2.2, Kiến trúc của mạng thông tin di động W-CDMA
Mạng thông tin di động W-CDMA là mạng di động được nâng cấp từ mạng 2G
GSM, chính vì vậy nó phải kế thừa cấu trúc của mạng GSM chứ không thể hoàn toàn xóa
bỏ tất cả cấu trúc cũ của mạng GSM và thay vào đó là một cấu trúc hoàn toàn mới. Điểm
khác biệt giữa hệ thống 2G và 3G là ngoài khả năng truyền dữ liệu thoại thì 3G còn có
khả năng truyền tải các dữ liệu ngoài thoại như hình ảnh, video, nhắn tin đa phương tiện,
các dịch vụ định vị, các dịch vụ thông tin cá nhân, vui chơi giải trí, các dịch vụ ngân
hàng, thanh toán điện tử…Và để làm được điều đó thì mạng thông tin di động (TTDĐ)
3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch
kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển
mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch
kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian
thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các
chuyển mạch gói.
2.2.1, Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
Để phân biệt giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh em xin đưa ra mô hình
sau:
Chuyển mạch gói Chuyển mạch kênh
- Chuyển mạch bằng cách thiết lập kết
nối chiếm một tài nguyên mạng nhất định
trong toàn bộ cuộc truyền tin.
- Mỗi UE được ấn định riêng một kênh
truyền khi thiết lập cuộc gọi
- Toàn quyền sử dụng tài nguyên của kênh
này trog thời gian cuộc gọi
- Phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này
dù có sử dụng hay không.
- Chuyển mạch bằng cách phân chia số
liệu của mỗi kết nối thành các gói có độ dài
nhất định và truyền đi khi có thể
- Nhiều UE được sử dụng chung một

- Tốc độ có thể đạt được 622Mbit/s
- Sử dụng cả phương pháp ghép TDM thông kê
- ATM có khả năng nhóm 1 vài kenh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho
việc định tuyến dễ dàng hơn
*) Định tuyến trong ATM khác so với IP ở mọt số điểm như :
+ ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối , tức là kết nối từ điểm
đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được truyền
+ATM yêu cầu kết nối phải dược thực hiện thông qua báo hiệu , và một
điểm khác nữa là ATM ko thực hiện định tuyến tại các nút trung gian
+Thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của bộ định
tuyến IP truyền thông
b,Chuyển mạch IP hay Router IP (Internet Protocol)
- Tích hợp bộ xử lý định tuyến IP trong chuyển mạch ATM ; ko dùng các giao thức
báo hiệu của ATM và gọi đó là chuyển mạch IP
- IP là giao thức chuyển tiếp gói tin trong đó việc chuyển gói tin được thực hiện
theo cơ chế phi kết nối
- IP định nghĩa cơ cấu đánh số ; cơ cấu chuyển tin ; cơ cấu định tuyến và các chức
năng điều khiển ở mức thấp
- Gói IP chứa đầy đủ địa chỉ bên gửi và bên nhận ; địa chỉ IP là số định danh duy
nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới
đích
- Phương thức chuyển tin trong IP là theo từng chặng tức là định tuyến tại các nút
trung gian ==> đây là điểm khác biệt so với ATM
- Một điểm khác nữa so voi ATM là bộ định tuyến IP có thông lượng nhỏ hơn
thông lượng của tổng đài ATM
Hình
1.6. Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel
Do mạng viễn thông được xây dựng trên cơ sở internet vì thế các chuyển mạch gói
sẽ chuyển dần sang chuyển mạch hoặc router IP.Song song với nó sẽ là các kiến trúc 3G
W-CDMA khác nhau

- GGSN.
A, UE(User Equipment)- thiết bị người sử dụng)
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống.
UE gồm hai phần :
- 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 một thẻ thông minh chứa thông
tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các
khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã pin.
Điều này bảo đảm rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng
UMTS. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa
trên nhận dạng USIM được đăng kí.
B, Mạng truy nhập vô tuyến UMTS
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt
đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN. Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc
truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng.
UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa UTRAN và CN,
gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh;
giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai giao diện này là hai nút,
RNC và nút B.
 RNC
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 CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển
mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC).
Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau thủ
tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC. Sau
đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9.
RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào. Người sử

chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý
của 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
VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao
của HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network). Dữ liệu thuê bao cần
thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở đây. Cả
MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng.
Số liệu sau đây được lưu trong VLR:
IMSI
MSISDN
TMSI (nếu có)
LA hiện thời của thuê bao
MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến
Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được
cung cấp.
Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì
thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC.
 1.6.3.6. GMSC
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.
 Trong miền HE(Môi trường nhà)
Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của hãng
khai thác. Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các
thông tin về thuê bao và về cước cần thiết để nhận thực người sử dụng và tính
cước cho các dịch vụ cung cấp. Tất cả các dịch vụ được cung cấp và các dịch vụ

-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.
 Trong miền PS(Packet switch)
 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.
Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:
- IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê
bao di động quốc tế)
- Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile
Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)
- Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)
Số liệu vị trí lưu trên SGSN:
- Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)
- Số VLR
- Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực
 GGSN
-GGSN (Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng) là
một SGSN kết nối với các mạng số liệu khác. Tất cả các cuộc truyền thông

miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh. CN có thể kết nối đến
nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS. Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết
nối đến một điểm truy nhập CN.
√ Giao diện Iur. Đây là giao diện RNC-RNC. Ban đầu được thiết kế để đảm bảo
chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng
mới được bổ sung. Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:
1. Di động giữa các RNC
2. Lưu thông kênh riêng
3. Lưu thông kênh chung
4. Quản lý tài nguyên toàn cục
√ Giao diện Iub. Giao diện Iub nối nút B và RNC. Khác với GSM đây là giao diện
mở.
2.2.3, KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4
Hình 1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4. Sự khác nhau cơ bản giữa R3
và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm. 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.
Hình 1.10. Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4
Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC 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 Giao
thức Internet (IP). Từ hình 1.10 ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ
SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP. Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền
tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP.

sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống
qua việc sử dụng các cổng các phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các
mạng SS7 tiêu chuẩn. Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW). Đây
là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu
chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn).
Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử
dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP.
Bộ giao thức này được gọi là Sigtran.
2.2.4, KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6
Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện IP
(hình 1.11). Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở đây cả
tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người
sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng
và số liệu.
Hình 1.11. Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6
Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương
tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ
trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP. Từ hình 1.11 ta thấy tiếng và số liệu
không cần các giao diện cách biệt; chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương
tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng.
Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển
trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa
phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các
phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-
SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming
Signalling Gateway).
Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng
cường rất nhiều. Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức
khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol). UE trở thành một tác nhân của người
sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều.