Đề tài Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động – Mobile Switching Solution

cũng giữ chức năng quản lý di động, bao gồm các chức năng đăng ký vị trí và handoff cho các đầu cuối di động. MSC liên kết các RAN tới vùng CS trong mạng lõi. Một MSC có thể nối với nhiều BSS trong GSM hay với nhiều RNS trong UTRAN. Một MSC riêng biệt được gọi là Gateway MSC (GMSC) có thể được sử dụng để kết nối với các mạng chuyển mạch kênh bên ngoài. Một GMSC có trách nhiệm trong việc định tuyến cuộc gọi chuyển mạch kênh tới các đích cuối cùng của nó trong các mạng bên ngoài. Các chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi của một GMSC có thể cũng được tách ra và được thực hiện trên các thực thể mạng riêng biệt: CS-MGW cho việc chuyển mạch và điều khiển phương tiện và một GMSC Server cho việc điều khiển cuộc gọi. Một VLR duy trì vị trí và dịch vụ thu thập thông tin cho các di động tạm trú tạm thời trong khi chúng ở bên trong phần được điều khiển bởi VLR của mạng. Nó theo dõi vị trí của một di động tạm trú và báo tin cho HLR của di động tạm trú về vị trí hiện tại của di động. Nó khôi phục dịch vụ thu thập thông tin của một di động tạm trú từ HLR của di động đó, duy trì một bản sao thông tin trong khi di động tạm trú ở bên trong phần được điều khiển bởi VLR của mạng và sử dụng thông tin để cung cấp dịch vụ điều khiển cho di động tạm trú. Một VLR nói chung được hòa nhập với mỗi MSC bởi vì không có một giao diện chuẩn mở nào được xác định giữa một MSC và một VLR. Giao thức MAP (Mobile Application Part) được sử dụng trong việc báo hiệu giữa một VLR và một HLR. Vùng chuyển mạch gói trong mạng lõi Vùng PS CN cung cấp các chức năng chính dưới đây để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói: Điều khiển truy nhập mạng: xác định những thuê bao di động nào được cho phép để sử dụng vùng PS. Các chức năng này bao gồm việc đăng ký, việc nhận thực và việc uỷ quyền, điều khiển sự cho phép, việc chọn lọc tin nhắn, và thu thập dữ liệu sử dụng. Định tuyến và vận chuyển gói: địng tuyến các gói tin người dùng đến các đích của chúng hoặc trong cùng một PLMN hoặc trong các mạng bên ngoài. Quản lý di động: Cung cấp các chức năng quản lý di động ở lớp mạng. Các chức năng này bao gồm việc theo dõi các vị trí của các đầu cuối di động, đánh dấu thời điểm bắt đầu để xác định vị trí chính xác của một di động cụ thể khi mạng có dữ liệu để gửi cho di động, và duy trì cập nhật mạng lõi định tuyến tới di động khi chúng di chuyển. Vùng PS được xây dựng trên nền mạng GPRS. Như trong GPRS, vùng PS CN 3GPP bao gồm hai loại nút mạng chính: Serving GPRS Support Node (SGSN) và Gateway GPRS Support Node (GGSN). Một SGSN liên kết một hay nhiều RAN tới một PS CN. Một GGSN phục vụ như là giao diện giữa vùng PS CN và mạng gói khác (ví dụ như Internet, intranet, phân hệ đa phương tiện IP 3GPP). Một GGSN có thể được sử dụng để hỗ trợ cho cả các GERAN và các UTRAN. Các bộ phục vụ thông tin HSS, EIR và AuC được chia sẻ bởi các vùng PS và CS. Bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS): HSS là cơ sở dữ liệu logic chính gốc trong một PLMN để duy trì cho mạng thu thập thông tin của người dùng để điều khiển các dịch vụ mạng cung cấp cho người sử dụng. Thành phần chính của HSS là bộ ghi định vị thường trú (HLR), HLR để duy trì các đặc điểm của người sử dụng, các vị trí, và các dịch vụ thu thập thông tin. Trung tâm nhận thực (AuC): AuC là một thực thể logic để duy trì thông tin cần thiết cho mạng để nhận thực mỗi người dùng và để m• hoá thông tin thông qua đường vô tuyến. Các thực thể mạng truy nhập vào AuC thông qua HSS. Điều này sẽ loại bỏ sự cần thiết phải xác định các giao diện riêng giữa AuC và mỗi thực thể mạng, cần thiết cho việc truy nhập vào AuC. Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR): EIR là một thực thể logic để duy trì các IMEI của các thuê bao. Mạng 3G tạo ra bước tiến triển lớn trong sự phát triển của thông tin di động cá nhân. Trên thực tế, mạng 3G có khả năng hỗ trợ loại hình dịch vụ internet di động đa phương tiện với chất lượng dịch vụ cải thiện đáng kể so với các hệ thống 2G và 2,5G. 1.5. Hướng tới hệ thống thông tin di động 4G Cùng với sự hoàn thiện của rất nhiều khía cạnh của chuẩn hoá những hệ thống 3G, giờ đây mọi hướng tập trung đổ dồn về việc xác định và chuẩn hoá của các công nghệ 4G. Sự ảnh hưởng của Internet sẽ có một tầm ý nghĩa quan trọng về các khả năng của 4G, khi các nhà vận hành khai thác mạng tiến thẳng tới một môi trường IP toàn bộ. Khi 3G thực sự có thể chứng minh đ• mang lại sự hội tụ của các công nghệ mobile và Internet, 4G sẽ báo trước sự hội tụ của các công nghệ cố định, quảng bá, và di động UMTS với quảng bá hình ảnh số (DVB) và quảng bá âm thanh số (DAB) là một lĩnh vực cho sự phân tích tiếp theo. Một giải pháp như vậy có thể tạo phép cho truyền hình chất lượng quảng bá có thể chẳng hạn như được phát thẳng tới người sử dụng mobile. Đó là trong một môi trường mà tế bào, vô tuyến điện, WLL, và vệ tinh sẽ kết hợp để mở ra những khả năng mới cho lĩnh vực viễn thông. Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động TDMA CDMA GSM GPRS EDGE WCDMA All IP IS-95A IS-95B Cdma 2000 (1x) Cdma 2000 1xEV-DV Cdma 2000 1xEV-DO 10 ~ 50Kb/s 30 ~ 150Kb/s Max 2Mb/s 14Kb/s 64Kb/s 144Kb/s Max 307Kb/s Max 2.4Mb/s Max 3.09Mb/s Thế hệ 2 (2G) Thế hệ 2,5 (2,5G) Thế hệ 3 (3G) All IP Hình 1.3: Lộ trình phát triển của các hệ thống thống tin di động Kết luận chương: Sự tiến triển của các mạng di động có thể phân ra nhiều thế hệ phát triển. Hiện tại, các mạng di động ở Việ Nam đang ở thế hệ 2G hoặc 2,5G và sắp bước vào thế hệ thứ ba (3G). Sự hội tụ của những công nghệ dựa trên các giao thức Internet và di động ngày nay là động lực chính cho sự phát triển của các hệ thống thuộc 3G. Những hệ thống truyền thông di động 3G sẽ có khả năng phân phối các ứng dụng và dịch vụ với tốc độ dữ liệu lên tới và có thể vượt quá 2Mb/s. Chương 2: GIẢI PHÁP CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1. Tổng quan về MSS 2.1.1. Giới thiệu Trong những năm gần đây, các mạng viễn thông chuyển dần từ kiến trúc tích hợp dọc sang kiến trúc mạng tích hợp ngang. Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS - Mobile Softswitch Solution) dựa trên kiến trúc mạng phân lớp, mạng tích hợp ngang. Đó là kiến trúc mạng có sự phân chia về mặt vật lý và logic, sự phân chia về chức năng điều khiển và quản lý dịch vụ (Lớp điều khiển) với chức năng vận chuyển dữ liệu (Lớp kết nối). Chuyển mạch mềm - softswitch - xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995. Theo định nghĩa chung nhất hiện nay, chuyển mạch mềm được định nghĩa là một giải pháp chuyển mạch dựa trên phần mềm mà chạy trên phần cứng chuẩn để bổ sung hoặc thay thế các chức năng của chuyển mạch điện thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm là một thuật ngữ tổng quát cho bất kỳ phần mềm giao diện chương trình ứng dụng chuẩn mở nào được sử dụng để làm cầu nối giữa các mạng PSTN và IP... bằng cách tách biệt chức năng điều khiển cuộc gọi, cung cấp dịch vụ với chức năng chuyển mạch. Theo Nortel, Softswitch là một thành tố quan trọng nhất của mạng thế hệ mới (NGN – Next Generation Network). Softswitch là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video, nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau ví dụ như giữa mạng vô tuyến và mạng cáp. Softswitch cũng cho phép triển khai các dịch vụ VoIP mang lại lợi nhuận. Theo MobileIN, Softswitch là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm không độc lập với nhau. Mạng chuyển mạch kênh dựa trên những thiết bị chuyên dụng cho việc kết nối và được thiết kế với mục đích phục vụ thông tin thoại. Những mạng dựa trên chuyển mạch gói hiệu quả hơn thì sử dụng giao thức Internet (IP) để định tuyến thông tin thoại và số liệu qua các con đường khác nhau và qua các thiết bị được chia sẻ. Theo CopperCom, Softswitch là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong tổng đài nội hạt truyền thống. Công nghệ Softswitch có thể làm giảm giá thành của các chuyển mạch nội hạt, và cho ta một công cụ hữu hiệu để tạo ra sự khác biệt về dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và đơn giản hoá quá trình dịch chuyển từ mạng truyền thống sang mạng hỗ trợ thoại gói từ đầu cuối đến đầu cuối (end - to - end) trong tương lai. Theo Ericsson, MSS dựa trên nền tảng của mạng thiết kế theo cấu trúc phân lớp (bao gồm cả vật lý và logic): lớp dịch vụ (service layer), lớp điều khiển (control layer), lớp kết nối (connectivity layer). MSS chỉ ứng dụng cho mạng di động và cụ thể hơn là áp dụng cho mạng lõi chuyển mạch kênh (CNCS - Core Network Circuit Switched). ChuyÓn m¹ch truyÒn thèng ChuyÓn m¹ch mÒm DÞch vô øng dông PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn PhÇn cøng DÞch vô øng dông PhÇn cøng PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn Hình 2.1: So sánh cấu trúc chuyển mạch truyền thống và chuyển mạch mềm Như vậy, chuyển mạch mềm tách biệt phần cứng mạng khỏi phần mềm mạng. So với mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm là không độc lập, nên việc tách riêng phần cứng và phần mềm này sẽ làm cho chuyển mạch đơn giản hơn, hiệu quả hơn, và rẻ hơn. Chuyển mạch sẽ chỉ việc tập trung vào chuyển mạch. Trong khi đó phần mềm mạng sẽ tập trung vào điều khiển cuộc gọi, điều khiển báo hiệu và cung cấp các dịch vụ. Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS) là sự kết hợp 2 nút khác nhau: MSC server (MSC-S) thuộc lớp điều khiển và Mobile Media Gateway (M-MGw) thuộc lớp kết nối. Trong MSS cho mạng WCDMA, lớp kết nối chủ yếu dựa trên giao thức IP và ATM. MSC Server điều khiển tất cả báo hiệu mạng và các quá trình thiết lập, giải phóng và giám sát các cuộc gọi chuyển mạch kênh. Còn M-MGw điều khiển quá trình xử lý và vận chuyển lưu lượng cuộc gọi chuyển mạch kênh, và kết nối với các mạng ngoài như PSTN, các mạng di động mặt đất công cộng (PLMN) khác và các mạng viễn thông quốc tế. Hình 2.2: Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS) Tại sao chọn giải pháp MSS? Lịch sử cho thấy viễn thông xuất hiện trước khi truyền số liệu ra đời. Tuy nhiên sự phát triển của chúng lại tạo ra sự đồng vận. Do vậy, để đáp ứng nhu cầu của thị trường thì không thể tránh khỏi sự hội tụ của hai lĩnh vực này. Trong mối tương quan của những điểm khác biệt đó, khái niệm "tích hợp dọc" được sử dụng để mô tả những hệ thống mạng khi chúng kết hợp thành những chức năng rất khác biệt có liên quan tới nhau để thực hiện chức năng điều khiển và kết nối. Ngược lại, mạng MSS kết hợp thành một dạng kiến trúc "tích hợp ngang" và phân tách chức năng kết nối, điều kiển và ứng dụng thành những tầng riêng biệt. Sự hội tụ giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở lớp kết nối có thể tạo ra vô số lợi ích như cắt giảm chi phí, đồng thời tăng tính linh hoạt. Sự hội tụ này thể hiện ở nền tảng phần cứng chung, những công nghệ vận chuyển chung được áp dụng cho các mạng truy cập khác nhau, những hệ thống tín hiệu theo tiêu chuẩn. Với thiết kế có khả năng tương thích cao, mạng MSS có thể tận dụng được những lợi thế này. Hình 2.3: Mạng tích hợp dọc và mạng tích hợp ngang MSS mang lại những lợi ích chính sau: MSS đưa ra một kiến trúc mở linh hoạt có khả năng đáp ứng những yêu cầu của hiện tại và tương lai. MSS cho phép xử lý linh hoạt khi mạng được mở rộng hay thay đổi loại lưu luợng (chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói). MSS cho phép mạng dễ dàng tiến tới một giải pháp “all-IP”. Đối với các công nghệ truyền tải khác nhau, cả công nghệ đang tồn tại lẫn các công nghệ đang nghiên cứu phát triển, ví dụ công nghệ ATM hay IP, đều có thể được triển khai mà không ảnh hưởng tới lớp điều khiển hay lớp ứng dụng. MSS cho phép các mạng dịch vụ khác nhau có thể chia sẻ chung một mạng truyền tải. 2.1.2. Kiến trúc MSS WCDMA Kiến trúc phân lớp Mạng lõi di động 2G và 2.5G ngày nay thường là mạng ngang hàng, nghĩa là các chức năng điều khiển, chuyển mạch và ứng dụng được tích hợp trong cùng một phần tử. Với sự xuất hiện của khái niệm mạng phân lớp, các chức năng này được tách biệt, thấp nhất là lớp chuyển mạch, ở giữa là lớp điều khiển và trên cùng là lớp ứng dụng. Lớp điều khiển: Lớp điều khiển được đặt trong các phần tử được gọi là Network Server (MSC Server, HLR, AUC, EIR ...). Các server này có chức năng thực hiện bảo mật, quản lý di động, thiết lập và giải phóng cuộc gọi… Các server này liên lạc với nhau và các phần tử mạng khác bằng các giao thức chuẩn lớp 3 như ISUP, MAP, BICC. MSC-Server điều khiển các MGw và đưa ra các chức năng và tài nguyên cần thiết cho một cuộc gọi. Giao thức được sử dụng ở đây là H.248 (MGCP). Lớp kết nối Mạng kết nối là mạng phân tán dùng để chuyển mạch các cuộc gọi. Phần tử chính ở đây là các MGw. MGw dùng để thiết lập các kết nối giữa các người dùng và khi cần nó có thể chuyển đổi các công nghệ chuyển tải khác nhau (TDM, ATM, IP). MGw cũng thực hiện việc xử lý dữ liệu người dùng như mã hoá/giải mã thoại, khử tiếng vọng... Tài nguyên cho một cuộc gọi có thể được phân bố trên nhiều MGw, ví dụ một MSC-Server có thể điều khiển nhiều MGw cho cùng một cuộc gọi. Các phần tử trong mạng phân lớp có thể chạy trên nền mạng IP (Mobile Backbone Packet Network). MPBN có thể chỉ dùng riêng cho mạng phân lớp hoặc dùng chung với mạng GPRS/CS hay kết hợp nhiều loại mạng khác nhau (OSS, Billing ...) Lớp dịch vụ Lớp này cho phép triển khai các dịch vụ khác trên nền mạng di động ngoài dịch vụ thoại truyền thống như video, hình ảnh ... So sánh với kiến trúc không phân lớp Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng không phân lớp: Với dự đoán phát triển thuê bao di động trong các năm tới, việc mở rộng mạng, trong đó có mạng lõi, là tất yếu. Việc thiết lập các tổng đài có lưu lượng lớn sẽ là biện pháp phải tính đến để giảm chi phí đầu tư về mặt truyền dẫn. Do số phần tử chuyển mạch trong mạng lõi ngày càng nhiều, phải tính đến việc trang bị các thiết bị chuyển mạch trung gian (GMSC/TSC) để kết nối giữa các phần tử trong mạng với nhau cũng như kết nối với các phần tử mạng ngoài. Việc phát triển mạng lõi theo công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống cho ta khả năng dễ dàng trong công tác vận hành khai thác vì đây là công nghệ cũ, ngoài ra công nghệ này đã được triển khai rộng rãi trên thế giới, có tính ổn định cao. Tuy nhiên, toàn bộ việc đầu tư này sẽ vẫn kéo theo một mạng truyền dẫn rất lớn, đấu nối phức tạp, chi phí tốn kém vì phải xây dựng mạng truyền dẫn TDM dựa trên các kênh có tốc độ nhỏ nhất 64kbps chỉ dùng cho các cuộc gọi 16kbps. Cũng vì vấn đề không tương thích về tốc độ nên trong mạng di động luôn có phần tử tương thích tốc độ. Đây là phần tử làm góp phần làm suy giảm chất lượng thoại. Ngoài ra, trong xu hướng phát triển của thế giới, trong tương lai sẽ mất dần các mạng chuyển mạch kênh. Khi đó tất cả các dịch vụ viễn thông sẽ chạy trên nền IP, không còn ranh giới giữa di động, cố định. Application Application Service Capability Servers Control MSC SGSN HLR/AuC/FNR GMSC/Transit SGW Connectivity MGW MGW Services/application Control Server Server Server Servers Servers PSTN/ISDN InternetIntranets WCDMA EDGE GSM User Data Hình 2.4: Cấu trúc mạng phân lớp Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng phân lớp: Mạng phân lớp có đặc tính cơ bản là phân tán hệ thống chuyển mạch trong khi vẫn giữa một số node mạng điều khiển và xử lý cuộc gọi tại một số ít trạm trung tâm. Các MGw có thể được đặt tại các trạm Remote (có thể đặt cùng một vài BSC ở các tỉnh) và cho phép chuyển mạch các lưu lượng nội vùng. Mặc dù có sự phụ thuộc vào vùng địa lý, nhưng nhìn chung phần lớn lưu lượng được sinh ra và kết thúc tại cùng một vùng nào đó, vì vậy, sẽ tiết kiệm được một lượng lớn đầu tư cho truyền dẫn. Số trạm trung tâm ít chỉ gồm các phần tử lớp Điều khiển cho ta khả năng tiết kiệm về mặt điện năng tiêu thụ, tiền xây dựng mặt bằng nhà trạm mới trong quá trình vận hành khai thác. Các phần tử thuộc lớp Kết nối và lớp Điều khiển có thể được định cỡ độc lập và như vậy mạng có thể mở rộng một cách dễ dàng tại bất kì thời điểm nào tuỳ thuộc vào đặc tính lưu lượng của từng vùng. Hơn nữa, sự độc lập này cũng cho phép mỗi lớp có thể được nâng cấp độc lập nhau. Về nhược điểm của kiến trúc mạng phân lớp, đây là công nghệ mới, cũng chưa được triển khai nhiều trên thế giới nên khó đánh giá được tính chín muồi, khả năng tương thích với các hệ thống đang có. Mặt khác, dung lượng của thiết bị nhỏ là một trở ngại không nhỏ đối với các nhà khai thác lớn muốn thay đổi hệ thống hiện có. Kiến trúc mạng phân lớp là công nghệ mới nên giá thành còn cao, bên cạnh đó việc nâng cao kiến thức để nhân viên vận hành làm quen với công nghệ viễn thông trên nền mạng IP cũng là một khó khăn. Mạng không phân lớp Mạng phân lớp Dễ dàng trong vận hành khai thác và độ ổn định cao Chi phí truyền dẫn lớn Do phần tử tương thích tốc độ dẫn đến ảnh hưởng chất lượng thoại Phân tách giữa điều khiển và chuyển mạch, nên có thể đặt MGW tại các tỉnh xa để tiết kiệm chi phí truyền dẫn Tiết kiệm trong xây dựng và vận hành tổng trạm Dễ dàng trong việc thay đổi và định cỡ lại mạng Tiết kiệm băng thông Kiến trúc MSS WCDMA Trong cấu hình ban đầu phát triển lên kiến trúc mạng MSS, mạng truy nhập vô tuyến giao tiếp với mạng lõi dựa trên công nghệ truyền dẫn PCM/STM. Kiến trúc này được gọi là kiến trúc không phân lớp, cho phép MSC/VLR dựa trên nền tảng tổng đài AXE có thể thực hiện đồng thời các chức năng điều khiển và kết nối. Chức năng kết nối đơn giản chỉ là thiết lập một liên kết giữa chuyển mạch AXE với mạng truy nhập và mạng lõi dựa trên PCM. Trong cấu hình này, lớp kết nối gồm các cổng phương tiện (M-MGw – Media Gateway) và các nút mạng kết nối như các chuyển mạch ATM. Mạng truy nhập của WCDMA kết nối với mạng kết nối thông qua một cổng phương tiện. Các mạng ngoài như mạng IP và ISDN/PSTN được kết nối thông qua các nút cổng phương tiện phụ. Nhưng phiên bản mới của MSS đưa ra khái niệm kiến trúc phân lớp. Trong mạng WCDMA, giao diện vật lý giữa MSC và RNC thông qua M-MGw. Kết nối truyền tải ATM giữa mạng lõi và RNC được thực hiện thông qua M-MGw. MSC server điều khiển các kết nối. Lớp điều khiển của mạng WCDMA gồm MSC server (MSC-S), GMSC server (GMSC-S), TSC server (TSC-S) và các nút cơ sở dữ liệu như HLR, FNR, EIR và AUC. Các nút mạng chính như MSC-S, GMSC-S và TSC-S có nhiệm vụ bảo mật điều khiển, quản lý di động, thiết lập và giải phóng cuộc gọi… Các nút cơ sở dữ liệu như HLR, FNR, EIR và AUC có chức năng tương tự như trong mạng WCDMA truyền thống. Trên lớp điều khiển là lớp ứng dụng. Sự phân chia lớp điều khiển và lớp kết nối tạo ra sự linh hoạt trong việc lựa chọn công nghệ truyền tải, như ATM, IP hay STM. Vì vậy, các mạng được kết nối như Internet, ISDN và PSTN, và mạng truy nhập RAN có thể dựa trên công nghệ truyền dẫn và báo hiệu khác nhau. Tóm lại, so với MSC truyền thống thực hiện cả hai chức năng chuyển mạch và điều khiển, trong kiến trúc MSS, hai chức năng này đã được phân tách và do hai nút mạng khác nhau thực hiện. Chức năng điều khiển do MSC server đảm nhiệm và MSC server thuộc lớp điều khiển, còn chức năng chuyển mạch do M-MGw đảm nhiệm và M-MGw thuộc lớp kết nối. MSC truyền thống(Control and Switching) Cấu trúc MSC truyền thống TDM MSC MSC MSC MSC MSC MSC MSC Server (Control) Mobile Media Gateway (Switching) Mobile Softswitch Solution Cấu trúc phân lớp IP/ATM/TDM Control Layer Connectivity Layer MSC-S MGw MSC-S MGw MGw MGw MGw MGw Hình 2.5: So sánh cấu trúc MSC truyền thống và giải pháp MSS IP Control Layer Connectivity Layer MSC-S MGw MGw MGw MGw MGw Chức năng chính của MSC-S Điều khiển cuộc gọi Điều khiển và lựa chọn MGW Có thể điều khiển nhiều hơn một MGW Quản lý di động … Chức năng chính của Media Gateway Xử lý thoại Thiết lập và giải phóng user data bearers Giao tiếp giữa các chuẩn truyền tải khác nhau (IP/ATM/TDM) Ranh giới với các mạng khác Có thể được điều khiển bởi nhiều MSC-server Hình 2.6: Kiến trúc MSS 2.1.3. Mô hình tham chiếu 3GPP Với yêu cầu cung cấp các dịch vụ số liệu, đặc biệt là dịch vụ truyền thông đa phương tiện, mạng thông tin di động hiện nay cũng đang phát triển theo cấu trúc NGN. Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP đóng vai trò chủ yếu trong việc xây dựng kiến trúc mạng NGN-Mobile cho các hệ thống thông tin di động dựa trên mạng lõi GSM. 3GPP R99 Mạng lõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Mạng truy nhập vô tuyến của 3G có thể nối cả với phần chuyển mạch kênh của GSM sau khi đã có phần bổ sung cho 3G. Phần mạng lõi với 2 nút mạng SGSN và GGSN của GPRS trước đây được sử dụng lại hoàn toàn. Hình 2.7: Kiến trúc mạng 3G W-CDMA R3 (R99) 3GPP R4 Phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên. Trung tâm chuyển mạch di động MSC của hệ thống được tách thành hai phần: phần điều khiển chuyển mạch và cổng phương tiện (thưc hiện chức năng chuyển mạch). Một bộ điều khiển có thể quản lý được rất nhiều cổng chuyển mạch đa phương tiện. Hình 2.8: Kiến trúc 3G-WCDMA R4 3GPP R5 Hình 2.9: Kiến trúc 3G-WCDMA R5 Đây là giải pháp sử dụng mạng lõi toàn IP, có thể được truyền trên ATM. Như vậy vai trò của mạng truy nhập vô tuyến chỉ là thành giao diện vô tuyến của 3G. Mạng lõi IP có thể tương thích với bất kỳ công nghệ truy nhập vô tuyến nào. Hệ thống hoàn toàn không còn phần chuyển mạch kênh. Thoại cũng sẽ được truyền trên IP. Hình 2.10 minh họa mô hình tham chiếu 3GPP chi tiết. Hình 2.10: Mô hình tham chiếu 3GPP 2.1.4. Các phần tử mạng của WCDMA MSS Hình 2.11 chỉ ra các nút logic và giao diện với mạng truy nhập vô tuyến, mạng ngoài. Các mạng giao diện gồm: Mạng truy nhập vô tuyến cho WCDMA (RNC và nút B) Mạng truy nhập vô tuyến qua vệ tinh (SAT RAN) Mạng lõi chuyển mạch gói (Miền chuyển mạch gói) Trung tâm dịch vụ SMS (SMS-SC) Dịch vụ định vị (LCS) Môi trường dịch vụ CAMEL (CSE) Hệ thống tự động cấu hình thiết bị (ADC) Hệ thống tính tiền (Charging) Hệ thống LIS (Lawful Intercept System) Quản lý mạng phụ (SNM) Đồng bộ thời gian (SYN) Quản lý khách hàng (CA) Các mạng ngoài (Internet, PLMN,...) Hình 2.11: Các thành phần mạng WCDMA MSS Các thành phần mạng chính của WCDMA MSS gồm: MSC Server MSC server thuộc lớp điều khiển. MSC-S có thể điều khiển được một hay nhiều MGW bằng giao thức GCP thông qua giao diện Mc. Chức năng chính MSC-S: điều khiển cuộc gọi (call control: call set-up, call supervison, charging), VLR, quản lý di động… MSC-S có hỗ trợ đa dịch vụ, điều khiển các giao thức truyền tải khác nhau: TDM, ATM, IP. MSC server giao tiếp với mạng truy nhập vô tuyến (WCDMA RAN) qua giao diện IuCS. MSC server kết nối với nút SGSN trong miền chuyển mạch gói thông qua giao diện Gs. Tham gia vào cuộc gọi từ một thuê bao này tới một thuê bao khác có thể có một hay nhiều MSC Server. TSC Server (Transit Switching Center Server) TSC server thuộc lớp điều khiển. Có thể định tuyến cuộc gọi trong một mạng PLMN bằng báo hiệu BICC. Hoạt động như một gateway. GMSC Server GMSC server thuộc lớp điều khiển, có nhiệm vụ giao tiếp với HLR. Một GMSC server thực hiện các chức năng của TSC server và hỗ trợ chức năng giao tiếp. GsmSSF Thực thể chức năng gsmSSF luôn được tích hợp trong MSC server và GMSC server. Thực thể này hỗ trợ các dịch vụ CAMEL. OSS RC OSS-RC hỗ trợ chức năng quản lý mạng (SNM) cho mạng lõi chuyển mạch kênh. Quản lý các nút mạng trong miền chuyển mạch gói và các nút mạng khác của PLMN như HLR/FNR. SMS Node Hai nút SMS là SMS-IWMSC và SMS-GMSC, thông thường được gắn cùng MSC server. Tuy nhiên, chúng không được sử dụng vì trung tâm dịch vụ SMS - SMS Service Centers (SMS-SC) tích hợp chức năng của SMS-IWMSC và SMS-GMSC. M-MGw MGW thuộc lớp truy nhập. MGW được điều khiển bởi MGC (Media gateway controller) MGW cung cấp tài nguyên: transcoders, echo canceller, announcements… MGW có khả năng hỗ trợ các chức năng SGw, AAL2 switch, lớp truyền dẫn (ATM VC) STP/SGw STP/SGw là một phần tử của mạng báo hiệu, được đặt ở rìa mạng MSS. Vì MSS sử dụng truyền tải IP và mạng GSM truyền thống sử dụng TDM, STP/SGw dịch báo hiệu IP sang TDM và ngược lại. PRA Support Node Nút hỗ trợ PRA giao tiếp với báo hiệu DSS1 hoặc V5.2. Hỗ trợ các cuộc gọi tốc độ cơ bản - Basic rate access (BRA) trong các khe thời gian đơn của một giao diện PRA. Kết nối giữa nút hỗ trợ PRA và kiến trúc mạng MSS thông qua ISUP và vận chuyển TDM. Internet Support Node Nút này cho phép truy nhập vào Internet. Kết nối giữa nút hỗ trợ truy nhập Internet và kiến trúc mạng MSS thông qua ISUP và vận chuyển TDM. FNR/HLR Thanh ghi FNR (Flexible Numbering Register) được sử dụng cho việc cấp phát số MSISDN một cách linh hoạt. Trong kiến trúc tham chiếu 3GPP, FNR được gọi là MNP-SRF (Mobile Number Portability/Signaling Relay Function). Bản tin MAP được gửi tới FNR, tại đó được dịch sang MSISDN và chuyển tiếp tới HLR. Vì vậy, FNR giao tiếp với nút HLR. EIR EIR là thanh ghi nhận dạng thiết bị (Equipment Identity Register). 2.1.5. Giải pháp mới (TFO/TrFO) Trong các mạng lõi viễn thông và các mạng truyền tải hiện nay, thông tin thoại thời gian thực đều dựa trên tiêu chuẩn G.711 (PCM 6