Tiểu luận báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
--------------

BÁO CÁO
Môn: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI
ĐỀ TÀI: BÁO HIỆU TRONG MẠNG TRUY NHẬP UMTS
Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thanh Trà
Sinh viên thực hiện
Vũ Việt Hoàng
Nguyễn Thị Yến
Nguyễn Thu Hà
Trần Mạnh Tiến

D12VT4
D12VT4
D12VT7
D12VT4

Hà NỘI, 10/2015

1


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại. Các hệ thống thông tin
di động với khả năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi và phát triển rất nhanh
và đang trở thành không thể thiếu trong xã hội thông tin ngày nay. Bắt đầu từ các hệ thống thông
tin di động đầutiên ra đời vào nãm 1946, các hệ thống thông tin di động thứ 2 (2G) ra đời với
mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động
2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên
toàn cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng tăng và có khả
năng vượt quá thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thỏa mãn
nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video
streaming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…Ðến nay các hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã đượcc đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới.
Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng đã được triển khai trong cuối nãm
2009. Ðối với các nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di
động CDMA bãng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000. Xuất phát từ định hướng này mà
nhóm em xin chọn đề tài nghiên cứu về 3G. Báo cáo đã đi vào tìm hiểu khá đầy đủ các vấn đề
trong mạng truy nhập vô tuyến từ cấu trúc, các giao diện, các kỹ thuật truy nhập dùng trong
mạng. Theo đó,báo cáo của nhóm em tiến hành nghiên cứu các nội dung chính của báo hiệu
trong mạng truy nhập UMTS như sau:

Chương I: khái niệm và kiến trúc UMTS
Chương II: Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS
Kết luận:
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo Nguyễn Thanh Trà đã nhiệt tình
góp ý, giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tiểu luận. Trong quá trình làm bài có hạn chế và
những sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô cùng toàn thể các
bạn!

2

Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................................4
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC UMTS.........................................................5
I.
II.

III.

Khái niệm mạng UMTS............................................................................................5
Kiến trúc hệ thống UMTS........................................................................................5
1. Sơ đồ khối hệ thống UMTS...........................................................................5
2. UE..................................................................................................................6
3. UTRAN..........................................................................................................6
4. CN (core network).........................................................................................9
5. Các mạng ngoài...........................................................................................10
6. Giao diện vô tuyến.......................................................................................10
Kiến trúc giao thức UMTS.....................................................................................12

CHƯƠNG 2: BÁO HIỆU TRONG MẠNG TRUY NHẬP UMTS..................................14
I.
II.

III.

Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub.............................................................................14
1. Các chức năng của Iub...........................................................................14
2. Các bước tiến hành xử lý cuộc gọi.........................................................15
Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu...............................................................................16
1. Báo hiệu tại giao diện Iur.............................................................................16
1.1- Mặt bằng điều khiển/người dùng Iur................................................16
1.2- Báo hiệu RNSAP..............................................................................18
2. Báo hiệu tại giao diện Uu............................................................................20
2.1- Mặt bằng điều khiển/người dùng Iu-CS............................................20
2.2- Mặt bằng điểu khiểu/người dùng Iu-PS............................................21
2.3- Báo hiệu RANAP..............................................................................21
Thủ tục thiết lập cuộc gọi.......................................................................................23

KẾT LUẬN........................................................................................................................28

3


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Cấu trúc của UMTS.................................................................................6
Hình 1.2: UMTS UTRAN........................................................................................7
Hình 1.3: Cấu trúc RNC...........................................................................................7
Hình 1.4: Vai trò logic của SRNC và DRNC......................................................... .8
Hình 1.5: Cấu trúc chức năng của nút B..................................................................9

Hình 1.6: Các giao diện UTRAN............................................................................11
Hình 1.7: Kiến trúc giao thức UMTS.....................................................................12
Hình 2.1: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub............................................16
Hình 2.2: Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur (RNC với RNC )........................17
Hình 2.3: Mặt bằng điều khiển/người dùng Iur......................................................17
Hình 2.4: Mặt bằng điều khiển/người dùng Iu-CS.................................................20
Hình 2.5: Mặt bằng điều khiển/người dùng Iu-PS..................................................21
Hình 2.6: Quá trình kết nối RRC............................................................................23
Hình 2.7: Quá trình xác thực và bảo vệ..................................................................24
Hình 2.8: Quá trình thiết lập kênh mang truy nhập vô tuyến.................................25
Hình 2.9: Quá trình giải phóng cuộc gọi................................................................26
Hình 2.10: Quá trình giải phóng kênh mang Iu......................................................27

4


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

CHƯƠNG I:KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC
UMTS
I.

Khái niệm mạng UMTS

• Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS: (Universal Mobile
Telecommunications Systems) là 1 trong các công nghệ di động 3G. UMTS
dựa trên nền tảng CDMA băng rộng (WCDMA), được chuẩn hóa bởi Tổ chức
các đối tác phát triển 3G (3GPP), và là lời đáp của Châu Âu cho yêu cầu phát

triển 3G đối với hệ thống di động tổ ong của tổ chức ITU IMT2000. UMTS đôi
khi còn được gọi là 3GSM, để chỉ sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của
UMTS và chuẩn GSM truyền thống.
• UMTS : Hiện đang được triển khai trên mạng GSM sẵn có. UMTS hỗ trợ tốc
độ truyền dữ liệu lên đến 21Mbps. Thực tế, hiện nay, tại đường xuống, tốc độ
này chỉ có thể đạt 384 kbps (với máy di động hỗ trợ chuẩn R99), hay 7.2Mbps.
Tốc độ này lớn hơn khá nhiều so với tốc độ 9.6kbps của 1 đơn kênh GSM hay
9.6kbps của đa kênh trong HSCSD (14.4 kbit/s của CDMAOne) và một số
công nghệ mạng khác. Mạng UMTS đầu tiên triển khai năm 2002 nhấn mạnh
tới các ứng dụng di động như TV di động hay thoại Video. Hiện tại, tốc độ
truyền dữ liệu cao của UMTS thường dành để truy cập Internet.

II.

Kiến trúc hệ thống UMTS
1. Sơ đồ khối hệ thống
Nhằm tìm hiệu báo hiệu trong mạng thông tin di động hiện nay, mục này sẽ phân
tích các giao diện báo hiệu trong mạng truy nhập của hệ thống UMTS. UMTS là
sự phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công
nghệ duy nhất được các nước châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS
cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường thông tin di động.
Các thành phần thiết bị chính và các giao diện của UMTS được chỉ ra trên hình
1.1

5


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Hình 1.1: Cấu trúc của UMTS

2. Thiết bị người sử dụng (UE)
UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của người
sử dụng. Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của
nó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng. Giá thành giảm
nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS. Điều này
đạt được nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card
thông minh.UE gồm hai phần:
• Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến được sử
dụng
cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
• Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa
thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực,
lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin của thuê bao cần thiết.

3. Mạng truy cập vô tuyến UMTS (UTRAN)
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến
mặt đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử đảm
bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng.
UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa UTRAN và CN,
gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch
kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này
là hai nút, RNC và nút B.

6


Báo hiệu và điều khiển kết nối

o

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

RNC:

RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và
điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ
mà UTRAN cung cấp cho CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho
miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).

Hình 1.3: Cấu trúc RNC
 Chức năng của RNC:
• Quản lý tài nguyên vô tuyến UTRAN: gồm tập hợp các thuật toán được sử
dụng để đảm bảo sự ổn định.
7


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

• Điều khiển UTRAN: gồm tất cả các chức năng liên quàn đến việc thiết lập, duy
trì và giải phóng các kênh mạng vô tuyến với sự hỗ trợ của thuật toán RRM
 Vai trò logic của RNC:
• RNC điều khiển nút B (kết nối giao diện Iub về phía nút B) được biểu hiện như
RNC điều khiển của nút B. RNC điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và
tắc nghẽn cho các ô của mình.
• Khi kết nối MS – UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC, các RNC

tham dự vào kết nối này sẽ có 2 vai trò khác nhau là RNC phục vụ và RNC
trôi.
 Có 3 kiểu RNC:
• Controlling RNC (CRNC) điều khiển, cấu hình và quản lý RNS và trao đổi
thông tin với NBAP cùng với tất cả các tài nguyên vật lý của mọi node B đấu
nối thông qua giao diện Iub.
• Drift RNC (DRNC) nhận các UE được kết nối đến qua thủ tục handover từ
SRNC của RNS khác. Tuy nhiên RRC (Radio Resource Control protocol) vẫn
kết cuối trên SRNC. DRNC chỉ trao đổi thông tin định tuyến giữa SRNC và
UE. DRNC dùng RNSAP để trao đổi với SRNC qua giao diện Iur, CRNC dùng
NBAP trao đổi với các tế bào qua Iub
• RNC dịch vụ (Serving RNC – SRNC) điều khiển tính năng di động của người
dùng trong miền UTRAN và cũng là điểm kết nối đến CN. RNC có kết nối
RRC với một UE thì sẽ là SRNC của nó. SRNC dùng RRC để trao đổi với UE
quaIub, Uu nếu cần thì qua cả Iur và Iub ngoại (được điều khiển bởi DRNC)

Hình 1.4. Vai trò logic của SRNC và DRNC
o

Node B

Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B.
Nút B bao gồm một bộ khuếch đại thu vô tuyến ngoài trời (OA-RA), một
thiết bị điều khiển giám sát bộ khuếch đại thu vô tuyến ngoài trời ( OA-RASC), một bộ khuệch đại công suất phát, một thiết bị điều chế và giải điều chế
(MDE).

8


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như
"điều khiển công suất vòng trong". Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần
xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu
cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa.
Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho
chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công
suất như nhau từ tất cả các đầu cuối.

Hình 1.5: Cấu hình chức năng của nút B
Nhiệm vụ của node B tương tự như BTS:
• Điều khiển công suất (điều khiển công suất vòng nội bộ bằng cách đo SIR và so
sánh với giá trị mặc định để có những yêu cầu trong việc thay đổi công suất phát
của UE),
• Báo cáo kết quả đo cho RNC, phân tập vi mô (tập hợp các tín hiệu từ các góc của
anten mà một UE kết nối đến thành một chuỗi dữ liệu trước khi phát đi là tín hiệu
tổng đến RNC. UE kết nối với nhiều hơn một góc của anten để cho phép chuyển
giao mềm Softer HO)
4. Mạng lõi (CN)
Mạng lõi gồm các thành phần sau:
• HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin
chính về lý lịch dịch vụ của ng ời sử dụng. Các thông tin này bao gồm: Thông tin
về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về
9


Báo hiệu và điều khiển kết nối

•

•
•
•

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hớng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc
gọi.
MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là
tổng đài (MSC)và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh
cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch
kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí
chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
SGSN (Serving GPRS): Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho
các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng như GMSC nhưng chỉ
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

5. Các mạng ngoài
Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết
để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác.
Các mạng ngoài có thể là các mạng điện thoại như: PLMN (Public Land
Mobile Network: mạng di động mặt đất công cộng), PSTN (Public Switched
Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN hay các
mạng số liệu như Internet. Có thể là chuyển mạch kênh hoặc gói.
• Mạng CS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
• Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

6. Các giao diện
Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các
giao diện khác nhau. Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản
xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ.

10


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Hình 1.6: Các giao diện UTRAN

Các giao diện vô tuyến: Gồm một số giao diện sau
• Giao diện Cu. Giao diện Cu là giao diện chuẩn cho các card thông minh.
Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE
• Giao diện Uu. Giao diện Uu là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS.
Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng. Giao
diện này nằm giữa nút B và đầu cuối.
• Giao diện Iu. Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN. Nó gồm hai phần, IuPS cho
miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh. CN có thể kết nối
đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có
thể kết nối đến một điểm truy nhập CN.
• Giao diện Iur. Đây là giao diện RNC-RNC. Ban đầu được thiết kế để đảm bảo
chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính
năng mới được bổ sung. Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:
o Di động giữa các RNC
o Lưu thông kênh riêng

o Lưu thông kênh chung
o Quản lý tài nguyên toàn cục
• Giao diện Iub. Giao diện Iub cho phép kết nối nút B và RNC. Khác với GSM
đây là giao diện mở.

III.

Kiến trúc giao thức UMTS

11


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Hình 1.7: Kiến trúc giao thức UMTS
Cấu trúc này dựa trên nguyên tắc: các lớp giao thức và các mặt phẳng (mặt điều
khiển va mặt dịch vụ) độc lập với nhau về mặt logic.

Kiến trúc mạng UMTS được chia thành 3 lớp:
• Lớp truyền tải ( Transport Network Layer): Gồm các chức năng các giao thức
năng , các giao thức lớp vật lý và lớp truyền tải sử dụng để cung cấp tái nguyên
cho AAL2 cho phép truyền thông giữa UTRAN và CN
• Lớp mạng vô tuyến ( Radio Network Layer): Gồm các chức năng và các giao
thức cho phép quản lý giao diện vô tuyến và truyền thông giữa hai thành phần
UTRAN hay UTRAN và UE
• Lớp mạng hệ thống (System Network Layer): Các giao thức NAS cho phép
truyền thông giữa CN và UE
Mỗi lớp lại được chia thành các mặt bằng điều khiển và mặt bằng người dùng:

• Mặt bằng điều khiển (control plane): Truyền tải thông tin báo hiệu điều khiển
Mặt điều khiển được sử dụng cho tất cả các báo hiệu điều khiển đặc thù của
UMTS, bao gồm: GIao thức ứng dụng và lớp mạng báo hiệu để truyền tải các bản
tin giao thức ứng dụng. Giao thức ứng dụng được dùng để thiết lập các kênh mang
tới UE (ví dụ: Kênh mang truy nhập vô tuyến trên IU và sau đó là kết nối vô tuyến
trên Iur và Iub).
• Mặt bằng người dùng (User plane): Truyền tải lưu lượng dữ liệu người dùng
Tất cả thông tin nhận được và gửi đi bởi người sử dụng nhưu thoại được mã hóa
trong một cuộc gọi thoại hoặc các gói dữ liệu trong 1 kết nối Intrernet được truyền
12


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

tải thông qua mặt dịch vụ. Mặt dịch vụ bao gồm các luồng dữ liệu và các kênh
mang dữ liệu cho các luông dữ liệu. Mỗi luồng dữ liệu được mô tả bởi 1 hoặc
nhiều giao thức khung đặc thù cho giao diện đó.
• AAL2 và AAL5
Trên lớp ATM, chúng ta thường thấy một lớp thich ứng ATM gọi là AAL.Chức
năng của nó là để xử lý dữ liệu từ các lớp cao hơn của truyền tải ATM.
Tại đầu phát, dữ liệu được AAL chia thành các gói 48-byte và tại đầu thu, dữ liệu
sẽ được ráp lại để tai tạo khung dữ liệu ban đầu. Có 5 loại AAL khác nhau (0, 1, 2,
3/4, và 5). AAL0 nghĩa là không cần thích ứng. Cac lớp thich ứng khác có các đặc
tính khác nhau dựa vào ba loại tham số:
- Yêu cầu về thời gian thực
- Tốc độ bit khong đổi hoặc thay đổi.
- Truyền tải dữ liệu hướng kết nối hoặc không hướng kết nối.

CHƯƠNG II: BÁO HIỆU UMTS
I.

Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub:
13


Báo hiệu và điều khiển kết nối

1.

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Các chức năng của Iub

Giao diện Iub nằm giữa RNC và một node B. RNC điều khiển node B thông
qua Iub một số tác vụ như: thỏa thuận tài nguyên vô tuyến, bổ sung hoặc loại bỏ
các tế bào khỏi node B, hỗ trợ các kiểu truyền thông khác nhau và các liên kết điều
khiển.
Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục chia sẻ giữa giao diện Abis/GMS
và giao diện Iub, tối thiểu số lượng tùy chọn có sẵn trong phần chức năng giữa
RNC và node B. Bên cạnh chức năng điều khiển các ô, thêm hoặc loại bỏ các liên
kết vô tuyến trong các ô thuộc quản lý của các node B, Iub hỗ trợ các chức năng
O&M của node B. Iub cho phép chuyển mạch giữa các kiểu kênh khác nhau nhằm
duy trì kết nối. Các chức năng chi tiết của Iub như sau:
 Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio
Network Controller): Chuyển chức năng SRNC cũng như các nguồn tài nguyên
liên quan tới Iu từ một RNC này tới một RNC khác.
 Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): Bao gồm
thiết lập, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhập vô tuyến.

 Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô tuyến
tới mạng lõi CN.
 Giải phóng các tài nguyên kêt nối Iu: Giải phóng toàn bộ tài nguyên liên quan
tới một kết nối Iu. Gửi yêu cầu giải phóng toàn bộ kết nối Iu tới mạng lõi CN
 Quản lý các tài nguyên truyền tải Iub: Quản lý liên kết Iub, quản lý cấu hình ô,
đo hiệu năng mạng vô tuyến, quản lý sự kiện tài nguyên, quản lý kênh truyền tải
chung, quản lý tài nguyên vô tuyến, sắp xếp cấu hình mạng vô tuyến.
 Quản lý thông tin hệ thống và lưu lượng các kênh chung: Điều khiển chấp
nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu.
 Quản lý lưu lượng của các kênh cố định: Quản lý và giám sát liên kết vô tuyến,
chỉ định và giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênh truyền tải dành
riêng, truyền dữ liệu
 Quản lý lưu lượng các kênh chia sẻ: Chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công
suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu.
 Quản lý đồng bộ và định thời: Đồng bộ kênh truyền tải, đồng bộ khung, đồng bộ
giữa node B và RNC, đồng bộ giữa các node B.
2. Các bước tiến hành xử lý cuộc
14

gọi


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

 Bước 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio
Resource Controller) được gửi từ UE tới RNC
 Bước 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấp cho quá trình thiết lập một kênh
truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang các kênh điều khiển logic

dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), các DCCH được sử dụng để
truyền các bản tin của RRC và NAS (NonAccess Stratum)
 Bước 3: Khi DCH và DCCH không khả dụng, các bản tin báo hiệu để thiết lập kết
nối cho RRC được truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hướng đi và
FACH (Forward Access Channel) hướng về
 Bước 4: Thủ tục mã hóa/nhận thực được yêu cầu từ mạng được sử dụng để kiểm
tra lần hai nhận dạng UE và chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần.
 Bước 5: Thiết lập cuộc gọi thoại bắt đầu bởi bản tin SETUP trong lớp
MM/SM/CC. Bản tin Setup gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tới RNC tới miền
mạng chuyển mạch kênh
 Bước 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại.
- Các giá trị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhập vô tuyến
-

RAB.
RAB gán thủ tục tương thích với thiết lập kênh mang trong mạng SS7
RAB cung cấp một kênh cho thoại gói giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị

chuyển mạch trong vùng mạng chuyển mạch kênh.
 Bước 7: Tái cấu hình liên kết vô tuyến cung cấp nguồn tài nguyên để thiết lập
kênh mang vô tuyến trong bước tiếp theo.
 Bước 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số trong thủ tục gán RAB, một kênh vô
tuyến mới được thiết lập để mang các kênh lưu lượng dành riêng DTCH. Nếu sử
dụng mã AMR để mã hóa thoại, ba kênh DTCH được thiết lập gồm: Lớp A, lớp B,
lớp C.
 Bước 9: Giải phóng cuộc gọi thoại được thực hiện ngay sau khi RRC được giải
phóng nếu không còn dịch vụ nào được kích hoạt. Cả hai kênh điều khiển và lưu
lượng dành riêng được giải phóng. Cuối cùng, RNC giải phóng tài nguyên vô
tuyến bị khóa cho cả hai kênh để dành cho các cuộc gọi khác.

15


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Hình 2.1: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub

II.

Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu
1. Báo hiệu tại giao diện Iur:

1.1- Mặt bằng điều khiển/người dùng Iur:

16


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Hình 2.2 Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur( RNC với RNC)
Giao thức Iur giữa các RNC cho thấy 2 giải pháp trên mạng truyền tải: SCCP và
các bản tin RNSAP chạy trên nền của SSCOP hoặc SCCP trên nền của M3UA nếu
lớp truyền tải là lớp IP
Các giao thức sử dụng trong Iur-User/Control Plane đảm nhiệm các chức năng
sau:

Hình 2.3 Mặt bằng điều khiển/người dùng Iur
 IP (Internet Protocol)
Giao thức internet cũng cấp các dịch vụ phi kết nối giữa các mạng gồm các tính
năng đánh địa chỉ, xác lập kiểu dịch vụ, phân mảnh ghép gói tin và hỗ trợ bảo mật
 SCTP (Stream Control Transmission Protocol)
17


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng cung cấp chức năng xác nhận lỗi cho luồng
dữ liệu. Các vấn đề ngắt dữ liệu, tổn hao dữ liệu hay trùng lặp được xác nhận bởi
số thứ tự và trường kiểm tra tổng. SCTP cho phép truyền lại nếu pháy hiện ra lỗi
gây ngắt nguồn dữ liệu
 MTP3-B (Message Transfer Part Level 3- Broadband)
Phần chuyển bản tin mức 3 dàng cho mạng băng rộng, cung cấp nhận dạng và
truyền các bản tin mức cao, đồng thời cung cấp chức năng định tuyến và chia tải
 M3UA (MTP3 User Adaptation layer)
Lớp tương thích người dùng MTP mức 3 tuong đương các chức năng của MTP3.
M3UA được mở rộng để truy cập tới các dịch vụ MTP3 cho các ứng dụng điều
khiển từ xa dựa trên IP
 SCCP (Signaling Connection Control Part)
Phần điều khiển kết nối báo hiệu cung cấp dịch vụ truyền bản tin giữa hai điểm
báo hiệu bất kỳ trong cùng một mạng
1.2-Giao thức báo hiệu RNSAP
RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part): Phần ứng dụng phân hệ
mạng vô tuyến gồm các giao thức truyền thông, sử dụng trên giao diện Iur và luật
mã hóa gói PER

Có hai lựa chọn có thể đối với truyền tải báo hiệu RASAP
- Ngăn xếp SS7 ( SCCP và MTP3 )
- Truyền tải mới dựa trên SCTP/IP
Vì giao diện Iur luôn đảm bảo bốn chức năng:
1.
2.
3.
4.

Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC
Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng
Hỗ trợ kênh lưu lượng chung
Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cục

Vì lý do này mà giao thức báo hiệu Iur (RNSAP) được chia thành bốn modun hay
bốn chức năng. Giao thức báo hiệu RNSAP có thể chỉ thực hiện chỉ một phần của
bốn chức năng Iur giữa hai bộ điều khiển mạng vô tuyến tùy theo yêu cầu của nhà
khai thác.
 Chức năng thứ nhất: hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC
18


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Đây là cơ sở đầu tiên cho việc xây dựng các giao diện Iur và tự mình đảm bảo
chức năng cần thiết cho tính di động giữa hai RNC, nhưng không hỗ trợ cho
việc trao đổi bất kỳ lưu lượng nào của người sử dụng
Hỗ trợ các chức năng:

- Hỗ trợ việc cài đặt lại SRNC (bộ điều khiển mạng vô tuyến phục vụ)
- Hỗ trợ cập nhật vùng đăng ký UTRAN và ô giữa các RNC
- Hỗ trợ tìm gọi các RNC
- Báo cáo lỗi giao thức
 Chức năng thứ hai: hỗ trợ lưu lượng kênh riêng
Chức năng này đòi hỏi kênh riêng của báo hiệu RNSAP và cho phép truyền lưu
lượng kênh riêng giữa hai RNC.
Hỗ trợ lưu lượng kênh riêng hỗ trợ các chức năng:
- Thiết lập, thay đổi và giải phóng kênh riêng ở DRNC do chuyển
giao cứng và chuyển giao mềm ở trạng thái kênh riêng
- Thiết lập và giải phóng các kết nối truyền tải qua giao diện Iur
- Truyền các khối truyền tải giữa DRNC và SRNC
- Quản lý các đoạn nối vô tuyến ở DRNC thong qua các thủ tục báo
cáo đo và thiết lập công suất
 Chức năng thứ ba: hỗ trợ lưu lượng kênh chung
Chức năng này cho phép xử lý các luồng số liệu kênh dùng chung. Nó đòi hỏi
modun kênh truyền tải chung của giao thức RNSAP và giao thức khung truyền
tải chung ( CCH FP ).
Nếu chức năng này không được thực hiện thì mọi cập nhật ô giữa các RNC
luôn luôn khởi động quá trình đặt lại SRNC ( RNC phục vụ ), nghĩa là SRNC
luôn luôn là RNC điều khiển ô được sủ dụng cho truyền tải kênh chung hoặc
chia sẻ kênh.
Các chức năng được modun kênh truyền tải chung Iur cung cấp là:
- Thiết lập và giải phóng kết nối truyền tải qua Iur cho các luồng số
liệu kênh chung
- Phân chia lớp MAC giữa SRNC và DRNC

 Chức năng thứ tư: hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cục
Chức năng này đảm bảo báo hiệu để hỗ trợ tài nguyên tăng cường và các tính
năng khai thác bảo dưỡng (O&M ) qua giao diện Iur.nó được thực hiện bằng

mô đun toàn cục của giao thức RNSAP và không đòi hỏi giao thức mặt phẳng
người sử dụng vì không có truyền dẫn số liệu của người sử dụng qua giao diện
Iur. Đây là một chức năng tùy chọn
Các chức năng do mô đun tài nguyên toàn cục cung cấp là:
- Truyền các kết quả đo ở ô giữa hai RN
19


Báo hiệu và điều khiển kết nối

II.

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Truyền thông tin định thời nút B giữa hai RN
Tổng kết các chức năng của giao diện Iur

BÁO HIỆU TẠI GIAO DIỆN Iu
Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN. Iu là một giao diện mở để chia sẻ hệ thống
thành UTRAN đăc thù và CN, CN xử lý chuyển mạch, định tuyến và điều khiển
dịch vụ
Giao diện Iu có thể có hai trường hợp khác nhau:
- Iu-cs (Iu chuyển mạch kênh) để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch
kênh
- Iu-ps ( Iu chuyển mạch gói ) để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch
gói

2.1- Mặt bằng điều khiển người dùng Iu-cs

Hình 2.4: Mặt bằng điều khiển người dùng Iu-CS

Chồng giao thức điều khiển/ người dùng Iu –CS bao gồm một số giao thức:
 AMR (Adaptive Multirate Codec)
Mã hóa đa tốc độ thích ứng cung cấp một miền tóc độ rộng cho dữ liệu và sử dụng
cho mã hóa tốc độ thấp cho giao diện vô tuyến
 TAF (Terminal Adaptation Function)
Chức năng tương thích đầu cuối là giao thức hỗ trợ biến đổi nhiều kiểu thiết bị
đầu cuối khác nhau vào mạng
 RLP (Radio Link Protocol)
Giao thức liên kết vô tuyến điều khiển truyền dẫn dữ liệu giữa mạng GSM và
UMTS

20


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Vùng chuyển mạch kênh liên quan tới một tập các thực thể xử lý lưu lượng
người dùng cũng như các báo hiệu liên quan. Tại đây gồm các thành phần
MSC, GMSC, VRL và chức năng liên kết liên mạng IWF tơi mạng PSTN
2.2- Mặt bằng điều khiển/người dùng Iu-PS

Hình 2.5 Mặt bằng điều khiển/người dùng Iu-PS
Vùng chuyển mạch gói gồm các thực thể liên quan tói truyền dẫn gói SGSN,
GGSN và cổng biên BG
Lưu lượng IP được truyền tải trên AAL5 của ATM. Vì vậy không tồn tại các lớp
ALCAP trong mặt bằng điều khiển để thiết lập và xóa bỏ các kết nối ảo chuyển
mạch của lớp AAL2.
2.3- Giao thức báo hiệu ở Iu (RANAP)

Giao thức RANAP là giao thức báo hiệu ở Iu chứa tất cả thông tin được định
nghĩa cho lớp mạng vô tuyến. Chức năng của RANAP được thực hiện bởi các thủ
tục cơ bản RANAP (RANAP EP: RANAP Elementary Procedures ).
Các chức năng của RANAP:
-

-

Ấn định lại: chức năng này xử lý cả việc ấn định lại SRNS và chuyển giao bao
gồm cả trường hợp giữa các hệ thống tới từ GMS.
Ấn định lại SRNS: chức năng này của RNS dịch vụ được ấn định lại từ một
RNS sang một RNS khác mà không thay đổi tài nguyên vô tuyến và gián đoạn
luồng số liệu của người sử dụng.
Quản lý vật mang truy nhập vô tuyến (RAB- radio access bearer ). Chức năng
này kết hợp tất cả các xử lý RAB:
+ Thiết lập RAB, gồm cả khả năng xếp hàng đợi thiết lập
+ Thay đổi đặc tính của RAB hiện có
+ Xóa RAB hiện có,kể cả trường hợp khởi xướng bởi RAN (radio access
network-mạng truy nhập vô tuyến )
21


Báo hiệu và điều khiển kết nối

-

-

-

-

-

-

III.

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Giải phóng Iu:
Báo cáo phát không thành công số liệu: cho phép CN cập nhật các bản ghi tính
cước của mình bằng cách thông tin từ UTRAN nến phần số liệu phát đi không
tới được UE.
Quản lý ID chung: nhận dạng cố định của UE được phát từ CN đến UTRAN để
cho phép kết hợp tìm gọi từ hai vùng CN khác nhau.
Tìm gọi: chức năng này được CN sử dụng để tìm gọi một UE rồi cho yêu cầu
dịch vụ kết nối cuộc gọi UE. Bản tin tìm gọi được phát từ UE đến UTRAN với
nhận dạng chung UE (ID cố định ) và vùng tìm gọi.
Truyền báo hiệu UE-CN: chức năng này đảm bảo truyền trong suốt các bản tin
báo hiệu UE-CN không cần diễn giải ở UTRAN trong ba trường hợp.
+ Truyền bản tin UE đầu tiên từ UTRAN tới UE: có thể hoặc là một trả
lời tìm gọi,một yêu cầu cuộc gọi khởi xướng UE,hay chỉ là đăng ký đến
một vùng mới. Nó khởi đầu kết nối báo hiệu cho Iu.
+ Truyền trực tiếp sử dụng để mang tất cả bản tin báo hiệu liên tiếp trên
kết nối báo hiệu Iu ở cả hai đường lên xuống.
+ Phát quảng bá thông tin CN: cho phép CN thiết lập thông tin hệ thống
cần phát quảng bá đến tất cả người sử dụng trong một vùng đặc thù.
Quản lý quá tải: quá trình này được sử dụng để điều khiển tải ở giao diện Iu
phòng ngừa quá tải,chẳng hạn do quá tải ở bộ xử lý CN hoặc UTRAN. Một cơ

chế đơn giản được sử dụng để từng bước giảm tải hoặc khôi phục lại bằng các
khởi động bộ định thời.
Khởi động lại: thao tác này được sử dụng để khởi động lại CN hay phía
UTRAN của giao diện Iu trong tình trạng xuất hiện lỗi. Một đầu của Iu có thể
chỉ cho đầu kia là nó đang phục hồi lại bằng một khởi động lại và đầu kia có
thể loại bỏ tất cả các kết nối trước đó.
Báo cáo vị trí: chức năng này cho phép CN nhận được thông tin về vị trí của
một UE cho trước. Nó bao gồm hai thủ tục cơ bản : một để điểu khiển bán cáo
vị trí ở RNC và một để phát báo cáo này đến CN.

Thủ tục thiết lập cuộc gọi
 Bước 1: Thiết lập kết nối RRC giữa thiết bị người dùng và RNC

22


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

Hình 2.6 Quá trình kết nối RRC

Kết nối RRC giữa UE và RNC sẽ được thiết lập thông qua quá trình UE gửi yêu
cầu kết nối RRC qua CCCH (Common Control Channel-Kênh điều khiển chung) mà
cụ thể là RACH-Radom Acess Channel (Kênh truy cập ngẫu nhiên) trong hướng lên.
Bản tin này có chứa một số thông tin chính bao gồm: IMSI hoặc TMSI,LAI,RAI and
lý do yêu cầu kết nối RRC
RNC xác thực lý do cho yêu cầu nhằm mục đích chuẩn bị tài nguyên cho kênh kết
nối sẽ là kênh chung hay riêng. Sau đó, RNC tiếp tục quá trình thành lập một sóng
mang Iub bằng cách gửi đi bản tin thiết lập đường kết nối vô tuyến NBAP đến Node

B. Bản tin này chứa những thông tin như ID giao dịch, ID trao đổi,mã xáo trộn và mã
số kênh FDD-DL. Node B sẽ xác thực qua bản tin phản hồi NBAP radio link setup
response. Bản tin phản hồi sẽ chứa thông tin liên quan đến địa chỉ lớp giao vận như là
địa chỉ AAL2. SRNC sẽ thiết lập được sóng mang Iub thoogn qua ALCAP trong tầng
giao vận mạng và thông tin nó nhận được từ Node B như là đường AAL và số ID của
kênh. Sóng mang Iub này sẽ ràng buộc gắn với các giao dịch cùng với DCH. SRNC
sau đó tiến hành đồng bộ hóa giao thức kết nối frame (Frame Protocol) bằng cách gửi
đi bản tin đồng bộ FP với đường xuống. RNC sẽ trả lời với UE là đã hoàn thành kết
nối RRC bằng cách gửi bản tin RRC connection setup message. Bản tin này chứa

23


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

thông tin như định dạng kiểu vận chuyển, điều khiển công suất và mã xáo trộn. UE
cũng gửi bản tin phản hồi- RRC connection setup complete để xác thực kết nối RRC.
 Bước 2: Xác thực và bảo vệ:

Hình 2.7. Quá trình xác thực và bảo vệ
Sau khi bước kết nối với RNC hoàn thành,UE gửi đi bản tin RRC initial direct
transfer ( bắt đầu chuyển giao trực tiếp). Bản tin này sẽ được gửi với đích đến là mạng
core. Nhưng khi tới RNC nó sẽ thêm một số thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi
và đặt lại là bản tin RANAP UE initial. Sau đó nó sẽ được gửi tới 3G MSC. Những
thông tin mà bản tin này mang đi bao gồm số xác thực UE, địa điểm, và thiết lập cần
thiết cho kết nối.
Trong khi nhận các yêu cầu về dịch vụ từ UE, MSC bắt đầu thủ tục bảo vệ. Nó bao
gồm các quá trình xác thực UE và thay đổi các khóa mã hóa. MSC sẽ gửi các yêu cầu

xác thực trong bản tin RANAP direct transfer ( giao dịch trực tiếp RANAP). RNC sẽ
ánh xạ và chuyển bản tin yêu cầu xác thực cho UE bằng bản tin RRC direct
transfer( giao dịch trực tiếp RRC). UE sẽ thực hiện thuật toán xác thực và gửi kết quả
24


Báo hiệu và điều khiển kết nối

Báo hiệu trong mạng truy nhập UMTS

trở lại bằng bản tin trả lời xác thực tới MSC. RNC lúc này sẽ đóng vai trò như một
đơn vị vận chuyển. Giả sử các quá trình xác thực của UE thành công, MSC sẽ gửi đến
RNC chế độ điều khiển bảo vệ tức nghĩa là các giao dịch giữa UE và UTRAN sẽ cần
mã hóa. RNC lúc này sẽ gửi bản tin chế độ điều khiển bảo vệ tới UE. Bản tin này sẽ
truyền lại thuật toán mã hóa, quá trình mã hóa và khóa toàn vẹn. UE sẽ bắt đầu mã
hóa mọi giao dịch tới UTRAN và thông báo cho RNC bằng bản tin RRC chế độ bảo
vệ hoàn thành. RNC sẽ tiếp tục gửi nó cho MSC để báo quá trình mã hóa đã hoàn tất.
 Bước 3: Thiết lập kênh mang truy nhập vô tuyến và thiết lập cuộc gọi

Hình 2.8. Quá trình thiết lập kênh mang truy nhập vô tuyến
Sau khi quá trình mã hóa và bảo vệ hoàn thành, UE gửi bản tin thiết lập điều khiển
cuộc gọi tới MSC. MSC xác nhận rằng UE đã chấp nhận cho yêu cầu dịch vụ, MSC
bắt đầu quá trình thiết lập kênh mang cho lưu lượng của người sử dụng( lưu lượng
thoại trong trường hợp này). Điều này đạt được bằng cách MSC gửi một yêu cầu
RAB assignment (phân công ) tới RNC. Yêu cầu này sẽ bao gồm số hiệu RAB và
thông số về QoS để thiết lập. RNC sau khi nhận được bản tin sẽ kiểm tra tài nguyên
và thiết lập kênh mang tại Iu. Kênh mang thực này sẽ được thiết lập bằng cách sử
dụng ALCAP trong tầng giao vận mạng. RNC tiếp tục thiết lập kênh mang vô tuyến
25