Luận văn Tính toán, định cỡ mạng thông tin di động nâng cao

3 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ    PHAN HỮU TRÍ TÍNH TOÁN, ĐỊNH CỠ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG NÂNG CAO Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn Thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã ngành: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts Trần Cảnh Dương HÀ NỘI - 2010 4 LỜI CAM ĐOAN Kính gửi : Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sĩ, khoa Điện Tử-Viễn Thông, trường Đại học Công Nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội. Tôi tên là : Phan Hữu Trí Tên đề tài luận văn Thạc sĩ: “Tính toán, định cỡ mạng thông tin di động nâng cao” Trong thời gian dài qua quá trình nghiên cứu và học tập, tôi đã hoàn thành luận văn của mình với sự giúp đỡ của các thày, cô trong khoa và các bạn cùng lớp. Tôi cam đoan luận văn không có sự trùng lặp với các công trình khoa học, luận văn đã công bố trong và ngoài nước, đảm bảo tính trung thực, rõ ràng và trích dẫn đầy đủ trong tài liệu tham khảo. Hà Nội, tháng 05 năm 2010 Học viên thực hiện Phan Hữu Trí MỞ ĐẦU 5 Xã hội càng phát triển thì nhu cầu thông tin càng cao. Chính vì vậy các hệ thống thông tin ngày càng phát triển. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được xây dựng theo tiêu chuẩn IS-95, GSM, ... Phát triển rất nhanh trong những năm 1990. Các yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới. Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm những mục tiêu sau đây: Tốc độ số liệu cao để đảm bảo các dịch vụ truy nhập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện. Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. Cải thiện tầm phủ của các hệ thống thông tin di động. Thiết kế tối ưu cho mạng UMTS Truyền tải thông tin dạng IP, làm tăng nhiều các dịch vụ gia tăng ngoài thoại truyền thống. Phân tích, tính toán một số giao diện trong mạng core của mạng 3G Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được đề xuất, trong đó hai tiêu chuẩn WCDMA và Cdma2000 đã được ITU chấp thuận và được triển khai trong những năm đầu của thế kỷ 21. WCDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136, PDC. Cdma2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai dựa trên chuẩn IS-95. Tại Việt Nam các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng đang được triển khai và thử nghiệm bởi các nhà cung cấp dịch vụ. Làm thế nào để hệ thống đảm bảo cung cấp dịch vụ với giá thành rẻ, chất lượng và tốc độ truyền dữ liệu cao, đồng thời phải giảm thiểu năng lượng truyền tín hiệu từ thuê bao nhằm tăng tuổi thọ của pin, làm cho cấu trúc của máy di động ngày càng gọn nhẹ, ... Việc đi tìm lời giải cho các câu hỏi này quả là một thách thức lớn cho các nhà quản lý và khai thác mạng viễn thông cũng như các nhà thiết kế hệ thống vì dường như 6 các yêu cầu này không có tính dung hoà với nhau. Ngày nay mạng 3G đã trở thành hiện thực, thuê bao 3G tăng nhanh và các dịch vụ phong phú, dẫn đến lưu lượng thông tin trong mạng tăng nhanh. Để hệ thống mạng 3G đáp ứng tốt nhu cầu của khách hàng.? Chính vì vậy tôi chọn đề tài: Tính toán, định cỡ mạng thông tin di động nâng cao. Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu các nguyên tắc hoạt động, đưa ra một số giải pháp tính toán đảm bảo tốt cho mạng lõi 3G không bị nghẽn, nội dung chính của luận văn này gồm 4 chương: Chương 1: Tiến lên 3G sẽ khái quát quá trình phát triển của thông tin di động. Chương 2: Tìm hiều phần cứng và cấu trúc mạng 3G phiên bản 4 của Huawei, phân tích, tìm hiểu một số thông số đánh giá chất lượng mạng 3G, phân tích cấu trúc mạng 3G của Vinaphone. Chương 3: Xác định kích thước tối ưu cho mạng lưới, tổng quan về hệ thống chuyển mạch mềm trong 3G. Tính toán các thông số của hệ thống, các giao tiếp trong mạng 3G để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng. Chương 4: Một số bài toán tính luồng và card cho mạng core 3G. Tuy nhiên trình độ bản thân và điều kiện còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn. Qua đây, Em cũng xin cảm ơn các thầy, các bạn, đặc biệt là thầy giáo TS. Trần Cảnh Dương đã tận tình hướng dẫn và góp ý để luận văn được hoàn thành. Tác giả Phan Hữu Trí 7 Chương 1 - QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ 2G LÊN 3G Chương này sẽ khái quát quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động, quá trình phát triển từ mạng 2G lên mạng 3G. 1.1 Giới thiệu Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G-generation) là GSM và IS-95 đã được triển khai tại nhiều nơi trên thế giới và chúng sẽ tiếp tục tồn tại trong thập kỷ tới. Tuy nhiên, hiện nay các hệ thống này phải đối mặt với các hạn chế về dung lượng. Chính vì vậy sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) là một điều tất yếu. Các hệ thống 3G hứa hẹn một dung lượng thoại lớn hơn, tốc độ kết nối di động cao hơn và sử dụng các ứng dụng đa phương tiện. Các hệ thống vô tuyến 3G cung cấp các dịch vụ với chất lượng tương đương với các hệ thống hữu tuyến và các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ (từ 144 kbps) lên tới 1920 Kbps. Bất chấp những ưu điểm nổi trội của hệ thống 3G, cho đến nay số lượng thuê bao của các hệ thống 2G vẫn tiếp tục phát triển nhờ những cải tiến của nó vì thế, trước khi đi vào miêu tả các hệ thống 3G chúng ta hãy xem xét lịch sử phát triển của thông tin di động tế bào và hệ thống 2G, đặc biệt là các hệ thống GSM. 1.1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động. Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà khoa học người Italy, Marconi, cho thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau di động. Song phải tới những năm đầu 1980 thì mạng điện thoại di động kiểu tế bào thế hệ thứ nhất (1G) mới ra đời. Các mạng này ban đầu chỉ dành cho tín hiệu thoại, và giữa các hệ thống và các thuê bao của mạng không hề tương thích với nhau, khả năng lưu động của thiết bị thấp. Trong tình hình như vậy, người châu Âu nhận thấy cần phải có một hệ thống tế bào thế hệ thứ 2 (2G) hoàn toàn số. Năm 1982, hội nghị Bưu chính và Viễn thông châu Âu (CEPT) đã thành lập nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM (Group Special on Mobile) có nhiệm vụ 8 xây dựng một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn châu Âu hoạt động trên băng tần 900 MHz. Các khuyến nghị về GSM được thông qua vào tháng 4 năm 1988. Sau một thời gian thử nghiệm, năm 1991 mạng GSM (Global System for Mobile Communication) chính thức được đưa vào sử dụng tại châu Âu và nhiều nước trên thế giới. Song không chỉ dừng ở lại đó, người châu Âu đã có tầm nhìn lâu dài. Ngay vào năm 1988 họ đã tiến hành dự án RACE 1043 với mục đích xác định các dịch vụ và công nghệ cho hệ thống thông tin di động tân tiến thế hệ thứ 3 (3G) và sự triển khai dự tính vào năm 2000. Hệ thống của họ sớm được biết đến với tên gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Các hệ thống 1G, 2G, 3G sẽ hoàn toàn độc lập với nhau và việc triển khai sẽ đan xen nhau, sau đó GSM sẽ được thay thế dần bằng UMTS. Tuy nhiên sự thành công của GSM cho tới nay là cực lớn cho nên quá trình tiến hoá từ 2G lên 3G cần được cân nhắc. Mặc dù mạng xương sống của GSM và UMTS có thể xem là giống nhau, song giao diện vô tuyến lại khác nhau đáng kể. Đã có những mong chờ, hy vọng lớn ban đầu đối với UMTS. Nó không chỉ là tế bào mà sẽ bao các loại mạng khác từ vô tuyến di động cá nhân (PMR- Private Mobile Radio), các mạng nội hạt không dây (Wireless LAN) tới các hệ thống vệ tinh di động MSSs. Các đặc điểm quan trọng là nó sẽ hoạt động toàn cầu, hỗ trợ các dịch vụ tốc độ bit cao và quan trọng nhất là định hướng dịch vụ. Trong khi châu Âu xem mạng 3G toàn cầu cho thế kỷ 21 là UMTS, hầu hết các kỹ sư của họ làm việc với UMTS hy vọng rằng họ sẽ đạt được thỏa thuận với ITU để sớm điều chỉnh UMTS và điều cơ bản là UMTS sẽ được chấp nhận là chuẩn toàn cầu. Để giải thích việc hy vọng này, chúng ta cần chỉ ra là ITU đã tham gia trò chơi 3G từ lúc bắt đầu. Đồng thời với sự khởi đầu của RACE tại châu Âu, nhóm đặc biệt được thành lập của ITU là TG 8/1 (task group thuộc CCIR). Uỷ ban này coi hệ thống 3G của họ như là hệ thống thông tin di động mặt đất, công cộng tương lai FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunication System). Người châu Âu, tất nhiên cũng là thành viên của TG8/1 và dưới áp lực về chính trị cũng như thương mại thì FPLMTS và UMTS dường như chung mục đích và đối tượng. Cái khác nhau cơ bản 9 giữa TG8/1 và cái đang diễn ra tại châu Âu là người châu Âu đã sẵn sàng đưa hệ thống của họ vào thực tiễn trong khi TG8/1 vẫn chỉ là diễn đàn. Còn người Mỹ thì sao? Tại Mỹ không có các chương trình R&D (Research and Development) tầm cỡ quốc gia về hệ thống 2G hay 3G nào được tiến hành cả. Hệ thống 1G dịch vụ thoại tân tiến của họ AMPS (Advanced Mobile phone Service) được phát triển thành thế hệ 2 là IS-136 sau đó trở thành hệ thống hai mode là IS-95. Người Mỹ cũng giới thiệu hệ thống IDEN có khả năng hỗ trợ các dịch vụ tế bào và vành vô tuyến. Nó chiếm một phổ tần rất lớn cho 3G và nó cho phép GSM vào Mỹ dưới dạng PCS1900. Việc sở hữu phổ như vậy đồng nghĩa là có các ưu điểm nổi trội khi mạng lưới 2G được phát triển thành 3G. Một yếu tố lớn không chỉ tại Mỹ mà trên cả thế giới là sự xuất hiện của IS-95, nó ra đời sau so với GSM và một vài người tranh cãi rằng nó là 2,5G. Nó đã phải tranh đấu để tồn tại bởi thiếu phổ tần và thái độ của các kỹ sư đối với phương pháp đa truy nhập. Phổ hẹp cỡ 1,25MHz ở đầu dải AMPS là đủ cho CDMA tế bào. Những người ủng hộ CDMA đều rõ một điều là nó có hiệu quả về mặt phổ rất cao. Do đó chúng ta có thể coi IS-95 là một hệ thống 2,5G vì nó phù hợp với môi trường nhiều người dùng 3G và việc phát triển lên 3G sẽ dễ dàng. Điều này không đúng đối với các hệ thống TDMA thế hệ 2G khi chuyển sang hệ thống 3G. Tuy nhiên chúng ta sẽ thấy trong phần sau, GSM với TDMA của nó có thể phát triển tới 3G mà không cần có thêm card CDMA. Tuy nhiên vẫn có một sự phát triển từ giai đoạn 2+ của GSM lên UMTS được đề cập ở phần1.2. Ủy ban TG8/1 đã từ bỏ cái tên FPLMTS khi dùng cho hệ thống 3G của nó, và thay thế bằng từ thông tin di động quốc tế năm 2000, hay đơn giản là IMT-2000 (International Mobile Telecommunication for 2000). Sau đó nó đã loại bỏ sự khó khăn mang tính chính trị về một chuẩn duy nhất bằng cách chọn một họ chuẩn. Mỗi thành viên của họ phải đáp ứng một số chỉ tiêu tối thiểu. Có tất cả 16 đề nghị được chấp thuận, 10 chuẩn cho mạng 3G mặt đất và 6 cho hệ thống vệ tinh di động. Phần lớn các yêu cầu ủng hộ CDMA là phương pháp đa truy cập. Một dung hoà đã được đưa ra và cuối cùng ITU đã đồng ý là họ IMT-2000 sẽ bao gồm 5 công nghệ sau: 10  IMT DS (Direct Sequence) được biết tới là UTRA FDD và W-CDMA trong đó UTRA là UMTS terrestrial Radio Access truy cập vô tuyến mặt đất cho UMTS và W trong W-CDMA là wideband.  IMT MC (Multicarrier) hệ thống này là phiên bản của IS-95 (bây giờ được gọi là CDMA One) và cũng được biết đến với tên là Cdma2000, chúng ta sẽ sử dụng cái tên được dùng phổ biến là Cdma2000.  TC (Time Code) là UTRA TDD được đặt tên cho chế độ UTRA sử dụng song công theo thời gian.  IMT FT (Frequency Time) là hệ thống viễn thông không dây tiên tiến số (DECT- Digitally Enhanced Cordless Telecommunication).  IMT SC (Single Carrier) đây thực chất là một dạng đặc biệt của GSM giai đoạn 2+ được biết đến là EDGE, (Enhanced Data Rates for GSM Evolution-tốc độ dữ liệu được cải thiện cho sự phát triển của GSM). [1]-[10] 1.1.2 Phổ của IMT-2000 Hội nghị về quản lý vô tuyến của thế giới tháng 3/1992 đã chỉ định 200 MHz trong dải tần 2G cho IMT-2000 sử dụng toàn cầu. Các dải tần thực tế là 1885- 2025MHz và 2110-2200MHz. Thật không may là một vài phần của dải tần này đã được các dịch vụ khác sử dụng. Hình 1.1 là sơ đồ phổ của IMT-2000 và việc sử dụng tại châu Âu, Mỹ, Nhật dải phổ này. Phổ IMT-2000 có thể chia thành 7 khoảng. Tần số các khoảng này như bảng 1.1  Khoảng 1: được dùng cho DECT tại châu Âu và cho PHS, PCS, DECT tại một số vùng trên thế giới.  Khoảng 2: tại Mỹ, Nhật dùng cho PCS, PHS  Khoảng 3 và 6 hình thành các dải ghép phân kênh theo tần số 60 MHz  Khoảng 4,7: dùng cho các dịch vụ vệ tinh di động cung cấp các dải tần 30MHz kiểu FDD.  Khoảng 4: dùng cho tuyến lên.  Khoảng 7: dùng cho tuyến xuống. 11  Khoảng 1,2,5: không cặp đôi phù hợp với các hoạt động ghép kênh phân chia theo thời gian.  Khoảng 5: có thể sử dụng cho các dịch vụ MSS tuyến lên tại Mỹ. Hình 1.1: Phổ của IMT-2000 và việc sử dụng phổ này tại châu Âu, Mỹ, và Nhật. PCS, SAT Mobile Sattelite Service, DECT- Digital Enhanced Cordless Telecommunications, PHS –Handyphone System Bảng 1.1: Phổ của IMT-2000 SỐ THỨ TỰ KHOẢNG DẢI TẦN (MHZ) CHÚ THÍCH 1 1885-1900 Không cặp đôi 2 1900-1920 Không cặp đôi 3 1920-1980 Cặp đôi với 6 4 1980-2010 Cặp đôi với 7 5 2010-2025 Không cặp đôi 6 2110-2170 7 2170-2200 [1]-[20] 12 1.2 Sự phát triển của GSM. Hệ thống GSM ban đầu được thiết kế cho tín hiệu thoại và số liệu tốc độ thấp. Tín hiệu thoại đã được đề cập nhiều vì vậy ở đây chúng ta sẽ tập trung vào số liệu. Tốc độ dữ liệu của người dùng qua giao diện vô tuyến sử dụng một kênh vật lý riêng lẻ có nghĩa là trong một khe thời gian TDMA khởi đầu là 9,6 kbps. Tốc độ này được tăng lên 14,4 kbps bằng cách ngắt quãng các symbol mã trên kênh lưu lượng toàn tốc. Người ta có thể tăng tốc độ lên hơn 14,4 kbps bằng cách tăng mức ngắt quãng hơn nữa hoặc cho phép MS truy cập nhiều khe thời gian trong một khung TDMA hoặc sử dụng điều chế nhiều mức. Có hai dịch vụ đã được giới thiệu ở giai đoạn 2+ của GSM cho phép tăng tốc độ người dùng bằng cách cho phép 1MS truy cập nhiều khe thời gian trong một khung TDMA. Đó là các dịch vụ HSCSD (High Speed Circuit Switched Data -dữ liệu chuyển mạch tốc độ cao) và GPRS (General Packet Radio Service -dịch vụ vô tuyến gói chung). HSCSD cho phép một MS được cấp phát một số khe thời gian trong một khung TDMA trên nền tảng chuyển mạch có nghĩa là MS độc quyền sử dụng các tài nguyên được cấp phát trong thời gian cuộc gọi. Ngược lại GPRS sử dụng các kết nối định hướng gói trên giao diện vô tuyến bằng cách cấp cho người dùng một hay một số các kênh lưu lượng chỉ khi có yêu cầu truyền thông tin. Các kênh này sẽ được thu hồi khi mà việc truyền hoàn tất. Trong những phần sau chúng ta sẽ miêu tả chi tiết hơn hai dịch vụ này. Cách tiếp cận thứ hai để tăng tốc độ số liệu người dùng là phương pháp điều chế nhiều mức hiện đang được nghiên cứu bởi dự án cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển của GSM (Enhanced Data Rates for GSM Evolution -EDGE). Nguyên lý cơ sở của EDGE là phương pháp điều chế được sử dụng trên giao diện vô tuyến GSM phải dựa trên cơ sở chất lượng của tuyến radio. Một phương pháp điều chế nhiều mức hơn sẽ được sử dụng khi chất lượng của tuyến thông tin là tốt, nhưng hệ thống sẽ chuyển sang phương pháp điều chế số mức thấp hơn khi chất lượng của tuyến kém đi. Khi được phát triển, công nghệ EDGE sẽ cải thiện số lượng các dịch vụ được cung cấp bởi GSM. Phiên bản đầu của EDGE sẽ được sử dụng để cải thiện các dịch vụ GPRS và HSCSD thành GPRS cải tiến. Trong các phiên bản sau của EDGE các dịch vụ khác sẽ được giới thiệu nhờ sử dụng các phương pháp điều chế khác nhau. [1]-[30] 13 1.2.1 Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao. Dịch vụ này là sự mở rộng tự nhiên của dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh được hỗ trợ bởi GSM giai đoạn đầu. Không có sự thay đổi đối với giao diện lớp vật lý giữa các thành phần của mạng cung cấp dịch vụ HSCSD. Ở các lớp cao hơn MS và mạng hỗ trợ các chức năng bổ trợ được yêu cầu để ghép hay tách số liệu người dùng vào một số kênh lưu lượng để truyền qua hai giao diện Abis và giao diện vô tuyến. Các chức năng bổ trợ cũng được thêm vào mức quản lý tài nguyên vô tuyến để quản lý các tình huống mới khi mà một số các kênh lưu lượng khác nhau được phối hợp để có cùng một kết nối. Ví dụ khi một người dùng HSCSD được quản lý qua hai cell, cần một cơ cấu để đảm bảo các kênh lưu lượng hữu hiệu sẵn sàng trong cell mới trước khi chuyển giao xảy ra. Tuy nhiên một kết nối HSCSD bị giới hạn bởi một mạch 64Kbps tại giao diện A. Khi thiết lập cuộc gọi MS cung cấp thông tin cho mạng để xác định bản chất của kết nối HSCSD. Một phân nhóm cấp nhiều khe của MS được sử dụng bởi mạng để quyết định số khe lớn nhất MS có thể truy cập. 1.2.2 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service). Nhiều dịch vụ không yêu cầu dòng dữ liệu người dùng hai hướng liên tục trên giao diện vô tuyến. Để minh họa điều này, hãy xem xét người dùng W3 khi PC của họ sử dụng kết nối quay số qua mạng tế bào. Khi một trang thông tin được tải xuống thì có một khoảng dừng trong dòng thông tin giữa MS và mạng khi mà người dùng đọc thông tin và trước khi thông tin được yêu cầu. Sử dụng kết nối chuyển mạch cho những dịch vụ như vậy thường không đem lại hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên vô tuyến vì người dùng liên tục chiếm một kênh vô tuyến trong thời gian cuộc gọi. Sự bất cập kiểu này có thể chấm dứt bằng sử dụng dịch vụ kết nối định hướng gói. Hệ thống GSM ban đầu được thiết kế để hỗ trợ chỉ kết nối chuyển mạch kênh tại mức giao diện vô tuyến với tốc độ người dùng lên tới 9,6Kbps. Tuy nhiên các quy định trong giai đoạn 2+ hiện nay bao gồm cả việc hỗ trợ dịch vụ kết nối định hướng gói được biết đến là dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS. Dịch vụ này cố gắng tối ưu tài nguyên mạng và vô tuyến. Sự phân chia nghiêm ngặt giữa các hệ thống con vô tuyến với các hệ thống phụ trợ của mạng được duy trì cho dù các hệ thống phụ trợ của mạng tương thích với các thủ tục truy cập vô tuyến của GSM. Kết quả là, MSC của GSM 14 không bị ảnh hưởng. Việc phân bổ một kênh vô tuyến GPRS là rất mềm dẻo, giới hạn từ 1-8 khe thời gian của giao diện vô tuyến trong một khung TDMA. Khe thời gian tuyến lên và tuyến xuống được cấp phát riêng. Tài nguyên giao diện vô tuyến có thể được chia xẻ linh hoạt giữa dịch vụ chuyển mạch kênh và dịch vụ gói. Tốc độ bit biến đổi từ 9 Kbps-150 Kpbs trên một người dùng GPRS có thể cùng tương tác với mạng IP và X25. Các dịch vụ điểm nối điểm và nhiều điểm được hỗ trợ cũng như là dịch vụ bản tin ngắn (SMS). GPRS có thể hoạt động theo kiểu truyền dữ liệu gián đoạn, cũng như là truyền dữ liệu liên tục. Sau đây chúng ta sẽ xem xét tổng quan kiến trúc lô-gic của GPSR. Hình 1.2 là sơ đồ khối minh họa cấu trúc một mạng GSM và giao tiếp giữa các thành phần của mạng. Các dịch vụ GPRS yêu cầu thêm hai thành phần của mạng là: nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN –Gateway GPRS Support Node) và nút hỗ trợ GPRS (SGSN -Serving GPRS Support Node). Như tên gọi của nó, GGSN hoạt động như là cổng giữa mạng dữ liệu bên ngoài (Packet Data Network) và mạng GSM hỗ trợ GPRS. GGSN mang thông tin định tuyến các gói dữ liệu tới SGSN phục vụ một MS cụ thể và nó kết nối với mạng bên ngoài thông qua điểm chuẩn Gi. Điểm này của kết nối được xem là một điểm chuẩn chứ không phải là một giao diện bởi vì không có thông tin đặc trưng nào cho GPRS được trao đổi tại điểm này. Hình 1.2: Kiến trúc mạng GPRS 15 SGSN được nối tới các GGSN thuộc mạng di động mặt đất của nó qua giao diện Gn và nối với các GGSN thuộc mạng khác thông qua giao diện Gp. Hai giao diện này rất giống nhau, nhưng Gp hỗ trợ thêm chức năng an ninh cần thiết cho thông tin giữa các PLMN. GGSN cũng giao tiếp trực tiếp với bộ đăng ký định vị thường trú qua giao diện Gc Một SGSN sẽ theo dõi các thông tin định vị và thông tin an ninh kết hợp với các MS trong vùng phục vụ của nó. Một SGSN giao tiếp với các GGSN và các SGSN trong cùng một mạng PLMN qua giao diện Gn và GGSN của mạng PLMN khác qua giao diện Gp. Các giao diện cũng tồn tại giữa một SGSN và một MSC/VLR (giao diện Gs) và HLR (giao diện Gr) EIR (giao diện Gf) và một cổng dịch vụ bản tin ngắn MSC (SMS-GMSC) và các MSC khác (giao diện Gd). SMS-GMSC và SMS-IWMSC cho phép dịch vụ bản tin ngắn của GSM được truyền trên kênh GPRS thay vì trên kênh SDCCH và SACCH. GPRS hỗ trợ các nút (GGSN và SGSN) của một mạng PLMN kết nối với nhau nhờ sử dụng một giao thức internet (IP) dựa trên mạng xương sống. [1]-[32] 1.3 Các lựa chọn giao diện vô tuyến cho IMT-2000 Các cơ quan về chuẩn đã quyết định các công nghệ tham khảo cho IMT-2000. Việc phát triển trong những năm gần đây do khởi xướng của Nhật Bản, đầu năm 1997, hiệp hội công nghiệp và doanh nghiệp về vô tuyến của Nhật đã quyết định đưa ra những chuẩn chi tiết cho CDMA băng rộng. Điều này đã thúc đẩy việc tiêu chuẩn hoá tại châu Âu và Mỹ. Vào năm 1997 các tham số cho CDMA băng rộng đã được châu Âu và Nhật thoả hiệp. Giao diện vô tuyến bây giờ có thể xem xét chung là WCDMA. Vào năm 1998, sự ủng hộ mạnh mẽ cho CDMA băng rộng đã dẫn tới việc chọn WCDMA là chuẩn vô tuyến mặt đất cho UMTS tại ETSI (European Telecommunication Standards Institute) cho các dải tần của FDD. WCDMA cũng được các nhà khai thác GSM tại châu Á và châu Mỹ. Đối với các dải tần của TDD, phương án TD-CDMA được lựa chọn. Tại Mỹ tháng 3/1998, uỷ ban TR45.5 của TIA (Telecommunication Industry Association) chịu trách nhiệm về tiêu chuẩn của IS-95 đưa ra một cấu trúc cho CDMA băng rộng tương thích với IS-95 gọi là Cdma2000. TR45.3 chịu trách nhiệm về chuẩn 16 IS-136 đưa ra một chuẩn cho thế hệ ba dựa trên TDMA gọi là UWC-136 (Universal Wireless Communication). Tại Hàn Quốc, người ta vẫn cân nhắc giữa hai công nghệ CDMA băng rộng là WCDMA và Cdma2000. Công nghệ được lựa chọn cho thế hệ di động thứ ba phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật, chính trị và kinh tế. Sau đây, chúng ta sẽ xem xét các hoạt động nghiên cứu và chuẩn hoá tại một số khu vực và các nước dẫn tới việc lựa chọn được đề cập ở trên. 1.3.1 Tại châu Âu.  Các hoạt động nghiên cứu vô tuyến thế hệ 3 tại châu Âu: Như đã đề cập trong phần 1.1 châu Âu đã tiến hành các chương trình đối với thế hệ 3G (UMTS) của họ là RACE-I, RACE-II dưới sự bảo trợ của cộng đồng châu Âu. Chương trình RACE-I kéo dài từ năm 1988-6/1992. Nghiên cứu của RACE-I tập trung vào các công nghệ riêng lẻ như: truyền dẫn tế bào, chuyển giao và cấp phát các tài nguyên vô tuyến một cách linh hoạt, điều chế, san bằng, mã hoá, quản lý kênh và chức năng di động của mạng cố định. Các công nghệ này về sau là cơ sở phát triển hệ thống giai đoạn hai RACE-II. Chương trình RACE-II được tiến hành từ 1992-1995 gồm các dự án CODIT (Code Division Multiple Testbed) và ATDMA (Advanced TDMA) phát triển giao diện vô tuyến và kiểm tra về truy cập vô tuyến cho UMTS. Việc thử nghiệm ATDMA hỗ trợ tốc độ người dùng lên tới 64 Kbps với mã hoá 1/4 tốc độ và việc thử nghiệm CODIT cho tốc độ lên tới 128 Kbps với mã hoá1/2 tốc độ. Chương trình ACTS (Advanced Communication Technologies and Service) được triển khai vào năm 1995 để hỗ trợ cho cả nghiên cứu và phát triển thông tin di động. Trong ACTS, dự án FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access System) xem xét lai ghép các công nghệ đa truy cập để tạo sự phối hợp tốt nhất cho hệ thống truy cập vô tuyến tương lai. Dựa trên đánh giá này một nền tảng đa truy nhập dung hoà là FRAMES (FMA) được vạch ra bao gồm hai chế độ là FMA1 là TDMA băng rộng có và không có trải phổ, FMA2 là CDMA băng rộng. FMA1 không trải phổ có nguồn gốc từ ATDMA. 17 Ngoài các chương trình RACE và ACTS, còn có một vài dự án công nghiệp đã xây dựng công nghệ cho UMTS và IMT-2000. Từ năm 1992 tới năm 1995 một phương án CDMA băng rộng được phát triển bởi NOKIA có khả năng truyền dữ liệu hình lên tới 128 Kbps và độ rộng băng tần là 30MHz. Cấu hình này được làm cơ sở cho FMA2 của FRAMES. Phương pháp ghép giữa CDMA/TDMA còn được gọi là TD-CDMA được nghiên cứu và làm cơ sở cho FMA1 có trải phổ. Ngoài ra còn có phương án OFDM.  Các hoạt động chuẩn hoá của châu Âu: Thành công cực lớn của GSM sẽ ảnh hưởng mạnh mẽ tới chuẩn hóa các hệ thống thế hệ thứ 3 tại châu Âu. Tại châu Âu, để tạo ra một bước chuyển tiếp trơn chu giữa hai thế hệ người ta đã cố gắng xây dựng các hệ thống thế hệ thứ 3 như là một phát triển từ GSM. Trong ETSI, uỷ ban kỹ thuật SMG có nhiệm vụ chuẩn hoá cho UMTS. Tiểu ban SMG-2 chịu trách nhiệm về chuẩn truy nhập vô tuyến UMTS đã bắt đầu quá trình thiết lập truy cập vô tuyến mặt đất cho UMTS vào 12/1996 cụ thể như sau: - 6/1997 xác định một số các phương pháp UTRA, dựa trên các công nghệ truy cập riêng lẻ hay phối hợp chúng. - 12/1997 lựa chọn một phương pháp UTRA cụ thể. - 6/1998 xác định các mặt kỹ thuật chủ chốt của UTRA (dải thông sóng mang, điều chế, mã hoá kênh, loại kênh, cấu trúc khung, giao thức truy nhập, cấp phát kênh, chuyển giao và lựa chọn các cell). Các khái niệm về giao diện vô tuyến được phân thành 5 nhóm khái niệm khác nhau. FMA2 và ba phương án CDMA băng rộng của Nhật Bản được đệ trình lên nhóm Alpha. Nhóm Beta đánh giá FMA1 không trải phổ cùng với một vài phương án TDMA. Các phương án OFDM được nhóm nghiên cứu Gamma xem xét. Nhóm Delta xem xét FMA1 có trải phổ còn gọi là dự án TD-CDMA cùng với các phương án lai ghép khác như CTDMA. Nhóm Epsilon xem xét ODMA (Opportunity Driven) là các ứng dụng dựa trên tất cả các phương án đa truy cập. Cuối cùng, vào tháng 1/1998, dựa trên FMA2 và các phương án CDMA băng rộng của Nhật Bản ETSI SMG đã tiến tới một nhất trí về UTRA như sau: 18  Trong dải cặp đôi (FDD) của hệ thống UMTS ứng dụng các công nghệ truy cập vô tuyến được nhóm W-CDMA đưa ra.  Trong dải không cặp đôi (TDD) hệ thống UMTS ứng dụng các công nghệ truy cập vô tuyến được nhóm TD-CDMA đưa ra. Các tiêu chuẩn của UMTS phải đáp ứng được điều kiện cho ra một giá thành thấp, dễ dung hoà được với GSM và hỗ trợ các đầu cuối hoạt động hai chế độ FDD/TDD. Đến tháng 4/1998 các khái niệm của UTRA được hoàn tất, hai chế độ FDD và TDD có cùng độ dài khung, số khe thời gian và tốc độ lấy mẫu. [1]-[35] 1.3.2 Tại Nhật Bản. Uỷ ban nghiên cứu IMT-2000 của ARIB được thành lập tháng 4/1993 nhằm nghiên cứu và phát triển IMT-2000. Tháng 10/1994 nhóm chuyên trách về truyền dẫn vô tuyến (RTSG) được thành lập để thực hiện các nghiên cứu và phát triển các chuẩn cho IMT-2000, nhóm này gồm hai nhóm nhỏ là: CDMA và TDMA. Đối với TDMA có 8 đề nghị, từ đó nhóm này đưa ra một hệ thống TDMA một sóng mang là MTDMA (Multimode & Multimedia). Hệ thống này xây dựng và thử nghiệm tốc độ bit sóng mang 1.536 Mbps và tốc độ bit người dùng là 512 Kbps. Tuy nhiên đến năm 1997 người ta khẳng định là hệ thống MTDMA không thể là chuẩn cho IMT-2000 tại ARIB. Tại Nhật Bản, có một vài công ty đã phát triển các đề xuất giao diện không gian CDMA băng rộng. Ban đầu có 13 giao diện vô tuyến CDMA băng rộng được đưa lên uỷ ban nghiên cứu IMT-2000. Đến đầu năm 1995, người ta gộp lại thành ba phương án FDD (Kiểu A,B và C) và một đề xuất TDD. Hệ thống kiểu B dựa trên các tiêu chuẩn hoá về CDMA băng rộng cho PCS tại Mỹ được biết tới là IS-95. Đến cuối năm 1996, một đề xuất hợp nhất bốn phương án trên làm một trong đó các tham số chính là của nhóm A. 19 Ba đề xuất CDMA băng rộng ban đầu của Nhật Bản hai phương án FDD và một TDD cũng được đưa tới ETSI của châu Âu. Ngoài ra, đề xuất TDD cũng được đưa tới TIA TR45.5 của Mỹ với các tham số được thay đổi. Nhật Bản đã tiến hành các thí nghiệm và thử nghiệm đối với CDMA băng rộng vào khoảng 1995-1996. Đối cấu hình kiểu A người ta đã tiến hành thử với truyền dẫn video 384 Kbps và kiểm tra truyền 2 Mbps và độ rộng băng tần 20 MHz trong phòng thí nghiệm. Trong giai đoạn thử nghiệm lần hai hệ thống A, việc loại bỏ nhiễu cũng được kiểm tra. Kết luận chính của ITM-2000 RTSG là việc nghiên cứu CDMA cần được bắt đầu. Điều này đồng nghĩa với việc CDMA được lựa chọn là công nghệ chính cho IMT-2000. Sự thúc đẩy của CDMA băng rộng chỉ bắt đầu thực sự khi nhà khai thác tế bào lớn nhất của thế giới, NTT DoCoMo, quyết định tiến hành phát triển CDMA băng rộng và tiến hành một hệ thống thử nghiệm vào năm 1996. Các nhà sản xuất lớn đều đưa ra đề xuất cho phát triển đầu cuối và phát triển cấu trúc. Massushita, Motorola, NEC và Nokia được lựa chọn cho phát triển đầu cuối, còn việc phát triển cấu trúc được giao cho Ericson, Lucent, Massushita và NEC. [1]-[37] 1.3.3 Tại Mỹ. Tình hình chuẩn hoá tại Mỹ đa dạng hơn so với châu Âu và Nhật Bản. Các hoạt động chuẩn hoá chính cho các hệ thống vô tuyến được thực hiện bởi uỷ ban TR45 và TR46 trực thuộc TIA và uỷ ban T1P1 của T1. TR45.5 chịu trách nhiệm về chuẩn hoá IS-95, TR45.3 chịu trách nhiệm về chuẩn hoá IS-136. T1P1 và TR46 chịu trách nhiệm về GSM1900 và một số công nghệ khác. Ngoài các cơ quan chuẩn hoá, còn có các hội nghị xem xét các vấn đề chính sách liên quan tới chuẩn: UWCC cho IS-136, nhóm phát triển CDMA (CDG) cho IS-95, nhóm liên minh Bắc Mỹ GSM đối với GSM. Vào tháng 4/1997, CDG đã phát động một cuộc khởi tạo Hệ thống tân tiến để phát triển các giao tiếp vô tuyến cho thế hệ thứ ba dựa trên IS-95. Trong năm 1997, cũng có một và đề xuất về CDMA băng rộng lên TR45.5 để phát triển CDMA2000 từ các công ty Hughes, Lucent, Motorola, Nokia, Nortel. Một đặc điểm chung của các phương án này là tính tương thích của chúng với IS-95. Vào tháng 3/1998, TR45.5 đã thông qua cấu trúc cho CDMA2000. 20 Vào đầu năm 1997, UWCC, GTF (Global TDMA Forum) thành lập nhóm HSD (High Speed Data) để đánh giá các ứng cử viên cho phát triển IS-136 thành thế hệ ba. Còn có một vài phương án, bao gồm TDMA, CDMA băng rộng, và 2 phương án cho OFDM được đưa lên HSD. Dựa vào những đề xuất này, UWCC đã phát triển phương án UWC-136 được TR45.3 chấp thuận vào tháng 2/1998. UWC-136 gồm một sóng mang 30 KHz của IS-136 cải tiến, sóng mang dữ liệu tốc độ cao 200 KHz và sóng mang HSD 200 KHz có cùng tham số với sóng mang GSM cải tiến (EDGE). TDMA băng rộng dựa trên FMA1 không trải phổ của FRAMES. TR46.1 cũng phát triển một giao diện vô tuyến CDMA băng rộng cho các ứng dụng của mạch vòng vô tuyến nội hạt (WLL). Cơ sở cho phương án CDMA băng rộng của TR46.1 là chuẩn IS-665 cho PCS của Mỹ. CDMA băng rộng có độ rộng băng là 5 MHz. Nó cũng được sử dụng cho đề xuất nhóm B tại Nhật Bản. [1]-[39] 21 Chương 2- TỔNG QUAN MẠNG 3G R4 Chương này tổng quan về cấu trúc mạng 3G phiên bản 4 của Huawei thiết kế và được triển khai cho VinaPhone. Phân tích các tham số đánh giá chất lượng mạng UMTS cũng như phân tích tổng quan về mạng lõi của VinaPhone. 2.1 Cấu trúc mạng chung mạng 3G R4 của Huawei Hình 2.1 Kiến trúc của mạng UMTS phiên bản 4[3]-[15] Cấu trúc của mạng 3G gồm 4 phần chính vẽ ở hình trên và được phân tích từng phần dưới đây: + User Equipment -Thiết bị truy nhập của người sử dụng bao gồm điện thoại 3G, thiết bị truy nhập internet (ví dụ: USB 3G). SIM (Subscriber Identity Module) là mô đun nhận dạng thuê bao. Bao gồm thẻ nhớ thông minh lưu trữ thông tin như số serial, mã số mạng di động, số PIN, sổ điện thoại cá nhân và các thông tin khác và phần mềm ứng dụng để mã hóa, bảo mật, xác thực thông tin. USIM (Universal Subscriber Identity Module) là bộ nhận dạng trạm gốc của mạng UMTS, là thẻ SIM dùng trong mạng UMTS. Do vậy, USIM chứa các thông tin giống như một thẻ SIM nhằm đảm bảo người dùng được truy nhập vào mạng thuê bao. 22 ME (Mobile Equipment) là máy di động của người dùng đầu cuối. + Radio Access Network - phần mạng truy nhập kết nối người dùng đầu cuối với mạng lõi của hệ thống mạng 3G. Node B: Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong". Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa. Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối. RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho core network. Nó được nối đến core network bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói SGSN và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC). RNS (Radio Network System) bao gồm 1 RNC kết nối với các Node B. Abis là giao diện kết nối giữa BTS và BSC còn được gọi là giao diện A trong mạng 2G. Iub: tương tự như Abis trong mạng 2G. Ở đây Iub thường là 4 đường E1, STM1, Ethernet thay đường truyền E1 như ở 2G. Iur: giao diện kết nối giữa các RNC với nhau. + Core Network – Phần lõi mạng, phần quan trong nhất của mạng, liên kết phần mạng truy nhập và rất nhiều hệ thống tính cước, chuyển mạch, server… MGW (Media Gateway) thiết bị hoặc dịch vụ chuyển đổi nó chuyển dòng dữ liệu đa phương tiện sang tín hiệu viễn thông như: 2G, 2.5G, 3G radio access networks. MGW là thiết bị hỗ trợ viễn thông đa phương tiện kết nối chéo NGN qua nhiều giao thức truyền như ATM, IP. UTRAN (UMTS radio access network) thành phần mạng truy nhập bao gồm: Node B/BTS, RNC, BSC và hệ thống truyền dẫn. MSC (Mobile Switching Centre) bộ phận chuyển mạch trung tâm. Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của 23 mình. Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn. Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC. Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC. VLR (Visitor Location Register) bộ phận đăng ký tạm trú, cơ sở dữ liệu liên quan đến một MCS trong một hệ thống vô tuyến di động, chứa thông tin của các người dùng hiện tại của nó. Là một cơ sở dữ liệu cũng nằm trong mọi tổng đài mạng di động. Mục đích của nó là cung cấp một cơ sở dữ liệu lưu trữ liên quan đến nhân dạng (danh tính) của các khách hàng chuyển vùng hợp lệ trong một vùng thường trú của tổng đài. Một khi máy di động mở máy (bật nguồn) trong một hệ thống không phải của mình (từ là chuyển vùng), thì ngay tức khắc nó thực hiện việc đăng ký vào mạng. HLR (Home Location Register) bộ đăng ký vùng thường trú, cơ sở dữ liệu chứa các thông tin của thuê bao trong thông tin di động. Là một cơ sở dữ liệu (database) có mặt (thường trú) trong mọi tổng đài của mạng tế bào. Mục đích của nó là đóng vai trò một cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin về danh tính (identity) của các khách hàng hợp lệ trong home area của tổng đài. Một khách hàng “hợp lệ” của người đã thanh toán các hóa đơn tính cước đúng thời hạn và MIN/ESN (Mobile Identification Number/Electronic Serial Number) của người đó chưa bị tuyên bố là bất hợp pháp do gian lận. SCF (Session Charging Function) Chức năng tính cước phiên tức là Chức năng tính cước phiên (SCF - Session Charging Function) được sử dụng thực hiện tính cước dựa trên nguồn phiên được sử dụng, dựa trên những yêu cầu nhận từ S-CSCF qua điểm giao diện ISC. SCF có thể điều khiển sự thiết lập phiên bằng cách cho phép hoặc từ chối những yêu cầu thiết lập phiên sau khi kiểm tra tài khoản người dùng. Thêm vào đó, SCF có thể kết thúc phiên đang tồn tại khi tài khoản người dùng trống. SCF hỗ trợ tính cước sự kiện với đơn vị đặt trước/ dự trữ . MSC SERVER: Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào. Về căn bản, 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. Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC 24 và MSC Server. Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW. Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói. Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên nền giao thức Internet (IP). GMSC Server: GMSC có thể là một trong số các MSC. GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS. TSG-W (Transport Signalling Gateway) Cổng báo hiệu truyền tài có chức năng cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác với mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN. T- SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran. Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn. RNS bao gồm Node B và RNC tương tự BSS trong 2G. EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity). Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối. Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám và đen. Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng. Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng. Khi một đầu cuối được thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng. Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn. SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) là nút chính của miền chuyển mạch gói. Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông quan giao diện Gn. SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao. Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao. GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là một SGSN kết nối với các mạng số liệu IP. Tất cả các cuộc truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao và thông tin vị trí. 25 AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng. Nó liên kết với HLR và được thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý. Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR. AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 đến f5. Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ. Iu-CS liên kết vùng kết nối mạng chuyển mạch kênh. Iu-PS liên kết vùng kết nối IP. + Co-operation Networks – Phần cổng kết nối với các mạng ngoài. ISDN (Integrated Services Digital Network) Là một mạng số tích hợp trong đó các chuyển mạch phân chia thời gian và các tuyến truyền dẫn số đuợc dùng để thiết lập kết nối cho đồng thời nhiều dịch vụ khác nhau. Chú ý 1: Các dịch vụ ISDN bao gồm thoại, dữ liệu, thư điện tử, fax. Chú ý 2: Phương thức đuợc sử dụng để thực hiện kết nối thường đuợc chỉ rõ: ví dụ, kết nối chuyển mạch, kết nối không đuợc chuyển mạch, kết nối tổng đài. PSTN (Public Switched Telephone Network) là mạng điện thoại công cộng toàn cầu dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh. PSPDN (Packet Switched Public Data Network) là mạng chuyển mạch gói công cộng thường được sử dụng giao thức IP. PDN: Internet, intranet, extranet. 2.2 Các tham số đánh giá chất lượng mạng UMTS + Các chỉ tiêu chất lượng kỹ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ thoại - Tỷ lệ cuộc gọi thiết lập thành công (CSSR) đạt yêu cầu nếu ≥ 92% - Tỷ lệ cuộc gọi rơi (CDR) đạt yêu cầu nếu ≥ 5% - Chất lượng thoại đạt nếu ≥3 điểm. Tỷ lệ cuộc gọi bị ghi cước sai 0% ≤0,1% Tỷ lệ thời gian đàm thoại bị ghi cước sai 0% ≤0,1% Tỷ lệ cuộc gọi tính cước, lập hóa đơn sai 0% ≤0,1% - Các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ độ khả dụng của dịch vụ đạt yêu cầu khi ≥ 99,5%. - ngoài ra còn các tham số: CSR, HOSR, TASR, TCR, SCR,Traffic. + Tham số đánh giá dịch vụ internet (chuyển mạch gói): 26 - AIR_INTERFACE_BW_CS1, AIR_INTERFACE_BW_CS2, IR_INTERFACE_BW_CS3, AIR_INTERFACE_BW_CS4: Đánh giá băng thông cực đại có thể sử dụng của các cell tương ứng có sử dụng CS-1, CS-2, CS-3, CS-4. - CS1_USAGE_DL, CS2_USAGE_DL, CS3_USAGE_DL, CS3_USAGE_DL: Các chỉ số này đánh giá phần trăm của các RLC block được truyền bởi PCU sử dụng các lược đồ mã hoá khác nhau. Đây là chỉ số quan trọng đánh giá hiệu quả sử dụng của các CS khác nhau. Ví dụ, khi một Cell có sử dụng CS-3/4 mà số phần trăm sử dụng CS-3/4 thấp thì đó là một vấn đề cần xem xét hoạt động của cell này (các nguyên nhân gây ra hiệu quả sử dụng CS-3/4 thấp). - UPLINK_PDTCH_BLOCKING_RATE: tham số này cho phép đánh giá tỷ lệ thiết lập thành công của các yêu cầu kênh GPRS. - UPLINK_TRAFFIC_VOLUME,DOWNLINK_TRAFFIC_VOLUME: tham số này cho phép đánh giá lưu lượng RLC của từng cell theo hướng UL và DL bao gồm cả các block được truyền lại.[3] 2.3 Mạng Vinaphone 3G Mạng 3G của Vinaphone 4 node chính: VNP1, VNP3, VNP2 và chi nhánh trực thuộc VNP2. Cả 4 node này kết nối kiểu lưới với nhau tạo khả năng khôi phục thông tin nhanh và đảm bảo an toàn hơn dạng mạch vòng. Do vấn đề bảo mật nên không có được sơ đồ kết nối trong OMC. Sơ đồ thể hiện chủ yếu các kết nối cho mạng truyền dữ liệu. Lõi mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói IP/MPLS là dạng chuyển mạch gói đa giao thức, có thể chia VLAN tạo khả năng thuận tiện để định tuyến IP và linh hoạt trong việc cấp phát và thu hồi địa chỉ IP.[2] 27 Chương 3- PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 3.1 Các bước xác định kích cỡ mạng lưới Trong phần này cung cấp tổng quan về cách tiếp cận các vấn đề định cỡ mạng UMTS, trong đó phát sinh trong lập kế hoạch và hoạt động của mạng UMTS. Ban đầu các mục tiêu chính là xác định kích thước mạng lưới sau đó là giải quyết vấn đề đã xác định rất quan trọng. Căn cứ vào đó tạo ra khuôn khổ chung cho mạng UMTS, Trong phần dưới chúng ta sẽ phân tích các thủ tục để xác định cỡ mạng. Hình 3.1 Sơ đồ đánh giá kích cỡ mạng UMTS.[3]-[25] Input Networks Scale Traffic Profile Assumption UTRAN Dimensionning Lu-CS Lu-PS Lur Lub Channel Element CS-Dimensionning CS-Signaling CS-Traffic PS-Signaling PS-Traffic Output RNC Transmission Node B MSC Server MGW HLR SGSN GGSN CG BG DNS DHCP Firewall Router 28 3.1.1 Đối tượng để đánh giá kích cỡ mạng Nhưng nhân tố để đánh giá trước khi xây dựng mạng lưới: + Trị giá để đầu tư cho mạng UMTS: Kinh phí xây dựng và vận hành mạng. Trong đề tài chủ yếu đề cập đến vấn đề băng thông của đường link. Ví dụ như: Cùng công nghệ truyền dẫn, tốc độ cao, dung lượng lớn thì giá thành sẽ cao. + Chất lượng dịch vụ: Theo viện tiêu chuẩn châu âu ETSI và hiệp hội viễn thông quốc tế ITU khẳng định QOS theo [ITU93], Các nhóm làm việc IETF mạng cung cấp một định nghĩa cụ thể hơn nơi QoS được định nghĩa là các yêu cầu dịch vụ mà cần phải được đáp ứng bởi hệ thống mạng trong khi vận chuyển lưu lượng lưu thông [CNRS98]. Trong luận văn này, chất lượng hạn dịch vụ (QoS) là được sử dụng dựa vào định nghĩa thứ hai của IETF. các biện pháp QoS đều được xem xét cho mạng UMTS và đánh giá QoS dựa trên dòng dịch vụ dữ liệu và các biện pháp dựa trên năng lực mạng. Để dung hòa chất lượng dịch vụ người sử dụng không cảm nhận được độ trễ trong voice call, nát hình video call, gửi mail quá chậm, .. Với hiệu suất sử dụng mang. + QOS thích hợp với từng dịch vụ người dùng: QoS với người sử dụng có liên quan đến lưu lượng sử dụng cá nhân. Các thông số liên quan đến QoS như là đáp ứng chậm, trễ jitter, băng thông hẹp. Có thể sử dụng thuật toán điều khiển luồng để giảm độ trễ end to end. Chặn khi qua dung lượng hệ thống. Thời gian trễ được định nghĩa là tổng thời gian chuyển một tập tin (thời gian hoàn thành khi gói tin cuối cùng nhận được) hoặc một ứng dụng như giọng nói từ nguồn đến đích. Ngoài trễ dữ liệu còn có thời gian thiết lập và phát hành các kết nối thông tin, truyền đi truyền lại. Sự chậm trễ còn gây ra bởi định hình, kiểm soát tắc nghẽn của giao thức TCP hay chức năng mạng. + Sự vận hành của mạng: Để nâng cao khả năng vận hành mạng, phải phân loại dịch vụ truyền thông trên mạng. Tức là thay đổi độ trễ gói tin (End to end packet delay), tổn thất gói tin (Loss packet), đối với từng loại dịch vụ truyền trên mạng. Ví dụ: Đối với tín hiệu thoại cần phải truyền đảm bảo thời gian thực (độ trễ nhỏ hơn 250ms), nhưng có thể cho phép lỗi bit (Loss Packet). Nhưng đối với dịch vụ thư điện tử, web thì độ trễ cho phép lớn nhưng không cho phép truyền lỗi bit. + Phân tích lưu lượng thông tin: Để xác định cỡ mạng ước lượng chính xác lưu lượng được sử dụng tại giờ cao điểm. Bao gồm 3 yếu tố cơ bản: Phân loại lưu lượng, phân phối lưu lượng truy cập, đặc tính của đường truyền. + Topology mạng lưới: Có 4 kiểu topo mạng lưới 29 Hình 3.2: Các kiểu topo cơ bản trong mạng 3G Hình 3.3: Topo thực tế 30 + Điều khiển luồng: Để kiểm soát các luồng thông tin trên mạng để phân biệt đối xử với loại gói tin. + Năng lực xử lý của bộ phận điều khiển: Phân tích khả năng xử lý cước, lưu trữ thông tin thuê bao(VLR, HLR), … + Định tuyến và kỹ thuật điều khiển luồng: Để đạt được QoS cao hơn, dựa trên một cơ sở hạ tầng mạng cung cấp và một tình hình tải lưu lượng nhất định, một nhà cung cấp dịch vụ mạng có khả năng tốt hơn phân phối lưu lượng truy cập trong mạng bằng cách thực hiện định tuyến và kỹ thuật điều khiển lưu lượng. Với kỹ thuật điều khiển lưu lượng có thể là luồng lưu lượng là một hay hơn hai con đường giữa nguồn và đích đến. Cụ thể, một trong khái niệm cốt lõi của kỹ thuật điều khiển lưu lượng là định tuyến tối ưu hóa. Ý tưởng của định tuyến tối ưu hoá là tìm mô hình con đường thuận lợi mà có thể đạt được QoS tốt nhất cho một một số nhu cầu lưu lượng và tải lưu lượng. Việc áp dụng kỹ thuật định tuyến và điều khiển có ảnh hưởng đáng kể trên phân phối lưu lượng truy cập trong mạng, tức là kiểm soát của liên kết tải về tất cả các liên kết suốt mạng, và do đó tác động của nó trên các băng thông tổng thể cần phải được coi là cơ bản cho các bài tập năng lực trong quá trình xác định kích cỡ mạng.[6]- [45] 3.1.2 Xác định khung cho kích thước mạng Các phần trước đã định các mục tiêu liên quan đến xác định kích thước mạng UMTS, và phân tích các vấn đề quan trọng có liên quan mà cần phải được đặc biệt xem xét trong quá trình. Phần này đề xuất một khuôn khổ chung cho kích thước mạng UMTS và trình bày các thủ tục hoàn chỉnh cho việc đó là được sử dụng các bước cần thiết và yêu cầu đầu vào và đầu ra. Hình minh họa 3.4 khuôn khổ cho các xác định mạng UMTS. Mục đích của xác định trong bối cảnh của luận văn này là quyết định liên kết yêu cầu tối thiểu năng lực mà phải đáp ứng các yêu cầu QoS mong muốn. Như đã đề cập ở đầu chương này, mục tiêu xác định mạng là để giảm thiểu tổng số mạng trong khi chi phí tối đa hóa các QoS để đạt được một truy cập vô tuyến hiệu quả chi phí mạng. Trong luận án này, kích thước là đặc biệt tập trung vào giao diện Iu-b trong mạng UMTS. 31 Hình 3.4 Xác địch khung cho mạng UMTS Như trên hình 3.4 đã chỉ ra để xác địch kích thước hai loại đầu vào cho một đầu ra dữ liệu: + Traffic demand(lưu lượng đòi hỏi): Lưu lượng đòi hỏi thay thế yêu cầu lưu lượng trong mạng, Nó là trường hợp đặc biệt là tổng số lưu lượng cho phép , lưu lượng phân loại thông qua các ứng dụng và dịch vụ khác nhau như là việc phân phối lưu lượng đối nghịch với sự trộn hỗn độn lưu lượng trước đó với nhau. Lưu lượng đòi hỏi phải phân tích và phân loại để xử lý. Desired QoS Targets (Kết quả của QoS): QoS phải được yêu cầu khẳng định, được đáp ứng bởi mạng. Nó là đối tượng để việc xác định kích thước mạng đảm bảo. Bước 1: Kiểm tra dữ liệu đầu vào và các thông số. Nó bao gồm ba subtasks: phân tích: lưu thông, kiểm tra cấu hình mạng và xác định các chỉ tiêu QoS như các mục tiêu cho dimensioning. Đầu vào Lưu lượng yêu cầu: Phân loại lưu lượng(Dịch vụ/Ứng dụng) Tải lưu lượng Phân phối lưu lượng, trộn lưu lượng Mức QoS của đích Người sử dụng - QoS thích hợp Mạng – QoS thích hợp Quá trình định kích thước Đầu ra Giá trị mạng Quyết định tối thiểu các yêu cầu dung lượng cáp kết nối Cấu hình mạng Hình trạng mạng (Đơn, sao, cây…) Điều khiển lưu lượng (Bộ đệm, dạng, quy trình lập lịch) Nguồn điều khiển (CAC, BRA, Router…) Công nghệ truyền dẫn (ATM, IP) - Bit tiêu đề của giao thức - Kích thức đóng gói Quy hoạch QoS (Mức độ ưu tiên, Giao thức DiffServ, RTP…) 32 Bước 2: Chọn một phương pháp xác định thích hợp. Nó có thể là một mô phỏng phương pháp tiếp cận hoặc phân tích. Nếu sử dụng một phương pháp mô phỏng, một mô hình mô phỏng với chức năng mạng UMTS cần phải được thiết lập và xác minh. Lợi thế của mô phỏng phương pháp tiếp cận là nó có thể mô hình hành vi giao thức chi tiết, chức năng, lưu lượng mô hình, mạng topo vv, sẽ cho một kết quả khá chính xác. Tuy nhiên, nhược điểm chính của nó là nỗ lực cao thực hiện các mô hình mô phỏng và thực hiện mô phỏng. Phương pháp phân tích thường được ưa thích bất cứ khi nào nó được sẵn do nỗ lực thấp và thực hiện dễ dàng trong khi nó có thể đạt được một chấp nhận được chính xác về kết quả, mặc dù không phải tất cả các chi tiết có thể được mô hình và nhiều hơn nữa các giả định cần phải được thực hiện. Việc lựa chọn trong đó phân tích mô hình để sử dụng cho các dimensioning phụ thuộc vào lưu lượng truy cập được (ví dụ như lớp lưu lượng, lưu lượng hỗn hợp), mạng QoS yêu cầu cấu hình và mục tiêu. Bước 3: Bước này là để xử lý xác định với kích thước được chọn phương pháp. Kết quả của việc phân tích về lưu lượng, cấu hình mạng và QoS yêu cầu ở bước 1 được coi là chìa khóa cho các thông số kích thước áp dụng phương pháp. Một xem chi tiết về làm thế nào để lấy được năng lực liên kết yêu cầu tối thiểu cho lưu lượng được đưa ra trong hình 3.6. Nó là một quá trình lặp đi lặp lại. Kích thước bắt đầu liên kết với công suất ban đầu, và sau đó ước lượng QoS kết quả của nó cho cho nhu cầu lưu lượng và cấu hình mạng bằng cách sử dụng phương pháp kích thước được chọn. Các QoS ước tính được so sánh với yêu cầu QoS. Nếu khoảng cách của các ước tính QoS và các chỉ tiêu QoS là lớn hơn một ngưỡng hội tụ được xác định trước, liên kết năng lực cần phải được tăng lên nếu QoS ước tính xấu hơn các QoS được yêu cầu, hoặc giảm nếu QoS ước tính là tốt hơn so với yêu cầu QoS. Quá trình này lặp đi lặp lại tiếp tục cho đến khi đạt đến ngưỡng hội tụ, tức là QoS ước tính là gần các yêu cầu QoS. Kết quả của quá trình này lặp đi lặp lại là liên kết yêu cầu tối thiểu năng lực đáp ứng yêu cầu QoS của nhu cầu lưu lượng cho và mạng cấu hình. Nếu kích thước phân tích lựa chọn phương pháp tiếp cận quá trình này sẽ trở thành một số tính toán của các mô hình phân tích tương ứng. Những trình bày ở trên kích thước của khung và thủ tục xác địch được áp dụng trong luận án này cho kích thước của giao diện Iub UMTS. Để đánh giá chi phí hiệu quả của các kết quả kích thước, trong luận án sau số liệu được sử dụng. 33 s Hình 3.5: Tổng quan về các thủ tục xác định kích thước mạng Bước 1: Kiểm tra dữ liệu đầu vào Phân tích lưu lượng Kiểm tra cấu hình mạng Kiểm tra QoS để đảm bảo yêu cầu Bước 2: Chọn một quá trình định kích thước thích hợp (Mô phỏng hoặc phân tích kiểu mẫu) Bước 3: Quá trình định kích thước (Cơ bản dựa trên cơ sở định kích thước thích hợp đã được chọn) Đầu ra: Tối thiểu hóa dung lượng các đường kết nối cho lưu lượng đã được yêu cầu và QoS đã được yêu cầu Lưu lượng yêu cầu và tích chất quan hệ Cấu hình mạng và các tham số QoS yêu cầu 34 Hình 3.6: Sơ đồ các quá trình xử lý tối ưu hóa yêu cầu dung lượng kết nối Trong khuôn khổ của luận án này, chi phí QoS mạng và phục vụ như là các mục tiêu chính cho các quá trình xác địch: chi phí phải được giảm thiểu trong khi nhu cầu QoS được tối đa. Trong luận án này, chi phí mạng chỉ xem xét chi phí cho liên kết năng lực, và hai loại QoS được xem xét để xác định: QoS người sử dụng có liên quan với QoS mạng. Nó là mạnh liên quan đến một số các vấn đề quan trọng như nhu cầu lưu lơngj, mạng topo, kiểm soát lưu lượng và tài nguyên chức năng điều khiển cũng như định tuyến và áp dụng các kỹ thuật điều khiển luồng. Do đó những vấn đề này cần phải được đặc biệt xem xét trong quá trình xác định. Trong này luận án, xác địch một khuôn khổ chung và xác định thủ tục được đề xuất cho nhiệm vụ của mạng UMTS. Khác nhau việc xác định phương pháp tiếp cận có thể được áp dụng, đó là về cơ bản loại vào phương pháp tiếp cận mô phỏng phân tích và phương pháp tiếp cận phân tích. Cách tiếp cận mô phỏng dựa vào xây dựng mô hình mô phỏng và thực hiện mô phỏng, trong khi các phương pháp phân tích chủ yếu dựa vào xếp hàng lý thuyết. các mô hình Đặt một nhân tố dung lượng kết nối C0 Ước lượng QoS cho lưu lượng đua ra và toàn hệ thống mạng dưới dung lượng kết nối C, sử dụng kích thước thích hợp đã chọn |Ước lượng QoS – QoS yêu cầu| < e Lối ra: Dung lượng đường linh đề nghị |Ước lượng QoS tồi tệ hơn QoS yêu cầu? Tăng dung lượng kết nối ΔC Giảm dung lượng kết nối ΔC yes No yes No Ci=Ci-1+ ΔC Ci=Ci-1- ΔC 35 khác nhau xếp hàng có thể được sử dụng để mô hình dòng chảy hoặc cấp gói hành vi để ước tính người dùng hoặc mạng liên quan đến QoS rằng có thể đạt được theo công suất liên kết nhất định.[6]-[50] 3.2 Tổng quan về Soft Switch Khái niệm chuyển mạch mềm của các hãng viễn thông khác nhau nhưng cũng có những đặc tính chung nhât: - IN (intelligent network), softswitch là ý tưởng việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm, trong môi trường chuyển mạch. - 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 phần mềm có chức năng của mạng chuyển mạch thoại truyền thống, có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video... Và nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau. - Thực chất chuyển mạch mềm là phần mềm thực hiện chức năng xứ lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng truyền tải nhiều loại thông tin với các loại giao thức khác nhau: H.323, SIP, MGCP, MEGACO/H.248... là các giao thức cơ bản sử dụng trong chuyển mạch mềm và thường được sử dụng trên nền IP. Có hãng sử dụng phần mềm của riêng hãng. - Chức năng được phân tách của Softswitch được thể hiện dưới hình sau: Hình 3.7 Sơ đồ phân lớp chức năng của chuyển mạch mềm[5]-[90] Services Access and Transport Services Users Call Control Funtion Softswitch 36 - Topo mạng chuyển mạch mềm trong mạng 3G của huawei như sau: Hình 3.8: Topo mạng của chuyển mạch mềm[3]-[70] - Mô hình mẫu của hệ thống chuyển mạch mềm trong mạng 3G Huawei: 37 Hình 3.9 Sơ đồ bản mẫu chuyển mạch mềm với thành phần mạng cơ bản của hệ thống 3G theo thiết kế Huawei[3]-[75] Hình 3.10 Sơ đồ bản mẫu chuyển mạch mềm phân lớp của hệ thống 3G theo thiết kế Huawei.[3]-[80] 3.3 Các vấn đề cơ bản liên quan đến thiết kế mạng lưới 3.3.1 Thuê bao mạng 3G Do 3G đi lên từ 2G do đó trong thời kỳ đầu tiến lên 3G mạng 2G và 3G tồn tại song song. Thuê bao được 3GPP phân tích là: Tất cả các thuê bao loại 2G và 3G đều nằm trong HLR, VLR, SGSN; Các thuê bao thuộc HPLMN (Home Public Land Mobile Network) có thể roaming giữa 2G và 3G phủ bởi nhà mạng sử dụng một PLMN chung cho hai vùng phủ. Một thuê bao có thể truy cập 2G nhưng bị chặn 3G, có thể truy nhập 3G mà lại bị chặn 2G hoặc thuê bao có thể roaming giữa 2G và 3G tùy theo nhu cầu, trên một vùng phủ của nhà mạng tồn tại song song sóng 3G và 2G. Từ những giả thuyết trên ta tính được số lượng thuê bao cho phù hợp với mạng. Tính toán này thể hiện ở phần sau. 38 3.3.2 BHCA và tính toán đương lượng BHCA BHCA (busy hour call attempts) là đơn vị đo lưu lượng trong viễn thông sử dụng để ước lượng và dự đoán dung lượng cho mạng viễn thông. BHCA là số cuộc gọi thất bại trong giờ bận nhất của ngày (giờ cao điểm) và cao hơn BHCA sẽ làm cho bộ vi xử lý của mạng quá tải ngược với BHCA là BHCC là số cuộc gọi không bị từ chối còn gọi là dung lượng của mạng. Nếu mạng nghẽn cổ trai thì dung lượng sẽ nhỏ hơn BHCA hoặc nghẽn mạng cũng gây tình trạng tương tự. Tính toán đương lượng BHCA: Với cuộc gọi PSTN-2G trường hợp MS gọi tham chiếu xử lý cuộc gọi, tỉ lệ biến đổi của xử lý cuộc gọi thay đổi thông qua (Bao trùm cuộc gọi IN được biến đổi sang cuộc gọi thông thường. Được cập nhật xác định bao gồm quá trình xác thực và quá trình chấp nhận giá trị trung bình từ HLR): Bảng 3.1 Bảng đương lượng vi xử lý/ CAPS[5] CPU use ratio/CAPS Process Convet ratio 2G 3G Original Ratio 1 N1% Call-ordinary(2G-2G) Ratio 2 N2% Call-ordinary(3G-3G) Ratio 3 N3% Call-ordinary(2G-3G) Ratio 4 N4% Call-ordinary(3G-2G) Ratio 5 N5% Call-ordinary(2G-PSTN) Ratio 6 N6% Call-ordinary(3G-PSTN) Ratio 7 N7% Call-ordinary(PSTN-2G) Ratio 8 N7% Call-ordinary(PSTN-3G) Ratio 9 N9% 39 Nguyên lý tính toán BHCA - Công thức tính BHCA như sau: o VMSC BHCA = BHCA quá trình xử lý cuộc gọi + BHCA của quá trình khác. o BHCA của quá trình cuộc gọi = Tổng(Thời gian bận trong quá trình xử lý * Tỉ lệ chuyển đổi của quá trình xử lý đơn so với quy trình chuẩn) = Tổng (Thời gian giờ bận trong quy trình xử lý thuê bao thường * Tỉ lệ chuyển đổi của quá trình xử lý đơn so với quy trình chuẩn) + Tổng ((Thời gian giờ bận trong quy trình xử lý thuê bao IN * Tỉ lệ chuyển đổi của quá trình xử lý đơn so với quy trình chuẩn) = Tổng(Số lượng thuê bao thường * Trung bình lưu lượng giờ bận của mỗi thuê bao di động * (3600/ Trung bình thời gian cuộc gọi của thuê bao di động) * Tổng (Tỉ lệ phần trăm sử lý đơn * Tỉ lệ chuyển đổi quá trình xử lý đơn so với quá trình xử lý quy chuẩn)) + Số lượng thuê bao IN * Trung bình lưu lượng giờ bận của mỗi thuê bao di động * (3600/ Trung bình thời gian cuộc gọi của thuê bao di động) * Tỉ lệ phần trăm sử lý đơn * Tỉ lệ chuyển đổi quá trình xử lý đơn so với quá trình xử lý quy chuẩn) o BHCA của quá trình không phải cuộc gọi = Tổng(Giờ bận trong quá trình xử lý đơn * Tỉ lệ chuyển đổi quá trình xử lý đơn so với quá trình xử lý quy chuẩn) - Ví dụ: Tính BHCA + Tổng số thuê bao của một 2G VMSC: 400.000 + Lưu lượng thuê bao: 0.02 ERL + Tỉ lệ thuê bao IN: 50% + Lưu lượng thuê bao IN: 0.018 ERL + Thời gian gọi: 60 s + Tỉ lệ của cuộc gọi PSTN-MS: 20% + Tỉ lệ của cuộc gọi MS- PSTN: 30% + Tỉ lệ của cuộc gọi MS- MS: 50% + Số lần cập nhật vị trí trong giờ bận: 2 lần trên một thuê bao + Tin nhắn ngắn (SMS) trong giờ bận: 1 tin nhắn trên 1 thuê bao + Số lần Handover trên cuộc gọi: 0.2 40 - Giải: + BHCA của xử lý cuộc gọi (đợn vị K) = [200*0.02*3600/60*(0.2(PSTN- >MS)+ 0.3(MS->PSTN)*0.58+0.5(MS->MS)*1.16)] + [200*0.018*3600/ 60 * (0.2 (PSTN -> MS*1.45+0.3(MS->PSTN)*0.94+0.5(MS->MS)*1.92)] + BHCA của không xử lý cuộc gọi(đơn vị K) = 400*2*0.38 (cập nhật vị trí) + 400 * 1 * 0.33(SM)+200*0.02*3600/60*0.2*0.22(handover bình thường) +200 * 0.018 * 3600/ 60 * 0.2 * 0.22 (handover thông minh) + BHCA tổng = BHCA của xử lý cuộc gọi + BHCA của không xử lý cuộc gọi 3.3.3 Tổng Erlang Erlang (Erl): là đơn vị đo của lưu lượng (Traffic), được tính như sau: A = (n x t)/ T Trong đó: A là lưu lượng đo bằng Erl, n là số cuộc gọi, t là độ dài trung bình của mỗi cuộc gọi, T là thời gian đo (thường T=1h = 3600s) Từ Erl ta có thể biết được số phút gọi: số phút gọi = lưu lượng (Erl)*60 (phút) Để tính tổng Erl của toàn bộ mạng là rất phức tạp, ta tạm ví dụ tính lưu lượng trên một giao diện A cho BSC (từ BSC->MSC): Tổng lưu lượng (Erl) qua giao diện A = Tổng số thuê bao của MSC(k) * Trung bình lưu lượng thuê bao trên giờ bận (Erl). Nếu mà lưu lượng BSC không được biết nhưng tỉ lệ lưu lượng của BSC được biết ta sử dụng công thức sau: BSC traffic(Erl) = Tổng lưu lượng trên giao diện A(Erl)*Tỉ lệ của lưu lượng BSC [4] 3.3.4 Tính toán một số giao diện truyền dẫn + Tính toán giao diện Iu–CS Xác định kích thước của giao diện Iu-CS Chồng giao thức giao diện Iu-CS RNC MGW 41 Hình 3.11: Mô hình kết nối giao diện Iu-CS Bảng 3.2: Tốc độ dịch vụ trên giao diện Iu-CS Loại dịch vụ CS thoại CS dữ liệu Tốc độ bit của dịch vụ 12.2Kbps 64Kbps IUUP nhân tố sử dụng 88.57% 90.91% AAL2 nhân tố sử dụng 90.19% 91.67% ATM nhân tố sử dụng 90.6% 90.6% Tổng con của nhân tố sử dụng giao thức 72.37% 75.50% Tỉ lệ mở rộng 1.38 1.32 IUUP AAL2 ATM PHY Service Bit Rate Bit Rate under ATM Note: 1. Tổng con của nhân tố sử dụng giao thức = IUUP nhân tố sử dụng * AAL2 nhân tố sử dụng * ATM nhân tố sử dụng 2. Tỉ số mở rộng = 1 / Nhân tố sử dụng 42 Lưu lượng qua giao diện Iu-CS được tính: Hình 3.12 : Các loại lưu lượng truyền trên giao diện Iu-CS Hình 3.13: Tốc độ các loại lưu lượng truyền trên giao diện Iu-CS Thông lượng qua giao diện lu-CS Mặt điều khiển thông lượng Thông lượng sử dụng T_control plane T_cs data T_voice T_user plane/RNC = T_thoại + T_dữ liệu = (0.253 + 0.169*20%)50000 = 14.34 Mbps + 25 mEL (Tốc độ thoại 12.2kbps) + 2 mEL (CS tốc độ dữ liệu) + Nhân tố thoại tích cực = 60%(VAF) + Nhân tố dữ liệu tích cực = 100% + Số thuê bao/Số RNC = 50000 Lưu lượng thoại truyền thống = Thoại(Erl) * tốc độ bit thoại * VAF = 0.025 * 12.2 * 60*= 0.183 kbps Lưu lượng CS = Dữ liệu CS (Erl) * Tốc độ dịch vụ bit dữ liệu * nhân tố dữ liệu tích cực = 0.002 * 64 * 100% = 0.128kbps Lưu lượng thoại dưới giao thức ATM = Lưu lượng thoại * tỉ lệ mở rộng của thoại = 0.183 * 1.38 = 0.253 kbps Lưu lượng thoại dưới giao thức ATM = lưu lượng dữ liệu CS * tỉ lệ mở rộng của dữ liệu = 0.128 * 1.32 = 0.169 kbps Bit mào đầu giao thức Bit mào đầu giao thức Kết thúc 43 Nguyên lý tính: + Nếu mạng được tách riêng phần mạng IP (báo hiệu giữa máy chủ và MGW là M3UA), băng thông IP giữa máy chủ và MGW và băng thông báo hiệu ATM giữa MGW và RNC cần thiết được tính. Nếu mà Máy chủ được kết nối trực tiếp voiws RNC bởi đường ATM, chỉ có băng thông ATM giữa MGW và RNC cần thiết được tính. Nguyên lý tính cho cả hai trường hợp trên là: lấp đầy tất số byte thông tin của theo loại vi xử lý cho công thức, theo nguyên tắc theo sau. Băng thông báo hiệu trên giao diện Iu + Tổng băng thông của báo hiệu trên giao diện Iu (Mbit/s) = Tổng số lượng thuê bao MSC(k) * Σ(Lưu lượng thông điệp của số lượng vi xử lý đơn * Số lượng vi xử lý) * 8 /3600/ 1000 = Tổng số lượng thuê bao MSC * {[trung bình BHCA trên một thuê bao trong giờ bận * (tỉ lệ thuê bao gọi trong giờ hành chính * số lượng byte tin nhắn trong MO xư lý cuộc gọi + tỉ lệ thuê bao được gọi trong giờ hành chính * số lượng byte tin nhắn trong MT xử lý cuộc gọi)] + số lượng cập nhật vị trí của thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn việc vi xử lý cập nhật vị trí + số lượng IMSI tách ra trên mỗi thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn trong IMSI vi xử lý tách + số lượng vi xử lý MO SM + số lượng MT SM trên thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn trong MT SM + (số lượng của handover nội bộ thuê bao trong giờ bận + số lượng handover nội thuê bao trong giờ bận /2) * số lượng byte tin trong MO vi xử lý handover + số lượng byte tin trong vi xử lý MT handover)} * 8/3600 /1000 Băng thông báo hiệu trên giao diện Iu: + Băng thông báo hiệu tới RNC (Mbit/s) = Tỉ lệ của lưu lượng RNC * tổng số băng thông báo hiệu trên giao diện Iu (Mbit/s) + Tỉ lệ lưu lượng RNC = Lưu lượng RNC /(Tổng số thuê bao MSC(k) * lưu lương trung bình trên mỗi thuê bao) Báo hiệu PPS trên giao diện Iu (Từng phần mạng IP) + Tổng số gói báo hiệu trên giao diện Iu(PPS) = Tổng số thuê bao MSC(k) * Σ(số lượng gói tin trong vi xử lý đơn * số lượng vi xử lý)/3600/1000 = Tổng số lượng thuê bao MSC * {[trung bình BHCA trên một thuê bao trong giờ bận * (tỉ lệ thuê bao gọi trong giờ hành chính * số lượng gói tin trong MO xử lý cuộc gọi + tỉ lệ thuê bao được gọi trong giờ hành chính * số lượng gói tin trong MT xử lý cuộc gọi)] + số lượng cập 44 nhật vị trí của thuê bao trong giờ bận * số lượng gói tin được vi xử lý cập nhật vị trí + số lượng IMSI tách ra trên mỗi thuê bao trong giờ bận * số lượng gói tin trong IMSI vi xử lý tách + số lượng vi xử lý MO SM + số lượng MT SM trên thuê bao trong giờ bận * số lượng byte tin nhắn trong MT SM + (số lượng của handover nội bộ thuê bao trong giờ bận + số lượng handover nội thuê bao trong giờ bận /2) * số lượng gói tin trong MO vi xử lý handover + số lượng byte tin trong vi xử lý MT handover)} /3600 * 1000 Lưu lượng trên giao diện Iu + Tổng băng thông lưu lượng trên giao diện Iu = Băng thông dịch vụ thoại + dịch vụ dữ liệu + băng thông dịch vụ video = Tổng số thuê bao MSC(k) * [Lưu lượng thoại trung bình trên mỗi thuê bao trong giờ bận (ERL) * Băng thông ATM của dịch vụ thoại(kbit/s) + Lưu lượng dữ liệu trung bình trên mỗi thuê bao trong giờ bận (ERL) * Băng thông ATM của dịch dữ liệu(kbit/s) + tỉ lệ cuộc gọi thoại video * trung bình lưu lượng trên mỗi thuê bao video trong giờ bận (ERL) * băng thông ATM của dịch vụ cuộc gọi video(kbit/s) + Băng thông của lưu lượng tới RNC (Mbit/s) = tỉ lệ lưu lượng của RNC * tổng băng thông của lưu lượng trên giao diện Iu + Số lwowngjPVCs tới RNC = Roundup (Băng thông lưu lượng tới RNC(Mbit/s) /nhân tố dư thừa lưu lượng ATM/ băng thông PV của lưu lượng ATM) Đường kết nối của giao diện Mc MSC Server MGW 45 Hình 3.14: Giao thức xếp chồng giao diện Mc Hình 3.15: Kích thước giao diện MC- IP - cơ bản Dòng bit trên 1cuộc gọi=1929 byte Số lượng trên mỗi chuyển vùng=2090 byte + 25 mEL (thoại truyền thống) + 2 mEL (cuộc gọi video) + Tỉ lệ cuộc gọi video = 20% + Thời gian giữ cộc gọi = 60s + Lượng chuyển vùng/BH(intra MSC) =0.1 + Lượng chuyển vùng/BH(inter MSC) = 0.05 Lưu lượng thoại =0.025/60*1929*8= 6.43 bps Lưu lượng thoại hình = 0.002 * 20% /60*1929*8 = 0.103 bps Lưu lượng chuyển vùng = (0.1+0.05)*2090/3600*8 Thông lượng của MC /Thuê bao = 6.43 +01.03+0.695=7.23 bps 46 Đường kết nối của giao diện Nc Hình 3.16: Sơ đồ kết nối giao diện Nc MSC Server MGW Server 47 Hình 3.17: Giao diện NC – IP cơ bản Hình 3.18: Các chồng giao thức kết nối giữa các MSC[3]-[90] Dòng bit trên 1 cuộc gọi=660 byte + 25 mEL (thoại truyền thống) + 2 mEL (cuộc gọi video) + Tỉ lệ cuộc gọi video = 20% + Thời gian giữ cộc gọi = 60s + Lượng chuyển vùng/BH(intra MSC) =0.1 + Lượng chuyển vùng/BH(inter MSC) = 0.05 Lưu lượng thoại =0.025/60*660*8= 2.2 bps Lưu lượng thoại hình = 0.002 * 20% /60*660*8 = 0.35 bps Thông lượng của NC /Thuê bao = (2.2 +0.35)*0.5=1.27 bps 48 Nguyên lý tính: + Đâu tiên tính tổng băng thông và quan hệ PPS từ MSC hiện tại tới tất cả các MSC, và sau đó tính băng thông giữa 2 MSC với nhau bởi tỉ lệ lưu lwowngjtwf MSC hiện tại tới MSC khác. + Lưu lượng cuộc gọi giữa hai MSC + Nếu lưu lượng thuê bao được biết, tỉ lệ lưu lượng cuộc gọi giữa 2 MSC được lưu lượng từ MSC1 tới MSC hiện tại/ lưu lượng MSC1 tới tất cả MSC khác. + Nếu lưu lượng không được biết làm tương tự như tính giả định tỉ lệ của thuê bao giữa MSC được tương tự như tử lệ lưu lượng. + Tỉ lệ lưu lượng cuộc gọi giữa 2 MSC = Số thuê bao ở MSC hiện tại /Tổng số thuê bao ở MSC khác cùng với lưu lượng quan hệ với MSC1 3.3.5 Tổng quan về cách tính lưu lượng của VMSC Băng thông của báo hiệu từ VMSC tới các MSC khác (Mbit/s) = Tổng số thuê bao MSC(k) * (tỉ lệ cuộc gọi từ MSC hiện tại tới MSC khác của mạng khu vực trong giờ bận + tỉ lệ cuộc gọi từ MSC khác của mạng khu vực tới MSC hiện tại trong giờ bận) * Số lượng byte tin cực đại của cuộc gọi không trực tiếp * 8/ 3600/ 1000 Số lượng gói tin báo hiệu từ VMSC tới MSC khác (PPS) Số lượng gói tin báo hiệu từ MSC tới MSC khác(PPS) = tổng số thuê bao MSC(k) * (tỉ lệ cuộc gọi từ MSC hiện tại tới MSC khác của mạng khu vực trong giờ bận + tỉ lệ cuộc gọi từ MSC của mạng khu vực trong giờ bận tới MSC hiện tại trong giờ bận) * tổng số gói tin MSU của 2 chiều gọi/ 3600 * 1000 3.3.6 Tổng quan về cách tính lưu lượng của GMSC + Băng thông của báo hiệu từ GMSC tới các MSC khác(Mbit/s) = GMSC BHCA(k) * Cực đại số byte tin với cuộc không trực tiếp *8/ 3600/100 + Số lượng gói báo hiệu từ GMSC tới MSC khác(PPS) = GMSC BHCA(k) * tổng số gói tin MSU cuộc gọi 2 chiều/ 3600*1000 Xác định giao diện Nb MGW MGW 49 Hình 3.19: Chồng giao thức chuyển đổi giao diện Nb kết nối các MSC[3]-[100] Bảng 3.3: Tốc độ các loại dịch vụ Loại dịch vụ Tốc độ bít trên Ethernet (kbps) ARM-12.2kbps(20ms/gói) 40.4 3G-324M-64kbps(5ms/gói) 195.2 Tính toán băng thông VoIP của giao diện FE (Fast Ethernet) Truyền thông dựa trên cổng FE NBUP RTP UDP IP Ethernet 4 byte 12 byte 8 byte 20 byte 26 byte Erl thoại /Thuê bao * Tỉ lệ thức của thông lượng thoại Nb * Số lượng thuê bao * 40.4 Thông lượng đầu ra của giao diện Nb Erl thoại video /Thuê bao * Tỉ lệ thức của thông lượng thoại video Nb * Số thuê bao video * 195.2 50 Thông tin của G.711, G.729 và AMR Bảng 3.3 thông tin về các chuẩn nén Loại mã Thời gian để đóng 1 gói tin Số bít cho một gói Tốc độ bit thoại G.711 20 ms 160 byte 64 kbps G.729 20 ms 20 byte 8 kbps ARM 12.2 20 ms 31 byte 12.2 kbps Tính toán băng thông dựa trên giao diện FE G.711: (160 + 4 + 26 + 20 + 8 + 12) * 8/0.02 = 92.00 kbps G.729: (20 + 4 + 26 + 20 + 8 + 12) * 8/0.02 = 36.00 kbps AMR12.2 (31 + 4 + 26 + 20 + 8 + 12) * 8/0.02 = 40.40 kbps Nếu bao gồm cùng VAD khoảng 50% băng thông sẽ được tiết kiệm Ví dụ: Trung bình mỗi user 0.025erl, 10k thuê bao cần băng thông cùng với VAD: 0.025 * 10000 * 20.2kbps = 5.05 M Tính toán băng thông VoIP của giao diện POS Truyền thông dựa trên cổng POS NBUP RTP UDP IP PPP 4 byte 12 byte 8 byte 20 byte 9 byte Bảng 3.4: Thông tin của G.711, G.729 và AMR Loại mã Thời gian để đóng 1 gói tin Số bít cho một gói Tốc độ bit thoại G.711 20 ms 160 byte 64 kbps G.729 20 ms 20 byte 8 kbps ARM 12.2 20 ms 31 byte 12.2 kbps Tính toán băng thông dựa trên giao diện FE G.711: (160 + 4 + 12 + 20 + 8 + 9) * 8/0.02 = 85.20 kbps G.729: (20 + 4 + 12 + 20 + 8 + 9) * 8/0.02 = 29.20 kbps AMR12.2 (31 + 4 + 12 + 20 + 8 + 9) * 8/0.02 = 33.60 kbps Nếu bao gồm cùng VAD khoảng 50% băng thông sẽ được tiết kiệm Bảng 3.5: Các tham số đầu vào căn bản 51 Nguyên lý tính toán: + Chúng ta tính tất cả các lưu lượng trên giao tiếp Nb bởi từng loại lưu lượng, và sau đó tính tổng băng thông trên giao tiếp Nb bằng lưu lượng và cùng với tỉ lệ loại kênh mang và các kiểu mã hóa. Cuối cùng ta băng thông trên giao diện Nb giữa MGW bởi tỉ lệ lưu lượng giữa MGW. + Tỉ lệ lưu lượng MGW có thể được chấp nhận hai thông tin liên quan: - Sử dụng tỉ lệ lưu lượng giữa những cặp MGW nếu có được - Sử dụng lưu lượng giữa những cặp MGW Lưu lượng có thể sử dụng trực tiếp cho việc tính toán băng thông Ví dụ: Nguyên lý tính + Tỉ lệ lưu lượng từ MGW1 tới MGWx cho tính toán băng thông là: - Tỉ lệ lưu lượng từ MGW tới MGWx = lưu lượng từ MGW1 tới MGWx/ Tổng lưu lượng của MGW1 trên giao diện Nb + Nếu lưu lượng và tỉ lệ lưu lượng không có, nhưng số lượng thuê bao MGW được biết, chúng ta có thể làm giả định tương tự và sử dụng tỉ lệ thuê bao MGW như tỉ lệ lưu lượng. - Tỉ lệ của lưu lượng từ MGW1 tới MGWx = Số thuê bao của MGWx/ tổng số thuê bao MGWx và MGW1 nhân với giao diện Nb giữa hai MGW. Tổng quan về cách tính băng thông dịch vụ của VMGW - Dịch vụ VMGW bao gồm voice, data và video call (chỉ hỗ trợ cho thuê bao 3G). Đầu tiên tính toán lưu lượng cho mỗi dịch vụ trên giao tiếp Nb. 52 - Lưu lượng của dịch vụ thoại trên giao diện Nb = Số lượng thuê bao MGW * lưu lượng thuê bao voice trong giờ bận(erl) * tỉ lệ lưu lượng trên giao diện Nb tới MGW. - Lưu lượng của dịch vụ dữ liệu trên Nb = Số lượng thuê bao MGW * tỉ lệ thuê bao dữ liệu * Lưu lượng dữ liệu của thuê bao trong giờ bận(erl) * tỉ lệ của lưu lượng MGW trên giao diện Nb. - Lưu lượng của dịch vụ video call trên Nb = Số lượng thuê bao MGW * tỉ lệ thuê bao video call * Lưu lượng video call của thuê bao trong giờ bận(erl) * tỉ lệ của lưu lượng MGW trên giao diện Nb. - Băng thông trên trên giao diện Nb cho thuê bao 2G(Mbit/s) = [lưu lượng của dịch vụ thoại trên giao diện Nb * đợn vị dịch vụ kênh thoại (kbit/s) + lưu lượng của dịch vụ dữ liệu trên giao diện Nb * tỉ lệ kênh đơn vị của dịch vụ dữ liệu]/ nhân tố dư thừa băng thông/ 1000. Băng thông trên giao diện Nb cho 3G (Mbit/s) = [lưu lượng dịch vụ voice trên Nb* tỉ lệ đơn vị kênh dịch vụ voice + lưu lượng dịch vụ data trên Nb* tỉ lệ đơn vị kênh dịch vụ data + lưu lượng dịch vụ video call trên Nb* tỉ lệ đơn vị kênh dịch vụ video call]/ nhân tố dư thừa băng thông/ 1000. + Đối với 2G hoặc 3G MGW, tổng băng thông trên giao diện Nb là băng thông trên giao diện Nb cho 2G hoặc 3G. + Đối với 2G/3G tích hợp MGW, băng thông trên giao diện Nb là tổng của băng thông trên giao diện Nb cho 2Gvà 3G. + Băng thông từ MGW1 tới MGWx = Tổng băng thông MGW trên giao diện Nb * tỉ lệ của lưu lượng từ MGW1 tới MGWx. Cách tính băng thông của của GMGW + Dịch vụ video và dữ liệu không tồn tại trên GMGW + Lưu lượng voice trên giao diện Nb = số lượng GMGW E1 * 31 * Nhân tố dư thừa băng thông IP * tỉ lệ lưu lượng IP. + Tổng băng thông GMGW trên Nb (Mbit/s) = lưu lượng dịch vụ voice trên giao diện Nb * tỉ lệ của dịch vụ kênh voice/ nhân tố dư thừa băng thông/ 1000. Băng thông từ GMGW tới GMGWx = Tổng băng thông GMGW trên giao tiếp NB * tỉ lệ lưu lượng từ GMGW tới GMGWx. 53 Khảo sát giao diện E Lưu lượng tin trên giao diện E – cơ bản TDM Hình 3.20: Phân tích lưu lượng trên giao diện E Đánh giá giao diện G Giao diện G – TDM cơ bản Bảng 3.21 Giao diện G MSC server MSC MSC server MSC server Số bit trên mỗi SMS MO=100 byte Số bit trên mỗi SMS MT=154 byte BHCA của MO SMS = 0.2 BHCA của MT SMS = 0.2 Lưu lượng MO SMS = 0.2 * 100/3600*8 = 0.044 Lưu lượng MO SMS = 0.2 * 154/3600*8 = 0.068 Thông lượng đầu vào/ Thuê bao = 0.044+ 0.068 = 0.112 bps + 25 mErl (thoại truyền thống) + Tỉ lệ đến mạng di động khác=0.5 + Thời gian giữ cuộc gọi=60s Báo hiệu ISUP trên giao diện G/ Thêu bao = 0.025/60*568*8*0.5=0.95bps Số bit cho mỗi cuộc gọi trên giao diện G 54 Cơ bản về giao diện CAP Mô hình giao thức CAP Hình 3.22: Sơ đồ kết nối chồng giao thức của giao diện CAP[4]-[43] Mô tả giao diện CAP – TDM cơ bản Hình 3.23: Mô tả giao diện CAP Tổng quan về giao diện C/D MSC server SCP MSC server HLR + 25mErl (Cuộc gọi thoại truyền thống) + 2 mErl (Cuộc gọi video) + Tỉ lệ thoại video = 20% + Thời gian giữ cuộc gọi = 60s + Tỉ lệ tra trước = 50% Lưu lượng thoại truyền thống = 0.025/60*568*8 =1.89 bps Lưu lượng thoại video =0.002*20%/60*568*8 =0.03 bps Băng thông CAP/thuê bao = (1.89+0.03)*50%=0.96bps Số bít cho cuộc gọi 55 Mô hình giao thức C/D Hình 3.24: Chồng giao thức kết nối giữa HLR và MSC server[4]-[48] Mô tả giao diện C/D Hình 3.25: Mô tả giao diện C/D +25mErl (Thoại truyền thống) +2mErl (Thoại video) +Tỉ lệ thoại video=20% +Thời gian giữ cuộc gọi=60s +BHCA xác thực=0.40 +BHCA cập nhật=0.40 +Tỉ lệ cuộc gọi MT=55% Lưu lượng giao diện C Lưu lượng giao diện D Bit xác thực=259 bytes Bit cập nhật vị trí=296.5 Bit trên cuộc gọi MT Lưu lượng MT =(0.025+0.002*20%)/60*261*8* 55%=0.49bps Lưu lượng xác thực =0.4*259/3600*8= 0.23 Lưu lượng cập nhật vị trí 0.4*296.8/3600*8=0.26bps Thông lượng C/D/ thuê bao =0.49+0.23+0.26=0.98 bps 56 Nguyên lý tính toán: + Giao tiếp thiết bị MSOFTX3000 của Huawei và HLR luôn được cung cấp bởi VMSC hoặc GMSC. Nên xác địch cả hai phương pháp. Cách tính băng thông VMSC(Băng thông của báo hiệu từ VMSC tới HLR) + Tính toán sử dụng số đơn vị byte gói tin của giao thức mang (M2UA, M3UA và TDM). Công thức được tính bên dưới: + VMSC tới HLR băng thông báo hiệu (Mbps) = tổng số thuê bao MSC(k) * [(1- tỉ lệ của thuê bao IN) * số lần cập nhật vị trí gửi tới HLR trên mỗi thuê bao trong giờ bận + số lần routing yêu cầu gửi tới HLR của thuê bao trong giờ bận * số byte yêu cầu routing bởi thuê bao IN + Số lần yêu cầu xác thực trên mỗi thuê bao trong giờ bận* số byte của tin nhắn xác thực + Số thông tin xóa xác thực vị trí trên mỗi thuê bao trong giờ bận * số lượng byte xác địch vị trí đã được xóa] * 8/ 3600/ 1000 Băng thông của PPS từ VMSC đến HLR + Tham số này được tính chỉ cho vận chuyển IP (M2UA và M3UA). Được tính như sau: + Số lượng gói tin (PPS) từ VMSC tới HLR = tổng số thuê bao MSC(k) * [(1- tỉ lệ của thuê bao IN) * số lần cập nhật vị trí gửi tới HLR trên mỗi thuê bao trong giờ bận(BH/SUB) * số gói MSU yêu cầu cập nhật vị trí tới HLR+ số lần routing yêu cầu gửi tới HLR của thuê bao trong giờ bận * số gói yêu cầu routing) + Tỉ lệ thuê bao IN * (số lần yêu cầu cập nhật vị trí yêu cầu gửi tới HLR trong giờ bận * số gói của yêu cầu cập nhật vị trí gửi bới thuê bao IN trong giờ bận tới HLR + Số gói yêu cầu routing được gửi bởi thuê bao IN trong giờ bận) + số yêu cầu cho xác thực thuê bao trong giờ bận * số gói xác thực + số lượng cập nhật vị trí được xóa của mỗi thuê bao trong giờ bận * số gói được xóa cập nhật vị trí]/ 3600 * 1000 Phân tích lưu lượng trên GSMC + Chỉ xử lý yêu cầu định tuyến tồn tại giữa GSMC và HLR, và xử lý công việc khi thuê bao PSTN/PLMN gọi tới thuê bao trong mạng nội bộ. Chỉ cần tính tổng GMSC BHCA bởi số lượng số lượng GMSC E1 và khoảng giữa trong thời gian gọi. Tính bởi công thức sau: + GMSC BHCA(k) = số E1 của GMSC * 31 * 0.8 * 3600/ khoảng giữa trong thời gian gọi/ 1000 Băng thông của báo hiệu từ GMSC tới HLR 57 + Băng thông báo hiệu từ GMSC tới HLR (Mbps) = GMSC BHCA (k) * tỉ số của PSTN/PLMN tới cuộc gọi mạng nội bộ * [(1- tỉ lệ thuê bao IN) * số lượng byte yêu cầu định tuyến + tỉ lệ thuê bao IN * số lượng byte yêu cầu định tuyến cho thuê bao IN] * 8/ 3600/ 1000 Báo hiệu PPS từ GMSC tới HLR + Gói tin GMSC tới HLR (PPS) = GMSC BHCA (k) * tỉ lệ PSTN/PLMN tới cuộc gọi mạng nội bộ(3G đang xét) * [(1 – tỉ lệ thuê bao IN) * số gói yêu cầu định tuyến (MSU packages) + tỉ lệ thuê bao IN * số lượng đóng gói yêu cầu định tuyến cho thuê bao IN]/ 3600 * 1000 Tổng quan về giao diện Lg Hình 3.26: Mô tả giao diện Lg MSC server GMLC BHCA của MT-LSC=0.1 BHCA của MO-LCS-0.2 Số bit trên MT-LCS=204bit Số bit trên MO-LCS=196bit Lưu lượng MT-LCS = 0.1*204/3600*8 = 0.045 bps Lưu lượng MO-LCS = 0.2*196/3600*8 = 0.087 bps Thông lượng Lg =0.045 + 0.087=0.132 bps 58 Tổng quan giao diện Gs Phân tích thông tin trên GS Hình 3.27: Mô tả thông tin trên giao diện Gs Bảng 3.6: Thông tin gói tin giao diện Gs Thủ tục báo hiệu GS Dạng lưu lượng (Trans per ATT. SUB/BH) Độ dài bản tin (Bytes) Bytes/BH/Sub. Gắn sẵn GPRS 0.525 62 32.55 Bên trong SGSN gắn sẵn cập nhật vùng định tuyến 0.07 62 4.34 Trang CS 0.32 128 40.96 Thông tin MM 0.075 90 6.75 Thông tin MS 0.075 90 6.67 Cảnh báo Non-GPRS 0.075 80 6 Tổng (Byte) 97.35 Thông lượng qua giao diện GS (kbps) 169.01 3.3.7 Tính toán số lượng kết nối Cần thảo luận ba vấn đề: Tính số link IP, TDM, ATM Tính toán số link IP: + Link IP bao gồm H248, M2UA, M3UA, và BICC. Các link này không được chỉ rõ phwong thức tính toán giống nhau. + Số lượng link IP báo hiệu = Roundup (số lượng gói báo hiệu (pps)/ số gói MCU xử lý bởi link băng rộng trên giây,0) MSC server SGSN Thông lượng giao diện Gs Hệ thống được tích hợp GPRS Trong SGSN gồm RAU Thông tin MN Thông tin MS Cảnh báo Non- GPRS Mặt CS 59 + Link H248, M2UA, và BICC/SCTP có 2n vấn đề và tính toán số link được giới thiệu số link. M3UA link cũng có 2n vấn đề và được giới thiệu số lượng link của M3UA là: + Giới thiệu số lượng M3AU link = POWER {2, ROUNDUP [LOG (số lượng link báo hiệu IP, 2), 0)]} Tính toán số lượng link TDM + Số lượng link TDM được tính toán cho phép nếu sử dung TDM để mang thông tin + Số link TDM 64K = ROUNDUP(băng thông tín hiệu TDM(Mbps) * 1000/64/ nhân tố tín hiệu dư thừa TDM) + Số lượng link TDM cũng có 2n vấn đề. Giới thiệu link TDM 64K: + Giới thiệu số link TDM 64K = POWER{2, ROUNDUP[LOG (số lượng TDM 64 link, 2), 0)]} + Số lượng link TDM 2M = ROUNDUP(băng thông TDM (Mbps)* 1000/64/31/nhân tố dư thừa tín hiệu TDM) + Giới thiệu số lượng link TDM 2M = POWER {2, ROUNDUP [LOG(số lượng link TDM 2M, 2), 0)]} Tính toán số lượng link ATM + Số lượng link ATM được tính toán cho phép sử dụng ATM để truyền dẫn + Số link ATM = ROUNDUP(băng thông ATM(Mbps)/Nhân tố sư thừa trong báo hiệu ATM/băng thông PVC) + Số lượng link ATM có 2n vấn đề. Giới thiệu về số lượng link ATM: + Giới thiệu về số link ATM = POWER{2, ROUNDUP[LOG(số lượng link tín hiệu ATM, 2), 0)]} + Số lượng link tín hiệu PVC được bằng với số lượng link ATM. 60 Chương 4- BÀI TOÁN CỤ THỂ Tính toán số luồng, số card cần có trong mạng core. 4.1 Ví dụ: Đánh giá thiết bị MSOFT3000 VMSC WCCU/WCSU không có dịch vụ sử dụng CPU là: x% Mỗi WBSG PPS xử lý tối đa: 2500 PPS Cuộc gọi PSTN->MS chiếm CPU/CAPS giá trị: y% Bảng 4.1: Chuyển đổi tỉ lệ BHCA xử lý VMSC CCU/CSU Loại Tỉ lệ chuyển CPU/CAPS MS-MS 1.4 A1% MS-PSTN 0.73 A2% Gốc PSTN-MS 1 A3% PPS-PPS 2 A4% PPS-PSTN 1.1 A5% IN PSTN-PPS 1.37 A6% LOC 0.33 A7% MS 0.26 A8% Khác HO 0.4 A9% WBSG POST Bảng 4.2: Thông tin gói tin trong giao diện IP Bản tin IP Tối đa PPS/BSG Tỉ lệ chuyển đổi M3UA 2500 C M2UA 2000 1.25 H248 1250 2.00 BICC 2500 1.00 MTP3B 2500 1.00 61 Cho ví dụ số thuê bao là 500000 Hình dạng mạng: Hình 4.1: Topo mạng Giao diện sử dụng M2UA, MAP và CAP sử dụng đường truyền TDM. BICC sử dung đường truyền IP Bảng 4.3: Cấu hình VMSC Bản mạch Số lượng(đôi) WCCU 36 WVDB 6 WBSG 6 WIFM 1 Bảng 4.4:Thông tin lưu lượng Tên Giá trị Tham số cơ bản Tần số với người dùng thường 50% BHCA trung binh của thuê bao bình thường 1.2 Số lượng SMS/BH/SUB(MO) 0.4 Số lượng SMS/BH/SUB(MT) 0.6 Số lượng Handover/BH/SUB(intra MSC) 1.2 Số lượng Handover/BH/SUB(inter MSC) 0.08 Cập nhật vị trí/BH/SUB 1.7 Cập nhật vị trí/BH/SUB(To HLR) 0.3 62 IMSI (BH/SUB) 0.15 PSTN/PLMN/Other MSC -> tỉ lệ MS 20% PSTN/PLMN/tỉ lệ Other MSC 30% MS MS tỉ lệ (intra MSC) 40% Tham số IN user Tỉ lệ của IN users 50% BHCA trung bình của user thông minh 1.08 Tính toán, ước lượng các tham số: + Tính BHCA cho mỗi thuê bao: - Mỗi thuê bao bình thường xử dụng BHCA xử lý cuộc gọi cơ bản = 1.2 (Ordinary sub BHCA) * 0.5 (Ordinary sub Proportion) * [0.25 (PSTN- >MS) * 1.0 + 0.35 (MS->PSTN) * 0.73(Convert ratio to PSTN->MS) + 0.4(MSMS) = 1.2 * 0.5 * [0.25 + 0.255 + 0.56] = 0.639 - Mỗi thuê bao IN xử dụng BHCA xử lý cuộc gọi cơ bản = 1.08 (IN sub BHCA) * 0.5 (IN sub proportion) * [(0.25(PSTN->MS) * 1.37 + 0.35 (MS->PSTN) * 1.1 + 0.4 (MSMS) *2] = 1,08 * 0.5 * [0.3425 + 0.385 + 0.8] = 0.825 - BHCA cơ bản cho mỗi thuê bao = 0.639 (Each Ordinary sub standard call process BHCA) + 0.825 (Each IN sub standard call process BHCA) + (1.7 + 0.3) * 0.33 (Location Update) + (0.4 + 0.6) * 0.26 (Short Message) + (0.12 + 0.08) * 0.4(Handover) = 0.639 + 0.825 + 0.66 + 0.26 + 0.096 = 2.48 + Đương lượng PPS cho mỗi thuê bao (Giao diện A chỉ ra giao diện báo hiệu trên M2UA; Mc (UMGServer) là BICC/IP). - Lưu lượng PPS trên giao diện A cần thiết cho mỗi thuê bao = Σ(time ò single process BH * Number of Message need in process)/3600 = [2 (Iu) * 4 + 0.15 (IMSI Detach) * 3 + (1.2 (Ordinary sub BHCA) * 0.5 + 1.08 (IN sub BHCA) * 0.5) * 9 + 0.2 (handover) * 3 + 1 (sms) * 5]/3600 63 = 24.025/ 3600 = 0.00667 - Lưu lượng PPS trên giao diện BICC (Nc) cần thiết cho mỗi thuê bao = [(1.2 * 0.5 + 1.08 * 0.5) * 60% *6 + (0.08 (inter MSC handover) * 6)]/3600 = 1.164/ 3600 = 0.00127 - Lưu lượng PPS trên giao diện Mc cần thiết cho mỗi thuê bao = [(1.2 * 0.5 + 1.08 * 0.5) * 12 + 0.2 * 12] / 3600 = [13.68 + 2.4]/ 3600 = 16.08/ 3600 = 0.00447 - Tổng lưu lượng PPS cần thiết trên mỗi thuê bao = (0.00667 * 1.25(M2UA convert Ratio) + 0.00127 * 1 (BICC) + 0.00447 * 2 (H.238)) = 0.0185475 + Tải của môi module WCCU/WCSU = x% (giả xử = 0) + 2.48 (pps for each) * 500000 (subs) * y% / 36(module No) / 3600 = 33.7% Chú ý: X% = 0 là tải khi không có dịch vụ. 4.2 Vẽ biểu đồ tải của mối Module WCCU/WCSU khi số thuê bao thay đổi: Quá tải khí WCCU/WCSU>0.65 Bảng 4.5: Số thuê bao trên modul tả WCCU/WCSU Thuê bao WCCU/WCSU 100000 0.0674 200000 0.1348 300000 0.2022 400000 0.2696 500000 0.337 600000 0.4044 700000 0.4718 800000 0.5392 900000 0.6066 1000000 0.674 1100000 0.7414 1200000 0.8088 1300000 0.8762 1400000 0.9436 1500000 1 64 Hình 4.2: Biểu đồ Từ biểu đồ trên khi số thuê bao vượt qua giá trị 500000 ta phải cắm thêm card module xử lý WCCU/WCSU. 4.3 WBSG Số lượng card WBSG = Roundup(0.0185475*500000/2500) +1 =5 Vậy số card WBSG ít nhất là 5. 4.4 WVDB Subs(k)/ (WVDB(Cặp card 1 cho backup, 1 online)*200k) < 80% là thỏa mãn. Bảng 4.6: Số thuê bao và tải WVDB Số thuê bao(k) Tải WVDB (%) 200 6.25 400 12.5 600 18.75 800 25 1000 31.25 1200 37.5 1400 43.75 1600 50 1800 56.25 2000 62.5 2200 68.75 2400 75 2600 81.25 2800 87.5 3000 93.75 3200 100 Vậy số thuê bao tăng lên 2500 phải nâng cấp WVDB. WVDB=16 mỗi module có 16 cặp card. 65 4.5 MSRN HON Số lượng MSRN = Roundup ((50% * 1.2 + 50%(IN proportion) * 1.08) * Subs * 65%(Called proportion)/ 3600*7) Với Subs = 500000 thuê bao =721 Số lượng Handover = Roundup (Subs * 0.08(time of handover BH)/ 3600*7 mean time)) Với Subs = 500000 thuê bao = 78 => MH number = 721+78 = 799 chưa cần mở rộng thêm. 4.6 Ước lượng số link kết nối Bảng 4.7: Tổng băng thông xử lý của thiết bị MSOFTXR003 Loại kết nối Loại dịch vụ Miêu tả Sự vận hành bộ đếm (PPS) Dung lượng xử lý cho một liên kết đơn (PPS) (reference for 8 link) M3UA SCTP\M3UA \ISUP M3UA with ISUP, BSG process M3UA capability 1450 (receive) + 1450 (send) 200 (receive) + 200 (send) M2UA SCTP\M2UA \MTP3\SCCP \BSSAP M2UA with MTP3, BSG process M2UA\MTP3 capability 1300 (Receive) + 1300 (send) 150 (receive) + 150 (send) H248 SCTP\H248 BSG with H248 process capability 800 (receive) + 800 (send) 100 (receive) + 100 (send) BICC SCTP\BICC BICC over SCTP process capability 2250 (receive) + 2250 (send) 300 (receive) + 300 (send) 66 Giao tiếp BH với PPS - PPS với giao diện A Bảng 4.8: Bảng giao diện PPS BH Tất cả dịch vụ Thời gian dịch vụ BH Số lượng gửi bản tin Số lượng nhận bản tin Gửi PPS Nhận PPS Quá trình cập nhật vị trí 1.5 2 2 1.5*2*100000/ 3600=84 1.5*2*100000/ 3600=84 Quá trình gỡ A IMSI 0.15 2 2 0.15*2*1000 00/3600=8.4 0.15*2*1000 00/3600=8.4 Quá trình xử lý cuộc gọi đi 0.75 8 7 0.75*8*1000 00/3600=167 0.75*7*1000 00/3600=146 Quá trình nhận cuộc gọi 0.75 8 6 0.75*8*1000 00/3600=167 0.75*6*1000 00/3600=125 Một xuất phát chuyển vùng 0.16 2 2 0.16*2*100 000/3600=9 0.16*2*100 000/3600=9 Một kết thúc chuyển vùng 0.16 1 3 0.16*1*100 000/3600=5 0.16*3*100 000/3600=14 Một xuất phát gủi bản tin 0.2 4 4 0.2*5*100000 /3600=23 0.2*5*100000 /3600=23 Một nhân được bản tin 0.36 4 4 0.36*5*100000 /3600=40 0.36*5*100000 /3600=40 Tổng PPS 504 450 67 - Giao diện MC Bảng 4.9 Bảng giao diện Mc Tất cả quá trình xử lý Thời gian của dịch vụ BH Số lượng bản tin được gửi Số lượng bản tin nhận được Gủi PPS Nhận PPS Quá trình 1.5 6 6 1.5*6*1000 00/3600=250 1.5*6*1000 00/3600=250 Quá trình chuyển vùng 0.16 6 6 0.16*6*1000 00/3600=27 1.5*6*1000 00/3600=27 Tổng PPS 277 277 Tất cả quá trình xử lý Thời gian của dịch vụ BH Số lượng bản tin được gửi Số lượng bản tin nhận được Gủi PPS Nhận PPS Quá trình xử lý cuộc gọi 1.5 2 4 1.5*2*1000 00/3600=84 1.5*4*1000 00/3600=167 Tổng PPS 84 167 Tính bản mạch WBSG: Cần bao nhiêu đường link Số link M2U -> kiểm tra số link MTP3, cho nó là 64; Cấp phát tới 2BSG, nó có nghĩa là 32 -> mỗi BSG board nhận/gửi PPS=int(504/2 +1)=252PPS;->M2UA link cho mỗi board cần là =INT(252/150+1)=3 (giá trị này phải là 2n)=4 Số link H248: mỗi BSG cần H248 link=INT(277/100+1)=3 Số link BICC trên mỗi BSG = INT(167/300+1)=1; tối thiểu phải bằng 2 vì cấu hình chạy Balance->=2. 68 KẾT LUẬN Như đã nêu trong luận văn, hiện nay một trong thể loại thông tin di động đang phát triển nhanh nhất là thông tin di động tế bào. Nhu cầu sử dụng hệ thống này không chỉ tăng về số lượng mà cả về thể loại thông tin. Nhiều giải pháp kỹ thuật và công nghệ đã được nghiên cứu và áp dụng vào mạng. Các thế hệ mạng di động tế bào nối tiếp nhau ra đời. Mạng thông tin di động thế hệ ba và các thế hệ sau trong đó có hệ thống 3GPP WCDMA sẽ giải quyết được những mâu thuẫn giữa việc tăng dung lượng và chất lượng dịch vụ cũng như giá thành. Thế hệ 3 đòi hỏi rất nhiều dịch vụ như thoại và dữ liệu, video nên chúng ta cần phải tính toán kỹ các giao diện để tránh tắc nghẽn mạng core. Đề tài nêu bật lên được cách phân tích tính toán định kích thức cho mạng di động thê hệ 3. Phân tích định kích thước mạng sao cho phù hợp với từng giai đoạn. Nêu một số cách tính một số giao diện cơ bản trong mạng core. Thế hệ tiếp theo 4G (LTE, WIMAX) dự đoán sẽ có tốc độ cao hơn nhiều để có thể truyền video HD. Vậy mạng core sẽ cần tính toán phức tạp và chuẩn hơn nữa. Vì lúc đó tốc độ trong mạng core sẽ lên rất cao. Do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo. Một lần nữa tác giả xin được cảm ơn sự quan tâm gúp đỡ của các thầy, các bạn đã giúp đỡ tận tình trong quá trình thực hiện luận văn. Hà nội 05/2010 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2003), Giáo trình thông tin di động, Nhà xuất bản Bưu Điện, Hà Nội. 2. Nguyễn Thành Phúc (2003), Công nghệ IP đối với thương mại di động, Nhà xuất bản Bưu Điện, Hà Nội. Tiếng Anh 3. Avandced networks planning and dimensioning trainning slide of Huawei technologes 2007 4. Training catalogue of Siemens, 2007-2007 5. Training catalogue of Acatel-Lucent, 2009 6. Dimensioning of LTE Network Description of Models and Tool, Coverage and Capacity Estimation of 3GPP Long Term Evolution radio interface, Au: Paolo Zanier, February, 2009