Luận văn thạc sĩ tính toán, định cố mạng thông tin di động nâng cao

Các yêu cầu về địch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới.. Trong bố

we cas

PHAN HỮU TRÍ

TÍNH TOÁN, ĐỊNH CỠ MẠNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG NÂNG CAO

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn Thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã ngành: 60 52 70

LUAN VAN THAC Si

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts Trần Cảnh Dương

HÀ NỘI - 2010

Kính gửi : Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sĩ, khoa Điện Tử-Viễn Thông, trường Đại học Công Nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội

Tôi tên là : Phan Hữu Trí

Tên đề tài luận văn Thạc sĩ:

“Tính toán, định cỡ mạng thông tin di động nâng cao”

Trong thời gian dài qua quá trình nghiên cứu và học tập, tôi đã hoàn thành luận văn của mình với sự giúp đỡ của các thày, cô trong khoa và các bạn cùng lớp Tôi cam đoan luận văn không có sự trùng lặp với các công trình khoa học, luận văn đã công bố trong và ngoài nước, đảm bảo tính trung thực, rõ ràng và trích đẫn đầy đủ trong tài liệu tham khảo

Hà Nội, tháng 05 năm 2010 Học viên thực hiện

Phan Hữu Trí

MỞ ĐÀU

thông tin ngày càng phát triển Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được xây dựng theo tiêu chuẩn IS-95, GSM, Phát triển rất nhanh trong những năm 1990 Các yêu cầu về địch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền

số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin đi động thế

hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm những mục tiêu sau đây:

+ Tốc độ số liệu cao để đảm bảo các dịch vụ truy nhập Internet nhanh hoặc

các dịch vụ đa phương tiện

+ Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự

phát triển liên tục của thông tin di động

4£ Cải thiện tầm phủ của các hệ thống thông tin di động

+ Thiết kế tối ưu cho mang UMTS

Truyền tải thông tin dạng IP, làm tăng nhiều các dịch vụ gia tăng ngoài thoại truyền thống

+ Phân tích, tính toán một số giao diện trong mạng core của mạng 3G Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được đề xuất,

trong đó hai tiêu chuẩn WCDMA và Cdma2000 đã được ITU chấp thuận và được triển

khai trong những năm đầu của thế kỷ 21 WCDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các

hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136,

PDC Cdma2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai dựa trên chuẩn IS-95 Tại Việt Nam các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

cũng đang được triển khai và thử nghiệm bởi các nhà cung cấp dịch vụ

Làm thế nào dé hệ thống đảm bảo cung cấp dịch vụ với giá thành rẻ, chất lượng

và tốc độ truyền dữ liệu cao, đồng thời phải giảm thiểu năng lượng truyền tín hiệu từ

thuê bao nhằm tăng tuổi thọ của pin, làm cho cấu trúc của máy di động ngày càng gọn nhẹ, Việc đi tìm lời giải cho các câu hỏi này quả là một thách thức lớn cho các nhà

quản lý và khai thác mạng viễn thông cũng như các nhà thiết kế hệ thống vì đường như

hiện thực, thuê bao 3G tăng nhanh và các dịch vụ phong phú, dẫn đến lưu lượng thông tin trong mạng tăng nhanh Để hệ thống mạng 3G đáp ứng tốt nhu cầu của khách hàng.? Chính vì vậy tôi chọn đề tài: Tính foán, định cỡ mạng thong tin di dong nang cao Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu các nguyên tắc hoạt động, đưa ra một số giải pháp tính toán đảm bảo tốt cho mạng lõi 3G không bị nghẽn, nội dung chính của luận văn này gồm 4 chương:

Chương 1: Tiến lên 3G sẽ khái quát quá trình phát triển của thông tin di động

Chương 2: Tìm hiều phần cứng và cấu trúc mạng 3G phiên bản 4 của Huawei,

phân tích, tìm hiểu một số thông số đánh giá chất lượng mạng 3G, phân tích cầu trúc mạng 3G của Vinaphone

Chương 3: Xác định kích thước tối ưu cho mạng lưới, tổng quan về hệ thống chuyển mạch mềm trong 3G Tính toán các thông số của hệ thống, các giao tiếp trong mang 3G dé đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng

Chương 4: Một số bài toán tính luồng và card cho mạng core 3G

Tuy nhiên trình độ bản thân và điều kiện còn hạn chế nên luận văn không thể

tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn dé dé

tài này được hoàn thiện hơn

Qua đây, Em cũng xin cảm ơn các thầy, các bạn, đặc biệt là thầy giáo TS Trần Cảnh Dương đã tận tình hướng dẫn và góp ý để luận văn được hoàn thành

Tác giả

Phan Hữu Trí

Chương này sẽ khái quát quá trình phát triển của hệ thông thông tin di động, quá trình phát triển từ mạng 2G lên mạng 3G

1.1 Giới thiệu

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G-generation) là GSM và IS-95

đã được triển khai tại nhiều nơi trên thế giới và chúng sẽ tiếp tục tồn tại trong thập kỷ

tới Tuy nhiên, hiện nay các hệ thống này phải đối mặt với các hạn chế về dung lượng

Chính vì vậy sự ra đời của hệ thống thông tin đi động thế hệ thứ 3 (3G) là một điều tắt

yếu

Các hệ thống 3G hứa hẹn một dung lượng thoại lớn hơn, tốc độ kết nói di động cao hơn và sử dụng các ứng dụng đa phương tiện Các hệ thống vo tuyén 3G cung cap

các dịch vụ với chất lượng tương đương với các hệ thống hữu tuyến và các dịch vụ

truyền số liệu với tốc độ (từ 144 kbps) lên tới 1920 Kbps

Bat chấp những ưu điểm nỗi trội của hệ thống 3G, cho đến nay số lượng thuê

bao của các hệ thống 2G vẫn tiếp tục phát triển nhờ những cải tiến của nó vì thế, trước

khi đi vào miêu tả các hệ thông 3G chúng ta hãy xem xét lịch sử phát triển của thông

tin di động tế bào và hệ thống 2G, đặc biệt là các hệ thống GSM

1.1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động

Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà khoa học người Italy, Marconi, cho

thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau di động Song phải tới những năm đầu 1980 thì mạng điện thoại di động kiểu tế bào thế hệ thứ nhất (1G) mới ra đời Các mạng này ban đầu chỉ dành cho tín hiệu thoại, và giữa các

hệ thống và các thuê bao của mạng không hề tương thích với nhau, khả năng lưu động

của thiết bị thấp

Trong tình hình như vậy, người châu Âu nhận thấy cần phải có một hệ thống tế

bào thế hệ thứ 2 (2G) hoàn toàn số

Năm 1982, hội nghị Bưu chính và Viễn thông châu Âu (CEPT) đã thành lập nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM (Group Special on Mobile) có nhiệm vụ

động trên băng tần 900 MHz Các khuyến nghị về GSM được thông qua vào tháng 4 năm 1988 Sau một thời gian thử nghiệm, năm 1991 mang GSM (Global System for

Mobile Communication) chính thức được đưa vào sử dụng tại châu Âu và nhiều nước trên thế giới

Song không chỉ đừng ở lại đó, người châu Âu đã có tầm nhìn lâu dài Ngay vào

năm 1988 họ đã tiến hành dự án RACE 1043 với mục đích xác định các dịch vụ và công nghệ cho hệ thống thông tin di động tân tiến thế hệ thứ 3 (3G) và sự triển khai dự tính vào năm 2000 Hệ thống của họ sớm được biết đến với tên gọi là hệ thống thông

tin di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Các hệ

thống 1G, 2G, 3G sẽ hoàn toàn độc lập với nhau và việc triển khai sẽ đan xen nhau,

sau đó GSM sẽ được thay thế dần bằng UMTS

Tuy nhiên sự thành công của GSM cho tới nay là cực lớn cho nên quá trình tiến hoá từ 2G lên 3G cần được cân nhắc Mặc dù mạng xương sống của GSM và UMTS

có thể xem là giống nhau, song giao diện vô tuyến lại khác nhau đáng kẻ

Đã có những mong chờ, hy vọng lớn ban đầu đối với UMTS Nó không chỉ là tế

bào mà sẽ bao các loại mạng khác từ vô tuyến di động cá nhân (PMR- Private Mobile Radio), các mạng nội hạt không dây (Wireless LAN) tới các hệ thống vệ tỉnh di động

MSSs Các đặc điểm quan trọng là nó sẽ hoạt động toàn cầu, hỗ trợ các dịch vụ tốc độ

bit cao và quan trọng nhất là định hướng dịch vụ Trong khi châu Âu xem mạng 3G

toàn cầu cho thế kỷ 21 là UMTS, hầu hết các kỹ sư của họ làm việc với UMTS hy vọng rằng họ sẽ đạt được thỏa thuận với ITU để sớm điều chính UMTS và điều cơ bản

là UMTS sẽ được chấp nhận là chuẩn toàn cầu

Để giải thích việc hy vọng này, chúng ta cần chỉ ra là ITU đã tham gia trò chơi

3G từ lúc bắt đầu Đồng thời với sự khởi đầu của RACE tại châu Âu, nhóm đặc biệt được thành lập cia ITU là TG 8/1 (task group thuộc CCIR) Uỷ ban này coi hệ thống

3G của họ như là hệ thống thông tin di động mặt dat, công cộng tương lai FPLMTS

(Future Public Land Mobile Telecommunication System) Nguéi châu Âu, tất nhiên cũng là thành viên cla TG8/1 va dưới áp lực về chính trị cũng như thương mại thì FPLMTS và UMTS dường như chung mục đích và đối tượng Cái khác nhau cơ bản

của họ vào thực tiễn trong khi TG8/1 vẫn chỉ là diễn đàn

Còn người Mỹ thì sao? Tại Mỹ không có các chương trình R&D (Research and

Development) tầm cỡ quốc gia về hệ thống 2G hay 3G nào được tiến hành cả Hệ thống 1G địch vụ thoại tân tiến của họ AMPS (Advanced Mobile phone Service) được phát triển thành thế hệ 2 là IS-136 sau đó trở thành hệ thống hai mode là IS-95 Người

Mỹ cũng giới thiệu hệ thống IDEN có khả năng hỗ trợ các dịch vụ tế bào và vành vô tuyến Nó chiếm một phô tần rất lớn cho 3G và nó cho phép GSM vào Mỹ dưới dạng PCS1900 Việc sở hữu phổ như vậy đồng nghĩa là có các ưu điểm nổi trội khi mang lưới 2G được phát triển thành 3G

Một yếu tố lớn không chỉ tại Mỹ mà trên cả thế giới là sự xuất hiện của IS-95,

nó ra đời sau so voi GSM và một vài người tranh cãi rằng nó là 2,5G Nó đã phải tranh

dau đề tồn tại bởi thiếu phổ tần và thái độ của các kỹ sư đối với phương pháp đa truy nhập Phổ hẹp cỡ 1,25MHz ở đầu dải AMPS là đủ cho CDMA tế bào Những người ủng hộ CDMA đều rõ một điều là nó có hiệu quả về mặt phổ rất cao Do đó chúng ta

có thê coi IS-95 là một hệ thống 2,5G vì nó phù hợp với môi trường nhiều người dùng 3G và việc phát triển lên 3G sẽ dễ dàng Điều này không đúng đối với các hệ thống TDMA thế hệ 2G khi chuyên sang hệ thống 3G Tuy nhiên chúng ta sẽ thây trong phần sau, GSM với TDMA của nó có thể phát triển tới 3G mà không cần có thêm card

CDMA Tuy nhiên vẫn có một sự phát triển từ giai đoạn 2+ của GSM lên UMTS được

đề cập ở phần1.2

Ủy ban TG8/1 đã từ bỏ cái tên FPLMTS khi dùng cho hệ thống 3G của nó, và

thay thế bằng từ thông tin di động quốc tế năm 2000, hay đơn giản là IMT-2000 (International Mobile Telecommunication for 2000) Sau đó nó đã loại bỏ sự khó khăn mang tính chính trị về một chuẩn duy nhất bằng cách chọn một họ chuẩn Mỗi thành

viên của họ phải đáp ứng một số chỉ tiêu tối thiểu Có tất cả 16 đề nghị được chấp

thuận, 10 chuẩn cho mang 3G mit dat va 6 cho hệ thống vệ tỉnh di động Phần lớn các

yêu cầu ủng hộ CDMA là phương pháp đa truy cập Một dung hoà đã được đưa ra và cuối cùng ITU đã đồng ý là họ IMT-2000 sẽ bao gồm 5 công nghệ sau:

trong

2025MHz và 2110-2200MHz Thật không may là một vài phần của dải tần này đã

IMT DS (Direct Sequence) được biết tới là UTRA FDD và W-CDMA trong đó

UTRA 1a UMTS terrestrial Radio Access truy cập vô tuyến mặt đất cho UMTS

và W trong W-CDMA là wideband

IMT MC (Multicarrier) hệ thống này là phiên bản của IS-95 (bây giờ được gọi

là CDMA One) và cũng được biết đến với tên là Cdma2000, chúng ta sẽ sử

dụng cái tên được dùng phổ biến là Cdma2000

TC (Time Code) là UTRA TDD được đặt tên cho chế độ UTRA sử dụng song

công theo thời gian

IMT FT (Frequency Time) là hệ thống viễn thông không dây tiên tiến số (DECT- Digitally Enhanced Cordless Telecommunication)

IMT SC (Single Carrier) day thyc chất là một dạng đặc biệt của GSM giai đoạn 2+ được biết đến là EDGE, (Enhanced Data Rates for GSM Evolution-tốc độ

đữ liệu được cải thiện cho sự phát triển của GSM) [1]-[10]

1.1.2 Phổ của IMT-2000

Hội nghị về quản lý vô tuyến của thế giới tháng 3/1992 đã chỉ định 200 MHz dải tần 2G cho IMT-2000 sử đụng toàn cầu Các dải tần thực tế là 1885-

được các dịch vụ khác sử dụng Hình 1.1 là sơ đồ phổ của IMT-2000 và việc sử dụng

tại châu Âu, Mỹ, Nhat dai phé nay

Phổ IMT-2000 có thê chia thành 7 khoảng Tần số các khoảng này như bảng 1.1 s* Khoảng 1: được dùng cho DECT tại châu Âu và cho PHS, PCS, DECT tại

một số vùng trên thế giới

s* Khoảng 2: tại Mỹ, Nhật dùng cho PCS, PHS

s* Khoảng 3 và 6 hình thành các dải ghép phân kênh theo tần số 60 MHz

s* Khoảng 4,7: dùng cho các dịch vụ vệ tỉnh di động cung cấp các dải tần 30MHz kiêu FDD

+* Khoảng 4: dùng cho tuyến lên

s* Khoảng 7: dùng cho tuyến xuống

s Khoảng 1,2,5: không cặp đôi phù hợp với các hoạt động ghép kênh phân chia theo thời gian

s* Khoảng 5: có thể sử dụng cho các dịch vụ MSS tuyến lên tại Mỹ

Hình 1.1: Phổ của IMT-2000 và việc sử dụng phổ này tại châu Âu, Mỹ, và Nhật

PCS, SAT Mobile Sattelite Service, DECT- Digital Enhanced Cordless

Telecommunications, PHS —Handyphone System

Bảng I.1: Phổ của IMT-2000

1.2 Sự phát triển của GSM

Hệ thống GSM ban đầu được thiết kế cho tín hiệu thoại và số liệu tốc độ thấp Tín hiệu thoại đã được đề cập nhiều vì vậy ở đây chúng ta sẽ tập trung vào số liệu Tốc

độ dữ liệu của người dùng qua giao diện vô tuyến sử dụng một kênh vật lý riêng lẻ có

nghĩa là trong một khe thời gian TDMA khởi đầu là 9,6 kbps Tốc độ này được tăng

lên 14,4 kbps bằng cách ngắt quãng các symbol mã trên kênh lưu lượng toàn tốc Người ta có thể tăng tốc độ lên hơn 14,4 kbps bằng cách tăng mức ngắt quãng hơn nữa hoặc cho phép MS truy cập nhiều khe thời gian trong một khung TDMA hoặc sử dụng

điều chế nhiều mức

Có hai dịch vụ đã được giới thiệu ở giai đoạn 2+ của GSM cho phép tăng tốc độ người dùng bằng cách cho phép IMS truy cập nhiều khe thời gian trong một khung TDMA Đó là các dịch vụ HSCSD (High Speed Circuit Switched Data -dữ liệu chuyển mạch tốc độ cao) và GPRS (General Packet Radio Service -dịch vụ vô tuyến gói chung) HSCSD cho phép một MS được cấp phát một số khe thời gian trong một khung TDMA trên nền tảng chuyển mạch có nghĩa là MS độc quyền sử dụng các tài nguyên được cấp phát trong thời gian cuộc gọi Ngược lại GPRS sử dụng các kết nói định hướng gói trên giao diện vô tuyến bằng cách cấp cho người dùng một hay một số các kênh lưu lượng chỉ khi có yêu cầu truyền thông tin Các kênh này sẽ được thu hồi khi mà việc truyền hoàn tất Trong những phần sau chúng ta sẽ miêu tả chỉ tiết hơn hai

dịch vụ này

Cách tiếp cận thứ hai dé tăng tốc độ số liệu người đùng là phương pháp điều chế

nhiều mức hiện đang được nghiên cứu bởi dự án cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển của GSM (Enhanced Data Rates for GSM Evolution -EDGE) Nguyên lý cơ sở của

EDGE là phương pháp điều chế được sử dụng trên giao diện vô tuyến GSM phải dựa trên cơ sở chất lượng của tuyến radio Một phương pháp điều chế nhiều mức hơn sẽ được sử dụng khi chất lượng của tuyến thông tin là tốt, nhưng hệ thống sẽ chuyển sang

phương pháp điều chế số mức thấp hơn khi chất lượng của tuyến kém đi Khi được phát triển, công nghệ EDGE sẽ cải thiện số lượng các dịch vụ được cung cấp bởi

GSM Phiên bản đầu của EDGE sẽ được sử dụng để cải thiện các dịch vụ GPRS và

HSCSD thành GPRS cải tiến Trong các phiên bản sau của EDGE các dịch vụ khác sẽ được giới thiệu nhờ sử dụng các phương pháp điều chế khác nhau [1]-[30]

1.2.1 Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

Dịch vụ này là sự mở rộng tự nhiên của dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh được

hỗ trợ bởi GSM giai đoạn đầu Không có sự thay đổi đối với giao diện lớp vật lý giữa các thành phần của mạng cung cấp dịch vụ HSCSD Ở các lớp cao hơn MS và mạng

hỗ trợ các chức năng bồ trợ được yêu cầu đề ghép hay tách số liệu người ding vào một

số kênh lưu lượng dé truyền qua hai giao diện Abis và giao diện vô tuyến Các chức năng bổ trợ cũng được thêm vào mức quản lý tài nguyên vô tuyến để quản lý các tình huống mới khi mà một số các kênh lưu lượng khác nhau được phối hợp để có cùng một kết nói Ví dụ khi một người đùng HSCSD được quản lý qua hai cell, cần một cơ cấu dé đám bảo các kênh lưu lượng hữu hiệu sẵn sàng trong cell mới trước khi chuyển giao xảy ra Tuy nhiên một kết nối HSCSD bị giới hạn bởi một mạch 64Kbps tại giao diện A

Khi thiết lập cuộc gọi MS cung cap thông tin cho mạng để xác định bản chất của

kết nối HSCSD Một phân nhóm cấp nhiều khe của MS được sử dụng bởi mạng để quyết định số khe lớn nhất MS có thê truy cập

1.2.2 Dich vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service)

Nhiều dịch vụ không yêu cầu dòng dữ liệu người dùng hai hướng liên tục trên giao diện vô tuyến Để minh họa điều này, hãy xem xét người dùng W3 khi PC của họ

sử dụng kết nối quay số qua mạng tế bảo Khi một trang thông tin được tải xuống thi

có một khoảng dừng trong dòng thông tin giữa MS và mạng khi mà người dùng đọc thông tin và trước khi thông tin được yêu cầu Sử dụng kết nối chuyên mạch cho những dịch vụ như vậy thường không đem lại hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên

vô tuyến vì người dùng liên tục chiếm một kênh vô tuyến trong thời gian cuộc gọi Sự

bất cập kiểu này có thể cham dứt bằng sử dụng dịch vụ kết nối định hướng gói

Hệ thống GSM ban đầu được thiết kế để hỗ trợ chỉ kết nối chuyển mạch kênh tại

mức giao điện vô tuyến với tốc độ người dùng lên tới 9,6Kbps Tuy nhiên các quy

định trong giai đoạn 2+ hiện nay bao gồm cả việc hỗ trợ dịch vụ kết nói định hướng

gói được biết đến là dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS Dịch vụ này cố gắng tối ưu tài nguyên mạng và vô tuyến Sự phân chia nghiêm ngặt giữa các hệ thống con vô tuyến với các hệ thông phụ trợ của mạng được duy trì cho dù các hệ thống phụ trợ của mạng

tương thích với các thủ tục truy cập vô tuyến của GSM Kết quả là, MSC của GSM

không bị ảnh hưởng Việc phân bổ một kênh vô tuyến GPRS là rất mềm dẻo, giới hạn

từ 1-8 khe thời gian của giao diện vô tuyến trong một khung TDMA Khe thời gian

tuyến lên và tuyến xuống được cấp phát riêng Tài nguyên giao diện vô tuyến có thể được chia xẻ linh hoạt giữa dịch vụ chuyển mạch kênh và địch vụ gói Tốc độ bit biến

đổi từ 9 Kbps-150 Kpbs trên một người đùng GPRS có thể cùng tương tác với mạng

IP và X25 Các dịch vụ điểm nói điểm và nhiều điểm được hỗ trợ cũng như là dịch vụ bản tin ngắn (SMS) GPRS có thé hoạt động theo kiểu truyền đữ liệu gián đoạn, cũng như là truyền dữ liệu liên tục

Sau đây chúng ta sẽ xem xét tổng quan kiến trúc lô-gic của GPSR Hình 1.2 là sơ

đồ khối minh họa cấu trúc một mạng GSM và giao tiếp giữa các thành phần của mạng

Các dịch vụ GPRS yêu cầu thêm hai thành phần của mạng là: nút hỗ trợ cổng GPRS

(GGSN -Gateway GPRS Support Node) và nút hỗ trợ GPRS (SGSN -Serving GPRS Support Node) Như tên gọi của nó, GGSN hoạt động như là cổng giữa mạng dữ liệu bên ngoài (Packet Data Network) và mạng GSM hỗ trợ GPRS GGSN mang thông tin định tuyến các gói dữ liệu tới SGSN phục vụ một MS cụ thể và nó kết nối với mạng

bên ngoài thông qua điểm chuẩn Gi Điểm này của kết nối được xem là một điểm

chuẩn chứ không phải là một giao diện bởi vì không có thông tin đặc trưng nào cho

GPRS được trao đổi tại điểm này

Other

GPRS PLN

SMS-NNMSC

SGSN Serving GPRS support node SMSGMSC = SMS-Gatowey MSC

GGSN Geteway GPRS su pport node SME-WVMSC SMS-Interwo rking MSC

ee User dats and signaling deta

«seee* Signaling data

Hình 1.2: Kiến trúc mạng GPRS

SGSN được nối tới các GGSN thuộc mạng di động mặt đất của nó qua giao diện

Gn và nối với các GGSN thuộc mạng khác thông qua giao dién Gp Hai giao diện này rất giống nhau, nhưng Gp hỗ trợ thêm chức năng an nỉnh cần thiết cho thông tin giữa

các PLMN GGSN cũng giao tiếp trực tiếp với bộ đăng ký định vị thường trú qua giao diện Ge

Một SGSN sẽ theo dõi các thông tin định vị và thông tin an ninh kết hợp với các

MS trong vùng phục vụ của nó Một SGSN giao tiếp với các GGSN và các SGSN trong cùng một mạng PLMN qua giao diện Gn và GGSN của mạng PLMN khác qua giao dién Gp Các giao diện cũng tồn tại giữa một SGSN và một MSC/VLR (giao diện Gs) va HLR (giao dién Gr) EIR (giao dién Gf) va một cổng dịch vụ bản tin ngắn MSC (SMS-GMSC) và các MSC khác (giao dién Gd) SMS-GMSC va SMS-IWMSC cho

phép dịch vụ bản tin ngắn của GSM được truyền trên kênh GPRS thay vì trên kênh SDCCH và SACCH GPRS hỗ trợ các nút (GGSN và SGSN) của một mạng PLMN kết nối với nhau nhờ sử dụng một giao thức internet (IP) dựa trên mạng xương sống

[H32]

1.3 Các lựa chọn giao diện vô tuyến cho IMT-2000

Các cơ quan về chuẩn đã quyết định các công nghệ tham khảo cho IMT-2000 Việc phát triển trong những năm gần đây do khởi xướng của Nhật Bản, đầu năm 1997, hiệp hội công nghiệp và doanh nghiệp về vô tuyến của Nhật đã quyết định đưa ra những chuẩn chỉ tiết cho CDMA băng rộng Điều này đã thúc đây việc tiêu chuẩn hoá

tại châu Âu và Mỹ Vào năm 1997 các tham số cho CDMA băng rộng đã được châu

Âu và Nhật thoả hiệp Giao diện vô tuyến bây giờ có thể xem xét chung là WCDMA Vào năm 1998, sự ủng hộ mạnh mẽ cho CDMA băng rộng đã dẫn tới việc chọn WCDMA là chuẩn vô tuyến mặt đất cho UMTS tai ETSI (European Telecommunication Standards Institute) cho các dải tần của FDD WCDMA cũng được các nhà khai thác GSM tại châu Á và châu Mỹ Đối với các dải tần của TDD, phương án TD-CDMA được lựa chọn

Tai MY thang 3/1998, uy ban TR45.5 cua TIA (Telecommunication Industry

Association) chịu trách nhiệm về tiêu chuẩn của IS-95 đưa ra một cấu trúc cho CDMA băng rộng tương thích với IS-95 gọi là Cdma2000 TR45.3 chịu trách nhiệm về chuẩn

IS-136 dua ra một chuẩn cho thế hệ ba dựa trên TDMA gọi là UWC-136 (Universal

chuẩn hoá tại một số khu vực và các nước dẫn tới việc lựa chọn được đề cập ở trên

1.3.1 Tại châu Âu

s* Các hoạt động nghiên cứu vô tuyến thế hệ 3 tại châu Âu:

Như đã đề cập trong phan 1.1 châu Âu đã tiến hành các chương trình đối với thé

hé 3G (UMTS) cua ho là RACE-I, RACE-II dưới sự bảo trợ của cộng đồng châu Âu

Chương trình RACE-I kéo dài từ năm 1988-6/1992 Nghiên cứu của RACE-I tập trung vào các công nghệ riêng lẻ như: truyền dẫn tế bào, chuyển giao và cấp phát các

tài nguyên vô tuyến một cách linh hoạt, điều chế, san bằng, mã hoá, quản lý kênh và

chức năng di động của mạng cố định Các công nghệ này về sau là cơ sở phát triển hệ

thống giai đoạn hai RACE-II

Chương trình RACE-II được tiến hành từ 1992-1995 gồm các dự án CODIT

(Code Division Multiple Testbed) và ATDMA (Advanced TDMA) phat trién giao dién

vô tuyến và kiểm tra về truy cập vô tuyến cho UMTS Việc thử nghiệm ATDMA hỗ trợ tốc độ người dùng lên tới 64 Kbps với mã hoá 1⁄4 tốc độ và việc thử nghiệm

CODIT cho tốc độ lên tới 128 Kbps với mã hoá1/2 tốc độ

Chương trình ACTS (Advanced Communication Technologies and Service) được

triển khai vào năm 1995 để hỗ trợ cho cả nghiên cứu và phát triển thông tin di động

Trong ACTS, dy 4n FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access System) xem xét lai ghép các công nghệ đa truy cập dé tao sự phối hợp tốt nhất cho hệ thống truy cập vô tuyến tương lai Dựa trên đánh giá này một nền tảng đa truy nhập dung hoà là

FRAMES (FMA) được vạch ra bao gồm hai chế độ là FMAI là TDMA băng rộng có

và không có trải phổ, FMA2 là CDMA băng rộng FMAI không trải phổ có nguồn gốc

từ ATDMA

Ngoài các chương trình RACE và ACTS, còn có một vài dự án công nghiệp đã

xây dựng công nghệ cho UMTS và IMT-2000

Từ năm 1992 tới năm 1995 một phương án CDMA băng rộng được phát triển bởi NOKIA có khả năng truyền dữ liệu hình lên tới 128 Kbps và độ rộng băng tần là 30MHz Cấu hình này được làm cơ sở cho FMA2 của FRAMES Phương pháp ghép giữa CDMA/TDMA còn được gọi là TD-CDMA được nghiên cứu và làm cơ sở cho EMAI có trải phổ Ngoài ra còn có phương án OFDM

s* Các hoạt động chuẩn hoá của châu Âu:

Thành công cực lớn của GSM sẽ ảnh hưởng mạnh mẽ tới chuẩn hóa các hệ thống thế hệ thứ 3 tại châu Âu Tại châu Âu, để tạo ra một bước chuyển tiếp trơn chu giữa hai thế hệ người ta đã cố gắng xây dựng các hệ thống thế hệ thứ 3 như là một phát triển từ GSM

Trong ETSI, uỷ ban kỹ thuật SMG có nhiệm vụ chuẩn hoá cho UMTS Tiêu ban SMG-2 chịu trách nhiệm về chuẩn truy nhập vô tuyến UMTS đã bắt đầu quá trình thiết lập truy cập vô tuyến mặt đất cho UMTS vào 12/1996 cụ thể như sau:

- 6/1997 xác định một số các phương pháp UTRA, dựa trên các công nghệ truy

cập riêng lẻ hay phối hợp chúng

- 12/1997 lựa chọn một phương pháp UTRA cụ thé

- 6/1998 xác định các mặt kỹ thuật chủ chốt của UTRA (dải thông sóng mang,

điều chế, mã hoá kênh, loại kênh, cấu trúc khung, giao thức truy nhập, cấp phát kênh, chuyển giao và lựa chọn các cell) Các khái niệm về giao diện vô tuyến được phân

thành 5 nhóm khái niệm khác nhau FMA2 và ba phương án CDMA băng rộng của Nhật Bản được đệ trình lên nhóm Alpha Nhóm Beta đánh giá FMAI1 không trải phổ cùng với một vài phương án TDMA Các phương án OFDM được nhóm nghiên cứu Gamma xem xét Nhóm Delta xem xét FMAI có trải phổ còn gọi là dự án TD-CDMA cùng với các phương án lai ghép khác như CTDMA Nhóm Epsilon xem xét ODMA (Opportunity Driven) là các ứng dụng dựa trên tắt cả các phương án đa truy cập

Cuối cùng, vào tháng 1/1998, dựa trên FMA2 và các phương án CDMA băng rộng của Nhật Bản ETSI SMG đã tiến tới một nhất trí về UTRA như sau:

v⁄ Trong dải cặp đôi (FDD) của hệ thống UMTS ứng dụng các công nghệ truy cập vô tuyến được nhóm W-CDMA đưa ra

v Trong dải không cặp đôi (TDD) hệ thống UMTS ứng dụng các công

nghệ truy cập vô tuyến được nhóm TD-CDMA đưa ra

Các tiêu chuẩn của UMTS phải đáp ứng được điều kiện cho ra một giá thành

thấp, dễ dung hoà được với GSM và hỗ trợ các đầu cuối hoạt động hai chế độ FDD/TDD

Đến tháng 4/1998 các khái niệm của UTRA được hoàn tắt, hai chế độ FDD và

TDD có cùng độ dài khung, số khe thời gian và tốc độ lấy mẫu [1]-[35]

1.3.2 Tại Nhật Bản

Uỷ ban nghiên cứu IMT-2000 của ARIB được thành lập tháng 4/1993 nhằm nghiên cứu và phát triển IMT-2000

Tháng 10/1994 nhóm chuyên trách về truyền dẫn vô tuyến (RTSG) được thành

lập để thực hiện các nghiên cứu và phát triển các chuẩn cho IMT-2000, nhóm này gồm

hai nhóm nhé 1a: CDMA va TDMA

Déi voi TDMA cé 8 đề nghị, từ đó nhóm này đưa ra một hệ thong TDMA một

sóng mang là MTDMA (Multimode & Multimedia) Hé thống này xây dựng và thử nghiệm tốc độ bit sóng mang 1.536 Mbps và tốc độ bit người dùng là 512 Kbps

Tuy nhiên đến năm 1997 người ta khẳng định là hệ thống MTDMA không thể là chuẩn cho IMT-2000 tại ARIB

Tại Nhật Bản, có một vài công ty đã phát triển các đề xuất giao diện không gian CDMA băng rộng Ban đầu có 13 giao diện vô tuyến CDMA băng rộng được đưa lên

uỷ ban nghiên cứu IMT-2000

Đến đầu năm 1995, người ta gộp lại thành ba phương án FDD (Kiểu A,B va C)

và một đề xuất TDD Hệ thống kiêu B dựa trên các tiêu chuẩn hoá về CDMA băng rộng cho PCS tại Mỹ được biết tới là IS-95

Đến cuối năm 1996, một đề xuất hợp nhất bốn phương án trên làm một trong đó các tham số chính là của nhóm A.

Ba đề xuất CDMA băng rộng ban đầu của Nhật Bản hai phương án FDD và một TDD cũng được đưa tới ETSI của châu Âu Ngoài ra, đề xuất TDD cũng được đưa tới

TIA TR45.5 của Mỹ với các tham số được thay đồi

Nhật Bản đã tiến hành các thí nghiệm và thử nghiệm đối với CDMA băng rộng

vào khoảng 1995-1996 Đối cấu hình kiểu A người ta đã tiến hành thử với truyền dẫn

video 384 Kbps và kiểm tra truyền 2 Mbps và độ rộng băng tần 20 MHz trong phòng thí nghiệm Trong giai đoạn thử nghiệm lần hai hệ thống A, việc loại bỏ nhiễu cũng

được kiểm tra

Kết luận chính của ITM-2000 RTSG là việc nghiên cứu CDMA cần được bắt

đầu Điều này đồng nghĩa với việc CDMA được lựa chọn là công nghệ chính cho IMT-2000 Sự thúc đẩy của CDMA bing rộng chỉ bắt đầu thực sự khi nhà khai thác tế bảo lớn nhất của thế giới, NTT DoCoMo, quyết định tiến hành phát triển CDMA bang rộng và tiến hành một hệ thống thử nghiệm vào năm 1996 Các nhà sản xuất lớn đều

đưa ra đề xuất cho phát triển đầu cuối và phát triển cấu trúc Massushita, Motorola,

NEC và Nokia được lựa chọn cho phát triển đầu cuối, còn việc phát triển cấu trúc

duge giao cho Ericson, Lucent, Massushita va NEC [1]-[37]

1.3.3 Tại Mỹ

Tình hình chuẩn hoá tại Mỹ đa dạng hơn so với châu Âu và Nhật Bản Các hoạt động chuẩn hoá chính cho các hệ thống vô tuyến được thực hiện bởi uỷ ban TR45 và TR46 trực thuộc TIA và uỷ ban TIPI của T1 TR45.5 chịu trách nhiệm về chuẩn hoá 1S-95, TR45.3 chịu trách nhiệm về chuẩn hoá IS-136 TIP1 và TR46 chịu trách nhiệm

về GSM1900 và một số công nghệ khác Ngoài các cơ quan chuẩn hoá, còn có các hội nghị xem xét các vấn đề chính sách liên quan tới chuẩn: UWCC cho IS-136, nhóm

phát triển CDMA (CDG) cho IS-95, nhóm liên minh Bắc Mỹ GSM đối với GSM

Vào tháng 4/1997, CDG đã phát động một cuộc khởi tạo Hệ thống tân tiến để phát triển các giao tiếp vô tuyến cho thế hệ thứ ba dựa trên IS-95 Trong năm 1997, cũng có một và đề xuất về CDMA băng rộng lên TR45.5 dé phát triển CDMA2000 tir các công ty Hughes, Lucent, Motorola, Nokia, Nortel Một đặc điểm chung của các

phương án này là tính tương thích của chúng với IS-95 Vào tháng 3/1998, TR45.5 đã

thông qua cấu trúc cho CDMA2000

Vào đầu năm 1997, UWCC, GTF (Global TDMA Forum) thành lập nhóm HSD (High Speed Data) để đánh giá các ứng cử viên cho phát triển IS-136 thành thế hệ ba

Còn có một vài phương án, bao gồm TDMA, CDMA băng rộng, và 2 phương án cho OFDM được đưa lên HSD Dựa vào những đề xuất này, UWCC đã phát triển phương

án UWC-136 được TR45.3 chấp thuận vào tháng 2/1998 UWC-136 gồm một sóng mang 30 KHz của IS-136 cải tiến, sóng mang dữ liệu tốc độ cao 200 KHz và sóng

mang HSD 200 KHz có cùng tham số với sóng mang GSM cải tiến (EDGE) TDMA

băng rộng dựa trên FMAI không trải phô của FRAMES

TR46.I cũng phát triển một giao diện vô tuyến CDMA băng rộng cho các ứng dụng của mạch vòng vô tuyến nội hạt (WLL) Cơ sở cho phương án CDMA băng rộng của TR46.1 là chuẩn IS-665 cho PCS của Mỹ CDMA băng rộng có độ rộng băng là 5

MHz Nó cũng được sử dụng cho đề xuất nhóm B tại Nhật Bản [1]-[39]

Chương 2- TỎNG QUAN MẠNG 3G R4

Chương này tổng quan về cấu trúc mạng 3G phiên bản 4 của Huawei thiết kế và được triển khai cho VinaPhone Phân tích các tham số đánh giá chất lượng mạng UMTS cũng như phân tích tổng quan về mạng lỗi của VinaPhone

2.1 Cấu trúc mạng chung mạng 3G R4 của Huawei

ISDN PSTN

PSPDN

PDN Intranet Extranet: -Internet

SIMME i YE,

Not all interfaces are shown and named

Hình 2.1 Kiến trúc của mang UMTS phién ban 4[3]-[15]

Cấu trúc của mạng 3G gồm 4 phần chính vẽ ở hình trên và được phân tích từng

phần dưới đây:

+ User Equipment -Thiết bị truy nhập của người sử dụng bao gồm điện thoại 3G, thiết

bị truy nhập internet (ví dụ: USB 3G)

SIM (Subscriber Identity Module) là mô đun nhận dạng thuê bao Bao gồm thẻ nhớ thông minh lưu trữ thông tin như số serial, mã số mạng đi động, số PIN, số điện

thoại cá nhân và các thông tin khác và phần mềm ứng dụng dé mã hóa, bảo mật, xác

thực thông tin

USIM (Universal Subscriber Identity Module) là bộ nhận dạng trạm gốc của

mạng UMTS, là thẻ SIM dùng trong mạng UMTS Do vậy, USIM chứa các thông tin

giống như một thẻ SIM nhằm đảm bảo người dùng được truy nhập vào mạng thuê bao.

ME (Mobile Equipment) la máy di động của người dùng đầu cuối

+ Radio Access Network - phần mạng truy nhập kết nối người dùng đầu cuối với mạng

lõi của hệ thống mạng 3G

Node B: Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực

hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện lub

từ RNC và chuyển nó 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 "điều khiển công suất vòng trong" Tinh nang này để phòng ngừa van 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 lắp 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

RNC (Radio Network Controller) chiu trach nhiém cho một hay nhiéu tram gốc

và điều khiển các tải nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dich vụ mà UTRAN cung cấp cho core network Nó được nối đến core network bằng hai kết nói,

một cho miền chuyền mạch gói SGSN và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC)

RNS (Radio Network System) bao gồm 1 RNC kết nói với các Node B

Abis là giao diện kết nối giữa BTS và BSC còn được gọi là giao diện A trong mạng 2G

lub: tương tự như Abis trong mạng 2G Ở đây Iub thường là 4 đường E1, STMI, Ethernet thay đường truyền E1 như ở 2G

Iur: giao diện kết nối giữa các RNC với nhau

+ Core Network — Phan lõi mạng, phan quan trong nhất của mạng, liên kết phần mạng

truy nhập và rất nhiều hệ thống tính cước, chuyển mạch, Server

MGW (Media Gateway) thiét bi hoac dich vụ chuyển đổi nó chuyển dòng dữ liệu

đa phương tiện sang tín hiệu viễn thông như: 2G, 2.5G, 3G radio access networks

MGW la thiét bi hỗ trợ viễn thông đa phương tiện kết nối chéo NGN qua nhiều giao thức truyền như ATM, IP

UTRAN (UMTS radio access network) thành phần mạng truy nhập bao gồm:

Node B/BTS, RNC, BSC và hệ thống truyền dẫn

MSC (Mobile Switching Centre) bộ phận chuyển mạch trung tâm 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 ning MSC trong GSM, nhung 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

VLR (Visitor Location Register) bộ phận đăng ký tạm trú, cơ sở dữ liệu liên quan đến một MCS trong một hệ thống vô tuyến di động, chứa thông tỉn của các người dùng hiện tại của nó Là một cơ sở dữ liệu cũng nằm trong mọi tổng đài mạng di động Mục đích của nó là cung cấp một cơ sở dữ liệu lưu trữ liên quan đến nhân dạng (danh tính) của các khách hàng chuyển vùng hợp lệ trong một vùng thường trú của tổng đài Một

khi máy di động mở máy (bật nguồn) trong một hệ thống không phải của mình (từ là

chuyển vùng), thì ngay tức khắc nó thực hiện việc đăng ký vào mạng

HLR (Home Location Register) bộ đăng ký vùng thường trú, cơ sở đữ liệu chứa các thông tin của thuê bao trong thông tin đi động Là một cơ sở dit ligu (database) co mặt (thường trú) trong mọi tổng đài của mạng tế bào Mục đích của nó là đóng vai trò một cơ sở dữ liệu đề lưu trữ thông tin về danh tính (identity) của các khách hàng hợp

lệ trong home area của tổng đài Một khách hàng “hợp lệ”

hóa đơn tính cước đúng thời hạn va MIN/ESN (Mobile Identification

của người đã thanh toán các

Number/Electronic Serial Number) của người đó chưa bị tuyên bố là bất hợp pháp do gian lận

SCF (Session Charging Function) Chức năng tính cước phiên tức là Chức năng

tính cước phiên (SCF - Session Charging Function) được sử dụng thực hiện tính cước

dựa trên nguồn phiên được sử dụng, dựa trên những yêu cầu nhận từ S-CSCF qua

điểm giao diện ISC SCF có thể điều khiển sự thiết lập phiên bằng cách cho phép hoặc

từ chối những yêu cầu thiết lập phiên sau khi kiểm tra tài khoản người dùng Thêm vào

đó, SCF có thể kết thúc phiên đang tồn tại khi tài khoản người dùng trống SCF hỗ trợ tính cước sự kiện với đơn vị đặt trước/ dự trữ

MSC SERVER: Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như

ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyên mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào

Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW:

Media Gateway) MSC chita tat ca các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý đi động

có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận

chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC

và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện

giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên nền giao thức Internet (IP)

GMSC Server: 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

TSG-W (Transport Signalling Gateway) Cổng báo hiệu truyền tài có chức năng cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác với mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN T-

SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút

dam bảo tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn RNS bao gồm Node B và RNC tương tự BSS trong 2G

EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị

di động quéc té (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám và đen Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng

Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa

các số IMEI của các đầu cuối bị cắm truy nhập mạng Khi một đầu cuối được thông

báo là bi mat cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cắm truy nhập

mạng Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cắm các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn

SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) là nút chính của miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông quan giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của

tất cả các thuê bao Nó lưu hai kiểu đữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và

thông tin vị trí thuê bao

GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là một SGSN kết

nối với các mạng số liệu IP Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin

thuê bao và thông tin vị trí

AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật

mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR và được thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu

cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ

Iu-CS liên kết vùng kết nối mạng chuyển mạch kênh

Iu-PS liên kết vùng kết nói IP

+ Co-operation Networks — Phan cổng kết nói với các mạng ngoài

ISDN (Integrated Services Digital Network) Là một mạng số tích hợp trong đó các chuyển mạch phân chia thời gian và các tuyến truyền dẫn số đuợc dùng đẻ thiết lập

kết nói cho đồng thời nhiều dịch vụ khác nhau Chú ý 1: Các dịch vụ ISDN bao gồm thoại, dữ liệu, thư điện tử, fax Chú ý 2: Phương thức được sử dụng để thực hiện kết nối thường được chỉ rõ: ví dụ, kết nối chuyển mạch, kết nối không được chuyển mạch,

kết nói tổng đài

PSTN (Public Switched Telephone Nefwork) là mạng điện thoại công cộng toàn

cầu dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh

PSPDN (Packet Switched Public Data Network) là mạng chuyên mạch gói công

cộng thường được sử dụng giao thức IP

PDN: Internet, intranet, extranet

2.2 Các tham số đánh giá chất lượng mạng UMTS

+ Các chỉ tiêu chất lượng kỹ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ thoại

- Tỷ lệ cuộc gọi thiết lập thành công (CSSR) đạt yêu cầu nếu > 92%

- Tỷ lệ cuộc gọi rơi (CDR) đạt yêu cầu nếu > 5%

- Chất lượng thoại đạt nếu >3 điểm Tỷ lệ cuộc gọi bị ghi cước sai 0% <0,1%

Tỷ lệ thời gian đàm thoại bị ghi cước sai 0% <0,1% Tỷ lệ cuộc gọi tính cước, lập hóa don sai 0% <0,1%

- Các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ độ khả dụng của dịch vụ đạt yêu cầu khi >

99,5%

- ngoài ra còn các tham SỐ: CSR, HOSR, TASR, TCR, SCR,Traffc

+ Tham số đánh giá dịch vụ internet (chuyển mạch gói):

- AIR INTERFACE BW_CS1, AIR_INTERFACE_BW_CS2, IR_INTERFACE_BW_CS3, AIR_ INTERFACE BW_CS4: Danh gia bang thong cyc đại có thể sử dụng của các cell tương ứng có str dung CS-1, CS-2, CS-3, CS-4

- CS1_USAGE_DL, CS2_USAGE_DL, CS3_USAGE_DL, CS3_USAGE_DL:

Các chỉ số này đánh giá phần trăm của các RLC block được truyền bởi PCU sử dụng

các lược đồ mã hoá khác nhau Đây là chỉ số quan trọng đánh giá hiệu quả sử dụng của

các CS khác nhau Ví dụ, khi một Cell có sử dụng CS-3/4 ma số phần trăm sử dụng

CS-3/4 thấp thì đó là một vấn đề cần xem xét hoạt động của cell này (các nguyên nhân gây ra hiệu quả sử dụng CS-3/4 thấp)

- UPLINK_PDTCH_BLOCKING_RATE: tham số này cho phép đánh giá tỷ lệ

thiết lập thành công của các yêu cầu kênh GPRS

- UPLINK TRAFFIC VOLUME,DOWNLINK TRAFFIC VOLUME: tham

số này cho phép đánh giá lưu lượng RLC của từng cell theo hướng UL và DL bao gồm

cả các block được truyền lại.[3]

2.3 Mạng Vinaphone 3G

Mạng 3G của Vinaphone 4 node chính: VNPI, VNP3, VNP2 và chi nhánh trực thuộc VNP2 Cả 4 node này kết nói kiểu lưới với nhau tạo khả năng khôi phục thông

tin nhanh và đảm bảo an toàn hơn dạng mạch vòng

Do vấn đề bảo mật nên không có được sơ đồ kết nối trong OMC Sơ đồ thé hiện

chủ yếu các kết nối cho mạng truyền dữ liệu Lõi mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói IP/MPLS là dạng chuyển mạch gói đa giao thức, có thể chia VLAN tạo khả năng thuận tiện dé định tuyến IP và linh hoạt trong việc cấp phát và thu hồi dia chi IP.[2]

Chương 3- PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

3.1 Các bước xác định kích cỡ mạng lưới

Trong phần này cung cấp tổng quan về cách tiếp cận các vấn đề định cỡ mạng UMTS, trong đó phát sinh trong lập kế hoạch và hoạt động của mạng UMTS Ban đầu

các mục tiêu chính là xác định kích thước mạng lưới sau đó là giải quyết vấn đề đã xác

định rất quan trọng Căn cứ vào đó tạo ra khuôn khổ chung cho mạng UMTS, Trong

3.1.1 Đối tượng dé đánh giá kích cỡ mạng

Nhưng nhân tô đề đánh giá trước khi xây dựng mạng lưới:

+ Trị giá để đầu tư cho mạng UMTS: Kinh phí xây dựng và vận hành mạng

Trong đề tài chủ yếu đề cập đến vấn đề băng thông của đường link Ví dụ như: Cùng

công nghệ truyền dẫn, tốc độ cao, dung lượng lớn thì giá thành sẽ cao

+ Chất lượng dịch vụ: Theo viện tiêu chuẩn châu âu ETSI và hiệp hội viễn thông quốc tế ITU khẳng định QOS theo [ITU93], Các nhóm làm việc IETF mạng cung cấp một định nghĩa cụ thể hơn nơi QoS§ được định nghĩa là các yêu cầu địch vụ mà cần

phải được đáp ứng bởi hệ thống mạng trong khi vận chuyền lưu lượng lưu thông

[CNRS98] Trong luận văn này, chất lượng hạn dịch vụ (QoS) là được sử dụng dựa

vào định nghĩa thứ hai của IETF các biện pháp QoS đều được xem xét cho mạng

UMTS và đánh giá QoS dựa trên dòng dịch vụ dữ liệu và các biện pháp dựa trên năng lực mạng Để dung hòa chất lượng dịch vụ người sử dụng không cảm nhận được độ trễ trong voice call, nát hình video call, gửi mail quá chậm, Với hiệu suất sử dụng mang

+ QOS thích hợp với từng dịch vụ người dùng: QoS với người sử dụng có liên

quan đến lưu lượng sử dụng cá nhân Các thông số liên quan dén QoS như là đáp ứng chậm, trễ jitter, băng thông hẹp Có thể sử dụng thuật toán điều khiển luồng để giảm

độ trễ end to end Chặn khi qua dung lượng hệ thống Thời gian trễ được định nghĩa là

tổng thời gian chuyển một tập tin (thời gian hoàn thành khi gói tin cuối cùng nhận

được) hoặc một ứng dụng như giọng nói từ nguồn đến đích Ngoài trễ dữ liệu còn có

thời gian thiết lập và phát hành các kết nói thông tỉn, truyền đi truyền lại Sự chậm trễ

còn gây ra bởi định hình, kiểm soát tắc nghẽn của giao thức TCP hay chức năng mạng + Sự vận hành của mạng: Để nâng cao khả năng vận hành mạng, phải phân loại dịch vụ truyền thông trên mạng Tức là thay đổi độ trễ gói tin (End to end packet

đelay), tổn thất gói tin (Loss packet), đối với từng loại dịch vụ truyền trên mạng Ví dụ: Đối với tín hiệu thoại cần phải truyền đảm bảo thời gian thực (độ trễ nhỏ hơn

250ms), nhưng có thể cho phép lỗi bit (Loss Packet) Nhưng đối với dịch vụ thư điện

tử, web thì độ trễ cho phép lớn nhưng không cho phép truyền lỗi bit

+ Phân tích lưu lượng thông tin: Để xác định cỡ mạng ước lượng chính xác lưu lượng được sử dụng tại giờ cao điểm Bao gồm 3 yếu tố cơ bản: Phân loại lưu lượng,

phân phối lưu lượng truy cập, đặc tính của đường truyền

+ Topology mạng lưới: Có 4 kiểu topo mạng lưới

+ Điều khiển luồng: Để kiểm soát các luồng thông tin trên mạng đề phân biệt đối

xử với loại gói tin

+ Năng lực xử lý của bộ phận điều khiên: Phân tích khả năng xử lý cước, lưu trữ

thông tin thuê bao(VLR, HLR),

+ Định tuyến và kỹ thuật điều khiển luồng: Dé đạt được QoS cao hơn, dựa trên

một cơ sở hạ tầng mạng cung cấp và một tình hình tải lưu lượng nhất định, một nhà cung cấp dịch vụ mạng có khả năng tốt hơn phân phối lưu lượng truy cập trong mạng

bằng cách thực hiện định tuyến và kỹ thuật điều khiển lưu lượng Với kỹ thuật điều

khiển lưu lượng có thể là luồng lưu lượng là một hay hơn hai con đường giữa nguồn

và đích đến Cụ thể, một trong khái niệm cốt lõi của kỹ thuật điều khiển lưu lượng là định tuyến tối ưu hóa Ý tưởng của định tuyến tối ưu hoá là tìm mô hình con đường thuận lợi mà có thể đạt được Qos tốt nhất cho một một số nhu cầu lưu lượng và tải lưu lượng Việc áp dụng kỹ thuật định tuyến và điều khiển có ảnh hưởng đáng kẻ trên

phân phối lưu lượng truy cập trong mạng, tức là kiểm soát của liên kết tải về tất cả các liên kết suốt mạng, và do đó tác động của nó trên các băng thông tông thẻ cần phải được coi là cơ bản cho các bài tập năng lực trong quá trình xác định kích cỡ mạng.[6]-

[45]

3.1.2 Xác định khung cho kích thước mạng

Các phần trước đã định các mục tiêu liên quan đến xác định kích thước mạng

UMTS, và phân tích các vấn đề quan trọng có liên quan mà cần phải được đặc biệt xem xét trong quá trình Phần này đề xuất một khuôn khổ chung cho kích thước mạng

UMTS và trình bày các thủ tục hoàn chỉnh cho việc đó là được sử dụng các bước cần thiết và yêu cầu đầu vào và đầu ra Hình minh họa 3.4 khuôn khổ cho các xác định

mạng UMTS Mục đích của xác định trong bối cảnh của luận văn này là quyết định liên kết yêu cầu tối thiểu năng lực mà phải đáp ứng các yêu cầu QoS mong muốn Như

đã đề cập ở đầu chương này, mục tiêu xác định mạng là để giảm thiểu tổng số mạng

trong khi chi phí tối đa hóa các QoS để đạt được một truy cập vô tuyến hiệu quả chi

phí mạng Trong luận án này, kích thước là đặc biệt tập trung vào giao diện Iu-b trong mạng UMTS

Phân phôi lưu lượng, trộn lưu thước

Điều khiển lưu lượng (Bộ đệm,

dạng, quy trình lập lịch) Nguôn điêu khiên (CAC, BRA,

Router ) Công nghệ truyền dẫn (ATM, IP)

- Bit tiêu đề của giao thức -_ Kích thức đóng gói

Quy hoạch QoS (Mức độ ưu tiên,

Giao thức DiffServ, RTP )

Hình 3.4 Xác địch khung cho mạng UMTS

Như trên hình 3.4 đã chỉ ra để xác địch kích thước hai loại đầu vào cho một đầu

ra đữ liệu:

+ Trafñc demand(lưu lượng đòi hỏi): Lưu lượng đòi hỏi thay thế yêu cầu lưu

lượng trong mạng, Nó là trường hợp đặc biệt là tông số lưu lượng cho phép , lưu lượng phân loại thông qua các ứng dụng và dịch vụ khác nhau như là việc phân phối lưu

lượng đối nghịch với sự trộn hỗn độn lưu lượng trước đó với nhau Lưu lượng đòi hỏi

phải phân tích và phân loại để xử lý

Desired QoS Targets (Kết quả của QoS): QoS phải được yêu cầu khẳng định,

được đáp ứng bởi mạng Nó là đối tượng để việc xác định kích thước mạng đảm bảo

Bước l: Kiểm tra dữ liệu đầu vào và các thông số Nó bao gồm ba subtasks: phân

tích: lưu thông, kiểm tra cấu hình mạng và xác định các chỉ tiêu QoS như các mục tiêu

cho dimensioning

Bước 2: Chọn một phương pháp xác định thích hợp Nó có thê là một mô phỏng phương pháp tiếp cận hoặc phân tích Nếu sử dụng một phương pháp mô phỏng, một

mô hình mô phỏng với chức năng mạng UMTS cần phải được thiết lập và xác minh Lợi thế của mô phỏng phương pháp tiếp cận là nó có thê mô hình hành vi giao thức chi tiết, chức năng, lưu lượng mô hình, mạng topo vv, sẽ cho một kết quả khá chính xác Tuy nhiên, nhược điểm chính của nó là nỗ lực cao thực hiện các mô hình mô phỏng và

thực hiện mô phỏng Phương pháp phân tích thường được ưa thích bất cứ khi nào nó

được sẵn do nỗ lực thấp và thực hiện dễ dàng trong khi nó có thể đạt được một chấp nhận được chính xác về kết quả, mặc dù không phải tắt cả các chỉ tiết có thể được mô hình và nhiều hơn nữa các giả định cần phải được thực hiện Việc lựa chọn trong đó

phân tích mô hình để sử dụng cho cdc dimensioning phụ thuộc vào lưu lượng truy cập được (ví dụ như lớp lưu lượng, lưu lượng hỗn hợp), mạng QoS yêu cầu cấu hình và

mục tiêu

Bước 3: Bước này là để xử lý xác định với kích thước được chọn phương pháp

Kết quả của việc phân tích về lưu lượng, cấu hình mang va QoS yéu cầu ở bước 1

được coi là chìa khóa cho các thông số kích thước áp dụng phương pháp Một xem chỉ tiết về làm thế nào đẻ lấy được năng lực liên kết yêu cầu tối thiểu cho lưu lượng được

đưa ra trong hình 3.6 Nó là một quá trình lặp đi lặp lại Kích thước bắt đầu liên kết với

công suất ban đầu, và sau đó ước lượng QoS kết quả của nó cho cho nhu cầu lưu lượng

và cầu hình mạng bằng cách sử dụng phương pháp kích thước được chọn Các QoS ước tính được so sánh với yêu cầu QoS Nếu khoảng cách của các ước tính QoS và các

chỉ tiêu QoS là lớn hơn một ngưỡng hội tụ được xác định trước, liên kết năng lực cần phải được tăng lên néu QoS ước tính xấu hơn các QoS được yêu cầu, hoặc giảm nếu QoS ước tính là tốt hơn so với yêu cầu QoS Qua trinh này lặp đi lặp lại tiếp tục cho

đến khi đạt đến ngưỡng hội tụ, tức là QoS ước tính là gần các yêu cầu QoS Kết quả

của quá trình này lặp đi lặp lại là liên kết yêu cầu tối thiểu năng lực đáp ứng yêu cầu QoS của nhu cầu lưu lượng cho và mạng cấu hình Nếu kích thước phân tích lựa chọn phương pháp tiếp cận quá trình này sẽ trở thành một số tính toán của các mô hình phân

tích tương ứng Những trình bày ở trên kích thước của khung và thủ tục xác địch được

áp dụng trong luận án này cho kích thước của giao diện lub UMTS Để đánh giá chỉ

phí hiệu quả của các kết quả kích thước, trong luận án sau số liệu được sử dụng

+ +

Đầu ra:

Tối thiểu hóa dung lượng các đường

kết nối cho lưu lượng đã được yêu cầu

và QoS đã được yêu cầu

Đặt một nhân tố dung lượng kết nối Cọ

'

Ước lượng QoS cho lưu lượng đua ra

và toàn hệ thông mạng dưới dung lượng CiCii- AC | kết nối C, sử dụng kích thước thích hợp |_ Ci=C¡r+t AC

đã chọn

[Ước lượng QoS

— QoS yêu câu|

Hình 3.6: Sơ đồ các quá trình xử lý tối tu hóa yêu cầu dụng lượng kết nói

Trong khuôn khổ của luận án này, chi phí QoS mang và phục vụ như là các mục

tiêu chính cho các quá trình xác địch: chỉ phí phải được giảm thiểu trong khi nhu cầu QoS được tối đa Trong luận án này, chỉ phí mạng chỉ xem xét chỉ phí cho liên kết

năng lực, và hai loại QoS được xem xét để xác định: QoS§ người sử dụng có liên quan

với QoS mạng Nó là mạnh liên quan đến một số các van đề quan trọng như nhu cầu lưu lơngj, mang topo, kiểm soát lưu lượng và tài nguyên chức năng điều khiển cũng như định tuyến và áp dụng các kỹ thuật điều khiển luồng Do đó những vấn đề này cần

phải được đặc biệt xem xét trong quá trình xác định Trong này luận án, xác địch một

khuôn khổ chung và xác định thủ tục được đề xuất cho nhiệm vụ của mạng UMTS

Khác nhau việc xác định phương pháp tiếp cận có thể được áp dụng, đó là về cơ bản loại vào phương pháp tiếp cận mô phỏng phân tích và phương pháp tiếp cận phân tích Cách tiếp cận mô phỏng dựa vào xây dựng mô hình mô phỏng và thực hiện mô phỏng, trong khi các phương pháp phân tích chủ yếu dựa vào xếp hàng lý thuyết các mô hình

khác nhau xếp hàng có thể được sử dụng để mô hình dòng chảy hoặc cấp gói hành vi

để ước tính người đùng hoặc mạng liên quan đến QoS rằng có thé đạt được theo công suất liên kết nhất định.[6]-[50]

3.2 Tổng quan về Soft Switch

Khái niệm chuyên mạch mềm của các hãng viễn thông khác nhau nhưng cũng có

những đặc tính chung nhât:

- IN (ntelligent network), softswitch là ý tưởng việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm, trong môi trường chuyên mạch

- Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở, có thể thực hiện được những

chức năng thông tin phân tán trên một môi trường phần mềm có chức năng của mạng

chuyển mạch thoại truyền thống, có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video Va

nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau

- Thực chất chuyên mạch mềm là phần mềm thực hiện chức năng xứ lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng truyền tải nhiều loại thông tin với các loại

giao thức khác nhau: H.323, SIP, MGCP, MEGACO/H.248 là các giao thức cơ bản

sử dụng trong chuyển mạch mềm và thường được sử dụng trên nền IP Có hãng sử dụng phần mềm của riêng hãng

- Chức năng được phân tách của Softswitch được thê hiện dưới hình sau:

Access and Transport

Hình 3.7 Sơ đô phân lớp chức năng của chuyển mạch mém[5]-[90]