(nền tảng dịch vụ mạng thế hệ mới) kiến trúc mạng 3g và vai trò của IMS trong mạng 3g

Mạng di động và mạng PSTN đang là xu hướng được quan tâm hàng đầu trong lĩnhvực thông tin liên lạc.Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển, hợp nhấtcác mạng với mục đích

1 Mục đích nghiên cứu.

Khác với mạng GSM hỗ trợ chủ yếu là các dịch vụ cơ bản như thoại, SMS, data tốc

độ thấp, mạng 3G với ưu điểm của công nghệ băng rộng cung cấp cho người dùng rấtnhiều dịch vụ tiện ích như các dịch vụ data, ứng dụng trực tuyến, dịch vụ tương tác,…nhưng ngược lại sẽ đòi hỏi cao hơn về chất lượng dịch vụ, chất lượng trải nghiệm dịch

vụ, đây là bài toán quan trọng cần được các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết một cáchthỏa đáng

Mạng di động và mạng PSTN đang là xu hướng được quan tâm hàng đầu trong lĩnhvực thông tin liên lạc.Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển, hợp nhấtcác mạng với mục đích tạo ra một mạng All IP duy nhất .Phân hệ IP MultmdiaSubsystem( IMS) là một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát triển đó.VớiIMS người dùng có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng di động và đồngthời có thể sử dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet.IMS đã thực sự trở thànhchìa khóa để hợp nhất mạng di động và mạng Internet.IMS đồng thời cũng trở thành mộtphân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hãng sản xuất thiết bị viễnthông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới

IMS được chuẩn hóa bới 3GPP và 3GPP2 dựa trên giao thức báo hiệu SIP và cácgiao thức mở khác do IETF chuẩn hóa nên rất dễ dàng tích hợp các dịch vụ mới.IMSđồng thời cũng hỗ trợ nhiều loại hình truy cập khác nhau do đó hứa hẹn sẽ mang lại một

số lượng lớn khách hàng sử dụng các dịch vụ xây dựng trên đó

Tại thời điểm này, thị trường viễn thông Việt Nam có 4 nhà cung cấp dịch vụ 3G làViettel, Vinaphone, Mobifone và EVN Telecom Các nhà mạng đều xác định doanh thuchủ yếu của 3G đến từ nội dung các dịch vụ giá trị gia tăng cung cấp trên nền băng rộng

3G trên nền IMS Do đó, Đề tài “Kiến trúc mạng 3G và vai trò của IMS trong mạng

3G” sẽ đưa ra một vấn đề nghiên cứu ít được nói đến về IMS, nền tảng cốt lõi của hệ

thống 3G

2 Kiến trúc mạng 3G WCDMA

Một mạng UMTS bao gồm ba phần chính là: thiết bị di động (UE: UserEquipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial RadioNetwork), mạng lõi (CN: Core Network) Các phần này gồm các thành phần con kết nốivới nhau như hình vẽ:

Hình 1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS

2.1 Thiết bị người sử dụng (UE):

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của người

sử dụng Thành phần này bao gồm thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) vàmodule nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) Có thểnói đây là thành phần phong phú, đa dạng nhất, sự phát triển của nó sẽ ảnh hưởng lớn đến

độ khả dụng của các ứng dụng và các dịch vụ

a) Thiết bị đầu cuối (TE):

Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giaodiện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai

là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối Giao diện này tuân theo tiêuchuẩn cho các card thông minh

Các nhà sản xuất đầu cuối phải tuân theo một tập tối thiểu các định nghĩa tiêuchuẩn để các người sử dụng bằng các đầu cuối khác nhau có thể truy nhập đến một số cácchức năng cơ sở theo cùng một cách Các tiêu chuẩn này gồm:

- Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình)

- Đăng ký mật khẩu mới

- Thay đổi mã PIN

- Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)

- IMEI

- Điều khiển cuộc gọi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế để đáp ứng thị hiếucủa khách hàng

b) USIM:

Hình 2 Thiết bị người sử dụng

Khác với hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao)cài cứng trên card, modul nhận dạng thuê bao UMTS được cài như một ứng dụng trênUICC Điều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) điện tử hơncùng với USIM cho các mục đích khác Ngoài ra có thể có nhiều USIM trên cùng mộtUICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng

USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trongmạng UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao

Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN.Điều này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS.Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạngUSIM được đăng ký

2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS:

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặtđất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộctruyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện Iu giữa UTRAN và CN,gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh;

giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai node,RNC và Node B.

a) RNC:

RNC (Radio Network Controller) quản lý một hay nhiều trạm gốc và điều khiểncác tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cungcấp cho mạng lõi (CN) Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyểnmạch gói (đến SGSN) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC)

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủtục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC Sau

đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm bảo mật f8 và f9

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ Node B nào Người

sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sử dụngchuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trung chuyển(DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNCphục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN

Vai trò logic của SRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.3 Khi UE trong chuyểngiao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur.Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còncác RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur

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

Hình 3 Vai trò logic của SRNC và DRNC

b) Node B:

Trong UMTS trạm gốc được gọi là node B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối

vô tuyến vật lý với các đầu cuối Node B nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và

chuyển thành tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Node B cũng thực hiện một số thao tácquản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong" Tính năng này

để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một côngsuất, thì các đầu cuối gần Node B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Node Bkiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suấthoặc tăng công suất sao cho node B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầucuối

2.3 Mạng lõi:

Mạng lõi (CN) được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE Miền PS đảmbảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các mạng sốliệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nốiTDM Các Node B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác,thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP Mạng đường trục trongmiền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

a) SGSN:

SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: Node hỗ trợ GPRS phục vụ) là nodechính của miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đếnGGSN thông qua giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cảcác thuê bao Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vịtrí thuê bao

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:

- IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao diđộng quốc tế)

- Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile SubscriberIdentity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)

- Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:

- Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

- Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực

b) GGSN:

GGSN (Gateway GPRS Support Node: Node hỗ trợ GPRS cổng) là một SGSN kếtnối với các mạng số liệu khác Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến cácmạng ngoài đều qua GGSN Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuêbao và thông tin vị trí

Số liệu thuê bao lưu trong GGSN:

- IMSI

- Các địa chỉ PDP

Số liệu vị trí lưu trong GGSN:

- Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến

GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến BG thông qua Gp

Số liệu sau đây được lưu trong VLR:

- IMSI

- TMSI (nếu có)

- LA hiện thời của thuê bao

- MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung cấp

Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một Node vật lý với VLR vì thếđược gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

e) MSC:

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

f) GMSC:

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện cácchức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN củamột nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thờiquản lý MS

2.4 Môi trường nhà

Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của và cung cấpcho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông tin về thuê bao và về cước cầnthiết để nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp Tất cả các dịch

vụ được cung cấp và các dịch vụ bị cấm đều được liệt kê ở đây

a) Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)

HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động Một mạng diđộng có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR

và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhậndạng thuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao

có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức

số liệu gói) Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy nhập đến các thôngtin được lưu khác Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin

về SGSN và VLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao Các dịch vụ khác nhưchuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với cáchạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng

HLR và AuC là hai Node mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong cùngmột Node vật lý HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao Như:thông tin tính cước, các dịch vụ nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối và thông

tin chuyển hướng cuộc gọi Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nàođang phụ trách người sử dụng.

b) Trung tâm nhận thực (AuC)

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 đượcthực hiện cùng với HLR trong cùng một Node vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuCchỉ 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 tạokhóa từ f0 đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu haykhi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ

c) Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)

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

di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây là số nhận dạngduy nhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danh mục: danh mụctrắng, xám và đen Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng Danhmục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các sốIMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi một đầu cuối được thông báo là bịmất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng Danhmục này cũng có thể được sử dụng để cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhậpmạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn

2.5 Các giao diện

Các giao diện chính trong mạng 3G gồm:

- Giao diện Cu Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh.

Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE

- Giao diện Uu Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS.

Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giaodiện này nằm giữa Node B và đầu cuối

- Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần, IuPS

cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN có thể kếtnối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRANchỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN

- Giao diện Iur Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC từ các

nhà sản xuất khác nhau và vì thế bổ sung cho giao diện mở Iu

- Giao diện Iub Giao diện Iub nối Node B và RNC Khác với GSM đây là giao

diện mở

2.6 Kiến trúc QoS trong mạng 3G

R99 là nền tảng định nghĩa chuẩn 3G 3GPP đầu tiên, là nâng cấp quan trọng từ hệthống 2G GSM R99 mô tả kiến trúc QoS end-to-end: bao gồm toàn bộ quá trình từ UE,qua lớp mạng RAN/BSS, PS Core Network và tới các mạng IP ngoài (external networks).Tuy bộ tiêu chuẩn QoS R99 định nghĩa chức năng cho từng thành phần trên mạng: thiết

bị đầu cuối UE, RAN/BSS, các node mạng Core GPRS và giao diện giữa chúng; chúngkhông định nghĩa các giao diện MT/TE hay giao diện tới mạng IP (external network) Bộtiêu chuẩn QoS này tiếp tục được phát triển trong R5

Trong mô hình QoS R99 end-to-end, các lớp lưu lượng được chia ra làm 02 loại:theo thời gian thực (lớp conversational, lớp streaming) và không theo thời gian thực (lớpinteractive và lớp background) Việc phân loại ra các lớp do tính chất khác nhau giữa cácứng dụng và yêu cầu của các ứng dụng

Hình 4 Kiến trúc QoS R99 end-to-end

Kiến trúc QoS R99 end-to-end bao gồm các thành phần chức năng sau:

- Dịch vụ end-to-end: dịch vụ end-to-end được cung cấp bởi các dịch vụ phíadưới, bao gồm toàn trình từ UE tới lớp mạng ngoài (external network)

- Dịch vụ truyền tải UMTS: định nghĩa các chuẩn QoS trong mạng UMTS, baogồm lớp dịch vụ truyền tải mạng truy nhập vô tuyến và lớp dịch vụ truyền tảitrên mạng CN

- Lớp dịch vụ truyền tải mạng truy nhập vô tuyến cung cấp trên mạng vô tuyếnRAN, bao gồm các RNCs, các trạm NodeB, giao diện giữa RNC tới NodeB,giao diện giữa RNC tới CN và giao diện giữa trạm NodeB và UE

- Lớp dịch vụ truyền tải mạng core CN: dịch vụ này được cung cấp trên các thiết

bị mạng lõi GPRS và giao diện giữa chúng Nó điều khiển và tối ưu hóa cáclớp mạng truyền tải bên dưới để cung cấp dịch vụ truyền tải UMTS

- Dịch vụ truyền tải mạng đường trục : mạng đường trục bao gồm các lớp 1 đếnlớp 3 trong mô hình OSI Mạng đường trục có thể truyền tải các loại lưu lượng

có nhu cầu QoS khác nhau, để có thể phục vụ cho từng loại ứng dụng củangười dung cuối

- Lớp dịch vụ truyền tải mạng truy nhập vô tuyến (RAB Service): bao gồm cácchuẩn QoS hỗ trợ trên mạng vô tuyến (RAN) và các giao diện trên đó Lớp nàyđược chia làm 02 lớp dịch vụ : lớp dịch vụ truyền tải vô tuyến và và lớp dịch

vụ truyền tải Iu

- Lớp dịch vụ truyền tải vô tuyến (Radio Bearer Service): dịch vụ này bao gồmtất cả các vấn đề liên quan tới giao diện truyền tải vô tuyến

Các thuộc tính QoS trên lớp UMTS Bearer và RAB Service

Lớp dịch vụ UMTS và RAB mô tả các dịch vụ được truyền tải bởi mạng UMTS.Các thuộc tính hợp thành bộ tham số R99 QoS cho 01 PDP Context, bao gồm:

- Lớp dữ liệu (Traffic Class): bao gồm 04 giá trị

 Conversational: giá trị này được áp dụng cho các ứng dụng thoại Đặc điểmchính của lớp này là yêu cầu đặc biệt về thời gian thực, độ trễ truyền tải và

độ jiter là nhỏ nhất Trên R99, giá trị này chỉ hỗ trợ trên giao diện Iu,

 Streaming: khi người dùng thực hiện các ứng dụng xem video thời gianthực, nghe các đoạn audio thời gian thực thì lớp dữ liệu này được dùng Dữliệu truyền chủ yếu trên 01 chiều

 Interactive: với lớp dữ liệu này, điều quan trọng là các dữ liệu phải đượcduy trì trong quá trình truyền tải (tỉ lệ lỗi bit thấp) và độ trễ phải ở mức độchấp nhận được

 Background: lớp dữ liệu này phù hợp trong các trường hợp mà các ứngdụng truyền và nhận file không yêu cầu về thời gian thực, không yêu cầunhiều về độ trễ khi nhận dữ liệu

- Maximum bit rate (kb/s): là số lượng lớn nhất các bit mà mạng UMTS có thểtruyền tải trong một đơn vị thời gian

- Guaranteed bit rate (kb/s): là số lượng bit mà mạng UMTS đảm bảo có thểtruyền tải được trong một đơn vị thời gian

- Thứ tự truyền tải (Delivery order): tham số này chỉ ra các gói tin có cần thiếtphải truyền tải theo thứ tự hay không

- Truyền tải các SDUs lỗi (Delivery of erroneous SDUs): tham số này chỉ rarằng có truyền tải các SDU bị lỗi hay không

- Độ trễ truyền tin (Transfer Delay): định nghĩa độ trễ tối đa khi truyền tảiSDUs

- Độ ưu tiên khi xử lý gói tin (Traffic handing priority): định nghĩa độ ưu tiênkhi xử lý các SDUs trong 01 UMTS Bearer so với các SDUs ở các UMTSBearer khác Mục đích của tham số này để thực hiện đối xử QoS khác nhautrong lớp dữ liệu Interactive

- Độ ưu tiên về cấp phát/duy trì (Allocation/Retention Priority): định nghĩa độquan trọng của một UMTS Bearer này khi so sánh với UMTS Bearer khác khithực hiện cấp phát và duy trì 01 UMTS Bearer Trong các trường hợp khinguồn tài nguyên là cạn kiệt, thuộc tính này dùng để ưu tiên các UMTS Bearer(có độ ưu tiên cao) so với các UMTS Bearer có độ ưu tiên thấp khi thực hiệnquá trình cấp phát

Bảng 1 Các thuộc tính trong bộ tham số R99

Traffic class Conversational

Maximum SDU size

(octets)

<=1 500 or 1 502 (4)

<=1 500 or 1 502 (4)

<=1 500 or 1 502 (4)

<=1 500 or 1 502 (4) SDU format

vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau :

- Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau

- Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định

- Tối ưu dung lượng hệ thống

Đối với các mạng 3G, việc phân bổ tài nguyên và định cỡ quá tải của mạng khôngcòn khả thi nữa do các nhu cầu khó dự đoán trước và các yêu cầu khác nhau của các dịch

vụ khác nhau Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần: đặt cấu hình và đặt lại cấu hìnhtài nguyên vô tuyến, cụ thể:

- Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài nguyênmột cách hợp lý cho các yêu cầu mới đến hệ thống để cho mạng không bị quátải và duy trì tính ổn định Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trong mạng 3G vì

sự di chuyển ngẫu nhiên của người sử dụng

- Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trong phạm vicủa mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện Chức năng này có nhiệm vụđưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và

có thể điều khiển được

RRM chia ra làm các phần chính sau : Quản lý công suất ( Power Control: PC),quản lý chuyển giao (Handover Control), quản lý truy cập (Admission Control:AC), quản

lý tải (Load Control: LC) và lập lịch (Packet Scheduling:PS )

Quản lý công suất được thực hiện trên mỗi kết nối, nhằm đảm bảo độ nhiều là nhỏnhất Quá trình chuyển giao là vô cùng quan trọng trong mạng di động do việc di chuyểncủa các thiết bị đầu cuối giữa các vùng biên cell Việc quản lý chuyển giao cũng đượcthực hiện trên mỗi kết nối Các chức năng quản lý truy cập(AC), quản lý tải (LC) và lậplịch (PS)thực hiện trên từng cell dùng để đảm bảo QoS và tối ưu hóa thông tượng trênmột cell đối với các yêu cầu chất lượng khác nhau của ứng dụng

Hình 5 Chức năng quản lý QoS trong mạng truy nhập

a) Quản lý truy cập

Quản lý truy cập quyết định việc có hay không các kênh truyền vô tuyến có thểđược thiết lập, duy trì và giải phóng trên mạng vô tuyến Giải thuật được thực hiện trênmỗi cell, phân biệt theo 02 hướng uplink và downlink trong suốt quá trình thiết lập và táicấu hình Khi một kết nối được thiết lập hay chỉnh sửa, chức năng quản lý truy cập cùngvới QoS sẽ thực hiện gán độ ưu tiên RRP cho kênh truyền đó dựa trên bộ tham số QoS nónhận được từ mạng Core Giá trị RRP là giá trị mà nhà mạng phải thiết lập cho mỗi thuêbao ứng với từng dịch vụ

Một yêu cầu mới của kết nối vô tuyến được sắp xếp vào các hàng đợi theo độ ưutiên và phục vụ theo độ ưu tiên của từng dịch vụ Các yêu cầu thiết lập bị từ chối nếu giátrị thời gian đợi lớn nhất hoặc giá trị hàng đợi lớn nhất bị vượt quá ngưỡng Các tham sốnày có thể được thiết lập khác nhau dựa trên các đặc tính của từng dịch vụ, như lớp QoS,

độ ưu tiên về thiết lập và duy trì ARP, độ ưu tiên về xử lý dữ liệu THP Trong trường hợpquá tải, định nghĩa bởi:

Trong đó, P total là tổng công suất truyền (hoặc nhận) trên một cell, được xác địnhbằng tổng công suất phục vụ cho các dịch vụ có cam kết GB (Guaranteed Bit Rate) vàkhông có cam kết NGB, và giá trị P target + Offset là giá trị ngưỡng quá tải, có thể thiếtlập theo 02 chiều uplink và downlink Các kênh dịch vụ NGB luôn được cam kết băngthông, trong khi GB không được cam kết hay biểu thức sau phải được thỏa mãn:

b) Quản lý tải

Một trong những chức năng quan trọng của RRM là để đảm bảo hệ thống không bịquá tải và luôn duy trì trạng thái ổn định Nêu hệ thống được quy hoạch hợp lý, và quátrình quản lý truy cập và lập lịch diễn ra đúng như quy hoạch thì tình trạng quá tải củamạng là rất khó xảy ra Nếu xảy ra tình trạng nghẽn mạng, chức năng quản lý tải sẽ đưa

hệ thống trở về tải hệ thống về mức độ an toàn, ký hiệu là P target Các hành động có thểxảy ra khi thực hiện quản lý tải là: giảm thông lượng của lưu lượng data, chuyển giaosang một tần số WCDMA khác hoặc mạng GSM, giảm tốc độ của các ứng dụng thời gianthực (bộ mã hóa tiếng AMR) và ngắt cuộc gọi

Ví dụ, một giải pháp đơn giản khi thực hiện cùng với QoS được đưa ra như sau:

LC (Load Control) chỉ hỗ trợ giảm thiểu tốc độ bit của các dịch vụ không đảm bảo băngthông NGB khi điều kiện sau được thỏa mãn:

Tốc độ bit rate của kênh DCH chỉ có thể giảm khi khoảng thời gian cấp phát chocác kênh dịch vụ lớn hơn so với thời gian cấp phát nhỏ nhất cho kênh DCH Tốc độ giảmxuống, bắt đầu từ các kênh truyền tải có độ ưu tiên thấp nhất, dựa trên thuật toán FIFO,tuy nhiên không một phiên nào bị ngắt

c) Quản lý công suất.

Chức năng của quản lý công suất là để giảm thiểu nhiễu giữa các UE và giữ chấtlượng của các kết nối uplink/downlink là tốt nhất

Nhà mạng có thể cung cấp việc quản lý công suất cho các dịch vụ khác nhau tùytheo yêu cầu hiệu năng của từng dịch vụ do việc quản lý công suất chủ yếu thực hiện ởmức vật lý mà không phân biệt thông tin truyền tải trên đó là gì Với một kết nối báo hiệu

và nhiều dịch vụ truyền tải, có thể có nhiều kênh truyền tải (TrCHs) được ghép trên 01

mã kênh truyền (CCTrCH) và được truyền trên một kênh vật lý Tuy nhiên, tý số Eb/No,BLER/BER có thể được thiết lập tùy theo từng dịch vụ truyền tải, phụ thuộc vào côngsuất vòng ngoài và công suất đo đạc

d) Quản lý chuyển giao.

Quản lý chuyển giao được thực hiện đối với từng kết nối trên mạng RAN, hỗ trợ 03kiểu handover: hard handover (HHO), soft và softer handover(SHO) Chuyển giao cứngđược thực hiện khi tất cả các kết nối vô tuyến cũ tới UE bị xóa bỏ trước khi các kết nối

vô tuyến mới được thiết lập; được sử dụng cho các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực

Sự chuyển giao yêu cầu thay đổi tần số (chuyển giao giữa các tần số) hoặc giữa các côngnghệ vô tuyến (RAT) luôn yêu cầu phải thực hiện chuyển giao cứng

Chuyển giao mềm thực hiện khi luôn luôn có ít nhất một kết nối tới UE khi thựchiện thêm vào/xóa bỏ các kết nối vô tuyến trong quá trình chuyển giao Chuyển giaomềm được dùng khi các cell hoạt động trong cùng một tần số và UE di chuyển giữa cáccell này Softer handover là trường hợp đặc biệt của chuyển giao mềm khi mà các kết nối

vô tuyến được thêm vào và xóa bỏ thuộc cùng 01 NodeB

e) Lập lịch.

Tốc độ bitrate của các kênh NGB được lập lịch dựa trên độ ưu tiên về sử dụng tàinguyên vô tuyến, và với mỗi một độ ưu tiên thì dựa trên thời gian tới của các yêu cầu vềtài nguyên đó theo thuật toán FIFO Việc phân bổ tốc độ bit rate dựa trên cơ chếminimum & maximum bitrate, cho phép giới hạn tốc độ thấp nhất và cao nhất đượctruyền trên một khung theo hướng uplink hoặc downlink

Để có thể có sự cân bằng tương đối (giảm thiểu độ biến động bitrate) giữa các ngườidùng, độ ưu tiên về cấp phát tài nguyên vô tuyến trong các yêu cầu cấp phát ở hàng đợi

PS được thay đổi để phù hợp với băng thông của các kết nối hiện có theo chiều downlink,

là một trong những yếu tố quan trọng nhất Độ ưu tiên mới về cấp phát tài nguyên vôtuyến của một kênh truyền tải được tính theo công thức như sau:

Trong đó RRPi là độ ưu tiên ban đầu được gán bởi AC cho kênh truyền; x là bướcnhảy, được thiết lập khác nhau cho mỗi cell; là tốc độ bitrate mong muốn chokết nối cụ thể; Ri(t) là tốc độ trung bình trong khoảng thời gian t khi thực hiện truyền dữliệu

Trong suất quá trình cấp phát tốc độ theo chiều uplink hoặc downlink, PS tuân theo

mô hình cáp phát tối đa và dựa trên nguồn công suất bởi GB và NGB như sau:

3 Kiến trúc IMS và vai trò IMS trong mạng 3G.

Mạng di động 3G được phân chia logic thành mạng truy nhập (Access Network) vàmạng lõi (Core Network).Phía trên cơ sở hạ tầng mạng là nền tảng dịch vụ được sử dụng

để tạo ra các dịch vụ khác nhau.Hình 2.1 chỉ ra kiến trúc mạng 3G UMTS

CS Domain

BSS & RNS

Application & Servers

PS Domain

IMS

Access

Network

Core Network

Applications

& Service

Hình 4.Kiến trúc của mạng UMTS

Mạng hỗ trợ hai kiểu mạng truy nhập khác nhau :Base-station System (BSS) vàRadio Network Subsystem (RNS).BSS là mạng truy nhập GSM trong khi đó RNS làmạng truy nhập UMTS

Mạng lõi bao gồm miền chuyển mạch kênh(CS) và miền chuyển mạch gói.Haimiền này khác nhau trong cách chúng xử lý dữ liệu.Miền chuyển mạch kênh dành sẵn cáckênh cho lưu lượng của người dùng , do đó được sử dụng cho các dịch vụ thời gian thực

và dịch vụ hội đàm như dịch vụ thoại và dịch vụ hội nghị video.Miền chuyển mạch kênhđược sử dụng cho các ứng dụng dữ liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối như truyền file, truycập web và e-mail

Phân hệ IMS như trong hình vẽ là một phần trong miền chuyển mạch gói.Chứcnăng của IMS là cung cấp các dịch đa phương tiện trên nền IP, bao gồm các dịch vụ thờigian thực như trong miền chuyển mạch kênh.Do đó IMS sẽ làm cho miền chuyển mạchkênh dần dần được thay thế trong tương lai IMS được xây dựng và phát triển với mụcđích phải kết hợp được những xu hướng công nghệ mới nhất,tạo ra một nền tảng chung

để phát triển các dịch vụ multimedia đa dạng và tạo ra nhiều lợi nhuận hơn trong việcthúc đấy khách hàng sử dụng miền chuyển mạch gói trong 3G Để đạt được những mụcđích đó thì IMS phải thực hiện được những yêu cầu sau:

- Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP