đồ án kỹ thuật viễn thông Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Lộ trình phát triển từ GSM đến UMTS.
Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống cho HSCSD.
Hình 1.3: Cấu trúc mạng GPRS.
Hình 1.4: Các phần tử của mạng PLMN…………………………………….
Hình 1.5: Cấu trúc UTRAN.
Hình 1.6: Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE.
Hình 1.7: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN
Hình 1.8: Kiến trúc mạng ở UMTS Release 1999 (R3).
Hình 1.9: Kiến trúc mạng phân bố của phát hành UMTS R4.
Hình 1.10 : Kiến trúc mạng đa phương tiện IP UMTS R5…………………
Hình 2.1: Cấu trúc tế bào ATM
Hình 2.2: Khái niệm VPI/VCI.
Hình 2.3: Mô hình mạng ATM.
Hình 2.4: Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN.
Hình 2.5: Cấu trúc giao thức AAL2.
Hình 2.6: Ứng dụng AAL2 trong mạng UMTS.
Hình 2.7: Cấu trúc CPCS-PDU của AAL3/4
1
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
1
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
Hình 2.8. Các cấu trúc CPCS-PDU và SAR-PDU của AAL3/4.
Hình 2.9: Cấu trúc giao thức AAL5.
Hình 2.10: Ví dụ áp dụng UPC cho mạng thông tin di động.
Hình 3.1: Các giao diện cơ bản của mạng lõi UMTS
Hình 3.2: Cấu trúc giao thức IuCS.
Hình 3.3: Cấu trúc giao thức IuPS.

Hình 3.4: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người sử
dụng
Hình 3.5: Cấu trúc tiêu đề của GTP.
Hình 3.6: Cấu hình cơ sở hệ thống cổng giữa mạng lõi UMTS và mạng ngoài.
Hình 3.7: Tổng quan cácthủ tục cập nhật vị trí.
Hình 3.8: Tổng quan các thủ tục nhập mạng và rời mạng…
Hình 3.9: Các thủ tục nhập mạng và đăng kí vị trí ở UMTS
Hình 3.10: Các thủ tục khởi xướng cuộc gọi trong mạng UMTS………… 90
Hình 3.11: Các thủ tục định tuyến trong mạng UMTS…………………… 92
Hình 3.12: Các thủ tục tìm gọi trong mạng UMTS.
Hình 3.13: Điều khiển chuyển giao trong mạng lõi W-CDMA UMTS
Hình 3.14: Các thủ tục khởi xướng cuộc gọi……………………………… 96
Hình 3.15: Các thủ tục kết cuối cuộc gọi.
Hình 3.16: Các thủ tục đặt lại……………………………………………… 99
Hình 3.17: Kết nối RNC
Hình 3.18a: Lớp chuyển mạch ATM.
Hình 3.18b: Sử dụng RNC và (hoặc) SGSN cho chuyển mạch ATM.
2
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
2
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Tốc độ dữ liệu và vùng phủ.
Bảng 2.1: Chức năng của các lớp ở mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN.
Bảng 2.2: Các loại dịch vụ ATM 66
Bảng 3.1: Các chức năng chính của cổng chuyển đổi giao thức.
Bảng 3.2: Các chức năng chính của cổng TCP.
Bảng 3.3: Các công nghệ được áp dụng cho W-TCP.
Bảng 3.4: Các chức năng chính của cổng truyền tunnel.
3

Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
3
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS

THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
2G Second Generation Thế hệ hai
3G Third Generation Thế hệ ba
3GPP Third Generatio
Partnership Project
Đề án của các đối tác thế hệ ba
AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM
ABR Available Bit Rate Tốc độ bit khả dụng
AMR Adaptive MultiRate Codec Mã hoá đa tốc độ thích ứng
APN Access Point Number Số nhận dạng điểm truy nhập
ATDM Asynchronous Time Divition
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo thời
gian không đồng bộ
ATM Asynchronous
Transfer Mode
Chế độ truyền tải không đồng bộ
BICC Bear Independent Call
Control Protocol
Giao thức điều khiển cuộc gọi
không phụ thuộc vật mang
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
CAC Connection Admission
Control
Điều khiển cho phép kết nối

CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CC Call Control Điều khiển cuộc gọi
4
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
4
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
CDMA
2000
Code Division Multiple
Access 2000
Đa truy nhập phân chia theo mã
2000
CGF Charging Gateway Function Chức năng cổng tính cước
CN Core Network Mạng lõi
CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh
DSN Domain Name Service Dịch vụ chuyển đổi tên miền
DRNC Drif RNC RNC trôi
EDGE Enhanced Data rates for
GSM Evolution
Tốc độ số liệu gói tăng cường để
phát triển GSM
FDMA Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
GGSN Gateway GPRS Support
Node
Nút hỗ trợ GPRS cổng
GLR Gateway Location Register Thanh ghi vị trí cổng
GMSC Gateway Mobile Switching

Centre
Trung tâm chuyển mạch di
động cổng
GPRS General Packet Radio
Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global System for Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu thế hệ hai
GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức xuyên hầm GPRS
GTP-C Control Plane Part of GPRS
Tunneling Protocol
Phần mặt điều khiển của giao
thức tunnel GPRS
GTP-U User Plane Part of GPRS
Tunneling Protocol
Phần mặt người sử dụng của
giao thức tunnel GPRS
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
HSCSD High Speed CircuitSwitches
Data
Số liệu chuyển mạch kênh tốc
độ cao
5
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
5
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản
IAM Initial Address Message Bản tin địa chỉ khởi đầu

IMSI International Mobile
Subscriber Identifier
Số nhận dang thuê bao di động
quốc tế
IMT-2000 International Mobile
Telecommunication 2000
Tiêu chuẩn thông tin di động
Toàn cầu 2000
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IS-136 Interim Standard - 136 Tiêu chuẩn thông tin di động
TDMA cải tiến của Hoa Kì
IS-95 Interim Standard - 95 Tiêu chuẩn thông tin di động
CDMA của Hoa Kì
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ITU International
Telecommunocation Union
Liên minh viễn thông quốc tế
IWF InterWorking Function Chức năng kết nối mạng của
MSC
LAI Location Area Identifier Nhận dạng vùng định vị
LAN Local Area Network Mạng nội hạt
M3UA MTP3 User Adaptation
Layer
Lới thích ứng người sử dụng
SS7 MTP3
MAC-I Message Authentication
Code for Integrity
Mã nhận thực bản tin toàn vẹn
MBS Maximum Burst Size Kích thước cụm cực đại
MM Mobile Management Quản lí di động

MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động
MSRN Mobile Station Roaming
Number
Số lưu động trạm di động
MT Mobile Terminal Đầu cuối di động
MTP-3b Message Transfer Part level
3
Phần truyền bản tin mức 3
6
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
6
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
NNI Network- Network Interface Giao diện mạng - mạng
Node B Node B Nút B
PC Personal Compurter Máy tính cá nhân
PCR Peak Cell Rate Tốc độ tế bào đỉnh
PDC Personal (or Pacific)
Digital Cellular
Tiêu chuẩn Nhật Bản cho thông
tin di động 2G
PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói
PLMN Public Land Mobile
Network
Mạng thông tin di động mặt đất
PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm đến điểm
PS Packet Switch Chuyển mạch gói
PSK Phase Shift Keying Điều chế khoá chuyển pha
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RAB Radio Access Bearer Vật mang truy nhập vô tuyến
RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP Radio Access Network
Application Part
Phần ứng dụng mạng truy nhập
vô tuyến
RANAPE
P
RANAP Elementary
Procedures
Các thủ tục cơ bản RANAP
RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến
SAAL-
NNI
Signaling ATM Adaptation
Layer for Network -Network
Interface
Lớp thích ứng báo hiệu ATM
cho giao diện vùng mạng
SCCP Signaling Connection
Control Part
Phần điều khiển kết nối báo hiệu
SCR Sustainable Cell Rate Tốc độ tế bào đủ dung
SDU Service Data Unit Đơn vị số liệu dịch vụ
SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ
SI Stremam Identifier Nhận dạng luồng
7
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
7
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
SIM Subscriber Identification
Module

Mô đung nhận dạng thuê bao
SM Session Management Quản lí phiên
SMS Short Message Service Dịch vụ gửi bản tin ngắn
SRNC Serving RNC RNC phục vụ
SS Supplementary Service Dịch vụ bổ sung
SS7 Signaling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7
SSCF Service Specific Co-
ordination Function
Chức năg điều phối đặc thù dịch
vụ
TDMA Time Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TAP Terminal Adaptation
Function
Chức năng tương thích đầu cuối
của MS
TCP Transmission Control
Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối
TI Transaction Identifier Nhận dạng giao dịch
TMSI Temporary Mobile
Subscriber Identifier
Số nhận dạng thuê bao di động
tạm thời
UBR Unspecified Bit Rate Tốc độ bit không xác định
UDP User Datagram Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu người
sử dụng

UE User equipment Thiết bị người sử dụng
UMTS Universal Mobile
Telecommunication Sysstem
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu thế hệ ba
UNI User- Network Interface Giao diện người sử dụng - mạng
UPC Usage Parameter Control Điều khiển thông số sử dụng
USIM UMTS Subscriber
Identificayion Module
Môđun nhận dạng thuê bao
UMTS
UTRAN UMTS Terrestrial Radio
Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS
8
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
8
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
VBR Variable Bit Rate Tốc độ bit thay đổi
VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo
VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
WAP Wireless Application
Protocol
Giao thức ứng dụng vô tuyến
W-CDMA Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã

băng rộng (Tiêu chuẩn 3G của
châu Âu và Nhật Bản)
W-PPP Wireless Point-to-Point
Protocol
Giao thức điểm tới điểm vô
tuyến
W-TCP Wireless TCP TCP vô tuyến

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn
thông phát triển nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng
nhu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động ngày
càng không ngừng được cải tiến, nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di
động được ra đời. Với sự phát triển mạnh mẽ về khoa học kỹ thuật và nhu cầu
đòi hỏi ngày càng cao của khách hàng về chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tải
thông tin và khả năng tích hợp nhiều loại hình dịch vụ.Cung cấp các dịch vụ
đa phương tiện di động là cần thiết để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người sử
dụng.
Hệ thống thông tin di động thế hệ hai GSM đã có sự phát triển mạnh
mẽ.Tuy nhiên, khi nhu cầu về thông tin tốc độ cao và truyền thông số liệu
ngày càng tăng thì hệ thống thông tin di động thế hệ hai đã không thể đáp ứng
9
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
9
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
được. Mạng thông tin di động thế hệ ba (3G) lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa
các vùng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói 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. Công nghệ truyền tải không đồng bộ
(ATM : Asynchronous Transfer Mode) có các chức năng quản lí lưu lượng và
điều khiển chất lượng mạng để xử lí các đặc tính lưu lượng. ATM là một công
nghệ hiệu quả để truyền tải cả dịch vụ chuyển mạch gói và dịch vụ chuyển
mạch kênh. Vì vậy em đã quyết định chọn “ứng dụng công nghệ ATM cho
SGSN trong UMTS” là đề tài đồ án tốt nghiệp của mình.
Đề tài của em gồm 3 chương:
Chương 1 : Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba
UMTS.
- Giới thiệu chung về hệ thống thông tin di động thế
hệ ba UMTS và con đường phát triển từ GSM đến
UMTS.
Chương 2 : Tổng quan về công nghệ ATM.
- Giới thiệu các mục tiêu của ATM.
- Mô hình chuyển mạch cho thông tin băng rộng.
- Chất lượng dịch vụ QoS và các loại dịch vụ.
Chương 3 : Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
- Giới thiệu mô tả cấu trúc cơ bản và các giao diện ở
mạng lõi UMTS.
10
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
10
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
Do nội dung kiến thức tương đối rộng, thời gian có hạn, điều kiện
nghiên cứu chủ yếu dựa trên lý thuyết nên có lẽ đề tài vẫn còn có những chỗ
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô giáo và
các bạn để em có thể nắm bắt nội dung đề tài sâu sắc hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giúp đỡ em trong suốt
thời gian qua. Em xin cảm ơn thầy giáo Hoàng Anh Dũng đã tận tình hướng

dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG UMTS
1.1. Lịch sử phát triển và xu hướng đa phương tiện.
Lịch sử các hệ thống viễn thông có thể tính từ khi Michael Faraday phát
minh ra định luật cảm ứng điện từ năm 1831, Jemes clerk Maxwell chứng tỏ
khả năng truyền của sóng điện từ trong không khí năm 1873, Alexander
Graham Bell chế tạo thành công chiếc điện thoại đầu tiên trên thế giới tháng 3
năm 1876 hay Samuel F.B. Morse phát minh ra điện báo năm 1973. Đó là
những phát minh quan trọng, đặt nền móng cho sự phát triển của viễn thông
nói chung và thông tin di động sau này.
Kỷ nguyên của các hệ thống vô tuyến tế bào sử dụng kĩ thuật Analog bắt
đầu năm 1979 với sự kiện mạng điện thoại di động đầu tiên được NTT thương
mại hoá ở Nhật.Các hệ thống Analog tiếp tục phát triển cho đến khi hệ thống
thông tin di động sử dụng kĩ thuật số ra đời năm 1991 được đánh dấu bằng
11
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
11
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
việc triển khai mạng GSM đầu tiên tại Phần Lan. Các sự kiện quan trọng đối
với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động. Đặc biệt của hệ thống
UMTS kể từ năm 1991 được liệt kê sau đây theo trình tự thời gian.
Ngày 01/08/1991. Mạng GSM đầu tiên được đưa vào hoạt động chính
thức tại Phần Lan.
Năm 1992 tất cả các nhà khai thác ở Châu Âu bắt đầu hoạt động kinh
doanh với các mạng GSM.
Tháng 02/1995. UMTS Task Force được thành lập và đưa ra bản báo cáo
về lộ trình tới UMTS.
Tháng 12/1996. UMTS Forum được thành lập tại cuộc họp khai mạc tổ
chức tại Zurich, Thụy sỹ.

Tháng 10/1997. ERC quyết định băng lõi của UMTS.
Tháng 01/1998.Tại cuộc họp của ETSI SMG tại Pari, cả hai đề xuất W-
CDMA và TD-CDMA được kết hợp thành tiêu chuẩn cho giao diện vô tuyến
của UMTS.
Tháng 12/1999 tại Nice ETSI, việc tiêu chuẩn hoá UMTS Release 1999
hoàn tất cho cả EDD và TDD.
Tháng 04/2000. WRC-2000 phân tích việc mở rộng băng UMTS/IMT-
2000.
Tháng 03/2001. Ericsson và Vodafone UK khẳng định đã thực hiện cuộc
gọi đầu tiên UMTS đầu tiên trên thế giới qua mạng thương mại.
Ngày 01/12/2001.Telenor triển khai ở Na-uy mạng UMTS đã có mặt
trên thị trường vào quý 3 năm 2002.
Tháng 03/2002. UMTS 3GPP Release 5 được phát hành.
Ngày 25/09/2002.Mobilkom (nhà khai thác mạng ở Áo) triển khai mạng
UMTS đầu tiên ở Châu Âu.
Ngày 31/01/2003. Lần đầu tiên trên thế giới, Ericsson thử nghiệm thành
công phiên bản Ipv6 với mạng UMTS/W-CDMA.
12
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
12
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
Sự phát triển của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin ngày nay
khẳng định một xu thế tất yếu đó là sự hội tụ của viễn thông và tin học. Hệ
quả là các máy tính có xu hướng ngày càng nhỏ và nhẹ hơn (trừ một số thành
phần như màn hình,…), với khả năng xách tay và tiến tới là di động thực sự.
Trong khi đó các máy di động ngày càng được tăng cường các tính năng của
một chiếc máy tính, thậm chí cả tính năng của các thiết bị khác như: máy ảnh,
camera, máy ghi âm…hướng tới các dịch vụ mới, các dịch vụ của mạng máy
tính chứ không phải chỉ riêng dịch vụ thoại hay nhắn tin thông thường.
Cuối cùng, các máy tính và máy di động có xu hướng hội tụ ở một loại

thiết bị mạng duy nhất là đa phương tiện. Như vậy có thể thấy rằng đa phương
tiện là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống mạng và các thiết bị di
động ngày nay.
1.2. Một số đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS.
• Dải tần (MHz) :
+) Hệ thống mặt đất:
- Đường lên: 1920-1980 (FDD)
1900-1920 (TDD).
- Đường xuống: 2110-2170 (FDD)
2010-2025 (TDD).
+) Hệ thống vệ tinh:
- Đường lên: 1980 - 2010
- Đường xuống: 2170 - 2200.
+) Tốc độ bít và vùng phủ:
- Tốc độ bít cực đại tới 2Mbps hoặc cao hơn ở các hệ thống 3,5G
(8-10 Mbps ở đường xuống khi sử dụng HSPDA ở Release 5 hay 20Mbps đối
với hệ thống MIMO ở Release 6).
13
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
13
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
- Cung cấp vùng phủ toàn cầu nhờ vệ tinh.Tốc độ dữ liệu phụ thuộc
vào vùng phủ như trong bảng sau:
Tốc độ Kiểu vùng phủ
2.048Mbp/s Pico-cell/micro-cell
384Kb/s Medium cell
144Kb/s và 64Kb/s Lagre cell
14.4Kb/s Very large cell
9.6Kb/s Global cell
4.75Kb/s – 12.2Kb/s Voice

Bảng 1.1: Tốc độ dữ liệu và vùng phủ.
• Dịch vụ:
- Có khả năng cung cấp đồng thời các dịch vụ với yêu cầu chất lượng
khác nhau trên một kết nối duy nhất.
- Các dịch vụ đa phương tiện phong phú. Có nhiều tiêu chí phân loại
khác nhau, một trong số đó phân chia dịch vụ 3G thành các nhóm:
+ Làm việc: Hội thảo video hai chiều, quản lí thông tin cá nhân…
+ Truyền thông: Quảng cáo, báo, tạp chí…
+ Mua sắm: Thương mại điện tử, tiền điện tử, giao dịch tự động…
+ Giáo dục: Thư viện tìm kiếm, học từ xa…
+ Giải trí: Thể thao, video, âm nhạc…
+ Gia tăng: TV, radio, PC, nghe nhạc MP3, máy quay phim…
• Chất lượng:
- Chất lượng cao, có thể đạt BER=10
-6
.
- Tính bảo mật cao, chống nghe trộm.
• Chuyển mạng:
- Cho phép thực hiện chuyển mạng toàn cầu giữa các nhà khai thác 3G
khác nhau.
14
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
14
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
- Hỗ trợ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau để cân bằng tải và
tăng cường vùng phủ.
1.3. Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai GSM
sang hệ thống thế hệ ba UMTS.
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, hệ thống thông tin di động thế hệ hai
sẽ được chuyển đổi từng bước sang thế hệ ba. Có thể tổng quát các giai đoạn
chuyển đổi này như sau:
GSM HSCSD GPRS EDGE UMTS

Hình 1.1: Lộ trình phát triển từ GSM đến UMTS.
Kí hiệu :
GSM: Global System for Mobile communication: Hệ thống thông tin di
động toàn cầu thế hệ hai.
HSCSD: High Speed Circuit-Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh
tốc độ cao.
GPRS: General Packet Radio Service: Dịch vụ vô tuyến gói chung.
EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution: Tốc độ số liệu gói tăng
cường để phát triển GSM.
UMTS: Universal Mobile Telecommunication System: Hệ thống thông
tin di động toàn cầu thế hệ ba.
1.3.1. Hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ hai GSM.
GSM là hệ thống thông tin di động phục vụ chủ yếu cho dịch vụ thoại
và dịch vụ bản tin ngắn SMS.
15
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
15
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
GSM cũng có thể cung cấp dịch vụ truyền số liệu nhưng với tốc độ rất
thấp (≤ 9,6kbps). Để kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao
thức ứng dụng vô tuyến WAP (Wireless Application Protocol).
Ở giao diện vô tuyến, GSM sử dụng kết hợp phương pháp FDMA và
TDMA.
Dải tần dành cho GSM là 890-960 MHz được chia thành các kênh tần số
vô tuyến 200 kHz đường xuống và đường lên như sau:

f uplink= 890 + n * 0,2 MHz , n = 0,1,2….,124.
f dowlink = f uplink + 45 MHz.
Mỗi kênh vô tuyến lại được chia thành 8 khe thời gian có độ rộng là
577 µs.
Mỗi kênh liên lạc ở GSM được cấp phát sử dụng một khe thời gian của
một kênh tần số vô tuyến.
1.3.2. Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD.
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High Speed Circuit-
Switched Data) là một dịch vụ cho phép tăng tốc dộ dịch vụ số liệu chuyển
mạch kênh hiện có 9,6 kbps của GSM. Để tăng tốc độ truyền số liệu, người sử
dụng có thể được cấp phát nhiều khe thời gian hơn. Có thể kết hợp động từ 1
đến 8 khe thời gian để đạt tốc độ truyền cực đại là 64 kbps cho một người sử
dụng. Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ tốc độ lên đến
8*14,4 Kbps, như vậy có thể đạt tốc độ trên 100kbps.
Hầu hết các chức năng của dịch vụ truyền số liệu hiện nay được đặt ở
chức năng kết nối mạng IWF (InterWorking Function) của MSC và ở chức
năng tương thích đầu cuối TAF (Terminal Adaptation Function) của MS. Dịch
vụ HSCSD sử dụng tính năng này. Kênh tốc độ cao chứa một số kênh con ở
giao diện vô tuyến. Các kênh con này được kết hợp lại thành một luồng số ở
IWF và TAF (hình 1.2)
16
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
16
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS

Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống cho HSCSD.
Một tính năng đặc biệt của HSCSD là nó có thể hỗ trợ cả kết nối đối
xứng (số khe phát đường lên và đường xuống bằng nhau) và kết nối không
đối xứng (số khe phát đường xuống lớn hơn số khe phát đường lên).
Việc sử dụng điều chế 8-PSK cho HSCSD cho phép đạt được tốc độ

truyền số liệu cao hơn. Tuy nhiên, do sử dụng cơ chế chuyển mạch kênh nên
hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến rất kém. HSCSD hầu như không có khả
năng triển khai vào thực tế.
1.3.3. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS.
Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) hỗ
trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao cho GSM. GPRS khác với HSCSD ở chỗ nó
sử dụng công nghệ chuyển mạch gói nên nhiều người sử dụng có thể sử dụng
chung một tài nguyên vô tuyến và vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vô
tuyến rất cao. Một MS ở chế độ GPRS chỉ giành được tài nguyên vô tuyến khi
nó có số liệu cần phát và ở thời điểm khác các người sử dụng khác có thể sử
dụng tài nguyên vô tuyến đó. Nhờ vậy mà băng tần được sử dụng rất hiệu
quả. Cấu trúc của mạng GPRS được cho bởi (hình 1.3).
17
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
17
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
Gf

Gi
Gn
Gb

Gc
D
C
E
Gp
Gs
MSC/VLR
MS

BSS
TE
PDN
Um
Gr
HLR
M¹ng PLMN kh¸c
SGSN
GGSN
Gd
SM-SC
SMS-GMSC
SMS-IWMSC
GGSN
EIR
A

Hình 1.3: cấu trúc mạng GPRS.
Ký hiệu:
SMS: Short Message Service : Dịch vụ bản tin ngắn.
SGSN: Serving GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS phục vụ.
GGSN: Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng.
MT: Mobile Terminal: Đầu cuối di động.
TE: Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối.
PLMN: Public Land Mobile Network: Mạng di động mặt đất.
PDN: Packet Data Network: Mạng số liệu gói.
Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt
được tốc độ đến hơn 100 kbps. Tuy nhiên nếu nhiều người cùng sử dụng thì
tốc độ bit sẽ thấp hơn. Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển
mạch kênh nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ xung

thêm thiết bị cho mạng (hình 1.3). Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu
công cộng như IP và mạng X25. Nút SGSN và nút GGSN thực hiện thu và
phát các gói số liệu đến các trạm di động (MS) ở các mạng GPRS khác nhau.
18
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
18
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
Giao diện vô tuyến GPRS được xây dựng trên cùng nền tảng như giao
diện vô tuyến của GSM: Cùng sóng mang vô tuyến độ rộng băng tần 200kHz
và 8 khe thời gian trên một sóng mang. Điều này cho phép GSM và GPRS
chia sẻ cùng một tài nguyên vô tuyến. Tất nhiên GPRS có thể yêu cầu bổ sung
thêm sóng mang trong cùng một ô. Khi này có thể cần quy hoạch tần số bổ
sung nhưng việc quy hoạch này không khác gì so với quy hoạch tần số bổ
sung ở mạng GSM.
GPRS là một bước phát triển hết sức quan trọng và tất yếu để đi từ GSM
lên UMTS. Vì vậy nó được gọi là hệ thống 2.5 G.
1.3.4. Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE).
Nói chung cấu trúc EDGE giống như cấu trúc GPRS. Tuy nhiên EDGE
sử dụng điều chế nhiều trạng thái hơn (8-PSK chẳng hạn) nên có thể đạt được
tốc độ truyền số liệu cao hơn.
1.4. Cấu trúc hệ thống của W-CDMA (UMTS).
Cấu trúc hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao
diện. Hệ thống UMTS sử dụng cùng cấu trúc như hệ thống thế hệ hai, thậm
chí cả một phần cấu trúc của hệ thống thế hệ một. Mỗi phần tử có một chức
năng xác định.
Trong tiêu chuẩn, các phần tử mạng được định nghĩa ở mức logic, tuy
nhiên cũng thường được thực hiện ở dạng vật lí tương tự, nhất là một số giao
diện mở (để giao diện là mở, cần định nghĩa giao diện này cho ở mức chi tiết
có thể sử dụng được thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau ở các điểm cuối).
Có thể nhóm các phần tử mạng theo các chức năng giống nhau hay theo mạng

con mà chúng trực thuộc.
Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng truy nhập
vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay URAN). Để thực hiện chức năng
19
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
19
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
liên quan đến vô tuyến và mạng lõi (CN: Core Network) thực hiện chức năng
chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết cuối số liệu. Để hoàn thiện hệ thống
còn có thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment) thực hiện giao diện
người sử dụng với hệ thống và cần định nghĩa giao diện vô tuyến.
Từ quan điểm chuẩn, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức
mới, việc thiết kế các giao thức này dựa trên các nhu cầu của công nghệ vô
tuyến W-CDMA mới. Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS là
chia chúng thành các mạng con. Ở khía cạnh này, hệ thống UMTS được thiết
kế theo modun, vì thế có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu.Về
nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ các tính
năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi kiểu. Khả năng có nhiều
phần tử của cùng một kiểu cho phép chia hệ thống UMTS thành các mạng
con hoạt động hoặc độc lập, hoặc cùng với các mạng con khác. Các mạng con
này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất. Một mạng con như vậy được
gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN: UMTS Public
Land Mobile Network). Thông thường mỗi PLMN được khai thác bởi một
nhà khai thác duy nhất và nó được nối đến các PLMN khác cũng như các
dạng mạng khác như ISDN, PSTN, Internet,…UE (User Equipment) bao 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: UMTS Subscriber Identity
Module) là một thẻ thông minh chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật

toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực và một số thuê bao cần thiết
cho đầu cuối.
UTRAN còn chứa các phần tử khác nhau như:
20
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
20
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
- Nút B: điểm chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IuB và Uu. Nó
cũng tham gia quản lí tài nguyên vô tuyến (Nút B có cùng ý nghĩa như trạm
gốc BTS).
- Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): sở hữu và điều khiển các tài
nguyên vô tuyến ở trong vùng của mình (các nút B được nối với nó). RNC là
điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN,
chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE.
- Bộ ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ
thống chủ nhà của người sử dụng để lưu giữ bản sao chính về lý lịch dịch vụ
của người sử dụng. Lý lịch dịch vụ này gồm: thông tin về các dịch vụ được
phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung
như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi.
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động / Bộ ghi định vị tạm trú
(MSC/VLC): là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch
vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó. Chức năng của MSC
là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh (CS: Circuit Swith) và chức năng
của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị
trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ. Phần mạng được truy
nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS.
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC): là chuyển
mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài.
- Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ (SGSN): có chức năng giống như
MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet

Switch) phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS.
- Điểm hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): có chức năng giống GMSC nhưng
liên quan đến các dịch vụ PS.
Các mạng ngoài có thể được chia thành hai nhóm:
21
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
21
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
- Các mạng CS (Circuit Switch): các mạng này đảm bảo các kết nối
chuyển mạch kênh giống như các dịch vụ điện thoại ISDN và PSTN.
- Các mạng PS (Packet Switch): các mạng này đảm bảo các kết nối cho
các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết
chức năng bên trong của các phần tử mạng, nhưng định nghĩa giao diện giữa
các phần tử mạng logic. Các giao diện mở sau đây được định nghĩa:
- Giao diện Cu: đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM (UMTS
Subscriber Identification Module: môđun nhận dạng thuê bao UMTS) và ME
(Mobile Equipment). Giao diện này tuân theo một khuân dạng tiêu chuẩn cho
các thẻ thông minh.
- Giao diện Uu: đây là giao diện vô tuyến của W-CDMA. Uu là giao diện
mà qua đó UE (User Equipment) truy cập các phần tử cố định của hệ thống
và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS.
- Giao diện Iu: giao diện này nối UTRAN với CN (Core Network: mạng
lõi). Giống như các giao diện tương ứng ở GSM: A (chuyển mạch kênh) và
Gb (chuyển mạch gói), giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng
trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện Iur: giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các
RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) từ các nhà
sản xuất khác nhau.
- Giao diện IuB: IuB kết nối một nút B với một RNC. UMTS là hệ thống

điện thoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc
được tiêu chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn toàn.
22
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
22
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS

Hình 1.4: Các phần tử của mạng PLMN.
1.5. Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN).
1.5.1.Cấu trúc UTRAN.
UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến (RNS:
Radio Network Subsystem). Một RNS là một mạng con trong UTRAN và
gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và một hay nhiều nút B. Các
RNC có thể được kết nối với nhau bằng giao diện IuB.
Trước hết xét chi tiết các phần tử của UTRAN và các giao diện của nó,
ta xét các đặc tính chính của UTRAN và đây cũng là các yêu cầu chính để
thiết kế cấu trúc UTRAN, các chức năng và các giao thức. Ta có thể tổng kết
một số điểm chung sau:
- Hỗ trợ của UTRAN và tất cả các chức năng liên quan. Đặc biệt, các ảnh
hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu
cuối kết nối với mạng qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lí
tài nguyên đặc thù W-CDMA.
- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lí số liệu chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và
23
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
23
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng
PS và CS của mạng lõi.

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết.
- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.
Hình 1.5: Cấu trúc UTRAN.
1.5.1.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến.
RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô
tuyến của UTRAN. Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một
SGSN) và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC: Radio
Resource Control) giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa
MS và UTRAN. Nó đóng vai trò như bộ điều khiển trạm gốc (BSC).
1.5.1.2. Vai trò logic của RNC.
RNC điều khiển nút B (kết cuối giao diện IuB về phía nút B) được biểu
thị như là RNC điều khiển (CRNC: Controlling RNC) của nút B. RNC điều
khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tắc nghẽn cho các ô của mình.
Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều các
RNC tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt (hình 1.5).
24
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
24
Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ ATM cho SGSN trong UMTS
- RNC phục vụ (Serving RNC): RNC đối với một MS là RNC kết cuối
cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP
(Radio Access Network Application Part: phần ứng dụng mạng truy nhập vô
tuyến) tương ứng từ / tới mạng lõi (kết nối này được gọi là kết nối RANAP).
SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến. Giao thức
báo hiệu giữa UE và UTRAN. Nó sử lí số liệu L2 từ / tới giao diện vô tuyến.
Các thao tác quản lí tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mang
truy nhập vô tuyến vào các thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến.
SRNC cũng (nhưng không luôn luôn) là CRNC của một nút B nào đó được
MS sử dụng để kết nối với UTRAN.
- RNC trôi (DRNC: Drift RNC): DRNC là một RNC bất kì khác với

SRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô (chuyển giao).
DRNC không thực hiện sử lí L2 đối với số liệu tới / từ giao diện vô tuyến mà
chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện IuB và Iur. Một UE có thể
không có hoặc có một hay nhiều DRNC.
Lưu ý rằng một RNC vật lí chứa tất cả các chức năng của CRNC, SRNC
và DRNC.
1.5.1.3 Nút B (Trạm gốc).
Hình 1.6: Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE.

25
Sinh viên: Đào Thị Hồng Ánh-05T36-14A
25