Các công nghệ mạng CDMA II

Chia sẻ: Abcdef_47 Abcdef_47 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

86
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Một thập kỷ phát triển và những thách thức Phần 2 Bài viết mô tả tóm tắt những khởi nguồn của công nghệ CDMA và sự ra đời các phiên bản 3G như CDMA2000 1X và CDMA2000 1x EV-DO. Một tổng quan về cấu trúc mạng được trình bày với những giải thích chi tiết về vai trò của mỗi thành phần và giao diện trong mạng và việc kiểm nghiệm giao thức nhằm thay đổi theo nhu cầu của mạng. Bài viết sẽ kết thúc với việc thảo luận về một số vấn đề kỹ thuật có thể xuất...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các công nghệ mạng CDMA II

Các công nghệ mạng CDMA: Một thập kỷ phát triển và những thách thức - Phần 2 Bài viết mô tả tóm tắt những khởi nguồn của công nghệ CDMA v à sự ra đời các phiên bản 3G như CDMA2000 1X và CDMA2000 1x EV-DO. Một tổng quan về cấu trúc mạng được trình bày với những giải thích chi tiết về vai tr ò của mỗi thành phần và giao diện trong mạng và việc kiểm nghiệm giao thức nhằm thay đổi theo nhu cầu của mạng. B ài viết sẽ kết thúc với việc thảo luận về một số vấn đề kỹ thuật có thể xuất hiện trong các mạng CDMA v à một số giải pháp đề xuất. Phát hiện và giải quyết một số vấn đề phổ biến trong các mạng CDMA2000 1X Tất cả những đặc tính và khả năng thể hiện trong mạng di động 3G hiện đại hướng tới một hệ thống phức tạp với nhiều chế độ, nút mạng, phần tử, giao diện và giao thức. Những vấn đề nảy sinh có thể có những căn nguyên từ phần cứng cũng như phần mềm. Khi một kết nối Internet di động trở thành phổ biến, thách thức của việc duy trì các tương tác dữ liệu liên tục sẽ đòi hỏi những giải pháp cũng như thủ tục giám sát mới tiềm năng hơn. Bây giờ, chúng ta sẽ kiểm tra một số vấn đề thông thường có thể xuất hiện trong các mạng CDMA2000
1X. Sự cố trong khi Cài đặt Cuộc gọi Dữ liệu Gói tin Di động, Khởi tạo và Đăng ký IP Di động Để đạt được các dịch vụ dữ liệu gói tin, thiết bị di động thực hiện việc đăng ký với mạng vô tuyến trên giao diện A1 và sau đó với mạng gói tin trên giao diện A10/A11. Thiết bị di động gửi một “Origination Message” đến BS có chứa tuỳ chọn dịch vụ dữ liệu gói tin. Điều này dẫn đến sự phân bổ kênh lưu lượng, sự thiết lập kết nối A10, sự thiết lập lớp liên kết (PPP) và cho cả trong trường hợp IP di động được sử dụng bởi thiết bị đầu cuối. Lưu lượng dữ liệu người dùng hiện có thể đi qua kết nối A10 đ ược đóng gói bên trong các khung (frame) GRE. PCF đăng k ý lại theo định kỳ với PDSN đã lựa chọn qua việc gửi thông báo yêu cầu đăng ký A11 (A11-Registration Request) trước khi thời gian tồn tại của kết nối A10 hết hạn. Hình 2: Thiết lập một cuộc gọi dữ liệu di động CDMA2000 1X Một kịch bản cài đặt cuộc gọi t hành công được minh hoạ trong Hình 2. Biểu đồ
tuần tự các thông báo chuẩn phác thảo một loạt các b ước được tóm tắt trong các mục từ 1đến 12 dưới đây. Chú ý rằng sự giảng giải này bỏ qua những hoạt động truyền/nhận vô tuyến của BTS, thay vào đó chỉ tập trung các chức năng giao thức bắt đầu với “Origination dialogue” giữa thiết bị di động v à BSC. 1. Để đăng ký dịch vụ dữ liệu gói tin, thiết bị di động gửi một “Origination Message” qua “Access Channel” (kênh truy nhập) tới BSS. 2. BS xác nhận đã nhận được “Origination Message” trên và trả về một “Base Station Ack Order” t ới thiết bị di động. 3. BS xây dựng một thông báo “CM Service Request” (y êu cầu dịch vụ) và gửi thông báo này đến MSC. 4. MSC gửi một thông báo “Assignment Request” đến BSS y êu cầu phân bổ tài nguyên vô tuyến. Không có kênh trên mặt đất (terrestrial) giữa MSC v à BS được phân bổ cho cuộc gọi dữ liệu gói tin. 5. BS và thiết bị di động thực hiện các thủ tục cài đặt tài nguyên vô tuyến. PCF xác nhận rằng không có kết nối A10 liên quan đến thiết bị di động này và chọn một PDSN cho cuộc gọi dữ liệu đó. 6. PCF gửi một thông báo “A11-Registration Request” (yêu cầu đăng ký A11) đến PDSN đã chọn. 7. “A11-Registration Request” được xác nhận tính hợp lệ và PDSN chấp nhận
kết nối này bằng việc gửi trả lại một thông báo “A11-Registration Reply” (chấp nhận nhận đăng ký). Cả hai PDSN và PCF tạo ra một biên bản trói buộc cho kết nối A10. 8. Sau khi liên kết vô tuyến và kết nối A10 được cài đặt, BS gửi một thông báo “Assignment Complete” (việc phân bổ, việc gán đã hoàn tất) đến MSC. 9. Thiết bị di động và PDSN thiết lập kết nối lớp liên kết (PPP) và sau đó thực hiện các thủ tục đăng ký MIP (Mobile IP) thông qua kết nối lớp li ên kết đó. 10. Sau khi hoàn thành đăng ký MIP, thiết bị di động có thể gửi và nhận dữ liệu đi bằng cách đóng khung (framing) GRE qua kết nối A10. 11. PCF theo định kỳ gửi một thông báo “A11-Registration Request” để đăng ký mới cho kết nối A10. 12. Cho một “A11-Registration Request” hợp lệ, PDSN trả về một thông báo “A11- Registration Reply”. Và lúc này cả hai PDSN và PCF cập nhật biên bản ràng buộc kết nối A10. Quá trình tương đối phức tạp này có thể là nguồn gốc của một số vấn đề ảnh hưởng đến dịch vụ và chất lượng. Một kế hoạch giám sát khắt khe bao gồm việc theo dõi đồng thời các giao diện A1 và A10/A11 là cách t ốt nhất để phát hiện và sửa các lỗi một cách sớm nhất. Tại đây một ứng dụng d ò vết cuộc gọi đa giao diện đặc biệt hiệu quả bằng cách dò ra đường đi và nhóm tất cả thủ tục
liên quan đến sự hoạt động của mỗi thuê bao đơn lẻ trong một mạng CDMA, ngay cả khi các thủ tục xử lý cho nhiều giao diện. Bên trong quá trình cài đặt cuộc gọi, mỗi lỗi trong bất cứ phần tử hay b ước thủ tục nào đều có thể ngăn cản các b ước còn lại. Ví dụ, giả sử MSC không trả lời yêu cầu dịch vụ “CM Service Request” ( Bước 3 trong Hình 2) được gửi đi từ BSC/PCF qua giao diện A1. Điều đó đôi khi do các vấn đề MSC nội tại. Nếu nó cản trở việc hoàn tất “CM Service Request”, BSC/PCF không thể phân bổ tài nguyên vô tuyến cho trạm di động và như vậy tiếp tục ngăn ngừa thiết lập kết nối. Người dùng không thể tìm thấy nó để thực hiện một cuộc gọi dữ liệu — một dịch vụ cho những ai đã đóng phí bảo hiểm. Trước khi một timer cụ thể hết hạn, PCF theo định kỳ gửi thông báo “A11 - Registration Request” (Bước 11) để làm mới đăng ký cho kết nối A10. Để một “A11- Registration Request” có hi ệu lực, PDSN trả lại một thông báo “A11 - Registration Reply” (Bước 12). Tại đây lại một lần nữa, các vấn đề nội bộ trong PDSN có thể là nguyên nhân nó trả lời muộn hơn sau đó hay không bao giờ. Kết quả là, quá trình thiết lập hay duy trì kết nối không thể tiếp tục. Ng ười dùng một lần nữa không thể thực hiện một cuộc gọi dữ liệu.
Trong cả hai trường hợp một trình giao thức đã kết nối với các giao diện A1 và A10/A11 có thể hỗ trợ để tìm ra vấn đề. Trình ứng dụng “dò vết” cuộc gọi có thể phân biệt khởi nguồn của những thông báo và phát hiện bất cứ hỏng hóc nào để đối phó. Điều này sẽ dễ dàng hơn khi xác định vị trí MSC và PDSN riêng từng cái trong các thí dụ này.Không hiệu quả khi truyền gói tin dữ liệu người dùng Thường xuyên trong mạng CDMA2000, các gói tin TCP có kích th ước cửa sổ nhỏ. Điều đó có nghĩa các kết nối TCP đầu cuối không ổn định. C àng nhiều các gói tin TCP trên mạng bị mất mát và không được xác nhận, thì kích thước cửa sổ càng nhỏ, kết quả là nhiều kết nối TCP hơn bị “đứt” và phải được thiết lập lại. Kích thước cửa sổ TCP nhỏ là do cơ chế khởi động mềm (soft-start) được xây dựng bên trong giao thức TCP. Đặc điểm của vấn đề phải đ ược định rõ, điều đó là cần thiết để giành lấy các gói tin mức người dùng TCP/IP lưu thông trong các đường hầm (tunnel) GRE trên giao diện A10. Với việc ứng dụng các kiểu lọc giao thức khác nhau v à với mức ngày càng tăng về độ chi tiết, nó có khả năng cô lập điểm gây n ên sự rút ngắn kích thước cửa sổ gói tin TCP.
Các vòng lặp định tuyến của các gói tin ng ười dùng trong mạng nòng cốt Các vòng lặp định tuyến đường hầm (tunnel router loop) là một lớp khác các vấn đề của mạng CDMA2000 có thể làm giảm chất lượng dịch vụ cho các thuê bao. Vấn đề được tạo ra do cấu hình sai trong các bộ định tuyến PDSN. Nó có thể bị phát hiện do sự giành được lưu lượng IP trên giao diện P-H (xem Hình 1 của phần 1). Để hiểu được các vòng lặp định tuyến đường hầm, hãy hình dung m ột thuê bao lướt Web (WWW) với một máy tính xách tay kết nối vào một máy di động CDMA2000. Các gói tin hướng tới một một proxy HTTP cụ thể đ ược định tuyến (sau khi đi qua PCF) từ PDSN/FA tới HA (Home Agent)[2]. Với các cấu hình nội tại không đúng nào đó, các gói tin cho c ổng 80 WWW không bị “de-tunnelled” bởi HA[2]. Thay vào đó, chúng được gửi trở lại về phía PDSN/FA. Kết quả là, nhiều gói tin di chuyển tr ên cùng một đoạn mạng với cùng packet ID,rất lãng phí băng thông và không đạt tới đích như mong muốn. Ngoài ra, cho mỗi bước nhảy (hop) lặp đi lặp lại, một gói tin di chuyển giữa các nút PDSN/FA và HA[2], trường “IP Time To Live” (IP TTL) giảm đi một đơn vị. Nếu gói tin bị mắc kẹt trong một v òng lặp bộ định tuyến, TTL cuối
cùng giảm về “0” và gói tin này bị loại bỏ khỏi các nút mạng. Các gói bị “mất” phải được phát lại, dẫn đến tổng chi phí của việc truyền lại gói tin một cách quá mức và làm giảm thông lượng. Như trong thí dụ trước đây, giải pháp để sử dụng lọc giao thức có tác dụng “bắt giữ” các gói tin IP trên giao diện P-H. Với việc duyệt từ đầu đến cuối dữ liệu đã “bắt giữ” được bằng cách áp dụng các mức tăng thêm dần của sự lọc, nó có khả năng nhận ra các gói tin theo định kỳ và giải quyết vấn đề này. Sự nhân đôi lưu lượng IP Các vấn đề cấu hình PDSN có thể phát sinh nhiều kiểu đa dạng trong các v òng lặp đường hầm. Một vấn đề phổ thông có liên quan đến các địa chỉ IP lôgic của PDSN với nhiều hơn một địa chỉ MAC vật lý. Nếu điều đó xuất hiện, có nghĩa có nhiều hơn một card phần cứng có c ùng địa chỉ IP. Tất cả l ưu lượng được gửi đến địa chỉ IP này sẽ đi vào hai thực thể phần cứng khác nhau và nhận phản hồi từ cả hai. Điều đó dẫn đến việc nhân đôi tổng l ưu lượng IP liên quan đến địa chỉ IP đơn lẻ trên đoạn mạng này. Một lần nữa, các khả năng lọc giao thức được cần đến để xử lý sự cố một cách hiệu quả. Một bộ phân tích giao thức phải “nắm giữ “các gói tin IP di chuyển đến một địa chỉ đích IP cụ thể qua
giao diện P-H. Việc duyệt toàn bộ dữ liệu và sử dụng lọc để thu hẹp liên tiếp sự truy vấn (câu hỏi), bản chất của vấn đề (địa chỉ bị sao l ưu, nhân đôi) chẳng bao lâu nữa là điều hiển nhiên. Những vấn đề định tuyến trong mạng n òng cốt Đôi lúc những vấn đề nội tại bên trong có thể gây ra cho các bộ định tuyến PDSN “offline” (ngoại tuyến) và quay trở lại “online” (trực tuyến) sau một chu kỳ thời gian. Điều đó có thể xẩy ra th ường xuyên và liên t ục trong mạng dữ liệu nòng cốt CDMA2000. Khi một bộ định tuyến “online”, bảng định tuyến của nó không được tối ưu hoá. Nó mất thời gian cho thuật toán định tuyến OSPF (Open Shortest Path First) được dựng sẵn bên trong để tìm ra đường đi tốt nhất để định tuyến các gói tin tuỳ thuộc vào các bộ định tuyến đã sẵn sàng kế bên. Cho đến khi bảng định tuyến đ ược tối ưu, sẽ có sự giảm sút về chất lượng dịch vụ. Qua việc “bắt giữ” các gói tin IP trên giao diện P-H với một bộ phân tích giao thức và áp dụng vào các bộ lọc trong các thông báo định tuyến OSPF, những thay đổi trong bộ định tuyến đ ược chỉ định và những thay đổi trong các bộ định tuyến kế bên của một bộ định tuyến c ó thể được nhận diện một cách dễ dàng.
Việc sử dụng khả năng lọc thông minh và chi tiết dựa vào các thông báo OSPF và thông tin các phần tử bên trong các thông báo đ ể nhận biết những vấn đề định tuyến trên một mạng IP trở thành một nhiệm vụ khả thi. Lời kết Cơ sở hạ tầng CDMA đang đ ược mở rộng và chắc chắn tạo ra nền tảng cho sự thâm nhập rộng rãi của các mạng CDMA. CDMA2000 và các công nghệ 3G khác mang lại cho viễn thông khả năng chuyển mạch gói, cộng thêm một loạt các dịch vụ mới và cũng nhiều phức tạp trong quá trình thực hiện. Những hoạt động xử lý sự cố hiện đ òi hỏi một sự hiểu biết cả về những khái niệm “telecom” truyền thống có liên quan đến chuyển mạch kênh và những khái niệm “datacom” mới liên quan đến chuyển mạch gói. Nhân viên điều hành và bảo trì mạng phải luôn cải tiến các quá trình của họ để đối phó với những thách thức xử lý sự cố mới phức tạp, từ những vấn đề cấu h ình sai cho đến địa chỉ IP bị nhân đôi và nhiều vấn đề khác nữa. Các công cụ phân tích giao thức có thể đóng một vai tr ò to lớn hơn bao giờ hết để duy trì một mạng hoạt động hiệu quả. Những đặc tính nh ư lần theo cuộc gọi đa giao diện v à lọc giao thức sẽ trở thành chuẩn mực cho công việc bảo trì.
Nguyễn Hoàng Linh Từ viết tắt Abis: Đường truyền thông từ BTS tới BSC AMPS: Advanced Mobile Phone System ANSI-41: American National Standard Institute ATM : Asynchronous Transfer Mode BSC : Base Station Controller BSS : Base Station Sub-system BSSAP : BSS Application Part BTS : Base Transmission System CDMA : Code-Division Multiple Acce ss CdmaOne : CDMA for 2G DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol FA : Foreign Agent FR : Frame Relay FW : Fire Wall GRE : Generic Routing Encapsulation
GSM : Global System for Mobile Communication HA : Home Agent HDLC : High-level Data Link Control HLR : Home Location Register IKE: Internet Key Exchange IOS4.0 : Inter-operability Specification phiên b ản 4.0, xem IS2001 IP : Internet Protocol IPv4 : IP Version 4 IPv6 : IP Version 6 IPsec : IP Security IS2001 : Interim Standard 2001, định nghĩa các giao th ức cho các giao diện A1, A7, A9, A11 cho CDMA IS-41e : Interim Standard 41, định nghĩa các giao thức cho giao diện D (D - Interface) cho CDMA IS-95 (Interim Standard 95) : Định nghĩa các giao thức cho giao diện U (U - Interface) cho CDMA MAC : Medium Access Control MIP : Mobile IP MS : Mobile Station MSC : Mobile Switching Center
PCF : Packet Control Function PDSN : Packet Data Serving Node P-H : Giao diện PDSN đến Home Agent PPP : Point -to-Point Protocol PSTN : Public Switched Telephone Network P.S0001 : Specification for Wireless IP based protocols RAN : Radio Access Network R-P : RAN đến PDSN SDU : Signal Data Unit TCP : Transmission Control Protocol TIA : Telecommunications Industry Association U : Giao diện không gian (Air interface) giữa MS và BTS UDP : User Datagram Protocol VLR : Visitor Location Register 1xRTT : 1x chip rate of 1.2288 Mcps for Radio Transmission Technology 3GPP2 : 3rd Generation Partnership Project 2 Chú thích [1] AAA-Server (Authentication, Authorization and Accounting server) đư ợc
sử dụng để chứng thực và trao quyền người dùng truy nhập mạng và lưu giữ các thống kê sử dụng của thuê bao phục vụ tính c ước và làm hoá đơn. [2] HA (Home Agent) : HA hỗ trợ chuyển vùng dữ liệu thông suốt vào trong các mạng khác hỗ trợ 1xRTT. HA cung cấp một địa chỉ IP “neo” (anchor) cho thiết bị di động và chuyển tiếp bất cứ l ưu lượng “mobile -bound” nào đến mạng thích hợp để chuyển giao đến thiết bị thu phát cầm tay. Nó cũng bảo to àn đăng ký người dùng, gửi một lần nữa các gói tin đến PDSN và có thể tuỳ chọn qua các “tunnel” m ột cách an toàn đến PDSN. Cuối c ùng, HA hỗ trợ phân bố động người dùng đến từ AAA và (tuỳ chọn lần nữa) ấn định địa chỉ “home”. [3] “hand-off” : Trong m ột mạng điện thoại tế bào, hand-off là sự chuyển tiếp cho người dùng đã cho nào của việc truyền tín hiệu từ một trạm cơ sở (BS) đến một trạm cơ sở kế tiếp theo địa lý khi ng ười dùng di chuyển. Trong một mạng điện thoại tế bào lý tưởng, mỗi thiết bị điện thoại của ng ười dùng cuối hay môđem (phần cứng của thuê bao) luôn nằm trong phạm vi của trạm cơ sở. Vùng được phủ sóng bởi mỗi trạm cơ sở được định nghĩa như là một “cell” (ô phủ sóng). [4] 1xRTT1 : Một mạng cung cấp một tốc độ chip 1x là 1.2288 Mc/s cho
Radio Transmission Technology. [5] “spread-spectrum” : là m ột dạng của truyền thông vô tuyến, trong đó tần số của tín hiệu truyền được thay đổi một cách có chủ ý. Điều đó dẫn đến một băng thông lớn hơn tín hiệu nếu tần số của nó không thay đổi. Phần lớn các tín hiệu “spread-spectrum” sử dụng một sơ đồ số (digital scheme) được gọi là “frequency hopping”. Tần số máy phát thay đổi đột ngột, nhiều lần trong mỗi giây. Giữa các “hop” (bước nhảy ngắn) tần số máy phát ổn định. Độ dài thời gian còn lại của máy phát trên một tần số đã cho giữa các "hop" l à thời gian dừng (dwell). Theo tạp chí Internet