Nghiên cứu triển khai cấu trúc mạng lõi mạng truy nhập mạng thông tin di động 3g dựa trên cấu trúc mạng lõi 2g 2 5g

..

TRẦN TUẤN ANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CẤU TRÚC MẠNG LÕI, MẠNG
TRUY NHẬP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G DỰA TRÊN
CẤU TRÚC MẠNG LÕI 2G/2,5G

TRẦN TUẤN ANH
2007 - 2009
Hà Nội
2009

Hà Nội 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CẤU TRÚC MẠNG LÕI, MẠNG

TRUY NHẬP MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G DỰA TRÊN CẤU
TRÚC MẠNG LÕI 2G/2,5G

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ:

TRẦN TUẤN ANH

Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ VĂN YÊM

Hà Nội 11/2009


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu triển
khai cấu trúc mạng lõi, mạng truy nhập mạng thông
tin di động 3G dựa trên mạng lõi 2G/2,5G” là cơng
trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép từ bất cứ
tài liệu nào.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Văn m đã tận tình
hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn này.


LỜI NĨI ĐẦU
Hiện nay, thị trường viễn thơng Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với 7 doanh nghiệp
đã được Bộ thông tin và Truyền thông cấp Giấy phép thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ
viễn thông di động mặt đất thế hệ thứ hai (2G) bao gồm: Tập đồn Bưu chính Viễn thơng
Việt Nam (VNPT); Tổng Cty Viễn thông Quân đội (Viettel); Cty Thông tin di động
(VMS); Cty cổ phần dịch vụ Bưu chính Viễn thơng Sài gịn (SPT); Cty Cổ phần Viễn
thông Hà Nội (HaNoi Telecom); Cty Thông tin Viễn thông Điện lực (EVN Telecom);

Cty Cổ phần Viễn thơng di động Tồn Cầu (Gtel Mobile). Áp lực cạnh tranh giữa các nhà
khai thác dịch vụ viễn thông đặc biệt là dịch vụ thông tin di động ngày càng tăng. Hạ tầng
mạng thông tin di động 2G, 2,5G đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống.
Tuy nhiên, để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp các dịch vụ trên nền IP/Internet, các
dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ
hội tụ Di động-Cố định…, nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP đồng thời
cho phép hạ giá thành cung cấp các dịch vụ này thì nhà khai thác cần phải có những bước
chuyển đổi, nâng cấp hạ tầng mạng.
Trên thế giới có một số tổ chức lớn như 3GPP, ETSI, ITU, TISPAN, … , đã nghiên cứu
nâng cấp, phát triển cấu trúc mạng di động theo hướng NGN (gọi tắt là NGN – mobile)
và đưa ra các tiêu chuẩn đối với hệ thống thông tin đi động thế hệ thứ 3 (3G). Hệ thống
thông tin di động 3G đã được các nước trên thế giới triển khai rộng rãi, cung cấp đa dạng
các loại dịch vụ băng rộng đáp ứng nhu cầu người dùng và xu hướng pháp triển của
nghành viễn thông.
Để thị trường viễn thông Việt Nam phát triển đáp ứng nhu cầu của thời đại, Bộ Thông tin
và Truyền thông đã phát động cuộc thi tuyển lấy giấy phép 3G và ngày 18/2/2009 nhận
được 6 bộ hồ sơ thi tuyển của các doanh nghiệp viễn thông hàng đầu Việt Nam như
VNPT, VMS, Viettel, Gtel Mobile, SPT và một bộ hồ sơ liên danh thi tuyển 3G giữa
HaNoi Telecom và EVN Telecom. Ngày 2/4/2009, Bộ Thông tin và Truyền thông
(TT&TT) đã chính thức cơng bố tên của 4 nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trúng tuyển
3G gồm: Viettel, VinaPhone, MobiFone và cuối cùng là liên danh giữa EVN Telecom và
Hanoi Telecom.


Để có hướng chuyển đổi, nâng cấp hạ tầng mạng phù hợp, các nhà khai thác cần tìm hiểu
kinh nghiệm triển khai của các nước trên thế giới, quá trình chuẩn hóa các tiêu chuẩn
phát triển 3G, nghiên cứu lựa chọn cơng nghệ thích hợp. Do đó, Tơi đã chọn đề tài
“Nghiên cứu triển khai cấu trúc mạng lõi, mạng truy nhập mạng thông thin di động
3G dựa trên mạng lõi 2G/2,5G” để nghiên cứu và làm luận văn tốt nghiệp. Luận văn
được chia thành 5 chương:

•

Chương 1: Giới thiệu chung về các tổ chức viễn thông lớn trên thế giới, q trình
phát triển mạng thơng tin di động.

•

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết quy hoạch và tối ưu mạng lõi chuyển mạch
kênh.

•

Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết quy hoạch và tối ưu mạng lõi chuyển mạch gói.

•

Chương 4: Triển khai mạng thông tin di động 3G đối với mạng Vinaphone.

•

Chương 5: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng truy nhập vô tuyến 3G.

Mặc dù đã cố gắng trong q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn, xong vẫn cịn nhiều
sai sót. Kính mong nhận được sự thơng cảm và ý kiến đóng góp của q Thầy cơ và bạn
đọc.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và đặc biệt là
TS. Vũ Văn m đã tận tình giúp đỡ Tơi hồn thành tốt chương trình học tập và Luận
văn tốt nghiệp.
Người Viết

TRẦN TUẤN ANH


MỤC LỤC
Chương 1.

Giới thiệu chung ........................................................................................... 1

1.1 Quá trình chuẩn hóa tiêu chuẩn 3G..................................................................... 1
1.1.1 Tổ chức 3GPP ........................................................................................... 2
1.1.2 Tổ chức 3GPP2 ......................................................................................... 4
1.1.3 Mối quan hệ giữa 3GPP, 3GPP2 và ITU .................................................. 5
1.2 Tình hình triển khai 3G của các nước trên thế giới ............................................ 6
1.3 Sơ lược cấu trúc hệ thống GSM/GPRS hiện tại .................................................. 8
1.4 Tiến trình nâng cấp hệ thống 2G lên 3G ........................................................... 11
1.4.1 Tiến trình nâng cấp chung từ 2G lên 3G................................................. 11
1.4.2 Cấu trúc mạng 3G theo các phiên bản chuẩn hóa của tổ chức 3GPP ..... 12
1.5 Kết Luận............................................................................................................ 19
Chương 2.

Quy hoạch và tối ưu mạng lõi chuyển mạch kênh ...................................... 20

2.1 Thủ tục thiết kế mạng ....................................................................................... 20
2.1.1 Đánh giá mạng ........................................................................................ 21
2.1.2 Định cỡ mạng .......................................................................................... 26
2.2 Quy hoạch mạng chi tiết ................................................................................... 31
2.3 Mạng lõi chuyển mạch kênh theo 3GPP R4 ..................................................... 37
2.3.1 Cấu trúc mạng lõi .................................................................................... 37
2.3.2 Định cỡ mạng lõi chuyển mạch kênh...................................................... 38
2.3.3 Quy hoạch mặt phẳng người dùng .......................................................... 39

2.3.4 Quy hoạch mặt phẳng điều khiển............................................................ 51
2.4 Quy hoạch chi tiết mạng lõi chuyển mạch kênh ............................................... 60
2.4.1 Quy hoạch chi tiết Control Plane ............................................................ 60
2.4.2 Định tuyến mặt phằng điều khiển ........................................................... 68
2.4.3 Quy hoạch chi tiết mặt phẳng người dùng .............................................. 70
2.5 Tối ưu mạng lõi chuyển mạch kênh .................................................................. 81


2.5.1 Các tham số đánh giá chất lượng mạng (KPI) ........................................ 81
2.5.2 Các phép đo mạng................................................................................... 82
2.5.3 Kiểm kê mạng lõi chuyển mạch kênh ..................................................... 84
2.5.4 Phân tích kết quả kiểm kê ....................................................................... 86
2.5.5 Kết quả tối ưu mạng ................................................................................ 91
2.6 Kết Luận............................................................................................................ 92
Chương 3.

Quy hoạch và tối ưu mạng lõi chuyển mạch gói ........................................ 93

3.1 Giới thiệu mạng lõi chuyển mạch gói PS ......................................................... 93
3.1.1 Các khái niệm mạng gói di động (MPC) cơ bản..................................... 94
3.1.2 Định tuyến gói (PDP context) ................................................................. 96
3.1.3 Giao diện kết nối giữa GPRS với mạng GSM. ....................................... 99
3.2 Định địa chỉ IP ................................................................................................ 100
3.2.1 Các kiểu mạng....................................................................................... 100
3.2.2 Ký hiệu các dấu chấm thập phân (DDN) .............................................. 101
3.2.3 Phân chia địa chỉ mạng (Subnetting) .................................................... 102
3.3 Các giao thức định tuyến IP (IP Routing Protocols)....................................... 103
3.4 Định cỡ............................................................................................................ 106
3.4.1 Mào đầu và các ngăn xếp giao thức GPRS ........................................... 106
3.5 Định cỡ và quy hoạch IP backbone ................................................................ 113

3.5.1 Đánh giá mạng hiện tại ......................................................................... 114
3.5.2 Định cỡ IP backbone ............................................................................. 115
3.5.3 Tính tốn băng thơng ............................................................................ 116
3.6 Quy hoạch cấu trúc mạng lõi chuyển mạch di động ....................................... 117
3.6.1 VLAN ................................................................................................... 118
3.6.2 Giao diện Iu-PS ..................................................................................... 119
3.6.3 Quy hoạch giao diện Gn ....................................................................... 119
3.6.4 Quy hoạch giao diện Gi ........................................................................ 121
3.6.5 Quy hoạch giao diện Gp ....................................................................... 122
3.7 Tối ưu mạng lõi chuyển mạch gói .................................................................. 123


3.7.1 Phương pháp tối ưu mạng lõi gói.......................................................... 123
3.7.2 Các khía cạnh chính của việc tối ưu mạng lõi gói ................................ 124
3.7.3 Các chỉ số KPI ...................................................................................... 127
3.7.4 Giám sát KPI ......................................................................................... 129
3.8 Kết Luận.......................................................................................................... 130
Chương 4.

Triển khai mạng lõi, mạng truy nhập vô tuyến 3G đối với mạng Vinaphone.
.................................................................................................................. 132

4.1 Cấu trúc mạng ................................................................................................. 133
4.2 Phương án triển khai mạng 3G ....................................................................... 138
4.3 Các dịch vụ dự kiến triển khai ........................................................................ 139
4.4 Thực tế triển khai mạng 3G Vinaphone .......................................................... 140
Chương 5. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng phân hệ vô tuyến 3G ............................. 142
5.1 Các tham số vùng phủ sóng ............................................................................ 142
5.2 Các tham số miền chuyển mạch kênh (CS) .................................................... 144
5.2.1 Tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi thoại CS ..................................................... 146

5.2.2 Tỷ lệ rơi cuộc gọi thoại miền chuyển mạch kênh CS ........................... 147
5.2.3 Tỷ lệ lỗi khối đường lên (UL BLER) cho cuộc gọi thoại miền CS ...... 148
5.2.4 Tỷ lệ lỗi khối đường xuống (DL BLER) cho cuộc gọi thoại miền CS . 149
5.2.5 Tỷ lệ lỗi chuyển giao 3G-2G cuộc gọi thoại trong miền CS ................ 150
5.2.6 Tỷ lệ lỗi thiết lập cuộc gọi dữ liệu miền CS ......................................... 151
5.2.7 Tỷ lệ rơi cuộc gọi dữ liệu miền CS ....................................................... 152
5.2.8 Tỷ lệ lỗi khối đường lên (UL BLER) cho cuộc gọi dữ liệu miền CS ... 153
5.2.9 Tỷ lệ lỗi khối đường xuống (DL BLER) cho cuộc gọi dữ liệu miền CS
154
5.3 Các tham số miền PS (chuyển mạch gói) ....................................................... 154
5.3.1 Lỗi thiết lập cuộc gọi dữ liệu miền PS .................................................. 155
5.3.2 Tỷ lệ rơi cuộc gọi dữ liệu miền PS ....................................................... 156
5.3.3 Tỷ lệ lỗi chuyển giao 3G/2G miền PS .................................................. 157
5.3.4 Thời gian gián đoạn do chuyển giao 3G/2G miền PS........................... 158


5.3.5 Tỷ lệ lỗi thiết lập HSDPA ..................................................................... 159
5.3.6 Tỷ lệ cuộc gọi rơi HSDPA .................................................................... 160
5.3.7 Thông lượng PSD ................................................................................. 161
5.3.8 Thông lượng HSDPA............................................................................ 162
5.3.9 Thông lượng HSUPA............................................................................ 163
5.4 Kết luận ........................................................................................................... 163


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Chú giải

3GPP

Tổ chức nghiên cứu mạng thế hệ thứ 3 (theo tiêu chuẩn WCDMA)

3GPP2

Tổ chức thứ 2 nghiên cứu mạng thế hệ thứ 3 (theo tiêu chuẩn cdma2000)

AAL2

Lớp thích nghi ATM loại 2

AAL5

Lớp thích nghi ATM loại 5

AMR

Mã thoại đa tốc độ thích nghi

AMR

Bộ mã hóa/giải mã thoại đa tốc độ thích nghi

APM

Kỹ thuật truyền tải ứng dụng

ATM

Chế độ truyền tải bất đồng bộ

AuC

Trung tâm nhận thực thuê bao

BER

Tỷ lệ lỗi bit

BICC

Điều khiển cuộc gọi độc lập với Bearer

BIWF

Chức năng interworking bearer

BLER

Tỷ lệ lỗi khối

BNC-ID

Bộ nhận dạng kết nối mạng bearer

BS

Trạm gốc

BSC

Khối điều khiển trạm gốc

BSS

Phân hệ trạm gốc

BTS

Trạm thu phát gốc

CAMEL

Phần ứng dụng tùy biến đối với phần logic cải tiến đối với mạng di động

CAP

Phần ứng dụng CAMEL

CCSU

Khối báo hiệu kênh chung

CGR

Nhóm mạch

CMN

Nút dàn xếp cuộc gọi

CN

Mạng lõi

CPS

Phân lớp phần chung

CS

Miền chuyển mạch kênh

DNS

Máy chủ tên miền

DTX

Truyền cuộc gọi không liên tục

EDGE

Cải tiến tốc độ dữ liệu đối với mạng GSM

EGP

Giao thức cổng mở rộng

FER

Tỷ lệ lỗi khung

FTP

Giao thức truyền tải tệp dữ liệu

GCS

Máy chủ điều khiển cổng.

GERAN

Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE

GGSN

Nút hỗ trợ cổng kết nối GPRS

GMSC

Trung tâm chuyển mạch di động cổng

GPRS

Hệ thống vơ tuyến gói

GSM

Hệ thống thơng tin di động toàn cầu (tiêu chuẩn Châu Âu) dựa trên TDMA,
sử dụng thẻ SIM để nhận dạng thuê bao.

GW

Cổng kết nối

HLR

Bộ ghi vị trí thường trú

HSDPA

Truy nhập vơ tuyến đường xuống tốc độ cao

HSDPCCH

Kênh điều khiển vật lý chỉ định tốc độ cao

HSPA

Truy nhập gói tốc độ cao

HS-SCCH

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

HSUPA

Truy nhập vô tuyến đường lên tốc độ cao

ICMP

Giao thức bản tin điều khiển Internet

IGP

Giao thức cổng nội bộ

IMS

Phân hệ đa phương tiện trên nền IP

IN

Mạng thông minh

IP

Giao thức Internet

ISDN

Mạng số tích hợp dịch vụ

ITU

Tổ chức viễn thơng quốc tế

IVR

Đáp ứng thoại tương ứng

L2

Lớp 2

MAC

Lớp điều khiển truy nhập trung bình

MAP

Phần ứng dụng di động

MEGACO Điều khiển cổng đa phương tiện
MGW

Cổng đa phương tiện

MS

Trạm di động

MSC

Trung tâm chuyển mạch di động.

MSS

Máy chủ điều khiển chuyển mạch di động.


MSU

Đơn vị tín hiệu bản tin

MTP3

Phần truyền tải bản tin (băng rộng)

NAS

Tầng không truy nhập (Non Access)

NMS

Phân hệ quản lý mạng

Node B

Trạm gốc 3G

NSS

Phân thệ mạng

PLMN

Mạng di động mặt đất cơng cộng

POI

Điểm đa kết nối

PS

Miền chuyển mạch gói

PSTN

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

QoS

Chất lượng dịch vụ

RAB

Bearer truy nhập vô tuyến

RAI

Bộ nhận dạng vùng định tuyến

RAN

Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP

Phần ứng dụng RAN

RLC

Điều khiển kết nối vô tuyến

RNC

Phần điều khiển mạng vô tuyến

RNS

Phân hệ mạng vô tuyến

RRC

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM

Quản lý tài nguyên vô tuyến

RTCP

Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực

RTP

Giao thức thời gian thực

RTSP

Giao thức luồng thời gian thực

SAAL

Lớp thích ứng chế độ khơng đồng bộ báo hiệu

SCCP

Phần điều khiển kết nối thời gian thức

SCP

Điểm điều khiển dịch vụ

SCR

Tốc độ điều khiển tài nguyên

SCRC

Phân bố tài nguyên của bộ chứa giao thức truyền tài thời gian thực

SCTP

Phần truyền tải điều khiển đơn

SDP

Giao thức mô tả phiên

SDU

Khối dữ liệu dịch vụ

SGSN

Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS


SID

Phát hiện trạng thái yên lặng

SIP

Giao thức khởi tạo phiên

SRB

Bearer báo hiệu vô tuyến

SS7

Báo hiệu số 7

SSCOP

Giao thức định hướng kết nối chi tiết dịch vụ

SSCS

Phân lớp hội tụ chi tiết dịch vụ

SSRC

Luồng tài nguyên của bộ chứa giao thức truyền tải thời gian thực

TC

Bộ chuyển đổi mã

TCP

Giao thức điều khiển truyền tải

TRAU

Khối mã hóa và đồng bộ tốc độ

TSN

Nút chuyển mạch chuyển tiếp

UDP

Giao thức gói dữ liệu người dùng

UE

Thiết bị người dùng

UED

Phát hiện lỗi không đồng đều

UEP

Bảo vệ lỗi khơng đồng đều

UMTS

Dịch vụ viễn thơng di động tồn cầu

URL

Bộ định vị tài nguyên toàn cầu

USIM

Phần nhận dạng thuê bao UMTS

VAD

Bộ phát hiện thoại tích cực

VMS

Máy chủ hộp thư thoại

VoIP

Thoại qua giao thức IP

VPN

Mạng riêng ảo

VRRP

Giao thức dự phòng định tuyến ảo

WAP

Giao thức ứng dụng không dây


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1. Dự báo số thuê bao ........................................................................................... 23
Bảng 2-2. loại khách hàng ................................................................................................ 23
Bảng 2-3. Ma trận lưu lượng tồn trình ............................................................................ 28
Bảng 2-4. ví dụ Bảng quy hoạch định tuyến ..................................................................... 34
Bảng 2-5. Ví dụ về định nghĩa báo hiệu đối với MSC (NA, Quốc gia)............................ 35
Bảng 2-6. Ví dụ bảng định nghĩa bộ kết nối báo hiệu ...................................................... 35
Bảng 2-7. Quy hoạch đánh số đối với mạng ..................................................................... 36
Bảng 2-8. Các loại bộ mã hóa/giải mã AMR .................................................................... 47
Bảng 2-9. Tốc độ bit dữ liệu trong IP Backbone .............................................................. 49
Bảng 4-1. Giao diện kết nối giữa các phần tử................................................................. 137

Bảng 5-1. Các nguyên nhân thiết lập RRC ..................................................................... 145
Bảng 5-2. Tổng hợp các tham số KPI ............................................................................. 164


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1. Quan hệ giữa các cơ quan tiêu chuẩn hóa theo 3GPP ........................................ 3
Hình 1-2. Cấu trúc chức năng của PCG và TSG trong 3GPP............................................. 4
Hình 1-3. Hiện trạng triển khai 3G WCDMA .................................................................... 6
Hình 1-4. Hiện trạng triển khai 3G HSDPA trên thế giới................................................... 7
Hình 1-5. Cấu trúc mạng GSM/GPRS ................................................................................ 8
Hình 1-6: Tác động của EDGE lên hệ thống .................................................................... 11
Hình 1-7. Các khía cạnh phát triển ................................................................................... 11
Hình 1-8: Cấu trúc mạng 3G theo 3GPP Release 99 ........................................................ 12
Hình 1-9. Cấu trúc mạng 3G trong 3GPP Release 4......................................................... 15
Hình 1-10. Cấu trúc mạng 3G theo 3GPP Release 5 ........................................................ 17
Hình 2-1. Quá trình thiết kế mạng .................................................................................... 21
Hình 2-2. Định nghĩa lưu lượng liên chuyển mạch .......................................................... 25
Hình 2-3. Ví dụ cấu trúc mạng báo hiệu. .......................................................................... 29
Hình 2-4. Ví dụ mạng đối với định tuyến ......................................................................... 33
Hình 2-5. Quy hoạch báo hiệu chi tiết .............................................................................. 34
Hình 2-6. Cấu trúc mạng MSC server .............................................................................. 37
Hình 2-7. Các pha quy hoạch mạng .................................................................................. 39
Hình 2-8. Cấu trúc phân tán của MGW ............................................................................ 41
Hình 2-9. Cấu trúc tập trung của MGW ........................................................................... 42
Hình 2-10. Khái niệm lớp chuyển tiếp MGW .................................................................. 44
Hình 2-11. Các lớp giao thức mặt phẳng người dùng....................................................... 46
Hình 2-12. Thực hiện SIGTRAN theo Release 4 (TCAP, phần ứng dụng khả năng giao
dịch; GW, gateway) .......................................................................................................... 54
Hình 2-13. Lớp giao thức chung của SIGTRAN .............................................................. 55
Hình 2-14. Lớp giao thức MEGACO ............................................................................... 55

Hình 2-15. MGW như một cổng báo hiệu đối với BSSAP............................................... 56
Hình 2-16. MGW như một cổng báo hiệu đối với RANAP (NNI) .................................. 57
Hình 2-17. Các lớp giao thức điều khiển cuộc gọi đối với giao diện Nc.......................... 58
Hình 2-18. Các tầng giao thức có thể lựa chọn trong MAP giao diện C, D, E, F và G
trong MSS/GCS ................................................................................................................ 60
Hình 2-19. Các giao thức và giao diện báo hiệu ............................................................... 61


Hình 2-20. Sự kết hợp SCTP/tập kết hợp (CCSU) ........................................................... 62
Hình 2-21. Các thành phần báo hiệu................................................................................. 63
Hình 2-22. Tập kết nối báo hiệu ....................................................................................... 64
Hình 2-23. Cấu hình SCCP ............................................................................................... 67
Hình 2-24. Tham số UDPR đối với cuộc gọi đi ............................................................... 68
Hình 2-25. Các bậc logic của mức định tuyến trong MSS ............................................... 69
Hình 2-26. Phân tích số trong MSS (DDA – truy nhập dữ liệu trực tiếp; PAD –Ghép/phân
chia gói) ............................................................................................................................ 71
Hình 2-27. Cấu trúc mạng phân tán ................................................................................. 72
Hình 2-28. Sự đặt trước của một binding ID .................................................................... 73
Hình 2-29. Cấu trúc phân tích mặt phẳng người dùng...................................................... 74
Hình 2-30. Thơng tin cấu trúc liên kết mặt phẳng người dùng ......................................... 76
Hình 2-31. Phân tích số và định tuyến trong MSS ........................................................... 78
Hình 2-32. Phân tích số và các thành phần định tuyến trong MGW (AAL2) .................. 80
Hình 2-33. Chức năng quản lý lưu lượng của các thành phần mạng ................................ 83
Hình 3-1. Các thành phần mạng lõi GPRS ....................................................................... 93
Hình 3-2. Các giao diện mạng GPRS ............................................................................... 95
Hình 3-4. Ví dụ về subnetting ......................................................................................... 102
Hình 3-5. Các giao thức IGP và EGP ............................................................................. 104
Hình 3-6. Ngăn xếp giao thức mạng lõi gói GPRS......................................................... 107
Hình 3-7. Ngăn xếp giao thức giữa 2 GSN ..................................................................... 108
Hình 4-1. Cấu trúc mạng UMTS/GSM ........................................................................... 134

Hình 4-2. cấu trúc mạng 3G Vinaphone tại Hà Nội tính đến ngày 12/10/2009 ............. 141
Hình 5-1. Sơ đồ khối thiết lập cuộc gọi ......................................................................... 144
Hình 5-2. Lưu đồ thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch kênh ........................................ 146
Hình 5-3. Lưu đồ cuộc gọi chuyển giao interRAT ......................................................... 151
Hình 5-4. Lưu đồ thiết lập cuộc gọi miền chuyển mạch gói (PS) .................................. 158


Chương 1. Giới thiệu chung
Q trình chuẩn hóa tiêu chuẩn 3G

1.1

Hệ thống thông di động thế hệ thứ 3 (3G) ra đời với mục tiêu là thực hiện một hệ thống thơng tin di
động duy nhất trên tồn thế giới. Khác với các dịch vụ được cung cấp bởi những hệ thống thông tin
di động hiện nay chủ yếu là thoại, hệ thống 3G nhằm vào các dịch vụ băng rộng như truy nhập
Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lượng cao tương đương mạng hữu tuyến.
Đối với bất kỳ công nghệ nào, điều kiện tiên quyết cho việc phát triển trên phạm vi toàn thế giới
phải là xây dựng được bộ tiêu chuẩn cho công nghệ này và tuân thủ tiêu chuẩn phải là yêu cầu bắt
buộc đối với mọi nhà cung cấp dịch vụ, nhà khai thác và nhà sản xuất thiết bị. Trong thực tế, các
tiêu chuẩn cho một công nghệ thường được một cơ quan hay một tổ chức nào đó đề xuất dưới dạng
dự thảo, dự thảo này sau đó được nghiên cứu, đánh giá trước khi ban hành. Phạm vi áp dụng của
một tiêu chuẩn phụ thuộc vào phạm vi ảnh hưởng của cơ quan, tổ chức tiêu chuẩn hóa ban hành ra
tiêu chuẩn đó. Nguyên tắc chung này được áp dụng cho cơng tác tiêu chuẩn hóa các cơng nghệ
thuộc mọi lĩnh vực. Tuy vậy, trong mỗi lĩnh vực do có các đặc trưng riêng của mình sẽ hình thành
nên các quy tắc riêng. Trong lĩnh vực thông tin di động, một yếu tố quan trọng cần được xem xét tới
là hiện nay trên thế giới tồn tại đồng thời nhiều công nghệ thông tin di động khác nhau, các công
nghệ này đang cạnh tranh với nhau để chiếm thị phần. Nhu cầu thống nhất các công nghệ này về
một hệ thống duy nhất đã xuất hiện từ lâu nhưng quá trình thống nhất này gặp nhiều trở ngại. Trước
hết, mỗi cơng nghệ đều có các cơ quan hoặc tổ chức tiêu chuẩn hóa liên quan, điều này cũng đồng
nghĩa với việc trên thế giới có nhiều cơ quan, tổ chức tiêu chuẩn hóa khác nhau. Cho đến nay, tham

gia trực tiếp vào q trình tiêu chuẩn hóa các cơng nghệ 2,5G và 3G gồm có các tổ chức sau:


ITU-T: Cụ thể là nhóm SSG (Special Study Group)



ITU-R: Cụ thể là Working Group 8F-WG8F



3GPP: 3rd Global Partnership Project



3GPP2: 3rd Global Partnership Project 2



IETF: Internet Engineering Task Forum.



Các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khu vực (SDO – Standard Development Organization).

Ngoài ra, cịn có các tổ chức khác trong đó có sự tham gia của nhà khai thác để thích ứng và hài hòa
1


sản phẩm trên cơ sở các tiêu chuẩn chung:



OHG: Operator’s Harmonisation Group



3G.IP: cụ thể là Working Group 8F-WG8F



MWIF: Mobile Wireless Internet Forum

Tuy hoạt động theo các hướng khác nhau, dựa trên nền tảng công nghệ khác nhau nhưng các tổ chức
trên về cơ bản có cấu trúc và nguyên tắc hoạt động tương tự nhau. Mục tiêu hoạt động của các tổ
chức này đều nhằm xây dựng và đề xuất bộ tiêu chuẩn cho 3G. Đồng thời các tổ chức này có mối
quan hệ hợp tác để giải quyết vấn đề kết nối liên mạng chuyển vùng toàn cầu. Bên cạnh đó, sự xuất
hiện của OHG và MWIF phản ánh nỗ lực cho khả năng Roaming và nối ghép giữa các mạng lõi 2G.
Sự xuất hiện của IEIF, 3G.IP và MWIF phản ánh nỗ lực để có được một mạng lõi chung tồn IP, tuy
rằng điều này có thể phải đến 3,5G và 4G mới thành hiện thực.
Phần tiếp là tổng quan về quá trình hình thành, phát triển và mối quan hệ giữa các tổ chức xây dựng
tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động.

1.1.1 Tổ chức 3GPP
3GPP được thành lập năm 1998, với 6 thành viên chính là các cơ quan phát triển tiêu chuẩn SDO
gồm ETSI (Châu Âu), ARIB (Nhật Bản), TTA (Hàn Quốc), T1 (Bắc Mỹ), TTC (Nhật Bản) và
CWTS (Trung Quốc). Ngồi ra, có các đối tác tư vấn về thị trường là 3G.IP (Mỹ), GSA (Anh),
GSM Association (Ireland), Ipv6 forum (Anh), UMTS Forum (Mỹ) và 3G Americas (Mỹ).
3GPP có một số quan sát viên là các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khu vực có đủ tiềm năng để trở
thành thành viên chính thức trong tương lai. Các quan sát viên hiện tại là:


TIA – Telecommunications Industries Association – của Mỹ



TSACC – Telecommunications Standards Advisory Council of Canada – của Canada



ACIF – Australian Communications Industry Forum – của Úc

Cơ chế hoạt động của 3GPP như sau:


Các thành viên chính thức sẽ thực hiện các nhiệm vụ như:
+

Phê chuẩn và duy trì phạm vi của 3GPP

+

Đưa ra các quyết định đưa vào sử dụng hay chấm dứt sự hoạt động của các nhóm tiêu
2


chuẩn kỹ thuật và phên chuẩn phạm vi và trách nhiệm của từng nhóm.
+


Phân phối nhân lực và vật lực cho các nhóm.

Các thành viên chính thức và các đối tác tư vấn thị trường phối hợp với nhau để
+

Duy trì sự thỏa thuận của dự án hợp danh.

+

Phê chuẩn các ứng dụng của các đối tác 3GPP.

+

Đưa ra các quyết định liên quan đến việc giải tán 3GPP…

Mối quan hệ giữa các thành viên, đối tác thị trường trong 3GPP và ITU được thể hiện như trong
Hình 1-1
Những khuyến nghị quốc tế
Các cơ quan chính phủ

ITU
3GPP

Các thành
viên

Những đóng góp của
ITM2000 thơng qua
những tiến trình hiện
tại

Nhóm phối hợp dự án

Các thành viên
có tổ chức

Các thành
viên thể hiện
thị trường

Các nhóm đặc trách kỹ thuật
Các thành viên đơn lẻ

Những đóng
góp mang tính
chất kỹ thuật

Nhóm chức năng hỗ trợ

Các tiêu
chuẩn kỹ thuật
Tiến trình tiêu chuẩn hóa của các tổ chức
thành viên

Hình 1-1. Quan hệ giữa các cơ quan tiêu chuẩn hóa theo 3GPP
3GPP được chia thành các nhóm tiêu chuẩn kỹ thuật (TSG – Technical Specification Group) chịu
trách nhiệm về từng lĩnh vực nhất đinh như:


TSG-SA: Về dịch vụ và cấu trúc.



TSG-CN: về tiêu chuẩn hóa mạng lõi.



TSG-T: về thiết bị đầu cuối.



TSG-GERAN: về mạng truy nhập cho GSM và 2,5G.



TSG-RAN: về mạng truy nhập cho 3G.

Các nhóm kỹ thuật trên được quản lý bởi một nhóm phối hợp hoạt động dự án PCG (Project Co3


ordination Group). Cấu trúc chức năng của PCG và các TSG trong 3GPP được thể hiện như trong
Hình 1-2.
Cấu trúc bên trong 3GPP
Nhóm phối hợp dự án

TSG
Mạng truy
nhập vơ
tuyến

TSG

TSG

Mạng lõi

Đầu cuối

TSG
Các khía
cạnh hệ
thống và
dịch vụ

TSG
Mạng truy
nhập vơ
tuyến GSM/
EDGE

Các tiêu chuẩn kỹ thuật

Hình 1-2. Cấu trúc chức năng của PCG và TSG trong 3GPP

1.1.2 Tổ chức 3GPP2
3GPP2 được thành lập vào cuối năm 1998 với 5 thành viên chính thức là các tổ chức phát triển tiêu
chuẩn như: ARIB (Nhật Bản), CWTS (Trung Quốc), TIA (Bắc Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và TTC
(Nhật Bản). Ngồi ra tổ chức này cịn có một số đối tác tư vấn thị trường như CDG, MWIF và Ipv6
Forum.
Về cấu trúc chức năng, trước hết 3GPP có một ban chỉ đạo dự án – PCS (Project Steering
Committee). PSC sẽ quản lý tồn bộ cơng tác tiêu chuẩn hóa theo các nhóm tiêu chuẩn kỹ thuật –

TSG. 3GPP2 hiện nay có 4 nhóm TSG, bao gồm:


TSG-A: Nghiên cứu về các giao diện mạng truy nhập.



TSG-C: về CDMA2000



TSG-S: về các khía cạnh dịch vụ và hệ thống.



TSG-X: về hoạt động liên kết các hệ thống.

Các tiêu chuẩn của 3GPP2 được phát triển theo các pha sau:


Pha 0: Bao trùm toàn bộ các tiêu chuẩn đã được các SDO hoàn thiện.



Pha 1: Chủ yếu là các chỉ tiêu kỹ thuật cho phiên bản 1 để thừa kế toàn bộ phần 2G IS-95A
và IS-95B. Hoàn thiện vào năm 2000.



Pha 2: Bắt đầu từ giữa năm 2001 nhằm hỗ trợ khả năng IP Multimedia. Phiên bản đầu tiên

hoàn thiện năm 2002, các phiên bản sau trong năm 2003.
4




Pha 3: Thêm các chức năng theo hướng mạng lõi IP.

Ngoài ra, hiện nay CDMA200 1xEV của 3GPP2 đã được ITU chính thức chấp thuận là 3G.

1.1.3 Mối quan hệ giữa 3GPP, 3GPP2 và ITU
3GPP và 3GPP2 hợp tác lần đầu tiên từ năm 1999 nhằm giải quyết vấn đề kết nối liên mạng, chuyển
vùng toàn cầu, tập trung vào 3 khía cạnh chính: Truy nhập vơ tuyến, thiết bị đầu cuối và mạng lõi.
Hoạt động hợp tác này chủ yếu thơng qua OHG và các nhóm hỗn hợp có sự tham gia của cả hai bên
3GPP và 3GPP2. Hiện nay, IEIF là một nhân tố mới để cùng 3GPP và 3GPP2 giải quyết hướng
mạng lõi chung toàn IP.
ITU chịu trách nhiệm phối hợp hoạt động của các tổ chức tiêu chuẩn hóa, cụ thể là 2 đơn vị chịu
trách nhiệm trực tiếp: ITU-T SSG – Special Study Group và ITU-R WP8F – Working Party 8F.
Trong đó ITU-T SSG có 3 nhóm làm việc với 7 vấn đề, giải quyết 90% cơng tác chuẩn hóa về
mạng, tập trung vào các mảng: giao diện NNI, quản lý di động, yêu cầu giao thức và phát triển giao
thức. Ngược lại, ITU-R WP8F có trách nhiệm giải quyết 90% cơng tác chuẩn hóa về giao diện vô
tuyến, tập trung vào các nhiệm vụ:


Các chỉ tiêu toàn diện của một hệ thống IMT-2000.



Tiếp tục chuẩn hóa tồn cầu bằng cách kết hợp với các cơ quan tiêu chuẩn SDO và các
Project (3GPP, 3GPP2).



Xác định mục tiêu sau IMT-2000: 3,5G và 4G.



Tập trung vào phần mạng mặt đất (tăng tốc độ dữ liệu, mạng theo hướng IP, …)



Phối hợp với ITU-R WP8D về vệ tinh, với ITU-T và ITU-D về các vấn đề liên quan.

Vai trò của từng thành phần trong mối quan hệ giữa các tổ chức này có thể được rút gọn như sau:


3GPP và 3GPP2 đảm bảo phát triển công nghệ và chỉ tiêu giao diện vơ tuyến cho tồn cầu.



Các tổ chức tiêu chuẩn khu vực – SDO: thích ứng các tiêu chuẩn chung cho từng khu vực.



ITU-T và ITU-R: đảm bảo khả năng tương thích và roaming tồn cầu với các chỉ tiêu chính
yếu. Cụ thể rõ việc phân cơng và trách nhiệm qua ITU-R.M 1457 và ITU-T Q.REF.



Hiện nay, cả 3GPP, 3GPP2, ITU và IETF tiếp tục phối hợp chặt để giải quyết mạng lõi

chung toàn IP theo các công nghệ 3,5G và 4G.

5


1.2

Tình hình triển khai 3G của các nước trên thế giới

Tính đến 19/1/2009 theo số liệu của Hiệp hội GSM - GSMA (GSM Association), các công nghệ
thông tin di động dựa trên nền GSM đã có những phát triển mạnh mẽ với 3,54 tỉ thuê bao chiếm
89,5% thị trường di động tồn cầu. Sự phát triển của các cơng nghệ truy nhập vô tuyến theo nhánh
GSM (bao gồm GSM, GPRS, EGDE, WCDMA, HSPA và LTE) đảm bảo khả năng tương thích
ngược, đảm bảo sự phát triển bền vững đối với các nhà cung cấp dịch vụ di động.. Tiếp nối sự phát
triển của GSM, GPRS hiện nay đã được sử dụng phổ biến ở hầu hết các mạng GSM trên thế giới.
GPRS là bước cải tiến đầu tiên nhằm cung cấp các dịch vụ số liệu cho các mạng di động dựa trên
nền cơng nghệ GSM. Với đặc tính “ln luôn kết nối” GPRS đem lại sự tiện dụng cho người sử
dụng với tốc độ số liệu trung bình khoảng 40 Kb/s tương đương với tốc độ dial-up. Tiếp theo đó, với
những nâng cấp trong phần vơ tuyến, EGDE có khả năng hỗ trợ tốc độ số liệu gấp 3 lần so với
GPRS đảm bảo hỗ trợ tốt hơn cho thuê bao với các dịch vụ số liệu đòi hỏi băng thơng cao. Tính đến
19/1/2009, trên tồn thế giới đã có 413 mạng EDGE đã được thương mại hóa ở 184 quốc gia. Tiếp
nối xu hướng cải thiện tốc độ truyền số liệu trong mạng di động, hệ thống thông tin di động 3G theo
nhánh GSM (còn gọi là 3GSM) sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA đem lại những cải
thiện đáng kể về tốc độ truyền số liệu cho phép cung cấp nhiều dịch vụ đa phương tiện thời gian
thực với nội dung phong phú. Tính đến 19/1/2009 đã có 264 mạng WCDMA được thương mại hóa
ở 115 quốc gia trên thế giới. Số lượng thuê bao 3G WCDMA tại thời điểm này đã đạt 286,9 triệu
đẫn đầu so với các tiêu chuẩn 3G khác.

Hình 1-3. Hiện trạng triển khai 3G WCDMA
6

Trong các công nghệ truy nhập vô tuyến 3G theo nhánh công nghệ GSM, HSPA là công nghệ với
những cải tiến trong phần truy nhập vô tuyến của WCDMA nhằm cải thiện tốc độ truyền dẫn. HSPA
là thuật ngữ dùng chung cho 2 công nghệ: HSDPA và HSUPA. HSDPA đem lại những cải thiện
đáng kể đối với tốc độ số liệu đường xuống (tăng từ 5-10 lần so với công nghệ truy nhập vô tuyến
WCDMA). Với những cải tiến này, cho phép mạng 3G cung cấp các dịch vụ Internet tốc độ cao, cải
thiện tốc độ tải file, hỗ trợ cung cấp các dịch vụ video thời gian thực, chất lượng cao. Tính đến
31/12/2008, trên thế giới có 93,5% nhà khai thác mạng WCDMA đã thương mại HSPA. Trong đó,
có khoảng 278 nhà khai thác ở 118 quốc gia trên thế giới có những hợp đồng liên quan đến HSDPA.
Tại thời điểm này đã có 247 mạng HSPDA được triển khai ở 110 quốc gia trên thế giới. Trong số
các nhà khai thác đã triển khai HSDPA, 69 % nhà khai thác hỗ trợ tốc độ tải số liệu đường xuống
3,6 Mb/s và 34% nhà khai thác triển khai mạng với tốc độ đường xuống 7,2 Mb/s.

Hình 1-4. Hiện trạng triển khai 3G HSDPA trên thế giới
Đầu năm 2007, trên thị trường đã xuất hiện các sản phẩm thiết bị mạng HSUPA với khả năng nâng
cấp tốc độ truy nhập đường lên của WCDMA. Tính đến cuối 31/12/2008 có 79 nhà khai thác đã có
những hợp đồng liên quan đến công nghệ HSUPA và 66 hệ thống HSUPA đã được triển khai ở 47
quốc gia trên thế giới. Bước phát triển tiếp theo của HSPA, HSPA Evolved (còn được gọi là
HSPA+) với yêu cầu đảm bảo tốc độ truy nhập đường xuống lên tới 42 Mb/s với tốc độ truy nhập
7


đường lên 11 Mb/s và đã có ít nhất 13 nhà khai thác có những hợp đồng liên quan đến công nghệ
HSPA+.
Hiện nay, công nghệ LTE được coi là một phần quan trọng của mạng di động toàn IP thế hệ mới, là
bước phát triển tiếp theo của HSPA. LTE hiện đang trong q trình chuẩn hóa bởi tổ chức tiêu
chuẩn 3GPP. Những vấn đề liên quan đến mặt yêu cầu công nghệ và cấu trúc hệ thống LTE đã được
thống nhất trong 3GPP vào cuối năm 2007; những công việc chuẩn hóa cịn lại dự kiến sẽ được hồn
thành vào cuối năm 2008. Với sự hỗ trợ đáng kể từ nhiều nhà sản xuất và khai thác lớn trên thế giới,

GSMA dự đốn cơng nghệ này sẽ được thương mại hóa vào khoảng năm 2010.

1.3

Sơ lược cấu trúc hệ thống GSM/GPRS hiện tại

Hiện nay, các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động ở Việt Nam đã triển khai, tận dụng hạ tầng
mạng cung cấp tối đa các dịch vụ trên mạng GSM, cung cấp dịch truyền thống như thoại, các dịch
vụ giá trị gia tăng, các dịch vụ trên nền chuyển mạch gói (GPRS),… Với cấu trúc tổng thể của mạng
như trong hình Hình 1-5.

Hình 1-5. Cấu trúc mạng GSM/GPRS

Hệ thống GSM truyền thống (khi chưa nâng cấp cung cấp dịch vụ GPRS) có thể được được chia
8


thành 4 phân hệ chính gồm:


Đầu cuối di động (MS).



Phân hệ trạm gốc (BSS)



Phân hệ mạng (NSS) là phân hệ điều khiển chuyển mạch.



Phân hệ quản lý mạng (NMS) điều khiển vận hành khai thác và bảo dưỡng mạng.

Đặc điểm của các thành phần trong mạng:


MS là tổ hợp của thiết bị đầu cuối ME và modul nhận dạng dịch vụ của thuê bao SIM.
MS = ME + SIM.



Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) là phần chính của BSS thực hiện điều khiển mạng vơ tuyến.
BSC duy trì kết nối với MS và kết nối với NSS. Trạm thu phát gốc (BTS) là một phần của
mạng đảm bảo duy trì giao diện Um (giao diện mở giữa MS và BTS). Mã hoá và đồng bộ tốc
độ (TRAU) là một phần của BSS thực hiện duy trì tốc độ mã hố.



Trung tâm chuyển mạch MSC là một phần của NSS thực hiện điều khiển tất cả các cuộc gọi.
MSC chia làm hai phần MSC/VRL có chức năng duy trì kết nối, quản lý di động, trao đổi
thông tin với BSS và GMSC có chức năng quản lý thơng tin và kết nối với những mạng
khác.



Bộ đăng ký vị trí thường trú (HLR) là nơi mà thông tin về các thuê bao được lưu trữ cố định.
Chức năng chính của HLR là dữ liệu về thuê bao.



Bộ đăng ký vị trí tạm trú (VLR) chức năng chính là lưu trữ dữ liệu thuê bao, cung cấp dịch
vụ và quản lý di động.



Trung tâm nhận thực AuC và nhận dạng thiết bị EIR là một phần cuả NSS duy trì bảo mật
thơng tin. AuC duy trì bảo mật thơng tin và nhận dạng thuê bao cùng với VLR. EIR duy trì
nhận dạng thiết bị di động (phần cứng) liên kết với thông tin bảo mật cùng với VLR.



Hệ thống cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng (VAS) đơn giản nhất cũng gồm hai loại thiết bị:
trung tâm dịch vụ tin ngắn (SMSC) và hệ thống thư thoại (VMS). Về mặt kỹ thuật, VAS
đảm bảo cung cấp một số loại dịch vụ nhất định bằng cách sử dụng các giao diện chuẩn với
mạng GSM và có thể có hoặc khơng có các giao diện ra các mạng khác.



Mạng thơng minh (IN) được tích hợp cùng với mạng GSM. Về mặt kỹ thuật, nó làm thay đổi
9