Các công nghệ mạng CDMA II doc

Các công nghệ mạng CDMA: Một thập kỷ phát triển và những thách thức -
Phần 2
Bài viết mô tả tóm tắt những khởi nguồn của công nghệ CDMA và sự ra đời
các phiên bản 3G như CDMA2000 1X và CDMA2000 1x EV-DO. Một tổng
quan về cấu trúc mạng được trình bày với những giải thích chi tiết về vai trò
của mỗi thành phần và giao diện trong mạng và việc kiểm nghiệm giao thức
nhằm thay đổi theo nhu cầu của mạng. Bài viết sẽ kết thúc với việc thảo luận
về một số vấn đề kỹ thuật có thể xuất hiện trong các mạng CDMA và một số
giải pháp đề xuất.
Phát hiện và giải quyết một số vấn đề phổ biến trong các mạng CDMA2000
1X

Tất cả những đặc tính và khả năng thể hiện trong mạng di động 3G hiện đại
hướng tới một hệ thống phức tạp với nhiều chế độ, nút mạng, phần tử, giao
diện và giao thức. Những vấn đề nảy sinh có thể có những căn nguyên từ phần
cứng cũng như phần mềm. Khi một kết nối Internet di động trở thành ph
ổ biến,
thách thức của việc duy trì các tương tác dữ liệu liên tục sẽ đòi hỏi những giải
pháp cũng như thủ tục giám sát mới tiềm năng hơn. Bây giờ, chúng ta sẽ kiểm
tra một số vấn đề thông thường có thể xuất hiện trong các mạng CDMA2000
1X.

Sự cố trong khi Cài đặt Cuộc gọi Dữ liệu Gói tin Di động, Khởi tạo và Đăng
ký IP Di động

Để đạt được các dịch vụ dữ liệu gói tin, thiết bị di động thực hiện việc đăng ký
với mạng vô tuyến trên giao diện A1 và sau đó với mạng gói tin trên giao diện
A10/A11. Thiết bị di động gửi một “Origination Message” đến BS có chứa tuỳ
chọn dịch vụ dữ liệu gói tin. Điều này dẫn đến sự phân bổ kênh lưu lượng, sự
thiết lập kết nối A10, sự thiết lập lớp liên kết (PPP) và cho cả trong trư
ờng hợp

IP di động được sử dụng bởi thiết bị đầu cuối.

Lưu lượng dữ liệu người dùng hiện có thể đi qua kết nối A10 được đóng gói
bên trong các khung (frame) GRE. PCF đăng ký lại theo định kỳ với PDSN đã
lựa chọn qua việc gửi thông báo yêu cầu đăng ký A11 (A11-Registration
Request) trước khi thời gian tồn tại của kết nối A10 hết hạn.

Hình 2: Thiết lập một cuộc gọi dữ liệu di động CDMA2000 1X

Một kịch bản cài đặt cuộc gọi thành công được minh hoạ trong Hình 2. Bi
ểu đồ
tuần tự các thông báo chuẩn phác thảo một loạt các bước được tóm tắt trong
các mục từ 1đến 12 dưới đây. Chú ý rằng sự giảng giải này bỏ qua những hoạt
động truyền/nhận vô tuyến của BTS, thay vào đó chỉ tập trung các chức năng
giao thức bắt đầu với “Origination dialogue” giữa thiết bị di động và BSC.

1. Để đăng ký dịch vụ dữ liệu gói tin, thiết bị di động gửi một “Origination
Message” qua “Access Channel” (kênh truy nhập) tới BSS.
2. BS xác nhận đã nhận được “Origination Message” trên và trả về một “Base
Station Ack Order” tới thiết bị di động.
3. BS xây dựng một thông báo “CM Service Request” (yêu cầu dịch vụ) và g
ửi
thông báo này đến MSC.
4. MSC gửi một thông báo “Assignment Request” đến BSS yêu cầu phân bổ
tài nguyên vô tuyến. Không có kênh trên mặt đất (terrestrial) giữa MSC và BS
được phân bổ cho cuộc gọi dữ liệu gói tin.
5. BS và thiết bị di động thực hiện các thủ tục cài đặt tài nguyên vô tuy
ến. PCF
xác nhận rằng không có kết nối A10 liên quan đến thiết bị di động này và chọn
một PDSN cho cuộc gọi dữ liệu đó.

6. PCF gửi một thông báo “A11-Registration Request” (yêu cầu đăng ký A11)
đến PDSN đã chọn.
7. “A11-Registration Request” được xác nhận tính hợp lệ và PDSN chấp nhận
kết nối này bằng việc gửi trả lại một thông báo “A11-Registration Reply”
(chấp nhận nhận đăng ký). Cả hai PDSN và PCF tạo ra một biên bản trói buộc
cho kết nối A10.
8. Sau khi liên kết vô tuyến và kết nối A10 được cài đ
ặt, BS gửi một thông báo
“Assignment Complete” (việc phân bổ, việc gán đã hoàn tất) đến MSC.
9. Thiết bị di động và PDSN thiết lập kết nối lớp liên kết (PPP) và sau đó thực
hiện các thủ tục đăng ký MIP (Mobile IP) thông qua kết nối lớp liên kết đó.
10. Sau khi hoàn thành đăng ký MIP, thiết bị di động có thể gửi và nhận dữ
liệu đi bằng cách đóng khung (framing) GRE qua kết nối A10.
11. PCF theo định kỳ gửi một thông báo “A11-Registration Request” để đăng
ký mới cho kết nối A10.
12. Cho một “A11-Registration Request” hợp lệ, PDSN trả về một thông báo
“A11- Registration Reply”. Và lúc này cả hai PDSN và PCF cập nhật biên bản
ràng buộc kết nối A10.

Quá trình tương đối phức tạp này có thể là nguồn gốc của một số vấn đề ảnh
hưởng đến dịch vụ và chất lượng. Một kế hoạch giám sát khắt khe bao gồm
việc theo dõi đồng thời các giao diện A1 và A10/A11 là cách tốt nhất để phát
hiện và sửa các lỗi một cách sớm nhất. Tại đây một ứng dụng dò vết cuộc gọi
đa giao diện đặc biệt hiệu quả bằng cách dò ra đường đi và nhóm tất cả thủ tục
liên quan đến sự hoạt động của mỗi thuê bao đơn lẻ trong một mạng CDMA,
ngay cả khi các thủ tục xử lý cho nhiều giao diện.

Bên trong quá trình cài đặt cuộc gọi, mỗi lỗi trong bất cứ phần tử hay bước thủ
tục nào đều có thể ngăn cản các bước còn lại. Ví dụ, giả sử MSC không trả lời
yêu cầu dịch vụ “CM Service Request” (Bước 3 trong Hình 2) được gửi đi từ

BSC/PCF qua giao diện A1. Điều đó đôi khi do các vấn đề MSC nội tại. Nếu
nó cản trở việc hoàn tất “CM Service Request”, BSC/PCF không thể phân bổ
tài nguyên vô tuyến cho trạm di động và như vậy tiếp tục ngăn ngừa thiết lập
kết nối. Người dùng không thể tìm thấy nó để thực hiện một cuộc gọi dữ liệu—
một dịch vụ cho những ai đã đóng phí bảo hiểm.

Trước khi một timer cụ thể hết hạn, PCF theo định kỳ gửi thông báo “A11-
Registration Request” (Bước 11) để làm mới đăng ký cho kết nối A10. Để một
“A11- Registration Request” có hiệu lực, PDSN trả lại một thông báo “A11-
Registration Reply” (Bước 12). Tại đây lại một lần nữa, các vấn đề nội bộ
trong PDSN có thể là nguyên nhân nó trả lời muộn hơn sau đó hay không bao
giờ. Kết quả là, quá trình thiết lập hay duy trì kết nối không thể tiếp tục. Người
dùng một lần nữa không thể thực hiện một cuộc gọi dữ liệu.

Trong cả hai trường hợp một trình giao thức đã kết nối với các giao diện A1 v
à
A10/A11 có thể hỗ trợ để tìm ra vấn đề. Trình ứng dụng “dò vết” cuộc gọi có
thể phân biệt khởi nguồn của những thông báo và phát hiện bất cứ hỏng hóc
nào để đối phó. Điều này sẽ dễ dàng hơn khi xác định vị trí MSC và PDSN
riêng từng cái trong các thí dụ này.Không hiệu quả khi truyền gói tin dữ liệu
người dùng

Thường xuyên trong mạng CDMA2000, các gói tin TCP có kích thước cửa sổ
nhỏ. Điều đó có nghĩa các kết nối TCP đầu cuối không ổn định. Càng nhiều
các gói tin TCP trên mạng bị mất mát và không được xác nhận, thì kích thước
cửa sổ càng nhỏ, kết quả là nhiều kết nối TCP hơn bị “đứt” và phải được thiết
lập lại. Kích thước cửa sổ TCP nhỏ là do cơ chế khởi động mềm (soft-start)
được xây dựng bên trong giao thức TCP.

Đặc điểm của vấn đề phải được định rõ, điều đó là cần thiết để giành lấy các

gói tin mức người dùng TCP/IP lưu thông trong các đường hầm (tunnel) GRE
trên giao diện A10. Với việc ứng dụng các kiểu lọc giao thức khác nhau và với
mức ngày càng tăng về độ chi tiết, nó có khả năng cô lập điểm gây nên sự rút
ngắn kích thước cửa sổ gói tin TCP.

Các vòng lặp định tuyến của các gói tin người dùng trong mạng nòng cốt

Các vòng lặp định tuyến đường hầm (tunnel router loop) là một lớp khác các
vấn đề của mạng CDMA2000 có thể làm giảm chất lượng dịch vụ cho các thu
ê
bao. Vấn đề được tạo ra do cấu hình sai trong các bộ định tuyến PDSN. Nó có
thể bị phát hiện do sự giành được lưu lượng IP trên giao diện P-H (xem Hình 1
của phần 1).

Để hiểu được các vòng lặp định tuyến đường hầm, hãy hình dung một thu
ê bao
lướt Web (WWW) với một máy tính xách tay kết nối vào một máy di động
CDMA2000. Các gói tin hướng tới một một proxy HTTP cụ thể được định
tuyến (sau khi đi qua PCF) từ PDSN/FA tới HA (Home Agent)[2].

Với các cấu hình nội tại không đúng nào đó, các gói tin cho cổng 80 WWW
không bị “de-tunnelled” bởi HA[2]. Thay vào đó, chúng được gửi trở lại về
phía PDSN/FA. Kết quả là, nhiều gói tin di chuyển trên cùng một đoạn mạng
với cùng packet ID,rất lãng phí băng thông và không đạt tới đích như mong
muốn. Ngoài ra, cho mỗi bước nhảy (hop) lặp đi lặp lại, một gói tin di chuyển
giữa các nút PDSN/FA và HA[2], trường “IP Time To Live” (IP TTL) giảm đi
một đơn vị. Nếu gói tin bị mắc kẹt trong một vòng l
ặp bộ định tuyến, TTL cuối
cùng giảm về “0” và gói tin này b
ị loại bỏ khỏi các nút mạng. Các gói bị “mất”

phải được phát lại, dẫn đến tổng chi phí của việc truyền lại gói tin một cách
quá mức và làm giảm thông lượng.

Như trong thí d
ụ trư
ớc đây, giải pháp để sử dụng lọc giao thức có tác dụng “bắt
giữ” các gói tin IP trên giao diện P-H. Với việc duyệt từ đầu đến cuối dữ liệu
đã “bắt giữ” được bằng cách áp dụng các mức tăng thêm dần của sự lọc, nó có
khả năng nhận ra các gói tin theo định kỳ và giải quyết vấn đề này.

Sự nhân đôi lưu lượng IP

Các vấn đề cấu hình PDSN có thể phát sinh nhiều kiểu đa dạng trong các vòng
lặp đường hầm. Một vấn đề phổ thông có liên quan đ
ến các địa chỉ IP lôgic của
PDSN với nhiều hơn một địa chỉ MAC vật lý. Nếu điều đó xuất hiện, có nghĩa
có nhiều hơn một card phần cứng có cùng địa chỉ IP. Tất cả lưu lượng được
gửi đến địa chỉ IP này sẽ đi vào hai thực thể phần cứng khác nhau và nhận
phản hồi từ cả hai. Điều đó dẫn đến việc nhân đôi tổng lưu lượng IP liên quan
đến địa chỉ IP đơn lẻ trên đoạn mạng này. Một lần nữa, các khả năng lọc giao
thức được cần đến để xử lý sự cố một cách hiệu quả. Một bộ phân tích giao
th
ức phải “nắm giữ “các gói tin IP di chuyển đến một địa chỉ đích IP cụ thể qua
giao diện P-H. Việc duyệt toàn bộ dữ liệu và sử dụng lọc để thu hẹp liên tiếp
sự truy vấn (câu hỏi), bản chất của vấn đề (địa chỉ bị sao lưu, nhân đôi) chẳng
bao lâu nữa là điều hiển nhiên.

Nh
ững vấn đề định tuyến trong mạng nòng cốt

Đôi lúc những vấn đề nội tại bên trong có thể gây ra cho các bộ định tuyến
PDSN “offline” (ngoại tuyến) và quay trở lại “online” (tr
ực tuyến) sau một chu
kỳ thời gian. Điều đó có thể xẩy ra thường xuyên và liên tục trong mạng dữ
liệu nòng cốt CDMA2000. Khi một bộ định tuyến “online”, bảng định tuyến
của nó không được tối ưu hoá. Nó mất thời gian cho thuật toán định tuyến
OSPF (Open Shortest Path First) được dựng sẵn bên trong để tìm ra đường đi
tốt nhất để định tuyến các gói tin tuỳ thuộc vào các bộ định tuyến đã sẵn sàng
kế bên. Cho đến khi bảng định tuyến được tối ưu, sẽ có sự giảm sút về chất
lượng dịch vụ.

Qua việc “bắt giữ” các gói tin IP trên giao diện P-H với một bộ phân tích giao
thức và áp dụng vào các bộ lọc trong các thông báo định tuyến OSPF, những
thay đổi trong bộ định tuyến được chỉ định và nh
ững thay đổi trong các bộ định
tuyến kế bên của một bộ định tuyến có thể được nhận diện một cách dễ dàng.
Việc sử dụng khả năng lọc thông minh và chi tiết dựa vào các thông báo OSPF
và thông tin các phần tử bên trong các thông báo để nhận biết những vấn đề
định tuyến trên một mạng IP trở thành một nhiệm vụ khả thi.

Lời kết

Cơ sở hạ tầng CDMA đang được mở rộng và chắc chắn tạo ra nền tảng cho sự
thâm nhập rộng rãi của các mạng CDMA. CDMA2000 và các công nghệ 3G
khác mang lại cho viễn thông khả năng chuyển mạch gói, cộng thêm một loạt
các dịch vụ mới và cũng nhiều phức tạp trong quá trình thực hiện.

Nh
ững hoạt động xử lý sự cố hiện đòi hỏi một sự hiểu biết cả về những khái
niệm “telecom” truyền thống có liên quan đến chuyển mạch kênh và những

khái niệm “datacom” mới liên quan đến chuyển mạch gói. Nhân viên điều
hành và bảo trì mạng phải luôn cải tiến các quá trình của họ để đối phó với
những thách thức xử lý sự cố mới phức tạp, từ những vấn đề cấu hình sai cho
đến địa chỉ IP bị nhân đôi và nhiều vấn đề khác nữa. Các công cụ phân tích
giao thức có thể đóng một vai trò to lớn hơn bao giờ hết để duy trì một mạng
hoạt động hiệu quả. Những đặc tính như lần theo cuộc gọi đa giao diện và lọc
giao thức sẽ trở thành chuẩn mực cho công việc bảo trì.

Nguy
ễn Hoàng Linh

Từ viết tắt

Abis: Đường truyền thông từ BTS tới BSC
AMPS: Advanced Mobile Phone System
ANSI-41: American National Standard Institute
ATM : Asynchronous Transfer Mode
BSC : Base Station Controller
BSS : Base Station Sub-system
BSSAP : BSS Application Part
BTS : Base Transmission System
CDMA : Code-Division Multiple Access
CdmaOne : CDMA for 2G
DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol
FA : Foreign Agent
FR : Frame Relay
FW : Fire Wall
GRE : Generic Routing Encapsulation
GSM : Global System for Mobile Communication
HA : Home Agent

HDLC : High-level Data Link Control
HLR : Home Location Register
IKE: Internet Key Exchange
IOS4.0 : Inter-operability Specification phiên bản 4.0, xem IS2001
IP : Internet Protocol
IPv4 : IP Version 4
IPv6 : IP Version 6
IPsec : IP Security
IS2001 : Interim Standard 2001, định nghĩa các giao thức cho các giao diện
A1, A7, A9, A11 cho CDMA
IS-41e : Interim Standard 41, định nghĩa các giao thức cho giao diện D (D-
Interface) cho CDMA
IS-95 (Interim Standard 95) : Định nghĩa các giao thức cho giao diện U (U-
Interface) cho CDMA
MAC : Medium Access Control
MIP : Mobile IP
MS : Mobile Station
MSC : Mobile Switching Center
PCF : Packet Control Function
PDSN : Packet Data Serving Node
P-H : Giao diện PDSN đến Home Agent
PPP : Point-to-Point Protocol
PSTN : Public Switched Telephone Network
P.S0001 : Specification for Wireless IP based protocols
RAN : Radio Access Network
R-P : RAN đến PDSN
SDU : Signal Data Unit
TCP : Transmission Control Protocol
TIA : Telecommunications Industry Association
U : Giao diện không gian (Air interface) giữa MS và BTS

UDP : User Datagram Protocol
VLR : Visitor Location Register
1xRTT : 1x chip rate of 1.2288 Mcps for Radio Transmission Technology
3GPP2 : 3rd Generation Partnership Project 2

Chú thích

[1] AAA-Server (Authentication, Authorization and Accounting server) được
sử dụng để chứng thực và trao quyền người dùng truy nhập mạng và lưu giữ
các thống kê sử dụng của thuê bao phục vụ tính cước và làm hoá đơn.

[2] HA (Home Agent) : HA hỗ trợ chuyển vùng dữ liệu thông suốt vào trong
các mạng khác hỗ trợ 1xRTT. HA cung cấp một địa chỉ IP “neo” (anchor) cho
thiết bị di động và chuyển tiếp bất cứ lưu lượng “mobile-bound” nào đ
ến mạng
thích hợp để chuyển giao đến thiết bị thu phát cầm tay. Nó cũng bảo toàn đăng
ký người dùng, gửi một lần nữa các gói tin đến PDSN và có thể tuỳ chọn qua
các “tunnel” một cách an toàn đến PDSN. Cuối cùng, HA hỗ trợ phân bố động
người dùng đến từ AAA và (tuỳ chọn lần nữa) ấn định địa chỉ “home”.

[3] “hand-off” : Trong một mạng điện thoại tế bào, hand-off là sự chuyển tiếp
cho người dùng đã cho nào của việc truyền tín hiệu từ một trạm cơ s
ở (BS) đến
một trạm cơ sở kế tiếp theo địa lý khi người dùng di chuyển. Trong một mạng
điện thoại tế bào lý tưởng, mỗi thiết bị điện thoại của người dùng cuối hay
môđem (phần cứng của thuê bao) luôn nằm trong phạm vi của trạm cơ sở.
Vùng được phủ sóng bởi mỗi trạm cơ sở được định nghĩa như là một “cell” (ô
phủ sóng).

[4] 1xRTT1 : Một mạng cung cấp một tốc độ chip 1x là 1.2288 Mc/s cho

Radio Transmission Technology.

[5] “spread-spectrum” : là một dạng của truyền thông vô tuyến, trong đó tần số
của tín hiệu truyền đư
ợc thay đổi một cách có chủ ý. Điều đó dẫn đến một băng
thông lớn hơn tín hiệu nếu tần số của nó không thay đổi. Phần lớn các tín hiệu
“spread-spectrum” sử dụng một sơ đồ số (digital scheme) được gọi là
“frequency hopping”. Tần số máy phát thay đổi đột ngột, nhiều lần trong mỗi
giây. Giữa các “hop” (bước nhảy ngắn) tần số máy phát ổn định. Độ dài thời
gian còn lại của máy phát trên một tần số đã cho giữa các "hop" là thời gian
dừng (dwell).


Theo tạp chí Internet