Tìm hiểu các mạng không dây thế hệ mới

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo hƣớng dẫn: TS. Ngô
Quỳnh Thu, viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông, trƣờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội đã nhiệt tình chỉ bảo, định hƣớng nghiên cứu, hỗ trợ và tạo các điều kiện tốt
nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Nếu không có sự giúp đỡ tận
tâm của cô, luận văn này có lẽ sẽ không thể hoàn thành đúng hạn.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo Viện Công
nghệ Thông tin và Truyền thông, trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình chỉ
bảo, truyền đạt những tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời
gian học vừa qua.
Cuối cùng, tôi xin kính chúc Quý thầy cô và gia đình dồi dào sức khỏe và thành
công./.
Học viên cao học khóa 2011B
Luyện Văn Hòa

1


LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................................................... 9
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................................ 10
PHẦN 1. TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY THẾ HỆ MỚI: MẠNG DI
ĐỘNG 3G, MẠNG WIRELESS LAN, MẠNG WIMAX, MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 12
CHƯƠNG 1. UMTS ............................................................................................................................ 12
1.1 Tổng quan .................................................................................................................................. 12
1.2 Kiến trúc mạng ........................................................................................................................ 13
1.3 Các tình huống sử dụng: ...................................................................................................... 17
1.4 Quản lý di động........................................................................................................................ 21
CHƯƠNG 2. WLAN ............................................................................................................................ 25

2.1 Tổng quan về WLAN .............................................................................................................. 25
2.1.1 Giới thiệu ........................................................................................................................... 25
2.1.2 Lịch sử phát triển WLAN ............................................................................................. 26
2.1.3 Ưu nhược điểm mạng không dây ............................................................................. 28
2.1.4 Các ứng dụng của WLAN ............................................................................................. 28
2.2 Đặc điểm kĩ thuật mạng WLAN ......................................................................................... 30
2.2.1 Các chuẩn cho mạng không dây WLAN 802.11 .................................................. 30
2.2.2 Các thành phần cơ bản của mạng không dây: ..................................................... 32
2.2.3 Các dạng mạng không dây .......................................................................................... 33
2.3 Giao thức điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11 MAC............................ 35
2.3.1 DCF (Distributed Coordination Function) ............................................................ 35
2.3.2 PCF (Point Coordination Function)........................................................................ 38
2.3.3 Hạn chế của 2 cơ chế DCF và PCF về vấn đề chất lượng dịch vụ.................. 39
2.3.4 Yêu cầu của các ứng dụng (Applications) ............................................................. 40
2.4 Giao thức điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11e MAC ......................... 40
2.4.1 HCF contention-based medium access (EDCA) .................................................. 41
2.4.2 HCF Controlled Medium Access ............................................................................... 44
CHƯƠNG 3. WiMAX ......................................................................................................................... 46
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX ........................................................................................ 46
3.1.1 WiMAX LÀ GÌ ?................................................................................................................. 46
3.1.2 WiMAX SO VỚI MỘT SỐ CÔNG NGHỆ KHÁC ........................................................ 47
3.1.3 CÁC CHUẨN CỦA WIMAX ............................................................................................ 49
3.1.3.1. Chuẩn IEEE 802.16 - 2001 ................................................................................ 49
3.1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a ............................................................................................. 50
3.1.3.3 Chuẩn IEEE 802.16 - 2004 ................................................................................ 50
3.1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e ............................................................................................ 51
3.2 KIẾN TRÚC CỦA WIMAX ...................................................................................................... 52
3.2.1 MÔ HÌNH THAM CHIẾU ............................................................................................... 53
3.2.2 LỚP VẬT LÝ WIMAX (PHY) ........................................................................................ 54
3.2.2.1 Đặc điểm lớp vật lý ................................................................................................ 54

3.2.2.2 Dải tần sử dụng ....................................................................................................... 55
3.2.3 LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG (MAC) ...................................... 56

2


3.2.3.1. Các thành phần lớp MAC .................................................................................... 57
3.2.3.2 Lớp con hội tụ MAC ............................................................................................... 59
3.2.3.3 Lớp con phần chung MAC ................................................................................... 59
Các định dạng MAC PDU .................................................................................................... 60
3.2.3.4 Lớp con bảo mật ..................................................................................................... 63
3.2.3.5 Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông ........................................................ 64
3.2.4 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) .................................................................................. 66
3.2.4.1 Các dịch vụ lập lịch (Scheduling Services) ................................................... 66
CHƯƠNG 4. MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ......................................................................... 68
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .......................................... 68
4.1.1 Giới thiệu chung.............................................................................................................. 68
4.1.2 Đặc điểm mạng cảm biến không dây ...................................................................... 68
4.2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN ........................................................................ 70
4.2.1 Vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến .............................................................. 70
4.2.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến .............................. 73
PHẦN 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN 802.11e TRONG MÔI TRƯỜNG NS2
........................................................................................................................................................................ 76
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG NS2 ............................................................. 76
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN 802.11e TRONG MÔI TRƯỜNG
NS2 ........................................................................................................................................................... 79
KẾT LUẬN .................................................................................................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................................ 88

3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, luận văn này là kết quả của quá trình nghiên cứu của bản
thân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo hƣớng dẫn: TS. Ngô Quỳnh Thu.
Toàn bộ nội dung trong bài luận văn là các kiến thức đƣợc đúc kết từ các tài liệu
tham khảo trong, ngoài nƣớc và đƣợc cô Ngô Quỳnh Thu cung cấp, không có sự
sao chép của bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác./.
Học viên Cao học khóa 2011B
Luyện Văn Hòa

4


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt

Từ viết đầy đủ

AP
BS/SS
BSS
BTS
CBR
CDR

Access Point
Base Station/ Subcrible Station
Basic Service Set

Base Transceiver Station
Constant Bit Rate
Call Detail Record

CFP

Contention Free Period

EDCF
ESS
FDD
FTP
GGSN
GPRS
GPSS

Unidirectional Connection
Identifier
Contention Period
Cyclic Redundancy Check
Service-specific Convergency
Sublayer
Distributed Coordination
Function
Dynamic Frequency Selection
Direct link protocol
Enhanced distributed channel
access
Enhanced DCF
Extend Service Set

Frequency Division Duplex
File transmission protocol
Gateway GPRS Support Node
General Packet Radio Service
Grant per SubScrible

HCCA

HCF controlled channel access

HCF
HLR
IBSS

Hybrid Coordination Function
Home Location Register
Independent Basic Service Set
Institute of Electrical and
Electronic Engineers
Local Area Network
Listen Before Talk

CID
CP
CRC
CS
DCF
DFS
DLP
EDCA

IEEE
LAN
LBT

Ý nghĩa
Điểm truy cập
Trạm gốc/ trạm thuê bao
Tập dịch vụ cơ sở
Trạm thu phát cơ sở
Tốc độ bit không đổi
Bản ghi chi tiết cuộc gọi
Khoảng thời gian không có tranh
chấp
Số hiệu kết nối đơn hƣớng
Khoảng thời gian có tranh chấp
Kiểm tra lỗi dƣ vòng
Lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ
Chức năng điều phối phân bổ
Lựa chọn tần số động
Giao thức liên kết trực tiếp
EDCF
Tăng cƣờng DCF
Tập dịch vụ mở rộng
Ghép kênh theo tần số
Giao thức truyền tập tin
Cổng hỗ trợ GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao
Truy nhập kênh truyền đƣợc điều

khiển
Chức năng điều phối lai
Thanh ghi định vị thƣờng trú
Tập dịch vụ cơ sở độc lập
Viện kỹ sƣ điện và điện tử
Mạng cục bộ
Lắng nghe trƣớc khi truyền

5


LMDS
MAC
ME
MSC
MSDU
NAM
NS
OTCL
PDA
PDP
PHY
PLMN
PSTN
QoS
RAN
RNC
RNS
SAP
SDU

SFID
SGSN
TCP
TDD
UDP
UE
UL/DL
UMTS
USIM
UTRAN
VBR
VLAN
VLR

Local multipoint distribution
system
Media Access Controller
Mobile Equipment

Hệ thống đa phân phối cục bộ

Điều khiển truy cập đƣờng truyền
Thiết bị di động
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di
Mobile Service Switching Center
động
MAC Service Data Unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC
Network Animator
Minh họa Mạng

Network Simulation
Mô phỏng mạng
Object oriented Tool Command
Ngôn ngữ công cụ lệnh hƣớng đối
Language
tƣợng
Personal Digital Assistant
Trợ lý kỹ thuật số cá nhân
Packet Data Protocol
Giao thức dữ liệu gói
Physical
Lớp vật lý
Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất công cộng
Public Switched Telephone
Mạng điện thoại chuyển mạch công
Network
cộng
Quality of Service
Chất lƣợng dịch vụ
Random Acsess Network
Mạng truy cập ngẫu nhiên
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Radio Network Subsystem
Trạm con mạng vô tuyến
Service Access Point
Điểm truy nhập dịch vụ
Service Data Unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ

Service Flow Identifier
Định danh luồng dịch vụ
Serving GPRS Support Node
Node hỗ trợ dịch vụ GPRS
Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền tải
Time Division Duplex
Ghép kênh theo thời gian
User Datagram Protocol
Giao thức gói ngƣời dùng
User Equipment
Thiết bị ngƣời dùng
Uplink/ Downlink
Đƣowng lên/ đƣờng xuống
Universal Mobile
Hệ thống viễn thông di động toàn
Telecommunications System
cầu
UMTS Subscriber Identity
Module nhận dạng thuê bao UMTS
Modulo
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS terrestrial RAN
UMTS
Variable Bit Rate
Tốc độ bit thay đổi
Virtual LAN
Mạng LAN ảo
Visitor Location Register
Bộ đăng ký định vị khách

6


WCDMA
WiMAX
WLAN
WSN

Wideband Code Division
Multiple Access
Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Wireless LAN
Wireless sensor network

Đa truy cập phân chia theo mã trên
đƣờng truyền băng rộng
Hệ thống truy nhập vi ba có tính
tƣơng tác toàn cầu
Mạng cục bộ không dây
Mạng cảm biến không dây

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Giá trị AIFSN, CW min, max tương ứng với các mức ưu tiên.................................. 43
Bảng 2: Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn WiMAX. ....................................................... 52
Bảng 3: Các trường tiêu đề MAC chung .......................................................................................... 62

Bảng 4: Các trường tiêu đề MAC yêu cầu dải thông ................................................................... 63
Bảng 5: Tham số backoff sử dụng trong mô phỏng.................................................................... 80

8


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: Cấu trúc mạng UMTS .............................................................................................................. 13
Hình 2: Mô hình mạng Ah-hoc ............................................................................................................ 33
Hình 3: Mô hình mạng BSS (Infrastructure BSS) ........................................................................ 34
Hình 4: Mô hình mạng ESS ................................................................................................................... 34
Hình 5: Mô hình mô tả cơ chế DCF.................................................................................................... 36
Hình 6: Hiện tượng Hidden node ...................................................................................................... 37
Hình 7: Mô hình mô tả sự truyền nhận frame RTS/CTS........................................................... 38
Hình 8: Mô hình mô tả sự truyền dữ liệu phân mảnh ............................................................... 38
Hình 9: Mô hình mô tả cơ chế PCF .................................................................................................... 39
Hình 10: Mô tả sự phân loại và truyền dữ liệu trong phân lớp MAC. .................................. 42
Hình 11: Lộ trình công nghệ WiMAX ............................................................................................... 49
Hình 12: Mô hình tham chiếu ............................................................................................................. 53
Hình 13: Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 ........................ 53
Hình 14: Luồng dữ liệu qua các lớp.................................................................................................. 54
Hình 15: Lớp MAC ................................................................................................................................... 58
Hình 16: Định dạng MAC PDU ............................................................................................................ 60
Hình 17: Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung ........................................................................ 61
Hình 18: Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông ............................................................................. 62
Hình 19: Cấu trúc mạng cảm biến ..................................................................................................... 69
Hình 20. Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng .................................................................. 77
Hình 21: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS ............................................................. 78
Hình 22: Cấu hình mạng mô phỏng .................................................................................................. 80
Hình 23: Sơ đồ biểu thị thông lượng các luồng khi sư dụng cơ chế DCF ........................... 81

Hình 24: Sơ đồ biểu thị trễ truyền gói các luồng khi sư dụng cơ chế DCF ........................ 81
Hình 25: Sơ đồ biểu thị số gói bị mất theo thời gian các luồng khi sư dụng cơ chế DCF
........................................................................................................................................................................ 82
Hình 26: Sơ đồ biểu thị biến thiên trễ truyền gói (jitter) các luồng khi sử dụng cơ chế
DCF ................................................................................................................................................................ 82
Hình 27: Sơ đồ biểu thị thông lượng các luồng khi sư dụng cơ chế EDCF ........................ 84
Hình 28: Sơ đồ biểu thị số gói bị mất theo thời gian các luồng khi sử dụng cơ chế EDCF
........................................................................................................................................................................ 84
Hình 29: Sơ đồ biểu thị trễ truyền gói các luồng khi sư dụng cơ chế EDCF...................... 84
Hình 30: Sơ đồ biểu thị biến thiên trễ truyền gói (jitter) các luồng khi sử dụng cơ chế
DCF ................................................................................................................................................................ 85

9


LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ không dây trong những năm gần đây
đã đem đến những ích lợi to lớn cho con ngƣời trong mọi lĩnh vực của cuộc sống,
do đó nhận đƣợc nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu vì khả năng ứng dụng và
tiềm năng của nó. Trong số các mạng không dây hiện nay, nổi bật là mạng di động
3G, mạng cục bộ không dây(WLAN), mạng WiMAX(Worldwide Interoperability
for Microwave Access) và mạng cảm biến không dây WSN(wireless sensor
network).
Mạng di động 3G mang đến cho ngƣời dùng các dịch vụ đa phƣơng tiện nhƣ:
video call(cuộc gọi có hình ảnh), âm thanh hình ảnh video chất lƣợng cao và truyền
hình số, email; các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS)... mà công nghệ 2G trƣớc đó
chƣa có. Tuy nhiên 3G lại hạn chế ở những dịch vụ mới yêu cầu tốc độ cao nhƣ
truyền hình hội nghị(video conference), live video(truyền hình trực tuyến), game
online… đây là điểm mà 3G cần cải tiến trong tƣơng lai.
Mạng cục bộ không dây WLAN (Wireless Local Area Network) sử dụng

sóng vô tuyến hay hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu thông qua không gian,
xuyên qua tƣờng trần và cấu trúc khác mà không cần cáp. WLAN cung cấp đầy đủ
các chức năng và các ƣu điểm của một mạng LAN truyền thống nhƣ Ethernet hay
Token Ring nhƣng lại không bị giới hạn bởi cáp mang đến cho ngƣời dùng khả
năng di động. WLAN cũng có khả năng kết hợp tốt với LAN tạo thành một mạng
năng động và ổn định. WLAN rất phù hợp cho việc phát triển điều khiển thiết bị từ
xa, cung cấp mạng dịch vụ nơi công cộng, khách sạn, văn phòng…
WiMax là hệ thống truy nhập vi ba có tính tƣơng tác toàn cầu dựa trên cơ sở
tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004. WiMax hoạt động gần giống với Wi-Fi
nhƣng đƣợc cải thiện để tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu tới 75 Mbit/s với kênh
20MHz, bán kính cell từ 2-9km trong khu vực thành thị và 50 km tại những vùng
hẻo lánh. WiMax ứng dụng trong thiết bị mạng Internet có số lƣợng ngƣời dùng lớn
và giá thành rẻ, tính bảo mật cao hơn. WiMax nhƣ một tổng đài trong khu vực, kết
nối đến trạm chủ có thiết lập đƣờng truyền ra Internet. WiMax hứa hẹn tạo ra khả

10


năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây
di động, phạm vi phủ sóng rộng lớn. WiMax chính là giải pháp cho mạng đô thị
không dây băng rộng.
WSN là mạng bao gồm một số lƣợng lớn các nút cảm biến có kích thƣớc nhỏ
gọn, giá thành thấp, có sẵn nguồn năng lƣợng, có khả năng tính toán và trao đổi với
các thiết bị khác nhằm mục đích thu thập thông tin toàn mạng để đƣa ra các thông
số về môi trƣờng, hiện tƣợng và sự vật mà mạng quan sát. Các nút cảm biến là các
cảm biến có kích thƣớc nhỏ, thực hiện việc thu phát dữ liệu và giao tiếp với nhau
chủ yếu qua kênh vô tuyến. WSN ra đời đáp ứng nhu cầu thu thập thông tin về môi
trƣờng, khí hậu, phát hiện và do thám việc tấn công bằng hạt nhân, sinh học và hóa
học, chuẩn đoán sự hỏng hóc của máy móc, thiết bị, ngôi nhà thông minh, giám sát
xe cộ, giao thông… để từ đó phân tích, xử lý và đƣa ra các phƣơng án phù hợp hoặc

cảnh báo hay đơn thuần chỉ là thu thập lƣu trữ số liệu. Ứng dụng của WSN cực kỳ
phong phú, tiềm năng vô cùng to lớn tuy nhiên hiện tại WSN chƣa đƣợc triển khai
nhiều ở Việt Nam.
Đây là một đề tài rất hấp dẫn, đã đƣợc ứng dụng trong thực tế mang lại nhiều
lợi ích cho cuộc sống, đồng thời vẫn còn tiềm năng phát triển rất lớn ở Việt Nam.
Luận văn gồm 2 phần, 6 chƣơng:
PHẦN 1. TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY THẾ HỆ MỚI:
MẠNG DI ĐỘNG 3G, MẠNG WIRELESS LAN, MẠNG WIMAX, MẠNG CẢM
BIẾN KHÔNG DÂY
CHƢƠNG 1. UMTS
CHƢƠNG 2. WLAN
CHƢƠNG 3. WiMAX
CHƢƠNG 4. MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
PHẦN 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN TRONG MÔI TRƢỜNG NS2
CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG NS2
CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN 802.11e TRONG
MÔI TRƢỜNG NS2

11


PHẦN 1. TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG
KHÔNG DÂY THẾ HỆ MỚI: MẠNG DI ĐỘNG 3G, MẠNG
WIRELESS LAN, MẠNG WIMAX, MẠNG CẢM BIẾN
KHÔNG DÂY
CHƢƠNG 1. UMTS
1.1 Tổng quan
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đƣợc xây dựng với mục đích cung cấp
một mạng di động toàn cầu với các dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin,
Internet và dữ liệu băng rộng. Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đã

đƣợc tiêu chuẩn hóa bởi học viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI: European
Telecommunications Standard Institute) phù hợp với tiêu chuẩn IMT-2000 của ITU
(International Telecommunication Union). Hệ thống viễn thông di động toàn cầu
(UMTS) cũng nhƣ WCDMA là một tiến bộ đáng kể nhất của quá trình viễn thông
hƣớng tới thế hệ 3G. Nó là sự phát triển của các dịch vụ và tốc độ dữ liệu từ mạng
di động thế hệ thứ hai GSM và thế hệ thứ 2.5 GPRS, nhằm đáp ứng các yêu cầu
phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên tới
2Mbps và cung cấp một tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu.
UMTS đƣợc phát triển bởi Third Generation Partnership Profect (3GPP) là dự án
phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuẩn hóa (SDO) nhƣ: ETSI (Châu Âu),
ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Quốc).
Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đƣa ra các phổ tần số dùng cho hệ thống
UTMS:
- 1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD (Frequency
Division Duplex: ghép kênh theo tần số) đƣờng lên và đƣờng xuống, khoảng cách
kênh là 5 MHz.
- 1900 MHz ÷ 1902 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDDTD/CMDA, khoảng cánh kênh là 5MHz.

12


- 1980 MHz ÷ 2010 MHz và 2170 MHz ÷ 2200 MHz dành cho đƣờng xuống và
đƣờng lên vệ tinh.
1.2 Kiến trúc mạng
Kiến trúc mạng UMTS đƣợc đƣa ra năm 1999 bao gồm 3 phần chính: thiết bị
ngƣời dùng (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (RAN:
random Acsess Network hay UTRAN: UMTS terrestrial RAN) và mạng lõi (CN:
Core Network) nhƣ hình dƣới:

Hình 1: Cấu trúc mạng UMTS

Phần thiết bị ngƣời dùng là các thiết bị đƣợc các thuê bao sử dụng để truy
nhập vào các dịch vụ mạng UMTS trong lúc đó thì phần UTRAN và CN cùng nhau
hợp thành miền cơ sở hạ tầng mạng bao gồm các node vật lý thực hiện các chức
năng khác nhau mà các giao diện vô tuyến đầu cuối yêu cầu để hỗ trợ các yêu cầu
về dịch vụ viễn thông của ngƣời sử dụng.
Miền UE: bao gồm rất nhiều kiểu thiết bị khác nhau với các mức khác nhau của các
chức năng: ví dụ nhƣ điện thoại mạng tế bào, PDA, laptops… các kiểu thiết bị này
là riêng biệt tùy theo ngƣời sử dụng. UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và

13


module nhận dạng thuê bao USIM (UMTS Subscriber Identity Modulo). Giống nhƣ
SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ có thể gắn vào máy di động và nhận
dạng thuê bao trong mạng lõi.
- Module nhận dạng thuê bao: USIM là một thẻ thông minh chứa các thông
tin riêng của thuê bao và mã nhận thực để cho phép thuê bao truy nhập vào mạng.
USIM đƣợc kết hợp vào trong thẻ SIM và liên kết với ME qua giao diện điện tử tại
điểm tham chiếu Cu.
- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là thiết bị vô tuyến đƣợc sử dụng
để giao tiếp vô tuyến với miền UTRAN qua giao diện vô tuyến Uu.
Miền UTRAN: miền này kiểm soát tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến bao
gồm một hay nhiều trạm vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem). Một RNS
chứa một hay nhiều node Bs và bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network
Controller). Các RNC và các Node B đƣợc kết nối với nhau bằng giao diện Iub.
Các đặc tính chính của UTRAN:
- Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan. Đặc biệt là các ảnh hƣởng chính
lên việc thiết kế, là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm và các thuật toán quản lý tài
nguyên đặc thù MCDMA.
- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển

mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử
dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng CS và PS của lõi
mạng.
- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết.
- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.
Node B hay còn gọi là trạm gốc (BTS) trong GSM biến đổi các tín hiệu từ
giao diện vô tuyến thành các luồng dữ liệu và forward chúng tới bộ điều khiển
mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller) thông qua giao diện Iub. Với
chiều ngƣợc lại nó sắp xếp các dữ liệu đến từ RNC để chuẩn bị truyền qua giao diện
vô tuyến. Vùng bao phủ bởi 1 node B đƣợc gọi là một cell.

14


Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC là node trung tâm trong UTRAN và
tƣơng đƣơng với BSC trong GSM. Nó điều khiển một hay nhiều node Bs qua giao
diện Iub và chịu trách nhiệm quản lý tất cả các tài nguyên vô tuyến trong UTRAN.
RNC giao tiếp với CN qua giao diện Iu. Nếu có nhiều hơn một RNC chúng có thể
kết nối với nhau qua giao diện Iur.
Các chức năng chính của RNC:
- Điều khiển tài nguyên vô tuyến.
- Cấp phát kênh.
- Thiết lập điều khiển công suất.
- Điều khiển chuyển giao.
- Phân tập Macro.
- Mật mã hóa.
- Báo hiệu quảng bá.
- Điều khiển công suất vòng hở.
Miền CN: là miền chịu trách nhiệm cho việc chuyển mạch và định tuyến các kết
nối cuộc gọi và dữ liệu giữa UTRAN và các mạng chuyển mạch gói và chuyển

mạch kênh bên trong. Nó đƣợc chia thành các phần: mạng chuyển mạch gói (PS) và
mạng chuyển mạch kênh (CS) và thanh ghi định vị thƣờng trú (HLR: Home
Location Register).
Mạng PS gồm node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và
một cổng hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node).
- SGSN chịu trách nhiệm định tuyến các gói bên trong PS cũng nhƣ kiểm soát nhận
thực và mật mã của ngƣời sử dụng.
- GGSN có chức năng nhƣ một gateway đi vào mạng chuyển mạch gói giống
nhƣ mạng internet hay mạng LANs, mạng WANs, mạng GPRS, mạng ATM, mạng
Frame Relay, mạng X.25… và do đó nó hoàn thiện chức năng định tuyến của SGSN.
Mạng CS chứa trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC, bộ đăng ký
định vị khách VLR và gateway MSC (GMSC). MSC/VLR (Mobile Service
Switching Center) phục vụ các chức năng chuyển mạch và cơ sở dữ liệu. Phần MSC

15


chịu trách nhiệm tất cả các báo hiệu cần thiết cho việc thiết lập, kết thúc và duy trì
kết nối, và các chức năng vô tuyến khác nhƣ định tuyến lại cuộc gọi cũng nhƣ cấp
phát hay thu hồi các kênh vô tuyến ví dụ nhƣ chức năng chuyển mạch. Phần VLR
đƣợc điều khiển bởi MSC và đƣợc sử dụng để quản lý ngƣời dùng đang roaming
vào khu vực của MSC liên kết. Nó lƣu trữ thông tin đƣợc truyền bởi HLR tƣơng
ứng với những ngƣời sử dụng hoạt động trong vùng dƣới sự kiểm soát của nó nhƣ
chức năng cơ sở dữ liệu.
GMSC (Gateway MSC) hoạt động tƣơng tự nhƣ GGSN với chức năng là
gateway vào mạng chuyển mạch kênh nhƣ các mạng di động mặt đất công cộng
khác (PLMNs), mạng PSTNs, và mạng số đa dịch vụ (ISDNs)…
HLR (Home Location Register) là một cơ sở dữ liệu đƣợc đặt trong hệ thống
nhà của ngƣời sử dụng lƣu trữ các thông tin quan trọng của thuê bao nhƣ số điện
thoại, tài khoản trả trƣớc, mã nhận thực, khu vực roaming bất hợp pháp, thông tin

về các dịch vụ bổ sung nhƣ trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi, số lần chuyển hƣớng
cuộc gọi.
Các giao diện mở chính của UMTS:
- Giao diện Cu: là giao diện thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này
tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho thẻ thông minh.
- Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA, giao diện giữa UE và
Node B. Đây là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống
vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS.
- Giao diện Iu 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.
- Iu-CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh
- Iu-PS dành cho dữ liệu chuyển mạch gói
- Giao diện Iur: giao diện giữa hai RNC. Đây là giao diện mở, cho phép
chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau.

16


- Giao diện Iub: kết nối một Node B với một RNC. Nó cho phép hỗ
trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này. UMTS là hệ thống điện
thoại di động đầu tiên có Iub đƣợc tiêu chuẩn hóa nhƣ một giao diện mở hoàn toàn.
1.3 Các tình huống sử dụng:
Các tình huống sử dụng mô tả các phần khác nhau trong mạng UMTS tƣơng
tác với nhau nhƣ thế nào trƣớc, trong và sau một phiên giao tiếp. Các hoàn cảnh sử
dụng UMTS đƣợc đƣa ra dựa trên trạng thái dịch vụ trên UE.
UE tồn tại ở 3 trạng thái: tách riêng, kết nối và rỗi. UE trong trạng thái tách
riêng khi UE tắt máy và không có thông tin trao đổi giữa UE và mạng. UE không
thể gửi hay nhận bất kỳ cái gì. Để thuê bao có thể sử dụng đƣợc mạng thì UE cần
phải bật lên, lựa chọn một cell để kết nối vào và kết nối với cell đó. Khi UE đƣợc
kết nối vào mạng nó chuyển sang trạng thái rỗi và là trạng thái không tích cực.

Các trạng thái khác nhau phụ thuộc vào UE đang ở trong chế độ mạng PS
hay mạng CS. Do vậy có 6 tình huống sử dụng khác nhau cần xem xét: kết nối
mạng, kết nối CS, rỗi CS, kết nối PS, rỗi PS và tách riêng.
Kết nối mạng: quá trình kết nối mạng bắt đầu khi ngƣời sử dụng bật UE. Thuê bao
phải nhập mã PIN để nhận thực với USIM. Nếu nhận thực USIM suôn sẻ, UE bắt đầu
tìm kiếm một cell (node B) để kết nối vào. Thủ tục kết nối luôn luôn đƣợc thiết lập
bởi UE. Khi UE tìm thấy một node B để kết nối vào, thì nó sẽ đồng bộ với node đó
và chuyển sang chế độ kết nối với node đó bằng cách gửi các bản tin yêu cầu kết nối
tới RNC. Mạng sẽ gửi một mã xác định USIM 15 số của UE tới HLR để thông báo
cho HLR về yêu cầu kết nối vào mạng của UE. HLR sẽ gửi ngẫu nhiên cho USIM
một chuỗi mã bảo mật 128 bit và gửi cho mạng. Mạng sẽ đối chiếu số mà USIM gửi
tới mạng với chuỗi số mà HLR gửi tới mạng. Nếu trùng nhau mạng sẽ chấp nhận cho
UE kết nối vào mạng. Sau đó mạng sẽ tải toàn bộ thông tin của UE lƣu ở trong HLR
và gửi nó tới VLR để chuẩn bị cho các kết nối mạng sắp tới.
Các kết nối chuyển mạch kênh: sau quá trình kết nối vào mạng UE có thể tiếp tục
quá trình kết nối chuyển mạch kênh. Quá trình kết nối CS gồm thiết lập cuộc gọi và

17


nhận cuộc gọi. Điểm chung của cả 2 quá trình trên là kết nối báo hiệu phải đƣợc
thiết lập giữa UE và CN.
Để thiết lập cuộc gọi, một kết nối CS phải đƣợc thiết lập trƣớc tiên. Do đó
UE sẽ thông báo cho MSC rằng nó yêu cầu một kết nối CS với một số nhất định.
MSC sẽ tìm kiếm dữ liệu ngƣời dùng đã đƣợc tải trong VLR để xem liệu thuê bao
có đƣợc phép thực hiện cuộc gọi không. Nếu thuê bao đƣợc phép thì MSC sẽ kiểm
tra liệu có kênh nào có thể đƣợc dùng không, và liệu UTRAN có tài nguyên hỗ trợ
cuộc gọi không? Nếu điều này thỏa mãn nó sẽ thiết lập một kết nối kênh từ UE qua
giao diện vô tuyến, qua UTRAN và tới MSC trong CN. MSC sau đó sẽ chuyển cuộc
gọi tới GMSC, GMSC sẽ chuyển nó tới mạng CS bên trong. Mạng CS bên trong

sau đó sẽ thực hiện những chức năng chuyển mạch cần thiết để hƣớng cuộc gọi tới
đích.
Khi cuộc gọi kết thúc, cả MSC và GMSC đều có một bản ghi chi tiết cuộc
gọi (CDR). CDR chứa thông tin về các thực thể đƣợc gọi và gọi, tài nguyên sử dụng
và thời điểm gọi… và nó đƣợc forward tới trung tâm tính cƣớc để tính toán cƣớc sử
dụng của thuê bao.
Để nhận một cuộc gọi thì các thủ tục lại khác. Đầu tiên, cuộc gọi đƣợc định
tuyến thông qua mạng CS trong tới GMSC. GMSC sẽ xác định HLR nào đã lƣu
thông tin của thuê bao dựa vào số điện thoại. HLR biết khu vực định vị của UE, vd
một nhóm cells thông qua UE đƣợc phân vùng và do đó có thể gửi truy vấn một số
điện thoại roaming xác định MSC đích tới VLR chịu trách nhiệm khu vực này.
VLR phụ trách số của MSC, sau đó, HLR sẽ forward số đó tới GMSC, và bây giờ
GMSC có thể định tuyến cuộc gọi tới MSC. Thông qua VLR, MSC biết đƣợc RNC
nào chịu trách nhiệm khu vực định vị của UE và do đó có thể yêu cầu RNC này
thiết lập một kênh tới UE thông qua node B khi UE trả lời. Khi liên kết truyền đƣợc
thiết lập, UE bắt đầu đổ chuông. Khi thuê bao nhắc máy thì kết nối đƣợc thông suốt.
Khi kết nối báo hiệu cho dịch vụ CS đƣợc giải phóng, ví dụ lúc giải phóng
cuộc gọi hay lỗi liên kết vô tuyến, UE có thể chuyển sang trạng thái rỗi CS. Một
cách linh động, UE có thể chuyển sang trạng thái tách riêng bởi mạng hay chính nó.

18


Chế độ rỗi CS: nếu kết nối báo hiệu của dịch vụ CS đƣợc giải phóng, UE sẽ
chuyển từ trạng thái kết nối sang trạng thái rỗi CS. Mạng sẽ dừng theo sát UE và
UE đơn giản chỉ nghe ngóng các kênh quảng bá của cells. Miễn là UE vẫn nằm bên
trong một khu định vị thì sẽ không có gì thay đổi. Chỉ khi UE di chuyển sang một
vùng định vị mới nó sẽ thông báo cho MSC về sự thay đổi khu vực của nó. Sự cập
nhật định vị mới sẽ đƣợc lƣu trong HLR và đƣợc sao sang VLR.
Nếu thuê bao muốn thiết lập một cuộc gọi, UE sẽ chuyển sang trạng thái kết

nối CS và thực hiện một thủ tục kết nối cuộc gọi. Nếu có một cuộc gọi đến cho UE,
RNC sẽ dò tìm UE. Khi UE trả lời sự dò tìm, RNC sẽ thiết lập một kết nối và điện
thoại đổ chuông. Khi thuê bao nhắc máy, kết nối đƣợc thông suốt. Điểm chung của
2 quá trình trên là UE phải chuyển từ trạng thái rỗi sang trạng thái kết nối và thiết
lập kết nối. Một cách linh động, UE có thể chuyển sang trạng thái tách riêng.
Kết nối PS: quá trình kết nối PS tƣơng tự nhƣ CS cũng gồm 2 quá trình thiết lập
cuộc gọi và nhận cuộc gọi. Tƣơng tự nhƣ CS, điểm chung của 2 quá trình trên là kết
nối báo hiệu phải đƣợc thiết lập giữa UE và CN.
Để thiết lập cuộc gọi, kết nối PS phải đƣợc thiết lập. Đầu tiên UE kích hoạt
vùng giao thức dữ liệu gói (PDP) trong GGSN. Vùng PDP là một loạt các cài đặt
định nghĩa mạng dữ liệu gói mà ngƣời dùng có thể dùng để trao đổi dữ liệu. Danh
sách các vùng PDP cho phép đƣợc lƣu trong HLR. Để kích hoạt vùng PDP, UE
thiết lập một kết nối qua RNC tới SGSN và gửi bản tin mà thuê bao muốn thiết lập
một kết nối PS bên trong. SGSN sẽ forward truy vấn này tới GGSN, tiếp tục GGSN
sẽ gửi truy vấn này tới HLR để kiểm tra xem liệu thuê bao đƣợc nhận thực có đƣợc
phép truy nhập kết nối PS hay không. Nếu thuê bao đƣợc nhận thực đúng, GGSN sẽ
kích hoạt vùng đó, và cung cấp cho UE một địa chỉ IP. Sự kích hoạt vùng này tạo ra
một đƣờng hầm IP cố định mà các gói dữ liệu đầu ra đƣợc gửi qua nó tới RNC qua
SGSN tới GGSN. GGSN sau đó sẽ chuyên cuộc gọi vào bên trong mạng PS, tại đó
mạng sẽ thực thi các chức năng chuyển mạch cần thiết để hƣớng cuộc gọi tới đích.
Đƣờng hầm này hoạt động đến khi UE ngắt hoạt động của vùng bằng cách đóng các
ứng dụng hoặc ngắt kết nối tới SGSN.

19


SGSN liên tục cập nhật thông tin về khu vực định tuyến hiện hành của UE vd
vùng định vị của PS tƣơng đƣơng với khu vực định vị của CS. Khi thuê bao thay đổi
khu vực định tuyến tại một SGSN mới thì GGSN sẽ thích ứng đƣợc với điều này.
SGSN và GGSN truy vấn HLR về chất lƣợng dịch vụ đƣợc yêu cầu đối với

bộ truyền gói và có thể thiết lập một phần đƣờng truyền gói tối ƣu. QoS phân chia
các kết nối PS thành cuộc hội thoại (thoại), luồng (luồng video), tƣơng tác (web), và
nền (truyền file, email). Khi một cuộc gọi kết thúc, SGSN phát bản thu cƣớc từ
vùng PDP (dựa vào khoảng thời gian của cuộc gọi hoặc dung lƣợng dữ liệu) và gửi
nó tới trung tâm tính cƣớc để tạo ra một phiếu thu thích hợp.
Nhận cuộc gọi yêu cầu một thủ tục khác. Đầu tiên, cuộc gọi đến đƣợc định
tuyến bên trong mạng PS tới GGSN. GGSN sau đó xác định HLR nào chứa thông
tin ngƣời dùng dựa vào số điện thoại. GGSN tiếp tục tìm kiếm trong HLR xác định
liệu UE có kết nối vào mạng và có đã kích hoạt PDP chƣa. Nếu UE không kết nối
vào mạng thì cuộc gọi bị từ chối. Nếu UE kết nối vào mạng nhƣng không có vùng
PDP hoạt động thì UE cần phải đƣợc định vị và phân bố để thiết lập một vùng PDP.
HLR biết vùng định vị của UE nằm trong vùng định tuyến hiện tại. Do đó nó cùng
biết node chuyển mạch đích (SGSN). GGSN lấy thông tin cùng một lúc với việc nó
kiểm tra HLR xem UE có kết nối mạng và PDP có hoạt động hay không. GGSN
bây giờ có thể định tuyến cuộc gọi tới SGSN. SGSN biết RNC chịu trách nhiệm với
khu vực định tuyến của UE và yêu cầu RNC này thiết lập một kênh tới UE. RNC sẽ
phân vùng UE trong khu vực định tuyến mà nó nhận đƣợc lần cuối và thiết lập một
kết nối tới UE. UE sẽ hồi đáp sự phân vùng của RNC tới node B. Khi liên kết
truyền đƣợc thiết lập UE nhận cuộc gọi và kết nối PS đƣợc thông. Nếu UE đã có
một vùng PDP hoạt động thì sự truyền gói có thể truyền trực tiếp luôn tới UE.
Khi kết nối báo hiệu một dịch vụ PS đƣợc giải phóng vd lúc giải phóng dịch
vụ PS do mức hoạt động thấp hoặc liên kết vô tuyến lỗi, UE có thể lật sang trạng
thái PS rỗi.UE có thể chuyển sang trạng thái tách riêng một cách linh động.
Trạng thái PS rỗi: Nếu UE một lúc nào đó không có lƣu lƣợng PS thì nó sẽ
chuyển sang trạng thái PS rỗi sau một khoảng thời gian định thời nào đó. Mạng sẽ

20


ngừng theo sát UE, và UE đơn thuần chỉ nghe ngóng các kênh quảng bá trong cells.

Chỉ khi UE chuyển sang một khu vực định tuyến khác thì nó phải thông báo tới
SGSN sự thay đổi khu vực của nó. Cập nhật định tuyến sẽ đƣợc lƣu trong HLR và
đƣợc sao chép sang VLR.
Kết nối logic giữa GGSN và UE cũng đƣợc duy trì trong trạng thái rỗi PS khi
vùng PDP không đƣợc kích hoạt. Nếu ngƣời dùng muốn thiết lập một cuộc gọi và
vùng PDP vẫn đang hoạt động thì UE đơn giản chỉ cần chuyển sang trạng thái PS
kết nối và bắt đầu cuộc gọi. Nếu PDP không hoạt động thì đầu tiên UE cần phải
chuyển sang trạng thái PS kết nối và kích hoạt vùng PDP trƣớc khi tiếp tục thực
hiện cuộc gọi. Nếu có một cuộc gọi đến cho UE và vùng PDP đang hoạt động thì
UE tự động chuyển sang trạng thái PS kết nối khi nhận cuộc gọi. Nếu PDP không
hoạt động lúc có một cuộc gọi đến thì UE sẽ đƣợc RNC phân vùng trong vùng định
tuyến nó cập nhật lần mới nhất. Khi UE đáp trả sự phân vùng, RNC thiết lập một
kết nối tới UE và cuộc gọi đến đƣợc chuyển hƣớng tới UE. UE có thể chuyển sang
trạng thái tách riêng một cách linh động.
Trạng thái tách riêng: khi UE không còn cần đến dịch vụ của UMTS, nó có thể
chuyển ngay sang trạng thái tách riêng và tách rời khỏi mạng bằng cách gửi một
yêu cầu tách riêng. Sự tách rời mạng này có thể đƣợc thiết lập từ phía mạng cũng
bằng cách gửi trực tiếp một yêu cầu tách rời hoặc gián tiếp tách rời mạng với UE
khi mà sau một khoảng thời gian định thời xác định độ trễ truyền đã hết hạn mà nó
vẫn không nhận đƣợc từ phía UE hoặc khi không còn khả năng phục hồi lỗi vô
tuyến do đứt kết nối logic. Khi sự tách rời mạng đƣợc gọi thì tất cả dữ liệu trong bộ
đệm sẽ đƣợc xóa bỏ.
1.4 Quản lý di động
Một hệ thống thông tin di động ví dụ nhƣ UMTS có một ý nghĩa xác định
là để kiểm soát sự di động. Quản lý di động bao gồm 2 cơ chế: quản lý định vị và
quản lý chuyển giao. Quản lý định vị là cơ chế bám sát một khu vực của ngƣời sử
dụng khi chƣa có kết nối hoạt động, trong khi đó quản lý chuyển giao là cơ chế
kiểm soát một kết nối hoạt động từ một cell này di chuyển sang cell khác.

21

Quản lý định vị: để chuyển một kết nối đến tới một thuê bao không hoạt động,
mạng phải liên tục cập nhật khu vực của ngƣời dùng. Quá trình cập nhật định vị
đƣợc thực hiện cho cả dịch vụ CS và PS.
Về dịch vụ CS, mạng đƣợc chia ra thành các vùng định vị LAs. Một LA bao
gồm một số các cell mà ngƣời dùng có thể di chuyển trong đó mà không cần phải
cập nhật khu vực của ngƣời đó. Tất cả các node B trong một nhánh LA đƣợc xác
định bởi các số, gọi là chỉ số vùng định vị LAI, chỉ số này nằm trong UE. Khi tham
số này thay đổi thì UE nhận biết đƣợc rằng nó đã thay đổi vùng LA. Do đó, nó thực
thi cập nhật định vị LAU với MSC, sau đó MSC sẽ forward thông tin này tới HLR.
Về dịch vụ PS, UE sẽ nhận những gói dữ liệu ngắn với tần suất nhiều hơn ở
CS. Điều này có nghĩa là số lƣợng phân vùng tăng lên và thƣờng là không cần thiết.
Do đó, cập nhật định vị đối với PS chia mạng thành các khu vực nhỏ hơn gọi là khu
vực định tuyến RAs nhằm mục đích giới hạn số lƣợng phân vùng. Một RA đơn giản
chỉ là một khu vực nhỏ hơn một vùng LA. Nguyên lý thì tƣơng tự nhƣ LA. Khi UE
nhận thấy khu vực định tuyến của mình thay đổi thì nó sẽ thực thi cập nhật định
tuyến RAU với SGSN và tƣơng tự nhƣ MSC, nó sẽ forward thông tin tới HLR.
Quản lý chuyển giao: để forward một kết nối từ một cell sang cell khác, mạng phải
thực hiện một chuyển giao. Tƣơng tự với quản lý định vị, quá trình chuyển giao
phải thực hiện ở cả dịch vụ CS và PS.
Về phía dịch vụ CS, các loại chuyển giao đƣợc thực hiện là chuyển giao
mềm, chuyển giao mềm hơn và chuyển giao cứng.
- Chuyển giao cứng là loại chuyển giao mà kết nối cũ bị phá vỡ trƣớc khi có
kết nối vô tuyến mới đƣợc thiết lập giữa thiết bị ngƣời sử dụng và mạng truy nhập
vô tuyến. Loại chuyển giao này sử dụng trong mạng GSM để gán các kênh tần số
khác nhau cho các cell. Ngƣời sử dụng đi vào cell mới sẽ hủy bỏ kết nối cũ và thiết
lập kết nối mới với tần số mới.
Chuyển giao cứng trong mạng UMTS sử dụng để thay đổi kênh tần số của
UE và UTRAN. Trong suốt quá trình bố trí tần số của UTRAN, nó sẽ xác định rằng

mỗi hoạt động UTRAN là dễ dàng để yêu cầu thêm vào phổ tần để đạt đƣợc dung

22


lƣợng khi các cấp độ sử dụng hiện tại đã kết thúc. Trong trƣờng hợp này vài băng
tần xấp xỉ 5MHz đƣợc sử dụng bởi một ngƣời và cần chuyển giao giữa chúng.
Chuyển giao cứng còn áp dụng để thay đổi cell trên cùng tần số khi mạng
không hỗ trợ tính đa dạng lớn. Trong trƣờng hợp khác là khi kênh truyền đã đƣợc
xác định trong khi ngƣời sử dụng đi vào cell mới thì chuyển giao cứng sẽ thực hiện
nếu chuyển giao mềm và mềm hơn không thực hiện đƣợc.
Thông thƣờng chuyển giao cứng chỉ dùng cho vùng phủ và tải, còn chuyển
giao mềm và mềm hơn là yếu tố chính hỗ trợ di động. Chuyển giao giữa hai mode
UTRAN FDD và UTRAN TDD cũng thuộc loại chuyển giao cứng.
- Chuyển giao mềm là chuyển giao giữa hai BS khác nhau, còn chuyển giao
mềm hơn là chuyển giao giữa ít nhất 2 sector của cùng BS. Trong suốt quá trình
chuyển giao mềm, MS giao tiếp một cách tức thì với hai (chuyển giao hai đƣờng)
hoặc nhiều cell của các BS khác nhau thuộc cùng RNC (Intra-RNC) hoặc các RNC
khác nhau (Inter-RNC). Trên đƣờng xuống máy di động nhận hai tín hiệu với tỉ số
kết hợp lớn nhất; ở đƣờng xuống, máy di động mã hóa kênh đƣợc tách bởi cùng hai
BS (chuyển giao hai đƣờng), và đƣợc gởi đến RNC cho việc lựa chọn kết hợp. Hai
hoạt động điều khiển công suất vòng đăc biệt trong chuyển giao mềm cho một BS.
Trong trƣờng hợp chuyển giao mềm hơn, MS đƣợc điều khiển ít nhất bởi hai sector
của cùng BS, do đó chỉ có một hoạt động điều khiển công suất vòng. Chuyển giao
mềm và mềm hơn chỉ sử dụng một sóng mang, do đó đây là chuyển giao trong cùng
hệ thống.
Về phía dịch vụ PS, chỉ có một kiểu chuyển giao duy nhất trong UMTS là
chọn lại cell. Chọn lại cell diễn ra nhƣ sau: UE liên tục kiểm soát chất lƣợng tín
hiệu từ các cell khác khi ngƣời dùng thay đổi khu vực, đặc biệt, khi chất lƣợng của
một cell lân cận vƣợt quá một mức ngƣỡng nào đó và chất lƣợng của cell hiện tại

không thỏa mãn thì UE đƣợc thông báo gửi bản thống kê sự đo đạc tới RNC đang
phục vụ. Khi RNC nhận đƣợc bản thống kê đó, nó sẽ thiết lập một chuyển, cho rằng
tất cả các chuẩn cho chuyển giao đã đƣợc hoàn thành. Sau đó, nó sẽ yêu cầu RNC
cũ chuẩn bị tài nguyên. RNC mới sẽ trả lại một bản tin lệnh chuyển giao bao gồm

23


chi tiết về tài nguyên đƣợc cấp phát thông qua mạng lõi và giao diện vô tuyến hiện
tại tới UE. Khi UE nhận đƣợc câu lệnh chuyển giao, nó chuyển sang một cell mới
và thiết lập một kết nối vô tuyến phù hợp với các tham số trong bản tin lệnh chuyển
giao. UE xác nhận việc chuyển giao thành công bằng cách gửi một bản tin chuyển
giao đã hoàn thành tới RNC cũ, sau đó RNC cũ khởi tạo một sự giải phóng kết nối
vô tuyến cũ. Cuối cùng, khi sự chọn lại cell hoàn thành, UE khởi tạo một thủ tục
cập nhật khu vực định tuyến.
Mặc dù mạng giao tiếp với UE sử dụng một công nghệ truy nhập vào một
thời điểm, nhƣng UE cần phải thực thi việc đo đạc cell khác trong khi giao tiếp với
cell hiện tại. Khi UMTS sử dụng việc truyền và nhận liên tục trong trạng thái PS kết
nối, thì UE thông thƣờng không thể đo đạc cell khác trong khi đang giao tiếp trong
mạng UMTS khi nó chỉ có một bộ thu vô tuyến. Để giải quyết vấn đề này ngƣời ta
đƣa ra một chế độ nén.
Chế độ nén là phƣơng thức tạo ra một khoảng ngắn hay một vùng rỗi trong
việc truyền và nhận. Để duy trì một tốc độ bit, tốc độ truyền thực sự sẽ tăng lên
hoặc bị nén lại ngay trƣớc hoặc sau khoảng tạo ra đó. Tốc độ biết cố định phải đƣợc
đƣa ra với các dịch vụ nhƣ thoại, nhƣng đối với dịch vụ dữ liệu, tốc độ bit cố định
là không cần thiết. Do đó, sự truyền chỉ đƣợc làm trễ để tạo ra một khoảng thời
gian.
UE sử dụng chế độ nén để đo đạc các cell khác khi nó chỉ có một bộ thu vô
tuyến. Tuy nhiên, nếu UE chứa các bộ thu vô tuyến riêng biệt thì nó có thể sử dụng
các bộ thu một cách song song, thực thi quá trình đo đạc trên một bộ trong khi giao

tiếp ở một bộ khác mà không phải sử dụng chế độ nén.
Chuyển giao cứng và chọn lại cell chỉ hoạt động trong chuyển giao của
UMTS hoặc GSM. Để hỗ trợ chuyển giao giữa UMTS và WLAN thì cần một giao
thức khác.

24


CHƢƠNG 2. WLAN
2.1 Tổng quan về WLAN
2.1.1 Giới thiệu
Mạng cục bộ không dây WLAN (Wireless Local Area Network) là một nhóm
các nút (điểm) mạng không dây bên trong một khu vực địa lý giới hạn mà có khả
năng truyền thông bằng vô tuyến. WLAN điển hình đƣợc sử dụng trong một phạm
vi giới hạn rõ ràng, chẳng hạn nhƣ một tòa nhà làm việc hay một khuôn viên trƣờng
đại học và thƣờng đƣợc xây dựng nhƣ là phần mở rộng cho những mạng hữu tuyến
khác đã có sẵn để cung cấp tính di động cho ngƣời dùng.
Kể từ thời kì đầu của mạng không dây đã có rất nhiều chuẩn và công nghệ
đƣợc phát triển cho WLAN. Một trong những tổ chức chuyên chuẩn hóa công nghệ
này là IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers).Và các chuẩn không
dây đƣợc chuẩn hóa thành họ các chuẩn 802.11. Chuẩn này đƣợc công nhận và sử
dụng phổ biến nên ngƣời ta thƣờng gọi mạng không dây cục bộ là mạng WLAN
802.11.
WLAN ra đời và bắt đầu phát triển vào giữa thập kỉ 80 của thế kỉ XX bởi tổ
chức FCC (Federal Communicatión Commission). WLAN sử dụng sóng vô tuyến
hay hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu thông qua không gian, xuyên qua tƣờng
trần và cấu trúc khác mà không cần cáp. WLAN cung cấp tất cả các chức năng và
các ƣu điểm của một mạng LAN truyền thống nhƣ Ethernet hay Token Ring nhƣng
lại không bị giới hạn bởi cáp. Ngoài ra WLAN còn có khả năng kết hợp các mạng
có sẵn, WLAN kết hợp rất tốt với LAN tạo thành một mạng năng động ổn định.

WLAN là mạng rất phù hợp cho việc phát triển điều khiển thiết bị từ xa, cung cấp
mạng dịch vụ nơi công cộng, khách sạn, văn phòng.
WLAN sử dụng băng tần ISM (bằng tần phục vụ cho công nghiệp, khoa học,
y tế: 2,4GHz và 5GHz) vì thế nó không chịu sự quản lý của chính phủ cũng nhƣ
không cần cấp giấy phép sử dụng. Sử dụng WLAN sẽ giúp các nƣớc đang phát triển

25