Thiết kế bộ tiêu chí đánh giá hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng 3g, áp dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VŨ MINH DƢƠNG

THIẾT KẾ BỘ TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT
SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN MẠNG 3G
ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ CHO MẠNG MOBIFONE

Chuyên ngành : Kỹ thuật truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
…......................................

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Phạm Thành Công

Hà Nội – Năm 2013

-1-


MỤC LỤC
MỤC LỤC

................................................................................................ 2

CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. 7
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. 8
CHƢƠNG 1.

CẤU TRÚC MẠNG 3G ..................................................... 10

1.1.
Cấu trúc và công nghệ mạng 3G-WCDMA ......................................... 10
1.1.1.
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động ...................... 10
1.1.2.
Giới thiệu về cấu trúc mạng WCDMA .......................................... 17
1.1.2.1. Mô hình khái niệm ...................................................................... 17
1.1.2.2. Mô hình cấu trúc ......................................................................... 18
1.1.2.3. Cấu trúc quản lý tài nguyên ........................................................ 22
1.1.2.4. Cấu trúc dịch vụ UMTS.............................................................. 23
1.1.3.
Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến UTRAN .................................... 24
1.1.3.1. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) ......................................... 25
1.1.3.2. Node B (Trạm gốc) ..................................................................... 26
1.1.3.3. Các chức năng điều khiển của UTRAN ..................................... 26
1.1.4.
Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99 ............................... 26
1.1.5.
Cấu trúc phân lớp của WCDMA.................................................... 28
1.1.6.
Các giao diện trong mạng 3G ........................................................ 30
1.1.6.1. Giao diện UTRAN – CN (Iu) ..................................................... 31
1.1.6.2. Giao diện RNC – RNC (Iur) ....................................................... 31
1.1.6.3. Giao diện RNC – Node B (Iub) .................................................. 32
1.1.7.
Các loại kênh trong UTRAN ......................................................... 32
1.1.7.1. Các kênh lôgic ............................................................................ 32
1.1.7.2. Các kênh vật lý ........................................................................... 33

1.1.7.3. Các kênh truyền tải ..................................................................... 34
1.2.
Cấu trúc mạng 3G triển khai trên mạng Mobifone .............................. 37
CHƢƠNG 2.

NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ KPI ......... 39

2.1.
Tình hình thực tế, đánh giá nhu cầu của thị trường và việc cần thiết
phải xây dựng các chỉ tiêu đánh giá KPI .......................................................... 39
2.1.1.
Sơ lược tình hình trong nước và quốc tế ........................................ 39
2.1.2.
Nhu cầu thực tế và khả năng áp dụng ............................................ 39
2.2.
Giới thiệu chung về các chỉ tiêu đánh giá phần vô tuyến cho 3G ........ 40
-2-


2.2.1.
Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ...................................... 41
2.2.2.
Tỉ lệ rớt cuộc gọi CDR ................................................................... 43
2.2.2.1. CS Call Drop Rate ...................................................................... 43
2.2.2.2. PS Call Drop Rate....................................................................... 44
2.2.3.
Tỉ lệ chuyển giao thành công HOSR ............................................. 44
2.2.3.1. Soft handover Success Rate ........................................................ 47
2.2.3.2. Inter RAT handover Success Rate (2G/3G) ............................... 47
2.2.3.3. Hard handover Success Rate ...................................................... 48

2.3.
Áp dụng công thức tính KPI theo các hãng cung cấp thiết bị .............. 49
2.3.1.
Ericsson Formula cho RAN P7.1 ................................................... 49
2.3.2.
Huawei Formula cho RAN V200R11 ............................................ 50
2.3.3.
Nokia Formula cho RAN RU10 .................................................... 51
CHƢƠNG 3.

ĐÁNH GIÁ CÁC KPI CHO MẠNG MOBIFONE . ....... 55

3.1.
Áp dụng các KPI trên mạng Mobifone ................................................ 55
3.1.1.
Đề xuất bộ chỉ tiêu KPI trên mạng Mobifone ................................ 55
3.1.2.
Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ...................................... 57
3.1.3.
Tỉ lệ rớt cuộc gọi CDR ................................................................... 58
3.1.4.
Tỉ lệ chuyển giao thành công ......................................................... 61
CHƢƠNG 4.
4.1.
4.2.

CÔNG CỤ TÍNH TOÁN KPI ........................................... 64

Mục đích ............................................................................................... 64
Cách thức thực hiện và kết quả mô phỏng ........................................... 64

KẾT LUẬN

.............................................................................................. 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 69

-3-


CÁC TỪ VIẾT TẮT
Tiếng Anh

Tiếng Việt

3rd Generation

Thế hệ thứ ba

Adaptive Multirate

Đa tốc độ thích nghi

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

3G
A
AMR
B

C
CCPCH

Common

Control

Physical Kênh vật lý điều khiển thông

Channel

thường

CDR

Call Data Record

Bản ghi số liệu cuộc gọi

CN

Core Network

Mạng lõi

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo

F
FDD

tần số
G
GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút mạng hỗ trợ GPRS cổng

GPRS

General Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS

Global Position System

Hệ thống định vị toàn cầu

GSM

Global

System

for

Mobile Hệ thống thông tin di động toàn
cầu

Communications

-4-


H
HHO

Hard Handover

Chuyển giao cứng

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

HO

Handover

Chuyển giao

HSDPA

High-speed Downlink Packet- Truy nhập dữ liệu gói đường
data Access

xuống tốc độ cao

IMS

IP Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP

IN

Intelligent Network

Mạng thông minh

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lý mạng

NMT

Nordic

I

N

Mobile

Telephone Hệ thống điện thoại di động Bắc

system

Âu

NNI

Network Node Interface

Giao diện nút mạng

NSS

Network SubSystem

Phân hệ mạng

RA

Routing Area

Vùng định tuyến

RAB

Radio Access Bearer

Phương thức truyền tải truy nhập

R

vô tuyến
Random Access Burst

Cụm truy cập ngẫu nhiên

RACH

Random Access Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP

RAN Application Part

Phần ứng dụng RAN

RB

Radio Bearer

Phương thức truyền tải vô tuyến

-5-


RBS

Trạm gốc vô tuyến (thiết bị của

Radio Base Station

Ericsson)
RLA

Radio signal Level Averaged

Mức tin hiệu vô tuyến trung bình

RLC

Radio Link Control

Điều khiển kết nối vô tuyến

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS

SMS

Short Message Service

Dịch vụ tin nhắn

SMS-C

Short Message Service Center

Trung tâm dịch vụ tin nhắn

S

U
UDI

Unrestricted Digital Information Thông tin số không bị hạn chế

UE

User Equipment

Thiết bị đầu cuối

UI

User Interface

Giao diện người sử dụng
Giao diện vô tuyến

Um
UMM

UMTS Mobility Management

UMTS

Universal

Quản lý mềm dẻo UMTS

Mobile Hệ thống Viễn thông Di dộng

Telecommunications System

Toàn cầu

URAN

UMTS Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

UTRAN

UMTS Terresrial Radio Access Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
Network

UMTS

Visitor Location Register

Bộ ghi định vị tạm trú

V

VLR
W
WCDMA Wideband

Code

Division Đa truy nhập băng rộng phân

Multiple Access

chia theo mã

-6-


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Công thức tính của Ericsson ............................................................ 50
Bảng 2.2 Công thức tính của Huawei ............................................................. 51
Bảng 2.3 Công thức tính của Nokia Siemens ................................................. 54
Bảng 3.1 Chỉ tiêu chất lượng của các nhà cung cấp thiết bị ........................... 55
Bảng 3.2 Chỉ tiêu chất lượng của Mobifone ................................................... 56

-7-


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 . Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G .............. 10
Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP ....................................... 10
Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP...... 11
Hình 1.4 3G UMTS-R3 ....................................................................................... 13

Hình 1.5 3G UMTS-R4 ....................................................................................... 15
Hình 1.6 3G UMTS-R5 ....................................................................................... 16
Hình.1.7 Mô hình khái niệm mạng WCDMA .................................................... 17
Hình 1.8 Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS. ...................................................... 19
Hình 1.9 Sơ đồ khối tổng quát của mạng 3G ...................................................... 20
Hình 1.10 Cấu trúc quản lý tài nguyên. .............................................................. 22
Hình 1.11 Cấu trúc dịch vụ ................................................................................. 23
Hình 1.12 Cấu trúc UTRAN ............................................................................... 25
Hình 1.13 Cấu trúc mạng lõi theo tiêu chuẩn 3GPP R99 ................................... 27
Hình 1.14 Cấu trúc phân lớp của mạng WCDMA .............................................. 28
Hình 1.15 Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến ............................................ 30
Hình 1.16 Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN. .... 31
Hình 1.17 Các loại kênh trong UTRAN. ........................................................... 32
Hình 1.18 Các kênh vật lý đường lên.................................................................. 34
Hình 1.19 Các kênh vật lý đường xuống ............................................................ 34
Hình 1.20 Kênh truyền tải đường lên và đường xuống ...................................... 36
Hình 1.21 Cấu trúc mạng 3G triển khai trên mạng Mobifone ............................ 38
Hình 2.1 Mô hình báo hiệu CSSR ....................................................................... 42
Hình 2.2 Mô hình báo hiệu CDR ........................................................................ 43
Hình 2.3 Chuyển giao mềm/ mềm hơn ............................................................... 46
Hình 3.1 Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR ............................................ 57
Hình 3.2 Tỉ lệ rớt cuộc gọi CDR CS ................................................................... 58
Hình 3.3 Tỉ lệ rớt cuộc gọi CDR PS R99 ............................................................ 59
Hình 3.4 Tỉ lệ rớt cuộc gọi CDR PS HSDPA ..................................................... 60
Hình 3.5 Tỉ lệ chuyển giao thành công ISHO CS 3Gto2G ................................. 61
Hình 3.6 Tỉ lệ chuyển giao ISHO PS 3Gto2G .................................................... 62
Hình 3.7 Tỉ lệ chuyển giao mềm SHO ................................................................ 63
Hình 4.1 Giao diện quản lý cơ sở dữ liệu ........................................................... 65
Hình 4.2 Giao diện quản lý KPI .......................................................................... 66
Hình 4.3 Giao diện trích quản lý báo cáo ........................................................... 66

Hình 4.4 Giao diện báo cáo các KPI ................................................................... 67

-8-


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay các nhà mạng ở Việt Nam đã triển khai phủ sóng 3G nhằm đáp ứng nhu
cầu thông tin liên lạc, cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao và các dịch vụ giao dịch
trực tuyến, dịch vụ truyền thông đa phương tiện.
Để có thể đánh giá việc sử dụng tài nguyên vô tuyến cho 3G và đánh giá chất
lượng cho các dịch vụ nền 3G, chúng ta cần đưa ra các chỉ tiêu đánh giá (KPIs – Key
Performance Indicators) để có thể giám sát, đánh giá việc hoạt động, vận hành, khai
thác 3G.
Đề tài “Thiết kế bộ tiêu chí đánh giá hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng

3G, áp dụng đánh giá cho mạng Mobifone ” nhằm đưa ra các chỉ tiêu đánh giá
hợp lý để áp dụng trên các nhà mạng (lấy điển hình là Mobifone), phục vụ công tác
đánh giá, quản lý, vận hành khai thác mạng lưới; đồng thời cũng là một kênh tham
khảo cho người sử dụng lựa chọn. Với mục đích đó, đề tài nghiên cứu của tôi được
chia thành 4 chương:
Chương 1: Cấu trúc mạng 3G
Chương 2: Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá KPI
Chương 3: Đánh giá các KPI cho mạng Mobifone
Chương 4: Công cụ tính toán KPI
Sau khi luận văn được hoàn thành, tôi hi vọng những nghiên cứu trong luận văn
có thể đóng góp một phần nào đó vào sự phát triển của lĩnh vực điện tử viễn thông của
nước nhà.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!

-9-

CHƢƠNG 1.

CẤU TRÚC MẠNG 3G

1.1. Cấu trúc và công nghệ mạng 3G-WCDMA
1.1.1. Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động
Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên hình
1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2.
Khả năng di động

1985

1995

Cao

2000

2005

3G+

3G

2015

LTE
UMB

HSPA
1xEVDO

GSM
cdmaOne

Trung bình

2010

Triển khai
LTE

Thời gian

IMTAdvanced 4G

E3G

2G
1G

WCDMA
cmda20001x

AMPS
TACS

WIMAX/

IEEE
802.16e

WIFI/
IEEE802.11

Thấp

Tốc độ số liệu
<10kbps

<200kbps

300kbps-10Mbps

<100Mbps

100Mbps-1Gbps

E3G: 3G tăng cƣờng

Hình 1.1 . Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G
Lịch trình nghiên cứu trong 3GPP
Phát hành
1999 (R3),
12/99

2000
Thƣơng mại

Phát hành 4
(R4) 03/01

2001

2002

Phát hành 5
(R5) 03/02

2003

Phát hành 6
(R6) 12/04

2004

2005

3GPP R3

Phát hành 7
(R7) 09/06

2006
3GPP R5

Các phát hành
tiếp theo

Phát hành 8
(R8)

2007
3GPP R6

2008

3GPP R7

Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

- 10 -

2009

2010
3GPP R8


Hình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP
3GPP R99 (R3)

3GPP R5

3GPP R7

3GPP R6

Tốc độ đỉnh đƣ

ờng xuống

LTE:100Mbps
HSPA:42 Mbps**

28.8Mbps*
14.4Mbps
14.4Mbps
0.4Mbps

3GPP R8

LTE:50Mbps

11Mbps
5.7Mbps

0.4Mbps
0.4Mbps

ờng lên
Tốc độ đỉnh đƣ
* Với giả thiết 2x2MIMO cùng với 16QAM
** Với giả thiết 2x2MIMO cùng với 64QAM

Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP
Các nhà khai thác mạng GSM hiện nay chủ yếu đang ở giai đoạn R99. Họ có thể
lựa chọn các giải pháp triển khai nâng cấp như sau:
 Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R4

 Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R5
 Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R4 -> Mạng lõi R5
Việc lựa chọn giải pháp nâng cấp mạng của mỗi nhà khai thác cụ thể phụ thuộc
vào nhiều yếu tố khác nhau, như hiện trạng mạng hiện tại; chiến lược phát triển
mạng/dịch vụ; chi phí đầu tư. Điều này cho phép nhà khai thác lựa chọn phương án
triển khai mạng phù hợp.
Trên thị trường thế giới hiện nay, các hãng sản xuất thiết bị mạng thông tin di
động đã tung ra các sản phẩm thiết bị mạng lõi dựa trên tiêu chuẩn R4 và R5. Nhiều
nhà khai thác đang có chiến lược phát triển hướng tới một mạng lõi theo cấu trúc
NGN- Mobile nhằm xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng truyền tải chung cũng như khả
năng cung cấp, quản lý linh hoạt tất cả các loại hình dịch vụ/ứng dụng.
 3G UMTS-R99 (R3)
Mô tả kiến trúc phân tách theo loại hình dịch vụ (chuyển mạch gói và chuyển
mạch kênh) của mạng lõi UMTS R99. Tiêu chí của cấu trúc theo R99 bao gồm: tương
thích ngược với GSM; hỗ trợ truy nhập các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao; và quản lý được

- 11 -


QoS. Như đã chỉ ra trong Hình 1.2, có hai loại mạng truy nhập vô tuyến có thể kết nối
với mạng lõi (CN) của 3GPP: hệ thống BSS của GSM và RNS của UTRAN. Các
mạng truy nhập vô tuyến này kết nối với mạng CN thông qua các giao diện chuẩn. Cụ
thể, BSS của GSM kết nối với miền CS qua giao diện A và miền PS qua giao diện Gb;
UTRAN kết nối với miền CS qua giao diện Iu-cs và tới miền PS qua giao diện Iu-ps.
Miền CS (Circuit-Switched Domain) cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh dựa trên
tổng đài MSC (bao gồm cả GSM), trong khi miền PS (Packet-Switched Domain) cung
cấp kết nối IP giữa Mobile và các mạng IP (bao gồm cả GPRS).

- 12 -

PSTN
PSTN

Circuit Switched
(CS) Domain

Gi

GMSC

AuC
C

GGSN

H

SS7/TDM

HLR
Gn
Gr

D

EIR

F
E

VLR

G

Gp

Gc

A

MSC

GGSN in
other PLMN

PDN
PDN

Gf

MSC

SGSN

Gs

VLR
Gb
A

IuPS

Core Network (CN)

IuCS

BSC
Iub
BTS

RNC

BTS

BSS

UTRAN (UMTS
Terrestrial
Radio Access
Network)

RNC
Iub

Iub

Node
B

Node

B

RNS
Uu

RAN

Iur

Iub

Um

GERAN (GSM/
EDGE Radio
Access
Network)

Packet
Switched (PS)
Domain

Data
Signalling
UMTS: Universal Mobile Telecommunications
System
RNS: Radio Network Subsystem
RNC: Radio Network Controller
ME: Mobile Equipment
USIM: UMTS Subscriber Identity Mobile

CS: Circuit Switched
PS: Packet Switched

ME
CU
USIM

Hình 1.4 3G UMTS-R3

- 13 -

UE (User
Equipment)


 3G UMTS-R4/R5
Có thể nói cấu trúc mạng lõi theo phát triển tiếp sau R99, hay hiện nay được chia
thành hai pha R4 và R5, được gọi là cấu trúc mạng chuyển tiếp nhằm tiến tới cấu trúc
toàn IP trong tương lai. Các tiêu chí đặt ra cho cấu trúc R4/5 bao gồm: tương thích với
R99; bổ sung thêm các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP; và hỗ trợ hiệu quả VoIP vô
tuyến đối với dịch vụ đa phương tiện. Điểm cần lưu ý là trong cấu trúc R4/5, vẫn tồn
tại hai miền tách biệt CS và PS, R5 chính thức đưa ra khái niệm hệ thống IMS:
 Miền CS vẫn tồn tại và hỗ trợ khả năng tương thích ngược hoàn toàn đối
với các dịch vụ miền CS R99, có thể thực hiện miền này bằng cách nâng
cấp MSC thành MSC Server và Media Gateway.
 Miền PS tiếp tục hỗ trợ các kết nối IP, được nâng cấp thêm để hỗ trợ QoS
đối với các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP.
 Phân hệ IMS cung cấp các dịch vụ IP đa phương tiện mới bổ sung vào các
dịch vụ được cung cấp bởi miền CS.
Mặc dù các nhóm tiêu chuẩn của 3GPP bao gồm R4 và R5 dựa trên tiêu chí

phát triển hệ thống theo từng pha. ở đây, với quan điểm tổng thể về sự phát triển của
cấu trúc mạng, đề cập đến các hệ thống R4 và R5. Để có được khả năng truy nhập độc
lập và đảm bảo được sự kết nối thông suốt các thiết bị đầu cuối hữu tuyến thông qua
Internet.

- 14 -


PSTN
PSTN
GGSN in
other PLMN

PDN
PDN

Circuit Switched
(CS) Domain

Gi
CSMGW

GMSC
Server

Mc

AuC
C

TDM

HLR
Nc

Gn
Gr

D
G

VLR

E
Nc

EIR

F

Gf

MSC Server

Mc
CS MGW

Gp

Gc

SS7

Nb

VLR
MSC
Server

GGSN

H

SGSN

Gs

Mc
CS MGW

Nb

Gb
IuPS

A

Core Network (CN)

IuCS

A

IuCS
BSC

Abis
BTS

RNC

Iur

Abis
BTS

BSS

UTRAN (UMTS
Terrestrial
Radio Access
Network)

RAN

RNC
Iub

Iub

Node
B

Node
B

RNS
Uu

Um

GERAN (GSM/
EDGE Radio
Access
Network)

Packet
Switched (PS)
Domain

Data
Signalling
ME
CU

MGW: Media Gateway

USIM

Hình 1.5 3G UMTS-R4

- 15 -

UE (User
Equipment)


AS

PSTN
PSTN

AS

AS

PDN
PDN
GGSN in
other PLMN

Gi

Circuit Switched
(CS) Domain
CSMGW

Mc

TDM

C

SS7

Nb

VLR
MSC
Server

E
Nc

CS MGW

Gp

Gn
Gr

EIR

F

Gf

MSC Server

Mc

GGSN

Gc

HSS

Nc

VLR

Go

H

D
G

Gi

IMS

GMSC
Server

SGSN

Gs

Mc

CS MGW

Nb

Gb
IuPS

IuCS

Core Network (CN)

A

A IuCS

IuCS
IuCS

BSC
Abis
BTS

RNC

BTS

BSS

UTRAN (UMTS
Terrestrial

Radio Access
Network)

RNC
Iub

Iub

Node
B

Node
B

RNS
Uu

RAN

Iur

Abis

Um

GERAN (GSM/
EDGE Radio
Access
Network)

IuPS

Packet
Switched (PS)
Domain

Data
Signalling
ME
IMS: IP Multimedia Subsystem
HSS: Home Subscriber Server
AS: Application Server

CU
USIM

Hình 1.6 3G UMTS-R5

- 16 -

UE (User
Equipment)


1.1.2. Giới thiệu về cấu trúc mạng WCDMA
Cấu trúc mạng 3G WCDMA có thể được mô hình hóa theo nhiều cách khác
nhau. Ở đây sẽ giới thiệu một số cấu trúc mạng cơ bản bao gồm:
 Mô hình khái niệm.
 Mô hình cấu trúc.
 Cấu trúc quản lý tài nguyên.

 Cấu trúc dịch vụ mạng UMTS.
1.1.2.1.

Mô hình khái niệm
Mạng
thường trú
Tầng không truy cập
Miền CS
Thiết bị
di động

USIM

Mạng
truy cập

Miền PS

Tầng truy cập

Cu

Uu

Mạng
truyền
dẫn

Mạng
phục vụ

Iu

Yu

Miền mạng lõi
Miền thiết bị người
sử dụng

Miền cấu trúc mạng

Hình.1.7 Mô hình khái niệm mạng WCDMA
Theo quan điểm này, cấu trúc mạng được phân thành các hệ thống con dựa trên
cấu trúc thủ tục, lưu lượng cũng như các phần tử vật lý. Mạng 3G bao gồm hai khối
chức năng chính: khối chức năng chuyển mạch gói (PS) và khối chức năng chuyển
mạch kênh (CS). Các giao diện là phương tiện để các khối chức năng giao tiếp với

- 17 -


nhau. Dựa trên cấu trúc thủ tục và nhiệm vụ của chúng, mô hình mạng 3G được chia
thành hai tầng: tầng truy cập và tầng không truy cập.
 Tầng truy cập bao gồm các thủ tục xử lý giao tiếp giữa thiết bị người sử
dụng (UE) với mạng truy cập.
 Tầng không truy cập chứa các thủ tục xử lý giao tiếp giữa UE với mạng lõi
(khối chức năng CS/PS) tương ứng.
Mạng thường trú chứa các thông tin đăng ký và thông tin bảo mật. Mạng phục vụ
là một phần của mạng lõi. Mạng truyền tải là phần mạng lõi thực hiện kết nối thông tin
giữa mạng phục vụ với các mạng bên ngoài
1.1.2.2.

Mô hình cấu trúc
Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có
thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy cập vô
tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng
GPRS, còn mạng truy cập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA. Ngoài ra để hoàn
thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện
người sử dụng với hệ thống.
Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới
được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa
hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính
toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM.

- 18 -


CN

UTRAN
Note
B

AuC

HLR

EIR

RNC

Iur

Iub PS

Note
B

SGSN

GGSN

Iub
RNC

Note
B

Uu

GMSC

UMSC

Iub CS

VLR

PSTN
ISDN

Internet
Intranet

ISP

Hình 1.8 Mô hình cấu trúc hệ thống UMTS.
WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin
di động, nó sẽ là công nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế bào của hầu
hết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di động của người sử dụng
cùng với mạng lõi.
Mạng thông tin di động thế hệ 3 WCDMA gồm hai phần mạng: mạng lõi và
mạng truy cập vô tuyến.
 UE (User Equipment).
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ
thống. 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 thuê bao cần thiết cho đầu
cuối.

- 19 -


Mạng đường trục

AuC
PSTN/ISDN

PLMN

PDN

HLR

IWF

GMSC

GGSN

EIR

VLR
MSC

SGSN

Mạng lõi
Iups

Iucs

Iur

RNC

Mạng vô tuyến

RNC

NB

NB

NB

NB

NB

TE

NB

MT

TE

MT

Hình 1.9 Sơ đồ khối tổng quát của mạng 3G


UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network).
Mạng truy cập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy

cập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử:
 Node B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu.
Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Control): Có chức
năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B
được kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do

UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.

- 20 -




CN (Core Network)
 HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ
thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người 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 dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển
hướng 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): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động
cổng kết nối với mạng ngoài.
 SGSN (Servicing GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ vô
tuyến gói chung) đang phục vụ, có chức năng như MSC/VLR nhưng được
sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
 GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng, có chức
năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.


Để kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng
tương tác mạng (IWF). Ngoài mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần

thiết cho các mạng di động như: HLR, AuC và EIR.



Các mạng ngoài.
 Mạng CS: Mạng đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
Ví dụ: Mạng ISDN, PSTN.
 Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Ví dụ: mạng
Internet.

- 21 -




Các giao diện vô tuyến.
 Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện
này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
 Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định
của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
 Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà
khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
 Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản
xuất khác nhau.
 Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. Iub
được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.

1.1.2.3.

Cấu trúc quản lý tài nguyên

Điều khiển thông tin
CM

MM

CM

Điều khiển di động

Điều khiển di động
MM

MM

Điều khiển tài nguyên
vô tuyến
RRM

RRM

Giao diện mở Uu

UE

Giao diện mở Iu

UTRAN

CN

NMS

Hình 1.10 Cấu trúc quản lý tài nguyên.
Cấu trúc quản lý tài nguyên dựa trên cơ sở phân chia các chức năng quản lý chủ
yếu sau:

- 22 -


 Quản lý kết nối (CM): bao gồm tất cả các thủ tục, các chức năng liên quan
đến việc quản lý kết nối của người sử dụng.
 Quản lý di động (MM): gồm tất cả các chức năng , các thủ tục quản lý di
động và bảo mật như các thủ tục bảo mật kết nối, các thủ tục cập nhật vị
trí.
 Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM): bao gồm các thủ tục thực hiện việc
quản lý tài nguyên vô tuyến (điều khiển công suất, chuyển giao và điều
khiển tải hệ thống).
 Các chức năng điều khiển được kết hợp với nhóm các dịch vụ điều khiển
sau:
 Điều khiển thông tin (COMC): duy trì các cơ chế như điều khiển cuộc gọi,
điều khiển phiên trong chuyển mạch gói.
 Điều khiển di động (MOBC): duy trì điều khiển cập nhật vị trí và bảo mật.
 Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC): thực hiện chức năng quản lý thiết
lập kết nối vô tuyến và duy trì kết nối giữa UE với UTRAN.
1.1.2.4.
Cấu trúc dịch vụ UMTS
Hệ thống 3G được xây dựng theo định hướng dịch vụ nhiều hơn so với mạng
thông tin di động truyền thống. Theo quan điểm dịch vụ, mô hình mạng 3G có dang
như sau:
LỚP DỊCH VỤ

LỚP TẠO DỊCH VỤ
Quản lý
mạng

LỚP PHẦN TỬ MẠNG

Chức năng
bảo mật

LỚP TRUYỀN TẢI VẬT LÝ

Hình 1.11 Cấu trúc dịch vụ
Lớp thấp nhất là nền tảng cho các lớp còn lại là lớp truyền tải vật lý. Các nút sử
dụng phương tiện truyền tải vật lý hình thành một lớp gọi là lớp phần tử mạng. Lớp

- 23 -


thứ ba chứa các phần tử và chức năng tạo ra mỗi khối chức năng trong đó hình thành
các dịch vụ phục vụ người sử dụng đầu cuối. Lớp dịch vụ ở trên cùng trong mô hình
dịch vụ tạo ra ngữ cảnh cho các dịch vụ phức tạp.
1.1.3. Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến UTRAN
Nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mang truy cập vô tuyến
(RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN). UTRAN
nằm giữa hai giao diện mở Uu và Iu. Nhiệm vụ của UTRAN là phối hợp với mạng lõi
thực hiện các dịch vụ mạng qua các giao diện này.
UTRAN bao gồm nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network
Subsystem). Mỗi RNS bao gồm một số trạm gốc (node B), giao diện Uu và một bộ
điều khiển mạng vô tuyến RNC. RNC kết nối với node B bằng giao diện Iub. Các RNS
giao tiếp với nhau sử dụng giao diện mở Iur mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng.

Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN, các chức năng và
giao thức. UTRAN có các đặc tính chính sau:
 Hỗ trợ các chức năng truy cập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và
các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của WCDMA.
 Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của
mạng lõi.
 Đảm bảo tính chung nhất với GSM.
 Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.

- 24 -


Hình 1.12 Cấu trúc UTRAN
1.1.3.1.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)
RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của
UTRAN. RNC kết nối với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) qua giao
diện vô tuyến Iu. RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc
nghẽn cho các cell của mình.
Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các
RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:
 RNC phục vụ (Serving RNC): thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối
số liệu tới các tài nguyên vô tuyến. SRNC cũng là CRNC của một node B
nào đó được MS sử dụng để kết nối với UTRAN.
 RNC trôi (Drift RNC): là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển
các cell được MS sử dụng. Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và

- 25 -