Đồ án Xu hướng phát triển của mạng di động dùng mạng NGN

MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A 1G First Generation Thế hệ thứ nhất 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP Third-Generation Partnership Project Đề án xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3GPP2 Third-Generation Partnership Project 2 Đề án 2 xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba AAA Authentication, Authorization, Accounting Xác thực, cấp phép và tính cước AAAF AAA Foreign AAA ngoại lai AAAH AAA Home AAA thường trú AAAL AAA Local AAA cục bộ AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM AMPS Advanced Mobile Phone Systems Hệ thống điện thoại di động tiện ích API Application Programming Interface Giao diện chương trình ứng dụng APN Access Point Name Tên điểm truy nhập ATM Asynchronous Tranfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực B BGCF Breakout Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng ngắt BICC Bear Independent Call Control Protocol Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang BRAN Broadband Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến băng rộng BS Base Station Bearer Service Trạm gốc Dịch vụ tải tin BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Base Transceiver System Trạm thu phát gốc Hệ thống thu phát gốc C CAMEL Customized Applications for Mobile Enhanced Logic Logic cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động CAP CAMEL Application Part Phần ứng dụng CAMEL CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDR Call Detail Record Báo cáo sơ lược cuộc gọi CM Connection Management Quản lý kết nối CN Core Network Mạng lõi CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra vòng dư CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call State Control Function Call Session Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi CSE CAMEL Service Environment Môi trường dịch vụ CAMEL CS-MGW Circuit Switched Media Gateway Cổng phương tiện chuyển mạch kênh D DB Database Cấu trúc dữ liệu cơ bản DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức thiết lập host tự động DNS Domain Name System Hệ thống tên vùng DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp E EDGE Enhanced Data Rates for Global GSM Evolution Tốc độ số liệu tăng cường phát triển GSM EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị ESA Enhanced Subscriber Authentication Nhận thực thuê bao tăng cường ETSI European Telecommunication Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu F FA Foreign Agent Tác tử ngoại lai FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số G GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GFA Gateway Foreign Agent Tác tử ngoại lai cổng GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GMSC Gateway Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GRE General Routing Encapsulation Sự bao bọc định tuyến chung GSCF GPRS Service Control Function Chức năng điều khiển dịch vụ GPRS GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS H HA Home Agent Tác tử thường trú HAAA Home AAA AAA thường trú HDB Home Database Cấu trúc dữ liệu thường trú HDR High Data Rate Tốc độ dữ liệu cao HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSS Home Subscriber Server Bộ phục vụ thuê bao thường trú HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao I I-CSCF Interrogating Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi thẩm vấn IETF Internet Engineering Steering Group Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IM Instant Message Bản tin tức thời IMEI International Mobile Station Equipment Identity Bộ nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IM-MGW IP Multimedia Media Gateway Cồng đa phương tiện IP IMT-2000 International Mobile Telecommunication - 2000 Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu 2000 IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ đa phương tiện IP IN Intelligent Network Mạng thông minh IP Internet Protocol Giao thức Internet IPOA IP Over ATM IP trên ATM IPOS IP Over SONET IP trên SONET IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 IS-54 Interim Standard-54 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT &T đề xuất) IS-136 Interim Standard-136 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (do AT&T đề xuất) IS-95A Interim Standard-95A Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA của Mỹ (do Qualcom đề xuất) ISC IMS Service Control Điều khiển dịch vụ IMS ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tích hợp dịch vụ số ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part Phần đối tượng sử dụng ISDN ITU International Telecommunication Union Liên đoàn viễn thông quốc tế ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector Vùng chuẩn viễn thông ITU IWF Interworking Function Chức năng kết nối mạng L LA Location Area Vùng định vị LAC L2TP Access Concentrator Link Access Control Location Area Code Bộ tập trung truy nhập L2TP Điều khiển truy nhập đường truyền Mã vùng định vị LAI Location Area Identifier Bộ nhận dạng vùng định vị LAN Local Area Network Mạng cục bộ LSP Label Switched Parth Tuyến đường sử dụng phương thức chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn M MAC Media Access Control Message Authentication Code Điều khiển truy nhập mức phương tiện truyền thông Mã nhận thực tin nhắn MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của di động MC-CDMA Multi-Carrier Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã đa sóng mang ME Mobile Equipment Thiết bị di động MG Media Gateway Cổng phương tiện MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng phương tiện MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương tiện MIP Mobile IP IP của di động MMD Multimedia Domain Vùng đa phương tiện MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MN Mobile Node Nút di động MNC Mobile Network Code Mã mạng của di động MRC Multimedia Resource Controller Bộ điều khiển nguồn tài nguyên đa phương tiện MRF Multimedia Resource Function Chức năng dự trữ tài nguyên đa phương tiện MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multiprotocol over ATM Đa giao thức qua ATM MRFC Multimedia Resource Function Controller Bộ điều khiển chức năng dự trữ tài nguyên đa phương tiện MRFP Multimedia Resource Function Processor Bộ xử lý chức năng dự trữ tài nguyên đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile-services Switching Center Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Trung tâm chuyển mạch di động MSF MultiService Switching Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ MSIN Mobile Subscriber Identification Number Số nhận dạng thuê bao di động MSIDN Mobile Subscriber ISDN Number Số ISDN của thuê bao di động MSS MultiService Switching Systems Hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ MT Mobile Termination Mobile Terminal Kết cuối ở MS Đầu cuối di động N NAI Network Access Identifier Bộ nhận dạng truy nhập mạng NAS Network Access Server Bộ phục vụ truy nhập mạng NAT Network Address Translator Bộ chuyển (dịch) địa chỉ mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau N-ISDN Narrowband-ISDN Mạng ISDN băng hẹp NID Network ID ID của mạng NMSI National Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc gia NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động bắc âu Node B Node B Nút B NSAPI Network-Layer Service Access Point Identifier Bộ nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ lớp mạng O OAM&P Operation, Administration, Maintenance, and Provisioning Vận hành, khai thác, bảo dưỡng, va cung cấp OSA Open Service Access Truy nhập dịch vụ mở OSI Open Systems Interconnection Các liên kết hệ thống mở P PCF Packet Control Function Policy Control Function Chức năng điều khiển gói Chức năng điều khiển chính sách PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói P-CSCF Proxy Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi dự trữ PDF Policy Decision Function PDP Packet Data Protocol Policy Decision Point Giao thức dữ liệu gói PDS Packet Data Subsystem Phân hệ dữ liệu gói PDSN Packet Data Serving Node Nút dịch vụ dữ liệu gói PDU Packet Data Unit Đơn vị dữ liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng P-MIP Paging in Mobile IP Tìm gọi trong Mobile IP PMM Packet Mobility Management Quản lý di động gói POST Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại truyền thống PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm-điểm PS Packet Switched Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng P-TMSI Packet TMSI TMSI gói Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá chuyển pha vuông góc R RAB Radio Access Bearer Dịch vụ mang truy nhập vô tuyến RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RAB ID RAB Identifier Bộ nhận dạng RAB RB Radio Bearer Định vị vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP cho các ứng dụng thời gian thực RN Radio Network Mạng vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RTP Realtime Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực RTT Radio Transmission Technology Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến S SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SCS Service Capability Server Bộ phục vụ dung lượng dịch vụ S-CSCF Serving Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi đang phục vụ SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ SDU Selection and Distribution Unit Service Data Unit Đơn vị phân phối và lựa chọn Đơn vị dữ liệu dịch vụ SG Signalling Gateway Cổng báo hiệu SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS đang phục vụ SIM Subscriber Identity Module Cấu trúc nhận dạng thuê bao SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi động phiên SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn SN Service Node Serving Network Nút dịch vụ Mạng đang phục vụ SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang đồng bộ SRNS Serving Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến phục vụ SS7 Signalling System No.7 Mạng báo hiệu số 7 STP Signalling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu T TA Terminal Adapter Bộ thích ứng đầu cuối TACS Total Access Communication Services Dịch vụ viễn thông truy nhập tổng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TEID Tunnel Endpoint Identifier Bộ nhận dạng điểm kết thúc đường hầm TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity Bộ nhận dạng thuê bao di động tạm thời TTL Time to Live Thời gian tồn tại U UA User Agent Tác nhân người sử dụng UAC User Agent Client UA khách UDP User DatagramProtocol Giao thức dữ liệu người dùng UE User Equipment Thiết bị người dùng UIM User Identity Module Cấu trúc nhận dạng người dùng UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu 3G URA UTRAN Registration Area Vùng đăng ký UTRAN USIM UMTS Subscriber Identity Module Universal Subscriber Identity Module Cấu trúc nhận dạng thuê bao UMTS Cấu trúc nhận dạng thuê bao toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu V VAAA Visited AAA AAA tạm trú VAS Value-Added Service Dịch vụ giá trị gia tăng VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú VMS Voice Message System Hệ thống bản tin thoại VoIP Voice over IP Thoại trên IP VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây WWW World Wide Web Mạng toàn cầu DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mạng PSTN hiện nay 6 Hình 1.2: Mạng đường dài trên nền chuyển mạch gói thế hệ mới 8 Hình 1.3: Mô hình mạng thế hệ sau 9 Hình 1.4: So sánh cấu trúc chuyển mạch truyền thống và chuyển mạch mềm 11 Hình 1.5 : So sánh giữa chuyển mạch mềm và tổng đài nội hạt 15 Hình 1.6 : Năm kiến trúc sử dụng MG trong mạng điện thoại nội hạt 22 Hình 1.7 : Tổng đài chuyển tiếp 25 Hình 1.8 : Tổng đài chuyển tiếp dùng chuyển mạch mềm 25 Hình 1.9 :Tổng quan về sơ đồ giao thức 26 Hình 2.1: Tóm tắt quá trình phát triển lên WCDMA 29 Hình.2.2: Triển khai WCDMA 30 Hình 2.3: Kiến trúc 3G-WCDMA R3 (R99) 31 Hình 2.4: Kiến trúc 3G-WCDMA R4 32 Hình 2.5: Kiến trúc 3G-WCDMA R5 32 Hình 2.6 : Sự phát triển của mạng 3GPP 33 Hình 2.7: Kiến trúc mạng theo quan điểm của 3GPP(R5) 34 Hình 2.8: Kiến trúc chức năng của một thiết bị người dùng (UE) 36 Hình 2.9: Cấu trúc của bộ nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI) 37 Hình 2.10: Phân hệ đa phương tiện IP của 3GPP 45 Hình 2.11: Đánh địa chỉ cho trạm di động để truy nhập vào dịch vụ IMS 47 Hình 2.12: Kiến trúc dịch vụ cho các dịch vụ thời gian thực 48 Hình 2.13: Hoạt động tương tác giữa S-CSCF và các nền dịch vụ 49 Hình 2.14: Phát hiện P-CSCF cục bộ của 3GPP 51 Hình 2.15: Thủ tục đăng ký IMS của 3GPP 52 Hình 2.16: Sự giải phóng khởi động di động 55 Hình 2.17: Sự giải phóng khởi động mạng bằng đăng ký timeout 56 Hình 2.18: Sự giải phóng khởi động mạng bằng HSS 57 Hình 2.19: Sự giải phóng khởi động mạng bằng S-CSCF 57 Hình 2.20: Kiến trúc mạng 3GPP và module giao thức chuẩn (Release 5) 58 Hình 3.1 : Cấu trúc của NGN và cấu trúc của các mạng di động 64 Hình 3.2 : Sử dụng một Backbone chung cho NGN Mobile 68 Hình 3.3 : Không cần lớp trung gian MSC cho NGN Mobile 68 Hình 3.4 : Mạng Signalling/Packet Backbone chung cho NGN Mobile 69 Hình 3.5 : Mạng CN/RAN chung cho NGN Mobile 69 Hình 3.6 : Tiết kiệm dải thông trong 3G/3G 70 Hình 3.7 : Tiết kiệm dải thông trong 3G đến PSTN/2G PLMN 71 Hình 3.8 : Các dịch vụ được hợp nhất trong NGN 71 Hình 4.1 : Thẻ điện thoại 1719 75 Hình 4.2 : Mô hình mạng của dịch vụ 1719 76 Hinh 4.3 : Sử dụng dịch vụ VoIP trả trước 1719 77 Hình 4.4 : Dịch vụ thẻ cào 78 Hình 4.5 : Dịch vụ thẻ chíp 78 Hình 4.6 : Biểu tượng dịch vụ 1900 79 Hình 4.7 : Mô hình mạng của dịch vụ 1900 80 Hình 4.8 : Sử dụng dịch vụ 1900 81 Hình 4.9 : Biểu tượng dng dịch vụ 1800 83 Hình 4.10: sử dụng dịch vụ 1800 84 Hình 4.11: VPN 87 Hình 4.12: So sánh VPN với mạng leased line 87 Hình 4.13: Sơ đồ kết nối VPN (logic) 88 Hình 4.14: Sơ đồ kết nối VPN (thực tế) 89 Hình 4.15: Mô hình kết nối dịch vụ hội nghị truyền hình 92 LỜI NÓI ĐẦU Mạng thông tin di động đã phát triển mạnh mẽ và rộng khắp trên toàn thế giới trong mười năm vừa qua với khả năng cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ. Hiện nay, nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu ngày càng tăng cao, các dịch vụ dữ liệu chiếm một tỉ trọng đáng kể trong tổng doanh thu của nhà khai thác mạng thông tin di động. Trong vài năm tới các dịch vụ thông tin đa phương tiện dựa trên nền IP, sẽ là nguồn doanh thu chính khi doanh thu từ các dịch vụ thoại đang trở nên bão hoà. Xu hướng này đòi hỏi mạng thông tin di động phải phát triển theo một cấu trúc mới tiên tiến hơn, cấu trúc dựa trên nguyên tắc của mạng NGN (Next Generation Network), với các tiêu chí cơ bản: Sự hội tụ dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu; Sự phân tách lớp điều khiển khỏi lớp truyền tải. Với mong muốn tìm hiểu về sự tích hợp giữa mạng di động thế hệ 3 và mạng NGN đang được triển khai em đã chọn đề tài: “Xu hướng phát triển của mạng di động dùng mạng NGN” làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung của đề tài gồm 4 chương Chương 1: Tổng quan về mạng thế hệ sau (NGN) Chương 2: Kiến trúc mạng di động 3GPP Chương 3: Mạng di động tích hợp trong mạng NGN Chương 4: Tình hình triển khai các dịch vụ NGN ở Việt Nam Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức và tài liệu tham khảo hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp và sự giúp đỡ của các Thầy, Cô. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Hồ Văn Phi khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Quy nhơn, ngày tháng năm 2010 Sinh viên thực hiện Phạm Minh Tuấn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU (NGN) 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Thị trường thông tin đang thay đổi một cách nhanh chóng. Sự thay đổi này không chỉ liên quan đến các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu thị trường viễn thông mà còn tới nhiều đối tượng trong các lĩnh vực khác nhau của xã hội. Phương thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp với nhau, kinh doanh với nhau đang dần dần được thay đổi cùng với những thay đổi của nền công nghiệp viễn thông. Các đường dây điện thoại không chỉ còn mang thông tin thoại mà còn truyền cả số liệu và video. Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ khác đang được cung cấp tới các đầu cuối là máy điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các máy móc tự động…với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ từ phía người sử dụng ngày càng cao. Lưu lượng thông tin số liệu đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn tăng không ngừng với tốc độ gấp 10 lần tốc độ tăng của lưu lượng thông tin thoại. Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống trong suốt thế kỷ qua đang nhường bước cho chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau vì không còn thích hợp nữa và tỏ ra có nhiều nhược điểm đối với các dịch vụ phi thoại: Sử dụng băng tần không linh hoạt. Lãng phí tài nguyên hệ thống. Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi. Hiệu năng sử dụng không cao... Để thoả mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế (hoặc bổ sung) cho mạng PSTN. Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông chuyển sang một thời kỳ mới. Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra các giải pháp chuyển giao thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối hay phi kết nối trên các kênh ảo. Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng theo các giao thức khác nhau: X25, IP,...trong đó giao thức IP là giao thức đang được quan tâm nhiều nhất. Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng được sự gia tăng nhu cầu của khách hàng. Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng IP, điều n