tiểu luận: nâng cấp công nghệ họ gms lên 3g và cấu trúc mạng lõi

TÀI LIỆU THAM
KHẢO
1. Cuốn bài giảng thông tin di động 3G – Tiến sĩ Phạm Công Hùng
2. “Mạng viễn thông thế hệ sau” Nhà XB Bưu điện 2002
3. “Softswitch architecture for VoI”, McGraw-Hill, 12/2003
4. “Ar-chitecture to be deployed on strategies of Next Generation
Networks”, IEEE Communication magazine 2003- K.H.Lee, K.O.Lee,
K.C.Park
5. G.De Marco, P.Asprino, A.Fresa, M.Longo, “Developing new generation
network services”, IEEE Communication magazine 2003
6. “Softswicth”- www.tel-access.com
7. “Softswitch Evolution in NGN” - Jonathan Cumming
8. “Third Generation (3G) Wireless White Paper” Trillium Digital Systems, Inc.
March 2000
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
Tiểu luận : Nâng cấp công nghệ họ GMS lên 3G và cấu trúc mạng lõi
Giáo viên hướng dẫn : Tiến sĩ Phạm Công Hùng
Sinh viên : Đặng Hoàng Tùng – Lớp cao học khóa I
Trang 1
PHỤ L
ỤC
I. Sơ lược về mạng điện thoại di động
2

II. Các yếu tố kỹ thuật trong mạng di động
4
2.1 Lớp các thiết bị đầu cuối ( terminal )
5
2.2 Lớp truy nhập ( Access )
5
2.3 Lớp lõi (core)
6
2.4 Lớp dịch vụ
6
III. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG
7
3.1 Sự phát triển giữa các thế hệ thông tin
7
3.2 Xu hướng công nghệ thông tin không dây
8
III. NÂNG CẤP CÔNG TRONG NGHỆ HỌ GSM LÊN 3G
10
3.1 Hiện trạng hệ thống thông tin di động ở nước ta
10
3.2 Nghiên cứu chuyển từ 2G lên 3G
10
3.2.1 Triển khai nâng cấp cơ sở hạ tầng
11
3.2.2 Sự phát triển liền mạch
13
3.2.3 Việc vận hành của một mạng 3G
14
3.3 Mô hình triển khai 3G
16

3.3.1 Triển khai nhanh chóng WCDMA trên toàn mạng
16
17
3.3.2 Triển khai WCDMA dần dần:
17
3.3.3 Triển khai 3G sau:
I. SƠ LƯỢC VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
Như chúng ta đã biết mạng 2G (Second-Generation wireless telephone
technology) là mạng điện thoại di động thế hệ thứ 2. Đặc điểm khác biệt nổi bật
giữa mạng điện thoại thế hệ đầu tiên (1G) và mạng 2G là sự chuyển đổi từ điện
thoại dùng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Tùy theo kỹ thuật đa truy cập,
mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA (Time Division
Multiple Access) và mạng 2G dựa trên nền CDMA (Code Division Multiple
Access).
Trong đó, TDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo thời gian còn
CDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo mã. Trong kỹ thuật CDMA,
tín hiệu của mỗi người dùng (user) sẽ được dàn trải (spreading) bằng một mã
xác định trực giao (hoặc giả trực giao) với nhau. Tín hiệu truyền sẽ là tín hiệu
chồng chập của nhiều người dùng khác nhau theo thời gian và trên cùng một
băng tần số.
Còn mạng 3G (third-generation technology) là công nghệ truyền thông thế hệ
thứ ba, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi
email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ). Và điểm nổi bật nhất của mạng 3G so với
mạng 2G nằm ở khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai
các dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên mạng di động. Tốc độ truyền dữ
liệu mạng 3G sẽ cao hơn rất nhiều so với mạng 2G.
Hiện nay, tại Việt Nam phát triển công nghệ 3G là một trong vấn đề được nhiều
chuyên gia cũng như các nhà đầu tư quan tâm.Theo đánh giá của các chuyên gia
viễn thông, việc chuyển từ 2G sang 3G là điều không thể tránh được trong xu
thế hiện nay vì người sử dụng muốn hưởng các dịch vụ đa phương tiện phong

phú và dịch vụ dữ liệu tốc độ cao. Những chiếc điện thoại di động thế hệ 2G sẽ
hoạt động được trên mạng 3G nếu người sử dụng đăng ký dịch vụ. Theo nhiều
chuyên gia, có thể sẽ có những chiếc điện thoại chuyện dụng trên mạng 3G và
chúng không khác mấy so với các loại điện thoại hiện thời.
Tương tự như sự hội tụ của mạng cố định theo hướng NGN, các công nghệ di
động cũng đang trong quá trình hội tụ nhằm đáp ứng các yêu cầu của khách
hàng di động về băng thông và chất lượng dịch vụ với việc ra đời mạng di động
thế hệ 2.5G, 3G
Lưu lượng các giao dịch (voice/data) trên mạng di động cũng tăng rất nhanh
trong thời gian gần đây và từ năm 1999 đã vượt nhu cầu trên đường hữu tuyến.
Các nghiên cứu tại Việt Nam về mạng di động còn rất hạn chế và thường chỉ là
nghiên cứu lý thuyết mà ít có những sản phẩm thực tế. Nguyên nhân sâu xa của
vấn đề là ở chỗ mạng di động chứa đựng nhiều kỹ thuật phức tạp khó chủ động
trong điều kiện hiện nay của Việt Nam.
II. / CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT TRONG MẠNG DI ĐỘNG
Tương tự như trong mạng cố định, mạng di động bao gồm các lớp: lớp các đầu
cuối nguời sử dụng (terminal), lớp truy nhập (access), lớp mạng lõi (core), lớp
cung cấp dịch vụ (services) với sự tham gia của các tác nhân: Khách hàng
(customer-subscriber), nhà cung cấp dịch vụ (service provider) và nhà cung cấp
nội dung (content provider).
2.1 Lớp các thiết bị đầu cuối ( terminal )
Lớp các đầu cuối di động có chức năng giao diện với người sử dụng và truy
nhập dịch vụ từ mạng lõi, một số chức năng bao gồm trong đầu cuối di động:
các giao thức truy nhập vô tuyến, các giao thức truy nhập dịch vụ (call/data),
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
Tiểu luận : Nâng cấp công nghệ họ GMS lên 3G và cấu trúc mạng lõi
Giáo viên hướng dẫn : Tiến sĩ Phạm Công Hùng
Sinh viên : Đặng Hoàng Tùng – Lớp cao học khóa I
Trang 4
báo hiệu đầu cuối đến đầu cuối, nhận thực (SIM), framework cho các dịch vụ
của người sử dụng,
2.2 Lớp truy nhập ( Access )
Lớp truy nhập trong mạng di động sử dụng truy nhập vô tuyến thay thế cho các
phương thức sử dụng dây như trong mạng cố định.
Các giao thức truy nhập kênh vô tuyến tích hợp trong đầu cuối và các trạm thu
phát và thực hiện một số chức năng cơ bản: Truyền/nhận dữ liệu qua sóng vô
tuyến với mức độ tin cậy chấp nhận được, mã hoá và giải mã, điều khiển năng
lượng phát của đầu cuối, quản lý tài nguyên vô tuyến, điều khiển chuyển giao,
Lớp truy nhập chính là cửa ngõ gây ra nhiều giới hạn trong việc nâng cao chất
lượng và băng thông cho các dịch vụ. Vì vậy, các nghiên cứu giải quyết vấn đề
liên quan đến lớp này luôn là điểm được quan tâm nhất trong các nghiên cứu về
mạng di động. Các nghiên cứu theo các hướng khác nhau đã tạo ra các kỹ thuật
truy nhập khác nhau: phân kênh theo thời gian, phân kênh theo tần số hay phân
kênh theo mã. Các phương thức này là cơ sở cho các kiểu mạng di động khác
nhau TDM, GSM, CDMA Và điểm khác biệt nhất giữa các mạng di động cũng
nằm ở lớp này.
2.3 Lớp lõi (core)
Lớp lõi (core) của mạng di động thực hiện các chức năng: chuyển mạch các
phiên giao dịch, quản lý di động, báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng core và
đầu cuối, báo hiệu liên mạng giữa các mạng core mobile, báo hiệu liên mạng với
các mạng cũ
Lớp lõi bao gồm các thành phần: Chuyển mạch (MSC), quản lý thuê bao (HLR,

VLR, EIR, UAC), cổng giao tiếp liên mạng (GMSC). Các thành phần lớp lõi
thực hiện quản lý thuê bao như EIR, HLR, VLR thường tương tự nhau trong các
mạng di động và các thế hệ di động vì chúng thường là phần quản trị CSDL không
liên quan đến kỹ thuật mạng. Các thành phần chuyển mạch và cổng giao
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
tiếp liên mạng của các mạng GSM và CDMA giống nhau về nguyên tắc và khác
nhau trong những giao thức tại các giao diện cụ thể.
2.4 Lớp dịch vụ
Lớp dịch vụ có chức năng cung cấp các dịch vụ ngoài các dịch vụ cơ bản cho
thuê bao, lớp này định nghĩa về dịch vụ và các yêu cầu cụ thể đối với từng dịch
vụ. Các thực thể của lớp này cùng với thành phần khác của mạng di động tạo
thành một tổng thể cung cấp dịch vụ: SMSC, WAPGW, MMSC, Streaming
server
III. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI ĐỘNG
3.1 Sự phát triển giữa các thế hệ thông tin
Trên mạng cố định (fixed) đang diễn ra một quá trình hội tụ về công nghệ và
dịch vụ giữa mạng viễn thông và Internet dựa trên kỹ thuật chuyển mạch gói IP,
thuật ngữ NGN- mạng thế hệ sau được nhắc đến rất nhiều trong những năm gần
đây. Internet cũng đang phát triển từng ngày, từ các modem tốc độ thấp, đến nay
đã phát triển nhiều phương thức truy nhập tốc độ cao và linh hoạt hơn trong đó
Wireless-LAN thực sự là một thách thức với mạng di động tuy khả năng di động
còn hạn chế.

Đứng trước sự phát triển của Internet cùng với các dịch vụ phong phú mới của
mạng cố định, các nhà cung cấp dịch vụ di động không thể thoả mãn với mạng di
động 2G hiện chỉ có ứng dụng thoại và nhắn tin ngắn SMS. Nhiều tổ chức viễn
thông lớn và các tổ chức chuẩn hoá quốc tế cố gắng đưa ra một kiến trúc mạng di
động mới nhằm thích ứng linh hoạt với sự phát triển của công nghệ IP, có thể đáp
ứng tốt nhu cầu của khách hàng về các dịch vụ mới. 3GPP là tổ chức mở về chuẩn
hoá mạng di động trong thế hệ mới với việc nghiên cứu và đưa ra các khuyến nghị
cho mạng di động trên con đường tiến tới sự hội tụ.
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
3GPP đã tiến hành các nghiên cứu cho các mạng di động khác nhau nhưng đều
hướng tới một cái đích chung, đó là mạng di động thế hệ thứ 3(3G). Một loạt các
khuyến nghị, đề xuất cũng được ITU chấp nhận trong bộ tiêu chuẩn về 3G
(IMT-2000).
Một số công ty lớn trên thế giới còn thông báo đã phát triển lên mạng 4G, mặc
dù chưa có những khuyến nghị và định nghĩa cụ thể nào về 4G nhưng có thể
hiểu đây là một mạng di động hội tụ giữa 3G và Wireless-LAN cung cấp cho
khách hàng băng thông rất cao và khả năng di động toàn cầu trên cơ sở công
nghệ IP.
Hình dưới điểm qua một số mốc và các đặc trưng cơ bản trong tiến trình phát
triển của kỹ thuật liên quan đến di động và xu thế hội tụ trong tương lai của
mạng di động.
3.2 Xu hướng công nghệ thông tin không dây

Xu hướng tiến đến 3G không phải là sự thay đổi hoàn toàn về công nghệ mà là
cố gắng nâng cấp từng bước các mạng đang tồn tại nhằm đảm bảo sự tương
thích cũng như tránh sự đầu tư vượt quá sức của nhà khai thác.
Ở Việt Nam cũng đang trong quá trình tiến tới thế hệ mạng di động 3G, tiến
hành các nghiên cứu lý thuyết, ban hành các tiêu chuẩn về các giao diện mạng,
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
đề xuất phương án triển khai thử nghiệm 3G ở Việt Nam và cũng đã triển khai
thử nghiệm 3G trong phạm vi hẹp trên mạng của Mobifone, Vinaphone.
Các nhà khai thác mạng di động hiện tại và một số nhà cung cấp dịch vụ di động
mới (Viettel, SPT, ETC ) thực hiện việc nâng cấp mạng hay trang bị mới vẫn
dựa trên lộ trình từ 2G lên 2.5G rồi đến 3G mà chưa một nhà khai thác nào có sự
đầu tư trực tiếp vào 3G.
Với thị trường Việt Nam, công nghệ di động đầu tiên GSM, thế hệ 2G đơn giản,
chỉ cho phép thoại là chính. Việc nâng cấp lên công nghệ GPRS vào cuối năm
2003 đã giúp người dùng bắt đầu làm quen với những ứng dụng dữ liệu. Cuối
năm 2007 vừa qua, sau khi ứng dụng EGDE, tốc độ đã được nâng cao hơn với
đỉnh tốc độ đạt khoảng 384 kb/s. Nhưng tốc độ thực tế vẫn còn thấp khiến các
dịch vụ dựa trên nền dữ liệu không thể phát triển và bùng nổ mạnh như dịch vụ
thoại hiện nay.
Trên thế giới bây giờ còn 2 thế hệ cao cấp của họ GSM vẫn chưa được ứng dụng
tại thị trường Việt Nam, đó là WCDMA - thế hệ 3G với tốc độ 2Mbps và HSPA
(HSDPA & HSUPA) – thế hệ 3,5G với khả năng truyền lên đến 14,4 Mbps. Đây

là những công nghệ tiên tiến đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới với hơn
200 triệu thuê bao, trên 220 mạng thuộc 94 quốc gia, chiếm 2/3 thuê bao 3G trên
toàn cầu (GSA, 6/2008).
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
III. NÂNG CẤP CÔNG TRONG NGHỆ HỌ GSM LÊN 3G
3.1 Hiện trạng hệ thống thông tin di động ở nước ta
Qua một số sách báo, tạp chí và thông tin từ một số nhà cung cấp dịch vụ thông
tin di động thì mảng di động trong thời gian trước đây chỉ tập trung vào các vấn
đề lý thuyết và việc triển khai công nghệ hơn là việc nghiên cứu phát triển sản
phẩm. Sự hạn chế này bên cạnh việc là hạn chế chung ở nước ta trong nghiên
cứu về viễn thông nói chung còn do sự tập trung các công nghệ phức tạp nhất về
kỹ thuật mạng di động và các kỹ thuật chuyên dụng để thực hiện nằm ngoài khả
năng tiếp cận của chúng ta.
Trong một vài năm trở lại đây đã có một số nghiên cứu theo hướng sản phẩm
trên mạng di động và lần đầu tiên các sản phẩm nghiên cứu này đã tham gia
hoặc có khả năng tham gia vào cấu trúc mạng và cung cấp dịch vụ cho các mạng
di động ở VN 2G và 2,5G. Có thể kể đến CDIT với các sản phẩm: Hệ thống
nhắn tin ngắn-SMSC, Hệ thống cung cấp dịch vụ báo cuộc gọi bị lỡ, hệ thống
thông báo thuê bao chuyển vùng (2G), Hệ thống nhắn tin đa phương tiện
MMSC, Hệ thống cung cấp dịch vụ WAP2.0, Hệ thống cung cấp dịch vụ Video-
streaming (2.5G).
Nhìn chung, các sản phẩm nghiên cứu này tập trung ở lớp cung cấp dịch vụ. Các

nghiên cứu về các mạng lõi, mạng truy nhập và đầu cuối vẫn hầu như rất ít được
đề cập đến.
3.2 Nghiên cứu chuyển từ 2G lên 3G
Mô hình tổ chức của các mạng viễn thông từ trước tới nay được tổ chức theo hàng
dọc, nghĩa là mỗi mạng phục vụ cho một loại hình dịch vụ riêng. Trong xu hướng
phát triển của mạng viễn thống để đáp ứng với tình hình mới, mô hình tổ chức
mạng thế mới NGN được đề xuất sử dụng ( chuyển mô hình tổ chức mạng từ hàng
dọc sang cấu hình phân lớp có sự tách biệt giữa các lớp : truy nhập,
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
Tiểu luận : Nâng cấp công nghệ họ GMS lên 3G và cấu trúc mạng lõi
Giáo viên hướng dẫn : Tiến sĩ Phạm Công Hùng
Sinh viên : Đặng Hoàng Tùng – Lớp cao học khóa I
9
Trang
truyền dẫn - chuyển mạch, điều kiện, dịch vụ. Mạng NGN sử dụng gói IP là chủ
đạo với mô hình phân lớp, việc phát triển dịch vụ trở nên dễ dàng hơn.
Trong đều kiện hiện nay, nếu thay thế toàn bộ mạng 2G bằng các công nghệ,
thiết bị 3G thì sẽ rất tốn kém, nhất là các công nghệ đang sử dụng ở lớp đầu cuối
và lớp truy nhập vô tuyến. Mặc dù Wireless LAN là một xu thế nhưng vẫn còn
nhiều hạn chế đang tiếp tục được khắc phục trong tương lai.
3.2.1 Nâng cấp cơ sở hạ tầng
Các công nghệ GSM/GPRS/EDGE có cùng một cơ sở nền tảng đó là kỹ thuật

truy cập TDMA và FDMA vì vậy hoạt động trên cùng một băng thông (với mỗi
kênh băng tần số 200kHz). Sự nâng cấp do đó cũng không quá phức tạp.
Khi nâng cấp lên 3G, công nghệ WCDMA hoạt động trên một kỹ thuật truy cập
khác hoàn toàn, đó là CDMA, do đó băng tần hoạt động sẽ phải tách biệt với
GSM (WCDMA mỗi kênh băng tần số là 5MHz). Sẽ cần một dải tần 3G mới
khác với tần số đang hoạt động hiện nay.
Việc đầu tư mở rộng bằng cách đặt thêm trạm phát sóng BTS hiện nay gặp nhiều
khó khăn do việc quản lý hành chính và sự tốn kém về tài chính. Mật độ trạm tại
các khu dân cư tương đối dầy ( ví dụ tại Đà Nẵng khoảng cách gần nhất giữa 2
trạm từ 200-300m) nếu bổ xung thêm trạm sẽ dẫn đến nhiễu kênh và khó tái sử
dụng tần số.
Để đổi mới ta sẽ cần một thiết bị thu phát sóng BTS hoàn toàn mới, được đặt tên
là Node B, cùng với nó là một thiết bị quản lý trạm gốc (BSC) mới, tên là điều
khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller).
Đối với mạng GSM, để chuyển sang mô hình mạng phân lớp NGN trong giai đoạn
đầu chuyển sang mạng 3G, giải pháp chuyển mạch mềm cho di động ( Mobile
SoftSwitch ) sẽ thay thế các MSC truyền thống bằng các chuyển mạch mềm, trong
đó có sự tách biệt giữa phần điều khiển và phần chuyển mạch. Công nghệ chuyển
mạch gói được đưa và sử dụng song song với công nghệ chuyển
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
mạch kênh truyền thống, điều này sẽ giúp cho việc chuyển đổi công nghệ đỡ tốn
kém hơn trong quá trình nâng cấp mạng.

Do tính kế thừa khi nâng cấp, hệ thống mạng lõi (tổng đài chuyển mạch) hiện
hữu vẫn có thể được sử dụng để kết nối với mạng vô tuyến (Node B và RNC)
của công nghệ WCDMA mới (Hình 1).
Hình 1: Phương án chung mạng lõi
Mặt khác, để tránh tác động đến mạng đang hoạt động cũng như để mở rộng
dung lượng, một giải pháp khác cũng được các nhà cung cấp sử dụng là đầu tư
một hệ thống mạng mới hoàn toàn. (Hình 2).
Hình 2: Phương án thêm mạng lõi
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
Theo thời gian, tất cả các thiết bị mạng lõi và vô tuyến sẽ tích hợp chung như
Hình 3. Các thiết bị BTS, BSC cũ sẽ hết khấu hao hoặc di chuyển ra các vùng
sâu, vùng xa khác để hỗ trợ sóng GSM/EDGE.
Hình 3: Phương án tích hợp
chung
3.2.2 Sự phát triển liền mạch
Có một số nhận xét về sự nâng cấp lên 3G chỉ là sự ghép thêm 1 hệ thống mới
với công nghệ mới vào hệ thống có sẵn. Nhưng thực tế việc nâng cấp mạng
mang tính kế thừa và liền mạch như hình dưới
quản lý
mạng
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
Vô tuyến GSM
- Băng tần 800,
900,
1800, 1900
MHz
- Phủ sóng toàn
quố
c
P
hần chung
:
- Mạng lõi
- Truyền dẫn
- Trạm
- Điện thoại
- Hệ thống dữ liệu
- Hệ thống vận hàng và
Vô tuyến WCDMA
- Băng tần 1900, 2100 Mhz.
- Phủ sóng bắt đầu từ các
vùng đô thị
Ở đây, ngoài hệ thống vô tuyến WCDMA (bao gồm RNC và Node B) là
cần đầu tư mới, tất cả hệ thống khác sẽ được tận dụng lại. Hầu hết các nhà sản

xuất tổng đài hiện nay đều có giải pháp để nâng cấp hệ thống mạng lõi, truyền
dẫn, cơ sở dữ liệu, hệ thống vận hành… hiện hữu để hỗ trợ cả GSM và
WCDMA.
Như vậy, muốn phủ sóng 3G ở đâu, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ đặt thiết bị thu
phát sóng 3G khu vực đó (sử dụng nhà trạm có sẵn) và nối về tổng đài. Tất
nhiên, với số lượng hơn 3000 - 4000 nhà trạm/1 mạng như hiện nay tại Việt
Nam, việc đầu tư 3G phủ sóng toàn quốc không phải dễ dàng và khá tốn kém.
Tuy nhiên từ sự đầu tư WCDMA này, việc nâng cấp lên mạng 3,5G HSPA sẽ rất
đơn giản khi chỉ cần nâng cấp phần mềm, tương tự như khi người ta nâng cấp từ
GPRS lên EDGE, là người dùng có thể sử dụng được dịch vụ di động không
thua kém gì mạng ADSL hữu tuyến hiện nay.
- Tuy nằm trên 2 thiết bị khác nhau, sự vận hành của 2 hệ thống vô tuyến bao
gồm GSM và WCDMA cũng sẽ được quản lý thống nhất, đảm bảo chuyển giao
liền mạch giữa 2 hệ thống. Cuộc gọi sẽ vẫn đảm bảo duy trì khi chuyển băng tần
và chuyển công nghệ, điều này sẽ xảy ra khi người dùng di chuyển ngoài vùng
phủ sóng của một công nghệ hoặc bị quá tải.
Nhờ tính liền mạch này, việc sử dụng băng thông sẽ rất hiệu quả (có sự điều tiết,
phân bố qua lại giữa các cuộc gọi trên các băng tần), tức sẽ giảm nghẽn mạng;
các thiết bị sẽ được tận dụng tối đa (dùng chung tài nguyên cho cả hai hệ thống);
và việc đầu tư WCDMA không cần phải đồng loạt toàn mạng.
3.2.3 Việc vận hành của một mạng 3G
Tùy vào mức độ phát triển của từng thị trường và từng mạng, mô hình triển
khai 3G của mỗi nhà khai thác sẽ khác nhau. Hoặc phủ sóng đồng loạt 3G trên
toàn thị trường, hoặc phủ sóng dần dần từ khu vực đô thị rồi mở rộng dần. Khi đó
tại vùng 3G, sẽ tồn tại một loạt các công nghệ GSM, GPRS, EDGE,
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
WCDMA (và cả HSPA nếu đã nâng cấp), tùy thuộc vào công nghệ của chiếc
điện thoại mà bạn đang sử dụng, bạn có thể tận hưởng tốc độ tương ứng.
Lấy ví dụ điện thoại của bạn là chiếc GSM (hoặc GPRS, EDGE), cuộc gọi của
bạn sẽ vẫn chạy trên băng tần cũ, đến trạm thu phát sóng GSM và theo hệ thống
tổng đài chuyển mạch cũ. Tương ứng với công nghệ của chiếc điện thoại
(GSM/GPRS/EDGE) mà bạn có thể thưởng thức tốc độ truy cập khác nhau.
Nếu trong tay có chiếc điện thoại 3G (WCDMA hoặc HSPA, như chiếc iPhone
3G chẳng hạn), thì cuộc gọi sẽ theo băng tần mới, trạm Node B mới và chạy về
tổng đài. Cấu hình chiếc điện thoại 3G này chắc chắn sẽ phải hoạt động được
với 2G, tức là điện thoại phải đa chế độ GSM/GPRS/EDGE/WCDMA … Điều
này là bắt buộc vì vùng phủ sóng 2G và 3G không đồng nhất, nếu ra ngoài vùng
phủ 3G, bạn sẽ vẫn liên lạc được nhờ vào sóng 2G có sẵn.
Với một mạng đa chế độ như vậy, các tổng đài sẽ có 3 cơ chế điều khiển, cung
cấp loại công nghệ thích hợp cho các cuộc gọi:
- Nhà cung cấp quy định về chính sách dịch vụ: mỗi loại cuộc gọi sẽ được
gán 1 loại công nghệ, ví dụ các cuộc gọi thoại sẽ đi theo mạng GSM, cuộc gọi
dữ liệu sẽ theo mạng 3G.
- Điều khiển cân bằng tải giữa các chế độ: ví dụ khi cuộc gọi trên băng tần
GSM quá tải, một số thuê bao sẽ được chuyển qua WCDMA để tiếp tục cuộc
gọi, hoặc ngược lại.
- Gói cước, loại hình thuê bao của người dùng: mỗi thuê bao sẽ thuộc một
nhóm khách hàng với độ ưu tiên khác nhau. Thuê bao vàng sẽ được ưu tiên gán
vào chế độ có tải thấp nhất hoặc tốc độ cao nhất. Trong khi thuê bao thường chỉ
được sử dụng dịch vụ tốc độ thấp, hoặc vẫn sử dụng GSM ngay cả trong vùng
phủ WCDMA.
Để hiểu hơn sự vận hành này, chúng ta hãy cùng xem một minh họa sau. Một

người dùng với điện thoại đa chế độ GSM/WCDMA đi từ trung tâm thành phố
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
đi ra vùng miền nào đó. Mạng thuê bao là GSM với vùng phủ sóng EDGE toàn
quốc, tại một số thành phố đã có sóng WCDMA.
Khi đi, thuê bao gọi cho một tuê bao khác, sau đó thuê bao gửi một đoạn phim
video trong khi vẫn tiếp tục cuộc nói chuyện (WCDMA cho phép thực hiện 2
cuộc gọi dữ liệu và thoại cùng lúc ). Khi ra khỏi thành phố, hết sóng WCDMA,
tổng đài sẽ chuyển cuộc gọi thoại sang mạng GSM và chuyển cuộc gọi video
sang mạng EDGE. Thuê bao này sẽ thấy chất lượng cuộc gọi video giảm đi
trong khi chất lượng cuộc gọi sẽ không đổi.
3.3 Mô hình triển khai 3G
Nói về việc nâng cấp 3G không thể không bàn đến mô hình, hay chiến lược để
triển khai 3G. Có 3 khả năng có thể xẩy ra :
- Triển khai nhanh chóng WCDMA trên mạng toàn quốc
- Triển khai WCDMA từ từ
- Triển khai 3G sau.
3.3.1 Triển khai nhanh chóng WCDMA trên toàn mạng:
Có nhiều nguyên nhân để các nhà cung cấp chọn phương án này: mức độ cạnh
tranh thị trường cao; theo yêu cầu của nhà nước; thị trường có nhu cầu dịch vụ
dữ liệu cao; tình hình tài chính mạnh; dung lượng mạng GSM hiện tại đang bị
hạn chế; tỉ lệ rời mạng cao; tham vọng chiếm thêm thị phần và nâng cao chỉ số
doanh thu trên một thuê bao (ARPU).

Nếu vùng phủ sóng 3G thì rộng khắp mà khách hàng lại không có thiết bị để
sử dụng thì cũng vô nghĩa. Vì vậy, muốn chiến lược này thành công, các nhà
khai thác phải có một chính sách phát triển thuê bao tương ứng: khuyến khích
khách hàng thay máy mới, tiếp thị các thiết bị mới gắn với dịch vụ dữ liệu v.v…
3.3.2 Triển khai WCDMA dần dần:
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
phủ sóng WCDMA bắt đầu từ vùng đô thị rồi lan tỏa dần ra, trong khi đó vẫn
tiếp tục đầu tư GSM để nâng cao dung lượng dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu
tốc độ thấp GPRS. Các lý do để chọn chiến lược này: khả năng phát triển của
GSM và GPRS vẫn còn cao; chất lượng và dung lượng của GSM và GPRS có
vấn đề (cần phải đầu tư để cải thiện phục vụ khách hàng 2G); mạng GSM và số
thuê bao quá lớn; điện thoại 2G vẫn còn nhiều; thị trường dữ liệu di động chỉ
mới phát triển; tình hình tài chính ổn định.
Các thiết bị đầu cuối đa chế độ GSM/GPRS/WCDMA vì vậy cũng sẽ được giới
thiệu, tiếp thị dần dần, phụ thuộc vào nhu cầu và khả năng của khách hàng.
3.2.3 Triển khai 3G sau:
Khi nhu cầu thị trường về dịch vụ dữ liệu cao còn thấp, nhu cầu về thoại vẫn là
chủ yếu và tiếp tục phát triển, thì nhà cung cấp tại thị trường này chỉ cần phát triển
lên EDGE là vừa đủ. Việc nâng cấp lên WCDMA sẽ được cân nhắc trong tương
lai. Tuy nhiên khi đầu tư hạ tầng mạng GSM hoặc GPRS, nhà khai thác này phải
chú ý chọn hệ thống hỗ trợ tốt việc nâng cấp WCDMA trong tương lai.
Viện đ

ại họ

c m ở

Hà N ộ

i
III. Mạng lõi NGN ( Next Generation Network)
NGN là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùng một cơ sở hạ tầng dựa
trên nền tảng IP, làm việc trên cả hai phương tiện truyền thông vô tuyến và hữu
tuyến. NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng đa dịch vụ
dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều
khiển. Các ứng dụng cơ bản bao gồm thoại, hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp
nhất (unified messaging) như voice mail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ
tiềm năng khác.
Các đặc điểm của NGN:
1. Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SW-SoftSwitch) thay thế
các thiết bị tổng đài chuyển mạch phần cứng (hardware) cồng kềnh.
Các mạng của từng dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông
qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng
đài này dựa trên công nghệ SW được ví như là 'trái tim' của NGN.
2. Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động. Các loại tín hiệu
được truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới
đang tiến dần lên sử dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS.
3. Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn
quang với công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing)
hay DWDM (dense WDM).
3.1 CẤU TRÚC MẠNG NGN
Cấu trúc mạng NGN bao gồm 5 lớp chức năng: lớp truy nhập dịch vụ (service

access layer), lớp chuyển tải dịch vụ (service transport/core layer), lớp điều
khiển (control layer), lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer) và lớp
quản lý (management layer). Hình 1 thể hiện cấu trúc của NGN.
3.1.1 Lớp ứng dụng/dịch vụ
Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng
thông minh IN (Intelligent network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng
Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển Hệ thống ứng dụng và dịch
vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ
giao diện mở này mà nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và
triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng. Trong môi trường phát triển cạnh
tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này.
3.1.2 Lớp điều khiển
Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các
thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM+IP) của lớp
chuyển tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp điều khiển có chức
năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ. Các chức năng như
quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều
khiển.
Lớp chuyển tải dịch
vụ
chuyển tải này.
3.1.3 Lớp truy nhập dịch vụ
Bao gồm các nút chuyển mạch
(ATM+IP) và các hệ thống
truyền dẫn (SDH, WDM), thực
hiện chức năng chuyển mạch,
định tuyến các cuộc gọi giữa
các thuê bao của lớp truy nhập
dưới sự điều khiển của thiết bị
điều khiển cuộc gọi thuộc lớp

điều khiển. Hiện nay đang còn
nhiều tranh cãi khi sử dụng
ATM hay MPLS cho lớp
Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối
thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông qua
môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định )
3.1.4 Lớp quản lý
Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên. Các chức năng quản lý được chú
trọng là: quản lý mạng, quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh.
3.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG NGN
Mối tương quan giữa cấu trúc phân lớp
chức năng và các thành phần chính của mạng
NGN được mô tả trong hình 2.
Theo hình 2 ta nhận thấy, các loại thiết
bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập
(Access Network), sau đó kết nối đến các cổng
truyền thông (Media Gateway) nằm ở biên của
mạng trục. Thiết bị quan trọng nhất của NGN
là SW nằm ở tâm của mạng trục (còn hay gọi
là mạng lõi). SW điều khiển các chức năng
chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức.
Các giao thức này sẽ được xem xét kỹ ở phần
sau. Hình 3 liệt kê chi tiết các thành phần
trong mạng NGN cùng với các đặc điểm kết
nối của nó đến các mạng công cộng (PSTN).
3.2.1 Thiết bị SW ( SoftSwicth )
Thiết bị SW là thiết bị đầu não trong mạng NGN. Nó làm nhiệm vụ điều khiển
cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN hoặc
xuyên qua nhiều mạng khác (ví dụ PSTN, ISDN). SW còn được gọi là Call
Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway

Controller - MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thông - Media
Gateway).
Thiết bị SW có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng
báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway). SW điều
khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính:
- Ngang hàng (peer-to-peer): giao tiếp giữa SW và SW, giao thức sử
dụng là BICC hay SIP.
- Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa SW và Gateway, giao thức sử
dụng là MGCP hay Megaco/H.248.
3.2.2 Cổng truyền thông
Nhiệm vụ chủ yếu của cổng truyền thông (MG - Media Gateway) là
chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định
dạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet), hoặc
từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói. Việc chuyển đổi này được điều khiển
bằng SW. MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu thoại.
Ngoài ra, MG còn hỗ trợ các giao tiếp với mạng điện thoại truyền thống
(PSTN) và các giao thức khác như CAS (Channel Associated Signalling) và
ISDN. Tóm lại, MG cung cấp một phương tiện truyền thông để truyền tải thoại,
dữ liệu, fax và hình ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng gói IP.
3.2.3 Cổng truy nhập
Cổng truy nhập (AG - Access Gateway) là một dạng của MG. Nó có khả
năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và giao tiếp với
mạng gói IP qua giao tiếp STM. Ở mạng hiện nay, lưu lượng thoại từ thuê bao
được kết nối đến tổng đài chuyển mạch PSTN khác bằng giao tiếp V5.2 thông
qua cổng truy nhập. Tuy nhiên, trong mạng NGN, cổng truy nhập được điều
khiển từ SW qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248. Lúc này, lưu lượng thoại
từ các thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP.
Hình 3: Các thành phần chính trong NGN
3.2.4 Cổng báo hiệu
Cổng báo hiệu (SG - Signalling Gateway) đóng vai trò như một cổng giao

tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 - Signalling System 7, giao thức được dùng
trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị SW trong mạng IP. Cổng SG
đòi hỏi một đường kết nối vật lý đến mạng SS7 và phải sử dụng các giao thức
phù hợp. SG tạo ra một cầu nối giữa mạng SS7 và mạng IP, dưới sự điều khiển
của SW. SG làm cho SW giống như một điểm nút bình thường trong mạng SS7.
Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7; còn MG điều khiển các mạch thoại thiết lập
bởi cơ chế SS7.
3.2.5 Mạng trục IP
Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ ATM hoặc MPLS. Vấn
đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành 2 xu hướng. Các dịch vụ và
ứng dụng trên mạng NGN được quản lý và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ
(server). Các máy chủ này hoạt động trên mạng thông minh (IN - Intelligent
Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7.
3.3 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG MẠNG NGN
Các giao thức và báo hiệu trong mạng NGN được thể hiện trong sơ đồ hình 4.
3.3.1 Giao thức Megaco/H.248
Megaco và H.248 giống nhau, đều là giao thức điều khiển MG. Megaco được
phát triển bởi IETF (đưa ra vào cuối năm 1998), còn H.248 được đưa ra vào
tháng 5/1999 bởi ITU-T. Sau đó cả IETF và ITU-T cùng hợp tác thống nhất giao
thức điều khiển MG, kết quả là vào tháng 6/2000 chuẩn Megaco/H.248 ra đời.
Megaco/H.248 là báo hiệu giữa SW/MGC với MG (Trunking Media
Gateway, Lines Media Gateway hoặc IP Phone Media Gateway). Megaco/H.248
điều khiển MG để kết nối các luồng từ ngoài. Sơ đồ điều khiển MG của
Megaco/H.248 được thể hiện ở hình 5.
Megaco/H.248 tương tự với MGCP về mặt cấu trúc và mối liên hệ giữa
bộ điều khiển và cổng gateway, tuy nhiên Megaco/H248 hỗ trợ đa dạng hơn các
loại mạng (ví dụ ATM).
Hình 4: Sơ đồ các giao thức
3.3.2 Giao thức BICC
BICC (Bearer Independent Call Control) là giao thức báo hiệu giữa 2

MGC/Call Server, có thể là từ các nhà cung cấp khác nhau, nhằm mục đích đảm
bảo lưu lượng thoại dùng kỹ thuật gói (VoP - Voice over Packet). Theo ITU-T,
BICC được thiết kế để có thể tích hợp hoàn toàn với các mạng hiện hữu và bất
kỳ hệ thống nào có hỗ trợ việc chuyển tải bản tin nhắn thoại.
BICC hỗ trợ các dịch vụ băng hẹp (PSTN, ISDN) một cách độc lập với
đường truyền và kỹ thuật chuyển tải bản tin báo hiệu. Bản tin BICC chuyên chở
cả thông tin điều khiển cuộc gọi và điều khiển đường truyền. BICC góp phần
đơn giản hóa các báo hiệu sử dụng cho việc giao tiếp hoạt động giữa mạng
truyền thống vào mạng NGN. Nói cách khác, mạng NGN với nền tảng mạng
chuyển mạch gói có thể cung cấp đầy đủ các dịch vụ băng hẹp thông qua báo
hiệu BICC.
Trong BICC, giao thức báo hiệu điều khiển đường truyền phụ thuộc vào
công nghệ đường truyền lớp dưới như ATM, IP/MPLS.
Hình 6 mô tả ứng dụng của BICC trong việc liên kết hoạt động giữa mạng
truyền thống (PSTN/ISDN) và mạng NGN. Hai thuê bao điện thoại truyền thống
liên lạc với nhau thông qua sự điều khiển của softswitch theo báo hiệu BICC.
Báo hiệu SIP sử dụng trong trường hợp 2 thuê bao IP phone hoặc một thuê bao
IP phone liên lạc với một thuê bao điện thoại truyền thống.
3.3.3 Giao thức SIP
SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức điều khiển lớp ứng dụng
được thiết kế và phát triển bởi IETF. Giao thức SIP được sử dụng để khởi tạo,
điều chỉnh và chấm dứt các phiên làm việc với một hay nhiều yếu tố tham dự.
Một phiên được hiểu là một tập hợp nơi gửi, nơi nhận liên lạc với nhau và trạng
thái bên trong mối liên lạc đó. Ví dụ trạng thái có thể bao gồm cuộc gọi điện
thoại Internet, tín hiệu đa phương tiện phân tán, hội nghị truyền thông đa
phương tiện, hay có thể là trò chơi máy tính phân tán
Là giao thức báo hiệu mở, mềm dẻo và có khả năng mở rộng, SIP khai
thác tối đa công cụ Internet để tạo ra nhiều dịch vụ mới trong mạng NGN. Sơ đồ
giao thức báo hiệu SIP trong NGN được thể hiện trong hình 7. SIP còn được
dùng làm báo hiệu giữa 2 SW như thể hiện ở hình 6.

Giao thức khởi tạo phiên SIP thâm nhập vào thiết kế SW không chỉ như
một giao thức báo hiệu cuộc gọi mà còn đóng vai trò của một cơ cấu vận chuyển
cho các giao thức khác và cho báo hiệu của thiết bị SW đến các server ứng dụng
và cho các hệ thống đáp ứng thoại tương tác hai chiều. Hiện nay SIP được dùng
phổ biến cho Voice Over IP. Hiện nay, SIP đang trở thành lựa chọn thay thế
H.323 để trở thành giao thức điểm nối điểm (end-to-end protocol) trong công
nghệ SW.
Hình 5: Sơ đồ điều khiển MG của Megaco/H.248
3.3.4 Giao thức H.323
H.323 là giao thức chuẩn cho việc liên lạc bằng thoại, hình và dữ liệu
trong hệ thống mạng IP (bao gồm mạng Internet). H.323 là tập hợp các chuẩn
của ITU cho việc truyền thông đa phương tiện và là một trong những chuẩn
chính cho VoIP như Megaco hay SIP.
H.323 được công bố lần đầu tiên vào năm 1996 và phiên bản mới nhất
(version 5) được hoàn thành vào năm 2003. Các thành phần trong cấu trúc
H.323 gồm có terminal, gateway, gatekeeper ('Kiến trúc H.323 ' trên TGVT
A 1/2004, tr.75).
3.3.5 MGCP: Media Gateway Control Protocol
MGCP là giao thức VoIP và là một chuẩn được xác định bởi IETF, được
dùng để điều khiển MG từ MGC/SW. MGCP là một giao thức chủ tớ
(master/slave) mà qua đó MG sẽ thực thi các lệnh được gửi từ MGC/SW. MG
truyền tải các loại tín hiệu như thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa mạng IP và mạng
truyền thống (PSTN). Có thể hiểu, trong mô hình MGCP, các MG chú trọng vào
chức năng phiên dịch tín hiệu âm thanh, trong khi SW đảm nhận chức năng xử
lý báo hiệu và cuộc gọi.
Chú ý, MGCP và Megaco/H.248 đều là giao thức điều khiển MG từ
MGC/SW. Tuy nhiên, Megaco/H.248 là giao thức mới hơn và đang có xu hướng
thay thế MGCP. Một số thiết bị được sản xuất hỗ trợ cả hai giao thức cùng một
lúc.
Hình 7: SIP trong mạng NGN

Kết lu
ận
Từ những đặc điểm của một hệ thống mạng 3G và mạng lõi của nó, ta có
thể nhận thấy mô hình phù hợp với mạng GSM của Việt Nam hiện là mô hình
phát triển dần dần, phát triển 3G từ các thành phố rồi mở rộng dần ra vùng sâu
vùng xa kết hợp với việc nâng cấp mạng lõi ( NGN ). Tốc độ nhanh hay chậm là
tùy thuộc vào tham vọng cũng như năng lực của từng nhà cung cấp.
Việc nâng cấp mạng lưới là rất cần thiết cho sự hình thành và phát triển
của các dịch vụ di động cao cấp ngoài dịch vụ thoại truyền thống, giúp nâng cao
khả năng và dung lượng của hệ thống. Thêm vào đó, tính liền mạch và kế thừa
khi nâng cấp là rất quan trọng vì tận dụng được hệ thống có sẵn, không lãng phí