PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IMS
Giới thiệu về phân hệ đa phương tiện IMS
Hệ thống IMS được thiết kế để quản lý và phân phối dịch vụ đa phương tiện theo thời gian thực qua tên miền chuyển mạch gói 3G Được định nghĩa lần đầu trong 3GPP và đóng băng vào năm 2002, các thông số kỹ thuật của IMS đã thu hút sự quan tâm lớn và được mở rộng để hỗ trợ nhiều công nghệ truy cập khác, bao gồm mạng cục bộ không dây và các mạng cố định dựa trên DSL hoặc công nghệ cáp.
IMS được định hình và phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3G.IP, thành lập năm
Vào năm 1999, kiến trúc ban đầu của IMS được phát triển bởi 3G.IP và sau đó được chuẩn hóa bởi 3GPP trong phiên bản 5 vào tháng 3 năm 2003, với mục tiêu hỗ trợ phát triển và triển khai dịch vụ mới trên mạng di động Tiếp theo, 3GPP2 đã xây dựng hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) dựa trên IMS để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện Trong phiên bản 6 của 3GPP IMS, mạng truy cập WLAN đã được tích hợp cùng với mạng tế bào, mở rộng khả năng kết nối Các giao thức trong IMS, chủ yếu được chuẩn hóa bởi IETF, bao gồm giao thức tạo phiên SIP, đã được cải tiến để đáp ứng yêu cầu của hệ thống IMS như tính cước và bảo mật Ngoài IETF và TISPAN, 3GPP còn hợp tác với Liên minh di động mở OMA để phát triển các dịch vụ trên nền IMS, trong đó có dịch vụ đẩy để nói chuyện qua mạng di động (PoC) và OMA nhắn tin tức thì đơn giản.
IMS không chỉ là nền tảng dịch vụ mà còn là kiến trúc mạng cho việc quản lý và điều khiển các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng cố định và di động Nó định nghĩa một lớp quản lý dịch vụ chung cho mọi loại hình dịch vụ đa phương tiện, bất kể mạng truy cập mà người dùng kết nối Được xây dựng trên mạng lõi IP, IMS cho phép kết nối nhiều mạng truy cập khác nhau, bao gồm cả mạng di động và mạng cố định, thông qua lớp dịch vụ chung nhằm cung cấp các gói dịch vụ hội tụ.
IMS nhằm mục đích đơn giản hóa việc quản lý mạng bằng cách tách biệt chức năng điều khiển và chức năng vận tải thông tin Cụ thể, IMS là một mạng phủ, cung cấp dịch vụ trên nền tảng chuyển nối gói, cho phép chuyển đổi dần từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối gói.
Nhóm 16 1 download by : skknchat@gmail.com nền IP, tạo thuận lợi cho việc quản lý mạng thông tin di động Việc kết nối giữa mạng cố định và di động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai. IMS cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể dùng cùng một dịch vụ.
Kiến trúc IMS mang lại giá trị gia tăng cho nhà cung cấp mạng, nhà phát triển ứng dụng và người dùng thiết bị đầu cuối, giúp triển khai dịch vụ mới nhanh chóng và tiết kiệm chi phí Nó cung cấp khả năng tính cước phức tạp hơn so với hệ thống truyền thống, cho phép tính cước theo từng dịch vụ và phân chia cước giữa các nhà cung cấp Khách hàng chỉ nhận một bảng tính cước duy nhất từ nhà cung cấp mạng chính, trong khi IMS hứa hẹn mang đến dịch vụ đa phương tiện phong phú, đáp ứng nhu cầu và sở thích cá nhân, từ đó nâng cao trải nghiệm của khách hàng.
Với IMS, nhà cung cấp mạng không chỉ đơn thuần vận chuyển thông tin mà còn trở thành trung tâm phân phối dung lượng thông tin, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ và kịp thời điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng Tuy nhiên, IMS cũng có những điểm yếu cần được khắc phục.
Mặc dù đã có một số triển khai IMS trong mạng cố định, nhưng các nhà khai thác di động vẫn chưa tìm ra trường hợp kinh doanh khả thi cho công nghệ này Do khả năng xử lý cuộc gọi thoại và video của tên miền chuyển mạch 3G, IMS chỉ giới hạn ở các dịch vụ ngoại vi như đẩy để nói chuyện qua di động (PoC), nhắn tin tức thời và sự hiện diện Chi phí triển khai IMS cho những dịch vụ này không được biện minh, dẫn đến việc ít nhà cung cấp mạng chọn thực hiện Hệ quả là IMS có thể tạo ra sự cạnh tranh giữa nhà cung cấp mạng và các dịch vụ nội dung từ Internet như Microsoft và Google Thay vì gia tăng lợi nhuận từ các dịch vụ giá trị gia tăng, nhà cung cấp mạng có thể phải đối mặt với thất bại trong việc cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ, khiến nhiều nhà mạng dè dặt trong quyết định triển khai IMS.
Một trong những điểm yếu chính của IMS là tính bảo mật, đặc biệt liên quan đến quản lý nhận dạng người dùng Các vấn đề bảo mật bao gồm giả mạo Call ID, ăn cắp ID, cũng như các cuộc tấn công DoS/DDoS và spam Thiết bị SIP thiếu cơ chế chứng nhận thực tốt, tương tự như bảo mật qua SIM trong mạng di động tế bào, dẫn đến nhiều rủi ro Hơn nữa, sự hội tụ giữa các loại hình mạng cũng tạo ra thách thức trong việc quản lý bảo mật Hiện tại, Phiên bản 8 của 3GPP đang xem xét nghiêm túc các vấn đề này để cải thiện an ninh cho hệ thống.
Mặc dù IMS tập trung vào việc nâng cao chất lượng dịch vụ, nhưng việc duy trì chất lượng khi chuyển đổi giữa các loại hình mạng khác nhau vẫn là một thách thức lớn.
Nhóm 16 2 download by : skknchat@gmail.com
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Trong môi trường mạng hội tụ, việc chuyển đổi giữa các nhà cung cấp mạng vẫn là một thách thức lớn Kiến trúc IMS hiện nay thiếu một thực thể trung tâm để quản lý tài nguyên chung, điều này gây khó khăn trong việc quản lý di động và chuyển giao giữa các loại hình mạng khác nhau Những vấn đề này cần được giải quyết để cải thiện quản lý dịch vụ IMS.
Mô hình kiến trúc IMS
Mục tiêu của kiến trúc IMS là gia tăng giá trị cho nhà cung cấp mạng, nhà phát triển ứng dụng, nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng thiết bị đầu cuối Kiến trúc này cho phép triển khai dịch vụ mới nhanh chóng và tiết kiệm chi phí Với IMS, nhà cung cấp mạng không chỉ đơn thuần chuyển tải thông tin mà còn trở thành trung tâm phân phối dung lượng thông tin, đảm bảo chất lượng dịch vụ và linh hoạt thay đổi để đáp ứng nhu cầu của khách hàng Một mạng IMS được cấu trúc theo kiến trúc mặt phẳng ngang với ba lớp chức năng chính.
Hình 1: Truy nhập với IMS
Lớp đầu tiên trong kiến trúc IMS là lớp mạng, chịu trách nhiệm truyền tải dung lượng báo hiệu và các luồng lưu lượng đa phương tiện thông qua các thiết bị như chuyển mạch và bộ định tuyến Lớp thứ hai là lớp điều khiển, bao gồm các phần tử mạng báo hiệu như CSCF và HSS, hỗ trợ điều khiển phiên và phương tiện qua các giao thức như SIP và Diameter Cuối cùng, lớp dịch vụ bao gồm các server ứng dụng như server ứng dụng SIP và các điểm điều khiển dịch vụ mở, cung cấp điều khiển dịch vụ qua mạng thuê bao Cấu trúc phân lớp của IMS giúp tối ưu hóa quá trình truyền thông và quản lý dịch vụ.
Nhóm 16 3 download by : skknchat@gmail.com
Hệ thống IMS nổi bật nhờ vào các cơ chế báo hiệu và điều khiển, chủ yếu thông qua hai giao thức SIP và Diameter Giao thức SIP đảm nhiệm việc thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện, trong khi giao thức Diameter phục vụ cho nhận thực, trao quyền và thanh toán (AAA) cho người dùng So với giao thức SS7 truyền thống trong mạng chuyển mạch kênh, SIP tương tự như ISUP, còn Diameter và các ứng dụng của nó tương ứng với giao thức TCAP Để truyền tải các giao thức báo hiệu trong IMS, SCTP và TCP trên nền tảng IPv4/IPv6 được sử dụng.
Các thành phần chức năng
Mục này phân tích các thực thể trong Hệ thống Đa phương tiện (IMS) và các chức năng cơ bản của chúng Các thực thể chức năng trong IMS được chia thành 6 loại chính: nhóm quản lý phiên và định tuyến (CSCF), cơ sở dữ liệu (HSS, SLF), dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP), các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW), các bộ phận chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG) và tính cước Bài viết sẽ tiếp tục phân tích các chức năng cơ bản theo từng thực thể trong IMS.
1.3.1 Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)
Các thành phần quan trọng của IMS bao gồm chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF), với ba loại chính: CSCF phục vụ (S-CSCF), CSCF uỷ quyền (P-CSCF) và CSCF truy vấn (I-CSCF).
Mỗi người dùng được đăng ký với một CSCF (S-CSCF) để quản lý và điều khiển điện thoại di động, cung cấp quyền truy cập vào các dịch vụ như cuộc gọi thoại CSCF hoạt động tương tự như MME, nhưng có một sự khác biệt quan trọng.
Nhóm 16 4 download by : skknchat@gmail.com
Tiểu luận về VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS nhấn mạnh vai trò quan trọng của CSCF trong mạng gia đình của thiết bị di động CSCF đảm bảo người dùng nhận được dịch vụ IMS liên tục, ngay cả khi chuyển vùng Các chức năng chính của CSCF bao gồm việc quản lý và cung cấp dịch vụ đa phương tiện một cách hiệu quả.
S-CSCF quản lý các yêu cầu đăng ký giống như một register, nhận diện địa chỉ IP của UE và P-CSCF mà UE đang sử dụng làm điểm truy cập IMS.
▪ Nhận thực người dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA) giữa UE và mạng nhà.
Trong quá trình đăng ký hoặc khi xử lý yêu cầu từ người dùng không đăng ký, việc tải thông tin người dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS là rất quan trọng.
Định tuyến lưu lượng từ thiết bị di động tới P-CSCF và từ di động tới I-CSCF là rất quan trọng, bao gồm cả việc kết nối với BGCF và máy chủ ứng dụng (AS).
▪ Thực hiện chức năng điều khiển phiên S-CSCF có thể hoạt động giống như một máy chủ đại diện.
▪ Tương tác với các nền tảng dịch vụ.
Phiên dịch số E.164 sang URI là cần thiết để nhận dạng tài nguyên hợp nhất thông qua cơ chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS) Chức năng này hỗ trợ định tuyến bản tin SIP trong IMS, vì hệ thống chỉ sử dụng SIP URI Do đó, khi khách hàng gọi một số điện thoại thay vì sử dụng SIP URI, S-CSCF cần sử dụng dịch vụ phiên dịch số để thực hiện kết nối.
▪ Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần.
S-CSCF thực hiện kiểm tra nội dung tải tin SDP để xác định các loại phương tiện và codec Nếu SDP không tuân thủ chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng, S-CSCF sẽ từ chối yêu cầu và gửi thông báo lỗi SIP.
▪ Duy trì bộ đinh thời phiên Nó cho phép S-CSCF phát hiện và giải phóng các tài nguyện do các phiên đang chiếm dụng.
▪ Tạo và gửi thông tin tính cước tới nút tính cước CCF để tính cước offline và tới hệ thống OCS để tính cước online.
Số lượng S-CSCF trong mạng IMS phụ thuộc vào quy mô và khả năng mở rộng của mạng Mỗi S-CSCF chỉ có thể phục vụ một số lượng thiết bị đầu cuối IMS nhất định Khác với P-CSCF và I-CSCF, S-CSCF luôn được đặt trong mạng nhà.
CSCF đại diện (ủy quyền)
Các CSCF Proxy (P-CSCF) là điểm tiếp xúc đầu tiên giữa điện thoại di động và IMS, giao tiếp qua giao diện Gm CSCF đảm nhận vai trò bảo mật cho các thông báo tín hiệu, bảo vệ tính toàn vẹn và mã hóa thông tin qua mạng truy cập IP, đồng thời chuyển tiếp các thông điệp giữa điện thoại di động và CSCF phục vụ.
Nó cũng kiểm soát chất lượng dịch vụ của các luồng phương tiện qua mạng
Nhóm 16 5 download by : skknchat@gmail.com truy cập, ví dụ bằng cách hoạt động như một chức năng ứng dụng LTE (AF) hướng tới lõi gói phát triển P-CSCF thực hiện các chức năng sau:
▪ Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên tên miền do UE cung cấp.
▪ Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục vụ (S-CSCF).
▪ Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP tới UE.
▪ Phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên.
▪ Tạo thông tin tính cước để gửi cho nút tính cước CCF.
Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết bảo mật giữa UE và P-CSCF là rất quan trọng Chức năng này được thực hiện thông qua giao thức bảo mật IPsec, kết hợp với tải tin bảo mật đóng gói ESP.
▪ Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486].
P-CSCF có chức năng kiểm tra nội dung tải tin giao thức mô tả phiên (SDP) để xác định các loại phương tiện và codec Nếu SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác, P-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi thông báo lỗi SIP đến thiết bị người dùng (UE).
▪ Duy trì bộ định thời phiên Các bộ định thời phiên cho phép P-CSCF phát hiện và giải phóng tài nguyên do các phiên đang bị treo chiếm dụng.
Chức năng quyết định chính sách (PDF) đảm nhận vai trò quan trọng trong việc triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP) Ở Phiên bản 5, PDF hoạt động như một thực thể logic của P-CSCF, trong khi ở Phiên bản 6, PDF được tách biệt và hoạt động độc lập.
Các giao thức của IMS
1.4.1 Giao thức khởi động phiên
Giao thức khởi tạo phiên (SIP) là giao thức báo hiệu quan trọng nhất trong IMS, được sử dụng chủ yếu trên các giao diện báo hiệu, đặc biệt là giữa thiết bị di động, CSCF và máy chủ ứng dụng SIP khác biệt rõ rệt so với các giao thức mà LTE sử dụng, do đó cần có sự giải thích thêm về sự khác nhau này.
SIP, được phát triển bởi Lực lượng Chuyên trách về Kỹ thuật Liên mạng (IETF), là giao thức kiểm soát thời gian thực cho đa phương tiện chuyển mạch gói, dựa trên HTTP RFC 326 xác định giao thức SIP cơ bản, trong khi các phần mở rộng được quy định trong các RFC khác, đặc biệt là RFC 3455, nhằm phục vụ cho hệ thống con đa phương tiện IP Đặc điểm kỹ thuật quan trọng nhất của 3GPP là TS 24.229, xác định cách sử dụng SIP trong IMS.
SIP khác với các giao thức trước đây vì nó dựa trên văn bản thay vì nhị phân, tạo ra các thông báo tín hiệu dài nhưng dễ đọc Tương tự như HTTP, SIP hoạt động theo mô hình máy khách – máy chủ, trong đó máy khách gửi yêu cầu và máy chủ trả lời Tuy nhiên, một thiết bị có thể đóng vai trò vừa là máy khách vừa là máy chủ.
Nhóm 16 8 download by : skknchat@gmail.com
VoLTE (Voice over LTE) và hệ thống đa phương tiện IMS (IP Multimedia Subsystem) sử dụng giao thức SIP (Session Initiation Protocol) để truyền thông điệp qua UDP thay vì TCP Do tính chất không đảm bảo độ tin cậy của UDP, SIP đã tích hợp các cơ chế xác nhận và truyền lại để đảm bảo thông tin được phân phối một cách chính xác và hiệu quả.
1.4.2 Giao thức mô tả phiên
SIP không xác định phương tiện cho phiên, mà nhiệm vụ này thuộc về giao thức mô tả phiên (SDP) SDP ban đầu chỉ định nghĩa phương tiện phát trực tuyến, bao gồm thông tin như địa chỉ IP và các thông số về loại phương tiện, tốc độ dữ liệu, và codec Giao thức đã được cải tiến với mô hình trả lời đề nghị, cho phép các bên thương lượng về phương tiện và codec sử dụng IMS áp dụng SDP theo cách này, với các ưu đãi và câu trả lời SDP được vận chuyển qua yêu cầu và phản hồi SIP.
1.4.3 Các giao thức báo hiệu khác
Giao thức Diameter bao gồm hai phần chính: Diameter Base Protocol và Diameter Application Diameter Base Protocol đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối dữ liệu, thương lượng, kiểm soát lỗi và khả năng mở rộng Giao thức này hoạt động trên giao diện Sh giữa HSS, AS và S-CSCF, đồng thời định nghĩa một số thành phần thiết yếu.
▪ Diamerter client: một thực thể chức năng, thông thường đặt tại biên mạng, sử dụng để điều khiển truy nhập
▪ Diameter server: thực thể chức năng xử lý các yêu cầu nhận thực, xác thực và kiểm toán cho một vùng riêng.
Proxy là một thành phần quan trọng trong việc chuyển tiếp các bản tin Diameter, giúp đưa ra quyết định chính sách dựa trên việc sử dụng tài nguyên và dữ liệu Nó có khả năng thay đổi các bản tin để thiết lập các quyết định chính sách, từ đó kiểm soát cách sử dụng tài nguyên, cung cấp quản trị hiệu quả và quản lý dữ liệu một cách tối ưu.
Relay là quá trình chuyển tiếp bản tin Diameter dựa trên thông tin định tuyến và các thực thể trong bảng định tuyến vùng Quá trình này chỉ có khả năng can thiệp vào thông tin định tuyến mà không can thiệp vào các dữ liệu khác.
▪ Redirect agent: chỉ dẫn từ client đến server và cho phép chúng truyền thông với nhau.
▪ Translation agent: cho phép chuyển đổi giao thức giữa Diameter và các giao thức AAA khác như là RADIUS.
Diameter bao gồm ba thành phần chính: Server, Client và Agent Client là thiết bị biên thực hiện truy vấn và sử dụng dịch vụ, trong khi Diameter Agent hoạt động như Proxy, Relay, Redirect Agent và đảm nhiệm việc dịch các bản tin Diameter Server có trách nhiệm quản lý các yêu cầu về AAA cho hệ thống.
Bản tin Diameter bao gồm một header và nhiều cặp giá trị thuộc tính AVP Header này chứa các trường dữ liệu nhị phân tương tự như header của giao thức IP.
Nhóm 16 9 download by : skknchat@gmail.com
Hình 3: Cấu trúc header của Diameter
Trong giao thức Diameter, client cần hỗ trợ chuẩn IPSec và có khả năng hỗ trợ TLS, trong khi server phải hỗ trợ cả hai chuẩn này Để đảm bảo an toàn, nên sử dụng IPSec cho các nút trong cùng một miền, như giữa client và proxy, và áp dụng TLS để bảo mật trong các giao dịch giữa các miền khác nhau.
Lỗi trong giao thức Diameter chia thành 2 loại: lỗi giao thức và lỗi ứng dụng 1.4.3.b Giao thức COPS
COPS là giao thức được IETF chuẩn hóa để quản lý, cấu hình và áp đặt chính sách, hoạt động theo mô hình Client/Server Giao thức này cho phép trao đổi thông tin chính sách giữa server quyết định chính sách (PDP) và client (PEP) một cách đơn giản COPS điều khiển chính sách thông qua hai mô hình chính: Outsourcing và Configuration.
Giao thức này cho phép Client thực hiện các tác vụ trong mô hình Client/Server, trong đó Client gửi các bản tin yêu cầu, cập nhật và xóa đến PDP, và PDP sẽ phản hồi bằng các quyết định gửi lại cho PEP.
1.4.3.c Nén báo hiệu trong IMS
Để tương thích với tốc độ truyền dữ liệu thấp của các đường liên kết vô tuyến, IMS đã bổ sung cơ chế nén báo hiệu thông qua SigComp, nhằm tăng cường hiệu quả truyền thông báo hiệu SigComp là một cơ chế giúp các giao thức lớp ứng dụng nén bản tin trước khi gửi vào mạng, không chỉ giảm kích thước bản tin SIP mà còn hỗ trợ giải nén cho nhiều thuật toán nén khác nhau Cơ chế nén SigComp hoạt động như một lớp trung gian giữa SIP và giao thức lớp truyền tải, và về mặt kiến trúc, SigComp được chia thành năm thực thể.
Bộ điều phối nén là giao diện kết nối giữa ứng dụng và hệ thống SigComp, cho phép ứng dụng yêu cầu một bộ nén cụ thể thông qua việc sử dụng nhận dạng nhóm.
Nhóm 16 10 download by : skknchat@gmail.com
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS điều phối nén sẽ gửi trả lại các bản tin đã được nén đến đích của chúng.
Kết luận chương
Chương này tập trung vào các khía cạnh báo hiệu trong IMS, bao gồm lợi ích và điểm yếu của hệ thống Kiến trúc chức năng và các điểm tham chiếu của IMS được trình bày rõ ràng, giúp hiểu rõ hơn về các chức năng và giao thức phối hợp trong IMS Đặc điểm hoạt động của giao thức SIP cũng được đề cập, nhấn mạnh sự khác biệt so với mạng IP thuần Ngoài ra, các giao thức hỗ trợ kết nối đa phương tiện, bao gồm chức năng nhận thực, xác lập chính sách và nén thông tin, cũng được phân tích chi tiết.
Nhóm 16 11 download by : skknchat@gmail.com
Tổng quan về tiêu chuẩn VoLTE
LTE
Công nghệ thông tin di động được phân chia thành bốn thế hệ: 1G, 2G, 3G và 4G Trong đó, LTE là một trong những bước tiến quan trọng hướng tới 4G, sẽ hoạt động trong giai đoạn đầu của công nghệ này Sau LTE, IMT-Advanced sẽ được triển khai, và 3GPP đã bắt đầu phát triển công nghệ này dưới tên gọi LTE-Advanced.
LTE, được phát triển bởi 3GPP, được coi là thế hệ thứ tư và là tương lai của chuẩn UMTS Năm 2008, phiên bản 3GPP 8 ra mắt đã mang lại nhiều cải tiến vượt bậc cho HSDPA và HSUPA, đánh dấu sự ra đời chính thức của LTE.
Phiên bản 9 của 3GPP tập trung vào việc mở rộng LTE nhằm cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao với độ trễ thấp Mục tiêu chính của LTE là tối ưu hóa các gói dữ liệu và hỗ trợ băng thông linh hoạt trong triển khai công nghệ vô tuyến Kiến trúc mạng mới được thiết kế để hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói, đồng thời đảm bảo tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ cao và thời gian trễ tối thiểu.
▪ Tăng tốc độ truyền dữ liệu
▪ Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển
▪ Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển
▪ Không còn chuyển mạch kênh
▪ Độ phủ sóng từ 5-100km.
Kiến trúc mạng LTE được tối ưu hóa để hỗ trợ chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ cao và độ trễ tối thiểu Thiết kế của nó đơn giản hơn với chỉ hai nút chính: nút B (eNodeB) và phần tử quản lý di động (MME/GW) Đặc biệt, phần điều khiển mạng vô tuyến RNC đã được loại bỏ khỏi đường dữ liệu, với các chức năng của nó được tích hợp vào các eNodeB.
The architecture of the LTE network, depicted in Figure 6, consists of four main components: User Equipment, the Evolved UMTS Terrestrial Access Network (E-UTRAN), the Evolved Packet Core (EPC), and external networks.
UE, E-UTRAN và EPC là các giao thức mạng IP ở lớp kết nối, tạo thành hệ thống gói phát triển (EPS) Lớp này chủ yếu cung cấp kết nối dựa trên nền tảng IP, loại bỏ các nút chuyển mạch và giao diện có trong kiến trúc 3GPP trước đó.
Nhóm 16 12 download by : skknchat@gmail.com
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Hình 6: Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN
Sự phát triển của R-UTRAN chủ yếu tập trung vào eNodeB, nơi tất cả các chức năng vô tuyến được thực hiện và là điểm kết thúc cho các giao thức vô tuyến E-UTRAN là một mạng lưới các eNodeB kết nối qua giao diện X2, trong khi các eNodeB kết nối trực tiếp với mạng lõi EPC thông qua giao diện S1.
Mỗi eNodeB đảm nhận các chức năng quan trọng trong quá trình lớp vật lý, bao gồm điều chế và giải điều chế, cùng với mã hóa và giải mã kênh khi thực hiện truyền phát và nhận thông qua các giao diện vô tuyến.
eNodeB không chỉ thay thế các bộ kiểm soát trạm gốc trong mạng UTRAN mà còn tích hợp nhiều tính năng bổ sung quan trọng Những tính năng này bao gồm kiểm soát tài nguyên vô tuyến, quản lý tính di động vô tuyến và các giao thức lớp 2 liên quan đến giao diện vô tuyến, góp phần nâng cao hiệu suất và khả năng quản lý mạng di động.
Một trong những điểm nổi bật trong kiến trúc mạng LTE là mạng lõi EPC không sử dụng các chuyển mạch kênh và không kết nối trực tiếp với các mạng chuyển mạch truyền thống như ISDN hoặc PSTN.
Mạng lõi EPC bao gồm các thực thể chức năng quan trọng như thực thể quản lý di động MME (Mobility Management Entity), máy chủ thuê bao lân cận HSS và cổng dịch vụ S- Những thành phần này đóng vai trò thiết yếu trong việc quản lý và tối ưu hóa kết nối di động trong mạng.
GW, cổng dữ liệu gói P-GW, chức năng tính toán chi phí và các chính sách dịch vụ PCRF.
MME đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý các thuê bao và phiên truyền dẫn, đảm bảo các tính năng trong mặt phẳng kiểm soát Nó hỗ trợ các phương thức bảo mật để xác minh người sử dụng và xử lý hiệu quả các phiên truyền dẫn giữa các thiết bị.
Nhóm 16 13 download by : skknchat@gmail.com đầu cuối và mạng truy cập; quản lý các thiết bị rảnh rỗi.
HSS là sự kết hợp của HLR (Home Location Register) và AUC, 2 khối chức năng đã xuất hiện trong các mạng 2G/GSM và 3G/UMTS.
Phần HLR của HSS đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và cập nhật cơ sở dữ liệu, chứa tất cả thông tin đăng ký của người sử dụng Điều này bao gồm thông tin nhận dạng và địa chỉ của người dùng, cũng như các chi tiết liên quan đến trạng thái hoạt động và chất lượng gói dịch vụ mà họ đang sử dụng.
Phần AUC của HSS chịu trách nhiệm tạo ra thông tin bảo mật từ chuỗi nhận dạng người sử dụng, cung cấp cho HLR và các thực thể khác trong mạng Thông tin này chủ yếu được sử dụng để xác minh giữa các thiết bị mạng, mã hóa đường truyền vô tuyến, và đảm bảo rằng dữ liệu cùng tín hiệu báo hiệu giữa mạng và thiết bị người sử dụng không bị nghe trộm hay xâm nhập.
Phần tử SAE GW là sự kết hợp của cổng dịch vụ (S-GW) và cổng mạng dữ liệu gói (P-GW).
Cổng dịch vụ S-GW là điểm đầu cuối quan trọng trong giao diện dữ liệu gói, kết nối với mạng truy cập E-UTRAN Khi thiết bị người sử dụng di chuyển giữa các eNodeB trong mạng này, S-GW hoạt động như điểm trung chuyển để thực hiện chuyển giao Ngoài ra, S-GW cũng đóng vai trò làm cầu nối giữa mạng truy cập E-UTRAN và các mạng truy cập cũ hơn như 2G/GSM và 3G/UMTS.
VoLTE
VoLTE, viết tắt của Voice Over LTE, còn được biết đến với các tên gọi như HD Call hay Voice HD, là dịch vụ thoại chất lượng cao trên mạng di động Dịch vụ này mang đến trải nghiệm gọi điện rõ nét và ổn định hơn khi sử dụng mạng LTE.
Nhóm 16 14 download by : skknchat@gmail.com
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Công nghệ 4G VoLTE cho phép thực hiện đồng thời cả cuộc gọi và truyền dữ liệu trên mạng 4G, giúp người dùng truy cập Internet ngay cả khi đang gọi điện.
VoLTE được xây dựng dựa trên kiến trúc IMS, với cấu hình cụ thể cho các mặt phẳng điều khiển và phương tiện của dịch vụ thoại Điều này giúp tối ưu hóa dịch vụ thoại trên mạng băng thông rộng LTE, theo tiêu chuẩn của GSMA trong PRD IR.92 Dịch vụ thoại được cung cấp dưới dạng luồng dữ liệu trong vùng mang dữ liệu LTE, không phụ thuộc vào mạng thoại chuyển mạch kênh trong đường dẫn cuộc gọi.
Tính đến tháng 2 năm 2019, có 253 nhà khai thác đầu tư vào VoLTE tại 113 quốc gia, trong đó 184 nhà khai thác đã triển khai dịch vụ thoại VoLTE-HD tại 87 quốc gia Số lượng này đã tăng từ 137 nhà khai thác ở 65 quốc gia chỉ 12 tháng trước, theo dữ liệu từ GMSA Đến tháng 8 năm 2019, 262 nhà khai thác đã đầu tư vào VoLTE ở 120 quốc gia, với 194 nhà khai thác ra mắt dịch vụ thoại VoLTE-HD tại 91 quốc gia.
Hình 7: Thoại qua LTE (VoLTE)
2.2.2.a Vai trò của IMS đối với VoLTE
IMS là một mạng độc lập, không phải là một phần của LTE, nhưng có mối quan hệ tương tự như Internet với LTE Cuộc gọi thoại qua LTE rất quan trọng, và IMS thể hiện một số khía cạnh hoạt động của LTE Việc cung cấp cuộc gọi thoại qua LTE và IMS được gọi là Thoại qua LTE (VoLTE).
Hình 8 cho thấy mối quan hệ giữa LTE và hệ thống con đa phương tiện IP, cho
Nhóm 16 15 download by : skknchat@gmail.com một kịch bản chuyển vùng tuân thủ các thông số kỹ thuật của VoLTE Nếu điện thoại di động đang chuyển vùng, thì nó sẽ đến IMS thông qua cổng PDN trong mạng được truy cập Điều này cho phép người dùng thực hiện cuộc gọi điện thoại nội hạt mà không cần phương tiện truyền thông quay trở lại mạng gia đình, theo một kỹ thuật được gọi là định tuyến tối ưu Proxy CSCF cũng nằm trong mạng được truy cập, cho phép mạng đó hiển thị báo hiệu IMS Để đảm bảo rằng điện thoại di động có thể truy cập IMS trong khi chuyển vùng, các thông số kỹ thuật của VoLTE nhấn mạnh rằng mọi nhà khai thác mạng nên tham khảo IMS bằng cách sử dụng tên điểm truy cập IMS nổi tiếng, đó là IMS.
Nếu nhà khai thác mạng chưa triển khai IMS, điện thoại di động có thể truy cập CSCF proxy trong IMS gia đình thông qua cổng PDN trong lõi gói phát triển của mạng gia đình Mặc dù kiến trúc này không tuân thủ các tiêu chuẩn của VoLTE và không hỗ trợ cuộc gọi thoại, nó vẫn có thể được sử dụng cho các dịch vụ IMS khác như SMS.
Lõi gói đã phát triển không nhận diện các thông điệp SIP giữa thiết bị di động và IMS, do đó vận chuyển chúng qua vùng người dùng LTE bằng bộ mang EPS mặc định với chỉ báo chất lượng lớp dịch vụ (QCI) 5 Bộ mang này được thiết lập trước khi điện thoại di động đăng ký với IMS và bị hủy sau khi hủy đăng ký Ngoài ra, lõi gói cũng xử lý lưu lượng thoại của thiết bị di động thông qua bộ mang EPS chuyên dụng với QCI 1, được thiết lập ở đầu cuộc gọi và kết thúc ở cuối Các thông số kỹ thuật của VoLTE giả định rằng thiết bị di động chỉ hỗ trợ một bộ mang, vì vậy mạng gói kết hợp nhiều luồng thoại vào cùng một bộ mang và cung cấp ưu tiên phân bổ và lưu giữ đồng nhất Cuối cùng, EPC xử lý các luồng không theo thời gian thực, như tệp ảnh, bằng bộ mang EPS chuyên dụng với QCI 8 hoặc 9.
Người dùng quản lý dữ liệu máy chủ ứng dụng thông qua một điểm truy cập chung do nhà khai thác mạng gia đình kiểm soát Giao diện Ut được truyền qua cổng PDN trong mạng gia đình, thường sử dụng cùng cổng với cổng truy cập Internet tại nhà Hiện tại, điện thoại di động có hai địa chỉ IP: một cho Internet và một cho IMS.
Các mạng viễn thông hiện nay sử dụng trao đổi gói IP (IPX) để xử lý lưu lượng thoại, với phiên bản nâng cao là trao đổi chuyển vùng GPRS (GRX) nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các luồng phương tiện Việc vận chuyển thoại qua bộ mang LTE chuyên dụng và IPX giúp hệ thống IMS duy trì chất lượng dịch vụ đầu cuối mà người dùng trải nghiệm.
Nhóm 16 16 download by : skknchat@gmail.com
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Tín hiệu LTE bao gồm lưu lượng LTE và báo hiệu IMS XCAP, được mang mặc định qua APN chung với QCI 8/9 Đồng thời, lưu lượng IMS VoIP được xử lý qua máy mang chuyên dụng thông qua IMS APN với QCI 1.
Hình 8: Kiến trúc hệ thống cho di động VoLTE chuyển vùng
2.2.2.b Ứng dụng của IMS đối với
VoLTE Chức năng Kiểm soát Biên
Hệ thống IMS bao gồm nhiều thành phần quan trọng, trong đó có chức năng kiểm soát biên giới kết nối (IBCF), đóng vai trò là điểm tiếp xúc cho các giao tiếp báo hiệu SIP với các mạng khác Khi có tín hiệu đến, IBCF nằm giữa CSCF thẩm vấn và thế giới bên ngoài Cổng chuyển tiếp (TrGW), được điều khiển bởi IBCF, là đầu mối liên hệ với các phương tiện IMS Nếu mạng kết nối là một hệ thống con đa phương tiện IP khác, việc truyền thông sẽ diễn ra qua giao diện mạng-mạng liên IMS (II-NNI).
Một trong những vai trò quan trọng của các thiết bị này là hỗ trợ định tuyến phương tiện Bằng cách tích hợp IBCF trong đường dẫn báo hiệu và TrGW trong đường dẫn lưu lượng, hệ thống con đa phương tiện IP có khả năng điều hướng lưu lượng thoại của người dùng qua IMS đã truy cập, IMS gia đình hoặc cả hai Tùy chọn đầu tiên rất hữu ích cho người dùng chuyển vùng, vì nó cho phép IMS đã truy cập theo dõi lưu lượng truy cập của người dùng mà không làm lưu lượng quay trở lại IMS gia đình.
Nhóm 16 17 download by : skknchat@gmail.com trò khác bao gồm sàng lọc các bản tin SIP, chuyển mã và liên kết giữa các mạng sử dụng IP phiên bản 4 và 6.
Hình 9: Kiến trúc kiểm soát biên giới IMS
Các chức năng Media Gateway
Hệ thống con đa phương tiện IP không chỉ giao tiếp với các mạng IP khác mà còn kết nối với mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) và các mạch chuyển miền của nhà khai thác mạng 2G/3G Hình 10 minh họa các thiết bị được sử dụng trong quá trình này.
Hình 10: Kiến trúc cổng phương tiện IMS
Nhóm 16 18 download by : skknchat@gmail.com
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Kết luận chương
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về LTE và kiến trúc của nó, đồng thời phân tích mối liên hệ giữa LTE và VoLTE để xây dựng VoLTE Bài viết sẽ làm rõ vai trò của IMS trong VoLTE, khám phá các chức năng của IMS cũng như kiến trúc bảo mật và kiến trúc sạc Hơn nữa, chúng ta sẽ thấy những lợi ích mà VoLTE mang lại, cùng với các yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn chất lượng và quy trình đăng ký cần thiết cho VoLTE.
Nhóm 16 25 download by : skknchat@gmail.com
