Tài liệu chuyển giao cứng | Môn Lập trình di động - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58759230
3.6 Quản lý di động mạng lõi
Từ quan điểm của MSC và SGSN, thiết bị di động có thể ở bất kỳ trạng thái MM hoặc
PMM nào được mô tả bên dưới. MSC biết các trạng thái MM sau:
MM đã ngắt kết nối: Thiết bị di động đã tắt nguồn và vị trí hiện tại của thuê bao không
xác định được. Các cuộc gọi đến cho thuê bao không thể chuyển tiếp đến thuê bao và bị từ
chối hoặc chuyển tiếp đến điểm đến khác nếu Chuyển tiếp cuộc gọi được kích hoạt.
MM không hoạt động: Thiết bị di động đã bật nguồn và gắn thành công vào MSC (xem
quy trình gắn). Thuê bao có thể bắt đầu cuộc gọi đi bất cứ lúc nào. Đối với cuộc gọi đến,
thiết bị di động được tìm kiếm trong khu vực vị trí hiện tại của nó.
MM đã kết nối: Thiết bị di động và MSC có kết nối tín hiệu và liên lạc đang hoạt động.
Hơn nữa, kết nối được sử dụng cho cuộc gọi thoại hoặc video. Từ quan điểm của RNC,
thuê bao ở trạng thái Cell-DCH RRC vì đây là giao diện duy nhất hỗ trợ kết nối mạch.
SGSN thực hiện các trạng thái PMM sau:
PMM tách rời: Thiết bị di động đã tắt nguồn và vị trí của thuê bao không được biết đến
bởi SGSN. Hơn nữa, thiết bị di động không thể có ngữ cảnh PDP hoạt động, nghĩa là không
có địa chỉ IP nào được gán cho thuê bao hiện tại.
PMM đã kết nối: Thiết bị di động và SGSN có kết nối tín hiệu và liên lạc đang hoạt động.
Trạng thái PMM connected chỉ được duy trì khi thuê bao có ngữ cảnh PDP hoạt động, có
nghĩa là GGSN đã gán một địa chỉ IP cho kết nối. Trong trạng thái này, SGSN đơn giản chỉ
chuyển tiếp tất cả các gói dữ liệu đến S-RNC. Trái ngược với GSM/GPRS, SGSN của
UMTS chỉ biết đến S-RNC của thuê bao chứ không phải cell hiện tại. Điều này không chỉ
do sự tách biệt mong muốn giữa chức năng mạng vô tuyến và mạng lõi mà còn do cơ chế
chuyển giao mềm (xem Phần 3.7). SGSN cũng không biết trạng thái RRC hiện tại của thiết
bị di động. Tùy thuộc vào hồ sơ QoS, tải mạng, hoạt động truyền dữ liệu hiện tại và băng
thông yêu cầu, thiết bị di động có thể ở trạng thái Cell-DCH, Cell-FACH, Cell-PCH hoặc URA-PCH.
PMM không hoạt động: Trong trạng thái này, thiết bị di động được gắn vào mạng nhưng
không có kết nối tín hiệu logic được thiết lập với SGSN. Điều này có thể xảy ra, ví dụ, nếu
không có ngữ cảnh PDP nào hoạt động cho thuê bao. Nếu một ngữ cảnh PDP được thiết
lập, RNC có khả năng sửa đổi trạng thái RRC của một kết nối bất kỳ lúc nào. Điều này có
nghĩa là RNC có thể quyết định, ví dụ, sau một khoảng thời gian không hoạt động trên kết
nối để đặt thiết bị di động vào trạng thái RRC idle. Sau đó, vì RNC không còn kiểm soát
tính di động của thuê bao, nó yêu cầu SGSN đặt kết nối vào trạng thái PMM idle. Do đó,
mặc dù thuê bao không còn có kết nối logic với RNC hoặc SGSN, ngữ cảnh PDP vẫn hoạt
động và thuê bao có thể giữ địa chỉ IP được gán. Đối với SGSN, điều này có nghĩa là nếu lOMoAR cPSD| 58759230
dữ liệu mới đến cho thuê bao từ GGSN, một kết nối tín hiệu và dữ liệu người dùng mới
phải được thiết lập trước khi dữ liệu có thể được chuyển tiếp đến thiết bị di động.
3.7 Quản lý di động mạng vô tuyến
Tùy thuộc vào trạng thái MM của mạng lõi, mạng vô tuyến có thể ở một số trạng thái RRC
khác nhau. Cách quản lý di động được xử lý trong mạng vô tuyến phụ thuộc vào trạng thái
tương ứng. Bảng 3.5 cung cấp một cái nhìn tổng quan về các trạng thái MM và PMM trong
mạng lõi và các trạng thái RRC tương ứng trong mạng vô tuyến.
3.7.1 Quản lý tính di động trong trạng thái Cell-DCH
Đối với các dịch vụ như thoại hoặc truyền video, việc không hoặc ít gián đoạn luồng dữ
liệu trong quá trình chuyển đổi giữa các cell là rất quan trọng. Đối với các dịch vụ này, chỉ
có thể sử dụng trạng thái Cell-DCH. Trong trạng thái này, mạng liên tục kiểm soát chất
lượng của kết nối và có khả năng chuyển hướng kết nối sang các cell khác nếu thuê bao
đang di chuyển. Quy trình này được gọi là handover hoặc handoff.
Handover được điều khiển bởi RNC và kích hoạt dựa trên các giá trị đo lường chất lượng
tín hiệu lên được đo bởi trạm gốc và các báo cáo đo lường về chất lượng xuống được gửi
bởi thiết bị di động. Các báo cáo đo lường có thể định kỳ hoặc kích hoạt bởi sự kiện. Các
nhà cung cấp mạng vô tuyến khác nhau sử dụng các chiến lược khác nhau cho báo cáo đo
lường. Không giống như trong GSM chỉ sử dụng cường độ tín hiệu, được gọi là Chỉ số
Cường độ Tín hiệu Nhận được (RSSI), để đưa ra quyết định, UMTS cần thêm các tiêu chí
khác vì các trạm gốc lân cận truyền trên cùng một tần số. Do đó, một thiết bị di động không
chỉ nhận tín hiệu của trạm gốc đang phục vụ hiện tại mà còn cả tín hiệu của các trạm gốc
lân cận, được coi là nhiễu từ quan điểm của nó. Trong UMTS, các giá trị sau được sử dụng: •
RSSI: Để mô tả tổng công suất tín hiệu nhận được tính bằng miliwatt. Giá trị thường
được biểu thị bằng dBm (thang logarit) và giá trị điển hình là -100 dBm cho mức
tín hiệu thấp đến -60 dBm cho mức tín hiệu rất mạnh. •
Công suất Mã Tín hiệu Nhận được (RSCP): Công suất kênh dẫn đường của trạm
gốc được nhận qua. RSCP có thể được sử dụng, ví dụ, để phát hiện các kịch bản
cạnh cell UMTS trong đó không có cell UMTS lân cận nào khả dụng để duy trì kết
nối. Trong trường hợp này, mạng thực hiện hành động khi mức RSCP giảm xuống
dưới ngưỡng được nhà khai thác mạng xác định. Nếu mạng biết về các cell GSM
lân cận, nó có thể kích hoạt chế độ nén để thiết bị di động có thể tìm kiếm và báo
cáo các cell GSM lân cận mà kết nối có thể được chuyển giao.
Bảng 3.5 Trạng thái mạng lõi và mạng vô tuyến. Trạng thái MM MM không
MM đã kết nối PMM không PMM đã kết lOMoAR cPSD| 58759230
và các trạng hoạt động hoạt động nối thái RRC có thể Không hoạt x - x - động Cell-DCH - x - x Cell-FACH - - - x Cell-PCH - - - x URA-PCH - - - x
EcNo: Năng lượng trên mỗi chip (Ec) của kênh dẫn đường chia cho mật độ công suất nhiễu
tổng cộng (No). Nói cách khác, EcNo là RSCP chia cho RSSI. Giá trị này càng tốt thì tín
hiệu càng dễ phân biệt với nhiễu. EcNo thường được biểu thị bằng decibel, vì nó là một
giá trị tương đối. Giá trị này là âm vì sử dụng thang logarit và RSCP nhỏ hơn công suất
nhận tổng cộng. EcNo có thể được sử dụng để so sánh chất lượng tín hiệu tương đối của
các cell khác nhau trên cùng một tần số. Sự khác biệt tương đối của chúng với nhau, độc
lập với cường độ tín hiệu tuyệt đối của chúng, sau đó có thể được sử dụng, ví dụ, để quyết
định cell nào nên là cell phục vụ.
Trong UMTS, một số biến thể handover khác nhau đã được xác định. Chuyển giao cứng:
Loại handover này rất giống với handover GSM, như được hiển thị trong Hình 3.24. Bằng
cách nhận kết quả đo lường từ thiết bị di động của kết nối đang hoạt động và kết quả đo
lường cường độ tín hiệu của kênh phát sóng của các cell lân cận, RNC có thể nhận ra nếu
một cell lân cận phù hợp hơn cho kết nối. Để chuyển hướng cuộc gọi sang cell mới, một
số biện pháp chuẩn bị phải được thực hiện trong mạng trước khi thực hiện handover. Điều
này bao gồm, ví dụ, việc đặt trước tài nguyên trên giao diện Iub, và nếu cần trên giao diện
Iur. Quy trình tương tự như đặt trước tài nguyên của một kết nối mới.
Một khi kết nối mới được thiết lập, thiết bị di động nhận được một lệnh thông qua kết nối
hiện tại để chuyển sang cell mới. Lệnh handover chứa, trong số các tham số khác, tần số
của cell mới và mã hóa kênh và mã hóa mới được sử dụng. Thiết bị di động sau đó tạm
dừng kết nối hiện tại và cố gắng thiết lập kết nối trong cell mới. Sự gián đoạn của luồng dữ
liệu trong quá trình này thường khá ngắn và mất khoảng 100 mili giây trung bình, vì mạng
đã được chuẩn bị sẵn cho kết nối mới. Một khi thiết bị di động được kết nối với cell mới,
lưu lượng dữ liệu người dùng có thể tiếp tục ngay lập tức. Loại handover này được gọi là
handover cứng UMTS, vì kết nối bị gián đoạn ngắn trong quá trình này. lOMoAR cPSD| 58759230
RNC là viết tắt của Radio Network Controller (Bộ điều khiển mạng vô tuyến). Chuyển giao mềm:
Với loại chuyển giao này, cuộc gọi thoại không bị gián đoạn bất kỳ lúc nào trong quá trình
thực hiện. Dựa trên các phép đo chất lượng tín hiệu của ô hiện tại và các ô lân cận, RNC
có thể quyết định đặt thiết bị di động vào trạng thái chuyển giao mềm. Tất cả dữ liệu từ và
đến thiết bị di động sau đó sẽ được gửi và nhận không chỉ qua một ô duy nhất mà còn qua
hai hoặc thậm chí nhiều ô đồng thời. Tất cả các ô tham gia vào quá trình truyền thông được
đưa vào cái gọi là Tập hợp Hoạt động của kết nối. Nếu kết nối vô tuyến của một ô trong
Tập hợp Hoạt động bị suy giảm, nó sẽ bị loại bỏ khỏi kết nối. Do đó, đảm bảo rằng mặc dù
thay đổi ô nhưng thiết bị di động không bao giờ mất liên lạc với mạng. Tập hợp Hoạt động
có thể chứa tối đa sáu ô cùng một lúc, mặc dù trong các mạng hoạt động không quá hai
hoặc ba ô được sử dụng cùng một lúc. Hình 3.25 cho thấy một tình huống chuyển giao mềm với ba ô.
Quy trình chuyển giao mềm có một số ưu điểm so với chuyển giao cứng được mô tả trước
đó. Vì không có sự gián đoạn lưu lượng dữ liệu người dùng xảy ra trong quá trình chuyển
giao mềm, chất lượng kết nối tổng thể tăng lên. Vì quy trình chuyển giao mềm có thể được
khởi tạo trong khi chất lượng tín hiệu của ô hiện tại vẫn còn chấp nhận được, khả năng mất
kết nối đột ngột giảm đi.
Hơn nữa, công suất truyền dẫn và do đó tiêu thụ năng lượng của thiết bị di động có thể
giảm trong một số trường hợp như được thể hiện trong Hình 3.26. Trong trường hợp này,
thuê bao lần đầu tiên chuyển vùng đến một khu vực mà nó có vùng phủ sóng tốt bởi ô 1.
Khi thuê bao di chuyển, có những lúc các tòa nhà hoặc vật cản khác cản trở đường truyền
tối ưu đến ô 1; do đó, thiết bị di động cần tăng công suất truyền dẫn của mình. Tuy nhiên,
nếu thiết bị di động ở trạng thái chuyển giao mềm, ô 2 vẫn nhận được tín hiệu tốt từ thiết
bị di động và do đó có thể bù đắp cho sự suy giảm của đường truyền đến ô 1. Do đó, thiết
bị di động không được yêu cầu tăng công suất truyền dẫn. Tuy nhiên, điều này không có lOMoAR cPSD| 58759230
nghĩa là kết nối với ô 1 được giải phóng ngay lập tức, vì mạng dự đoán về sự cải thiện điều kiện tín hiệu.
Hình 3.25 Các kết nối đến một thiết bị di động trong quá trình chuyển giao mềm với ba ô.
Người dùng di chuyển qua các vùng phủ sóng của nhiều Node-B. Mạng kích hoạt chế độ chuyển giao mềm.
Dữ liệu được nhận bởi RNC nhưng bị loại bỏ vì khung dữ liệu tương tự được nhận từ một
Node-B khác có chất lượng tín hiệu tốt hơn.
Hình 3.26 Chuyển giao mềm giảm tiêu thụ năng lượng của thiết bị di động do công suất
truyền dẫn thấp hơn. lOMoAR cPSD| 58759230
Hình 3.27 Sử dụng mã xáo trộn khi một thiết bị di động ở trạng thái chuyển giao mềm.
Do đường dẫn vô tuyến đến tế bào 1 chưa được giải phóng, RNC nhận được các khung dữ
liệu của thuê bao từ cả tế bào 1 và tế bào 2 và có thể quyết định, dựa trên thông tin chất
lượng tín hiệu được bao gồm trong cả hai khung, rằng khung nhận được từ tế bào 2 sẽ được
chuyển tiếp vào mạng lõi. Quyết định này được đưa ra cho từng khung, nghĩa là RNC phải
đưa ra quyết định cho mọi kết nối ở trạng thái chuyển giao cứ sau 10, 20, 40 hoặc 80 mili
giây, tùy thuộc vào kích thước của khung vô tuyến.
Theo hướng liên kết xuống, thiết bị di động nhận được các khung giống hệt nhau từ tế bào
1 và tế bào 2. Do các tế bào sử dụng các mã hóa kênh và mã hóa khác nhau, thiết bị di động
có thể tách hai luồng dữ liệu ở tầng vật lý (xem Hình 3.27). Điều này có nghĩa là thiết bị di
động phải giải mã luồng dữ liệu hai lần, điều này tất nhiên làm tăng nhẹ mức tiêu thụ điện
năng, vì cần nhiều sức mạnh xử lý hơn.
Từ góc độ mạng, quy trình chuyển giao mềm có một lợi thế vì thiết bị di động sử dụng ít
công suất truyền so với kịch bản một tế bào để tiếp cận ít nhất một trong các tế bào trong
Bộ hoạt động, do đó giảm nhiễu trong hướng liên kết lên. Điều này tăng dung lượng của
toàn bộ hệ thống, từ đó tăng số lượng thuê bao có thể được xử lý bởi một tế bào.
Mặt khác, có một số nhược điểm đối với mạng, vì trong hướng liên kết xuống, dữ liệu phải
được sao chép để có thể được gửi qua hai hoặc nhiều tế bào hơn. Theo hướng ngược lại,
RNC nhận được một bản sao của mỗi khung từ tất cả các tế bào trong Bộ hoạt động. Do
đó, dung lượng phải được dành riêng cho thuê bao trên các giao diện khác nhau của mạng
vô tuyến cao hơn nhiều so với thuê bao chỉ giao tiếp với một tế bào duy nhất. Vì vậy, quy
hoạch mạng tốt cố gắng đảm bảo rằng không có khu vực nào của mạng cần sử dụng nhiều
hơn ba tế bào cho trạng thái chuyển giao mềm. lOMoAR cPSD| 58759230
Liên kết này không được sử dụng vì tất
cả dữ liệu từ và đến SGSN được gửi qua RNC phục vụ (S-RNC).
Chuyển giao mềm với ba tế bào và hai RNC
Hình 3.28 Chuyển giao mềm với S-RNC và D-RNC
Mặt khác, mạng phải đối mặt với một số bất lợi. Trong hướng liên kết xuống, dữ liệu phải
được sao chép để gửi đến hai hoặc nhiều tế bào. Ngược lại, RNC nhận được bản sao của
mỗi khung từ tất cả các tế bào trong Bộ hoạt động. Do đó, dung lượng cần thiết cho thuê
bao trên các giao diện khác nhau của mạng vô tuyến cao hơn nhiều so với thuê bao chỉ giao
tiếp với một tế bào. Vì vậy, quy hoạch mạng tốt phải đảm bảo không có khu vực nào trong
mạng sử dụng quá ba tế bào cho trạng thái chuyển giao mềm. lOMoAR cPSD| 58759230
Chuyển giao mềm trở nên phức tạp hơn khi liên quan đến các tế bào không do S-RNC
kiểm soát. Trong trường hợp này, chuyển giao mềm chỉ khả thi nếu S-RNC kết nối với
RNC điều khiển tế bào đó. Các RNC này được gọi là Drift RNC (D-RNC). Hình 3.28 mô
tả một kịch bản bao gồm S-RNC và D-RNC. Nếu cần bao gồm một tế bào ngoại vào Bộ
hoạt động, S-RNC phải thiết lập liên kết với D-RNC qua giao diện Iur. D-RNC sau đó dành
tài nguyên cần thiết cho tế bào của mình trên giao diện Iub và xác nhận yêu cầu. SRNC
thông báo cho thiết bị di động bao gồm tế bào mới vào Bộ hoạt động thông qua thông điệp
Cập nhật Bộ hoạt động. Từ đó, tất cả dữ liệu đến S-RNC từ mạng lõi được chuyển tiếp qua
giao diện Iub đến các tế bào kết nối trực tiếp với S-RNC và qua giao diện Iur đến tất cả D-
RNC điều khiển tế bào trong Bộ hoạt động. Các D-RNC sau đó chuyển tiếp các gói dữ liệu
đến các tế bào dưới quyền kiểm soát của mình. Theo hướng ngược lại, S-RNC là điểm tập
trung cho tất cả các gói liên kết lên vì các D-RNC chuyển tiếp tất cả các gói dữ liệu đến
cho kết nối đến S-RNC. Sau đó, S-RNC quyết định gói nào sử dụng dựa trên chỉ báo chất
lượng tín hiệu trong mỗi khung.
Một biến thể của chuyển giao mềm là "chuyển giao mềm hơn", được sử dụng khi hai hoặc
nhiều tế bào của cùng một Node-B là phần của Bộ hoạt động. Đối với mạng, chuyển giao
mềm hơn có lợi thế là không cần tài nguyên bổ sung trên giao diện Iub vì Node-B quyết
định khung nào nhận được từ thiết bị di động thông qua các tế bào khác nhau sẽ được
chuyển tiếp đến RNC. Trong hướng liên kết xuống, điểm phân phối cho các khung dữ liệu
cũng là Node-B, tức là nó sao chép các khung nhận được từ RNC cho tất cả các tế bào
thuộc Bộ hoạt động của một kết nối.
Một trong những tham số quan trọng nhất của giao diện không dây GSM là điều chỉnh thời
gian (timing advance). Các thiết bị di động cách xa trạm gốc phải bắt đầu gửi khung của
chúng sớm hơn so với các thiết bị di động gần trạm gốc, do thời gian tín hiệu cần để đến
trạm gốc; điều này được gọi là điều khiển điều chỉnh thời gian. Trong UMTS, việc điều
khiển điều chỉnh thời gian là không thể; điều này là bởi vì trong khi một thiết bị di động ở
trạng thái chuyển giao mềm, tất cả các Node-B của Bộ hoạt động nhận cùng một luồng dữ
liệu từ thiết bị di động. Tuy nhiên, khoảng cách giữa thiết bị di động và mỗi Node-B là
khác nhau, do đó mỗi Node-B nhận được luồng dữ liệu tại một thời điểm hơi khác nhau.
Đối với thiết bị di động, không thể kiểm soát điều này bằng cách bắt đầu gửi dữ liệu sớm
hơn, vì nó chỉ gửi một luồng dữ liệu theo hướng liên kết lên cho tất cả các Node-B. May
mắn thay, không cần phải điều khiển điều chỉnh thời gian trong UMTS vì tất cả các thuê
bao đang hoạt động truyền đồng thời. Vì không sử dụng khe thời gian nên không có xung
đột nào có thể xảy ra giữa các thuê bao khác nhau. Tuy nhiên, để đảm bảo tính trực giao
của các mã kênh hóa của các thuê bao khác nhau, cần phải nhận các luồng dữ liệu của tất
cả các thiết bị di động đồng bộ. Vì điều này không thể thực hiện được, nên một mã xáo
trộn bổ sung được sử dụng cho mỗi thuê bao, được nhân với dữ liệu đã được xử lý bằng
mã kênh hóa. Điều này giải ghép các thuê bao khác nhau và do đó sự khác biệt về thời gian
trong việc đến của các tín hiệu khác nhau có thể được dung nạp. lOMoAR cPSD| 58759230
Sự khác biệt thời gian của nhiều bản sao tín hiệu của người dùng rất nhỏ so với độ dài của
một khung. Trong khi thời gian truyền của một khung là 10, 20, 40 hoặc 80 mili giây, thì
độ trễ trải nghiệm trên giao diện không dây của một số Node-B nhỏ hơn 0,1 mili giây ngay
cả khi khoảng cách thay đổi 30 km. Do đó, sự khác biệt thời gian của các khung trên giao
diện Iub là không đáng kể.
Nếu một thuê bao tiếp tục di chuyển ra khỏi tế bào mà trong đó bộ mang vô tuyến ban đầu
được thiết lập, sẽ có một điểm mà không một Node-B nào của S-RNC là một phần của
chuỗi truyền dẫn nữa. Hình 3.29 cho thấy một kịch bản như vậy. Vì trạng thái này là lãng
phí tài nguyên mạng vô tuyến, S-RNC có thể yêu cầu thay đổi định tuyến từ MSC và SGSN
trên giao diện Iu (cs) / Iu (ps). Thủ tục này được gọi là Yêu cầu di chuyển Hệ thống mạng
vô tuyến phục vụ (SRNS). Nếu các thành phần mạng lõi đồng ý thực hiện thay đổi, D-RNC
trở thành S-RNC mới và các tài nguyên trên giao diện Iur có thể được giải phóng.
Một di chuyển SRNS cũng cần thiết nếu cần thực hiện chuyển giao do điều kiện vô tuyến
suy giảm và không có kết nối Iur giữa hai RNC. Trong trường hợp này, không phải là tối
ưu hóa tài nguyên mạng vô tuyến kích hoạt quy trình mà là cần duy trì bộ mang vô tuyến.
Cùng với việc di chuyển SRNS, cần thực hiện chuyển giao cứng vào tế bào mới, vì chuyển
giao mềm không thể thực hiện được do thiếu giao diện Iur.
Khi các mạng GSM đầu tiên được xây dựng vào đầu những năm 1990, nhiều mạng thế hệ
trước đã bao phủ hầu hết các phần của đất nước. Tuy nhiên, số lượng người dùng rất nhỏ,
vì vậy không cần thiết phải đạt được cùng một vùng phủ sóng bằng GSM ngay lập tức. Khi
các mạng UMTS đầu tiên đi vào hoạt động, tình hình thay đổi hoàn toàn. Do thành công
lớn của GSM, hầu hết mọi người ở châu Âu đã sở hữu điện thoại di động. Vì triển khai
mạng là một quá trình dài và tốn kém nên không thể cung cấp vùng phủ sóng toàn quốc
cho UMTS ngay từ đầu. Do đó, cần đảm bảo tích hợp liền mạch UMTS vào cơ sở hạ tầng
GSM hiện có. Điều này có nghĩa là ngay từ đầu, thiết kế của các thiết bị di động UMTS
phải tích hợp GSM và GPRS. Do đó, trong khi người dùng chuyển vùng trong khu vực
được phủ sóng bởi UMTS, cả cuộc gọi thoại và dữ liệu gói được xử lý bởi mạng UMTS.
Nếu người dùng chuyển vùng vào khu vực chỉ được phủ sóng bởi mạng 2G, thiết bị di động
tự động chuyển sang GSM và các kết nối chuyển mạch gói sử dụng mạng GPRS. Để không
làm gián đoạn các cuộc gọi thoại hoặc dữ liệu đang diễn ra, các tiêu chuẩn UMTS cũng
bao gồm các quy trình để chuyển giao một kết nối đang hoạt động sang mạng 2G. Thủ tục
chuyển giao này được gọi là chuyển giao liên hệ thống (xem Hình 3.30).
Tất cả dữ liệu người dùng được gửi qua
Sau khi di dời SRNS, chỉ có một RNC hai RNC và giao diện Iur
duy nhất được sử dụng lOMoAR cPSD| 58759230 Hình 3.2: uuy trình di dời SRNS
Trong UMTS có một số khả năng khác nhau để thực hiện chuyển giao liên hệ thống.
Phương pháp chuyển giao liên hệ thống đầu tiên là chuyển giao liên hệ thống mù. Trong
trường hợp này, RNC biết về các tế bào GSM lân cận đối với một số tế bào UMTS nhất
định. Trong trường hợp chất lượng tín hiệu giảm nghiêm trọng, RNC báo cáo cho MSC
hoặc SGSN rằng cần chuyển giao sang một tế bào 2G. Thủ tục này được gọi là 'chuyển
giao mù' vì không có báo cáo đo lường về tế bào GSM nào khả dụng cho quyết định chuyển
giao. Ưu điểm của quy trình này là triển khai đơn giản trong mạng và trong các thiết bị di
động. Tuy nhiên, cũng có một số nhược điểm:
• Mạng không biết liệu thiết bị di động có tìm thấy được tế bào GSM hay không.
• Thiết bị di động và tế bào GSM đích không được đồng bộ. Điều này làm tăng đáng
kể thời gian cần thiết để thiết bị di động liên lạc với tế bào mới sau khi mạng đã
phát lệnh chuyển giao. Đối với người dùng, điều này có nghĩa là trong cuộc gọi
thoại, họ có thể nhận thấy sự gián đoạn ngắn của đường thoại.
• Nếu một tế bào UMTS có một số tế bào GSM lân cận, như hình 3.31, RNC không
có cách nào để phân biệt tế bào nào là tốt nhất cho việc chuyển giao. Do đó, nên
tránh bố trí mạng như vậy. Tuy nhiên, trong thực tế, điều này thường không thể. lOMoAR cPSD| 58759230
Hình 3.30 Chuyển giao 3G sang 2G
Để cải thiện tỷ lệ thành công và chất lượng của quá trình chuyển giao giữa các hệ thống,
tiêu chuẩn UMTS cũng bao gồm một quy trình chuyển giao giữa các hệ thống được kiểm
soát, thường được sử dụng trong thực tế ngày nay. Để thực hiện chuyển giao được kiểm
soát, các tế bào UMTS ở biên của vùng phủ sóng thông báo cho thiết bị di động về cả các
tế bào lân cận UMTS và GSM. Do đó, một thiết bị di động có thể đo chất lượng tín hiệu
của các tế bào lân cận của cả hai hệ thống trong khi kết nối đang hoạt động. Như đã mô tả
trước đó, có một số cách để báo cáo các giá trị đo lường cho RNC. Đổi lại, RNC có thể
quyết định yêu cầu chuyển giao giữa các hệ thống từ mạng lõi dựa trên điều kiện tín hiệu
hiện tại thay vì chỉ đơn giản là đoán rằng một tế bào GSM nhất định phù hợp cho việc chuyển giao.
Việc thực hiện đo cường độ tín hiệu của tế bào lân cận khá dễ dàng đối với các tế bào
UMTS vì chúng thường sử dụng cùng tần số với tế bào đang phục vụ hiện tại. Do đó, thiết
bị di động chỉ cần áp dụng các mã chính của các tế bào lân cận trên tín hiệu nhận được để
lấy các chỉ báo cường độ tín hiệu cho chúng. Đối với thiết bị di động, điều này có nghĩa là
nó phải thực hiện một số tác vụ tính toán bổ sung trong khi phiên làm việc đang diễn ra.
Đối với các tế bào GSM lân cận, quy trình phức tạp hơn một chút vì chúng truyền trên các
tần số khác nhau và do đó không thể được nhận cùng lúc với các tế bào UMTS của Active
Set. Cùng một vấn đề xảy ra khi cần thực hiện đo lường chất lượng tín hiệu cho các tế bào
UMTS hoạt động trên tần số khác nhau để tăng dung lượng của mạng vô tuyến. Do đó,
cách duy nhất để thiết bị di động thực hiện đo lường cho các tế bào như vậy là dừng truyền lOMoAR cPSD| 58759230
và nhận khung theo một mẫu được xác định trước để thực hiện đo lường trên các tần số
khác. Chế độ hoạt động này được gọi là chế độ nén và được kích hoạt bởi RNC, nếu cần,
trong thiết bị di động và tất cả các tế bào của Active Set của một kết nối. Tiêu chuẩn xác
định ba khả năng để triển khai chế độ nén. Mặc dù các nhà cung cấp mạng có thể chọn một
trong các tùy chọn được mô tả dưới đây để triển khai, nhưng thiết bị di động được yêu cầu
hỗ trợ tất cả các tùy chọn:
• Giảm hệ số trải rộng. Đối với tùy chọn này, hệ số trải rộng được giảm cho một số
khung. Do đó, có thể truyền nhiều dữ liệu hơn trong các khoảng thời gian này, làm
tăng tốc độ kết nối. Điều này cho phép chèn các khoảng trống truyền ngắn để mục
đích đo tần số liên kênh mà không làm giảm tốc độ tổng thể của kết nối. Khi hệ số
trải rộng thay đổi, công suất truyền phải được tăng lên để đảm bảo tỷ lệ lỗi chấp nhận được.
• Loại bỏ bit. Sau khi bộ mã hóa kênh thêm các bit sửa lỗi và phát hiện lỗi vào luồng
dữ liệu gốc, một số trong số chúng được loại bỏ một lần nữa để dành thời gian cho
các phép đo tần số liên kênh. Để giữ tỷ lệ lỗi của kênh vô tuyến trong giới hạn chấp
nhận được, công suất truyền phải được tăng lên.
• Giảm số lượng bit dữ liệu người dùng mỗi khung. Vì ít bit hơn được gửi mỗi
khung nên không cần tăng công suất truyền. Nhược điểm là tốc độ dữ liệu người
dùng giảm khi hoạt động ở chế độ nén.
Mục tiêu của các phép đo ở chế độ nén là cho phép giải mã thành công Kênh sửa lỗi tần số
(FCCH) và Kênh đồng bộ (SCH) của các tế bào GSM xung quanh. Để biết thêm thông tin
về các kênh này, xem Phần 7.3 trong chương về GSM. Hình 3.32 cho thấy cách thực hiện
chuyển giao giữa hệ thống từ UMTS sang GSM. Quy trình bắt đầu ở phía UTRAN giống
như một quá trình chuyển giao liên MSC bình thường bằng cách RNC gửi yêu cầu di
chuyển SRNS. Vì việc di chuyển SRNS không được biết đến trong GSM, nên 3G MSC sử
dụng một thông điệp Chuẩn bị chuyển giao 2G tiêu chuẩn để bắt đầu giao tiếp với 2G MSC.
Do đó, đối với 2G MSC, quá trình chuyển giao trông giống như một quá trình chuyển giao
GSM sang GSM bình thường và được xử lý tương ứng. lOMoAR cPSD| 58759230
MSC 3G yêu cầuchuyển giao từ MSC 2G Tài nguyên vô tuyến được phân bổ trong BSS 2G
Đường truyền thoại đã
được thiết lập giữa các MSC.
2G BSS thông báo cho 2G MSC về
việc chuyển giao thành công
2G MSC thông báo 3G MSC đã chuyển giao thành công lOMoAR cPSD| 58759230
Hình 3.32: Luồng tin nhắn trong quá trình chuyển giao cứng giữa hệ thống 3G và 2G
3.7.2 Quản lý di động trong trạng thái nhàn rỗi
Khi ở trạng thái nhàn rỗi, thiết bị di động ở trạng thái thụ động, tức là không gửi hoặc nhận
dữ liệu. Tuy nhiên, có một số tác vụ phải được thực hiện định kỳ bởi thiết bị di động.
Để có thể phản hồi các cuộc gọi thoại, tin nhắn ngắn, tin nhắn MMS, v.v. đến, kênh báo
thức (PCH) được giám sát. Nếu một tin nhắn báo thức chứa Danh tính thuê bao di động
quốc tế (IMSI) hoặc Danh tính thuê bao di động tạm thời (TMSI) của thuê bao được nhận,
thiết bị di động phản ứng và thiết lập kết nối với mạng. Vì việc giám sát kênh báo thức tiêu
tốn một số năng lượng, nên các thuê bao được chia thành một số nhóm dựa trên IMSI của
họ (nhóm báo thức). Các tin nhắn báo thức cho một thuê bao của mỗi nhóm sau đó được
phát sóng ở các khoảng thời gian nhất định. Do đó, một thiết bị di động không phải liên
tục lắng nghe các tin nhắn báo thức đến, mà chỉ ở một khoảng thời gian nhất định. Tại tất
cả các thời điểm khác, bộ thu có thể được tắt và do đó tiết kiệm được dung lượng pin. Tuy
nhiên, một nhược điểm nhỏ của phương pháp này là quy trình báo thức mất nhiều thời gian
hơn nếu PCH được thiết bị di động giám sát liên tục.
Khi ở trạng thái nhàn rỗi, thiết bị di động ở trạng thái thụ động, tức là không gửi hoặc nhận
dữ liệu. Tuy nhiên, có một số tác vụ phải được thực hiện định kỳ bởi thiết bị di động.
Để có thể phản hồi các cuộc gọi dữ liệu đến, chẳng hạn như từ ứng dụng nhắn tin, mạng
cũng cần gửi một tin nhắn báo thức. Khi thiết bị di động nhận được một tin nhắn báo thức
cho một sự kiện như vậy, nó phải thiết lập lại kết nối logic với mạng trước khi khung IP có
thể được chuyển tiếp.
Trong trạng thái nhàn rỗi, thiết bị di động chịu trách nhiệm quản lý di động, tức là chuyển
sang một tế bào phù hợp hơn khi người dùng di chuyển. Vì mạng không tham gia vào quá
trình ra quyết định nên quy trình này được gọi là chọn lại tế bào.
Trong khi thiết bị di động ở trạng thái nhàn rỗi, không có kết nối vật lý hoặc logic nào giữa
mạng vô tuyến và thiết bị di động. Do đó, cần phải thiết lập lại kết nối vật lý trên giao diện
không dây nếu dữ liệu cần được truyền tải lại. Đối với phần chuyển mạch mạch của mạng,
trạng thái nhàn rỗi RRC ngụ ý rằng không có kết nối thoại được thiết lập. Mặt khác, đối
với SGSN, tình hình khác nhau. Một ngữ cảnh PDP vẫn có thể được thiết lập ở trạng thái
nhàn rỗi, mặc dù không có dữ liệu nào được gửi hoặc nhận. Để truyền dữ liệu lại, thiết bị
di động cần thiết lập lại kết nối và mạng sau đó hoặc thiết lập DCH hoặc sử dụng FACH
để trao đổi dữ liệu. Trên thực tế, có thể thấy rằng thời gian để thiết lập lại kênh là khoảng
2,5-3 giây. Do đó, thiết bị di động chỉ nên được đặt vào trạng thái nhàn rỗi sau một khoảng
thời gian không hoạt động kéo dài vì độ trễ này ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng trải
nghiệm của người dùng, ví dụ như trong khi duyệt web. Thay vì phản ứng tức thì với việc lOMoAR cPSD| 58759230
người dùng nhấp vào một liên kết, có một độ trễ dài không mong muốn trước khi trang mới
được hiển thị, điều này được người dùng nhận thấy.
Trong khi thiết bị di động ở trạng thái nhàn rỗi, mạng lõi không biết vị trí hiện tại của thuê
bao; chỉ có MSC biết khu vực vị trí hiện tại của thuê bao. Một khu vực vị trí thường bao
gồm vài chục tế bào và do đó cần phải báo cho thuê bao các cuộc gọi đến. Điều này được
thực hiện thông qua một tin nhắn báo thức được phát trên PCH trong tất cả các tế bào của
khu vực vị trí. Khái niệm này đã được áp dụng từ GSM mà không sửa đổi và được mô tả
chi tiết hơn trong Phần 8.1 trong chương về GSM.
Từ quan điểm của SGSN, cùng một khái niệm được sử dụng nếu một gói IP phải được
chuyển khi thiết bị di động ở trạng thái nhàn rỗi. Đối với phần chuyển mạch gói của mạng,
các tế bào được chia thành các khu vực định tuyến (RA). Một RA là một tập hợp con của
một khu vực vị trí nhưng hầu hết các nhà khai thác chỉ sử dụng một khu vực định tuyến
cho mỗi khu vực vị trí. Tương tự như khái niệm khu vực vị trí, khái niệm khu vực định
tuyến đã được áp dụng từ khái niệm mạng 2G mà không sửa đổi.
Trong trường hợp thiết bị di động di chuyển đến một tế bào mới là một phần của một khu
vực vị trí hoặc khu vực định tuyến khác, phải thực hiện cập nhật vị trí hoặc khu vực định
tuyến. Điều này được thực hiện bằng cách thiết lập một kết nối tín hiệu, nhắc RNC đặt
trạng thái của thiết bị di động thành Cell-DCH hoặc Cell-FACH. Sau đó, cập nhật vị trí
hoặc khu vực định tuyến được thực hiện một cách trong suốt qua kết nối được thiết lập với
MSC và SGSN. Sau khi cập nhật được thực hiện, thiết bị di động quay trở lại trạng thái nhàn rỗi.