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 được đóng gói bên trong các khung (frame) GRE. PCF đăng ký 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 thành công được minh hoạ trong Hình 2. Biểu đồ tuần tự các thông báo chuẩn phác thảo một loạt các bước 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 và 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” tới thiết bị di động.
3. BS xây dựng một thông báo “CM Service Request” (yêu cầu dịch vụ) và gửi thông báo này đến MSC.
4. MSC gửi một thông báo “Assignment Request” đến BSS yêu cầu phân bổ tài nguyên vô tuyến. Không có kênh trên mặt đất (terrestrial) giữa MSC và 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 liên 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 tốt nhất để phát hiện và sửa các lỗi một cách sớm nhất. Tại đây một ứng dụng dò 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 bước thủ tục nào đều có thể ngăn cản các bước 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 hiệu 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. Người 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 thước cửa sổ nhỏ. Điều đó có nghĩa các kết nối TCP đầu cuối không ổn định. Càng 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 được 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 và với mức ngày càng tăng về độ chi tiết, nó có khả năng cô lập điểm gây nên sự rút ngắn kích thước cửa sổ gói tin TCP.

Các vòng lặp định tuyến của các gói tin người 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 một 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 được 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 cổng 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 trên 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 vòng 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 vòng 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 cùng địa chỉ IP. Tất cả lưu 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 lưu 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 lưu, nhân đôi) chẳng bao lâu nữa là điều hiển nhiên.

Những vấn đề định tuyến trong mạng nòng 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 thường xuyên và liên tục 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 được 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 được chỉ định và những thay đổi trong các bộ định tuyến kế bên của một bộ định tuyến có 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 để 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 được 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 đòi 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 hình 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 trò to lớn hơn bao giờ hết để duy trì một mạng hoạt động hiệu quả. Những đặc tính như lần theo cuộc gọi đa giao diện và 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 Access
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 bản 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 thức 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) được 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 cước 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 lưu lượng “mobile-bound” nào đến mạng thích hợp để chuyển giao đến thiết bị thu phát cầm tay. Nó cũng bảo toàn đăng ký người dùng, gửi một lần nữa các gói tin đến PDSN và có thể tuỳ chọn qua các “tunnel” một cách an toàn đến PDSN. Cuối cùng, 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 một 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 người dùng di chuyển. Trong một mạng điện thoại tế bào lý tưởng, mỗi thiết bị điện thoại của người 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 một 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" là thời gian dừng (dwell).