Luận văn Hành trình từ GSM lên 3G

c biệt là mật mã ở GPRS xảy ra giữa MS và SGSN, nghĩa là trên toàn tuyến nối từ MS đến SGSN. ở trên tiêu chuẩn GSM chỉ có giao diện vô tuyến là được mật mã. SGSN phát lệnh nhận thực và mật mã trong yêu cầu nhận thực và mật mã đến MS không qua BSS. Trước hết BSS gửi bản tin ấn định đường xuống gói (Packet Downlink Assignment) đến MS. Bản tin này có thể được gửi trên kênh PCCCH hoặc PACCH. Việc chọn kênh nào phụ thuộc vào hiện tại MS có kênh PDTCH đường lên hay không. Nếu có, PACCH được sử dụng. Bản tin ấn định đường xuống gói hướng dẫn MS sử dụng tài nguyên quy định ở đường xuống: Khe hoặc các khe thời gian và giá trị TFI đường xuống. Sau đó BSS gửi đi yêu cầu nhận thực và mật mã mà nó nhận được từ SGSN. Khi nhận được yêu cầu này, MS công nhận bản tin đường xuống và yêu cầu các tài nguyên đường lên để nó có thể trả lời. Vì thế nó gửi một yêu cầu kênh gói khác rất giống với yêu cầu kênh gói mà nó gửi lúc đầu. Một lần nữa mạng lại ấn định các tài nguyên cho MS, MS sử dụng các tài nguyên này để gửi trả lời về nhận thực và mật mã đến mạng. Trả lời này được BSS chuyển đến SGSN. BSS cũng gửi công nhận đến MS, MS khẳng định là đã nhận được công nhận giống như đã làm đối với yêu cầu nhập mạng ban đầu. Sau khi MS đã được SGSN nhận thực, SGSN gửi cập nhật vị trí GPRS (Update GPRS Location) đến HLR. Quá trình này giống như cập nhật vị trí ở GSM bao gồm: Tải xuống từ HLR đến SGSN các thông tin về thuê bao, ghi lại vị trí của MS vào HLR, khi HRL nhận được cập nhật vị trí GPRS, SGSN gửi bản tin cập nhật mạng được tiếp nhận ( Attach Accept) đến MS. Đối với các bản tin khác, trước hết BSS ấn định tài nguyên để có thể trả lời bằng một bản tin Nhập mạng đã hoàn thành (Apttach Accept) đến MS. BSS công nhận việc đã nhận được số liệu chứa trong Nhập mạng đã hoàn thành và chuyển bản tin này đến SGSN. MS khẳng định đã nhận được công nhận. Lưu ý rằng thông qua các thủ tục đã được trình bày trên đây, MS yêu cầu truy nhập các tài nguyên cho từng bản tin mà nó gửi đến mạng. Đây là cách thông thường mà GPRS sử dụng để quản lý tài nguyên và đây cũng là lý do chính vì sao GPRS lại cho phép nhiều người sử dụng chia sẻ các tài nguyên vô tuyến có hạn. Tất nhiên để làm được như vậy cần tiêu phí một lượng rất nhỏ dung lượng vô tuyến ( một số rất ít các khối vô tuyến). Khi truyền số liệu gói, đối với một TBF số khối vô tuyến được sử dụng để truyền nhiều hơn rất nhiều. Trong thực tế GPRS cho phép khai thác cả có công nhận và không công nhận. Trường hợp khai thác có công nhận, các công nhận chỉ được phát theo định kỳ, mỗi công nhận chỉ thị tất cả các khối RLC thu đúng cho đến số trình tự của khối được chỉ thị. 2.2.6.2. Nhập mạng GPRS/GSM kết hợp. Hình 2.5. Nhập mạng GSM/GPRS kết hợp Trường hợp MS loại 1 hay 2, MS có thể muốn đồng thời nhập mạng GPRS và mạng GSM. Trong trường hợp này MS có thể nhập mạng msc/vlr trong khi nhập mạng GPRS. Khi ms loại 2 được bật nguồn và cần nhập đến cả mạng GSM và GPRS, chuỗi trao đổi các bản tin được trình bày ở hình 2.5. Để đơn giản, ta bỏ qua một số các bản tin được trình bày ở hình. Để đơn giản, ta bỏ qua một số báo hiệu giao diện vô tuyến giống như các báo hiệu đã trình bày ở hình trước. Trong trường hợp này MS chủ ý nhập mạng GPRS nhưng vẫn tỏ ra muốn thực hiện nhập mạng GSM. Khi này SGSN mới ngoài việc thực hiện các thủ tục cần thiết để nhập mạng GPRS, nó cũng tương tác với VLR để khởi đầu nhập mạng GSM. ( Yêu cầu cập nhật vị trí và trả lời giữa SGSN và VLR). Bản tin yêu cầu cập nhật vị trí được phát đi từ GPRS cũng giống như bản tin tương đương mà ms nhận được khi thực hiện cập nhật vị trí bình thường ở GSM. Vì thế msc/VRL thực hiện các chức năng quản lý di động quen thuộc như: Thực hiện cập nhật vị trí đến HLR. Tuy nhiên có một điểm khác là mcs/VLR không nhận thực ms vì nhận thực đã được SGSN thực hiện. Lưu ý ở 2 hình trên, một số chức năng tuỳ chọn không được trình bày. Các chức năng này gồm kiểm tra nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI) và nhận dạng bao tạm thời gói (P-TMSI). 2.2.7. Thiết lập PDP Context ( phiên số liệu gói) Việc truyền số liệu gói được thực hiện thông qua PDP Context là một phiên số liệu. Thông thường ms khởi xướng một PDP context khi một trình duyệt ở ms tích cực và khi nhận được từ Internet. Khi ms hay mạng khởi đầu một PDP Context, ms chuyển từ trạng thái chờ sang trạng thái sẵn sàng. 2.3. Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) EDGE là thuật ngữ Enhanced Data Rates for GSM Evolution - Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM. Mục tiêu chính của EDGE là tăng cường các khả năng cho qua số liệu của mạng GSM/ GPRS. Nói một cách khác mục tiêu này là nén nhiều bít hơn trong một giây ở sóng mang có cùng độ rộng băng tần 200 kHz và 8 khe thời gian. Để thực hiện điều này người ta chuyển từ sơ đồ điều chế khoá chuyển pha Gau-xơ cực tiểu ở GSM (GMSK) sang sơ đồ điều chế khoá chuyển pha tám trạng thái (8-PSK). Nhờ chuyển đổi này mà về lý thuyết EDGE có thể hỗ trợ tốc độ số liệu lên tới 384 kbit/s. EDGE tiến bộ hơn nhiều so với GPRS, tuy nhiên nó vẫn chưa đạt đến yêu cầu dung lượng của thế hệ 3 thực sự (hỗ trợ tốc độ 2 Mbit/s). Như vậy có thể coi EDGE là thế hệ 2,5. EDGE có được sử dụng rộng rãi hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố thời gian, nhu cầu về các dịch vụ số liệu tốc độ cao của người sử dụng, mức độ sẵn sàng của các thiết bị đầu cuối có khả năng EDGE và giá thành. Về mặt thời gian thì sự phát triển của EDGE và W-CDMA trong cùng một khung thời gian, thực chất các tiêu chuẩn của EDGE được thực hiện trong khuôn khổ của đề án 3 GPP ( Third Generation Partnership Project: đề án của các đối tác thế hệ 3) và là một bộ phận của tập tiêu chuẩn 3GPP 1999 (tập tiêu chuẩn trong 3GPP). Triển khai EDGE không đòi hỏi phổ tần mới như W-CDMA (UMTS) và không đòi hỏi thay đổi mạng GPRS quá lớn. EDGE có thể triển khai với chi phí phải chăng hơn W-CDMA. Tuy nhiên việc đầu tư EDGE không giúp cho chúng ta trên con đường tiến lên một cơ sở hạ tầng W-CDMA.Vì vậy EDGE có thể triển khai như là một bước đệm (để đáp ứng các nhu cầu hiện tại) để tiến lên 3G. Hoặc có thể bỏ qua giai đoạn EDGE để tiến thẳng lên 3G. Hoặc có thể phát triển EDGE như là một hệ thống giả thế hệ 3 để bổ sung cho mạng thế hệ 3 W-CDMA (UMTS). 2.3.1. Kiến trúc mạng EDGE Mạng EDGE có kiến trúc về cơ bản giống như kiến trúc mạng GPRS: Các phần tử mạng, các giao thức, các giao diện và các thủ tục đều rất giống nhau. Tất nhiên cũng có một số điểm khác nhau nhưng không đáng kể. Điểm khác nhau trước hết là sự tăng cường của giao diện vô tuyến ở EDGE (mã hoá kênh ở giao diện vô tuyến). EDGE sử dụng điều chế 8-PSK 2.3.1.1. Điều chế. Như đã nói ở trên giống như GSM và GPRS, EDGE sử dụng các kênh vô tuyến có độ rộng 200 kHz và 8 khe thời gian. Tuy nhiên GSM sử dụng điều chế GSMK còn EDGE sử dụng điều chế 8 - PSK vì thế có thể đạt được tốc độ truyền số liệu cao hơn. Mục đích của EDGE là cung cấp được hiệu suất sử dụng băng tần cao hơn để có thể nén được nhiều bit hơn trong độ rộng băng 200 kHz. Điều chế 8-PSK cho phép đạt được mục đích này. ở điều chế 8-PSK mỗi ký hiệu là ba bit và được truyền ở một trong số tám trạng thái pha sau đây của sóng mang: 450, 900, 1350, 1800, 2250, 2700 và 3150. Tuy nhiên, ngoài việc phải tăng thêm giá thành do sản xuất thiết bị sử dụng điều chế 8 - PSK, ta cũng gặp trở ngại là 8-PSK nhạy cảm tạp âm hơn so với GMSK. Vì ở 8-PSK các trạng thái pha khá gần nhau, nên một lượng tạp âm nhỏ hơn so với ở GMSK là có thể dẫn đến thay đổi vị trí của trạng thái pha và dẫn đến xuất hiện lỗi. Hậu quả trực tiếp của vấn đề này là nếu một BTS hỗ trợ cả điều chế GMSK và 8-PSK và có cùng công suất phát cho cả hai loại điều chế, vùng phủ sóng đối với 8-PSK sẽ hẹp hơn đối với GMSK. 2.3.1.2. Các kênh logic ở giao diện vô tuyến. EDGE sử dụng các kiểu kênh giống như GPRS, thực chất các kênh này được dùng chung giữa GPRS và EDGE. Như vậy cả người sử dụng GPRS và EDGE có thể được ghép chung lên một kênh PDTCH. Tất nhiên ở các khối vô tuyến này khi PDTCH được sử dụng bởi người sử dụng EDGE, điều chế có thể là GMSK hoặc 8-PSK, còn khi kênh này được sử dụng cho người sử dụng GPRS thì điều chế nhất thiết phải là GMSK. Một nét quan trọng của các người sử dụng GPRS và EDGE khi họ chia sẻ chung kênh PDTCH ở đường lên là việc sử dụng USF. Nhắc lại rằng USF được sử dụng khi cấp phát động, nó được phát ở đường xuống và được sử dụng để chỉ ra MS nào được truy nhập đến khối RLC/MAC tiếp theo ở đường lên. Nếu một kênh PDTCH được sử dụng cho cả hai MS GPRS và EDGE thì cả hai MS này phải có khả năng giải mã USF để có thể chọn kênh truyền dẫn đường lên. Vì thế khi một kênh PDTCH được sử dụng chung cho cả GPRS và EDGE thì mọi khối vô tuyến cấp phát tài nguyên đường lên cho GPRS MS phải sử dụng điều chế GMSK. Tất cả các khối vô tuyến khác có thể sử dụng điều chế 8-PSK. 2.4.Giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP) Hình 2.6. Cấu hình hệ thống WAP WAP (Wireless Application Protocol: Giao thức ứng dụng vô tuyến) là một trong số nhiều giao thức được đưa vào lĩnh vực vô tuyến để cho phép người sử dụng di động truy nhập vào mạng Internet. WAP được nhiều nhà bán thiết bị di động sử dụng vì nó cung cấp tiêu chuẩn mở toàn cầu cho các máy điện thoại vô tuyến như: GSM-900, GSM-1800, GSM-1900, CDMA IS-95, TDMA IS-136, các hệ thống thế hệ ba. WAP dùng để cung cấp nội dung Internet và các dịch vụ giá trị gia tăng khác. Ngoài ra WAP cũng được thiết kế cho các PDA sử dụng giao thức này. Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng. ở mạng di động 2G WAP cho phép thuê bao di động sử dụng dịch vụ Internet một cách hạn chế: chỉ có thể truy cập Internet, gửi và nhận e-mail ở dạng văn bản không có đồ hoạ. ở thế hệ 2,5G và 3G, các máy cầm tay được trang bị đặc biệt có thể nhận đồ hoạ. Để các thuê bao di động có thể sử dụng được WAP, nhà khai thác hệ thống thông tin di động phải cài đặt WAP vào hệ thống của mình và phải cung cấp các máy cầm tay có hỗ trợ WAP. MS kết nối Internet qua cổng WAP (WAP Gateway) bằng giao thức WAP, WAP gateway sẽ liên lạc với Web server bằng giao thức HTTP. WAP sử dụng trình duyệt WAP WML(Wireless Markup Language-Ngôn ngữ đánh dấu không dây), nó là một dạng của ngôn ngữ HTML (Hyper Text Markup Language-ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản ). Trên Internet các trang WAP được viết bằng ngôn ngữ WML. Do đặc điểm hiển thị hạn chế của các máy điện thoại nên nội dung các trang WAP luôn luôn đơn giản, ngắn gọn và ít hình ảnh. Khi ta truy cập một trang WAP, yêu cầu của ta được tiếp nhận theo giao thức WAP bởi một máy tính cố định của nhà cung cấp dịch vụ. Máy tính ấy diễn dải yêu cầu này theo giao thức HTTP rồi gửi đến địa chỉ yêu cầu. Như vậy máy tính này đóng vai trò cửa ngõ WAP. Khi nhận được nội dung trang WAP (tập tin WML), cửa ngõ WAP sẽ biên dịch nội dung ấy theo quy cách của WAP và gửi cho điện thoại di động. Chương III: Mạng thông tin di động W-CDMA (3G) 1. Mở đầu W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba. W-CDMA sử dụng công nghệ DS-CDMA băng rộng và mạng lõi được phát triển từ GSM và GPRS. W-CDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Divison Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (micro và pico). Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz. Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4.4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 kHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa, nhất là khi băng tần 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác. Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 MHz đến 1920 MHz và từ 2010 Mhz đến 2025 Mhz; ở đây dường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần. Giao diện không gian của W-CDMA hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dụng phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chíp là 3,84 Mchip/s. Trong W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử của mạng truy nhập vô tuyến ở GSM. Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế. Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho W-CDMA. Đối với các nhà sản xuất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho W-CDMA. Một số rất ít nhà sản xuất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và W-CDMA. Tuy nhiên đa phần các nhà sản xuất phải thay thế BSC trong GSM bằng RNC (Radio Network Controller) mới cho W-CDMA. W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của mình. Kiến trúc mạng lõi của phát hành 3 GPP 1999 được xây dựng trên cơ sở kiến trúc mạng lõi của GSM/ GPRS. Tuy nhiên cần phải nâng cấp mạng lõi để có thể hỗ trợ được các giao diện mới của mạng truy nhập vô tuyến, tuy nhiên không cần thiết phải có một kiến trúc mạng hoàn toàn mới. Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời W-CDMA và GSM. 2.Tổng quát về công nghệ ATM và giao thức TCP/IP 3G cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như: tiếng, video và các dịch vụ chuyển mạch gói chủ yếu để truy cập Internet. CS (Circuit Switching- chuyển mạch kênh) là sơ đồ trong đó thiết bị chuyển mạch thực hiện các quy trình truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm tài nguyên mạng trong toàn quy trình truyền tin. Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho CS trong thông tin di động 2G thực hiện chuyển mạch trên các kênh 64 kbit/s (Chẳng hạn tiếng được mã hoá PCM). PS (Packet Switching - chuyển mạch gói) là sơ đồ thực hiện phân chia số liệu thành các gói có độ dài nhất định và chuyển các gói này kèm với thông tin về nơi nhận được gắn với từng gói và ở PS tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền. Công nghệ này được áp dụng cho thông tin IP. Thông tin di động 3G đòi hỏi một sơ đồ chuyển mạch hiệu suất cao để chuyển mạch các luồng số liệu tốc độ cao. ATM (Asynchronous Transfer Mode - Phương thức truyền dẫn không đồng bộ) là công nghệ thực hiện phân chia thông tin cần truyền thành các tế bào 53 byte để truyền dẫn và chuyển mạch. Việc sử dụng ATM cho phép thực hiện các chức năng PS và CS trong cùng một kiến trúc. Trong tương lai, truyền dẫn số liệu sẽ bao hàm cả các dịch vụ chuyển mạch kênh hiện nay và sử dụng IP, mặt khác ATM vẫn đáp ứng được yêu cầu này. ATM có các chức năng quản lý luu lượng và điều khiển chất lượng mạnh để xử lý các đặc tính lưu lượng và là một công nghệ hiệu quả để truyền cả dịch vụ PS lẫn dịch vụ CS. 2.1.Công nghệ ATM Nguyên lý cơ sở của ATM Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu đề (Có chứa thông tin định tuyến) và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng). Thiết bị chuyển mạch ATM cho phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông tin định tuyến ở phần tiêu đề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào. Thông tin định truyến trong tiêu đề gồm: đường dẫn ảo (VP: Virtual Path) và kênh ảo (VC: Virtual Channel). Điều khiển kết nối bằng VC (Tương ứng với kênh của người sử dụng) và VP (là một bó các VC) cho phép khai thác và quản lý có tính linh động cao. Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ “truyền” bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch, do đó dạng truyền ám chỉ cả chế độ truyền dẫn và chuyển mạch thông tin trong mạng. Thuật ngữ không đồng bộ giải thích cho một kiểu truyền trong đó các gói trong cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất bình thường (không có chu kỳ). Trong dạng truyền đồng bộ STM (Synchronous Transfer Mode), các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền trong khi ở ATM, các gói thuộc về một cuộc nối lại tương ứng với các kênh ảo và có thể xuất hiện tại vị trí bất kỳ nào. ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM (ATM cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ củng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. ATM còn có một đặc diểm quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo (Virtual Channel ) thành một đường ảo (Virtual Path) nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. Mạng ATM chỉ cần những chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch, do đó nó cho phép truyền số liệu tốc độ rất cao, trễ giảm xuống còn vài phần trăm ms, do đó có thể sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. Lớp thích ứng ATM AAL (ATM Adaptation Layer) là một giao thức để kết hợp lớp cao có các thuộc tính lưu lượng khác nhau như: thoại, luồng video và các gói IP với lớp ATM được tiêu chuẩn độc lập ứng dụng với lớp cao. Bốn kiểu AAL được quy định là AAL1, AAL2, AAL3/4 và AAL5. AAL1 được sử dụng để truyền số liệu tốc độ cố định liên tục như tiếng mã hoá PCM. AAL2 được tiêu chuẩn hoá để truyền các khung ngắn trong ATM như số liệu, tiếng nén trong thông tin di động và được áp dụng trong RAN của thông tin di động 3G, AAL3/4 được phát triển cho mục đích truyền số liệu và nó có thể truyền đến 1024 byte số liệu lớp cao trên một kết nối VC. AAL5 là giao thức đơn giản hơn AAL3/4 được sử dụng rộng rãi để truyền các gói số liệu và các báo hiệu điều khiển. AAL5 được sử dụng để truyền báo hiệu trong thông tin di động 3G và số liệu gói ở giai đoạn RAN-CN. Nó phù hợp cho việc chuyển số liệu gói IP. 2.2.Giao thức TCP/IP. Để các bộ phận trong mạng có thể giao tiếp được với nhau thì chúng phải có một phương thức giao tiếp chung, Phương thức đố chính là giao thức. Nói chung giao thức (Protocol) của mạng là một tập hợp các quy ước rằng buộc sự liên lạc giữa hai phía. TCP/IP là tên chung cho một tập hợp giao thức trong đó hai giao thức chính là TCP (Transmission Control Protocol) và IP (Internet Protocol).IP là giao thức lớp mạng, nó chứa các thông tin địa chỉ và thông tin điều khiển để các gói có thể định tuyến được. Công việc của IP là chuyển các gói đến đích. Tại đích TCP nhận các gói và kiểm tra lỗi. Nếu một lỗi xuất hiện, TCP yêu cầu gửi lại gói đó. Chỉ khi tất cả các gói nhận được là đúng, TCP sẽ sử dụng số thứ tự để tạo lại thông tin ban đầu. Nói cách khác, công việc của IP là chuyển dữ liệu thô (các gói ) từ nơi này đến nơi khác. Công việc của TCP là quản lý dòng chảy và đảm bảo rằng dữ liệu là đúng. TCP là giao thức thuộc tầng vận chuyển của mô hình OSI. Dòng dữ liệu ở tầng TCP sẽ được đóng thành các gói. Cấu trúc gồm phần header chứa thông tin điều khiển và sau đó là phần dữ liệu. Sau đó dữ liệu được chuyển xuống tầng IP. ở đây dữ liệu sẽ được đóng gói thành gói nhỏ hơn sao cho phù hợp với mạng chuyển mạch gói mà nó dùng để truyền dữ liệu.Trong khi đóng gói, IP cũng chèn thêm phần header của nó vào và chuyển xuống cho tầng Datalink/Physical. Khi các gói dữ liệu IP tới tầng Datalink sẽ được gắn thêm một phần header khác và chuyển tới tầng physical đi vào mạng. Sử dụng giao thức IP có ưu điểm lớn là cơ sở hạ tầng mạng không dây có lợi từ khả năng tương thích. Một lợi ích lớn khác của việc triển khai IP là IP đã được chấp nhận là một giao thức tiêu chuẩn. IP là giao thức mà dựa vào đó mạng Internet được xây dựng. Từ đó sự hoà nhập giữa mạng không dây và Iternet sẽ đem lại những lợi ích to lớn. 3. Mô hình tham khảo mạng W-CDMA 3.1. Cấu trúc mạng cơ sở W-CDMA trong 3 GPP 1999 Hình 3.1. Kiến trúc mạng trong 3GPP phát hành 1999 Hình 3.1 cho thấy cấu trúc mạng cơ sở w-CDMA trong 3GPP 1999 (tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS). Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch di động (MSC: Mobile Switching Center) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ ( SGSN: Serving General Packet Radio Service Support node). Các kênh thoại và số liệu chuyển mạch gói được kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói cổng: GMSC (không được chỉ ra ở hình 4) và GGSN. Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF=Interworking Function). Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như: HLR, AUC và EIR. Khác với ở GSM, các BSC trong mạng W-CDMA nối với nhau, trong mạng truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC. Giao diện này là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối với các RNC khác nhau. Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao. UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu. Tất cả các giao diện ở UTRAN của 3GPP phát hành 1999 đều được xây dựng trên cơ sở ATM. ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ nhiều loại dịch vụ khác nhau (chẳng hạn tốc độ bit khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói và tốc độ bit không đổi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh). Mặt khác mạng lõi sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở như kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi hiện có cũng có thể hỗ trợ công nghệ truy nhập vô tuyến mới. Chẳng hạn cũng có thể nâng cấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN sao cho một MSC có thể nối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC. Trong thực tế các tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từ UMTS đến GSM và ngược lại. Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ của UMTS và vì thế thuê bao UMTS phải có khả năng nhận được dịch vụ ở vùng phủ của GSM. Nếu UTRAN và GSM BSS được nối đến các MSC khác nhau, chuyển giao giữa các hệ thống đạt được bằng cách chuyển giao giữa các MSC. Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM, MSC cần phải có khả năng hỗ trợ đồng thời cả hai kiểu dịch vụ. Tương tự SGSN phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đến RNC và Gb đến GPRS BSC. Trong hầu hết sản phẩm của các nhà sản xuất, nhiều phần tử mạng đang được nâng cấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS. Các phần tử mạng này gồm MSC/VLR, HLR, SGSN và GGSN. Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm gốc được triển khai cho GSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cho cả GSM và UMTS. Đối với một số nhà sản xuất BSC được nâng cấp để hoạt động như cả hai GSM BSC và UMTS RNC. Tuy nhiên cấu hình này rất hiếm. Yêu cầu các giao diện và các chức năng khác nhau (như chuyển giao mềm) của UMTS RNC chứng tỏ rằng công nghệ của nó hoàn toàn khác với GSM BSC. Vì thế thông thường ta thấy các UMTS RNC và các GSM BSC tách biệt. 3.2. Kiến trúc mạng phân bố của 3 GPP phát hành 4 Hình 3.2. Kiến trúc mạng phân bố của 3GPP phát hành 4 Phát hành 3 GPP 4 tạo ra tăng cường đáng kể cho kiến trúc mạng lõi. Sự khác nhau cơ bản giữa phát hành 1999 và phát hành 4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố. Về nguyên tắc, MSC được chia thành các phần nhờ vậy có thể triển khai theo cách phân bố như cho ở hình. ở kiến trúc này, MSC được chia thành MSC Server và cổng các phương tiện MGW(Media Gateway). MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server. MGW không chứa các phần mềm nói trên mà chỉ có nhiệm vụ thiết lập điều khiển và giải phóng các luồng phương tiện (các luồng tiếng) dưới sự điều khiển của MSC Server. MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói. Số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP. Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện trực tiếp giữa RNC và MSC Server, còn đường truyền phương tiện cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thiết lập giữa RNC và MGW. Trong quá trình RNC được kết nối, hai thực thể này đóng vai trò thiết bị vật lý giống như trong trường hợp RNC kết nối với một MSC truyền thống. MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên một đường trục gói. Thông thường đường trục gói này được xây dựng trên cơ sở IP, vì thế lưu lượng đường trục là tiếng trên nền IP (VoIP). Lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP. Nếu vùng PS cũng sử dụng đuờng trục IP thì chỉ cần một đường trục IP duy nhất bên trong mạng lõi và như vậy có thể tiết kiệm đáng kể giá thành cho nhà khai thác mạng. Khi cuộc gọi cần được định tuyến đến một mạng khác, mạng PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC Server). MGW này chuyển đổi tiếng được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN. Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbit/s thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64 kbit/s ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu đóng gói này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau. Như vậy việc chuyển đổi mã chỉ thực hiện tại điểm kết nối với PSTN và ở mạng đường trục gói chỉ cần truyền tiếng ở độ rộng băng tần nhỏ hơn