h Tốc ñộ này nhanh hơn gấp 7 lầ n so với tốc

ñộ truyền dữ liệu cho công nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ liệu tốc ñộ cao) Do công nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ ña phương tiện tốc ñộ cao trong khi di chuyển ở bất kỳ tốc ñộ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng các dịch vụ nội dung có dung lượng lớn với ñộ phân giải cao ở ñiện thoại di ñộng, máy tính bỏ túi PDA, ñiện thoại thông minh

ưu ñiểm nổi bật:

Dung lượng truyền trên kênh ñường xuống có thể ñạt 100Mbps và trên kênh ñường lên có thể ñạt 50 Mbps Tăng tốc ñộ truyền trên cả người sử dụng và các mặt phẳng ñiều khiển Sẽ không còn chuyển mạch kênh Tất cả sẽ dựa trên IP.VoIP sẽ

dùng cho dịch vụ thoại Kiến trúc mạng sẽ ñơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời Tuy nhiên mạng 3G LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại ðiều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 3GPP LTE

vì không cần thay ñổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng ñã có OFDMA và MIMO ñược

sử dụng trong 3G LTE thay vì CDMA như trong 3G

Chuẩn UMB hiện nay ñược phát triển bởi 3GPP2 với kế hoạch là sẽ thương mại hoá trước 2009

Một số ñặc ñiểm kỹ thuật như sau:

Các kỹ thuật Miltiple radio và antenna tiên tiến Multiple Input Multiple Output (MIMO), ña truy nhập phân chia theo không gian (Spatial Division Multiple Access (SDMA) và kỹ thuật beamforming antenna

Các kỹ thuật quản lý nhiễu tiên tiến (Improved interference management techniques)

Tốc ñộ dữ liệu cao nhất (peak data rates)

Lên tới 288 Mbps ñường lên, 75 Mbps ñường xuống

Lên tới 1000 người sử dụng VoIP ñồng thời ( với sự cấp phát 20 MHz FDD)

Chuẩn IEEE 802.x

Chuẩn này bắt nguồn từ mạng WiFi, sau ñó tiến lên 802.16e rồi 802.16m và bây giờ là 802.20 Chuẩn IEEE 802.20 còn ñược gọi là truy nhập vô tuyến băng rộng di ñộng WBMA (Mobile Broadband Wireless Access) Nó có thể hỗ trợ ngay

cả khi ñã di chuyển với tốc ñộ lên tới 250 km/h

Trong khi chuyển vùng (roaming) của WiMAX nhìn chung bị giới hạn trong một phạm vi nhất ñịnh, thì chuẩn IEEE 802.20 giống như 3G có khả năng hỗ trợ chuyển vùng toàn cầu Ngoài ra, cũng giống như WiMAX, IEEE 802.20 cũng hỗ trợ các kỹ thuật QoS nhằm cung cấp những dịch vụ có yêu cầu cao về ñộ trễ, jitter

Trong mạng EEE 802.20 việc ñồng bộ giữa ñường lên và ñường xuống ñều ñược thực hiện hiệu quả Dự kiến chuẩn IEEE 802.20 tương lai sẽ kết hợp một số

* Những ưu ñiểm và dịch vụ gia tăng

Công nghệ di ñộng thế hệ thứ 3 (3G) cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại như tải dữ liệu, gửi emai, tin nhắn nhanh, hình ảnh Chiếc ñiện thoại di ñộng bây giờ ñã, ñang và sẽ trở thành ví tiền trực tuyến, văn phòng di ñộng, thiết bị ñiều khiển các ñồ gia dụng trong nhà, bản ñồ số, phòng chiếu phim, nhà hát di ñộng hay ñơn giản là phương tiện truyền tải thông tin, chia sẻ cảm xúc Tất cả sẽ trở thành hiện thực với công nghệ 3G

Chất lượng thoại

Trong số các dịch vụ của 3G, ñiện thoại video thường ñược miêu tả như ứng dụng phổ biến vào bậc nhất ñối với người sử dụng thông thường Với 4 giấy phép khai thác và triển khai 3G tại Việt Nam, làn gió 3G ñã thực sự thu hút sự quan tâm của giới công nghệ

Trước ñây, không ít loại ñiện thoại di ñộng có giá hàng chục triệu ñồng với hàng chục tính năng hiện ñại nhưng bấy lâu nay cũng chỉ "alo", nhắn tin và mail chứ không thể ứng dụng các tính năng khác vì 3G tại nước ta chưa có Nhưng giờ ñây người ta có thể tha hồ mà lướt web, tải phim, nghe nhạc Chiếc ñiện thoại di ñộng không khác máy tính xách tay kết nối wifi là mấy

Trên thực tế tại các nước ñã phát triển thì các dịch vụ ñược sử dụng nhiều nhất là Mobile Internet, Live TV (truyền hình trực tiếp trên ñiện thoại di ñộng), VOD/MOD (xem phim/nghe nhạc theo yêu cầu) Mọi thứ ñều có thể giải quyết trong chiếc máy di ñộng Từ thanh toán ñến thông tin cá nhân, hệ thống dịch vụ

thậm chí là giám sát trẻ em học hành và rất nhiều tiện ích khác Di ñộng trở thành văn phòng di ñộng ở khắp mọi nơi

Theo phân tích của giới chuyên gia những dịch vụ ñã ñược cung cấp trên nền 2 hay 2,75G sẽ ñược các doanh nghiệp tung ra ở giai ñoạn ñầu với chất lượng của 3G: Các dịch vụ giải trí như tải nhạc, nghe nhạc, truyền dữ liệu tiếng nói hình ảnh, âm thanh chất lượng cao, xem phim, xem ca nhạc hay dịch vụ tiện ích cá nhân, dịch vụ chát, truy cập internet khách hàng sẽ ñược sử dụng ñầu

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ 3G UMTS

2.1 TỔNG QUAN VỀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI đỘNG

Hệ thống thong tin di ựộng về cơ bản ựược chia làm 3 giai ựoạn phát triển: Thế hệ thư nhất(1G); Thế hệ thứ hai(2G); Thế hệ thứ ba(3G) và thế hệ tiếp theo thứ bốn(4G)Ầ

Thế hệ 1G ựược phát triển dựa trên nên tảng ựa truy nhập FDMA hay còn gọi là ghép kênh theo tần số đánh dấu cho môn hình mạng 1G là các mạng di ựộng AMPS của USA và NMT của Bắ Âu Các mô hình mạng 1G ựược phát triển tại một số nước phát triển và chưa ựược chuẩn hóa ựể áp dụng trên toàn thế giới Khác với thế hệ 1G mạng di ựộng thế hệ 2G ựược chuẩn hóa ựể áp dụng trên toàn thế giới điển hình cho thế hệ 2G là hai mô hình mạng nổi bất trên bản ựồ viễn thông thế giới: Mạng di ựộng GSM chuẩn hóa Châu Âu phát triển trên nên tảng hai phương thức ựa truy nhập FDMA và TDMA; Còn hệ thống CDMA IS95 ựược chuẩn hóa cho USA, Hàn quốc, Nhật Ầ dựa theo phương thức ựa truy nhập CDMA Như vậy thế hệ các mạng di ựộng 2G ựã có sự chuẩn hóa ựể áp dụng trên toàn thế giới nhưng chưa mang tắnh ựồng bộ cao

Trong qua trình phát triện của thế hệ mạng di ựộng 2G ựã ựi theo hướng dần chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn chung của quốc tế nhằm áp dụng triển khai trên toàn thế giới

+ Một số mạng ựã nâng dải tần làm việc của sóng vô tuyến lên dải tần dụng cho 3G

+ Cung cấp các các dịch số liệu một cách ựộc lập

+ Cung cấp ựường truyền số liệu có tốc ựộ cao 144kbs với thiết bị ựi ựộng

có tốc ựộ cao và với thiết bị ựi ựộng di chuyển tốc ựộ thấp có thể ựạt ựược 2Mbs + Có thể cung cấp nhiều dịch vụ giá trị gia tăng tốc ựộ cao dung lượng lớnẦ

Trong thực tế các mạng di ựộng ựã có những ựộng thái ựể dần chuẩn hóa theo tiêu chuẩn chung của thế giới như: Mạng GSM cung cấp dịch vụ GPRS, EDGE ựiều nay ựã ựáp ứng một số yêu cầu nhưng xét về truyền dẫn vô tuyến vẫn

dưa trên nên 2G Và người ta coi ñây là thế hệ trung gian trong lô trinh hướng lên 3G ñó là thế hệ 2,5G và 2,75G

Hình 2.1: Mô hình phát triển mạng di ñộng từ thế hệ 1G ñến 3G

2.2 ðẶC ðIỂM CƠ BẢN CỦA CỦA 3G UMTS

Hệ thống thong tin di ñộng thê hệ 3G ñược xây dựng theo chuẩn mạng di

ñộng toàn cầu; với các dịch vụ ra tăng phong phú cung cấp cho người sử dụng

như: dịch vụ voi call, video call, SMS, Mail, internet, dữ liệu băng thong rộng… Tại Châu Âu ñã thực hiện chuẩn hóa mạng GSM với chuẩn IMT – 2000 của ITU

ñể hình thành mạng di ñộng toàn cầu 3G UMTS nhằm tao ra môi trường cung cấp các dịch vụ di ñộng phong phú và ña dạng

GSM 900 GSM 1800 GSM 1900

IS 136

IS 95 CDMA

IS 136 TDMA 80 0

IS 95 CDMA 80 0

IS 95 IDEN 80 0

3G UMTS ñược phát triển bởi ñề án ñối tác thế hệ thứ 3 (3GPP) Sử dụng dải tần quốc tế 2GHz như sau: ñường lên: 1885-2025 MHz; ñường xuống: 2110-2200MHz

Hệ thống 3G UMTS sử dụng công nghệ ña truy nhập phân chia theo

mã băng rộng (WCDMA) WCDMA là công nghệ ñược sử dụng cho phần giao diện vô tuyến của hệ thống 3G UMTS Các thông số nổi bật ñặc trưng cho WCDMA như sau:

+ WCDMA sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Ở ñây các bit thông tin ñược trải ra trong một băng tần rộng bằng cách nhân dữ liệu cần truyền với các bit giả ngẫu nhiên (gọi là chip) Các bit này xuất phát từ các mã trải phổ CDMA ðể hỗ trợ tốc ñộ bit cao (lên tới 2Mb/s), cần sử dụng các kết nối ña mã

và hệ số trải phổ khác nhau

+ WCDMA có tốc ñộ chip là 3,84 Mc/s dẫn ñến băng thông của sóng mang xấp xỉ 5MHz, nên ñược gọi là hệ thống băng rộng Với băng thông này WCDMA có thể hỗ trợ các tốc ñộ dữ liệu cao của người dùng và ñem lại những lợi ích hiệu suất xác ñịnh Các nhà vận hành mạng có thể sử dụng nhiều sóng mang 5MHz ñể tăng thêm dung lượng, cũng có thể sử dụng các lớp tế bào phân cấp Khoảng cách giữa các sóng mang thực tế có thể ñược chọn trong khoảng

từ 4,4MHz ñến 5MHz, tuỳ thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang

+ WCDMA hỗ trợ tốt các tốc ñộ dữ liệu người dùng khác nhau hay nói cách khác là hỗ trợ tốt ñặc tính băng thông theo yêu cầu Mỗi người sử dụng ñược cấp các khung có ñộ rộng 10ms, trong khi tốc ñộ người sử dụng ñược giữ không ñổi Tuy nhiên dung lượng người sử dụng có thể thay ñổi giữa các khung Việc cấp phát nhanh dung lượng vô tuyến thông thường sẽ ñược ñiều khiển bởi mạng

ñể ñạt ñược thông lượng tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gói

+ WCDMA hỗ trợ hai mô hình hoạt ñộng cơ bản Chế ñộ song công phân chia theo tần số (FDD) và song công phân chia theo thời gian (TDD) Trong chế ñộ FDD, ñường lên và ñường xuống sử dụng các sóng mang 5MHz

có tần số khác nhau Trong khi ở chế ñố TDD, các ñường lên và xuống sử dụng cùng tần số nhưng ở các khoảng thời gian khác nhau

+ WCDMA hỗ trợ hoạt ñộng của các trạm gốc dị bộ ðiều này khác với

hệ thống ñồng bộ IS-95, nên không cần chuẩn thời gian toàn cầu như ở hệ

thống ñịnh vị toàn cầu (GPS) Việc triển khai các trạm gốc micro và trạm gốc indoor sẽ dễ dàng hơn khi nhận tín hiệu mà không cần GPS

+ WCDMA áp dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả ñường lên

và ñường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu

+ Giao diện vô tuyến WCDMA ñược xây dựng một cách khéo léo theo cách của các bộ thu RAKE tiên tiến, có khả năng tách sóng của nhiều người dùng

và các anten thích ứng thông minh, giao diện vô tuyến có thể ñược triển khai bởi các nhà ñiều khiển mạng như một hệ thống ñược chọn lựa ñể tăng dung lượng và vùng phủ sóng

2.3 CHUYỂN MẠCH KÊNH, CHUYỂN MẠCH GÓI, CÁC LƯU LƯỢNG

b Dịch vụ của chuyển mạch kênh

Là dịch vụ trong ñó mỗi ñầu cuối ñược cấp phát một kênh riêng và

nó toàn quyền sử dụng tài nguyên của kênh này trong thời gian cuộc gọi, tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này dù có truyền tin hay không Dịch

chuyển mạch gói (PS) Thông thường dịch vụ này ñược áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (như thoại)

2.3.1.2Chuyển mạch gói

a Chuyển mạch gói

Là sơ ñồ chuyển mạch thực hiện phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có ñộ dài nhất ñịnh và ñược truyền ñến nơi nhận theo thông tin gắn trên tiêu ñề của từng gói Ở chuyển mạch gói (PS) tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền Chuyển mạch gói cho phép nhóm tất cả các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội dung, kiểu hay cấu trúc số liệu thành các gói có kích thước phù hợp và truyền chúng trên một kênh chia sẻ Việc nhóm các số liệu cần truyền ñược thực hiện bằng ghép kênh thống kê với

ấn ñịnh tài nguyên ñộng Các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame Relay, ATM hoặc IP

b Các dịch vụ của chuyển mạch gói

Là dịch vụ trong ñó nhiều ñầu cuối cùng chia sẻ một kênh và mỗi ñầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên của kênh này khi có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lượng tin ñược truyền trên kênh Dịch vụ chuyển mạch gói chỉ có thể ñược thực hiện trên chuyển mạch gói (PS) Dịch vụ này rất phù hợp cho các dịch vụ phi thời gian thực (như số liệu) Tuy nhiên, nhờ sự phát triển của công nghệ dịch vụ này cũng ñược áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (như VoIP) Chuyển mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP

Phương thức truyền dẫn không ñồng bộ (ATM): là công nghệ thực

hiện phân chia thông tin cần phát thành các tế bào 53 byte ñể truyền dẫn và chuyển mạch Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu ñề (có chứa thông tin ñịnh tuyến)

và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng) Thiết bị chuyển mạch ATM cho phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông tin ñịnh tuyến trong tiêu ñề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào Thông tin ñịnh tuyến trong tiêu ñề gồm: ñường dẫn ảo (VP) và kênh

ảo (VC) ðiều khiển kết nối bằng VC (tương ứng với kênh của người sử dụng) và

VP (là một bó các VC) cho phép việc khai thác và quản lý có khả năng mở rộng

và có ñộ linh hoạt cao Thông thường VP ñược thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời ñiểm xây dựng mạng Việc sử dụng ATM trong mạng lõi có nhiều

ưu ñiểm: có thể quản lý lưu lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như ñiều khiển chất lượng liên kết

Chuyển mạch hay Router IP: cũng là một công nghệ thực hiện phân

chia thông tin phát thành các khối ñược gọi là tải tin (Payload) Sau ñó mỗi khối ñược gán một tiêu ñề chứa các thông tin ñịa chỉ cần thiết cho chuyển mạch Trong thông tin di ñộng do vị trí của ñầu cuối di ñộng thay ñổi nên cần phải có thêm tiêu ñề bổ sung ñể ñịnh tuyến theo vị trí hiện thời của MS Quá trình ñịnh tuyến này ñược gọi là truyền ñường hầm (Tunnel) Có hai cơ chế ñể thực hiện ñiều này: IP di ñộng (MIP) và giao thức ñường hầm GPRS (GTP) Tunnel là một ñường truyền mà tại ñầu vào của nó gói IP ñược ñóng bao vào một tiêu ñề mang ñịa chỉ nơi nhận (trong trường hợp này là ñịa chỉ hiện thời của máy di ñộng) và tại ñầu ra gói IP ñược tháo bao bằng cách loại bỏ tiêu ñề bọc ngoài

Vì 3G UMTS ñược phát triển từ những năm 1999 khi mà ATM là công nghệ chuyển mạch gói chủ ñạo nên các tiêu chuẩn cũng ñược xây dựng trên công nghệ này Tuy nhiên hiện nay và tương lai mạng viễn thông sẽ ñược xây dựng trên cơ sở Internet Vì thế các chuyển mạch gói sẽ là chuyển mạch hoặc Router IP

2.3.2 Các lưu lượng và dịch vụ ñược 3G UMTS hỗ trợ

Vì 3G UMTS cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và các lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra 3G UMTS cũng ñược sử dụng cho các dịch vụ tiếng Nói chung 3G UMTS hỗ trợ các dịch vụ tryền thông ña phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần ñảm bảo một mức QoS nhất ñịnh tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ, ñược phân loại như sau:

+ Loại hội thoại (Conversational, rt): thông tin tương tác yêu cầu trễ

nhỏ (ví dụ như thoại);

+ Loại luồng (Streaming, rt): thông tin một chiều ñòi hỏi dịch vụ

luồng với trễ nhỏ (ví dụ như phân phối truyền hình thời gian thực);

+ Loại tương tác (Interactive, nrt): ñòi hỏi trả lời trong một thời gian

nhất ñịnh và tỷ lệ lỗi thấp (ví dụ trình duyệt Web, truy nhập Server);

Môi trường hoạt ñộng của 3G UMTS ñược chia thành bốn vùng với các tốc ñộ bit (Rb) phục vụ như sau:

Dịch vụ di ñộng Di ñộng ñầu cuối/ di ñộng cá nhân/ di ñộng dịch vụ

- Dịch vụ số liệu tốc ñộ tương ñối cao (144Kb/s-2Mb/s)

Internet

Dịch vụ

internet ña

phương tiện

Dịch vụ Website ña phương tiện thời gian thực( 2Mb/s)

Bảng 2.1 Phân loại các dịch vụ ở 3G UMTS

3G UMTS ñược xây dựng theo ba phát hành chính ñược gọi là R3, R4, R5 Trong ñó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền chuyển mạch kênh (CS) và miền chuyển mạch gói (PS) Việc kết hợp này phù hợp cho

giai ñoạn ñầu khi PS chưa ñáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại

và hình ảnh Khi này miền CS sẽ ñảm nhiệm các dịch vụ thoại, còn số liệu ñược truyền trên miền PS R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch ñều trên IP

2.4 KIẾN TRÚC3G UMTS R3

3G UMTS hỗ trợ cả chuyển mạch kênh (CS) lẫn chuyển mạch gói (PS) (tốc ñộ trong CS: 384Mb/s và 2M/ps trong PS) Với tốc ñộ như vậy có thể cung cấp thêm nhiều dịch vụ mới giống như trong ñiện thoại cố ñịnh và Internet cho khách hàng Các dịch vụ này bao gồm: ñiện thoại có hình, âm thanh chất lượng cao và tốc ñộ truyền dữ liệu cao tại ñầu cuối Một tính năng khác cũng ñược ñưa ra cùng với 3G UMTS là “luôn luôn kết nối ñến Internet”, 3G UMTS cũng cung cấp vị trí tốt hơn và vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí

Cấu trúc bao gồm 3 phần:

+ Thiết bị người sử dụng (UE) bao gồm: thiết bị ñầu cuối (TE), thiết

bị di ñộng(ME), modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM);

+ Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS (UTRAN) bao gồm: Bộ ñiều mạng vô tuyến (RNC), nút B (các trạm gốc BTS);

+ Mạng lõi (CN) bao gồm: Miền chuyển mạch kênh (CS), miền chuyển mạch gói(PS), môi trường nhà (HE)

Hình 2.2 Kiến trúc 3G UMTS R3

2.4.1 Thiết bị người sử dụng

Thiết bị người sử dụng (UE) là ñầu cuối mạng UMTS của người sử dụng Có thể nói ñây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó ảnh hưởng lớn ñến các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng của công nghệ 3G Giá thành của UE giảm nhanh chóng sẽ tạo ñiều kiện cho người

sử dụng mua thiết bị của 3G UMTS ðiều này ñạt ñược nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài ñặt mọi trí tuệ tại thẻ thông minh (USIM)

2.4.1.1 Các ñầu cuối

Vì thiết bị ñầu cuối bây giờ ngoài cung cấp các dịch vụ thoại còn cung cấp thêm các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó ñược chuyển thành ñầu cuối Các nhà sản suất ñã ñưa ra rất nhiều ñầu cuối dựa trên các khái niệm mới, nhưng trên thực tế chỉ một số ít là ñược ñưa vào sản xuất Mặc dù, các ñầu cuối dự kiến khác nhau về kích thước và thiết kế song tất cả chúng ñều có màn hình lớn và ít phím hơn so với thiết bị 2G Sở dĩ như vậy là ñể hỗ trợ người sử dụng ñầu cuối sử dụng thêm nhiều dịch vụ số liệu mới Vì thế ñầu cuối trở thành một tổ hợp của ñiện thoại di ñộng, modem và máy tính cầm tay

ðầu cuối hỗ trợ hai giao diện: giao diện Uu là liên kết vô tuyến giữa UE với UTRAN (giao diện WCDMA) Nó ñảm bảo toàn bộ kết nối

vật lý với mạng UMTS; giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa USIM với ñầu cuối Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

Mặc dù các nhà sản xuất có rất nhiều ý tưởng về thiết bị song họ vẫn phải tuân theo một tập tối thiểu các ñịnh nghĩa tiêu chuẩn, ñể các khách hàng sử dụng các ñầu cuối khác nhau có thể truy nhập ñến một số các chức năng cơ sở bằng cùng một cách

Các tiêu chuẩn này bao gồm:

+ Bàn phím (phím vật lý hoặc phím ảo);

+ ðăng ký mật khẩu mới;

+ Thay ñổi mã PIN;

+ Giải chặn PIN/PIN2;

+ Trình bày IMEI;

+ ðiều khiển cuộc gọi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà sản xuất và người

sử dụng ñể có thể chọn cho mình ñầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn là thiết kế

và giao diện Giao diện là sự kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình cung cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu

2.4.1.2 UICC (UMTS IC Card)

UMTS IC Card là một thẻ thông minh ðiều mà ta quan tâm ñến nó

là dung lượng nhớ và tốc ñộ bộ xử lý do nó cung cấp, ứng dụng USIM chạy trên UICC

2.4.1.3 USIM

Trong GSM, SIM Card lưu trữ thông tin cá nhân (ñăng ký thuê bao) ðiều này ñược thay ñổi trong 3G UMTS, USIM ñược cài như một ứng dụng trên UICC ðiều này cho phép lưu nhiều ứng dụng và nhiều chữ ký ñiện tử (khóa) hơn, phục vụ cho nhiều mục ñích khác (ví dụ như mã truy

USIM chứa các hàm và số liệu cần thiết ñể nhận dạng và nhận thực thuê bao cho mạng UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao Người sử dụng phải tự mình nhận thực ñối với USIM bằng cách nhập

mã PIN ðiều này ñảm bảo chỉ người sử dụng ñích thực mới có thể truy nhập ñược vào mạng UMTS Mạng chỉ cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng nào sử dụng ñầu cuối với USIM ñược ñăng ký

2.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS (UTRAN) là liên kết giữa người sử dụng và mạng lõi (CN) Nó bao gồm các phần tử ñể ñảm bảo và ñiều khiển các cuộc truyền thông trong mạng UMTS

UTRAN ñược ñịnh nghĩa giữa hai giao diện: giao diện Iu giữa UTRAN và CN, giao diện này gồm hai phần IuPS cho miền chuyển mạch gói

và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN với UE Giữa hai giao diện này là các nút B và các bộ ñiều khiển mạng vô tuyến (RNC)

2.4.2.1 RNC

RNC chịu trách nhiệm quản lý và ñiều khiển tài nguyên của các trạm gốc BTS (nút B) ðây cũng chính là ñiểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN Nó ñược nối ñến CN bằng hai kết nối, một cho miền

PS ñến SGSN và một cho miền CS ñến MSC

Một nhiệm vụ tương ñối quan trọng của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn thông tin Sau khi thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa (AKA) hoàn tất các khóa bí mật và toàn vẹn ñược lưu tại RNC Sau ñó, các khóa này ñược sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào, người sử dụng ñược kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC) Khi người này chuyển ñến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC

trôi (DRNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng này Nhưng SRNC vẫn quản lý kết nối của người sử dụng này ñến CN Chức năng cuối cùng của RNC là RNC ñiều khiển (CRNC) Mỗi nút B có một CRNC chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến cho nó

2.4.2.2 Nút B

Giống như trong GSM, nút B (các BTS) có nhiệm vụ thực hiện kết nối

vô tuyến vật lý giữa ñầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu giao diện Iub từ RNC

và chuyển vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như: ñiều khiển công suất vòng trong Tính năng này ñể phòng ngừa vấn ñề gần xa Nghĩa là nếu tất cả các ñầu cuối ñều phát cùng một công suất, thì các ñầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các ñầu cuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu ñược từ các ñầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng tăng hoặc giảm công suất, sao cho nút B luôn thu ñược công suất như nhau từ tất cả các ñầu cuối

2.4.3.1 SGSN

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) là nút mạng chính của miền PS,

nó kết nối ñến UTRAN thông qua giao diện IuPS và ñến GGSN thông qua giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nó lưu trữ hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin ñăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao

+ Số nhận dạng thuê bao quốc tế (IMSI);

+ Số nhận dạng thuê bao tạm thời gói (P-TMSI);

+ ðịa chỉ giao thức số liệu gói (PDP)

+ Số liệu vị trí thuê bao lưu trong SGSN gồm:

+ Vùng ñịnh vị thuê bao (RA);

+ Số VLR;

+ ðịa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực

2.4.3.2 GGSN

Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) là một SGSN cổng có nhiệm vụ kết nối với các mạng số liệu khác Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao ñến các mạng ngoài ñều qua GGSN Cũng giống như SGSN, nó lưu hai kiểu số liệu: thông tin ñăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao GGSN nối ñến Internet thông qua giao diện Gi và ñến các cổng biên giới (BG) thông qua giao diện Gp

Số liệu thuê bao lưu trong GGSN gồm: IMSI; ðịa chỉ PDP

Số liệu vị trí lưu trong GGSN gồm: ñịa chỉ SGSN hiện thuê bao ñang nối ñến

2.4.3.3 BG

Cổng biên giới (BG) là cổng giữa miền PS của mạng UMTS với các mạng PLMN khác Chức năng chính của nút này giống như tường lửa của Internet, ñể ñảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài

2.4.3.4 VLR

Thanh ghi ñịnh vị tạm thời (VLR) là bản sao của HLR cho mạng phục vụ SN Dữ liệu thuê bao cần thiết ñể cung cấp các dịch vụ thuê bao ñược sao chép từ HLR và lưu tại ñây, cả MSC và SGSN ñều có VLR nối với chúng

Số liệu ñược lưu trong VLR gồm: IMSI; MSISDN; TMSI (nếu có);

LA hiện thời của thuê bao; MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối ñến