2.2, Kiến trúc của mạng thông tin di động W.doc doc

2.2, Kiến trúc của mạng thông tin di động W-CDMA
Mạng thông tin di động W-CDMA là mạng di động được nâng cấp từ mạng 2G
GSM, chính vì vậy nó phải kế thừa cấu trúc của mạng GSM chứ không thể hoàn toàn xóa
bỏ tất cả cấu trúc cũ của mạng GSM và thay vào đó là một cấu trúc hoàn toàn mới. Điểm
khác biệt giữa hệ thống 2G và 3G là ngoài khả năng truyền dữ liệu thoại thì 3G còn có
khả năng truyền tải các dữ liệu ngoài thoại như hình ảnh, video, nhắn tin đa phương tiện,
các dịch vụ định vị, các dịch vụ thông tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân
hàng, thanh toán điện tử…Và để làm được điều đó thì mạng thông tin di động (TTDĐ)
3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch
kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển
mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch
kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian
thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các
chuyển mạch gói.
2.2.1, Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
Để phân biệt giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh em xin đưa ra mô hình
sau:
Chuyển mạch gói Chuyển mạch kênh
- Chuyển mạch bằng cách thiết lập kết
nối chiếm một tài nguyên mạng nhất định
trong toàn bộ cuộc truyền tin.
- Mỗi UE được ấn định riêng một kênh
truyền khi thiết lập cuộc gọi
- Toàn quyền sử dụng tài nguyên của kênh
này trog thời gian cuộc gọi
- Phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này
dù có sử dụng hay không.
- Chuyển mạch bằng cách phân chia số
liệu của mỗi kết nối thành các gói có độ dài
nhất định và truyền đi khi có thể
- Nhiều UE được sử dụng chung một

kênh truyền khi sử dụng
- Mỗi đầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên
của kênh này khi có thông tin cần truyền.
- Chỉ phải trả tiền theo nội dung được
truyển trên kênh.
Chuyển mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP.
a. Chuyển mạch ATM (Asynchronous Transfer Mode: chế độ truyền dị bộ)
Là phương thức truyền tải không đồng bộ ATM ; kết hợp chuyển mạch kênh
chuyển mạch gói , và phương pháp ghép TDM thống kê
-Cũng giống như chuyển mạch gói ; đó là cát nhỏ bản tin đầu vào thành các
gói tin và truyền tới bên thu từng gói tin , nhưng ở ATM các gói tin chính là các tế
bào ATM có chiều dài và kich thước gói hoàn toàn xác định
-Ở chuyển mạch gói với giao thức X25 thì các gói tin có phần mào đầu khá
phức tạp ; kich thước gói khá lớn và ko chuẩn hóa độ dài gói tin ==> dẫn đến xử
lý khó khăn , kích thước lớn lên độ trễ lớn nên xử lý chậm
- ở ATM tạo ra các tế bào ATM có kích thước chuẩn gồm 53 bytes trong đó
5 bytes mào đầu và 48 bytes tải tin
5 bytes mào đầu 48 bytes dữ liệu
Hình : Gói tin ATM
- ATM cắt các bản tin cần phát thành các tế bào ATM có kich thước nhỏ và
bằng nhau – gẵn nhẵn mào đầu cho các tế bào sao cho có thể định hướng chúng tới
đích mong muốn
- Do các tế bào có kích thước bằng nhau và chạy qua 1 kênh ảo cố định nên
trễ giữa các tế bào là giống nhau , và các tế bào đến đích theo trình tự lần lượt ko
có sự khác biệt vè thời gian trễ ==> ATM có thể hỗ trợ cho các dịch vụ truyền số
liệu thời gian thực như thoại hay video
Một điểm đặc biệt của chuyển mạch ATM hơn hẳn chuyển mạch gói đó là
dữ liệu đầu vào là các dữ liệu có tốc độ khác nhau : 64 kbit/s ; 2 Mbit/s hay 34
Mbit/s chúng đều được cắt nhỏ với kích thước bằng nhau và ghép chung vào
mạch

- Tốc độ có thể đạt được 622Mbit/s
- Sử dụng cả phương pháp ghép TDM thông kê
- ATM có khả năng nhóm 1 vài kenh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho
việc định tuyến dễ dàng hơn
*) Định tuyến trong ATM khác so với IP ở mọt số điểm như :
+ ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối , tức là kết nối từ điểm
đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được truyền
+ATM yêu cầu kết nối phải dược thực hiện thông qua báo hiệu , và một
điểm khác nữa là ATM ko thực hiện định tuyến tại các nút trung gian
+Thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của bộ định
tuyến IP truyền thông
b,Chuyển mạch IP hay Router IP (Internet Protocol)
- Tích hợp bộ xử lý định tuyến IP trong chuyển mạch ATM ; ko dùng các giao thức
báo hiệu của ATM và gọi đó là chuyển mạch IP
- IP là giao thức chuyển tiếp gói tin trong đó việc chuyển gói tin được thực hiện
theo cơ chế phi kết nối
- IP định nghĩa cơ cấu đánh số ; cơ cấu chuyển tin ; cơ cấu định tuyến và các chức
năng điều khiển ở mức thấp
- Gói IP chứa đầy đủ địa chỉ bên gửi và bên nhận ; địa chỉ IP là số định danh duy
nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới
đích
- Phương thức chuyển tin trong IP là theo từng chặng tức là định tuyến tại các nút
trung gian ==> đây là điểm khác biệt so với ATM
- Một điểm khác nữa so voi ATM là bộ định tuyến IP có thông lượng nhỏ hơn
thông lượng của tổng đài ATM
Hình
1.6. Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel
Do mạng viễn thông được xây dựng trên cơ sở internet vì thế các chuyển mạch gói
sẽ chuyển dần sang chuyển mạch hoặc router IP.Song song với nó sẽ là các kiến trúc 3G
W-CDMA khác nhau

2.2.2, Kiến trúc 3G W-CDMA UMTS R3
Hệ thống W-CDMA UMTS R3 được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS nó hỗ trợ
cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến 384 kbps trong miền CS và
2Mbps trong miền PS. Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ
mới cho người sử dụng di động giống như trong các mạng điện thoại cố định và Internet.
Các dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD)
và tốc độ truyền cao tại đầu cuối. Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS
là "luôn luôn kết nối" đến Internet. UMTS cũng cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và vì thế
hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí.
Một mạng UMTS bao gồm 3 phần:
• UE: (User Equipment)- thiết bị di động
• TE: Thiết bị đầu cuối
• ME: Thiết bị di động
• USIM (USIM: UMTS Subscriber Identity Module): Moduule nhận dạng
thuê bao
• UTRAN ( UMTS Terrestrial Radio Network)- Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS. UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System)
và mỗi RNS bao gồm:
• RNC (Radio Network Controller)- Bộ điều khiển mạng vô tuyến
• Nút B – Tương đương với các trạm BTS
• CN: (Core Network)- Mạng lõi bao gồm:
• CS- Miền chuyển mạch kênh:
- MSC/VLR
- GMSC
• HE(Home Environment)- Môi trường nhà
- AuC (Authentication Center)- Trung tâm nhận thực,
- HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú
- EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị).
• PS: Miền chuyển mạch gói:
- SGSN

- GGSN.
A, UE(User Equipment)- thiết bị người sử dụng)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.
UE gồm hai phần :
- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng
cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa thông
tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các
khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã pin.
Điều này bảo đảm rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng
UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa
trên nhận dạng USIM được đăng kí.
B, Mạng truy nhập vô tuyến UMTS
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc
truyền 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 nút,
RNC và nút B.
 RNC
RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và
điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà
UTRAN cung cấp cho CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển
mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).
Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau thủ
tục 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 an ninh f8 và f9.
RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào. Người sử

dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC). Khi người sử dụng
chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi (DRNC:
Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn
quản lý kết nối của người sử dụng đến CN. Vai trò logic của SRNC và DRNC được mô tả
trên hình 1.9. Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua
Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur. Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo
giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định
tuyến thông tin giữa các Iub và Iur.
Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC). Mỗi
nút B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vô tuyến của nó.
Hình 1.9. Vai trò logic của SRNC và DRNC
 Nút 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 Iub 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". Tính năng này
để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công
suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa. Nút B kiểm
tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc
tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối.
C, Mạng lõi
Mạng lõi (CN) được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE. Miền PS đảm
bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các mạng số
liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối
TDM. Các nút B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác,
thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP. Mạng đường trục trong
miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP.
 Trong miền CS
 MSC
MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng. Nó thực hiện các

chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý
của mình. Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong
GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn. Các kết nối CS được thực hiện
trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC. Các MSC được nối đến các mạng
ngoài qua GMSC.
 VLR
VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao
của HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network). Dữ liệu thuê bao cần
thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở đây. Cả
MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng.
Số liệu sau đây được lưu trong VLR:
IMSI
MSISDN
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 nút vật lý với VLR vì
thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC.
 1.6.3.6. GMSC
GMSC có thể là một trong số các MSC. GMSC chịu trách nhiệm
thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm
cách kết nối đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết
lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS.
 Trong miền HE(Môi trường nhà)
Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của hãng
khai thác. Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các
thông tin về thuê bao và về cước cần thiết 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.
 Bộ ghi định vị thường trú (HLR)
-HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di
động. Một mạng di động 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 nhận dạng 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 thông tin 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 như chuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng có trong
danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng.
-HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường được thực hiện
trong cùng một nút 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 nào đang phụ trách người
sử dụng.
 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 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.
 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 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 cấm truy nhập mạng. Khi một đầu cuối được
thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó
bị cấm truy nhập mạng. Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cấm
các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt
động theo tiêu chuẩn.
 Trong miền PS(Packet switch)
 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 dữ liệu thuê
bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao.
Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:
- IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê
bao di động quốc tế)
- Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile
Subscriber Identity: 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)
- Số VLR
- Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực
 GGSN
-GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là
một SGSN kết nối với các mạng số liệu khác. 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.
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.
 BG
BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của
PLMN với các mạng khác. Chức năng của nút này giống như tường lửa của
Internet: để đảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài.
D, Các mạng ngoài
Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần
thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác. Các mạng ngoài có thể là các mạng
điện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di động mặt đất công cộng),
PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng),
ISDN hay các mạng số liệu như Internet. Miền PS kết nối đến các mạng số liệu còn miền
CS nối đến các mạng điện thoại.
Các giao diện
Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao
diện khác nhau. Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất có thể
kết nối các phần cứng khác nhau của họ.
√ 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. Giao diện
này nằm giữa nút 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 kết nối đến
nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết
nối đến một điểm truy nhập CN.
√ Giao diện Iur. Đây là giao diện RNC-RNC. Ban đầu được thiết kế để đảm bảo
chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng
mới được bổ sung. Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:
1. Di động giữa các RNC
2. Lưu thông kênh riêng
3. Lưu thông kênh chung
4. Quản lý tài nguyên toàn cục
√ Giao diện Iub. Giao diện Iub nối nút B và RNC. Khác với GSM đây là giao diện
mở.
2.2.3, KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4
Hình 1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4. Sự khác nhau cơ bản giữa R3
và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm. Thay cho việc
có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển
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 chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di 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.
Hình 1.10. Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4
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 Giao
thức Internet (IP). Từ hình 1.10 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ
SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP. Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền
tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP.

Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có
một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC
server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa
đến PSTN. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này. Để thí dụ, ta giả thiết
rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ
phải chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này cho phép tiết
kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau.
Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức
ITU H.248. Giao thức này được ITU và IETF cộng tác phát triển. Nó có tên là điều khiển
cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức điều khiển cuộc
gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất
kỳ. 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức Điều khiển cuộc gọi độc lập vật
mang (BICC: Bearer Independent Call Control) được xây dựng trên cơ sở khuyến nghị
Q.1902 của ITU.
Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server.
Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi đến hoặc
từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu tư.
Để làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều
khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B. Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi
nội hạt. Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành
phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A. Với cấu trúc
phân bố, cuộc gọi có thể được điều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng đường
truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu
truyền dẫn và giá thành khai thác mạng.
Từ hình 1.10 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà
(HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại trừ giao
diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng
giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7. Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ)
giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS.
Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ sở gói

sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống
qua việc sử dụng các cổng các phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các
mạng SS7 tiêu chuẩn. Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW). Đây
là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu
chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn).
Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử
dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP.
Bộ giao thức này được gọi là Sigtran.
2.2.4, KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6
Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện IP
(hình 1.11). Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở đây cả
tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người
sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng
và số liệu.
Hình 1.11. Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6
Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương
tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ
trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP. Từ hình 1.11 ta thấy tiếng và số liệu
không cần các giao diện cách biệt; chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương
tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng.
Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển
trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa
phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các
phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-
SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming
Signalling Gateway).
Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng
cường rất nhiều. Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức
khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol). UE trở thành một tác nhân của người
sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều.

CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và
từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến. CSCF hoạt
động như một đại diện Server /hộ tịch viên.
SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và
UMTS R3 và R4. Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ
số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn). Vì thế cần hỗ trợ các khả
năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các Router
kết nối trực tiếp với chúng.
Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi được sử
dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị .
Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác
SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN. T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran.
Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với các
mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn. Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-
SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng.
MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện.
MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4. MGW được điều
khiển bởi Chức năng cổng điều khiển các phương tiện (MGCF). Giao thức điều khiển
giữa các thực thể này là ITU-T H.248.
MGCF cũng liên lạc với CSCF. Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP.
Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển
mạch kênh trong R3 và R4. Điều này cho phép chuyển đồi dần dần từ các phiên bản R3
và R4 sang R5. Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch vụ
khác chẳng hạn video có thể được thực hiện qua R5 IMS. Cấu hình lai ghép được thể
hiện trên hình 1.12.

Hình 1.12. Chuyển đổi dần từ R4 sang R5