TIỂU LUẬN môn học báo HIỆU và điều KHIỂN kết nối đề tài VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS

PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IMS

Giới thiệu về phân hệ đa phương tiện IMS

Hệ thống IMS (IP Multimedia Subsystem) được thiết kế để quản lý và phân phối dịch vụ đa phương tiện theo thời gian thực qua mạng 3G Được định nghĩa lần đầu tiên trong 3GPP và đóng băng vào năm 2002, các thông số kỹ thuật của IMS đã thu hút sự quan tâm lớn và được cải tiến 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 xây dựng bởi 3G.IP và sau đó được chuẩn hóa bởi 3GPP trong phiên bản 5 vào tháng 3 năm 2003, với mục tiêu phát triển và triển khai dịch vụ mới trên mạng thông tin di động Tiếp theo, 3GPP2 đã phát triển hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) để hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện dựa trên IMS của 3GPP Trong phiên bản 6 của 3GPP IMS, mạng truy cập WLAN đã được tích hợp bên cạnh mạng truy cập tế bào, phản ánh xu hướng hội nhập giữa hai loại mạng này Hầu hết các giao thức trong IMS được chuẩn hóa bởi IETF, với SIP là giao thức tạo phiên tiêu biểu, và nhiều cải tiến của SIP đã được đề xuất để đáp ứng yêu cầu của hệ thống IMS, bao gồm tính cước và bảo mật Ngoài IETF và TISPAN, 3GPP còn hợp tác chặt chẽ với Liên minh di động mở OMA trong việc 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 quản lý và điều khiển dịch vụ đa phương tiện cho người dùng cố định và di động Nó định nghĩa lớp quản lý dịch vụ chung, độc lập với loại hình mạng truy cập của người dùng IMS được xây dựng trên nền tảng mạng lõi IP, cho phép kết nối nhiều mạng truy cập khác nhau, bao gồm mạng di động và mạng cố định, thông qua lớp dịch vụ chung để 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 vận tải thông tin Cụ thể, IMS là một mạng phủ, cung cấp dịch vụ dựa trên hạ tầng chuyển nối gói, hỗ trợ quá trình chuyển đổi từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối gói.

Nhóm 16 1 khong tai duoc inbox admin nhe 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 bằng cách triển khai dịch vụ mới nhanh chóng và tiết kiệm chi phí Nó cho phép tính cước phức tạp hơn so với hệ thống truyền thống, như tính cước theo từng dịch vụ và phân chia cước giữa các nhà cung cấp Khách hàng sẽ chỉ nhận một bảng tính cước duy nhất từ nhà cung cấp mạng thường trú IMS hứa hẹn cung cấp dịch vụ đa phương tiện phong phú, đáp ứng yêu 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 tải thông tin mà còn trở thành trung tâm phân phối dung lượng mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ và linh hoạt thay đổi để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng Tuy nhiên, IMS vẫn tồn tại một số điểm yếu cần được khắc phục.

Mặc dù đã có một số triển khai IMS trong mạng cố định, các nhà khai thác di động vẫn không tìm thấy trường hợp kinh doanh khả thi cho công nghệ này Trong khi tên miền chuyển mạch 3G có khả năng xử lý cuộc gọi thoại và video, IMS chủ yếu bị 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 các dịch vụ này là một yếu tố khiến các nhà mạng không thể biện minh, dẫn đến việc rất ít nhà mạng quyết định thực hiện Hệ quả là IMS có thể tạo ra sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ nội dung lớn như Microsoft và Google, khiến cho các nhà mạng có thể gặp khó khăn trong việc duy trì lợi nhuận từ các dịch vụ giá trị gia tăng Do đó, nhiều nhà cung cấp mạng vẫn rất thận trọng trong việc quyết định triển khai IMS.

Một trong những điểm yếu lớn nhất của IMS là vấn đề bảo mật, đặc biệt liên quan đến quản lý nhận dạng người dùng Các lỗi như giả mạo Call ID, ăn cắp ID, và tấn công DoS/DDoS đều là những mối đe dọa nghiêm trọng Thiết bị SIP hiện tại thiếu cơ chế chứng nhận thực tốt, tương tự như bảo mật qua SIM trong mạng thông tin di động tế bào Hơn nữa, sự hội tụ giữa nhiều loại hình mạng cũng làm phức tạp thêm việc quản lý bảo mật Hiện tại, Phiên bản 8 của 3GPP đang xem xét nghiêm túc vấn đề này để cải thiện tính bảo mật cho IMS.

Mặc dù IMS tập trung vào việc đảm bảo chất lượng dịch vụ, nhưng việc duy trì chất lượng dịch vụ trong quá trình chuyển đổi giữa các loại hình mạng khác nhau vẫn là một thách thức quan trọng.

Nhóm 16 2 khong tai duoc inbox admin nhe

Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS

Trong môi trường mạng hội tụ, việc chuyển đổi giữa các mạng của các nhà cung cấp khác nhau vẫn là một thách thức chưa được giải quyết Kiến trúc IMS hiện tại 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, ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dịch vụ IMS hiệu quả.

Mô hình kiến trúc IMS

Kiến trúc IMS nhằm mang lại giá trị gia tăng cho nhà cung cấp mạng, nhà phát triển ứng dụng, nhà cung cấp dịch vụ và người dùng thiết bị đầu cuối Nó 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 điều chỉnh theo nhu cầu khách hàng Mạng IMS được xây dựng trên một kiến trúc phẳng với ba lớp chức năng.

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, bao gồm các thiết bị như chuyển mạch, bộ định tuyến và các thực thể xử lý phương tiện Lớp thứ hai là lớp điều khiển, với các phần tử mạng báo hiệu như CSCF, HSS và MGCF, hỗ trợ điều khiển phiên, điều khiển phương tiện và chức năng điều khiển truy cập thông qua các giao thức như SIP và Diameter Cuối cùng, lớp thứ ba là lớp dịch vụ, bao gồm các Server ứng dụng như server ứng dụng SIP và các điểm điều khiển dịch vụ mở, cho phép IMS cung cấp các điều khiển dịch vụ qua mạng thuê bao nhà Cấu trúc phân lớp này giúp tối ưu hóa việc quản lý và điều phối các dịch vụ trong mạng.

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 chịu trách nhiệm thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện, trong khi giao thức Diameter hỗ trợ nhận thực, trao quyền và thanh toán (AAA) cho người sử dụng So với giao thức SS7 truyền thống, SIP tương đương với ISUP và Diameter tương ứng với các ứng dụng dựa trên 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 sẽ phân tích các thực thể và chức năng cơ bản của IMS, bao gồm 6 loại chính: nhóm quản lý phiên và định routing (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 hỗ trợ (PDF, SEG, THIG) và tính cước Bài viết sẽ đi sâu vào việc phân tích các chức năng cơ bản liên quan đến các thực thể trong IMS.

1.3.1 Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)

Các thành phần quan trọng nhất của Hệ thống Đa phương tiện (IMS) bao gồm chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) CSCF được chia thành 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 đang phân phát (S-CSCF), đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển điện thoại di động và cấp quyền truy cập cho các dịch vụ như cuộc gọi thoại Mặc dù CSCF thực hiện chức năng tương tự như MME, nhưng vẫn có sự khác biệt giữa chúng.

Tiểu luận đề tài 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 luôn nhận được dịch vụ IMS, ngay cả khi chuyển vùng Các chức năng của CSCF bao gồm việc quản lý và điều phối các dịch vụ đa phương tiện, góp phần nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường di động.

S-CSCF quản lý các yêu cầu đăng ký, nhận diện địa chỉ IP của UE và P-CSCF mà UE đang sử dụng để truy cập vào 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, hệ thống sẽ tải thông tin người dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS.

Định tuyến lưu lượng đầu cuối di động đến P-CSCF và lưu lượng khởi xướng từ di động đến I-CSCF là các chức năng quan trọng trong hệ thống viễn thông, giúp điều khiển cổng thoát BGCF và kết nối với 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, sử dụng cơ chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS) Điều này quan trọng vì việc định tuyến bản tin SIP trong IMS chỉ dựa vào SIP URI; do đó, khi khách hàng gọi một số điện thoại thay vì sử dụng SIP URI, S-CSCF cần áp dụng dịch vụ phiên dịch số.

▪ Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần.

S-CSCF thực hiện kiểm tra phương tiện bằng cách kiểm tra nội dung tải tin SDP để xác định các loại phương tiện hoặc codec Nếu SDP không phù hợp với chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng, S-CSCF sẽ loại bỏ 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 phụ thuộc vào quy mô và độ dư của mạng Mỗi S-CSCF chỉ phục vụ một số lượng thiết bị đầu cuối IMS nhất định, và khác với P-CSCF và I-CSCF, S-CSCF luôn nằm 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, thông qua giao diện báo hiệu Gm CSCF đảm nhận vai trò bảo mật thông tin, mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của các thông báo qua mạng truy cập IP, đồng thời chuyển tiếp các thông báo này giữa điện thoại di động và CSCF đang phục vụ.

Nó cũng kiểm soát chất lượng dịch vụ của các luồng phương tiện qua mạng

Nhóm 16 5 khong tai duoc inbox admin nhe 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 một chức năng quan trọng, được thực hiện thông qua giao thức bảo mật IPsec và 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 tuân thủ chính sách của nhà khai thác, P-CSCF sẽ từ chối 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 tương tác của PDF quyết định chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP) Trong 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 hệ thống IMS, được sử dụng rộng rãi trên các giao diện 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 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 giao thức truyền siêu văn bản (HTTP) RFC326 xác định giao thức SIP cơ bản, trong khi các phần mở rộng được quy định trong các tài liệu IETF khác, đặc biệt là RFC 3455, nhằm sử dụng SIP trong hệ thống con đa phương tiện IP Đặc điểm kỹ thuật quan trọng nhất của 3GPP là TS 24.229, xác định cách thức sử dụng SIP trong IMS.

SIP khác với các giao thức trước đây vì nó dựa trên văn bản thay vì nhị phân, khiến cho 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, điểm khác biệt là một thiết bị có thể đóng vai trò vừa là máy khách vừa là máy chủ trong hệ thống.

VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS sử dụng giao thức SIP để truyền thông điệp qua UDP thay vì TCP Do không có sự đảm bảo về độ tin cậy trong việc phân phối tin nhắn, SIP tích hợp các cơ chế riêng để xác nhận và truyền lại thông tin.

1.4.2 Giao thức mô tả phiên

SIP không chỉ định phương tiện cho phiên mà giao thức mô tả phiên (SDP) đảm nhiệm nhiệm vụ này SDP ban đầu chỉ định nghĩa một phương tiện phát trực tiếp, bao gồm thông tin như địa chỉ IP và các thông số kỹ thuật của phương tiện, như loại, tốc độ dữ liệu và codec Sau này, giao thức đã được cải tiến với mô hình trả lời đề nghị, cho phép các bên thương lượng về phương tiện và codec mà họ muốn sử dụng IMS áp dụng SDP theo cách này, với các ưu đãi và câu trả lời SDP được vận chuyển qua các 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 mở rộng khả năng 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 cho quá trình truyền thông.

▪ 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 công cụ quan trọng trong việc chuyển tiếp các bản tin Diameter, đồng thời tạo ra các quyết định chính sách dựa trên việc sử dụng tài nguyên và dữ liệu Nó có khả năng thay đổi các bản tin nhằm thiết lập các quyết định chính sách, giúp kiểm soát cách sử dụng tài nguyên và cung cấp quản trị hiệu quả.

Relay là quá trình chuyển tiếp bản tin Diameter dựa trên thông tin định tuyến và các thực thể trong bảng định tuyến vùng Chức năng của Relay chỉ giới hạn ở việc can thiệp vào thông tin định tuyến mà không ảnh hưởng đến 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 ở biên, thực hiện truy vấn và sử dụng dịch vụ Agent hoạt động như Proxy, Relay và Redirect Agent, đồng thời dịch các bản tin Diameter Server chịu trách nhiệm quản lý các yêu cầu về AAA trong hệ thống.

Bản tin Diameter bao gồm một header và nhiều cặp giá trị thuộc tính AVP Header này có cấu trúc với các trường chứa dữ liệu nhị phân tương tự như header của giao thức IP.

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 cũng phải hỗ trợ cả hai chuẩn này Để đảm bảo an toàn, nên sử dụng IPSec cho các nút trong cùng một miền, chẳng hạn như giữa client và proxy, và áp dụng TLS để bảo mật 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 phân công nhiệm vụ cho Client trong mô hình Client/Server, nơi Client gửi các thông điệp yêu cầu, cập nhật và xóa đến PDP, và PDP sẽ phản hồi bằng các quyết định 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 nâng cao hiệu quả truyền thông báo hiệu SigComp là cơ chế cho phép các giao thức lớp ứng dụng nén bản tin trước khi gửi vào mạng, giúp giảm kích thước bản tin SIP và cung cấp chức năng 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 giữa ứng dụng và hệ thống SigComp, cho phép ứng dụng yêu cầu một bộ nén cụ thể thông qua nhận dạng nhóm.

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 Hệ thống Đa phương tiện (IMS), bao gồm lợi ích và điểm yếu của IMS Kiến trúc chức năng và các điểm tham chiếu của IMS được trình bày để làm rõ các chức năng và giao thức phối hợp hoạt động Đặc tính hoạt động của giao thức SIP được khái quát với những điểm khác biệt so với môi trường mạng IP thuần Ngoài ra, chương cũng đề cập đến các giao thức hỗ trợ kết nối đa phương tiện, bao gồm chức năng nhận thực, xác lập chính sách và nén thông tin.

Tổng quan về tiêu chuẩn VoLTE

LTE

Công nghệ thông tin di động được phân loại thành bốn thế hệ: 1G, 2G, 3G và 4G, trong đó LTE là bước tiến quan trọng hướng tới 4G LTE sẽ đóng vai trò trong giai đoạn đầu của 4G, tiếp theo sẽ là IMT-Advanced Hiệp hội 3GPP đã bắt đầu phát triển IMT-Advanced với tên gọi LTE-Advanced.

LTE, được phát triển bởi 3GPP, được coi là thế hệ thứ tư và là chuẩn tương lai của UMTS Năm 2008, phiên bản phát hành cuối cùng 3GPP 8 đã ra mắt, mang đến 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, với mục tiêu cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp và tối ưu hóa các gói dữ liệu Công nghệ vô tuyến được thiết kế để hỗ trợ băng thông linh hoạt trong quá trình triển khai Đồng thời, kiến trúc mạng mới nhằm hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói, 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, mang lại 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) Đồng thời, phần điều khiển mạng vô tuyến RNC đã được loại bỏ khỏi đường dữ liệu, và các chức năng của nó được chuyển giao cho các eNodeB.

The architecture of the LTE network, illustrated in Figure 6, consists of four main components: User Equipment (UE), 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 tại 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, mang lại sự cải tiến trong hiệu suất và tính linh hoạt của mạng.

Hình 6: Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN

Sự phát triển của R-UTRAN tập trung vào nút B phát triển (eNodeB), nơi tất cả các chức năng vô tuyến kết thúc eNodeB là điểm kết thúc cho tất cả các giao thức vô tuyến liên quan, tạo thành một mạng lưới e-UTRAN kết nối qua giao diện X2 Các eNodeB cũng kết nối trực tiếp với mạng lõi EPC thông qua giao diện S1.

Mỗi eNodeB cung cấp các tính năng quan trọng cho quá trình lớp vật lý, bao gồm điều chế, giải điều chế, mã hóa kênh và giải mã hóa, khi thực hiện truyền phát và nhận dữ liệu qua các giao diện vô tuyến.

eNodeB không chỉ thay thế các bộ kiểm soát trạm gốc trong mạng UTRAN mà còn cung cấp 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.

Một trong những điểm khác biệt nổi bật của kiến trúc mạng LTE là mạng lõi EPC không bao gồm các chuyển mạch kênh và không kết nối trực tiếp với các mạng chuyển mạch truyền thống như ISDN hay 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 hệ thống 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 trên mặt phẳng kiểm soát Nó hỗ trợ các phương thức bảo mật để xác minh người sử dụng và xử lý các phiên truyền dẫn giữa các thiết bị.

Nhóm 16 13 khong tai duoc inbox admin nhe 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 chịu trách nhiệm lưu trữ và cập nhật cơ sở dữ liệu chứa tất cả thông tin đăng ký của người sử dụng, bao gồm thông tin nhận dạng và địa chỉ, cũng như các chi tiết về trạng thái hoạt động và chất lượng gói dịch vụ.

Phần AUC của HSS 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 bảo mật này chủ yếu được sử dụng để xác minh các thiết bị mạng, mã hóa đường truyền dẫn vô tuyến, và đảm bảo 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 mạng truy cập E-UTRAN Khi thiết bị người sử dụng di chuyển giữa các eNodeB trong mạng E-UTRAN, S-GW thực hiện vai trò trung chuyển, hỗ trợ quá trình chuyển giao Ngoài ra, S-GW còn đóng vai trò là cầu nối giữa mạng truy cập E-UTRAN và các mạng truy cập cũ 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.

Công nghệ 4G và VoLTE cho phép thực hiện đồng thời dịch vụ gọi điện và truy cập Internet trên mạng 4G, giúp người dùng có thể sử dụng Internet ngay cả khi đang gọi điện.

VoLTE hoạt động dựa trên kiến trúc IMS, với cấu hình cụ thể cho các mặt phẳng điều khiển và phương tiện của dịch vụ thoại, giúp tối ưu hóa dịch vụ băng thông rộng không dây LTE theo tiêu chuẩn GSMA trong PRD IR.92 Dịch vụ thoại được phân phối 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, tăng từ 137 nhà khai thác ở 65 quốc gia so với 12 tháng trước Đến tháng 8 năm 2019, số nhà khai thác đầu tư vào VoLTE đã tăng lên 262 tại 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 riêng biệt không thuộc LTE, nhưng có mối quan hệ tương tự như Internet với LTE Trong bối cảnh LTE, cuộc gọi thoại đóng vai trò quan trọng, và IMS thể hiện một số 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 khong tai duoc inbox admin nhe 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 qua cổng PDN trong lõi gói của mạng gia đình Mặc dù kiến trúc này không tuân thủ các thông số kỹ thuật của VoLTE và không hỗ trợ cuộc gọi thoại, nhưng nó vẫn có thể được sử dụng cho các dịch vụ IMS khác như SMS.

Lõi gói đã phát triển không hiểu các thông điệp SIP giữa thiết bị di động và IMS, do đó vận chuyển chúng qua vùng người dùng LTE với bộ mang EPS mặc định và chỉ báo chất lượng 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 Đồng thời, lõi gói cũng vận chuyển lưu lượng thoại của thiết bị di động qua bộ mang EPS chuyên dụng với QCI 1, được thiết lập ở đầu cuộc gọi và tách ra ở cuối Các thông số kỹ thuật của VoLTE giả định rằng thiết bị di động chỉ hỗ trợ một bộ mang như vậy, vì vậy mạng gói nhiều luồng thoại vào cùng một bộ mang và cung cấp ưu tiên phân bổ và lưu giữ tương đương Cuối cùng, EPC xử lý mọi luồng không theo thời gian thực, như tệp ảnh, sử dụng bộ mang EPS chuyên dụng với QCI 8 hoặc 9.

Người dùng truy cập dữ liệu máy chủ ứng dụng qua một tên điểm truy cập chung do nhà khai thác mạng gia đình kiểm soát Giao diện Ut kết nối qua cổng PDN trong mạng gia đình, thường sử dụng chung cổng với cổng Internet tại nhà Hiện nay, điện thoại di động sở hữu hai địa chỉ IP: một dành cho Internet và một cho IMS.

Các mạng khác nhau sử dụng trao đổi gói IP (IPX) để trao đổi lưu lượng thoại, trong khi phiên bản nâng cao của trao đổi chuyển vùng GPRS (GRX) cũng đảm bảo chất lượng dịch vụ cho luồng phương tiện Thông qua việc vận chuyển phương tiện thoại bằng bộ mang LTE chuyên dụng và IPX, hệ thống IMS có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ đầu cuối cho người dùng.

Tín hiệu LTE và lưu lượng liên quan đến báo hiệu IMS XCAP được truyền qua APN chung với QCI 8/9 Đồng thời, lưu lượng IMS VoIP được xử lý qua APN IMS chuyên dụng, sử dụng QCI 1 để đảm bảo chất lượng cuộc gọi.

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

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 giao tiếp báo hiệu SIP với các mạng khác IBCF nằm giữa CSCF thẩm vấn và thế giới bên ngoài, xử lý tín hiệu đến Cổng chuyển tiếp (TrGW), được điều khiển bởi IBCF, là đầu mối liên hệ với các phương tiện IMS Nếu mạng đối tác là một hệ thống con đa phương tiện IP khác, truyền thông sẽ diễn ra qua giao diện mạng-mạng liên IMS (II-NNI).

Các thiết bị như IBCF và TrGW đóng vai trò quan trọng trong việc định tuyến phương tiện, giúp hệ thống con đa phương tiện IP quản lý lưu lượng thoại của người dùng Bằng cách tích hợp IBCF trong đường dẫn báo hiệu và TrGW trong đường dẫn lưu lượng, hệ thống có thể điều hướng lưu lượng thoại qua IMS đã truy cập hoặc IMS gia đình Điều này đặc biệt hữu ích cho người dùng chuyển vùng, cho phép IMS đã truy cập theo dõi lưu lượng mà không cần quay trở lại IMS gia đình.

Nhóm 16 17 khong tai duoc inbox admin nhe 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

Kết luận chương

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về LTE và kiến trúc của nó, đồng thời nêu rõ mối liên hệ giữa LTE và VoLTE để phát triển VoLTE Bài viết cũng phân tích vai trò quan trọng của IMS trong VoLTE, đi sâu vào các chức năng của IMS cũng như kiến trúc bảo mật và kiến trúc sạc Hơn nữa, chương này làm nổi bật 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.

Định dạng
Số trang	38
Dung lượng	1,21 MB