Cấu trúc femtocell và hướng triển khai
- 21 trang
- file .pdf
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
MÔN: THÔNG TIN DI ĐỘNG
Giang viên: Vũ Văn Tấn
Sinh viên: Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền
Hà My
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 1
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
1/ Khái niệm femtocell
2 / Nguyên lý hoạt động của Femtocell
U
2.1 – Các giao thức và giao tiếp
2.2_ Tiêu chuẩn cấu trúc
U 3/ Các chuẩn Femtocell
U 4 / Hoàn thiện công nghệ
4.1 – 3G ở tần số thấp
4.2_ Long Term Evolution (LTE)
U 5 / Nhiễu vô tuyến và phối hợp tần số
5.1 – Nhiễu đồng kênh
5.2_ Nhiễu kênh lân cận
5.3_ Kết luận và khuyến nghị
U 6 /Cấu trúc Femtocell và hướng triển khai
U 7/ Quản lý femtocell
7.1 – Cơ sở triển khai thuê bao
7.2 – Quy mô triển khai Femtocell
7.3 – Tích hợp với hệ thống mạng khác
7.4 – Các yêu cầu quản lý Femtocell
7.5 – Tổng kết và khuyến nghị
8/ Femtocell và bảo mật mạng
8.1 – Kiểm soát vị trí điểm truy nhập
8.2 – Quản lý femtocell
8.3 – Nhận thực thiết bị femtocell
8.4 – Sự ủy quyền
8.5 – Cấp phép thuật toán
8.6 – Bảo vệ chống gian lận
8.7 – Mạng và bảo mật Backhaul (Backhaul Security)
8.8 – Bảo mật nhận thực điểm truy nhập Femtocell
B. Tài liệu tham khảo
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Femtocell
2. http://www.femtoforum.org/femto/aboutfemtocells.php
3. http://www.lulu.com/product/paperback/femtocell-primer/3423204
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 2
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Femtocell là gì?
- Trong viễn thông, femtocell là một thuật ngữ khá mới liên quan
đến khái niệm về trạm gốc điểm truy nhập (Access point base station).
- Mỗi femtocell chỉ là một trạm thu phát di động nhỏ trong mạng
thông tin di động kiểu tế bào, trong đó tích hợp nhiều chức năng của
BSC (Base Station Controller) và một số chức năng của MSC
(Mobile Switching Center).
- Femtocell được kết nối đến mạng của các nhà cung cấp dịch vụ
qua đường truyền băng rộng (như DSL hoặc cáp quang). Mục đích của
các femtocell là dùng để phủ sóng bên trong các tòa nhà, bên trong các
công ty; cho phép những nhà cung cấp dịch vụ mở rộng phạm vi phủ
sóng ở những khu vực trong khu dân cư sóng yếu hoặc các cao ốc và
tầng hầm. Vì thế, femtocell như một cổng kết nối của mạng thông tin di
động tế bào đặt tại nhà khách hàng và có thể xem là sự kết hợp giữa
mạng cố định và mạng di động.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 3
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Điểm truy nhập Femtocell được kết nối bởi DSL băng thông rộng hoặc kết nối IP để giao diện với mạng
GSM hoặc UMTS chuyển mạch gói và các mạng chuyển mạch kênh. Femtocell làm việc với các thiết bị
chuẩn phù hợp với các chuẩn giao diện đã tồn tại trong mạng 2G và 3G. Điều này đảm bảo dịch vụ liên
tục và có tính tương thích cao với các mạng đã tồn tại và tránh được những yêu cầu về tính thích ứng
với các thiết bị cầm tay.
Về nguyên tắc, Femtocell kết nối đường dữ liệu đến các nhà cung cấp dịch vụ của mạng di động thông
qua các đường truyền băng thông rộng như cáp đồng (DSL) hoặc cáp quang và thường hỗ trợ từ hai đến
năm điện thoại di động trong khu vực đó.
Về điều khiển, Femtocell kết nối đường điều khiển (báo hiệu) đến các trạm BSC, tổng đài MSC của
mạng di động và hoạt động theo sự điều khiển của các trạm này. Mục đích của Femtocell là phủ sóng
trong khu vực của nó và có thể xem đây là một cổng kết nối đến mạng di động và là sự kết hợp giữa
mạng cố định và mạng di động
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 4
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
KIẾN TRÚC FEMTOCELL
Một trong những chỉ số đánh giá mức độ thành công triển khai công nghệ Femtocell là tính
tương hợp giữa điểm truy nhập Femto và mạng. Những yêu cầu tương hợp đòi hỏi sự phát triển
của các kiến trúc thông thường và các chuẩn công nghệ phù hợp để đảm bảo ghép nối tương
thích cho các điểm truy nhập và mạng. Để đạt được mục tiêu này, diễn đàn Femto đã phát triển
một kiến trúc được biểu diễn ở Hình 3, với các thuộc tính tiêu chuẩn được định nghĩa cho cả
điểm truy nhập femto (FAP-Femto Access Point) và cổng kết nối Femto (FGW-Femto Gateway).
Các điểm truy nhập Femto (FAP) gồm những chức năng điển hình sau:
- Quản lý báo hiệu 3GPP, mặt phẳng người sử dụng, quản lý tài nguyên tần số vô tuyến
- Chức năng vận chuyển IP, quản lý QoS, bảo mật lớp 3, quản lý TR-069
- Tự cấu hình, chức năng tường lửa, NAT, bảo mật.
Hình 3. Kiến trúc Femtocell tham khảo (Nguồn: diễn đàn Femto)
Các cổng kết nối Femto (FGW) gồm các chức năng điển hình sau:
- 3GPP RANAP, đồng bộ và cung cấp định thời cho mạng
- Nhận thực và cấp phép Femtocell, Che dấu cấu trúc liên kết AP, mạng
- Chức năng bảo mật IP
- Tập hợp và định tuyến lưu lượng Femtocell, Tự động cấu hình
Cùng với những định nghĩa này, diễn đàn Femto và 3GPP vẫn cần phải tiến hành nhiều công
việc trong thời gian tới để có thể định nghĩa các kiến trúc bao gồm một kiến trúc cơ sở “luh” với
“lucs” và“lups” hướng tới CN. Chi tiết về những yêu cầu cho Femtocell đã được xem xét trong
bản thuyết mính của 3GPP: TS22.001 và hiện nay cũng nằm trong bản mới: TS 22.220.
Các nhà cung cấp yêu cầu các giao thức và giao tiếp tiêu chuẩn phải được sử dụng giữa điểm
truy nhập Femto và cổng kết nối Femto, giữa cổng kết nối Femto và mạng di động. Trong phát
triển dài hạn, phải đảm bảo tính tương hợp hoàn toàn giữa FAP và FGW từ tất cả các nhà cung
cấp. Để đạt được cần phải tiếp tục các hoạt động tiêu chuẩn hóa:
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 5
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
- Giao diện giữa cổng kết nối Femto và điểm truy nhập Femto (biết tới với tên “luh” trong 3GPP
Rel 8)
- Các giao thức bảo mật (Rel 9 trong 3GPP)
- UICC hoặc TPM (trusted platform module) cho thiết bị nhận thực (FAP) (Rel 9 trong 3GPP)
- Quản lý các tính năng dựa trên cơ sở TR-069, và quản lý các tiêu chuẩn
- Triển khai giao diện kiểm tra mở trong cổng kết nối Femto để đảm bảo tính tương hợp trên Fa
(luh).
Có thể thấy kiến trúc này gồm hai thành phần chính là HNB (a.k.a. Femtocell) và HNB
gateway (a.k.a. Femto Gateway). Giữa các thành phần này là một giao diện mới Iu-h.
Home NodeB (HNB): được kết nối với một dịch vụ băng rộng gia đình hiện có, một HNB
cung cấp vùng bao phủ vô tuyến trong một căn hộ theo chuẩn của thiết bị cầm tay 3G. Sự kết
hợp chặt chẽ của các HNB thì khả năng của một node B chuẩn cũng giống như một bộ điều
khiển mạng vô tuyến RNC chuẩn.
HNB Gateway (HNB-GW): Được cài đặt trong mạng của nhà khai thác, HNB Gateway tập
hợp lưu lượng từ một số lượng lớn các HNB rồi đưa lên mạng lõi thông qua chuẩn Iu-cs và giao
diện Iu-ps.
Giao diện Iu-h: Nằm giữa HNB và HNB-GW, bao gồm một giao thức ứng dụng HNB
(HNBAP) cho phép thuận lợi trong triển khai các HNB đặc biệt. Giao điện này đưa ra một
phương pháp cho việc truyền tín hiệu điều khiển Iu trên Internet.
3
Tổ hợp ba diễn đàn về công nghệ băng rộng là 3GPP, Femto và Broadband đã công bố tiêu
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 6
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
chuẩn femtocell đầu tiên trên thế giới được 3GPP chính thức xuất bản, mở đường cho việc chuẩn
hoá femtocell để tạo ra một số lượng lớn, cho phép tương thích giữa các cổng truy nhập của các
nhà cung cấp thiết bị khác nhau và các cổng kết nối femto (femto gateway). Tiêu chuẩn
femtocell là một phần của tiêu chuẩn 3GPP phiên bản 8, hoàn toàn độc lập với phần mở rộng
TR-069 (Technical Report-069) của diễn đàn Broadband.
phù hợp với giao diện vô tuyến 3G cho điện thoại di động
phù hợp với hệ thống quản lý từ xa TR-069
phù hợp với giao diện Iu
một điểm giao diện mới giữa femtocell và gateway femtocell được gọi là Iu-h
Chuẩn femtocell bao gồm bốn phần chính: cấu trúc mạng; các giao diện và can nhiễu vô
tuyến; quản lý, dự liệu và an ninh cho femtocell.
Về mặt cấu trúc mạng, giao diện chủ yếu giữa hàng triệu femtocell tiềm năng và các
gateway trong lõi mạng được gọi là Iuh. Việc sử dụng lại các giao thức 3GPP UMTS sẵn có và
mở rộng chúng nhằm mục đích hỗ trợ các nhu cầu triển khai femtocell số lượng lớn.
Chuẩn mới chấp nhận giao thức quản lý TR-069 của diễn đàn Broadband, được mở rộng
để hợp thành một mô hình dữ liệu mới cho femtocell và đã được cộng tác phát triển bởi các
thành viên của hai diễn đàn Femto và Broadband. Kết quả là diễn đàn Broadband đã xuất bản
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 7
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
thành TR-196 (Technical Report 196). TR-069 đã thực sự được sử dụng rộng rãi trong các mạng
cố định băng rộng và các thiết bị chuyển đổi (set-top box) và sẽ cho phép các nhà khai thác di
động triển khai hệ thống một cách đơn giản và có thể dự liệu, chẩn đoán và cập nhật phần mềm
tự động từ xa. Chuẩn mới cũng sử dụng kết hợp các giải pháp an ninh bao gồm các giao thức
IKEv2 (Internet Key Exchange v2) và Ipsec (IP Security) để xác nhận nhà khai thác và thuê bao
nhằm đạt được một sự bảo đảm bảo mật trong quá trình trao đổi dữ liệu.
Dựa vào thành công đó công nghệ femtocell hợp nhất theo chuẩn 3GPP phiên bản 9,
hướng đến LTE femtocell cũng như hỗ trợ chức năng tiên tiến hơn cho femtocell 3G. Tiêu chuẩn
femtocell cũng đang được phát triển cho các công nghệ giao diện vô tuyến bổ sung phù hợp với
các nhóm công nghệ khác.
Trong Rel-8, 3GPP được định nghĩa là cách thức cơ bản cho sự phát triển của HNB
(Home NodeB) và HeNB (Home eNodeB). Những yêu cầu đó được đề nghị trong TS 22.011.
Trong Rel-9 cũng đề cập đến những yêu cầu từ Rel-8 và những yêu cầu cho HNB và
HeNB trong TS22.220.
TR23.832 đề cập liến trúc IMS cho HNB (HNB và HNB Gateway) như 1 dung lượng tùy
ý của HB, ví dụ như một người khai thác mạng offload CS đến IMS.
Từ Rel-8, một đặc trưng quan trọng được gọi là CSG( Closed Subscriber Group) được
giới thiệu. HNB cung cấp cho những người dùng truy cập bị giới hạn, phụ thuộc vào CSG. 1
hoặc nhiều tế bào thành tế bào CSG, được nhận dạng bởi sự nhận dạng số độc nhất, gọi là CSG
Identify. Nó được mô tả trong TS25.367.
• TS22.220 : Service requirements for HNB and HeNB
• TR23.830 : Architecture aspects of HNB and HeNB
• TR23.832 : IMS aspects of architecture for HNB
• TS25.467 : UTRAN architecture for 3G HNB
• TS25.367 : Mobility procedures for Home Node B (HNB)
• TS25.469 : UTRAN Iuh interface HNB Application Part (HNBAP) signalling
• TR25.820 : 3G Home Node B (HNB) study item
• TR25.967 : FDD Home Node B (HNB) RF Requirements
• TS32.581 : HNB OAM&P, Concepts and requirements for Type 1 interface HNB to
HNB Management System
• TS32.582 : HNB OAM&P, Information model for Type 1 interface HNB to HNB
Management System
• TS32.583 : HNB OAM&P, Procedure flows for Type 1 interface HNB to HNB Management
System
• TR32.821 : Study of Self-Organizing Networks (SON) related OAM Interfaces for
Home HNB
• TR33.820 : Security of HNB/HeNB
• TS25468 : UTRAN Iuh Interface RANAP User Adaptation (RUA) signaling
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 8
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
UMTS Network Architechture
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 9
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
The Radio Access Network (RAN) : trong UMTS, RAN töông ñöông BSS trong maïng GSM.
Noù lieân keát UEs vaø maïng loõi.
Radio NetworkController (RNC) töông ñöông BSC trong maïng GSM coù chöùc naêng ñieàu
khieån moät vaøi node B vaø thực hiện quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) và có khả năng giao tiếp
trực tiếp với RNCs khác thông qua giao diện Iur. Giao tiếp RNC với các mạng lõi bằng một giao
diện gọi là Iu.
RNC thực hiện Call Admission Control (CAC) và chấp nhận hoặc từ chối cuộc gọi phụ thuộc
vào NodeB yêu cầu cuộc gọi.
Femtocell 3G phủ sóng vô tuyến 3G trong nhà, khu vực công cộng và các tòa nhà văn phòng.
• Mỗi Femtocell có thể hỗ trợ 16 người sử dụng tại cùng một thời điểm trong phạm vi
600m
• Tốc độ tải xuống lên tới 22 Mbps và tốc độ tải lên tới 6 Mbps
Dễ cài đặt, chi phí triển khai thấp
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 10
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Nhiễu là một vấn đề quan trọng trong thông tin di động, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, khi
xử lí tín hiệu và truyền tín hiệu thì tín hiệu sẽ bị méo dạng hoặc có tạp âm xen vào trong thiết bị
tái tạo tín hiệu.
Femtocell được lắp đặt tại nhà của khách hàng, các tòa nhà văn phòng bằng cách sử dụng lớp tế
bào Marco cellular layer…Đây là một môi trường không có sự quản lí chặt chẽ nên nhiễu rất dễ
xuất hiện.
5.1. Nhiễu đồng kênh ( Cochannel Interference)
Nhiễu đồng kênh là hiện tượng nhiễu do các nguồn phát phát ra tín hiệu ở cùng một tần số hoặc
cùng một kênh phát sóng. Máy thu sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ khác nhau tùy vào vị
trí và công suất của trạm phát.
Trong hệ thống femtocell, nhiễu đồng kênh xảy ra do sử dụng lại tần số nhằm tăng dung lượng
cho hệ thống.
Khi 1 điểm truy cập Femtocel quá gần trạm macrocell (nhỏ hơn 50m),làm cho điểm truy nhập bị
giới hạn về hiệu quả phủ sóng, bởi vì mức tín hiệu cao nhận được từ m đồng kênh.
Khi 1 điểm truy cập quá xa macrocell, làm cho các thiết bị di động dùng trong macrocell không
bắt được tín hiệu từ macro.
Đặc trưng cho nhiễu đồng kênh là tỉ số C/I( tỉ số sóng mang trên nhiễu) thể hiện mối quan hệ
giữa cường độ tín hiệu mong muốn so với nhiễu đồng kênh từ các femtocell khác
C/I = 10log (Pc/Pi)
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 11
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Yêu cầu là C/I <=12dB.
Trong đó :
− Pc là công suất tín hiệu thu mong muốn.
− Pi là công suất nhiễu thu được.
5.2 Nhiễu kênh kề ( Adjacent channel interference)
Nhiễu kênh kề xảy ra do tín hiệu từ các macrocell lân cận đối với thiết bị di động trong vùng
macrocell đang xét, hoặc do nhiễu của các nhà cung cấp dịch vụ .
5.3 Kết luận:
Nhiễu đồng kênh:
Thiết kế mạng cellular phù hợp.
Thiết kế sao cho các cell trong mạng có sử dụng cùng nhóm
tần số không ảnh hưởng tới nhau =>khoảng cách các cell cùng tần số phải đủ lớn.
Nhiễu kênh kề:
Cần có 1 bộ lọc tốt để có thể loại bỏ tần số không mong muốn.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 12
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Các giải pháp cho phép kết nối từ femtocell đến mạng lõi di động (core network –CN)
Trong phần này, nhóm tập trung trình bày quá trình tích hợp femtocell vào mạng 3G UMTS và
dịch vụ thoại trên mạng chuyển nối mạch (circuit-switched) sẽ được lấy làm ví dụ minh họa.
Điều này không ngăn cản việc dùng giải pháp femtocell để tích hợp với mạng GSM/GPRS hay
cả mạng WiMAX, cũng như việc dùng các dịch vụ đa phương tiện trên mạng chuyển nối gói
thông qua femtocell. Trên thực tế, chính các dịch vụ chuyển nối gói này mới là động lực lớn thúc
đẩy người dùng đón nhận femtocell.
Trong mạng thông tin di động thế hệ thứ 3G UMTS, các trạm phát sóng Node B (bao gồm các
macro-cell, micro-cell hay cả pico-cell) kết nối trực tiếp với khối điều khiển mạng vô tuyến RNC
(Radio Network Controller) bằng đường truyền dành riêng như E1/T1. Các RNC ghép các lưu
lượng dữ liệu từ các Node B trước khi gửi chúng đến mạng lõi di động. RNC phân phát lưu
lượng thoại (của mạng chuyển nối mạch) đến các tổng đài MSC (Mobile Switching Center)
thông qua giao diện Iu-CS và dữ liệu gói (của mạng chuyển nối gói) đến SGSN (Serving GPRS
Support Node) thông qua giao diện Iu-PS.
Vì lý do giá thành và tiện lợi sử dụng, femtocell phải đáp ứng tính năng (plug-and-play) giống
như cách mà người ta cài đặt và sử dụng một trạm truy nhập WiFi. Trong tương lai, hàng ngàn
femtocell sẽ được nối kết với kiến trúc mạng lõi di động thông qua mạng công cộng Internet.
Điều này đặt ra bài toán về khả năng mở rộng (scalability), tính bảo mật và sự chuẩn hóa của các
thiết bị và giải pháp. Dưới đây, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu 4 giải pháp đã được đề nghị để kết nối
thiết bị femtocell đến mạng lõi di động.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 13
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
a) Kiến trúc dựa trên UMTS
Giải pháp đầu tiên đi theo hướng giữ nguyên hạ tầng mạng nằm phía sau RNC. Việc liên lạc từ
các femtocell về mạng lõi sẽ thực hiện bằng đường hầm IP được bảo mật thông qua mạng IP
băng rộng công cộng. Chúng ta có thể phân ra 2 loại: Iub trên IP (nếu đường hầm IP được thiết
lập giữa femtocell và RNC) và Iu trên IP (nếu đường hầm được thiết lập giữa RNC và
MSC/SGSN). Trong khung giải pháp này, Iu-concentrator (còn được gọi là Femtocell Gateway -
FGW) được đề nghị để như điểm tập trung lưu lượng thông tin từ hàng nghìn femtocell trước khi
đi vào mạng lõi di động để tăng khả năng mở rộng (scalability).
Giải pháp Iub trên IP
Trong giải pháp này, femtocell đóng vai trò của một Node B, còn FGW sẽ nằm giữa femtocell và
RNC như minh họa ở hình 1. Giải pháp này thích hợp khi có ít người kết nối với femtocell cùng
lúc (ví dụ trong gia đình hay văn phòng ít người). Tùy theo số lượng femtocell kết nối với FGW
mà FGW và RNC có thể thiết kế trong cùng một thiết bị hay 2 thiết bị riêng lẻ. Ở đây ta xét
trường hợp chúng tách biệt nhau và liên lạc giữa FGW và RNC thực hiện trên giao diện Iub.
Hình 1 : Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 14
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Hình 2 : Bộ giao thức của giải pháp « Iub trên IP »
Femtocell có số xác thực gồm 16 bit như một cell-ID. FGW có nhiệm vụ ghép lưu lượng từ
nhiều femtocell đến và chuyển tiếp chúng đến RNC dùng giao thức FP (Framing Protocol). Giao
thức Iub được đóng gói trong các gói IP (còn gọi là đường hầm Iub). Bảo mật sẽ được đảm bảo
bởi giao thức IPSec. Ngay lúc đầu lắp đặt, femtocell sẽ tạo một liên hiệp bảo mật với FGW để
tránh những thông tin thuê bao giả đến từ mạng IP công cộng. Femtocell dùng TR-0691 hay một
cơ chế tương tự để cấu hình địa chỉ IP của nó từ một máy chủ cấu hình tự động ACS (Auto
Configuration Server). RNC và FGW sẽ cùng nhau thực hiện chức năng quản lý tài nguyên, đặc
biệt dành riêng cho các chuyển giao giữa femtocell và macrocell. Nếu mạng lõi không hỗ trợ
truyền tải IP, RNC sẽ làm nhiệm vụ chuyển đổi IP-sang-ATM và ngược lại.
Các chức năng như quản lý di động MM (Mobility Management) và điều khiển cuộc gọi CC
(Call Control) được thực hiện bởi mạng lõi. Với giải pháp này, nếu femtocell và macrocell cùng
thuộc sự quản lý của một RNC, sự chuyển giao giữa femtocell và macrocell sẽ thuộc loại intra-
RNC. Trong trường hợp ngược lại, sự chuyển giao giữa femtocell và macrocell sẽ là inter-RNC.
Khi chuyển giao từ macrocell sang femtocell, the CN và UE sẽ chọn femtocell thích hợp, thiết
lập báo hiệu Iub và tạo đường hầm vận tải thông qua mạng IP công cộng giữa FGW và
femtocell. Tài nguyên vô tuyến giữa femtocell và UE được quản lý bởi giao thức RRC (Radio
Resource Control) ở RNC. Một khi việc thiết lập đường hầm Iub hoàn tất, mạng lõi sẽ chuyển
cuộc gọi sang femtocell. Trong chuyển giao từ femtocell sang macrocell, RNC sẽ tiến hành thiết
lập kết nối với macrocell trước khi chuyển cuộc gọi sang macrocell. Trong chuyển giao giữa 2
femtocell, RNC sẽ đóng vai trò là nút neo (anchor) trong quá trình thiết lập đường hầm Iub tới
femtocell đích đến.
Trở ngại của giải pháp này nằm ở giới hạn mở rộng của RNC để đáp ứng hàng ngàn Node-B
(bao gồm các femtocell). Để khắc phục phần nào tình trạng này, FGW đã được đề nghị. Mặc dù
giao diện Iub là một giao diện chuẩn nhưng nó lại có thêm nhiều đặc tính riêng tùy thuộc theo
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 15
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
giải pháp của nhà cung cấp thiết bị mạng. Chính vì thế, nó thiếu một sự nhất quán chung giữa
những nhà sản xuất thiết bị khác nhau.
Giải pháp Iu trên IP
Trong giải pháp này, các femtocell sẽ được tích hợp với mạng lõi di động thông qua các FGW
như minh họa ở hình 3. Những chức năng của RNC và Node B sẽ được cài đặt trên femtocell và
do đó femtocell sẽ liên lạc với FGW thông qua giao diện 3G Iu trên IP. Số nhận diện của
femtocell trong trường hợp này khi liên lạc với FGW có dạng địa chỉ của một RNC (12
bits). FGW tạo đường hầm cho các thông điệp báo hiệu RANAP từ femtocell đến mạng lõi. Nếu
mạng lõi không hỗ trợ vận tải IP, FGW sẽ đảm nhiệm việc chuyển đổi giữa truyền tải IP và
truyền tải ATM nhờ vào giao thức truyền tải báo tin SIGTRAN. Cũng giống như trên, trong giải
pháp Iub trên IP, ngay khi lắp đặt, femtocell sẽ tạo một liên hiệp bảo mật với FGW và dùng TR-
069 hay một cơ chế tương tự để cấu hình địa chỉ IP của nó. Thêm vào đấy, femtocell sẽ sử
dụng ACS để cấu hình các thông số quản lý tài nguyên cũng như thuật toán thực hiện trong môi
trường femtocell.
Hình 3: Kiến trúc giải pháp
Iu trên IP
FGW là điểm tập trung lưu lượng từ hàng ngàn femtocell gửi đến và tách gửi lưu lượng thoại và
dữ liệu đến tổng đài MSC và SGSN giống như chức năng của một RNC. Ví dụ, thông tin thoại sẽ
được gửi từ femtocell đến FGW dùng RTP trên UDP, sau đó FGW sẽ chuyển đổi thông tin thoại
này sang IP, ATM hay DTM tương ứng với truyền tải của mạng lõi. Tóm lại, FGW giả lập vai
trò của mạng lõi di động đối với các femtocell và giả lập RNC đối với mạng lõi di động. Do vậy,
với giải pháp này ta không cần bất cứ sự thay đổi nào ở hạ tầng mạng lõi. Để bảo mật thông tin
gửi từ femtocell đến FGW qua mạng IP công cộng, giao thức IPSec được chọn dùng. Một cổng
bảo mật sẽ được cài đặt cùng với FGW . Đây cũng chính là điểm kết thúc của các đường
hầm IPSec đến từ các femtocell.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 16
MÔN: THÔNG TIN DI ĐỘNG
Giang viên: Vũ Văn Tấn
Sinh viên: Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền
Hà My
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 1
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
1/ Khái niệm femtocell
2 / Nguyên lý hoạt động của Femtocell
U
2.1 – Các giao thức và giao tiếp
2.2_ Tiêu chuẩn cấu trúc
U 3/ Các chuẩn Femtocell
U 4 / Hoàn thiện công nghệ
4.1 – 3G ở tần số thấp
4.2_ Long Term Evolution (LTE)
U 5 / Nhiễu vô tuyến và phối hợp tần số
5.1 – Nhiễu đồng kênh
5.2_ Nhiễu kênh lân cận
5.3_ Kết luận và khuyến nghị
U 6 /Cấu trúc Femtocell và hướng triển khai
U 7/ Quản lý femtocell
7.1 – Cơ sở triển khai thuê bao
7.2 – Quy mô triển khai Femtocell
7.3 – Tích hợp với hệ thống mạng khác
7.4 – Các yêu cầu quản lý Femtocell
7.5 – Tổng kết và khuyến nghị
8/ Femtocell và bảo mật mạng
8.1 – Kiểm soát vị trí điểm truy nhập
8.2 – Quản lý femtocell
8.3 – Nhận thực thiết bị femtocell
8.4 – Sự ủy quyền
8.5 – Cấp phép thuật toán
8.6 – Bảo vệ chống gian lận
8.7 – Mạng và bảo mật Backhaul (Backhaul Security)
8.8 – Bảo mật nhận thực điểm truy nhập Femtocell
B. Tài liệu tham khảo
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Femtocell
2. http://www.femtoforum.org/femto/aboutfemtocells.php
3. http://www.lulu.com/product/paperback/femtocell-primer/3423204
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 2
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Femtocell là gì?
- Trong viễn thông, femtocell là một thuật ngữ khá mới liên quan
đến khái niệm về trạm gốc điểm truy nhập (Access point base station).
- Mỗi femtocell chỉ là một trạm thu phát di động nhỏ trong mạng
thông tin di động kiểu tế bào, trong đó tích hợp nhiều chức năng của
BSC (Base Station Controller) và một số chức năng của MSC
(Mobile Switching Center).
- Femtocell được kết nối đến mạng của các nhà cung cấp dịch vụ
qua đường truyền băng rộng (như DSL hoặc cáp quang). Mục đích của
các femtocell là dùng để phủ sóng bên trong các tòa nhà, bên trong các
công ty; cho phép những nhà cung cấp dịch vụ mở rộng phạm vi phủ
sóng ở những khu vực trong khu dân cư sóng yếu hoặc các cao ốc và
tầng hầm. Vì thế, femtocell như một cổng kết nối của mạng thông tin di
động tế bào đặt tại nhà khách hàng và có thể xem là sự kết hợp giữa
mạng cố định và mạng di động.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 3
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Điểm truy nhập Femtocell được kết nối bởi DSL băng thông rộng hoặc kết nối IP để giao diện với mạng
GSM hoặc UMTS chuyển mạch gói và các mạng chuyển mạch kênh. Femtocell làm việc với các thiết bị
chuẩn phù hợp với các chuẩn giao diện đã tồn tại trong mạng 2G và 3G. Điều này đảm bảo dịch vụ liên
tục và có tính tương thích cao với các mạng đã tồn tại và tránh được những yêu cầu về tính thích ứng
với các thiết bị cầm tay.
Về nguyên tắc, Femtocell kết nối đường dữ liệu đến các nhà cung cấp dịch vụ của mạng di động thông
qua các đường truyền băng thông rộng như cáp đồng (DSL) hoặc cáp quang và thường hỗ trợ từ hai đến
năm điện thoại di động trong khu vực đó.
Về điều khiển, Femtocell kết nối đường điều khiển (báo hiệu) đến các trạm BSC, tổng đài MSC của
mạng di động và hoạt động theo sự điều khiển của các trạm này. Mục đích của Femtocell là phủ sóng
trong khu vực của nó và có thể xem đây là một cổng kết nối đến mạng di động và là sự kết hợp giữa
mạng cố định và mạng di động
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 4
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
KIẾN TRÚC FEMTOCELL
Một trong những chỉ số đánh giá mức độ thành công triển khai công nghệ Femtocell là tính
tương hợp giữa điểm truy nhập Femto và mạng. Những yêu cầu tương hợp đòi hỏi sự phát triển
của các kiến trúc thông thường và các chuẩn công nghệ phù hợp để đảm bảo ghép nối tương
thích cho các điểm truy nhập và mạng. Để đạt được mục tiêu này, diễn đàn Femto đã phát triển
một kiến trúc được biểu diễn ở Hình 3, với các thuộc tính tiêu chuẩn được định nghĩa cho cả
điểm truy nhập femto (FAP-Femto Access Point) và cổng kết nối Femto (FGW-Femto Gateway).
Các điểm truy nhập Femto (FAP) gồm những chức năng điển hình sau:
- Quản lý báo hiệu 3GPP, mặt phẳng người sử dụng, quản lý tài nguyên tần số vô tuyến
- Chức năng vận chuyển IP, quản lý QoS, bảo mật lớp 3, quản lý TR-069
- Tự cấu hình, chức năng tường lửa, NAT, bảo mật.
Hình 3. Kiến trúc Femtocell tham khảo (Nguồn: diễn đàn Femto)
Các cổng kết nối Femto (FGW) gồm các chức năng điển hình sau:
- 3GPP RANAP, đồng bộ và cung cấp định thời cho mạng
- Nhận thực và cấp phép Femtocell, Che dấu cấu trúc liên kết AP, mạng
- Chức năng bảo mật IP
- Tập hợp và định tuyến lưu lượng Femtocell, Tự động cấu hình
Cùng với những định nghĩa này, diễn đàn Femto và 3GPP vẫn cần phải tiến hành nhiều công
việc trong thời gian tới để có thể định nghĩa các kiến trúc bao gồm một kiến trúc cơ sở “luh” với
“lucs” và“lups” hướng tới CN. Chi tiết về những yêu cầu cho Femtocell đã được xem xét trong
bản thuyết mính của 3GPP: TS22.001 và hiện nay cũng nằm trong bản mới: TS 22.220.
Các nhà cung cấp yêu cầu các giao thức và giao tiếp tiêu chuẩn phải được sử dụng giữa điểm
truy nhập Femto và cổng kết nối Femto, giữa cổng kết nối Femto và mạng di động. Trong phát
triển dài hạn, phải đảm bảo tính tương hợp hoàn toàn giữa FAP và FGW từ tất cả các nhà cung
cấp. Để đạt được cần phải tiếp tục các hoạt động tiêu chuẩn hóa:
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 5
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
- Giao diện giữa cổng kết nối Femto và điểm truy nhập Femto (biết tới với tên “luh” trong 3GPP
Rel 8)
- Các giao thức bảo mật (Rel 9 trong 3GPP)
- UICC hoặc TPM (trusted platform module) cho thiết bị nhận thực (FAP) (Rel 9 trong 3GPP)
- Quản lý các tính năng dựa trên cơ sở TR-069, và quản lý các tiêu chuẩn
- Triển khai giao diện kiểm tra mở trong cổng kết nối Femto để đảm bảo tính tương hợp trên Fa
(luh).
Có thể thấy kiến trúc này gồm hai thành phần chính là HNB (a.k.a. Femtocell) và HNB
gateway (a.k.a. Femto Gateway). Giữa các thành phần này là một giao diện mới Iu-h.
Home NodeB (HNB): được kết nối với một dịch vụ băng rộng gia đình hiện có, một HNB
cung cấp vùng bao phủ vô tuyến trong một căn hộ theo chuẩn của thiết bị cầm tay 3G. Sự kết
hợp chặt chẽ của các HNB thì khả năng của một node B chuẩn cũng giống như một bộ điều
khiển mạng vô tuyến RNC chuẩn.
HNB Gateway (HNB-GW): Được cài đặt trong mạng của nhà khai thác, HNB Gateway tập
hợp lưu lượng từ một số lượng lớn các HNB rồi đưa lên mạng lõi thông qua chuẩn Iu-cs và giao
diện Iu-ps.
Giao diện Iu-h: Nằm giữa HNB và HNB-GW, bao gồm một giao thức ứng dụng HNB
(HNBAP) cho phép thuận lợi trong triển khai các HNB đặc biệt. Giao điện này đưa ra một
phương pháp cho việc truyền tín hiệu điều khiển Iu trên Internet.
3
Tổ hợp ba diễn đàn về công nghệ băng rộng là 3GPP, Femto và Broadband đã công bố tiêu
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 6
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
chuẩn femtocell đầu tiên trên thế giới được 3GPP chính thức xuất bản, mở đường cho việc chuẩn
hoá femtocell để tạo ra một số lượng lớn, cho phép tương thích giữa các cổng truy nhập của các
nhà cung cấp thiết bị khác nhau và các cổng kết nối femto (femto gateway). Tiêu chuẩn
femtocell là một phần của tiêu chuẩn 3GPP phiên bản 8, hoàn toàn độc lập với phần mở rộng
TR-069 (Technical Report-069) của diễn đàn Broadband.
phù hợp với giao diện vô tuyến 3G cho điện thoại di động
phù hợp với hệ thống quản lý từ xa TR-069
phù hợp với giao diện Iu
một điểm giao diện mới giữa femtocell và gateway femtocell được gọi là Iu-h
Chuẩn femtocell bao gồm bốn phần chính: cấu trúc mạng; các giao diện và can nhiễu vô
tuyến; quản lý, dự liệu và an ninh cho femtocell.
Về mặt cấu trúc mạng, giao diện chủ yếu giữa hàng triệu femtocell tiềm năng và các
gateway trong lõi mạng được gọi là Iuh. Việc sử dụng lại các giao thức 3GPP UMTS sẵn có và
mở rộng chúng nhằm mục đích hỗ trợ các nhu cầu triển khai femtocell số lượng lớn.
Chuẩn mới chấp nhận giao thức quản lý TR-069 của diễn đàn Broadband, được mở rộng
để hợp thành một mô hình dữ liệu mới cho femtocell và đã được cộng tác phát triển bởi các
thành viên của hai diễn đàn Femto và Broadband. Kết quả là diễn đàn Broadband đã xuất bản
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 7
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
thành TR-196 (Technical Report 196). TR-069 đã thực sự được sử dụng rộng rãi trong các mạng
cố định băng rộng và các thiết bị chuyển đổi (set-top box) và sẽ cho phép các nhà khai thác di
động triển khai hệ thống một cách đơn giản và có thể dự liệu, chẩn đoán và cập nhật phần mềm
tự động từ xa. Chuẩn mới cũng sử dụng kết hợp các giải pháp an ninh bao gồm các giao thức
IKEv2 (Internet Key Exchange v2) và Ipsec (IP Security) để xác nhận nhà khai thác và thuê bao
nhằm đạt được một sự bảo đảm bảo mật trong quá trình trao đổi dữ liệu.
Dựa vào thành công đó công nghệ femtocell hợp nhất theo chuẩn 3GPP phiên bản 9,
hướng đến LTE femtocell cũng như hỗ trợ chức năng tiên tiến hơn cho femtocell 3G. Tiêu chuẩn
femtocell cũng đang được phát triển cho các công nghệ giao diện vô tuyến bổ sung phù hợp với
các nhóm công nghệ khác.
Trong Rel-8, 3GPP được định nghĩa là cách thức cơ bản cho sự phát triển của HNB
(Home NodeB) và HeNB (Home eNodeB). Những yêu cầu đó được đề nghị trong TS 22.011.
Trong Rel-9 cũng đề cập đến những yêu cầu từ Rel-8 và những yêu cầu cho HNB và
HeNB trong TS22.220.
TR23.832 đề cập liến trúc IMS cho HNB (HNB và HNB Gateway) như 1 dung lượng tùy
ý của HB, ví dụ như một người khai thác mạng offload CS đến IMS.
Từ Rel-8, một đặc trưng quan trọng được gọi là CSG( Closed Subscriber Group) được
giới thiệu. HNB cung cấp cho những người dùng truy cập bị giới hạn, phụ thuộc vào CSG. 1
hoặc nhiều tế bào thành tế bào CSG, được nhận dạng bởi sự nhận dạng số độc nhất, gọi là CSG
Identify. Nó được mô tả trong TS25.367.
• TS22.220 : Service requirements for HNB and HeNB
• TR23.830 : Architecture aspects of HNB and HeNB
• TR23.832 : IMS aspects of architecture for HNB
• TS25.467 : UTRAN architecture for 3G HNB
• TS25.367 : Mobility procedures for Home Node B (HNB)
• TS25.469 : UTRAN Iuh interface HNB Application Part (HNBAP) signalling
• TR25.820 : 3G Home Node B (HNB) study item
• TR25.967 : FDD Home Node B (HNB) RF Requirements
• TS32.581 : HNB OAM&P, Concepts and requirements for Type 1 interface HNB to
HNB Management System
• TS32.582 : HNB OAM&P, Information model for Type 1 interface HNB to HNB
Management System
• TS32.583 : HNB OAM&P, Procedure flows for Type 1 interface HNB to HNB Management
System
• TR32.821 : Study of Self-Organizing Networks (SON) related OAM Interfaces for
Home HNB
• TR33.820 : Security of HNB/HeNB
• TS25468 : UTRAN Iuh Interface RANAP User Adaptation (RUA) signaling
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 8
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
UMTS Network Architechture
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 9
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
The Radio Access Network (RAN) : trong UMTS, RAN töông ñöông BSS trong maïng GSM.
Noù lieân keát UEs vaø maïng loõi.
Radio NetworkController (RNC) töông ñöông BSC trong maïng GSM coù chöùc naêng ñieàu
khieån moät vaøi node B vaø thực hiện quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) và có khả năng giao tiếp
trực tiếp với RNCs khác thông qua giao diện Iur. Giao tiếp RNC với các mạng lõi bằng một giao
diện gọi là Iu.
RNC thực hiện Call Admission Control (CAC) và chấp nhận hoặc từ chối cuộc gọi phụ thuộc
vào NodeB yêu cầu cuộc gọi.
Femtocell 3G phủ sóng vô tuyến 3G trong nhà, khu vực công cộng và các tòa nhà văn phòng.
• Mỗi Femtocell có thể hỗ trợ 16 người sử dụng tại cùng một thời điểm trong phạm vi
600m
• Tốc độ tải xuống lên tới 22 Mbps và tốc độ tải lên tới 6 Mbps
Dễ cài đặt, chi phí triển khai thấp
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 10
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Nhiễu là một vấn đề quan trọng trong thông tin di động, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, khi
xử lí tín hiệu và truyền tín hiệu thì tín hiệu sẽ bị méo dạng hoặc có tạp âm xen vào trong thiết bị
tái tạo tín hiệu.
Femtocell được lắp đặt tại nhà của khách hàng, các tòa nhà văn phòng bằng cách sử dụng lớp tế
bào Marco cellular layer…Đây là một môi trường không có sự quản lí chặt chẽ nên nhiễu rất dễ
xuất hiện.
5.1. Nhiễu đồng kênh ( Cochannel Interference)
Nhiễu đồng kênh là hiện tượng nhiễu do các nguồn phát phát ra tín hiệu ở cùng một tần số hoặc
cùng một kênh phát sóng. Máy thu sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ khác nhau tùy vào vị
trí và công suất của trạm phát.
Trong hệ thống femtocell, nhiễu đồng kênh xảy ra do sử dụng lại tần số nhằm tăng dung lượng
cho hệ thống.
Khi 1 điểm truy cập Femtocel quá gần trạm macrocell (nhỏ hơn 50m),làm cho điểm truy nhập bị
giới hạn về hiệu quả phủ sóng, bởi vì mức tín hiệu cao nhận được từ m đồng kênh.
Khi 1 điểm truy cập quá xa macrocell, làm cho các thiết bị di động dùng trong macrocell không
bắt được tín hiệu từ macro.
Đặc trưng cho nhiễu đồng kênh là tỉ số C/I( tỉ số sóng mang trên nhiễu) thể hiện mối quan hệ
giữa cường độ tín hiệu mong muốn so với nhiễu đồng kênh từ các femtocell khác
C/I = 10log (Pc/Pi)
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 11
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Yêu cầu là C/I <=12dB.
Trong đó :
− Pc là công suất tín hiệu thu mong muốn.
− Pi là công suất nhiễu thu được.
5.2 Nhiễu kênh kề ( Adjacent channel interference)
Nhiễu kênh kề xảy ra do tín hiệu từ các macrocell lân cận đối với thiết bị di động trong vùng
macrocell đang xét, hoặc do nhiễu của các nhà cung cấp dịch vụ .
5.3 Kết luận:
Nhiễu đồng kênh:
Thiết kế mạng cellular phù hợp.
Thiết kế sao cho các cell trong mạng có sử dụng cùng nhóm
tần số không ảnh hưởng tới nhau =>khoảng cách các cell cùng tần số phải đủ lớn.
Nhiễu kênh kề:
Cần có 1 bộ lọc tốt để có thể loại bỏ tần số không mong muốn.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 12
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Các giải pháp cho phép kết nối từ femtocell đến mạng lõi di động (core network –CN)
Trong phần này, nhóm tập trung trình bày quá trình tích hợp femtocell vào mạng 3G UMTS và
dịch vụ thoại trên mạng chuyển nối mạch (circuit-switched) sẽ được lấy làm ví dụ minh họa.
Điều này không ngăn cản việc dùng giải pháp femtocell để tích hợp với mạng GSM/GPRS hay
cả mạng WiMAX, cũng như việc dùng các dịch vụ đa phương tiện trên mạng chuyển nối gói
thông qua femtocell. Trên thực tế, chính các dịch vụ chuyển nối gói này mới là động lực lớn thúc
đẩy người dùng đón nhận femtocell.
Trong mạng thông tin di động thế hệ thứ 3G UMTS, các trạm phát sóng Node B (bao gồm các
macro-cell, micro-cell hay cả pico-cell) kết nối trực tiếp với khối điều khiển mạng vô tuyến RNC
(Radio Network Controller) bằng đường truyền dành riêng như E1/T1. Các RNC ghép các lưu
lượng dữ liệu từ các Node B trước khi gửi chúng đến mạng lõi di động. RNC phân phát lưu
lượng thoại (của mạng chuyển nối mạch) đến các tổng đài MSC (Mobile Switching Center)
thông qua giao diện Iu-CS và dữ liệu gói (của mạng chuyển nối gói) đến SGSN (Serving GPRS
Support Node) thông qua giao diện Iu-PS.
Vì lý do giá thành và tiện lợi sử dụng, femtocell phải đáp ứng tính năng (plug-and-play) giống
như cách mà người ta cài đặt và sử dụng một trạm truy nhập WiFi. Trong tương lai, hàng ngàn
femtocell sẽ được nối kết với kiến trúc mạng lõi di động thông qua mạng công cộng Internet.
Điều này đặt ra bài toán về khả năng mở rộng (scalability), tính bảo mật và sự chuẩn hóa của các
thiết bị và giải pháp. Dưới đây, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu 4 giải pháp đã được đề nghị để kết nối
thiết bị femtocell đến mạng lõi di động.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 13
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
a) Kiến trúc dựa trên UMTS
Giải pháp đầu tiên đi theo hướng giữ nguyên hạ tầng mạng nằm phía sau RNC. Việc liên lạc từ
các femtocell về mạng lõi sẽ thực hiện bằng đường hầm IP được bảo mật thông qua mạng IP
băng rộng công cộng. Chúng ta có thể phân ra 2 loại: Iub trên IP (nếu đường hầm IP được thiết
lập giữa femtocell và RNC) và Iu trên IP (nếu đường hầm được thiết lập giữa RNC và
MSC/SGSN). Trong khung giải pháp này, Iu-concentrator (còn được gọi là Femtocell Gateway -
FGW) được đề nghị để như điểm tập trung lưu lượng thông tin từ hàng nghìn femtocell trước khi
đi vào mạng lõi di động để tăng khả năng mở rộng (scalability).
Giải pháp Iub trên IP
Trong giải pháp này, femtocell đóng vai trò của một Node B, còn FGW sẽ nằm giữa femtocell và
RNC như minh họa ở hình 1. Giải pháp này thích hợp khi có ít người kết nối với femtocell cùng
lúc (ví dụ trong gia đình hay văn phòng ít người). Tùy theo số lượng femtocell kết nối với FGW
mà FGW và RNC có thể thiết kế trong cùng một thiết bị hay 2 thiết bị riêng lẻ. Ở đây ta xét
trường hợp chúng tách biệt nhau và liên lạc giữa FGW và RNC thực hiện trên giao diện Iub.
Hình 1 : Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 14
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
Hình 2 : Bộ giao thức của giải pháp « Iub trên IP »
Femtocell có số xác thực gồm 16 bit như một cell-ID. FGW có nhiệm vụ ghép lưu lượng từ
nhiều femtocell đến và chuyển tiếp chúng đến RNC dùng giao thức FP (Framing Protocol). Giao
thức Iub được đóng gói trong các gói IP (còn gọi là đường hầm Iub). Bảo mật sẽ được đảm bảo
bởi giao thức IPSec. Ngay lúc đầu lắp đặt, femtocell sẽ tạo một liên hiệp bảo mật với FGW để
tránh những thông tin thuê bao giả đến từ mạng IP công cộng. Femtocell dùng TR-0691 hay một
cơ chế tương tự để cấu hình địa chỉ IP của nó từ một máy chủ cấu hình tự động ACS (Auto
Configuration Server). RNC và FGW sẽ cùng nhau thực hiện chức năng quản lý tài nguyên, đặc
biệt dành riêng cho các chuyển giao giữa femtocell và macrocell. Nếu mạng lõi không hỗ trợ
truyền tải IP, RNC sẽ làm nhiệm vụ chuyển đổi IP-sang-ATM và ngược lại.
Các chức năng như quản lý di động MM (Mobility Management) và điều khiển cuộc gọi CC
(Call Control) được thực hiện bởi mạng lõi. Với giải pháp này, nếu femtocell và macrocell cùng
thuộc sự quản lý của một RNC, sự chuyển giao giữa femtocell và macrocell sẽ thuộc loại intra-
RNC. Trong trường hợp ngược lại, sự chuyển giao giữa femtocell và macrocell sẽ là inter-RNC.
Khi chuyển giao từ macrocell sang femtocell, the CN và UE sẽ chọn femtocell thích hợp, thiết
lập báo hiệu Iub và tạo đường hầm vận tải thông qua mạng IP công cộng giữa FGW và
femtocell. Tài nguyên vô tuyến giữa femtocell và UE được quản lý bởi giao thức RRC (Radio
Resource Control) ở RNC. Một khi việc thiết lập đường hầm Iub hoàn tất, mạng lõi sẽ chuyển
cuộc gọi sang femtocell. Trong chuyển giao từ femtocell sang macrocell, RNC sẽ tiến hành thiết
lập kết nối với macrocell trước khi chuyển cuộc gọi sang macrocell. Trong chuyển giao giữa 2
femtocell, RNC sẽ đóng vai trò là nút neo (anchor) trong quá trình thiết lập đường hầm Iub tới
femtocell đích đến.
Trở ngại của giải pháp này nằm ở giới hạn mở rộng của RNC để đáp ứng hàng ngàn Node-B
(bao gồm các femtocell). Để khắc phục phần nào tình trạng này, FGW đã được đề nghị. Mặc dù
giao diện Iub là một giao diện chuẩn nhưng nó lại có thêm nhiều đặc tính riêng tùy thuộc theo
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 15
Nhóm 1 – ĐVK1 FEMTOCELL
giải pháp của nhà cung cấp thiết bị mạng. Chính vì thế, nó thiếu một sự nhất quán chung giữa
những nhà sản xuất thiết bị khác nhau.
Giải pháp Iu trên IP
Trong giải pháp này, các femtocell sẽ được tích hợp với mạng lõi di động thông qua các FGW
như minh họa ở hình 3. Những chức năng của RNC và Node B sẽ được cài đặt trên femtocell và
do đó femtocell sẽ liên lạc với FGW thông qua giao diện 3G Iu trên IP. Số nhận diện của
femtocell trong trường hợp này khi liên lạc với FGW có dạng địa chỉ của một RNC (12
bits). FGW tạo đường hầm cho các thông điệp báo hiệu RANAP từ femtocell đến mạng lõi. Nếu
mạng lõi không hỗ trợ vận tải IP, FGW sẽ đảm nhiệm việc chuyển đổi giữa truyền tải IP và
truyền tải ATM nhờ vào giao thức truyền tải báo tin SIGTRAN. Cũng giống như trên, trong giải
pháp Iub trên IP, ngay khi lắp đặt, femtocell sẽ tạo một liên hiệp bảo mật với FGW và dùng TR-
069 hay một cơ chế tương tự để cấu hình địa chỉ IP của nó. Thêm vào đấy, femtocell sẽ sử
dụng ACS để cấu hình các thông số quản lý tài nguyên cũng như thuật toán thực hiện trong môi
trường femtocell.
Hình 3: Kiến trúc giải pháp
Iu trên IP
FGW là điểm tập trung lưu lượng từ hàng ngàn femtocell gửi đến và tách gửi lưu lượng thoại và
dữ liệu đến tổng đài MSC và SGSN giống như chức năng của một RNC. Ví dụ, thông tin thoại sẽ
được gửi từ femtocell đến FGW dùng RTP trên UDP, sau đó FGW sẽ chuyển đổi thông tin thoại
này sang IP, ATM hay DTM tương ứng với truyền tải của mạng lõi. Tóm lại, FGW giả lập vai
trò của mạng lõi di động đối với các femtocell và giả lập RNC đối với mạng lõi di động. Do vậy,
với giải pháp này ta không cần bất cứ sự thay đổi nào ở hạ tầng mạng lõi. Để bảo mật thông tin
gửi từ femtocell đến FGW qua mạng IP công cộng, giao thức IPSec được chọn dùng. Một cổng
bảo mật sẽ được cài đặt cùng với FGW . Đây cũng chính là điểm kết thúc của các đường
hầm IPSec đến từ các femtocell.
Hà My
Lương Ngọc Trinh
Võ Thị Ngân Huyền Page 16