TỔNG QUAN VỀ UMTS VÀ UTRAN
Giới thiệu chung
Thế hệ di động thứ 3 (3G) là công nghệ truyền thông tiên tiến cho phép truyền tải cả dữ liệu thoại và không thoại như dữ liệu, email, tin nhắn và hình ảnh Mạng 3G nổi bật với tốc độ dữ liệu cao và hiệu quả sử dụng phổ tần được cải thiện Các chuẩn công nghệ di động 3G, chủ yếu dựa trên CDMA, bao gồm UMTS (sử dụng cả FDD và TDD), CDMA 2000 và TD-SCDMA.
UMTS, hay còn gọi là 3GSM, là công nghệ 3G sử dụng kỹ thuật đa truy cập WCDMA và được chuẩn hoá bởi 3GPP Đây là lựa chọn phổ biến của hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để nâng cấp lên 3G, với tốc độ dữ liệu tối đa đạt tới 1920Kbps (gần 2Mbps).
Số lượng mạng thương mại trên toàn thế giới đang gia tăng nhanh chóng, do đó, các nhà điều hành mạng và nhà cung cấp thiết bị cần nắm vững quy trình xử lý và phân tích tín hiệu trong UMTS để quản lý mạng hiệu quả, phát hiện lỗi và xử lý sự cố Giao diện vô tuyến của UMTS dựa trên công nghệ W-CDMA, với các đặc tính kỹ thuật của HSPA, sử dụng các kênh có độ rộng 5MHz được xác định rõ trong UMTS rel 99 và rel 4 HSPA đã được giới thiệu trong các phiên bản này.
5 (đường xuống) và rel 6 (đường lên) mang tới tốc độ bit lớn hơn đáng kể và cải thiện được các ứng dụng chuyển mạch gói.
Kiến trúc hệ thống UMTS
Hình 1.1: Kiến trúc cùa UMTS đon gián
Mạng UMTS bao gồm 3 phần chính:
• Phần trạm di động (Mobile Station-MS) hay Thiết bị người dùng (UE).
• Phần truy nhập vô tuyến (UMTS - UTRAN).
• Phần mạng lõi (Core Network - CN).
Trạm di động (MS) / Thiết bị người dùng (UE)
Thiết bị người dùng (UE) trong UMTS được thiết kế dưới dạng module, hoạt động như một trạm di động, thực hiện chức năng giao tiếp giữa người sử dụng và hệ thống UE bao gồm hai thành phần chính.
• Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) là thẻ thông minh lưu trữ thông tin nhận dạng của thuê bao, thực hiện các thuật toán xác thực và bảo quản khóa nhận thực cần thiết Điểm khác biệt lớn nhất giữa USIM và SIM trong GSM là khả năng tải xuống, truy cập qua môi trường vô tuyến và có thể thay đổi bởi mạng USIM là mạch điện tích hợp toàn cầu với dung lượng lớn hơn so với SIM.
UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến.
- Các đặc tính chính của UTRAN:
Hỗ trợ UTRAN và các chức năng liên quan là rất quan trọng, đặc biệt trong việc thiết kế hệ thống Yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm, cho phép một đầu cuối kết nối qua hai hoặc nhiều ô tích cực, cùng với các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của WCDMA, đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa hiệu suất mạng.
Để đảm bảo tính đồng nhất trong việc xử lý dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, cần sử dụng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất Việc này sẽ giúp kết nối UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng thông qua cùng một giao diện.
• lõi.Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết
• Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.
- Các thành phần chính trong mạng UTRAN:
Trong UTRAN, có hai thành phần chính là RNC và Node B UTRAN được tổ chức thành các miền RNS (Radio Network Subsystem), mỗi miền bao gồm một RNC và các Node B mà RNC đó quản lý Mỗi Node B có khả năng quản lý một hoặc nhiều cell, đảm bảo kết nối mạng hiệu quả.
Các phần tử mạng như MSC, SGSN và HLR có khả năng mở rộng theo yêu cầu của UMTS, tuy nhiên, RNC và NodeB cần được thiết kế mới RNC đảm nhiệm vai trò thay thế cho BSC, trong khi NodeB thay thế cho BTS.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC
Thành phần biên trong UTRAN là RNC (Radio Network Controler) Một điều khác hơn trong BSS là các RNC có thể kết nối với nhau qua giao diện Iur.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC là phần tử chuyển mạch và điều khiển của UTRAN RNC nằm giữa hai giao diên IuB và Iu.
RNC trong UMTS tương đương với BSC của GSM nhưng sở hữu nhiều tính năng vượt trội hơn Nó bao gồm giao diện Iur để kết nối giữa các RNC, hỗ trợ chuyển vùng mềm, một chức năng không có ở BSC Quản lý tính năng di động (MM) được chuyển từ mạng lõi sang RNC, khác với cấu trúc của GSM RNC đảm nhiệm việc kiểm soát và đảm bảo độ tin cậy của tài nguyên vô tuyến, với các chức năng cơ bản như chấp nhận cuộc gọi, quản trị kênh mang vô tuyến, điều khiển công suất, kiểm soát tắc nghẽn và quản lý vận hành (O&M).
Cấu trúc RNC được thể hiện như hình vẽ:
RNC (Radio Network Controller) là thành phần quan trọng trong mạng UTRAN, có nhiệm vụ quản lý và điều khiển các tài nguyên vô tuyến Nó thiết lập giao diện với mạng lõi (CN) và kết nối thông qua giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến.
RRC, giao thức này định nghĩ các bản tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN, nó đóng vai trò như BSC.
Quản lý tài nguyên vô tuyến UTRAN bao gồm một loạt các thuật toán nhằm duy trì sự ổn định của đường truyền vô tuyến và chất lượng dịch vụ (QoS) kết nối vô tuyến Việc chia sẻ và quản lý tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả là yếu tố then chốt trong quá trình này.
Điều khiển UTRAN bao gồm các chức năng thiết lập, duy trì và giải phóng kênh mạng vô tuyến, được hỗ trợ bởi thuật toán RRM.
RNC điều khiển nút B, kết nối giao diện Iub với nút B, đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý tải và tắc nghẽn cho các ô mà nó phụ trách.
Khi kết nối MS - UTRAN, nhiều tài nguyên từ nhiều RNC sẽ được sử dụng, trong đó các RNC tham gia sẽ đảm nhận hai vai trò khác nhau: RNC phục vụ và RNC trôi.
Controllỉng RNC (CRNC) là quá trình điều khiển, cấu hình và quản lý RNS, đồng thời trao đổi thông tin với NBAP CRNC cũng đảm nhiệm việc quản lý tất cả các tài nguyên vật lý của mọi node B kết nối qua giao diện Iub.
• Drỉft RNC (DRNC): nhận các UE được kết nối đến qua thủ tục handover từ
SRNC của RNS khác Tuy nhiên RRC (Radio Resource Control protocol) vẫn kết cuối trên SRNC DRNC chỉ trao đổi thông tin định tuyến giữa SRNC và
UE DRNC dùng RNSAP để trao đổi với SRNC qua giao diện lur, CRNC dùng NBAP trao đổi với các tế bào qua Iub.
RNC (Servỉng RNC - SRNC) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển tính năng di động của người dùng trong miền UTRAN, đồng thời là điểm kết nối đến CN Khi RNC thiết lập kết nối RRC với một UE, nó sẽ trở thành SRNC của UE đó SRNC sử dụng giao thức RRC để trao đổi thông tin với UE qua các giao diện lub và Uu, và nếu cần thiết, có thể thông qua lur và lub ngoại được điều khiển bởi DRNC.
Node B
Mỗi node B có thể quản lý một hoặc nhiều cell.
Node B là thành phần quan trọng trong mạng di động, cung cấp kết nối vô tuyến vật lý giữa thiết bị người dùng (UE) và mạng Nó đóng vai trò trung gian, chuyển đổi tín hiệu từ môi trường vô tuyến sang hữu tuyến Node B thực hiện việc biến đổi dữ liệu đến và đi qua giao diện vô tuyến Uu, bao gồm sửa lỗi hướng phát (FEC), đảm bảo tương thích tốc độ, trải phổ W-WCDA và áp dụng điều chế QPSK.
Node B bao gồm các thành phần chính như bộ khuếch đại thu vô tuyến ngoài trời (OA - RA), thiết bị điều khiển giám sát cho bộ khuếch đại thu (OA - RA - SC), bộ khuếch đại công suất phát và thiết bị điều chế cũng như giải điều chế (MDE).
Nút B có chức năng chính trong việc xử lý L1 của giao diện vô tuyến, bao gồm mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ và trải phổ Ngoài ra, nó còn tham gia vào việc khai thác và quản lý tài nguyên vô tuyến, đặc biệt là điều khiển công suất vòng trong.
Hình 1.4: Cấu hình chức năng của node B
Nhiệm vụ của node B tương tự như BTS:
Điều khiển công suất là quá trình điều chỉnh công suất vòng nội bộ thông qua việc đo SIR và so sánh với giá trị mặc định, nhằm đưa ra yêu cầu thay đổi công suất phát của UE.
Báo cáo kết quả đo cho RNC liên quan đến việc phân tập vi mô, trong đó các tín hiệu từ nhiều góc của anten được tổng hợp thành một chuỗi dữ liệu duy nhất trước khi gửi đến RNC Điều này cho phép UE kết nối với nhiều hơn một góc của anten, tạo điều kiện cho việc thực hiện chuyển giao mềm (Softer HO).
Mạng lõi
- Mạng lõi gồm các thành phần sau:
HLR, hay còn gọi là thanh ghi định vị thường trú, lưu giữ thông tin quan trọng về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Nó bao gồm các thông tin như dịch vụ được phép, vùng không được chuyển mạng, và các dịch vụ bổ sung, chẳng hạn như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi và số lần chuyển hướng cuộc gọi.
MSC/VLR là tổng đài chuyển mạch kênh (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) hỗ trợ dịch vụ cho người dùng thiết bị di động (UE) tại vị trí của họ MSC thực hiện các giao dịch chuyển mạch kênh, trong khi VLR lưu trữ thông tin lý lịch của người dùng và vị trí chính xác của UE trong hệ thống.
• GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
• SGSN (Serving GPRS): Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
• GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
- Các mạng ngoài: Bao gồm mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói.
• Mạng CS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
• Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Kiến trúc giao thức UTRAN
1.8.1 Các giao thức cơ bản
• Các giao diện UTRAN gồm tập các lớp theo chiều nằm ngang và chiều thẳng đứng Có 5 khối giao thức cơ bản được thể hiện.
• Các kênh mang báo hiệu: truyền tải báo hiệu lớp cao và các thông tin điều khiển Chúng được thiết lập bởi các hoạt động O&M.
Các kênh mang dữ liệu là các giao thức khung thiết yếu cho việc truyền tải dữ liệu người dùng, trong khi mặt bằng điều khiển của mạng truyền tải đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập chúng.
• Các giao thức ứng dụng được dùng để thực hiện điều khiển và báo hiệu trong UTRAN như thiết lập kênh mang trong lớp mạng vô tuyến.
Chuỗi dữ liệu là quá trình truyền tải dữ liệu người dùng một cách minh bạch giữa các phần tử mạng Dữ liệu này bao gồm thông tin cá nhân của thuê bao và các thông tin quản lý tính năng di động được trao đổi trực tiếp giữa MSC và UE.
ALCAP (Access Link Control Application Part) là phần ứng dụng điều khiển đường truy nhập trong mạng truyền tải, có chức năng thiết lập, duy trì và giải phóng kênh mang dữ liệu Mặt bằng TN - CP xuất hiện tại các giao diện Iu - CS, lur và lub Đối với các giao diện không có báo hiệu ALCAP, kênh mang dữ liệu sẽ được cấu hình trước.
1.8.2 Kiến trủc giao thức mạng UMTS
Hình 1.5: Kiến trúc giao thức mạng UMTS
- Cấu trúc này dựa trên nguyên tắc: Các lớp giao thức và các mặt phẳng (mặt điều khiển và mặt dịch vụ) độc lập với nhau về mặt logic.
- Kiến trúc mạng UMTS được chia thành 3 lớp:
Lớp truyền tải (Transport Network Layer) bao gồm các chức năng và giao thức năng, kết hợp với các giao thức của lớp vật lý và lớp truyền tải Chức năng này cung cấp tài nguyên cho AAL2, cho phép thực hiện truyền thông hiệu quả giữa UTRAN và CN.
Lớp mạng vô tuyến (Radio Network Layer) bao gồm các chức năng và giao thức cần thiết để quản lý giao diện vô tuyến, đồng thời đảm bảo truyền thông hiệu quả giữa hai thành phần UTRAN và UE.
• Lớp mạng hệ thống (System Network Layer): Các giao thức NAS cho phép truyền thông giữa CN và UE.
- Mỗi lớp lại được chia thành các mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng:
Mặt phẳng điều khiển (Control plane) chịu trách nhiệm truyền tải thông tin báo hiệu điều khiển trong hệ thống UMTS Nó bao gồm tất cả các báo hiệu điều khiển đặc thù, như giao thức ứng dụng và lớp mạng báo hiệu, nhằm truyền tải các bản tin giao thức ứng dụng Giao thức ứng dụng được sử dụng để thiết lập các kênh mang tới thiết bị người dùng (UE), chẳng hạn như kênh mang truy nhập vô tuyến trên IU và kết nối vô tuyến trên Iur và Iub.
Mặt phẳng người dùng (User plane) chịu trách nhiệm truyền tải lưu lượng dữ liệu của người sử dụng, bao gồm thông tin thoại được mã hóa trong các cuộc gọi và các gói dữ liệu trong kết nối Internet Mặt dịch vụ bao gồm các luồng dữ liệu và các kênh mang dữ liệu, với mỗi luồng dữ liệu được mô tả bởi một hoặc nhiều giao thức khung đặc thù cho giao diện tương ứng.
Bảo mật UMTS
Sau khi trải nghiệm GSM, những người sáng tạo 3GPP muốn cải thiện các khía cạnh bảo mật cho UMTS.
Ví dụ: UMTS giải quyết vấn đề BTS giả “Man-in-the-Middle” bằng cách giới thiệu một chức năng bảo toàn tín hiệu.
Các tính năng bảo mật quan trọng nhất trong bảo mật truy cập của UMTS là:
• Sử dụng danh tính tạm thời (TMSI, P-TMSI).
• Xác thực lẫn nhau của người dùng và mạng.
• Mã hóa mạng truy cập vô tuyến.
• Bảo vệ tính bảo toàn của tín hiệu bên trong UTRAN.
1.9.1 Kiến trủc bảo mật UMTS
Dựa trên Hình 1.6, bài viết sẽ trình bày thứ tự các giao dịch trong một kết nối, tiếp theo sẽ đề cập đến Xác thực và Kiểm soát Bảo mật, cùng với việc giải thích các chức năng bảo mật tổng thể cho kết nối.
Kiến trúc bảo mật 3G, như được trình bày trong 3GPP 33.102, bao gồm một loạt các tính năng và cải tiến bảo mật, được xây dựng dựa trên ba nguyên tắc bảo mật cơ bản.
RRC Connection Setup lub Bearer Establishment Transaction reasoning Authentication and Security Control
IU-CS/-PS Bearer Establishment
End-to-end connection lu-CSAPS Bearer Retease lub Bearer Release
1.9.2 Xác thực và Thỏa thuận khóa (AKA)
Xác thực được cung cấp để đảm bảo danh tính được xác nhận giữa người dùng và mạng Nó được chia thành hai phần:
• Xác thực người dùng đối với mạng.
Xác thực mạng cho người dùng là một tính năng mới trong UMTS, được thực hiện thông qua xác thực một lần nhằm giảm thiểu số lượng tin nhắn trao đổi Sau quá trình này, người dùng sẽ yên tâm rằng họ đang kết nối với mạng đáng tin cậy, trong khi mạng cũng xác nhận thông tin của người dùng là chính xác Xác thực đóng vai trò quan trọng trong các cơ chế bảo mật khác, bao gồm tính bảo mật và tính toàn vẹn của thông tin.
Hình 1.7 Kiến trúc bảo mật UMTS
Hình 1.8 Tổng quan về giao diện UMTS và kiến trúc miền
Khả năng bảo toàn đảm bảo rằng nội dung của thông điệp báo hiệu giữa người dùng và mạng không bị thao túng, ngay cả khi không được bảo mật Điều này được thực hiện thông qua việc tạo ra các “tem” riêng lẻ từ người dùng và mạng, được thêm vào các thông điệp báo hiệu Các tem này được tạo dựa trên khóa bí mật K, lưu trữ trong USIM và AuC Ở cấp độ truyền tải, tính toàn vẹn được kiểm tra bằng tổng kiểm tra CRC, tuy nhiên, các biện pháp này chỉ đảm bảo giao tiếp không có lỗi bit và không tương đương với tính toàn vẹn ở cấp độ truyền tải.
Bảo mật thông tin là yếu tố quan trọng để ngăn chặn sự truy cập trái phép từ các bên không mong muốn Việc này được thực hiện thông qua việc sử dụng danh tính tạm thời (TMSI/P-TMSI) thay vì danh tính toàn cầu (IMSI) và thiết lập kết nối an toàn giữa thiết bị người dùng (USIM) và RNC Tính bảo mật giữa người đăng ký và VLR/SGSN là rất quan trọng; nếu nhà mạng không đảm bảo an toàn cho dữ liệu người dùng, thuê bao sẽ được thông báo và có quyền từ chối kết nối.
Các phần được bảo mật là:
• Thông tin người đăng kí.
• Vị trí hiện tại của người đăng ký.
• Dữ liệu người dùng (thoại và dữ liệu).
THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG UTRAN UMTS
Các giao diện vô tuyến của UMTS
Các giao diện của mạng truy nhập UMTS - UTRAN được trình bày ở hình sau:
• Giao diện Cu: Là giao diện giữa USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chung cho các thẻ thông minh.
Giao diện Uu là giao diện quan trọng nhất của UMTS, cho phép UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống.
Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN, cho phép các nhà khai thác linh hoạt trang bị UTRAN và CN từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.
• Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm từ các RNC của các nhà sản xuất khác nhau.
• Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một node B tới một RNC.
Các chồng giao thức của giao diện Uu và Iub trên mặt bằng điều khiển được trình bày ở hình sau:
NBAP (Node B Application Part) là giao thức giữa RNC và nút B, cho phép cấu hình, quản lý và thiết lập các kênh qua các giao thức Iub và Uu.
Báo hiệu giao diện Iub NBAP gồm hai phần tử chính:
Hình 2.1: Các giao diện UTRAN
■ Thiết lập đoạn nối vô tuyến RL (Radio Link) đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng.
■ Xử lý các kênh RACH/FACH và PCH.
■ Khởi xướng và báo cáo đo đạc đặc thù ô hoặc nút B.
■ Bổ sung, giải phóng và lập cấu hình lại các đoạn nối vô tuyến.
■ Xử lý các kênh riêng và dung chung.
■ Xử lý kết hợp chuyển giao.
Chế độ truyền dẫn dị bộ trong UMTS được áp dụng cho tất cả các giao diện Iu, với lớp vật lý sử dụng SDH qua sợi quang Đơn vị nhỏ nhất của ATM là cell, được truyền qua một kênh ảo, trong khi nhiều kênh ảo có thể hoạt động trên một đường truyền ảo.
Một ô ATM chứa hai tham số địa chỉ: Số nhận dạng đường dẫn ảo (VPI) và
Số nhận dạng kênh ảo (VCI); xác định loại trọng tải; ưu tiên mất ô; và một tiêu đề kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC).
Lớp thích ứng ATM là cần thiết để truyền dẫn các giao thức cao hơn qua mạng ATM, bao gồm các phân lớp thích ứng Những lớp này bao gồm một phần thích ứng chung và một phần thích ứng dành riêng cho dịch vụ cụ thể.
AAL được chỉ định bởi bốn lớp khác nhau về tốc độ bit, phương pháp đồng bộ hóa và kiểu kết nối là:
■ A: Constant Bit Rate Service (CBR)
■ B: Unspecified Bit Rate Service (UBR)
■ C: Available Bit Rate Service (ABR)
■ D: Variable Bit Rate Service (VBR)
Mỗi AAL (Adaptation Layer) sở hữu một cấu trúc khung độc đáo, bao gồm tất cả các tham số cần thiết để đáp ứng nhu cầu truyền thông Trong mỗi khung AAL, có một trường dữ liệu đặc biệt để chứa và truyền tải thông điệp AAL-SDU, hoặc các phân đoạn của thông điệp từ giao thức cao hơn.
- UPFP (User Plane Framing Protocol)
Giao thức đóng khung mặt bằng người dùng được áp dụng trên các giao diện LUR và LUB nhằm khung hóa các kênh hỗ trợ giữa các SRNC và nút B.
- SSCOP (Service Specific Connection Oriented Protocol)
Cơ chế thiết lập và giải phóng các kết nối, trao đổi thông tin báo hiệu tin cậy giữa các thực thể báo hiệu SSCOP có:
• Tính toàn vẹn của chuỗi.
• Sửa lỗi bằng cách truyền lại có chọn lọc.
• Báo cáo lỗi cho quản lý lớp.
• Truy xuất dữ liệu cục bộ.
• Chuyển dữ liệu người dùng.
• Phát hiện và phục hồi lỗi giao thức.
- MAC (Medium Access Control Protocol)
Giao thức điều khiển truy cập đường truyền đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc quản lý truy cập vào lớp vật lý Nó cho phép ánh xạ các kênh logic và các lớp cao hơn vào các kênh truyền tải và các lớp thấp hơn, đảm bảo sự liên kết và hiệu quả trong việc truyền tải dữ liệu.
- RLC (Radio Link Control Protocol)
Giao thức điều khiển liên kết vô tuyến cung cấp dịch vụ vận chuyển cho các lớp cao hơn, được gọi là dịch vụ tải vô tuyến Chế độ làm việc của giao thức này bao gồm ba loại: transparent, acknowledged và unacknowledged.
- SSCF (Service Specific Coordination Function)
Chức năng phối hợp các dịch vụ cụ thể không phải là một giao thức, mà là một chức năng phối hợp nội bộ, giúp điều chỉnh thông tin đến và đi giữa các lớp cao hơn một cách linh hoạt.
SSCF cung cấp các chức năng ánh xạ sau:
• Ánh xạ các bản gốc từ Lớp 3 đến các tín hiệu của SSCOP.
• Ánh xạ địa chỉ đích (Mã điểm báo hiệu, SPC) tới kết nối SSCOP.
Do khái niệm mô-đun này, SSCOP có thể hoạt động với nhiều giao thức lớp cao hơn khác nhau.
Giao thức chuyển đổi truyền tải báo hiệu không sử dụng các bản tin riêng lẻ mà thay vào đó chuyển đổi các bản tin từ nút thấp lên lớp cao hơn với các tham số cần thiết Các chức năng bổ sung của giao thức này cũng rất quan trọng.
• Cung cấp giá trị OPC, DPC và SIO.
• UMTS: Chỉ thị dịch vụ (một phần của SIO) = 12 (AAL2-L3).
- RRC (Radio Resource Control Protocol)
Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến là một phần của lớp 3 trong giao diện vô tuyến UMTS, hoạt động chủ yếu trong mặt bằng điều khiển Nó đảm nhận việc truyền tải thông tin tới NAS và quản lý cấu hình giao diện vô tuyến UMTS ở lớp 1 và 2.
Giao thức AAL2 lớp 3 là giao thức báo hiệu lớp truyền tải, chịu trách nhiệm cài đặt và giải phóng các kênh mang Nó cung cấp khả năng thiết lập, giải phóng và duy trì các kết nối điểm-điểm hiệu quả.
AAL2 trên một loạt các ATM VCC mang liên kết AAL2 Giao thức báo hiệu
AAL2 cũng cung cấp các chức năng bảo trì liên quan đến báo hiệu AAL2.
Quản lý di động là thuật ngữ chỉ các chức năng di động do PLMN cung cấp, giúp theo dõi thiết bị di động trong quá trình di chuyển qua mạng và đảm bảo kết nối luôn được duy trì.
Các chức năng của MM:
• Thủ tục MM để thiết lập và giải phóng kết nối.
• Chuyển thông báo lớp con CM.
• Thủ tục MM chung cho các chức năng bảo mật, ví dụ: quy trình Xác thực.
• Thủ tục MM riêng cho các chức năng vị trí như: cập nhật vị trí định kỳ hoặc thủ tục đính kèm IMSI.
• UE được xác định bởi IMSI hoặc TMSI.
Quản lý phiên là giao thức thiết yếu giữa UE và SGSN, cho phép tạo, sửa đổi, theo dõi và kết thúc các phiên với sự tham gia của nhiều thành phần, bao gồm cả đa phương tiện và cuộc gọi internet.
Các chức năng của SM:
• Đối tác với giao thức CS CC, nghĩa là giao thức SM được sử dụng để thiết lập và giải phóng các phiên dữ liệu gói.
• SM thủ tục để thiết lập và phát hành một hoặc nhiều PDP Contexts.
• Các khung cảnh PDP được xử lý trong UE và GGSN.
• SGSN đại diện cho IWF.
- CC (Call Control) Điều khiển cuộc gọi bao gồm một số thủ tục cơ bản cho điều khiển di động. Các chức năng của CC:
• CC thiết lập và giải phóng các kết nối CC giữa UE và CN.
• Kích hoạt giải mã thoại / đa phương tiện.
- PDCP (Packet Data Convergence Protocol)
Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub
Giao diện Iub đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa RNC và node B Thông qua Iub, RNC thực hiện nhiều tác vụ như quản lý tài nguyên vô tuyến, thêm hoặc loại bỏ các tế bào khỏi node B, cũng như hỗ trợ các kiểu truyền thông khác nhau và các liên kết điều khiển.
Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục giữa giao diện Abis/GMS và Iub, giảm thiểu số lượng tùy chọn chức năng giữa RNC và node B Nó không chỉ điều khiển các ô và quản lý liên kết vô tuyến mà còn hỗ trợ các chức năng O&M của node B Hơn nữa, Iub cho phép chuyển mạch giữa các kiểu kênh khác nhau để duy trì kết nối hiệu quả.
Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio Network Controller) là quá trình chuyển giao chức năng SRNC và các nguồn tài nguyên liên quan tới Iu từ một RNC này sang một RNC khác.
• Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): Bao gồm thiết lập, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhập vô tuyến.
• Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô tuyến tới mạng lõi CN.
Giải phóng tài nguyên kết nối Iu là quá trình gửi yêu cầu tới mạng lõi CN để giải phóng toàn bộ tài nguyên liên quan đến kết nối Iu Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng và đảm bảo rằng các tài nguyên được sử dụng hiệu quả.
Quản lý tài nguyên truyền tải Iub bao gồm nhiều nhiệm vụ quan trọng như quản lý liên kết Iub, cấu hình ô và đo hiệu năng mạng vô tuyến Ngoài ra, việc quản lý sự kiện tài nguyên, kênh truyền tải chung và tài nguyên vô tuyến cũng rất cần thiết Cuối cùng, sắp xếp cấu hình mạng vô tuyến là một phần không thể thiếu trong quá trình này.
• Quản lý thông tin hệ thống và lưu lượng các kênh chung: Điều khiển chấp nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu.
Quản lý lưu lượng của các kênh cố định bao gồm việc giám sát và quản lý các liên kết vô tuyến, thực hiện chỉ định và giải tỏa kênh, cũng như báo cáo thông tin đo kiểm Ngoài ra, việc quản lý kênh truyền tải dành riêng và truyền dữ liệu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất mạng.
• Quản lý lưu lượng các kênh chia sẻ: Chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu.
Quản lý đồng bộ và định thời là yếu tố quan trọng trong việc đồng bộ hóa kênh truyền tải, khung và các node B với RNC Để hiểu rõ hơn về chức năng xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub, chúng ta cần xem xét một quy trình thực hiện cuộc gọi cụ thể.
- Bước 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio
Resource Controller) được gửi từ UE tới RNC.
Để thiết lập một kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel), cần cung cấp nguồn tài nguyên vô tuyến nhằm mang các kênh điều khiển logic DCCH (Dedicated Control Channel) Các kênh DCCH này được sử dụng để truyền tải các bản tin của RRC và NAS (Non - Access Stratum).
Khi DCH và DCCH không khả dụng, việc thiết lập kết nối cho RRC sẽ được thực hiện thông qua các bản tin báo hiệu được truyền qua RACH (Random Access Channel) hướng đi.
Hình 2.9: Thủ tục trao đôi thông tin báo hiệu qua lub o Call Connectan Retana ŨCCH > 01CH n^imHtđo ùr* Detetan
FACH (Forward Access Channel) hướng về.
Bước 4: Thủ tục mã hóa và nhận thực từ mạng được yêu cầu nhằm kiểm tra lần thứ hai sự nhận dạng của UE, đồng thời thực hiện việc chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần thiết.
- Bước 5: Thiết lập cuộc gọi thoại bắt đầu bởi bản tin SETUP trong lớp
MM/SM/CC Bản tin Setup gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tới RNC tới miền mạng chuyển mạch kênh.
- Bước 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại.
• Các giá trị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhập vô tuyến RAB.
• RAB gán thủ tục tương thích với thiết lập kênh mang trong mạng SS7.
• RAB cung cấp một kênh cho thoại gói giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị chuyển mạch trong vùng mạng chuyển mạch kênh.
- Bước 7: Tái cấu hình liên kết vô tuyến cung cấp nguồn tài nguyên để thiết lập kênh mang vô tuyến trong bước tiếp theo.
Bước 8: Ngoài việc thống nhất các tham số trong quy trình gán RAB, một kênh vô tuyến mới đã được thiết lập nhằm truyền tải các kênh lưu lượng dành riêng cho DTCH Khi sử dụng mã AMR để mã hóa thoại, sẽ có ba kênh DTCH được thiết lập, bao gồm Lớp A.
Bước 9: Sau khi RRC được giải phóng và không còn dịch vụ nào hoạt động, cuộc gọi thoại sẽ được giải phóng Cả hai kênh điều khiển và lưu lượng đều được giải phóng, và RNC sẽ giải phóng tài nguyên vô tuyến đã bị khóa cho cả hai kênh để phục vụ cho các cuộc gọi khác.
Thủ tục cuộc gọi UMTS
- Chuyển mạch kênh cuộc gọi di động có nguồn gốc.
• Bước 1: Thiết lập kết nối RRC giữa UE và SRNC.
• Bước 2: Xác thực và mật mã.
• Bước 3: Thành lập truy nhập vô tuyến và thiết lập cuộc gọi.
• Bước 4: Gọi điện và Iu release.
- Chi tiết các bước thực hiện như sau:
• Bước 1: Thiết lập kết nối RRC giữa UE và SRNC
Hình 2.1 minh họa quá trình tương tác trong UTRAN để thiết lập kết nối RRC giữa UE và RNC Thông báo kết nối này chứa các thông tin quan trọng như IMSI hoặc TMSI, LAI, RAI và lý do cho việc thiết lập kết nối RRC.
Hình 2.10: Thiết lập kết nối RRC
RRC phân tích lý do và yêu cầu để quyết định phương thức kết nối, có thể là dành riêng hoặc chung Sau đó, RNC bắt đầu thiết lập mạng Iub bằng cách gửi NBAP để thiết lập đường thông báo kết nối vô tuyến tới node B, bao gồm các thông tin như ID giao dịch, ID truyền thông, mã xáo trộn, cài đặt định dạng vận chuyển và số mã kênh FDDDL Node B phản hồi với một thông báo thiết lập NBAP RL, cung cấp thông tin về địa chỉ lớp giao vận, chẳng hạn như địa chỉ AAL2 Các SRNC sử dụng ALCAP trong lớp mạng giao vận để thiết lập mang Iub, dựa trên thông tin từ node B, bao gồm đường AAL và kênh ID Cuối cùng, các Iub mang được liên kết thông qua quy định DCH cho giao dịch, và các SRNC đồng bộ hóa kết nối giao thức khung (FP).
Để thiết lập kết nối RRC thành công, RNC gửi một thông điệp đồng bộ FP đến UE Sau đó, RNC xác nhận kết nối bằng cách gửi thông báo thiết lập kết nối RRC.
Thông báo này bao gồm các thông tin quan trọng như định dạng giao vận, kiểm soát năng lượng và mã xáo trộn UE sẽ phản hồi với các thiết lập kết nối RRC đầy đủ nhằm xác nhận kết nối RRC.
• Bước 2: Xác thực và mật mã
Khi thiết lập kết nối thành công với RRC, UE gửi tin nhắn chuyển giao ban đầu đến mạng lõi MSC khởi đầu thủ tục an ninh khi nhận yêu cầu dịch vụ từ UE, bao gồm xác thực và trao đổi mã hóa MSC gửi yêu cầu xác thực qua thông điệp RANAP, trong khi RNC chuyển tiếp các tin nhắn yêu cầu này đến UE UE thực hiện thuật toán xác thực và gửi kết quả trở lại MSC RNC hoạt động như một bộ chuyển mạch, và nếu việc chuyển mạch thành công, MSC gửi chế độ bảo mật tin nhắn lệnh cho RNC, yêu cầu mã hóa các giao dịch giữa UE và UTRAN RNC sau đó gửi chế độ bảo mật tin nhắn lệnh tới UE, bao gồm các thuật toán mã hóa và khóa mã hóa, đảm bảo an toàn cho thông tin.
Hình 2.11: Xác thực và mật mã
UE bắt đầu mã hóa mọi giao dịch hướng tới UTRAN và thông báo cho RNC thông qua chế độ bảo mật hoàn chỉnh RRC RRC sau đó sẽ thông báo cho MSC Cần lưu ý rằng mã hóa chỉ áp dụng cho các giao dịch giữa UTRAN và UE.
IX'
