ĐỀ TÀI TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IP CHO MẠNG 3G

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
KHOA MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG
ĐỒ ÁN MÔN
CÔNG NGHỆ VỆ TINH
ĐỀ TÀI
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IP CHO MẠNG 3G
Giáo viên : Th.S Trần Bá Nhiệm
Lớp: MMT03
Sinh viên: Nguyễn Cao Tiến 08520601
Vương Trường Vũ 08520622

Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
- MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
LỜI MỞ ĐẦU viii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 3G 1
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1
1.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma 2000 thế hệ thứ 3 2
1.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA 5
1.2 MẠNG 3G 8
1.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000 9
1.2.2 Mô hình tham khảo mạng WCDMA 13
1.3 MIP 16
1.3.1 Tổng quan về MIP 17
1.3.2 MIPv4 19
1.3.3 MIPv6 21
CHƯƠNG 2: IP CHO MẠNG DI ĐỘNG 3G 22
2.1 MỞ ĐẦU 22
2.1.1 Ip 22

2.1.2 3G 22
2.1.3 IP cho mạng 3G 23
2.1.4 Nguyên lý thiết kế một mạng IP 23
2.2 IP CHO 3G 24
2.2.1 Nguyên lý 24
2.2.2 Kiến trúc tổng thể 26
2.2.3 Định tuyến và tính di động 27
2.2.4 Giao diện 30
2.3 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG 31
2.3.1 Truyền dẫn trên mạng IP với UMTS R4 31
2.3.2 UMTS R5- điều khiển cuộc gọi IP và báo hiệu 33
CHƯƠNG 3: IP DI ĐỘNG 38
3.1 Giới thiệu- IP di động là gì? 38
3.1.1. Cá nhân và đầu cuối di động 38
3.1.2 Các vấn đề của IP di động 39
3.2 GIỚI THIỆU ĐẦU CUỐI DI ĐỘNG 44
3.3 SIP- MỘT GIAO THỨC CHO DI ĐỘNG CÁ NHÂN 46
KẾT LUẬN 48
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 49
Bảng phân công nhiệm vụ
Nguyễn Cao Tiến Chương 1 & 3
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
i
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
Vương Trường Vũ Chương 2
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
ii
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
3G Third Generation

3GPP Third Generation Partnership Project
AAA
Authentication Authorization
Accounting
AC Authentication Center
AN Access Network
ANG Access Network’s Gateway
API Application Programming Interface
AR Access Router
ARP Address Resolution Protocol
BS Base Station
BSC Base Station Controller
BSS Base Station System.
BTS Base Transceiver Station
CAMEL
Customised Application for Mobile
network Enhanced Logic
CDCP Call Data Collection Point
CDGP Call Data Generation Point
CDIS Call Data Information Source
CDPD Cellular Digital Packet Data
CDRP Call Data Rating Point
CF Collection Funtion
CoA Care-of Address
CPL Call Programming Language
CS Circuit Switching
CSC Customer Service Center
DCE Data Circuit Equipment
DF Delivery Function
DHCP

Dynamic Host Configuration
Protocol
DNS Domain Name System
DRR Domain Root Router
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
iii
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
EIR Equipment Identity Register
GFA Gateway Foreign Agent
GGSN Gateway GPRS Support Node
GMSC Gateway Mobile Switch Centre
GPRS General Packet Radio Service
GSM
Global System For Mobile
Communications
HLR Home Location Register
HSDPA High Speed Downlink Packet Access
HTTP Hyper text Transfer Protocol
IAP Intercept Access Point
IAPP Inter-access Point Protocol
IM Instant Messaging
IP Intelligent Peripheral
ISDN Intergrated Service Didital Network
IWF InterWorking Function
LAC Link Access Control
MAP Mobile Application Part
MC Message Center
MG Media Gateway
MGC Media Gateway Controler
MIME

Multipurpose Internet Mail
Extensions
MO Mobile Originating
MS Mobile Station
MSC Main Switching Center
MT Mobile Terminating
MWNE Manager Wireless Network
NPDB Number Portability Database
OSF Operation System Function
OTAF Over The Air Service Function
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
iv
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
PC Personal Computer
PDN Public Data Network.
PDSN Packet Data Service Node
PLMN Public Land Mobile Network.
PS Packet Switching
PSTN Public Switched Telephone Network
RLP Radio Link Protocol
RRP Registration Reply
RRQ Registration Request Message
RTCP Real –Time Control Protocol
RTP Real-Time Protocol
SCF Service Control Funtion
SCP Service Control Point
SDP Session Description Protocol
SG Signalling Gateway
SGSN Serving GPRS Support Node
SIP Session Initiation Protocol

SME Short Message Entity
SN Service Node
TA Terminal Adapter
TDMA Time Division Mulptiple Access
TE Terminal Equipment
TLS Transport Layer Security
UIM User Identity Mudule
URL Uniform Resource Locators
WAP Wireless Application Protocol
WNE Wireless Network Entity
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3 2
Hình 1.2: Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000 5
Hình 1.4: Biểu đồ thời gian HSCSD đối xứng và không đối xứng 7
Hình 1.5: Cấu trúc mạng GPRS 8
Hình 1.7: Mô hình tham khảo mạng cdma2000 10
Hình 1.8: Kiến trúc chung của hệ thống cdma2000 13
Hình 1.9: Kiến trúc chung của mạng 3G phát hành R3 14
Hình 1.10: Kiến trúc mạng 3G phát hành R4 15
Hình 1.12: Đăng ký tam giác và định tuyến 18
Hình 1.14: Tối ưu định tuyến 19
Hình 2.1: Mô hình chồng giao thức TCP/IP 24
Hình 2.2: Router truy nhập bắt đầu từ BS (hay node B) 27
Hình 2.3: Một mạng sử dụng IP cho 3G 27
Hình 2.4: Mô hình tham chiếu IP2W từ dự án EU BRAIN 31
Hình 2.5: Kiến trúc của UMTS R4 32
Hình 2.6: Kiến trúc của R5 33
Hình 2.7: Một cuộc gọi giữa 2 thuê bao sử dụng dịch vụ tên miền IM 37

Hình 3.1: Tính di động khác nhau, các giải pháp ánh xạ giữa nhận dạng và định vị 42
Hình 3.2: Macromobility và micromobility 45
Hình 3.3: Sử dụng bản tin SIP REFER cho tính di động lớp ứng dụng 47
Trang
vii
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng thông tin di động 3G
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay chúng ta ai cũng thấy rõ vai trò quan trọng của thông tin di động bởi
khả năng kết nối thông tin mọi lúc mọi nơi, đảm bảo sự hài lòng đối với tất cả khách
hàng. Cùng với sự phát triển của xã hội, sự bùng nổ thông tin thì thông tin di động
cũng liên tục phát triển để đáp ứng những nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.
Thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời với tên IMT – 2000 là một nỗ lực phát triển của
những người nghiên cứu nhằm tạo ra một hệ thống thông tin di động có tốc độ truy cập
cao, linh hoạt, tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có.
Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu mà IP đã đặt ra các yêu mới đối với
viễn thông di động. Thông tin di động thế hệ 2 mặc dù sử dụng số nhưng là hệ thống
băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng
được dịch vụ mới này. Công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba là giai đoạn mới trong sự
tiến hóa của ngành viễn thông di động.
Đồ án chuyên đề “ Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G”, đây là một đề tài kết
hợp các kiến thức về mạng viễn thông và thông tin di động.
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
viii
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 3G
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Khi con người có hệ thống thông tin cố định qua các máy để bàn, họ mong ước
có một hệ thống di động để có thể trao đổi thông tin mọi lúc mọi nơi. Để đáp ứng yêu
cầu đó, mạng thông tin di động ra đời, trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ hệ thống
tương tự sử dụng kỹ thuật FDMA đến các hệ thống số TDMA và CDMA. Căn cứ vào

các kỹ thuật sử dụng cho hệ thống, các dịch vụ mà hệ thống có thể đáp ứng được ta
chia lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động thành các thế hệ được biểu diễn
theo bảng sau:
Bảng 1: Lịch sử phát triển lên thế hệ thứ 3 của mạng di động
Thế hệ thống tin
di động
Hệ thống Các dịch vụ Chú thích
Thế hệ 1(1G) AMPS, TACS,
NMT
Tiếng thoại FDMA, tương tự
Thế hệ 2(2G) GSM, IS-36, IS-
95
Chủ yếu tiếng
thoại kết hợp với
các dịch vụ bản
tin ngắn.
TDMA hoặc
CDMA số băng
hẹp (8-13kbps)
Thế hệ 2.5 GPRS, EDGE,
CDMA 1x
Trước hết là tiếng
thoại có đưa thêm
các dịch vụ số
liệu gói
TDMA(kết hợp
nhiều khe thoại
hoặc nhiều tần
số), CDMA tốc
độ mã cao hơn

Thế hệ 3(3G) CDMA2000,
WCDMA
Các dịch vụ tiếng
và số liệu gói
thiết kế để truyền
tiếng và số liệu đa
phương tiện
Sử dụng CDMA
băng rộng
Sơ đồ Hình 1.1 sau đây tổng kết quá trình phát triển của hệ thống thông tin di
động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3.
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
1
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G

Hình 1.1: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3.
1.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma 2000 thế hệ thứ 3.
Mạng IS-95 (cdmaOne) không phải là mạng đầu tiên trên thế giới cung cấp truy
nhập số liệu nhưng đây lại là mạng được thiết kế duy nhất để truyền số liệu. Chúng xử
lý truyền dẫn số liệu và tiếng theo cách rất giống nhau. Khả năng truyền dẫn tốc độ
thay đổi có sẵn ở trong cdmaOne cho phép quyết định lượng thông tin cần phát, vì thế
cho phép chỉ sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu. Vì các hệ thống cdmaOne sử
dụng truyền tiếng đóng gói trên đường trục (ví dụ từ BTS đến MSC) nên khả năng
truyền dẫn số liệu gói đã có sẵn trong các thiết bị. Công nghệ truyền dẫn số liệu gói
của cdmaOne sử dụng ngăn xếp giao thức số liệu gói tổ ong (CDPD: Cellular Digital
Packet Data) phù hợp với giao thức TCP/IP.
IP di động (giao thức internet cho di động) là sự cải thiện các dịch vụ số liệu gói.
IP di động cho phép người sử dụng duy trì kết nối số liệu liên tục và nhận được một
địa chỉ ID khi di động giữa các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) hay chuyển đến các
mạng CDMA khác.

Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU IMT-2000 là tạo ra các tiêu chuẩn
khuyến khích sử dụng một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức độ cao việc
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
2
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
nhiều người thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ cao. IMT-2000 sẽ sử dụng các đầu cuối bỏ
túi kích cỡ nhỏ, mở rộng nhiều phương tiện khai thác và triển khai cấu trúc mở cho
phép đưa ra các mới. Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ tiếng vô
tuyến có các mức chất lượng hữu tuyến đồng thời tốc độ và dung lượng cần thiết để hỗ
trợ đa phương tiện và các ứng dụng tốc độ cao.
Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000 là tương thích với hệ thống cũ
cdmaOne về: các dịch vụ tiếng, các bộ mã hoá tiếng, các cấu trúc báo hiệu và các khả
năng bảo mật.
Giai đoạn một của cdma2000 sẽ sử dụng độ rộng băng tần 1,25 Mhz và truyền số
liệu tốc độ đỉnh 144 kbps cho các ứng dụng cố định hay di động. Giai đoạn hai của
cdma2000 sẽ sử dụng động rộng băng tần 5Mhz và có thể cung cấp tốc độ số liệu
144kbps cho các dịch vụ số liệu và 2Mbps cho các dịch vụ cố định. Các nhà công
nghiệp tiên đoán rằng giai đoạn cdma2000 3x sẽ dần tiến đến tốc độ 1Mhz cho từng
kênh lưu lượng. Bằng cách hợp nhất hay bó hai kênh người sử dụng sẽ đạt được tốc độ
đỉnh 2Mbps là tốc độ đích của IMT-2000.
Sự khác nhau căn bản giữa giai đoạn một và hai của cdma2000 là độ rộng băng
tần và tốc độ băng thông tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh. Giai đoạn hai sẽ đưa
các khả năng tốc độ tiên tiến và đặt nền móng cho các dịch vụ tiếng 3G phổ biến, sử
dụng VoIP. Vì các tiêu chuẩn cdma2000 1x và cdma2000 3x phần lớn sử dụng chung
các dịch vụ vô tuyến băng gốc nên các nhà khai thác có thể sử dụng một bước tiến căn
bản đến các khả năng đầy đủ của 3G bằng cách thực hiện cdma2000 1x. Cdma2000
giai đoạn hai sẽ bao gồm mô tả chi tiết các giao thức báo hiệu, quản lý số liệu và các
yêu cầu mở rộng từ vô tuyến 5Mhz đến 10 Mhz và 15 Mhz trong tương lai.
Bằng cách chuyển từ giao diện vô tuyến IS-95 hiện nay sang IS-2000 1x của tiêu
chuẩn cdma2000, các nhà khai thác đạt được tăng dung lượng vô tuyến gấp đôi và có

khả năng xử lý số liệu gói đến 144kbps. Khả năng của cdma2000 giai đoạn một bao
gồm lớp vật lý mới cho các cỡ kênh 1x1,25 Mhz và 3x1,25 Mhz, hỗ trợ các tuỳ chọn
đường xuống trải phổ trực tiếp và đa sóng mang 3x và các định nghĩa cho 1x và 3x.
Các nhà khai thác cũng sẽ được hưởng sự cải thiện dịch vụ tiếng với dung lượng tăng
2 lần.
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
3
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
Thực hiện giai đoạn hai của cdma2000 sẽ mang lại rất nhiều khả năng mới và
tăng cường dịch vụ. Giai đoạn hai sẽ tăng cường tất cả các kích cỡ kênh (6x, 9x, 12x)
cơ cấu cho các dịch vụ tiếng, bộ mã hoá tiếng cho cdma2000 bao gồm VoIP. Với giai
đoạn hai các dịch vụ đa phương tiện thực sự sẽ được cung cấp và sẽ mang lại các cơ
hội lợi nhuận bổ sung cho các nhà khai thác. Các dịch vụ đa phương tiện sẽ có thể thực
hiện được thông qua MAC số liệu gói, hỗ trợ đầy đủ cho dịch vụ số liệu gói đến
2Mbps, RLP hỗ trợ tất cả các tốc độ số liệu đến 2Mbps và mô hình gọi đa phương tiện
tiên tiến.
Ở lĩnh vực các dịch vụ và báo hiệu, giai đoạn hai cdma2000 sẽ đem đến cấu trúc
báo hiệu 3G cdma2000 tự sinh đối với điều khiển truy nhập đoạn nối (LAC: Link
Access Control) và cấu trúc báo hiệu lớp cao. Các cấu trúc này đảm bảo hỗ trợ để tăng
cường tính riêng tư, nhận thực và chức năng mật mã. Cấu trúc và thiết bị mạng hiện có
của nhà khai thác sẽ ảnh hưởng đến sự chuyển đổi này. Một mạng được xây dựng trên
cấu trúc mở tiên tiến với lộ trình chuyển đổi rõ ràng có thể nhận được các khả năng
của IS-2000 1x bằng cách chuyển đổi modul đơn giản. Các mạng có cấu trúc ít linh
hoạt hơn có thể đòi hỏi các bước chuyển đổi tốn kém để thay thế toàn bộ hệ thống thu
phát gốc BTS. Để đạt được tốc độ đỉnh nhà khai thác có thể nâng cấp phần mềm cho
mạng và các trạm gốc để hỗ trợ giao thức số liệu của IS-2000 1x.
Sẽ phải có điểm phục vụ số liệu gói để hỗ trợ kết nối số liệu cho Internet. Nhiều
nhà cung cấp các thiết bị đã đưa ra các giải pháp tích hợp điểm phục vụ số liệu vì thế
mở ra lộ trình liên tục tiến tới các 3G. Hình vẽ sau cho thấy quá trình phát triển của IS-
95.

Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
4
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
Hình 1.2: Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000
Thiết kế cdma2000 cho phép triển khai các tăng cường của 3G trong khi vẫn
duy trì hỗ trợ 2G cho cdmaOne hiện có ở dải phổ mà nhà khai thác đang sử dụng hiện
nay.
Cả cdma2000 giai đoạn một và hai đều có thể hoà trộn với cdmaOne để sử dụng
hiệu quả phổ tần tuỳ theo nhu cầu của khách hàng. Chẳng hạn một nhà khai thác có
nhu cầu lớn về dịch vụ số liệu tốc độ cao có thể chọn triển khai giai đoạn một
cdma2000 và cdmaOne với sử dụng nhiều kênh hơn cho cdmaOne. Ở một thị trường
khác, người sử dụng có thể chưa cần nhanh chóng sử dụng các dịch vụ tốc độ số liệu
cao thì số kênh sẽ được tập trung chủ yếu cho cdmaOne. Vì các khả năng cdma2000
giai đoạn hai đã sẵn sàng, nhà khai thác thậm chí có nhiều cách lựa chọn hơn trong
việc sử dụng phổ để hỗ trợ các dịch vụ mới.
1.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA
Để đảm bảo đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình
ảnh đồng thời đảm bảo tính kinh tế, tính hệ thống, thông tin di động thế hệ hai sẽ được
chuyển đổi từng bước sang thế hệ ba. Tổng quát quá trình chuyển đổi này như sau:
Hình 1.3: Lộ trình phát triển từ GSM lên W-CDMA
Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
5
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
hơn. Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu trong cùng một mạng là chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói như sau:
Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:
Dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short Message Service).
Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4 kbps.
Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbps.

Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo:
Chứa cả chế độ dịch vụ kênh.
Dịch vụ Internet, email
Sử dụng chức năng IWF/PDSN.
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giao đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng
dụng vô tuyến. Giai đoạn tiếp theo để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng số liệu chuyển
mạch kênh tốc độ cao như HSCSD, dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS và tốc độ số
liệu tăng cường để phát triển EDGE.
a) Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD là một dịch vụ cho phép tăng tốc
độ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện nay 9,6 kbps (hay cải tiến 14,4kbps) của
GSM. Để tăng tốc độ số liệu người sử dụng có thể được cấp nhiều khe thời gian một
lúc hơn. Có thể kết hợp linh hoạt từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ số liệu
cực đại là 64kbps cho một người sử dụng. Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí
còn hỗ trợ tốc độ lên đến 8x13.4 kbps và như vậy có thể đạt được tốc độ trên 100
kbps.
Một tính năng đặc biệt của HSCSD là nó hỗ trợ cả kết nối đối xứng và không đối
xứng (như Hình 1.4). Từ hình 1.4 ta thấy ở chế độ HSCSD đối xứng, số khe phát từ
BTS đến MS bằng số khe thời gian theo chiều ngược lại. Ở chế độ bất đối xứng, số
khe theo đường xuống lớn hơn số khe của đường lên. Chế độ phát không đối xứng
được sử dụng khi người dùng muốn truy nhập mạng internet, thông thường dữ liệu tải
về lớn hơn rất nhiều dữ liệu đưa lên mạng.
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
6
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G

Hình 1.4: Biểu đồ thời gian HSCSD đối xứng và không đối xứng
b) Dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS
Dịch vụ GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao cho GSM. GPRS khác với
HSCSD ở chỗ là nhiều người sử dụng có thể dùng chung một tài nguyên vô tuyến vì

thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến sẽ rất cao. Một MS ở chế độ GPRS chỉ dành
được tài nguyên vô tuyến khi nó thực sự có dữ liệu cần phát và ở thời điểm khác,
người sử dụng khác có thể sử dụng chung tài nguyên vô tuyến này. Nhờ vậy băng tần
được sử dụng rất hiệu quả. Cấu trúc của một mạng GPRS như trên Hình 1.5.
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
7
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
Hình 1.5: Cấu trúc mạng GPRS
Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ
trên 100 kbps. Tuy nhiên đây chỉ là tốc độ đỉnh và nếu đồng thời có nhiều người sử
dụng dịch vụ thì tốc độ sẽ thấp hơn nhiều.
c) Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE)
Nói chung cấu trúc EDGE giống như GPRS tuy nhiên ở đây sử dụng kỹ thuật
điều chế nhiều trạng thái hơn (8-PSK) vì thế nâng cao được tốc độ truyền dẫn.
1.2 MẠNG 3G
Như chúng ta đã theo dõi lịch sử phát triển của mạng thông tin di động. Để tiến
tới một hệ thống thông tin di động 3G chúng ta có hai cách phát triển tuỳ theo hiện
trạng mạng sẵn có sử dụng công nghệ GSM hay công nghệ cdmaOne. Trên thế giới
hiện nay đã có một số nước xây dựng hoàn chỉnh hệ thống thông tin di động 3G như ở
Hàn Quốc và Nhật Bản và với ưu điểm về tốc độ và dịch vụ, 3G sẽ là xu thế tất yếu
mà mỗi nhà khai thác cần phải hướng tới.
Mạng thông tin di động 3G giai đoạn đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng
chuyển mạch gói (PS) và các vùng chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và
tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch ứng dụng công nghệ
ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP chuyển mạch kênh sẽ dần được thay
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
8
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu thời gian thực (như tiếng và
video) cuối cùng cũng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển

mạch gói. Hình1.6 cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động
3G.

Hình 1.6: Kiến trúc tổng quát một mạng di động kết hợp cả CS và PS
1.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
9
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
Hình 1.7: Mô hình tham khảo mạng cdma2000
Mô hình tham khảo bao gồm: Các thực thể mạng và các điểm tham khảo. Dưới
đây ta xét một số thực thể mạng đặc biệt trên hình và chưa được xét ở phần trước.
1. AAA là một thực thể đảm bảo hoạt động giao thức Internet để hỗ trợ nhận
thực trao quyền và thanh toán. Các chức năng IP được định nghĩa trong tài liêu của
IETF. AAA tương tác với PSDN để thực hiện ba chức năng AAA trong việc hỗ trợ
PSDN cho các trạm di động yêu cầu. AAA tương tác với các thực thể AAA khác để
thực hiện các chức năng khi AAA tại nhà nằm ngoài mạng di động đang phục vụ.
2. AC là thực thể quản lý thông tin nhận thực liên quan đến MS. AC có thể
hoặc không đặt bên trong HLR. Một AC có thể phục vụ nhiều HLR.
3. BS là thực thể cung cấp các phương tiện để MS truy nhập mạng bằng đường
vô tuyến. MS bao gồm BTS và BSC.
4.BSC là thực thể đảm bảo điều khiển và quản lý với nhiều BTS. BSC trao đổi
bản tin với cả BTS và MSC. Lưu lượng và báo hiệu liên quan với điều khiển cuộc gọi,
quản lý tính di động và quản lý MS có thể được truyền trong suốt qua BSC.
5. BTS là tực thể đảm bảo truyền dẫn qua điểm tham khảo U ( hay môi trường
vô tuyến).
6. CDCP Là thực thể thu nhân thông tin chi tiết về cuộc gọi.
7. CDGP là thực thể cung cấp các thông tin chi tiết về cuộc gọi cho CDCP ở
khuôn dạng IS-123.
8. CDIS là thực thể có thể là nguồn thông tin chi tiết về cuộc gọi. Thông tin này
có thể ở một khuôn dạng riêng không nhất thiết phải ở dạng IS-123.

9. CDRP là thực thể nhân thông tin chi tiết cuộc gọi khuôn dạng IS-124, không
tính cước và cung cấp thông tin liên quan đến cước phí. Thông tin này được bổ sung
bằng cách sử dụng IS-123.
10. CF là thực thể chịu trách nhiêm thu thâp thông tin bị chặn cho các cơ quan
thi hành pháp luât.
11.CSC là thực thể mà tại đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể nhân các cuộc
gọi điên thoại từ khách hàng muốn đăng ký cho việc cho việc bắt đầu dịch vụ vô tuyến
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
10
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
hoặc các yêu cầu khác.
12. CDE là một kết cuối bảo đảm giao diện giữa mạng với người sử dụng không
phải là ISDN.
13.DF là thực thể làm nhiêm vụ chuyển các cuộc gọi bị chặn đến một hay nhiều
CF.
14. EIR là một thực thể đảm bảo để ghi lại số nhân dạng thiết bị của người sử
dụng.
15.HLR là bộ ghi định vị để ghi lại số nhân dạng của người sử dụng.
16.IP (ngoại vi thông minh) là thực thể thực hiện chức năng tài nguyên đặc biệt
như: thông báo bằng lời (từ băng), thu thâp các chữ số, thực hiện việc chuyển đổi tiếng
thành văn bản hoặc văn bản thành tiếng, ghi và lưu các bản tin tiếng, các dịch vụ Fax,
các dịch vụ số liệu
17. IAP đảm bảo việc truy nhập đến các cuộc thông tin đến hoặc từ thiết bị, các
phương tiện hay các dịch vụ của một đối tượng bị chặn.
18. IWF là một thực thể đảm bảo việc biến đổi thông tin cho một hay nhiều
WNE. Một IWF có thể có giao diện đến một WNE để đảm bảo các dịch vụ biến đổi.
IWF có thể làm tăng thêm một giao diện được nhân dạng giữa hai WNE để cung cấp
các dịch vụ biến đổi cho cả hai WNE.
19. MWNE là thực thể vô tuyến bên trong thực thể tập thể hay một thực thể
mạng đặc thù bất kỳ cần quản lý vô tuyến của OS bao hàm cả OS khác.

20. MC là thực thể làm nhiêm vụ lưu và phát các bản tin ngắn. MC cũng có thể
đảm bảo các dịch vụ bổ sung cho dịch vụ bản tin ngắn (SMS).
21. MS là đầu cuối được thuê bao sử dụng để truy nhập mạng ở giao diện vô
tuyến. MS có thể là thiết bị cầm tay, đặt trong xe hoặc đặt cố định. MS là thiết bị vô
tuyến được dùng để kết cuối đường truyền vô tuyến tại thuê bao.
22. MSC là thực thể chuyển mạch lưu lượng được khởi xướng hoặc kết cuối ở
MS. Thông thường một MSC được kết nối với ít nhất một BS. Nó cũng có thể đóng
vai trò cổng khi kết nối với một mạng khác.
23. MT0 là kết cuối MS có khả năng tự truyền số liệu mà không hỗ trợ giao
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
11
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
diện ngoài
24. MT1 là kết cuối MS cung cấp giao diện người sử dụng ISDN và mạng.
25. MT2 là kết cuối MS cung cấp giao diện kết nối không phải là giao diện
người sử dụng ISDN và mạng.
26. NPDB là một thực thể cung cấp thông tin về tính cầm tay cho các số danh
bạ cầm tay.
27. OSF được định nghĩa bởi OSF của TMN (mạng quản lý viễn thông). Các
chức năng này bao hàm cả chức năng lớp quản lý phần tử, lớp quản lý mạng, lớp quản
lý dịch vụ và lớp quản lý kinh doanh phân bố ở tất cả các chức năng của hê điều hành.
28.OTAF là thực thể giao diện theo chuẩn riêng đến CSC để hỗ trợ các hoạt
động trang bị dịch vụ.
29. PDSN là thực thể cung cấp các chức năng giao thức Internet cho mạng di
động. PDSN thiết lập, duy trì và kết nối các phiên của lớp đoạn nối với MS. PDSN
định tuyến các datagram IP đến PDN. PDSN có thể hoạt động như một tác nhân MIP
ngoài nhà trong mạng di động. PDSN tương tác với AAA để hỗ trợ việc nhận thực,
trao quyền, và tính cước. PDSN có thể giao tiếp với một hay nhiều mạng IP để đảm
bảo truy nhập mạng Internet.
30. PDN đảm bảo cơ chế truyền tải số liệu gói giữa các thực thể mạng và thực

hiện xử lý các khả năng sử dụng các dịch vụ này.
31. SCP là thực thể hoạt động như một cơ sở dữ liệu thời gian thực và hệ thống
xử lý thao tác để đảm bảo chức năng điều khiển dịch vụ và số liệu dịch vụ.
32. SN là thực thể đảm bảo điều khiển dịch vụ, số liệu dịch vụ các tài nguyên
đặc biệt và các chức năng điều khiển cuộc gọi để hỗ trợ các dịch vụ liên quan đến vật
mang.
33. SME là thực thể sắp xếp và giải sắp xếp các bản tin ngắn. SME có thể hoặc
không được sắp xếp bên trong HRL, MC, VLR hay MSC.
34. TA là thực thể chuyển đổi báo hiệu và số liệu của người sử dụng giữa giao
diện không phải là ISDN và giao diện ISDN.
35. TAm (bộ thích ứng m) là thực thể biến đổi báo hiệu và số liệu của người sử
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
12
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
dụng giữa giao diện không phải là ISDN và ISDN.
36. TE1 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện người sử dụng ISDN và mạng.
37. TE2 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện giữa người sử dụng không phải
ISDN và mạng.
38. UIM chứa thông tin về thuê bao và có thể chứa thông tin đặc thù thuê bao.
UIM có thể hoặc được kết hợp bên trong đầu cuối di động hoặc có thể rút ra được.
39. VRL là bộ ghi định vị khác với HLR, nó được MSC sử dụng để thu nhân
thông tin cho việc xử lý cuộc gọi đến hoặc từ thuê bao khác.
40.WNE là thực thể mạng ở thực thể tổng thể.
Kiến trúc chung của một hệ thống cdma2000 như hình vẽ dưới đây.
Hình 1.8: Kiến trúc chung của hệ thống cdma2000
1.2.2 Mô hình tham khảo mạng WCDMA
Hình 1.9 cho thấy cấu trúc mạng cơ sở của W-CDMA phiên bản 3.
Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch di động (MSC) và các node hỗ trợ
chuyển mạch gói phục vụ (SGSN). Các kênh thoại và chuyển mạch gói được kết nối
với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch kênh và các node chuyển

mạch gói cổng: GMSC và GGSN. Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng
ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF). Ngoài các trung tâm
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
13
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
chuyển mạch kênh và các node chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu
cần thiết cho mạng di động như HLR, AUC và EIR.
Mạng truy nhập vô tuyến có các phần tử sau:
 RNC: Radio Network Controller: Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò
như BSC ở mạng thế hệ hai.
 Node B: đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động.
 UE: User Equipment: thiết bị người sử dụng.
Hình 1.9: Kiến trúc chung của mạng 3G phát hành R3
UE bao gồm thiết bị di động ME và modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM).
USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khóa bảo an
(giống như SIM ở GSM). Giao diện giữ UE và mạng gọi là giao diện Uu. Trong các
quy định của 3GPP trạm gốc được gọi là node B. Node B được nối đến một bộ điều
khiển mạng vô tuyến RNC. RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các node B
được nối với nó. RNC đóng vai trò giống như BSC ở GSM. RNC kết hợp với các node
B nối với nó được gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network
Subsystem). Giao diện giữa node B và RNC được gọi là giao diện Iub. Khác với giao
diện Abis tương ứng ở GSM, giao diện này được tiêu chuẩn hoá hoàn toàn và để mở
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
14
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
vì thế có thể kết nối node B của nhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác.
Trong thực tế tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từ UMTS đến
GSM và ngược lại. Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển
khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ của UMTS vì thế các
thuê bao UMTS có khả năng nhận được dịch vụ của GSM cũ. Nếu UTRAN và GSM

BSS được nối đến các MSC khác nhau chuyển giao giữa các hệ thống đạt được bằng
cách chuyển giao giữa các MSC. Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR
giống nhau đối với UMTS và GSM thì các MSC cần phải có khả năng hỗ trợ đồng
thời kết nối Iu-PS đến RNC và Gb đến GPRS BSC.
Hình 1.10: Kiến trúc mạng 3G phát hành R4
Trong hầu hết sản phẩm của các nhà sản xuất, nhiều phần tử mạng đang được
nâng cấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS. Các phần tử mạng này gồm có
MSC/VLR, HLR và SGSN, GGSN. Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm gốc được
triển khai cho GSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cả GSM
và UMTS. Phiên bản mạng 3G R3 đảm bảo cho quá trình chuyển giao từ GSM lên
UMTS vì nó mang tính kế thừa và phát triển. Để xem xét mức cao hơn của mạng 3G
ta xem xét phiên bản 3.
Hình 1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3GPP phát hành R3. Sự khác nhau cơ bản
của phiên bản này so với phiên bản trước là mạng lõi lúc này là mạng phân bố. Thay
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
15
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở các kiến trúc trước, kiến
trúc chuyển mạch phân bố được đưa vào.
Về căn bản các MSC được chia thành MSC server và cổng đa phương tiện
MGW. MSC server chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động
như một MSC tiêu chuẩn nhưng nó lại không chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận
chuyển mạch nằm trong MGW và nó có thể đặt xa MSC server. Báo hiệu điều khiển
các cuộc gọi được thực thiên giữa RNC và MSC server. Thông thường các 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 dựa trên giao thức internet.
Bước phát triển tiếp theo của UMTS là kiến trúc mạng đa phương tiện IP. Chúng
được đưa ra với tên gọi R5. Ở phiên bản này trong mạng sẽ không còn phần chuyển
mạch kênh và tất cả là chuyển mạch gói từ đầu cuối đến đầu cuối. Điều này mở ra khả

năng chúng ta xây dựng một mạng toàn IP. Có thể coi kiến trúc mạng này là sự hội tụ
toàn diện của tiếng và số liệu.
Hình 1.11: Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP (R5)
1.3 MIP
IP di động là một vấn đề quan trọng trong các hệ thống thông tin di động 3G vì
mục tiêu cuối cùng của hệ thống này là tiến tới một mạng toàn IP. Vấn đề thách thức
đối với IP di động là phải chuyển các ứng dụng IP đến các kết cuối di động thậm chí
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
16
Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G
về mặt truyền thống các giao thức IP được thiết kế với giả thiết là các kết cuối cố định.
Có nhiều giải pháp cho di động IP, trong phần này chúng ta xét tổng quan IP di động
là giải pháp được lựa chọn cho di động IP trong các hệ thống thông tin di động 3G.
1.3.1 Tổng quan về MIP
Đề xuất tốt nhất để xử lý chuyển giao di động vĩ mô là MIP. MIP đã được phát
triển nhiều năm bởi IETF, đầu tiên cho phiên bản 4 và hiện nay cho phiên bản 6. Mặc
dù đã tồn tại nhiều năm và được coi là một giải pháp ngắn hạn nó vẫn chỉ được triển
khai thương mại hạn chế. Đã có các sản phẩm của MIP từ Nextel và IpUnplugged.
Trong MIP, không phụ thuộc vào điểm nối mạng hiên thời, máy di động luôn
luôn được nhận dạng bằng địa chỉ thường trú của nó. Khi ra khỏi mạng nhà máy di
động nhận được một địa chỉ khác gọi là CoA (Care of Address ) liên quan đến vị trí
hiện thời của máy di động. MIP giải quyết vấn đề lưu động bằng cách lưu giữ một
chuyển động giữa nhận dạng cố định và CoA của máy di động. CoA hoạt động như
một định vị tạm thời.
Phần tử then chốt của MIP là tác nhân nhà HA (Home Agent) là một bộ định
tuyến đặc biệt lưu giữ chuyển đổi giữa địa chỉ nhà và CoA của máy di động. Mỗi lần
máy di động (viết tắt là MH: Mobile Host hay MN: Mobile Node) chuyển đến một
mạng con mới thông thường là một bộ định tuyến truy nhập mới, nó nhận được một
CoA mới và đăng ký CoA này với tác nhân nhà. MIP đảm bảo là máy đối tác (viết tắt
là CH: Correspondent Host) có thể luôn luôn gửi các gói đến một máy di động theo

địa chỉ nhà của máy di động, các gói được định tuyến theo đường truyền của mạng
nhà đến HA. Sau khi HA nhận được các gói này thì nó thực hiện đóng bao chúng theo
kiểu IP trong IP (IP in IP encapsulation) rổi gửi xuyên đường hầm (ta gọi là truyền
tunnel) đến CoA của máy di động (nói một cách khác HA tạo lập các gói mới với tiêu
đề mới chứa CoA và phần số liệu mới chứa toàn bộ gói ban đầu và phần tiêu đề gốc).
Tại đầu kia của tunnel, gói gốc được khôi phục bằng cách bỏ đi tiêu đề IP ngoài, quá
trình này gọi là quá trình mở bao.
Lưu ý rằng MIP chỉ liên quan đến lưu lượng tới máy di động, ở phương ngược lại
các gói được gửi trực tiếp đến máy đối tác (ở phương này máy di động được coi như ở
mạng nhà).
Sau đây là một số tính năng của MIP:
Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang
17