Bài giảng Báo hiệu và điều khiển kết nối (Phần 2)

75 trang phuongnguyen 6000

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Báo hiệu và điều khiển kết nối (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_bao_hieu_va_dieu_khien_ket_noi_phan_2.pdf

Nội dung text: Bài giảng Báo hiệu và điều khiển kết nối (Phần 2)

81 CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Tóm tắt: Nội dung của chương tập trung vào các mô hình báo hiệu trong mạng thông tin di động bao gồm các mạng di động thế hệ hai và thế hệ ba. Các thủ tục báo hiệu được phân chia thành các vùng mạng truy nhập vô tuyến và vùng mạng lõi cùng với các kết nối báo hiệu tới các hạ tầng mạng khác. 3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 3.1.1 Các thế hệ phát triển mạng di động tế bào Từ cuối những năm 1970, với sự ra đời của các công nghệ, các mạng vô tuyến di động tế bào đã đƣợc phát triển rất nhanh chóng. Thập kỷ 1980 chứng kiến sự ra đời của một số hệ thống vô tuyến tế bào tƣơng tự, thƣờng đƣợc gọi là các mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMR (Public Land Mobile Radio). Các hệ thống loại này đƣợc gọi là hệ thống vô tuyến di động tế bào thế hệ thứ nhất 1G (1st Generation), tiêu biểu là Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS (Advanced Mobile Phone Service) của Mỹ công tác trên dải tần 800 MHz và Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT 450 (Nordic Mobile Telephony) công tác trên dải tần 450 MHz, rồi sau đó trên cả dải 900 MHz (NMT 900). Làm việc ở dải UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vƣợt bậc về độ phức tạp của các hệ thống thông tin liên lạc dânPTIT sự. Chúng cho phép những ngƣời sử dụng có đƣợc các cuộc đàm thoại trong khi di động với nhau hay với bất kỳ đối tƣợng nào có nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN hoặc các mạng thông tin số đa dịch vụ tích hợp ISDN. Trong những năm 1990 đã có những bƣớc tiến hơn nữa với việc áp dụng các hệ thống thông tin di động tế bào số (digital cellular system). Các hệ thống mới này đƣợc gọi là các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ hai 2G (2nd Generation), tiêu biểu là Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile communications) của Châu Âu công tác trên dải tần 900 MHz và 1800 MHz, các hệ
82 thống của Mỹ IS-136 làm việc trên hai dải 800 MHz và 1900 MHz hay IS-95 công tác trên dải 800 MHz và các hệ thống viễn thông không dây số (digital cordless telecommunication system) nhƣ Hệ thống viễn thông không dây số của Châu Âu DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Trong số các hệ thống 2G kể trên, hệ thống GSM đƣợc xem là hệ thống thành công nhất. Ngoài các dịch vụ điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động số thế hệ thứ hai cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác nhƣ thƣ thoại (voice-mail), truyền số liệu tốc độ thấp, truyền fax, các tin ngắn (short message) Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chủ yếu vẫn nhắm vào phục vụ dịch vụ thoại. Dịch vụ số liệu mà chúng đáp ứng đƣợc chủ yếu là dịch vụ truyền số liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp (dƣới 10 kb/s), không đáp ứng đƣợc các nhu cầu truyền số liệu ngày càng tăng. Chính sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu đối với các dịch vụ dữ liệu, nhất là đối với Internet, đã thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệp vô tuyến và là động lực chính đối với sự phát triển các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G (3rd Generation) đa dịch vụ. Các nỗ lực phát triển thông tin di động 3G đƣợc phát động trƣớc tiên tại Châu Âu. Vào năm 1988, dự án RACE 1043 đã đƣợc hình thành với mục đích ấn định công nghệ và dịch vụ cho hệ thống 3G gọi là Hệ thống viễn thông di động vạn năng (UMTS: Universal Mobile Telecommunications System). Song song với dự án RACE 1043, Liên minh viễn thông quốc tế ITU (InternationalPTIT Telecommunication Union) cũng thành lập ban TG8/1, ban đầu đặt dƣới sự bảo trợ của CCIR (Uỷ ban tƣ vấn quốc tế về vô tuyến), nhằm phối hợp hoạt động nghiên cứu phát triển hệ thống 3G với tên gọi Hệ thống viễn thông di động mặt đất công cộng tƣơng lai (FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunications System), mục đích ban đầu là xây dựng một tiêu chuẩn 3G chung cho toàn thế giới. Sau này TG8/1 đã bỏ tên gọi FPLMTS, thay bằng Viễn thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000: International Mobile Telecommunications-2000) và chấp nhận một họ các tiêu chuẩn cho 3G. Dự án IMT-2000 đã xây dựng các yêu cầu chung nhất cho các hệ thống thông tin di động
83 3G nhằm phục vụ nhiều loại hình dịch vụ, với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s. Các yêu cầu cơ bản đối với các hệ thống thông tin di động 3G, một cách vắn tắt, bao gồm: + Có khả năng truyền thông đa phƣơng tiện với các tốc độ: a) 384 kb/s (đi bộ) và 144 kb/s (trên xe) đối với môi trƣờng ngoài trời (out-door) có vùng phủ sóng tƣơng đối rộng; b) tới 2 Mb/s đối với môi trƣờng trong nhà (in-door) có vùng phủ sóng hẹp; + Có khả năng cung cấp đa dịch vụ nhƣ thoại, hội nghị truyền hình (video conferencing), dữ liệu gói. Hỗ trợ cả các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói và truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ bít cao trên đƣờng xuống và tốc độ bít thấp trên đƣờng lên); + Có khả năng lƣu động và chuyển vùng quốc gia lẫn quốc tế; + Có khả năng tƣơng thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông; + Cơ cấu tính cƣớc theo dung lƣợng truyền chứ không theo thời gian kết nối; Đã có tới mƣời sáu đề xuất tiêu chuẩn cho các hệ thống 3G, trong đó mƣời cho các mạng 3G mặt đất và sáu cho các hệ thống di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite Systems). Đa số các đề xuất đều ủng hộ chọn CDMA (Code Division Multiple Access-Đa truy nhập theo mã) làm phƣơng thức đa truy nhập và ITU chấp thuận các tiêu chuẩn trong IMT-2000 sẽ bao gồm năm công nghệ sau: + IMT DS (Direct Sequence):PTIT Công nghệ này đƣợc gọi rộng rãi là UTRA FDD và W-CDMA, trong đó UTRA là Truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access), FDD là song công phân chia theo tần số (Frequency Division Duplex), còn W trong W-CDMA là băng rộng (Wideband); + IMT MC (MultiCarrier): Hệ thống này (còn đƣợc gọi là cdma2000) là phiên bản 3G của IS-95 (nay đƣợc gọi là cdmaOne), sử dụng đa sóng mang; + IMT TC (Time Code): Đây là UTRA TDD, tức là kiểu UTRA sử dụng song công phân chia theo thời gian (Time Division Duplex);
84 + IMT SC (Single Carrier): IMT đơn sóng mang, nguyên thuỷ là một dạng của GSM pha 2+ gọi là EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution); + IMT FT (Frequency Time): IMT tần số-thời gian, là hệ thống viễn thông không dây tăng cƣờng DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications). Hiện nay, ITU thực hiện việc phân loại các mạng di động quốc tế thành 3 loại hệ thống gồm: các hệ thống IMT-2000 là các hệ thống 3G (UMTS, CDMA2000); hệ thống enhanced IMT-2000 (thế hệ sau 3G) và IMT-Advance là hệ thống 4G. Để tiến tới 4G, LTE đƣợc coi là con đƣờng chính hiện nay cho sự phát triển công nghệ và đƣợc phát triển bởi 3GPP. Hình 3.1: LPTITộ trình phát triển các thế hệ mạng di động 3GPP-LTE là công nghệ hƣớng tới hệ thống di động tốc độ cao và tích hợp với các chuẩn ứng dụng dịch vụ khác. Do đó, ngƣời dùng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS trên nền WCDMA. 3GPP-LTE hỗ trợ cơ chế cấp phát phổ tần linh động và các dịch vụ đa phƣơng tiện tốc độ cao khi thiết bị di chuyển.
85 3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM Kiến trúc hệ thống GSM đƣợc chia làm 3 phần: phân hệ trạm gốc BSS, phân hệ chuyển mạch và mạng NSS, phân hệ vận hành và bảo dƣỡng OSS. Mỗi phân hệ có các nhiệm vụ riêng và đƣợc cấu trúc bởi các thực thể chức năng. BSS gồm có bộ thu phát gốc BTS và bộ điều khiển trạm gốc BSC. BSS cung cấp và quản trị tuyến thông tin giữa thuê bao di động MS và NSS. NSS là bộ não của toàn bộ mạng GSM, nó bao gồm trung tâm chuyển mạch cho di động MSC và 4 nút mạng thông minh là đăng ký thuê bao nhà HLR, đăng ký thuê bao khách VLR, đăng ký nhận dạng thiết bị EIR và trung tâm nhận thực AuC. OSS cung cấp phƣơng tiện để các nhà cung cấp dịch vụ có thể điều khiển và quản trị mạng. Nó gồm các trung tâm vận hành và bảo dƣỡng OMC làm nhiệm vụ khai thác, quản lý, bảo dƣỡng. PTIT Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống GSM Nguyên thủy thì phân hệ OSS thuộc quyền sở hữu của mạng và không liên quan đến báo hiệu. Còn đứng về mặt thuật ngữ của lớp vật lý thì môi trƣờng không khí trên giao diện MS-BTS để truyền dẫn sóng vô tuyến và dùng LAP-D là giao thức lớp 2. MSC không kết nối trực tiếp với BTS mà thông qua BSC, đƣợc coi nhƣ là giao diện giữa phần vô tuyến và phần chuyển mạch. Kết nối giữa BTS và BSC
86 thông qua giao diện A–bis. Giao diện A-bis là đƣờng liên kết số 64 kbps, sử dụng 3 giao thức để truyền tải thông tin báo hiệu đến MSC: o Thủ tục truy nhập đƣờng trên kênh D (LAPD) o Quản trị trạm thu phát gốc (BTSM) o Bảo dƣỡng và vận hành A-bis (ABOM) o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp (DTAP) Giao thức LAPD đƣợc dùng nhƣ giao thức lớp 2, cung cấp khả năng trao đổi thông tin cần thiết từ nút - nút để gửi các gói tin qua mạng. Giao thức BTSM dùng để quản lý các thiết bị vô tuyến của trạm gốc và giao diện giữa trạm gốc với MSC. Dữ liệu và các thông tin báo hiệu khác đƣợc gửi từ trạm gốc thông qua một giao thức của SS7 - phần DTAP. Hình 3.3: PhânPTIT lớp chức năng của SS7 trong mạng GSM Các giao thức SS7 đƣợc sử dụng trong mạng di động để cung cấp thông tin báo hiệu cho việc thiết lập và giải phóng các kết nối cũng nhƣ chia sẻ những thông tin trong cơ sở dữ liệu cho các thực thể của mạng. Ngăn xếp của SS7 sử dụng cho mạng di động đƣợc thể hiện trên hình 3.3. MSC kết nối với mạng cố định thông qua giao thức ISUP hoặc TUP. Cùng với MTP và SCCP, còn có thêm một số các giao thức khác để MSC giao tiếp với các thực thể khác trong hệ thống GSM. Đó là các giao thức: o Phần ứng dụng di động MAP
87 o Phần ứng dụng di động phân hệ trạm gốc BSSMAP o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP o Phần ứng dụng khả năng phiên dịch TCAP Trên giao diện A giữa phân hệ BSS và MSC sử dụng phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BSSAP. BSSAP có thể đƣợc chia thành phần ứng dụng quản trị hệ thống trạm gốc BSSMAP và phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP. BSSAP đƣợc sử dụng để trao đổi các bản tin giữa BSC và MSC mà BSC thực sự phải xử lý ví dụ nhƣ bản tin quản trị tài nguyên vô tuyến RR. Còn DTAP bao gồm những bản tin mà phân hệ NSS và máy di động MS trao đổi với nhau. Những bản tin này (ví dụ bản tin quản trị kết nối CM, bản tin quản trị di động MM) là trong suốt đối với BSC. BSC chỉ làm chức năng chuyển tiếp bản tin mà không xử lý nó. Phần ứng dụng di động MAP là giao thức của SS7 hỗ trợ cho mạng di động. Nó định nghĩa những hoạt động giữa các thành phần mạng nhƣ MSC, HLR, VLR, EIR và mạng cố định. Các lớp truyền tải, phiên và trình diễn không sử dụng trong SS7, các chức năng này đƣợc nhóm trong lớp ứng dụng sử dụng ISUP và TUP. Các giao thức MAP đƣợc thiết kế là MAP/B và MAP/H tuỳ thuộc vào chức năng của giao tiếp. Các giao diện và giao thức của GSM đƣợc trình bày trong bảng 3.1 và hình dƣới đây. Bảng 3.1: Các giao diện vàPTIT giao thức cơ bản của hệ thống GSM Giao diện Liên kết Mô tả Um MS-BSS Giao tiếp môi trƣờng đƣợc sử dụng để trao đổi thông tin giữa MS-BSS. LAPDm là thủ tục sửa đổi từ LAPD d cho báo hiệu. Abis BSC-BTS Giao diện nội bộ của BSS sử dụng liên kết giữa BSC và BTS. Abis cho phép điều khiển thiết bị vô tuyến và chỉ định tần số trong BTS. A BSS-MSC Quản lý nguồn tài nguyên và tính di động của MS. B MSC-VRL Xử lý báo hiệu giữa MSC và VRL. Giao tiếp B sử
88 dụng giao thức MAP/B. C GMSC- Sử dụng để điều khiển các cuộc gọi từ trong vùng HRL GSM ra ngoài và ngƣợc lại. Giao thức MAP/C sử SMSG- dụng cho thông tin định tuyến và tính cƣớc qua các HRL gateway. D HRL-VRL Giao thức MAP/D sử dụng để trao đổi dữ liệu liên quan tới vị trí của MS và các số liệu phụ của thuê bao. E MSC-MSC Giao thức MAP/E sử dụng để trao đổi thông tin chuyển vùng giữa các MSC. F MSC-EIR Giao thức MAP/F sử dụng để xác nhận trạng thái IMEI của MS. G VRL-VRL Giao thức MAP/G sử dụng để chuyển các thông tin thuê bao trong các thủ tục cập nhật vị trí vùng. H MSC- Giao thức MAP/H hỗ trợ truyền bản tin nhắn tin SMSG ngắn SMS. I MSC-MS Giao diện I là giao diện giữa MSC và MS. Các bản tin trao đổi qua giao diện I qua BSS là trong suốt. PTIT Hình 3.4: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM
89 Các hoạt động điều hành của MAP có thể chia thành 5 phần chính nhƣ sau: quản lý di động; vận hành và bảo dƣỡng; xử lý cuộc gọi; hỗ trợ dịch vụ bổ sung; dịch vụ bản tin ngắn SMS. Quản lý di động Các tác vụ quản lý di động gồm một số các nội dung sau: Quản lý vị trí, tìm kiếm vị trí của MS, quản lý truy nhập, chuyển giao vùng, quản lý nhận thực, quản lý bảo mật, quản lý IMEI, quản lý thuê bao, nhận dạng thuê bao và khôi phục lỗi. Để hạn chế các thông tin trao đổi giữa HRL, các HRL chỉ chứa các thông tin về MSC/VRL quản lý thuê bao hiện thời. Việc quản lý vị trí gồm một số tác vụ nhƣ: Cập nhật vùng, loại bỏ vùng, gửi nhận dạng, xác định MS. Chuyển vùng giữa các MSC đƣợc thực hiện bởi một chuỗi các thủ tục báo hiệu gồm: Chuẩn bị chuyển vùng, gửi tín hiệu tới kết cuối, xử lý báo hiệu truy nhập, chuyển báo hiệu truy nhập và chuyển vùng. Các thủ tục cơ bản đƣợc thể hiện qua ví dụ trên hình 3.5 dƣới đây. Các thủ tục đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E, cập nhật vị trí mới của MS đƣợc thực hiện qua MAP/D không thể hiện trong hình vẽ. PTIT Hình 3.5: Các thủ tục chuyển vùng qua MAP/E
90 Vận hành và bảo dưỡng Vận hành và bảo dƣỡng đƣợc chia thành hai vùng chính: Giám sát thuê bao và nhiệm vụ hỗn hợp. Giám sát thuê bao gồm hai trạng thái kích hoạt và không kích hoạt, trạng thái kích hoạt giám sát thuê bao đƣợc khởi tạo từ HRL yêu cầu VRL kiểm tra trạng thái của thuê bao và gửi về MSC để giám sát MS. Nhiệm vụ hỗn hợp sử dụng trong mạng GSM hiện nay chỉ thực hiện nhiệm vụ trao đổi thông tin về thuê bao giữa HRL và VRL. Xử lý cuộc gọi Các thủ tục xử lý cuộc gọi chủ yếu dựa trên các thông tin định tuyến, khi các thuê bao tìm kiếm và xác nhận các địa chỉ MSC đích, các thủ tục do MAP không còn cần thiết. Riêng việc xử lý cuộc gọi qua gateway của trung tâm chuyển mạch di động GMSC thì vẫn phải sử dụng các giao thức MAP/C. PTIT Hình 3.6: Các điều hành của MAP trong trường hợp cuộc gọi từ mạng PSTN Trong trƣờng hợp một thuê bao từ mạng cố định PSTN gọi sang mạng di động, các bản tin khởi tạo ISUP IAM đƣợc gửi tới gateway chứa thông tin số bị gọi. Dựa trên các con số này, mạng PSTN định tuyến cuộc gọi tới GMSC thích hợp. GMSC chứa nhận dạng thuê bao di động trong cơ sở dữ liệu sẽ sử dụng điều hành MAP tới HRL để tim kiếm MS. Nếu thuê bao đang trong trạng thái chuyển vùng, các thông tin trao đổi giữa HRL và VRL đƣợc thực thi để đảm bảo quá trình định tuyến thành
91 công. Hình vẽ 3.6 chỉ ra thủ tục của MAP trong trƣờng hợp cuộc gọi từ mạng PSTN. Hỗ trợ dịch vụ bổ sung Các dịch vụ bổ sung đƣợc thực thi qua các điều hành MAP gồm có một số tác vụ nhƣ: Đăng ký dịch vụ bổ sung, xoá dịch vụ bổ sung, kích hoạt dịch vụ bổ sung, huỷ bỏ kích hoạt dịch vụ bổ sung, liên kết điều hành dịch vụ bổ sung, đăng ký mật khẩu và lấy mật khẩu. Dịch vụ bản tin ngắn SMS Dịch vụ bản tin ngắn SMS là một trong các dịch vụ cơ bản của hệ thống di động GSM, các điều hành dịch vụ bản tin ngắn SMS gồm có một số tác vụ: Chuyển bản tin ngắn, gửi thông tin định tuyến cho bản tin ngắn, báo cáo trạng thái bản tin, cảnh báo từ trung tâm nhắn tin và thông tin của trung tâm dịch vụ. Các thông tin trao đổi giữa MSC đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E đƣợc chỉ ra trên hình vẽ 3.7 dƣới đây. PTIT Hình 3.7: Điều hành MAP liên quan tới dịch vụ bản tin ngắn SMS 3.1.3 Mạng thông minh Mạng thông minh (IN – Intelligent Network) là mạng viễn thông tách rời dịch vụ, nghĩa là sự thông minh đƣợc lấy ra từ thiết bị chuyển mạch và trong các máy tính phân bổ trên mạng. Mạng thông minh cung cấp tới ngƣời vận hành mạng
92 phƣơng tiện để phát triển và điều khiển các dịch vụ một cách linh hoạt và hiệu quả hơn. IN cung cấp năng lực mạng thoả mãn nhu cầu thay đổi thƣờng xuyên của khách hàng, tính thông minh của mạng trở nên phân tán với độ phức tạp ngày càng tăng nhanh. IN/1 thể hiện mô hình thực hiện dịch vụ ở bên ngoài các hệ thống chuyển mạch, đặt trong những cơ sở dữ liệu gọi là những điểm điều khiển dịch vụ (SCP – Service Controll Points). Hai dịch vụ cần đến IN/1 là dịch vụ 800 (hay điện thoại miễn phí) và xác minh thẻ cuộc gọi (hay dịch vụ thực hiện hóa đơn luân phiên [ABS]). Để giao tiếp với nguyên tắc thực hiện dịch vụ giá trị gia tăng, phần mềm phải đƣợc triển khai trong những hệ thống chuyển mạch. Phần mềm hệ thống chuyển mạch này cho phép thừa nhận hệ thống chuyển mạch khi nó cần thiết để giao tiếp với một SCP thông qua mạng SS7. Sau khi IN/1 xuất hiện thì các nhà cung cấp liên tục đƣa ra các dịch vụ mới, nhƣng có 1 điều không đổi đó là : mạng thông minh IN là mạng viễn thông độc lập dịch vụ. Mạng IN cho phép các hệ thống chuyển mạch và các hệ thống điều khiển dịch vụ xuất xứ từ các nhà cung cấp khác nhau làm việc với nhau một cách độc lập và trơn tru. Điều này cung cấp cho các nhà điều hành mạng các phƣơng tiện để phát triển và điều khiển dịch vụ hiệu quả hơn. Các dịch vụ mới có thể đƣợc giới thiệu một cách nhanh chóng trong mạng và dễ dàng đƣợc thiết lập phù hợp với nhu cầu của khách hàng mà không phải thay đổi cấu trúc của các nút chuyển mạch trong mạng. Mô hình mang tính kháiPTIT niệm về mạng thông minh bao gồm 4 mặt phẳng. Mỗi mặt phẳng tƣợng trƣng cho một quan điểm trừu tƣợng khác nhau về các khả năng đƣợc mạng cấu trúc theo kiểu IN. Các quan điểm này lần lƣợt nhằm vào các khía cạnh dịch vụ, tính năng tổng thể, tính năng phân phối và các khía cạnh vật lý của mạng IN. Mặt phẳng dịch vụ: Mặt phẳng dịch vụ minh hoạ cho các dịch vụ cung cấp bởi mạng IN (Chẳng hạn dịch vụ Prepaid, Freephone ,Tevoting ). Một dịch vụ bao gồm nhiều đặc tính dịch vụ SF (Service Feature) và có thể đƣợc tăng cƣờng vào các đặc tính dịch vụ khác. SF có 2 loại: lõi dịch vụ và tùy chọn dịch vụ. Một đặc tính dịch vụ SF là phần tử nhỏ nhất của một dịch vụ mà ngƣời sử dụng dịch vụ có thể
93 nhận thức đƣợc. Những SF đóng vai trò trong việc đặc tả và thiết kế các dịch vụ mới phức tạp hơn, muốn tạo ra một dịch vụ chỉ cần tạo ra SF phần lõi và khi muốn nâng cấp dịch vụ thì chỉ cần kết hợp thêm các SF tùy chọn. Nhờ vậy mà các dịch vụ trong mạng IN sẽ đƣợc cung cấp một cách nhanh chóng và đa dạng hơn. Hình 3.8: Mô hình khái niệm mạng IN Mặt phẳng chức năng tổng thể GFP (Global Function Plane): GFP tạo ra mô hình chức năng mạng từ quan điểm tổng thể. Vì vậy mạng có cấu trúc IN đƣợc nhìn nhận nhƣ là một thực thể đơn trong GFP. Trong mặt phẳng này, dịch vụ và các SF đƣợc định nghĩa lại về mặt chức năng mạng rộng, những chức năng này không phải là dịch vụ hay đặc tính dịch vụ riêng biệt nữa mà đƣợc tham chiếu nhƣ là các khối xây dựng dịch vụ độc lập. KhốiPTIT xây dựng dịch vụ độc lập xử lý cuộc gọi cơ sở và chƣơng trình Logic - dịch vụ tổng thể GSL (Global Service Logic). GSL mô tả các khối xây dựng dịch vụ độc lập kết hợp với nhau nhƣ thế nào đƣợc sử dụng để mô tả đặc tính dịch vụ SF. Mặt phẳng chức năng phân phối DFP (Distributed Functional Plane): DFP gồm các thực thể chức năng FE (Functional Entity). Một chƣơng trình logic dịch vụ (SLP) trong GFP đƣợc đại diện bởi một nhóm các SIB phân phối tại các FE. Đặc biệt, mỗi SIB đƣợc thực hiện trong DFP bởi một chuỗi các hoạt động của thực thể chức năng cụ thể FEA (Functional Entity Action) đƣợc thực hiện trong các FE. Một
94 số trong các FEA này tạo ra luồng thông tin giữa các FE; có nghĩa trao đổi bản tin giữa các FE sẽ thông qua FEA. Mặt phẳng vật lý: Mặt phẳng vật lý của mô hình mạng thông minh bao gồm các thực thể vật lý PE khác nhau và sự tƣơng tác giữa chúng. Mỗi PE gồm một hoặc nhiều FE xác định chức năng trong mạng IN. Có thể đặt một hoặc nhiều thực thể chức năng FE trong một PE. Ngoài ra một FE không thể đƣợc tách ra giữa hai PE, một FE đƣợc ánh xạ hoàn toàn trong một PE. Cuối cùng, trƣờng hợp bản sao của một FE có thể đƣợc ánh xạ đến các PE khác mặc dù không cùng PE. 3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP Nhằm tìm hiệu báo hiệu trong mạng thông tin di động hiện nay, mục này sẽ phân tích các giao diện báo hiệu trong mạng truy nhập của hệ thống UMTS. UMTS là sự phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công nghệ duy nhất đƣợc các nƣớc châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trƣờng thông tin di động. Các thành phần thiết bị chính và các giao diện của UMTS đƣợc chỉ ra trên hình 3.9. PTIT Hình 3.9: Cấu trúc của UMTS UE (User Equipment): Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:
95 o Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu. o Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin của thuê bao cần thiết. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử: o Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến. o Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN. CN (Core Network): Mạng lõi gồm các thành phần sau. o HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thƣờng trú lƣu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Các thông tin này bao gồm: Thông tin về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi, số lần chuyển hƣớng cuộc gọPTITi. o MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣời sử dụng cũng nhƣ vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ. o GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài. o SGSN (Serving GPRS): Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
96 o GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các mạng ngoài: Bao gồm mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. o Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. o Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các giao diện vô tuyến: gồm một số giao diện sau. o Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chung cho các thẻ thông minh. o Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS. o Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. o Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. o Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. 3.2.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub Giao diện Iub nằm giữa RNC và một node B. RNC điều khiển node B thông qua Iub một số tác vụ nhƣ: thỏa thuận tài nguyên vô tuyến, bổ sung hoặc loại bỏ các tế báo khỏi node B, hỗ trợ cácPTIT kiểu truyền thông khác nhau và các liên kết điều khiển. Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục chia sẻ giữa giao diện Abis/GSM và giao diện Iub, tối thiểu số lƣợng tùy chọn có sẵn trong phần chức năng giữa RNC và node B. Bên cạnh chức năng điều khiển các ô, thêm hoặc loại bỏ các liên kết vô tuyến trong các ô thuộc quản lý của các node B, Iub hỗ trợ chức năng O&M của node B. Iub cho phép chuyển mạch giữa các kiểu kênh khác nhau nhằm duy trì kết nối. Các chức năng chi tiết của Iub nhƣ sau:
97 o Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio Network Controller): Chuyển chức năng SRNC cũng nhƣ các nguồn tài nguyên liên quan tới Iu từ một RNC này tới một RNC khác. o Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): bao gồm thiết lập, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhập vô tuyến. o Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô tuyến tới mạng lõi CN. o Giải phóng các tài nguyên kết nối Iu: giải phóng toàn bộ tài nguyên liên quan tới một kết nối Iu. Gửi yêu cầu giải phóng toàn bộ kết nối Iu tới mạng lõi CN. o Quản lý các tài nguyên truyền tải Iub: quản lý liên kết Iub, quản lý cấu hình ô, đo hiệu năng mạng vô tuyến, quản lý sự kiện tài nguyên, quản lý kênh truyền tải chung, quản lý tài nguyên vô tuyến, sắp xếp cấu hình mạng vô tuyến. o Quản lý thông tin hệ thống và lƣu lƣợng các kênh chung: Điều khiển chấp nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu. o Quản lý lƣu lƣợng của các kênh cố định: Quản lý và giám sát liên kết vô tuyến, chỉ định và giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênh truyền tải dành riêng, truyền dữ liệu. o Quản lý lƣu lƣợng các kênh chia sẻ: Chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu. o Quản lý đồng bộ và PTITđịnh thời: Đồng bộ kênh truyền tải, đồng bộ khung, đồng bộ giữa node B và RNC, đồng bộ giữa các node B. Để hiểu rõ chức năng xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub, ta xem xét một tiến trình thực hiện cuộc gọi theo các bƣớc nhƣ sau (hình minh họa 3.10). Các bƣớc tiến hành xử lý cuộc gọi gồm: Bƣớc 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Controller) đƣợc gửi từ UE tới RNC. Bƣớc 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấp cho quá trình thiết lập một kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang các kênh điều khiển
98 logic dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), các DCCH đƣợc sử dụng để truyền các bản tin của RRC và NAS (NonAccess Stratum). Bƣớc 3: Khi DCH và DCCH không khả dụng, các bản tin báo hiệu để thiết lập kết nối cho RRC đƣợc truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hƣớng đi và FACH (Forward Access Channel) hƣớng về. Hình 3.10: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub Bƣớc 4: Thủ tục mã hóa/ nhận thực đƣợc yêu cầu từ mạng đƣợc sử dụng để kiểm tra lần hai nhận dạng UE và chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần. Bƣớc 5: Thiết lập cuộc gọi thoại bắt đầu bởi bản tin SETUP trong lớp MM/SM/CC. Bản tin SetupPTIT gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tới RNC tới miền mạng chuyển mạch kênh. Bƣớc 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại. Các giá trị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhập vô tuyến RAB. RAB gán thủ tục tƣơng thích với thiết lập kênh mang trong mạng SS7. RAB cung cấp một kênh cho thoại gói giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị chuyển mạch trong vùng mạng chuyển mạch kênh. Bƣớc 7: Tái cấu hình liên kết vô tuyến cung cấp nguồn tài nguyên để thiết lập kênh mang vô tuyến trong bƣớc tiếp theo.
99 Bƣớc 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số trong thủ tục gán RAB, một kênh vô tuyến mới đƣợc thiết lập để mang các kênh lƣu lƣợng dành riêng DTCH. Nếu sử dụng mã AMR để mã hóa thoại, ba kênh DTCH đƣợc thiết lập gồm: Lớp A, Lớp B và Lớp C. Bƣớc 9: Giải phóng cuộc gọi thoại đƣợc thực hiện ngay sau khi RRC đƣợc giải phóng nếu không còn dịch vụ nào đƣợc kích hoạt. Cả hai kênh điều khiển và lƣu lƣợng dành riêng đƣợc giải phóng. Cuối cùng, RNC giải phóng tài nguyên vô tuyến bị khóa cho cả hai kênh để dành cho các cuộc gọi khác. 3.2.2 Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu Để xem xét các thủ tục báo hiệu liên quan tới giao diện Iur và Iu, ta xem xét chồng giao thức mạng UMTS dƣới khía cạnh mặt bằng điều khiển nhƣ trên hình 3.11. PTIT Hình 3.11: Kiến trúc giao thức mạng UMTS Một kiến trúc giao thức mạng UMTS đƣợc chia thành ba lớp: Lớp mạng truyền tải gồm các giao thức truyền tải và các chức năng để cung cấp nguồn tài nguyên AAL2 cho phép trao đổi thông tin giữa UTRAN và mạng chuyển mạch kênh; Lớp mạng vô tuyến gồm các giao thức và chức năng để quản lý giao diện vô tuyến và truyền thông giữa các thành phần của UTRAN hay giữa UTRAN và UE; Lớp mạng hệ thống gồm các giao thức truy nhập mạng để truyền thông giữa mạng chuyển mạch kênh và UE. Mỗi một lớp đƣợc chia thành mặt bằng điều khiển để truyền các
100 thông tin báo hiệu và mặt bằng ngƣời dùng để truyền lƣu lƣợng dữ liệu ngƣời sử dụng. a, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iur Giao diện Iur giữa các RNC chỉ ra hai giải pháp trên lớp truyền tải gồm: SCCP và các bản tin RNSAP chạy trên nền của SSCOP hoặc SCCP trên nền M3UA nếu lớp truyền tải là lớp IP. Hình 3.12: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iur Các giao thức sử dụng trong mặt bằng điều khiển/ dữ liệu của Iur đảm nhiệm các chức năng sau: IP: cung cấp các dịch vụ phi kết nối giữa các mạng và gồm các tính năng đánh địa chỉ, xác lập kiểu dịch vụ, phân mảnh và ghép gói tin và hỗ trợ bảo mật. SCTP: giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCTP (Sream Control Transmission Protocol) cungPTIT cấp chức năng xác nhận lỗi cho luồng dữ liệu. Các vấn đề ngắt dữ liệu, tổn thất dữ liệu hay trùng lặp đƣợc xác định bởi số thứ tự và trƣờng kiểm tra tổng. SCTP cho phép truyền lại nếu phát hiện ra lỗi gây ngắt luồng dữ liệu. MTP3-B: Phần chuyển bản tin mức 3 dùng cho mạng băng rộng cung cấp nhận dạng và chuyển các bản tin mức cao, đồng thời cung cấp chức năng định tuyến và chia tải. M3UA: Lớp tƣơng thích ngƣời dùng MTP mức 3 tƣơng đƣơng các chức năng của MTP3. M3UA đƣợc mở rộng để truy nhập tới các dịch vụ MTP3 cho các ứng dụng điều khiển từ xa dựa trên IP.
101 SCCP: Cung cấp dịch vụ truyền bản tin giữa hai điểm báo hiệu bất kỳ trong cùng một mạng. RNSAP: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) gồm các giao thức truyền thông sử dụng trên giao diện Iur và sử dụng luật mã hóa gói PER (Packet Encoding Rule). a, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-CS Chồng giao thức điều khiển/ ngƣời dùng Iu-CS bao gồm một số giao thức. AMR: Mã hóa đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multirate Codec) cung cấp một miền tốc độ rộng cho dữ liệu và sử dụng cho mã hóa tốc độ thấp cho giao diện vô tuyến. TAF: Chức năng tƣơng thích đầu cuối (Terminal Adaptation Function) là giao thức hỗ trợ biến đổi nhiều kiểu thiết bị đầu cuối khác nhau vào mạng. RLP: giao thức liên kết vô tuyến (Radio Link Protocol) điều khiển truyền dẫn dữ liệu giữa mạng GSM và UMTS. PTIT Hình 3.13: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-CS Vùng chuyển mạch kênh liên quan tới một tập các thực thể xử lý lƣu lƣợng ngƣời sử dụng cũng nhƣ các báo hiệu liên quan. Tại đây gồm các thành phần MSC, GMSC, VRL và chức năng liên kết liên mạng IWF tới mạng PSTN. c, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-PS Vùng chuyển mạch gói gồm các thực thể liên quan tới truyền dẫn gói, SGSN, GGSN và cổng biên.
102 Hình 3.14: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-PS Lƣu lƣợng IP đƣợc truyền tải trên AAL5 của ATM. Vì vậy không tồn tại lớp ALCAP trong mặt bằng điều khiển để thiết lập và xóa bỏ các kết nối ảo chuyển mạch của lớp AAL2. 3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠNG LÕI 3.3.1 Thiết lập cuộc gọi với ISUP/BICC Trên giao diện giữa các MSC, ISUP đƣợc sử dụng để thiết lập và giải phóng các cuộc gọi qua miền mạng chuyển mạch kênh. Một chức năng tƣơng tự trên giao diện Nc là BICC đƣợc định nghĩa trong 3GPP rel 4. BICC tƣơng thích một phần với ISUP khi phần lớn các bản tin báo hiệu đều cùng tên nhƣng không thể hoạt động ngang hàng. Phần khác biệt chính là ISUP sử dụng chỉ một khe thời gian trong luồng E1 hoặc T1 với tốc độ không đổi (64kbps hoặc 56 kbps). Trong khi BICC có khả năng cung cấp và điều khiển bất kỳ một mức chất lƣợng dịch vụ nào cho các kết nối từ đầu cuối tới đầuPTIT cuối. Các dịch vụ khả thi cung cấp cho thuê bao 3G trong Rel 4 có thể đƣa ra từ các kết nối kênh hẹp tới các luồng đa phƣơng tiện thời gian thực. Có ít nhất hai giao thức cung cấp dịch vụ truyền tải cho bản tin ISUP và BICC gồm bản tin SS7 MTP và M3UA. Các địa chỉ đƣợc tìm thấy trong nhãn định tuyến. Mỗi mạng SS7 trao đổi địa chỉ của nút gửi bằng mã điểm báo hiệu SPC. Nhãn định tuyến thuộc đơn vị báo hiệu bản tin MTP mức 2 trong trƣờng hợp dựa trên luồng E1, T1 hoặc nằm một phần trên MTP3-B nếu sử dụng hệ thống truyền tải ATM. Phía gửi bản tin MSU hoặc MTP3-B đƣợc gọi là mã điểm đi OPC và phía nhận là
103 mã điểm đến DPC. Tham số SLS đƣa thông tin về liên kết báo hiệu số 7 sẽ thuộc nhóm liên kết nào sử dụng để gửi bản tin. Độ dài của SPC phụ thuộc vào cùng địa lý. Trong trƣờng hớp sử dụng báo hiệu M3UA, địa chỉ IP đƣợc sử dụng để nhận dạng máy chủ MSC. Hình 3.15: Tiến trình cuộc gọi ISUP Một cuộc gọi ví dụ trên hình 3.15 chỉ ra các thủ tục cần thiết cho một cuộc gọi ISUP thành công. Các bản tin ISUP đƣợc trao đổi giữa hai MSC và đƣợc kết nối bởi STP với nhiệm vụ duy nhất là định tuyến bản tin báo hiệu. STP không thiết lập hoặc giải phóng cuộc gọi nhƣng đóng vai trò quan trọng của các dịch vụ mạng thông minh. Trên hình 3.15 cho thấy các thủ tục thiết lập cuộc gọi BICC trên giao diện E. BICC sử dụng dịch vụ truyền tải MTP để trao đổi bản tin báo hiệu qua liên kết ATM. Dịch vụ mang đƣợcPTIT điều khiển bởi BICC là thoại qua ATM sử dụng kênh ảo chuyển mạch AAL2 trên giao diện E. Hình 3.16: Các giao thức trên giao diện E
104 Để rõ các thủ tục thiết lập và giải phóng một cuộc gọi sử dụng BICC, ta xem xét các lƣu đồ trên hình 3.17. Mỗi nút mạng đƣợc nhận dạng bởi SPC SS7 là một phần của nhãn định tuyến MTP. Các bản tin trên giao diện IuCS đƣợc lọc bởi giao thức SCCP. Trên giao diện E, tất cả các bản tin BICC đều có cùng OPC hoặc DPC tƣơng ứng với nhãn điện thoại MTP và đƣợc thêm giá trị CIC của BICC nếu cùng một cuộc gọi. Các bản tin trao đổi giữa NAS và gán RAB đƣợc thực hiện trên IuCS bao gồm cả chức năng nhận thực và bảo mật (hình 3.18). Hình 3.17: Lưu đồ cuộc gọi BICC (1/5) PTIT Hình 3.18: Lưu đồ cuộc gọi BICC (2/5) Nhƣ chỉ ra trên hình 3.19, sau khi thiết lập RAB thành công, bản tin IAM BICC đƣợc gửi trên giao diện E tới gateway MSC. IAM của BICC chứa mã cuộc gọi hiện thời CIC=1 (Call Instance Code) để sử dụng cho các bản tin BICC khác trong cùng
105 một cuộc gọi. Thêm vào đó, số thuê bao bị gọi có thể tự động bổ sung hoặc bớt số 0 đối với các cuộc gọi quốc tế. Hình 3.19: Lưu đồ cuộc gọi BICC (3/5) Số chỉ định vùng là địa chỉ E.164 tạo ra các thông tin nhận dạng địa lý của chủ gọi. Nhận dạng ngữ cảnh ứng dụng chỉ ra phần tử dịch vụ ứng dụng truyền tải liên kết kênh mang trên thực thể BICC tại gateway MSC. Phần tử này sẽ đƣợc gán vào các nguồn tài nguyên cần thiết để thiết lập kênh lƣu lƣợng trên giao diện E. Địa chỉ IP của MSC đƣợc gửi đi trên bản tin IAM để các mạng truyền tải SS7 liên kết với các mạng dựa trên nền IP hoPTITặc ATM. Hình 3.20: Lưu đồ cuộc gọi BICC (4/5) Sau khi nhận đƣợc IAM, GMSC trả lời bằng một bản tin truyền tải ứng dụng APM (Application Transport Mechanism) ngƣợc lại tới MSC. Bản tin này chƣa các
106 tham số về kênh mang đƣợc thiết lập, giá trị nhận dạng biding nếu kênh mang sử dụng kênh ảo chuyển mạch AAL2. Hình 3.21: Lưu đồ cuộc gọi BICC (5/5) Các bản tin phản ánh hành vi của hai thuê bao A, B cùng chức năng nhƣ trong cuộc gọi ISUP. Trigger giải phóng cuộc gọi BICC thực hiện giải phóng cả kênh mang truy nhập vô tuyến RAB và các kênh mang thực hiện bởi RANAP (IuCS) và các thủ tục ALCAP. 3.3.2 Báo hiệu trên giao diện Gn Giao diện Gn xác định kết nối giữa các nút hỗ trợ GPRS (GPRS Support Nodes- GSNs) khác nhau. Chúng có thể là nút hỗ trợ GPRS phục vụ (Serving GPRS Nodes-SGSNs) nếuPTIT chúng có một kết nối tới UTRAN sử dụng giao diện IuPS và/hoặc kết nối tới GERAN sử dụng giao diện Gb, hoặc nút hỗ trợ GPRS Gateway (Gateway GPRS Support Nodes-GGSNs) nếu chúng có một kết nối tới một mạng dữ liệu gói (Packet Data Network-PDN, ở đây là mạng Internet công cộng) sử dụng giao diện Gi hoặc tới mạng PLMN khác (Public Land Mobile Network- mạng di động mặt đất công cộng) sử dụng giao diện Gp. Giao diện Gn cũng sử dụng để kết nối tất cả các SGSNs với nhau. Trong cả giao diện Gp và Gn giao thức đƣờng hầm GPRS (GPRS Tunneling Protocol-GTP) đều đƣợc sử dụng. Mạng giao vận phía dƣới mặt bằng điều khiển là MTP (cho tin nhắn báo hiệu GTP-C) và mặt bằng ngƣời dùng GTP (cho IP payload)
107 đƣợc dựa trên IP chạy trên Ethernet hoặc liên kết ATM. Để cung cấp một dịch vụ giao vận nhanh giữa các thực thể GTP ngang hàng, giao thức UDP đƣợc sử dụng. TCP với mức độ tin cậy cao hơn UDP đƣợc định nghĩa trong các tài liệu tiêu chuẩn nhƣ mọt sự thay thế, nhƣng không đƣợc sử dụng bởi ngƣời điều hành mạng và các nhà sản xuất vì nó sẽ làm giảm thông lƣợng dữ liệu trong miền PS. Hình 3.22: Giao diện Gn cho đường hầm IP Nhƣ trong hình 3.22, mục đích chính của giao diện Gn là đóng gói và tạo đƣờng hầm cho các gói tin IP. Tạo đƣờng hầm dữ liệu nghĩa là dẫn dữ liệu một cách thông suốt qua mạng lõi. Giữa các GSNs, một đƣờng hầm GTP-U (GTP User Plane) đƣợc tạo cho mỗi ngữ cảnh PDP của một ngƣời đăng ký GPRS. Qua đƣờng hầm này, tất cả các gói tin IP trong đƣờng lên và đƣờng xuống đƣợc dẫn trực tiếp. Một tập các tin nhắn báo hiệu GTP đƣợc sử dụng để tạo, điều chỉnh và xoá đƣờng hầm. Những tin nhắn GTP-C này đƣợc trao đổi bằng một đƣờng hầm độc lập giữa các GSNs. Các thông số của đƣờng hầm nhƣ tốc độ thông lƣợng, đƣợc xác định trực tiếp từ thoả thuận về chất lƣợng dPTITịch vụ QoS trong PDP context. Vì lớp giao vận IP mang các gói tin dữ liệu GTP, bao gồm dữ liệu mặt bằng ngƣời sử dụng IP nên việc đóng gói IP-trong-IP có thể đƣợc theo dõi trên giao diện Gn do địa chỉ của lớp IP thấp hơn lớp giao vận thuộc SGSN và GGSN và chỉ liên quan tới giao diện Gn. Địa chỉ IP trong các gói tin IP đƣờng hầm (đƣợc vận chuyển bởi GTP T-PDU) là địa chỉ IP của ngƣời đăng ký GPRS và máy chủ IP (IP Server). Kiến trúc của GTP gồm có ba mặt bằng: mặt bằng điều khiển (GTP-C); mặt bằng ngƣời sử dụng (GTP-U) và GTP tính cƣớc.
108 Hình 3.23 cho thấy những chức năng này có thể tìm thấy ở giữa những nút nào của kiến trúc mạng. Hình 3.23: Các chức năng của GTP trong UMTS GTP-C quản lý thiết lập và giải phóng các đƣờng hầm ngƣời dùng cụ thể giữa các GSNs để trao đổi thông tin báo hiệu GTP. Sau đó, nó đƣợc sử dụng để tạo, sửa đổi và xoá các đƣờng hầm mặt bằng ngƣời dùng giữa các GSNs. Nhiệm vụ thứ ba của GTP-C là hỗ trợ, quản lý di động và quản lý chỉ định vùng tuỳ chọn. GTP-U đƣợc dùng để truyền tải các gói tin IP đến và đi từ mạng chuyển mạch gói giống nhƣ Internet. Nó đƣợc sử dụng trong cả giao diện IuPS và giao diện Gn. Tuy nhiên, các đƣờng hầm trên giao diện IuPS đƣợc điều khiển bởi báo hiệu RANAP. GTP’ đƣợc dùng giữa GSNs và chức năng cổng tính cƣớc (CGF) để truyền các bản tin chi tiết cƣớc. 3.3.3 Báo hiệu xử lý chuyPTITển vùng Báo hiệu xử lý chuyển vùng cho UMTS gồm hai kiểu chính: chuyển giao giữa các MSC trong cùng mạng 3G và chuyển giao giữa mạng 2G-3G. Mục này tập trung vào các nội dung liên quan tới báo hiệu chuyển vùng trong nội mạng 3G. Nhƣ đã biết, giao thức ứng dụng di động MAP không chỉ sử dụng cho truyền thông giữa các cơ sở dữ liệu mà còn điều hành thông tin trao đổi giữa các MSC cũng nhƣ hỗ trợ chức năng truyền tải cho các giao thức truy nhập mạng vô tuyến RAN lớp 3 khác nhau. MAP có thể mang các bản tin RANAP đƣợc trao đổi giữa các RNC kết nối tới các MSC khác nhau. Khi RANAP hỗ trợ một phần chức năng truyền tải cho giao thức RRC, các bản tin RANAP mang thông tin RRC MSC trên giao diện E
109 trong vùng mạng 3G, đƣợc nhúng trong các hoạt động của MAP. Các RNC của cùng một UTRAN có thể kết nối qua giao diện Iur nhƣng không có giao diện Iur cho các RNC khác UTRAN. Hình 3.23 chỉ ra hai UTRAN khác nhau kết nối qua giao diện E của vùng CS và giao diện Gn của vùng PS. Nếu có một tình huống chuyển vùng của một UE thuộc hai UTRAN, CRNC của các ô này cần thông tin tới các CRNC khác để đảm bảo chuyển giao không gây lỗi. Hình 3.24: Các giao diện UMTS giữa hai UTRAN Vấn đề trao đổi thông tinPTIT giữa UE và mạng đƣợc bắt đầu bằng việc thiết lập một kết nối RRC. RNC1 điều khiển kết nối RRC này và kết cuối trên các giao diện Iu đƣợc gọi là RNC phục vụ (SRNC). Nếu UE di chuyển, nó cần liên hệ với một ô của một RNC khác. Hai RNC này thuộc cùng một UTRAN và kết nối với nhau qua giao diện Iur. Nếu hai ô hoạt động trên cùng tần số thì chuyển giao mềm có thể diễn ra. Nếu UE mất liên hệ với các ô đƣợc điều khiển bởi RNC ban đầu thì chỉ còn RNC phía sau cung cấp tài nguyên vô tuyến cho kết nối. Tuy nhiên nếu UE tiếp tục di chuyển khi cuộc gọi vẫn đang đƣợc hoạt hóa thì có thể có một ô của một Node B khác còn tốt hơn. Điều này dẫn tới việc chuyển giao cứng giữa RNC thứ 2 và RNC mới thứ 3 này. Trong trƣờng hợp chuyển vùng cứng các tham số của kết nối RRC
110 đƣợc chuyển tiếp đến SRNC mới và kết nối giữa các RNC đƣợc thực hiện thông qua giao diện E của miền lõi CS. Các bƣớc xử lý chuyển vùng nội mạng 3G đƣợc tóm tắt theo các bƣớc sau: Bước 1: Thủ tục chuyển giao nội 3G-MSC đƣợc khởi phát bởi báo cáo đo RRC khi một thiết bị mới hoạt động cùng tần số với một thiết bị cũ. (hình 3.25). Bước 2: Khi SRNC (RNC 1) nhận đƣợc bản tin báo cáo RRC, quyết định thực hiện chuyển giao sang RNC 2. Khi không tồn tại giao thức Iur giữa các RNC, thủ tục chuyển giao buộc phải là chuyển giao cứng cùng với tái chỉ định lại SRNS tại cùng thời điểm. Tiến trình này đƣợc xử lý bởi SRNC cũ, là thành phần gửi bản tin yêu cầu tái định vị RANAP tới MSC của nó. Bước 3: Dựa trên bảng định tuyến của MSC phục vụ, RNC 2 đƣợc xác định có kết nối tới một MSC khác nhƣ trên hình 3.24. Vì vậy, MSC cần gửi bản tin yêu cầu tái định vị RANAP tới MSC khác tới RNC 2. Do kênh lƣu lƣợng của cuộc gọi cần chuyển tới MSC mới, MSC phục vụ gửi bản tin chuẩn bị chuyển vùng MAP chứa RANAP tới MSC mới. PTIT Hình 3.25: Chuyển giao nội 3G-MSC Bước 4: MSC mới chuyển bản tin yêu cầu tại định vị RANAP tới RNC 2.
111 Bước 5: RNC 2 chỉ định tất cả các nguồn tài nguyên vô tuyến để chuẩn bị cho kết nối UE. Đặc biệt, các chức năng lập lịch và điều khiển quản trị đƣợc kiểm tra và tính toán tƣơng thích với các tập tham số của RNC 1. Tùy thuộc vào kết quả tính toán mà chuyển giao có đƣợc thực hiện hay không qua bản tin RRC đƣợc gửi đi từ RNC 2. Nếu yêu cầu QoS thay đổi, bản tin tái cấu hình kênh mang vô tuyến đƣợc gửi đi, trên ví dụ cho thấy bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc gửi. Bước 6: RNC 2 gửi bản tin xác nhận tái định vị RANAP tới RNC 2 để đáp lại bản tin tái cấu hình kênh vật lý RRC. Bước 7: Trả lời bản tin tiền chuyển giao MAP đƣợc gửi bởi MSC mới tới MSC phục vụ cũ. Bản tin này chứa xác nhận tái định vị RANAP gồm thông tin tái cấu hình kênh vật lý RRC. Bước 8: MSC cũ gửi lệnh tái định vị RANAP tới RNC 1. Khi đó bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc đƣa ra bởi RNC 2 nhúng trong bản tin này một lần nữa. bản tin lệnh tái định vị ra lệnh cho RNC 1 kết thúc các luật hiện áp dụng cho kết nối. Bước 9: Bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc chuyển bởi RNC 2 qua Iub cũ và giao diện Uu tới UE. Bước 10: Dựa trên các thông tin thu đƣợc từ bản tin yêu cầu tái cấu hình kênh vật lý RRC, chuyển giao đƣợc thực hiện và bản tin hoàn tất tái cấu hình kênh vật lý đƣợc gửi đi trên giao diện Iub mPTITới tới RNC 2. 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Nội dung chƣơng 3 tập trung vào các nội dung liên quan tới kiến trúc, các giao thức báo hiệu và điều khiển kết nối trong mạng di động. Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM (2G) đƣợc thực hiện chủ yếu trên hệ thống báo hiệu số 7 với sự hỗ trợ của mạng thông minh. Trong mạng UMTS, các giao thức báo hiệu và điều khiển đƣợc chia tách thành hai phần chính gồm báo hiệu trên mạng truy nhập UTRAN và báo hiệu tại mạng lõi. Các thủ tục báo hiệu cơ bản đƣợc trình bày thông qua các ví dụ cụ thể mang tính chất điển hình.
112 Các nội dung ôn tập chính trong chương - Kiến trúc và các điểm tham chiếu báo hiệu của hệ thống GSM; - Đặc tính chức năng mặt bằng điều khiển của các giao diện Iub, Iu, Iur; - Xử lý báo hiệu với ISUP/BICC tại mạng lõi; - Thủ tục báo hiệu xử lý chuyển vùng nội mạng 3G. PTIT
113 CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP IMS Tóm tắt: Tiếp cận phân hệ đa phương tiện IP đóng vai trò then chốt trong quá trình hội tụ giữa mạng cố định và di động và internet hiện nay. Nhằm sáng tỏ các vấn đề liên quan tới báo hiệu và điều khiển trong IMS, nội dung chương này sẽ trình bày các khía cạnh liên quan của IMS như cấu trúc chức năng, thành phần và các giao thức báo hiệu liên quan. Bên cạnh báo hiệu và điều khiển cuộc gọi đa phương tiện qua giao thức SIP, các giao thức hỗ trợ nhận thực, tính cước hay thiết lập chính sách cho các cuộc gọi cũng sẽ được trình bày. 4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị đầu cuối di động và mạng xã hội đã và đang đem lại hàng loạt tiện ích mới cho ngƣời sử dụng. Nhu cầu phát triển một phân hệ tích hợp các dịch vụ internet vào di động nhằm tạo ra một mạng di động thế hệ kế tiếp đƣợc xác định bằng giải pháp công nghệ IMS. PTIT Hình 4.1: Vị trí và mối quan hệ của IMS Hình 4.1 thể hiện một cấu trúc hội tụ mạng với tâm điểm là IMS hỗ trợ cả miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh. Việc phát triển của IMS là sự nỗ lực hợp tác giữa tổ chức tiêu chuẩn đứng đầu cho mạng di động 3GPP và tổ chức đứng đầu cho mạng Internet là IETF. IETF cung cấp đặc tả các giao thức và công nghệ nền tảng trong khi 3GPP phát triển kiến trúc khung làm việc, tích hợp các giao thức cần thiết để cung cấp cho hệ thống di động các khả năng nhƣ chuyển vùng giữa các
114 nhà điều hành, phân biệt chất lƣợng dịch vụ và tính cƣớc. Các yêu cầu cơ bản về cấu trúc của một hệ thống IMS đã đƣợc đặt ra gồm: hỗ trợ các phiên truyền thông đa phƣơng tiện IP; kết nối IP cho các thiết bị di động trên cả vùng mạng nhà và mạng khách; đảm bảo chất lƣợng thông tin cho các phiên đa phƣơng tiện; hỗ trợ các chính sách sử dụng đúng tài nguyên yêu cầu; đảm bảo an toàn thông tin trong các môi trƣờng kết nối; hỗ trợ chính sách tính cƣớc; thực hiện chuyển vùng linh hoạt; phối hợp kết nối với các mạng khác; ứng dụng cơ chế điều khiển dịch vụ linh hoạt; phân lớp cấu trúc và đa dạng hình thức truy nhập. 4.1.1 Mô hình kiến trúc IMS Mục tiêu của kiến trúc IMS là cung cấp nhiều giá trị gia tăng hơn cho nhà cung cấp mạng, ngƣời phát triển ứng dụng, ngƣời cung cấp dịch vụ cũng nhƣ ngƣời sử dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới đƣợc triển khai một cách nhanh chóng với chi phí thấp. Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác chuyển tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung lƣợng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng. Một mạng IMS đƣợc định nghĩa trong một kiến trúc mặt phẳng ngang gồm 3 lớp chPTITức năng. Hình 4.2: Truy nhập với IMS Lớp đầu tiên là lớp mang. Lớp này truyền tải dung lƣợng báo hiệu và các luồng lƣu lƣợng đa phƣơng tiện. Lớp này bao gồm các thiết bị phần cứng nhƣ thiết bị chuyển
115 mạch, bộ định tuyến và các thực thể xử lý phƣơng tiện nhƣ cổng đa phƣơng tiện hay máy chủ phƣơng tiện. IMS đóng vai trò nhƣ một lớp truy nhập không phụ thuộc mạng để kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có (hình 4.2). Lớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu nhƣ CSCF, HSS, MGCF để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phƣơng tiện và chức năng điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu nhƣ SIP, Diameter, H248. Lớp điều khiển là chức năng cốt lõi của IMS để truyền thông báo hiệu và các yêu cầu điều khiển tới các thành phần thiết bị trong phiên. Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng nhƣ server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ mở kế thừa từ các hệ thống truyền thống. IMS đƣa ra các điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà, các thành phần của mạng báo hiệu đƣợc phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân lớp đƣợc thể hiện trên hình 4.3. Lớp Ứng AS AS AS Dụng BGCF CSCF Các Lớp Điều SEG mạng IP Khiển mở rộng MRFC MGCF SGW HSS MRFP PSTN/ các Lớp TruyPTITền mạng CS tải mở rộng IMS_MGW SGSN GGSN Lưu lượng báo hiệu WLAN, RAN ADSL,Cáp Lưu lượng người dùng Hình 4.3: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS Một trong các yếu tố tạo nên tính ƣu việt của hệ thống IMS trong mục tiêu kết nối là các cơ chế báo hiệu và điều khiển. Cụ thể là thông qua hai giao thức báo hiệu là SIP và giao thức Diameter. Giao thức SIP đƣợc sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phƣơng tiện. Còn giao thức Diameter đƣợc sử
116 dụng cho nhận thực trao quyền và thanh toán (AAA) đối với các dịch vụ của ngƣời sử dụng. Nếu so sánh với giao thức báo hiệu SS7 truyền thống, giao thức đƣợc sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại, chức năng giao thức SIP tƣơng tự nhƣ ISUP còn giao thức Diameter và các ứng dụng của nó tƣơng ứng với giao thức dựa trên TCAP. Để truyền tải giao thức báo hiệu trong IMS, giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP và giao thức điều khiển truyền tải TCP chạy trên nền IPv4/IPv6 đƣợc sử dụng. 4.1.2 Các thành phần chức năng Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản. Các thực thể chức năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản: 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); tính cƣớc. Dƣới đây sẽ phân tích các chức năng cơ bản theo các thực thể trong IMS. a, Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất là một máy chủ SIP và đóng vai trò trung tâm của IMS. CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong IMS. Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác nhau: CSCF uỷ quyền (Proxy- CSCF: P-CSCF); CSCF PTIT phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF) và CSCF tham vấn (Interrogating-CSCF: I-CSCF). Mỗi CSCF có nhiệm vụ riêng. Thƣờng thì tất cả các CSCF tham gia trong suốt quá trình đăng ký thiết lập phiên và định hình cơ chế định tuyến SIP. Ngoài ra, tất cả các chức năng đều có khả năng gửi số liệu tính cƣớc tới bộ chức năng tính cƣớc offline. Có vài chức năng thông thƣờng mà P-CSCF và S-CSCF có thể thực hiện. Các thực thể có khả năng giải phóng phiên thay cho thuê bao (ví dụ khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang treo - không sử dụng, hoặc P- CSCF nhận đƣợc thông báo kênh mang truyền thông bị mất) và có khả năng kiểm tra nội dung của giao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại hoặc các mã truyền thông trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng không phù hợp với chính
117 sách của nhà khai thác, CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tới UE. CSCF đại diện (ủy quyền) P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS. Có nghĩa là tất cả lƣu lƣợng báo hiệu SIP từ UE sẽ đƣợc gửi tới P-CSCF. Ngƣợc lại, tất cả các kết cuối báo hiệu SIP từ mạng đƣợc gửi từ P-CSCF tới UE. Bốn chức năng cơ bản của P-CSCF bao gồm: nén SIP, kết hợp bảo mật IP (IPSec), tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) và xác định phiên khẩn cấp. Có thể có một hoặc nhiều P-CSCF trong một mạng. P-CSCF thực hiện các chức năng sau: o Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên tên miền do UE cung cấp. o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục vụ (S-CSCF). o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP tới UE. o Phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên. o Tạo thông tin tính cƣớc để gửi cho nút tính cƣớc CCF. o Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết bảo mật giữa UE và P-CSCF. Chức năng này đƣợc cung cấp bởi giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật đóng gói ESP. o Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE. P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba RFC: [RFC3320], [RFC3485]PTIT và [RFC3486]. o Chức năng kiểm tra phƣơng tiện. P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tới UE. o 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.
118 o Tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF). PDF chịu trách nhiệm triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP). Trong Release 5, PDF là một thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình. Thông thƣờng một mạng IMS sẽ có nhiều P-CSCF tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng. Mỗi P-CSCF chỉ phục vụ một số lƣợng các đầu cuối IMS nhất định. CSCF truy vấn CSCF truy vấn (I-CSCF) là một SIP Proxy nằm tại biên giới của vùng quản lý. Địa chỉ của các I-CSCF trong một miền sẽ đƣợc liệt kê trong các bản ghi DNS của miền đó. Khi muốn xác định bƣớc nhảy tiếp theo cho một bản tin nào đó của thủ tục SIP thì máy chủ SIP phải biết đƣợc địa chỉ của ít nhất là một I-CSCF của miền mà bản tin đó cần đến. Có thể có nhiều I-CSCF bên trong một mạng. I-CSCF thực hiện các chức năng sau: o Liên lạc với HSS để thu đƣợc tên của S-CSCF đang phục vụ khách hàng. o Đăng ký (gán) một S-CSCF dựa trên dung lƣợng nhận đƣợc từ HSS. o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF. o Cung cấp chức năng che giấu. I-CSCF có chứa một tính năng gọi là THIG – cổng liên mạng che giấu cấu hình. THIG đƣợc sử dụng để che cấu hình và dung lƣợng của mạng từ phía bên ngoài mạng của nhà khai thác. Số lƣợng I-CSCF trongPTIT một mạng tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó. CSCF phục vụ CSCF phục vụ (S-CSCF) là một máy chủ SIP đóng vai trò trung tâm của mặt bằng báo hiệu với chức năng chủ yếu là điều khiển phiên. Ngoài tƣ cách là một máy chủ thì S-CSCF còn hoạt động nhƣ một bộ đăng ký SIP, có nghĩa nó chứa một ràng buộc giữa vị trí khách hàng (là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối nơi khách hàng đăng nhập) và địa chỉ SIP của bản ghi thuộc về khách hàng đó (còn gọi là nhận dạng chung cho khách hàng). Có thể có nhiều S-CSCF bên trong mạng. S-CSCF thực hiện các chức năng sau:
119 o Điều khiển các yêu cầu đăng ký nhƣ một register. S-CSCF nhận biết đƣợc địa chị IP của UE và P-CSCF nào đang đƣợc UE sử dụng nhƣ một điểm truy cập IMS. o Nhận thực ngƣời dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA) giữa UE và mạng nhà. o Tải thông tin ngƣời dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS trong suốt quá trình đăng ký hoặc khi xử lý một yêu cầu tới ngƣời dùng không đƣợc đăng ký. o Định tuyến lƣu lƣợng đầu cuối di động tới P-CSCF và định tuyến lƣu lƣợng khởi xƣớng từ di động tới I-CSCF, thực thể chức năng điều khiển cổng thoát BGCF) hay máy chủ ứng dụng (AS). o Thực hiện chức năng điều khiển phiên. S-CSCF có thể hoạt động giống nhƣ một máy chủ đại diện. o Tƣơng tác với các nền tảng dịch vụ. o Phiên dịch số E.164 tới URI dùng để nhận dạng tài nguyên hợp nhất sử dụng cơ chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS). Chức năng này là cần thiết do việc định tuyến cho một bản tin SIP trong IMS chỉ sử dụng các SIP URI, nghĩa là trong trƣờng hợp một khách hàng quay một số điện thoại thay vì sử dụng SIP URI thì S-CSCF phải sử dụng các dịch vụ phiên dịch số. o Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần. o Thực hiện kiểm tra phƣơngPTIT tiện. S-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin SDP và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng thì S- CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi đi bản tin báo lỗi SIP. o 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. o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF để tính cƣớc offline và tới hệ thống OCS để tính cƣớc online.
120 Số lƣợng S-CSCF trong một mạng phụ thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó. Mỗi S-CSCF chỉ phục vụ cho một số lƣợng thiết bị đầu cuối IMS nhất định. Khác với P-CSCF và I-CSCF, S-CSCF luôn nằm ở mạng nhà. b, Cơ sở dữ liệu HSS/HLR Về khía cạnh kỹ thuật, máy chủ thuê bao mạng nhà HSS là sự cải tiến từ HLR. Trong IMS, HSS là trung tâm lƣu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phƣơng tiện cho khách hàng đó. Những dữ liệu này là thông tin định vị, thông tin an ninh (gồm thông tin nhận thực và thông tin trao quyền), thông tin hồ sơ khách hàng (các dịch vụ mà khách hàng đăng ký) và thông tin về S-CSCF đƣợc gán cho mỗi khách hàng. Chức năng HLR đƣợc sử dụng để hỗ trợ cho các thực thể miền PS nhƣ SGSN và GGSN. Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền PS. HLR cũng hỗ trợ cho các thực thể miền CS nhƣ MSC hay các server MSC. Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền CS và hỗ trợ roaming tới các mạng miền CS GSM/UMTS. Trong một mạng có thể có nhiều HSS tùy vào số lƣợng thuê bao. Tuy nhiên, tất cả dữ liệu của một khách hàng phải đƣợc lƣu trữ trong một HSS duy nhất. Các mạng có từ hai HSS trở lên thì phải bổ sung thêm một SLF (có chức năng ánh xạ địa chỉ khách hàng đến HSS).PTIT Khi một nút gửi truy vấn đến SLF trong đó có chứa địa chỉ của khách hàng thì nó sẽ đƣợc HSS trả lời toàn bộ thông tin có liên quan đến khách hàng đó. c, Máy chủ ứng dụng (AS) Các server ứng dụng không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức năng phía trên IMS. Tuy nhiên các AS ở đây đƣợc mô tả nhƣ một phần chức năng IMS do thực thể này cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện giá trị thặng dƣ trong IMS. AS có thể nằm tại mạng nhà hay mạng của nhà cung cấp dịch vụ thứ ba, trong đó ngƣời điều hành mạng nhà đã thỏa thuận về vấn đề cung cấp dịch vụ với nhà
121 cung cấp thứ ba này. AS sẽ không giao tiếp với HSS khi nó không nằm trên mạng nhà. Các chức năng chính của AS bao gồm: o Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu đƣợc. o Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP. o Khả năng gửi thông tin thanh toán tới bộ phận tính cƣớc. d, Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phương tiện MRF Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phƣơng tiện (MRF) có chức năng cung cấp tài nguyên đa phƣơng tiện trong mạng nhà, các luồng phƣơng tiện hỗn hợp, chuyển mã giữa các bộ codec, thu nhận thông tin thống kê và phân tích các loại phƣơng tiện. MRF đƣợc chia thành nút nằm trên mặt bằng báo hiệu (MRFC) và nút nằm trên mặt bằng phƣơng tiện (MRFP). MRFC hoạt động nhƣ một tác nhân khách hàng SIP, nó giao tiếp với S-CSCF thông qua giao thức SIP và có chức năng điều khiển tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248. MRFP thực hiện tất cả các chức năng liên quan đến phƣơng tiện, ví dụ nhƣ thể hiện (playing) và trộn lẫn (mixing) phƣơng tiện. MRF luôn luôn nằm ở mạng nhà. e, Thực thể chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF) MGCF là thực thể cho PTITphép giao tiếp giữa IMS và ngƣời dùng CS. Nó thực hiện các chức năng sau: o Điều khiển những phần của trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênh phƣơng tiện trong một IMS-MGW. o Truyền thông với các thực thể CSCF, BGCF, và PSTN. o Quyết định trạm tiếp theo phụ thuộc vào số định tuyến cho những cuộc gọi vào từ các mạng truyền thống. o Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa những giao thức điều khiển cuộc gọi ISUP/TCAP và phân hệ IMS . o Thông tin ngoài băng nhận đƣợc trong MGCF đƣợc đẩy tới CSCF/IMS-MGW.
122 o Gửi thông tin tính cƣớc tới CCF. f, Thực thể chức năng điều khiển cổng (BGCF) BGCF chịu trách nhiệm lựa chọn lối thoát đến miền CS. Quá trình này có thể lựa chọn ra lối thoát trong chính mạng cấp phát BGCF hoặc lối thoát tới mạng khác. Trong trƣờng hợp thứ nhất, BGCF sẽ lựa chọn một thực thể chức năng MGCF để xử lý phiên. Trƣờng hợp thứ hai, BGCF sẽ chuyển tiếp phiên tới BGCF khác trong mạng đƣợc lựa chọn. Ngoài ra, BGCF cũng có chức năng gửi thông tin tính cƣớc tới CCF. 4.1.3 Các giao thức của IMS Khi phát triển IMS, 3GPP thực hiện phân tích các nội dung ETSI đã thực hiện khi chuẩn hóa các giao thức cho GSM để thiết kế bổ sung các giao thức cho IMS. Phần lớn các giao thức báo hiệu và điều khiển trong IMS đều mang tính kế thừa và đơn giản trong tích hợp hệ thống. Giao thức điều khiển phiên: Các giao thức điều khiển phiên đóng một vai trò then chốt với bất kỳ một cấu trúc mạng truyền thông do liên quan trực tiếp tới hiệu năng hệ thống mạng. 3GPP lựa chọn giao thức SIP để thiết lập và quản lý các phiên đa phƣơng tiện truyền trên mạng IP và trong IMS. Giao thức nhận thực, cấp quyền và tính cƣớc AAA: Ngoài các giao thức điều khiển phiên kể trên thì giaoPTIT thức AAA cũng có vai trò quan trọng không kém. Trong IMS, giao thức AAA đƣợc sử dụng là Diameter. Diameter (RFC 3588) là giao thức phát triển từ RADIUS (RFC 2865) (là một giao thức đƣợc sử dụng rộng rãi trên Internet để thực hiện AAA. Ví dụ, khi một khách hàng quay số đến một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thì Server của mạng truy nhập sẽ sử dụng giao thức RADIUS để nhận thực và trao quyền cho khách hàng truy nhập vào mạng). Giao thức Diameter đƣợc chia thành các ứng dụng Diameter. Diameter đƣợc IMS sử dụng ở một số giao diện, nhƣng không phải tất cả giao diện đều sử dụng chung một
123 ứng dụng Diameter. Ví dụ hai ứng dụng Diameter dùng để tƣơng tác với SIP trong quá trình khởi tạo phiên và tính cƣớc sẽ phải khác nhau. Các giao thức hỗ trợ khác: Ngoài SIP và Diameter thì IMS vẫn còn sử dụng nhiều giao thức khác, ví dụ nhƣ: COPS (Common Open Policy Service, RFC 2748) là giao thức có chức năng truyền các chính sách giữa các điểm quyết định chính sách PDP và các thực hiện chính sách PEP; MEGACO/H.248 đƣợc sử dụng để điều khiển các node trong mặt bằng phƣơng tiện; RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RTCP (RTP Control Protocol, RFC 3550) đƣợc dùng để truyền các phƣơng tiện thời gian thực nhƣ hình ảnh và âm thanh. 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS Giao thức khởi tạo phiên đƣợc thiết kế để hỗ trợ việc thiết lập các phiên đa phƣơng tiện giữa các ngƣời sử dụng trên mạng IP. Cùng với việc điều khiển cuộc gọi, SIP cũng hỗ trợ các chức năng nhƣ di động của ngƣời sử dụng và chuyển hƣớng cuộc gọi trong IMS gồm: o Báo hiệu SIP đầu cuối đầu cuối giữa các ngƣời sử dụng IP di động và cố định. o Các Internet IP có thể cung cấp các dịch vụ giá trị ra tăng cho ngƣời sử dụng di động. o SIP đƣợc thiết kế nhƣ một giao thức IP vì thế nó thích hợp tốt với các giao thức IP và các dịch vụ khác.PTIT o SIP đơn giản và tƣơng đối dễ thực hiện. 4.2.1 Đặc tính kỹ thuật Khi triển khai SIP trong IMS các nhà phát triển nhận ra rằng có sự khác biệt so với phiên bản SIP cho Internet. Một số các mở rộng đƣợc định nghĩa trong các RFC bổ sung thêm các tính năng mới và làm cho SIP trở thành giao thức báo hiệu khá phức tạp. Việc sử dụng SIP cho việc thiết lập phiên trên những liên kết băng thông hạn chế nhƣ các giao diện vô tuyến hoặc các liên kết nối tiếp tốc độ thấp dẫn đến thời gian thiết lập cuộc gọi dài. Để khắc phục yếu điểm đó cơ chế nén báo hiệu gọi
124 là SigComp đã đƣợc phát triển bởi tổ chức IETF. Tiêu đề riêng P-Header (RFC 3329) nhƣ P-preferred-identity, th P-access-network-info, P-asserted-identity, P- calledparty- id đƣợc bổ sung thêm cho mạng IMS để cung cấp các dịch vụ riêng biệt. Các tiêu đề này đƣợc định nghĩa thêm để chuyển các thông tin xác đáng vào mạng nhƣng nó chƣa đủ để phát triển các phần tử chuẩn mực trong IMS. Các chuẩn mở rộng khác nhƣ chuẩn thỏa thuận bảo mật (RFC 3329), xác thực phƣơng tiện (RFC 3313), dành trƣớc tài nguyên trong IMS (RFC 3312), SDP mở rộng đƣợc đề xuất hỗ trợ thêm cho SIP trong IMS. So sánh với SIP của trong IETF mà ở đó chủ gọi sử dụng SIP yêu cầu một con đƣờng cụ thể trong tiêu đề Route. Trong IMS, P- CSCF loại bỏ con đƣờng này và đảm bảo tuân theo việc định tuyến SIP IMS. Các yêu cầu SIP luôn đƣợc định tuyến đến S-CSCF mạng nhà ở cả mạng khởi tao và kết cuối. S-CSCF sử dụng cơ sở dữ liệu ngƣời dùng (download xuống trong quá trình đăng ký) để liên kết với các AS SIP xử lý các yêu cầu SIP. Các tiêu chí lọc khởi tạo lúc đầu IFC (The Initial Filter Criteria) trong cơ sở dữ liệu thuê bao cung cấp một logic đơn giản để quyết định sẽ liên kết với AS nào. Các luật này mang tính ổn định tức là nó không thay đổi trong một chu kỳ. 4.2.2 Các thủ tục báo hiệu SIP trong IMS Để nắm đƣợc hoạt động của SIP trong IMS ta xem xét các thủ tục báo hiệu thông qua các ví dụ tƣơng ứng với một số kịch bản có thể xảy ra. (i) Đăng ký và thiết lập phiên:PTIT ví dụ thứ nhất chỉ ra một thủ tục khởi tạo đăng ký, cho rằng ngƣời dùng đã chuyển mạng sang mạng khách. Thủ tục này bắt đầu với yêu cầu đăng ký SIP ngƣời dùng đƣợc gửi từ P-CSCF của mạng khách. Vì băng thông vô tuyến hạn chế, bản tin đƣợc nén trƣớc khi gửi đi bởi ngƣời dùng và đƣợc giải nén ở P-CSCF. Nếu có nhiều S-CSCF tồn tại trong mạng nhà của ngƣời sử dụng, một I-CSCF cần thiết để triển khai lựa chọn một S-CSCF phục vụ phiên của ngƣời dùng đó. Trong trƣờng hợp này P-CSCF quyết định một địa chỉ của I-CSCF mạng nhà của ngƣời dùng bằng cách sử dụng tên miền mạng nhà ngƣời dùng và chuyển bản tin REGISTER tới I-CSCF. Sau khi I-CSCF gửi đáp
125 ứng nhận thực ngƣời dùng (UAR) tới HSS, HSS trả lại địa chỉ của khả thi của S- CSCF. I-CSCF lựa chọn một S-CSCF và chuyển bản tin đăng ký. Mạng nhà Mạng khách UE P-CSCF I-CSCF S-CSCF HSS 1. SIP: đăng ký 2. Diameter: UAR, UAA 3. SIP: đăng ký 4. Diameter: MAR, MAA 5. SIP: 401 6. SIP: đăng ký 2. Diameter: UAR, UAA 8. SIP: đăng ký 9. Diameter: SAR, SAA 10. Điều khiển dịch vụ qua AS 11. SIP: 200 OK Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu Trả lời Hình 4.4: Luồng bản tin báo hiệu đăng ký Trong lúc xác nhận đăng ký, S-CSCF lấy lại vector nhận dạng từ HSS qua giao thức Diameter Đáp ứng nhận thực đa phƣơng tiện MAR và trả lại ngƣời dùng bản tin SIP 401 không đƣợc nhận thực mà có thể mang số liệu hỏi đáp nhận thực. Sau khi tính toán đápPTIT ứng nhận thực, ngƣời dùng gửi đến S-CSCF một bản tin đăng ký khác đƣợc mang bởi đáp ứng hỏi đáp. S-CSCF xác nhận lại đáp ứng và nếu đáp ứng đúng, nó tải xuống thuộc tính thuê bao từ HSS qua một đáp ứng yêu cầu chỉ định máy chủ SAR Diameter. S-CSCF có thể liên lạc với một Server ứng dụng để điều khiển dịch vụ nhƣ trong thuộc tính của thuê bao. trƣớc khi trả lại bản tin 200 OK tới ngƣời sử dụng. Trong ví dụ thứ hai chỉ ra luồng báo hiệu một thiết lập phiên giữa hai ngƣời dùng IMS, cho rằng có nhiều S-CSCF đƣợc triển khai. Một thủ tục thiết lập phiên là một quá trình của việc tìm ra các phần tử mạng và các thành phần báo hiệu. Khi định tuyến bản tin đăng ký, I-CSCF của ngƣời bị gọi truy vấn HSS của
126 ngƣời bị gọi để tìm địa chỉ của một S-CSCF đƣợc chỉ định qua bản tin Diameter yêu cầu thông tin vị trí LIR. HSS đáp ứng lại bằng bản tin Diameter trả lời thông tin vị trí LIA. Mạng nhà chủ gọi Mạng nhà bị gọi S-CSCF I-CSCF HSS S-CSCF 1. SIP: Yêu cầu 2. Điều khiển dịch vụ qua AS 3. SIP: Yêu cầu 4.Diameter: LIR, LIA 5. SIP: Yêu cầu 6. Điều khiển dịch vụ qua AS 7. SIP: Yêu cầu 8. SIP: 183 Phát triển phiên 9. SIP: 200 OK 10. SIP: Xác nhận Yêu cầu/Trả lời Yêu cầu Trả lời Hình 4.5: Luồng bản tin báo hiệu thiết lập phiên Trƣớc khi gửi bản tin đăng ký, S-CSCF của chủ gọi và ngƣời bị gọi có thể liên lạc với Server ứng dụng để điều khiển dịch vụ và tính cƣớc cho dịch vụ tải xuống trong khi đăng ký ngƣời dùng. Kỹ thuật phân giải địa chỉ và định tuyến bản tin SIP chuẩn đƣợc sPTITử dụng để định tuyến bản tin đăng ký từ chủ gọi tới UE bị gọi trên tất các các con đƣờng. Các con đƣờng nhận đƣợc là UE chủ gọi, P- CSCF mạng khách chủ gọi, S-CSCF mạng khách chủ gọi, I-CSCF bị gọi, S- CSCF bị gọi, P-CSCF mạng khách bị gọi và UE bị gọi. Bản tin trở lại từ UE bị gọi đi theo đƣờng ngƣợc lại. Thủ tục thoả thuận một phiên cung cấp trả lời cơ bản cũng đƣợc kiểm soát trong thời điểm này. Điều này đƣợc hoàn thành qua giao thức mô tả phiên SDP đƣợc mang bởi thân của bản tin SIP (ví dụ bản tin đăng ký với một mời gọi và bản tin 200 OK với một trả lời).
127 Phân phối dịch vụ IMS: Kiến trúc phân phối dịch vụ IMS bao gồm S-CSCF, Server ứng dụng AS, chức năng điều khiển tài nguyên đa phƣơng tiện MRF và HSS. Trong đó S-CSCF đóng vai trò nhƣ một điểm điều khiển phiên trung tâm, các server ứng dụng và MRF là các điểm thi hành dịch vụ. Để thi hành điều khiển logic dịch vụ cho một thuê bao, S-CSCF kiểm tra yêu cầu SIP nhận đƣợc. Thông tin đƣợc kiểm tra bao gồm kiểu báo hiệu SIP, tiêu đề, URI yêu cầu và mô tả phiên. Nếu điểm chốt phù hợp, S-CSCF sẽ lựa chọn một Server ứng dụng và định tuyến yêu cầu SIP tới AS trong dịch vụ đƣợc thực thi. Server ứng dụng SIP (SIP AS), cƣ trú trong mạng nhà và cung cấp dịch vụ dựa trên giao thức SIP. Trong một ví dụ đƣợc minh hoạ trong hình dƣới đây chỉ ra luồng bản tin cho thủ tục liên quan đến server có mặt, nơi ngƣời dùng A lấy thông tin hiện diện của ngƣời dùng B, và dịch vụ hiện diện đóng vai trò nhƣ một UA. Mạng nhà của thuê bao A và B Presence UE A UE B Lõi IMS Server 1. SIP: SUBCRIBER 2. SIP: 200 OK 3. SIP: Thông báo 4. SIP: 200 OK 5. SIP: Công bố 6. SIP: 200 OK PTIT3. SIP: Thông báo 4. SIP: 200 OK Hình 4.6: Luồng bản tin người dùng A lấy thông tin hiện diện người dùng B Các bƣớc trong thủ tục này nhƣ sau: 1-2: A lấy thông tin hiện diện của ngƣời dùng B; 3-4: Sever hiện diện thông báo cho A về hiệu lực hiện tại của B; 5-6: B thay đổi trang thái hiệu lực của mình; 7-8: Server hiện diện thông báo cho A bản cập nhận hiệu lực của B.
128 4.3 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU KHÁC TRONG IMS 4.3.1 Giao thức Diameter Diameter là một giao thức ngang hàng, cả client và server đều có thể gửi hoặc nhận yêu cầu và đáp ứng. Giao thức Diameter đƣợc dùng cho quá trình nhận thực, xác thực, tài khoản. Diameter sử dụng cả TCP và SCTP cho việc truyền tải; sử dụng IPsec và TLS cho việc bảo mật. Diameter gồm hai phần chính: giao thức Diameter nền tảng và ứng dụng Diameter. Giao thức Diameter nền tảng cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ liệu Diameter, thỏa thuận các khả năng, điều khiển lỗi và cung cấp sự mở rộng. Còn ứng dụng Diameter định nghĩa các đơn vị dữ liệu và chức năng ứng dụng riêng. Diameter nền tảng giao thức là cơ sở cho các Diameter ứng dụng. Diameter định nghĩa một số thành phần sau:  Diamerter client: một thực thể chức năng, thông thƣờng 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: chức năng chuyển tiếp các bản tin Diameter, tạo các quyết định chính sách dựa trên cách sử dụng tài nguyên và dự liệu. Một proxy có thể thay đổi các bản tin để thiết lập các quyết định chính sách nhƣ điều khiển cách sử dụng tài nguyên, cung cấp điều khiển quản trị, và dự liệu.  Relay: chuyển tiếp bảnPTIT tin Diameter dựa trên thông tin định tuyến liên quan và các thực thể trong bảng định tuyến vùng. Nó chỉ có thể can thiệp vào thông tin định tuyến mà không thể 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 nhƣ là RADIUS. Trong IMS, Diameter đƣợc sử dụng tại các giao diện Cx, Dx giao tiếp giữa I- CSCF, S-CSCF với HSS, SLF và Sh, Dh giữa các AS với SLF, HSS. Mục đích là để lấy thông tin xác thực, cấp quyền ngƣời dùng hoặc cập nhật thông tin ngƣời dùng. Ngoài ra còn dùng cho giao diện Ro phục vụ cho việc tính cƣớc. Ngoài những
129 đặc điểm chung nhƣ đã nêu trên về mặt giao thức. Với mỗi giao diện có một số đặc điểm riêng. (i) Với các giao diện Cx, Dx Trƣờng hợp này, I-CSCF và S-CSCF đóng vai trò là Diameter client; HSS là Diameter server và SLF có vai trò chuyển hƣớng (Redirect agent). Giao diện Cx chứa ba loại thủ tục chính: quản lý vị trí, xử lý số liệu thuê bao và nhận thực thuê bao. Ứng dụng Diameter trên Cx và Dx là nhƣ nhau. Tuy nhiên, Dx chỉ có trách nhiệm chuyển tiếp bản tin. Hình PTIT4.9: Vị trí của các giao diện trong IMS Mục đích sử dụng Diameter trong giao diện Cx, Dx gồm: o Chỉ định một S-CSCF đã đƣợc chỉ định cho một ngƣời dùng. o Tải xuống các hƣớng xác thực ngƣời dùng. Các hƣớng này đƣợc lƣu trong HSS. o Nhận thực khi ngƣời dùng chuyển vùng trong một mạng khách. o Lƣu trữ trong HSS địa chỉ của các S-CSCF đã đƣợc chỉ định cho ngƣời dùng. o Để thông báo cho HSS về trạng thái đăng ký của nhận dạng ngƣời dùng. o Tải xuống từ HSS lƣợc sử ngƣời dùng bao gồm các tiêu chuẩn lựa chọn. o Đẩy lƣợc sử ngƣời dùng từ HSS tới S-CSCF khi lƣợc sử ngƣời dùng thay đổi. o Cung cấp các thông tin cần thiết cho I-CSCF khi cần lựa chọn S-CSCF.
130 (ii) Với giao diện Sh Một AS (SIP AS hay OSA SCS) có thể cần số liệu thuê bao hoặc cần xác định S-CSCF nào để gửi yêu cầu SIP đến đó. Loại thông tin này đƣợc lƣu trữ tại HSS. Vì thế, cần điểm tham chiếu giữa HSS và AS. Điểm tham chiếu Sh dùng giao thức Diameter. Các thủ tục đƣợc chia thành hai loại chính: xử lý số liệu và khai báo/thuê dùng số liệu. Giao diện này định nghĩa một số loại dữ liệu ngƣời dùng nhƣ sau: o Repository data: AS sử dụng HSS để lƣu trữ dữ liệu trong suốt. Dữ liệu này chỉ có thể hiểu đƣợc bởi máy chủ dịch vụ thiết lập dịch vụ. Dữ liệu này khác nhau tùy từng ngƣời dùng và tùy từng dịch vụ o Public identifiers : danh sách các nhận dạng công cộng của ngƣời dùng o IMS user state: trạng thái đăng ký của ngƣời dùng trong IMS. Đó có thể là: đăng ký, chƣa đăng ký, chờ đợi trong quá trình chứng thực hoặc chƣa đăng ký nhƣng S-CSCF chỉ định tới ngƣời dùng đó. o S-CSCF name: chứa địa chỉ của S-CSCF đƣợc chỉ định cho ngƣời dùng o Initial filter criteria: chứa thông tin kích hoạt cho một dịch vụ. o Location information: chứa vị trí của ngƣời dùng trong miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói o User state: chứa trạng thái của ngƣời dùng trong miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói. o Charging information: chứa địa chỉ của chức năng tính cƣớc. 4.3.2 Giao thức COPS COP là giao thức đƣợc PTITIETF chuẩn hóa nhằm thực hiện việc quản lý, cấu hình và áp đặt chính sách. Giao thức này hoạt động theo mô hình Client/Server. Nó định nghĩa một giao thức yêu cầu và đáp ứng một cách đơn giản trong việc trao đổi thông tin chính sách giữa server quyết định chính sách và client của nó. Trong đó điểm thực thi chính sách (PEP) đƣợc xem là client và server là điểm quyết định chính sách (PDP). COPS điều khiển chính sách theo hai mô hình chính: (i) Outsourcing và (ii) Configuration. Trong (i) PEP chỉ định một PDP bên ngoài chịu trách nhiệm xử lý những sự kiện gửi ra từ PEP. Mô hình này cho thấy sự tƣơng quan một – một giữa những sự kiện ở PEP và những quyết định từ một PDP. (ii) Không giống nhƣ mô hình trƣớc là không có sự ánh xạ trực tiếp những sự kiện tại PEP và những
131 quyết định từ PDP. PDP có thể cấu hình những sự kiện bên ngoài đƣợc khởi tạo bởi một PEP bất kỳ và sự kiện gửi từ PEP có thể đƣợc xử lý bởi PDP cùng khối với nó hoặc PDP thuộc khối khác. Xét về mặt thời gian thì mô hình này linh động hơn mô hình outsourcing. COPS sử dụng TCP để truyền những bản tin đáng tin cậy giữa PEP và PDP. Không giống nhƣ giao thức client/server khác, cặp bản tin yêu cầu/đáp ứng này phải phù hợp với cặp bản tin yêu cầu/đáp ứng khác. Ở đây server có thể áp đặt chính sách cho client và xóa những chính sách trên client nêu chính sách đó không còn giá trị nữa. PEP khởi tạo kết nối TCP đến PDP. PEP gửi yêu cầu và nhận những quyết định chính sách từ PDP và liên lạc giữa PEP và PDP là sự trao đổi yêu cầu / đáp ứng. Tuy nhiên PDP/PEP có thể gửi đi những bản tin độc lập. Ví dụ PDP gửi những quyết định tới PEP buộc PEP thay đổi những chính sách đƣợc PDP chấp nhận trƣớc đó và PEP có thể gửi những bản tin báo cáo về trạng thái cho PDP COPS đƣợc sử dụng trong liên lạc giữa khối PDF và GGSN tạo sự kết nối giữa IMS và mạng GPRS. Thông qua COPS các chính sách nhƣ băng thông, tiêu chí điều khiển chấp nhận, QoS đƣợc PDF điều khiển thiết lập trên nền tảng truyền tải của mạng hội tụ nhằm cung cấp các loại hình dịch vụ cho khách hàng. 4.3.3 Nén báo hiệu trong IMS Nhằm tƣơng thích với tPTITốc độ truyền dữ liệu thấp của các đƣờng liên kết vô tuyến, IMS bổ sung cơ chế nén báo hiệu nhằm tăng hiệu quả của quá trình truyền thông báo hiệu và đƣợc thực hiện thông qua SigComp. SigComp là một cơ chế mà các giao thức lớp ứng dụng dùng để nén bản tin trƣớc khi gửi vào mạng. Nó không chỉ cung cấp phƣơng thức giảm thiểu kích thƣớc bản tin SIP mà còn có những chức năng giải nén cho một phạm vi rộng lớn các thuật toán nén. Cơ chế nén SigComp đƣợc xem nhƣ một lớp nằm giữa SIP và giao thức lớp truyền tải. Về mặt kiến trúc SigComp đƣợc chia làm năm thực thể: o Bộ điều phối nén: Đây là giao diện giữa ứng dụng và hệ thống SigComp. Nó sẽ yêu cầu một bộ nén đƣợc chỉ thị bởi ứng dụng thông qua một nhận dạng
132 nhóm. Bộ điều phối nén sẽ gửi trả lại các bản tin đã đƣợc nén đến đích của chúng. o Bộ điều phối giải nén: Là giao diện giữa hệ thống SigComp và ứng dụng tƣơng ứng. Nó yêu cầu UDVM thực hiện giải nén bản tin. Sau đó nó gửi bản tin đã đƣợc giải nén đến phần ứng dụng. Nếu ứng dụng đó yêu cầu bộ giải nén duy trì trạng thái bản tin nó sẽ gửi trả lại một nhận dạng tƣơng ứng. o Bộ nén: Đây là thực thể thực hiện nén bản tin ứng dụng. Nó sử dụng một nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Các bản tin đã đƣợc nén đƣợc gửi đến bộ điều phối nén. Hình 4.7: Kiến trúc SigComp o UDVM: là thiết bị ảo giải nén tổng thể (vạn năng)UDVM (Universal Decompressor VirtualPTIT Machine). Nó cung cấp các chức năng giải nén. Khi thu nhận một bản tin SigComp, bản tin này đƣợc lƣu trong bộ nhớ giải nén. Các mã byte và từ điển nén đƣợc lƣu tại thực thể giải nén sẽ đƣợc nạp cho UDVM để UDVM thực hiện giải nén. Sau khi bản tin đó đƣợc giải nén, thông tin mà nó lƣu trữ đƣợc sử dụng để cập nhật từ điển và lƣu lại thành một trạng thái mới. o Bộ xử lý trạng thái: Lƣu trữ thông tin về trạng thái các bản tin SigComp. Ứng dụng SIP có thể nhóm các bản tin có liên quan với nhau lại. Ví dụ các bản tin thuộc cùng hội thoại hoặc có cùng địa chỉ node kế tiếp. Ứng dụng SIP sẽ định vị
133 bộ nén cho mỗi một nhóm và lƣu lại thông tin trạng thái tƣơng ứng. Nó cũng xác định khi nào thì một nhóm này đƣợc tạo ra hoặc loại bỏ. Một nhóm bản tin đƣợc xác định bởi một nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Ứng dụng cũng chịu trách nhiệm xác định nhận dạng cho bộ giải nén. Khi nó thu nhận đƣợc một bản tin đã đƣợc giải nén nó sẽ xác định nhận dạng nhóm tƣơng ứng cho bản tin và cung cấp cho hệ thống SigComp. Trong IMS thực thể thực hiện nén và giải nén bản tin đến và đi từ đầu cuối là P- CSCF. Bản tin SIP đƣợc nén bởi SigComp trong UE gửi qua giao diện vô tuyến, trạm gốc BS, bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC của mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN. Từ UTRAN nó sẽ đƣợc gửi qua node SGSN và GGSN để tới P-CSCF là nơi mà các bản tin SigComp đƣợc giải nén. Từ P-CSCF bản tin SIP đƣợc gửi đi không cần nén. Trong pha đăng ký thiết bị ngƣời dùng và chức năng P-CSCF thông báo cho nhau mong muốn thực hiện nén bản tin và khả năng của mình nhƣ kích thƣớc bộ nhớ, năng lực xử lý, trạng thái và các lệnh nén. Khi UE hoặc P-CSCF muốn gửi một bản tin SIP đƣợc nén nó phải gửi bản tin đến bộ điều phối nén. Bộ điều phối nén gửi bản tin đến bộ nén, tìm trạng thái nén cần thiết, nhận dạng nhóm và sử dụng một thuật toán nén để mã hóa bản tin. Cuối cùng bộ điều phối nén gửi bản tin đã đƣợc nén đến lớp truyền tải để phân phối đến P-CSCF. Tại P-CSCF khi bộ điều phối giải nén nhận đƣợc một bản tin, nó kiểm tra tiền tố của bản tin đó và xác định bản tin đã đƣợc nénPTIT và gửi đến UDVM. UDVM truy vấn bộ quản lý trạng thái để nhận lấy trạng thái tƣơng ứng cho giải nén bản tin. Sau khi giải nén UDVM sẽ gửi trả bản tin lại bộ điều phối để gửi đến phần ứng dụng. 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Nội dung chƣơng tập trung vào các khía cạnh liên quan tới báo hiệu trong IMS. Kiến trúc chức năng và các điểm tham chiếu của IMS đƣợc trình bày nhằm chỉ rõ các chức năng và giao thức phối hợp hoạt động trong IMS. Đặc tính hoạt động của giao thức SIP đƣợc trình bày trong chƣơng này đƣợc khái quát bởi các điểm khác biệt nhất định với môi trƣờng mạng IP thuần. Bên cạnh đó, các giao thức hỗ trợ cho
134 kết nối đa phƣơng tiện cũng đƣợc trình bày trên các khía cạnh chức năng nhận thực, xác lập chính sách hay nén thông tin cũng đƣợc trình bày. Các nội dung ôn tập chính trong chương - Kiến trúc, thành phần chức năng và các điểm tham chiếu IMS; - Các thủ tục SIP ứng dụng trong IMS; - Đặc tính của giao thức Diameter, COPS; - Cơ chế nén báo hiệu trong SigComp. PTIT
135 CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LIÊN MẠNG Tóm tắt: Vấn đề kết nối liên điều hành và đảm bảo các phiên kết nối truyền thông từ một hạ tầng mạng này sang hạ tầng mạng khác luôn được đặt ra trong nỗ lực hội tụ mạng. Chương này chỉ ra các vấn đề cơ bản của điều khiển chấp nhận kết nối, kiến trúc điều khiển phân tán và các giao thức, thủ tục báo hiệu cho kết nối liên mạng. 5.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG 5.1.1 Hội tụ mạng cố định và di động Nhƣ trong chƣơng 2 đã trình bày sơ lƣợc về xu hƣớng hội tụ hạ tầng mạng truyền thông trong những năm gần đây. Bên cạnh hƣớng tiếp cận máy chủ cuộc gọi, tập trung vào mục tiêu gắn kết giữa hạ tầng mạng cố định với mạng internet, tiếp cận IMS đƣợc coi là giải pháp tiềm năng hiện nay cho mục tiêu hội tụ mạng di động và mạng cố định và đƣợc gọi là FMC (Fixed Mobile Convergence). Mạng hội tụ cố định/di động cho phép thuê bao di động có thể chuyển vùng ra ngoài vùng phục vụ của mạng di động mà vẫn có khả năng truy nhập các dịch vụ cung cấp trong mạng thƣờng trú. Sự phát triển của công nghệ mạng lõi theo hƣớng dựa trên mạng IP là giải pháp lâu dài để tích hợp các công nghệ mạng khác nhau và tích hợp các mạng cố định và di động. MạngPTIT hội tụ FMC tạo cơ hội cho phép mở rộng phạm vi và vùng phục vụ của các dịch vụ mà các mạng trƣớc đó không thể thực hiện đƣợc. Tiếp cận này hoàn toàn có thể từng bƣớc thay thế cho tiếp cận chuyển mạch mềm trong tƣơng lai. Khái niệm FMC liên quan đến vấn đề hội tụ mạng cố định và mạng di động. Do vậy, những nghiên cứu về FMC xoay quanh hai mạng: cố định và di động. Đối với mạng di động, các công nghệ mạng sau đây có thể đƣợc sử dụng để thực hiện việc hội tụ với mạng cố định: o Miền IMS: liên quan đến việc sử dụng miền IMS của 3GPP để cung cấp các dịch vụ dựa trên SIP.
136 o PLMN-CS: miền chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại (không đƣợc điều khiển bởi IMS). o PLMN-PS: miền chuyển mạch gói cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói (không đƣợc điều khiển bởi IMS). Mạng cố định có thể đƣợc phân thành 3 loại công nghệ truy nhập cố định sau đây, có thể thực hiện hội tụ với mạng di động: o Mạng vô tuyến: Thiết bị đầu cuối truy nhập với mạng cố định qua giao diện vô tuyến (ví dụ: các chuẩn IEEE 802.11, 802.15 và 802.16). Thuê bao có thể sử dụng cùng một loại đầu cuối để truy nhập cả mạng di động và mạng vô tuyến cố định (sử dụng đầu cuối hai chế độ). Chức năng điều khiển đối với mạng này bao gồm IMS và UMA. o Truy nhập cố định băng rộng: Thiết bị đầu cuối truy nhập mạng cố định qua kết nối hữu tuyến. Thuê bao không thể sử dụng cùng một loại thiết bị để truy nhập cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng này là IMS. o Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN: Thiết bị đầu cuối là điện thoại cố định truyền thống. Thuê bao không thể sử dụng cùng một đầu cuối để truy nhập tới cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng cố định này là: PES kết hợp với IMS;UMA-J:POTS đƣợc kết nối với miền PLMN-CS sử PTITdụng cổng kết nối; thiết bị chuyển mạch PSTN; PES kết hợp với chuyển mạch mềm. 5.1.2 Cấu trúc FMC dựa trên IMS Cấu trúc FMC dựa trên IMS thể hiện trên hình 5.1. Cấu trúc này đƣợc xây dựng với giả thiết rằng: một nền tảng dịch vụ IMS chung đƣợc thực hiện để cung cấp các dịch vụ cả mạng cố định và di động. Nền tảng IMS hội tụ này có thể đƣợc sử dụng để chuyển các dịch vụ giữa các thiết bị đầu cuối kết nối với các mạng khác nhau dựa trên khả năng kết nối (reachability), sở thích của thuê bao hoặc yêu cầu rõ ràng của thuê bao. Cấu trúc này cũng có thể đƣợc sử dụng để chuyển các dịch vụ từ một
137 hệ thống truy nhập này sang một hệ thống truy nhập khác để hỗ trợ tính liên tục dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối đa chế độ; những thiết bị này có thể kết nối đến đồng thời các điểm truy nhập vô tuyến cố định và mạng di động. PS/CS Conver- gence FMC IMS Convergence IMS appl. mobile CS core PS Core Convergence fixed mobile IWF fixed PS AN mobile PS AN mobile CS AN service transfer Hình 5.1: Cấu trúc hội tụ FMC trên nền IMS Cách sử dụng thay thế cho chuyển giao mức dịch vụ là phƣơng thức chuyển giao lớp truyền tải bằng cách sử dụng các giao thức quản lý di động phù hợp. Loại chuyển giao này yêu cầu một lõi chuyển mạch gói chung trong đó thông tin nhận thực và thông tin QoS của phần truy nhập mạng có thể đƣợc chuyển giữa các phân hệ truy nhập khác nhau. Trong vấn đề hội tụ cố định di động, cấu trúc hỗ trợ tính liên tục dịch vụ giữa mạng chuyển mạch gói điều khiển bởi IMS với các mạng di động chuyển mạch kênh là điểm mấu chốt củPTITa vấn đề đảm bảo QoS. Cấu trúc này yêu cầu các chức năng hội tụ PS/CS điển hình để kết nối giữa mạng điều khiển bởi IMS với mạng CS. Những chức năng này đƣợc thể hiện trên hình 5.1 bao gồm: lớp dịch vụ FMC app và IWF ở lớp truyền tải. Những chức năng này sẽ có trong mạng IMS để tận dụng các giao diện CS. Cấu trúc phỏng tạo PSTN/ISDN dựa trên IMS có thể đƣợc coi là cấu trúc FMC dựa trên IMS do cấu trúc IMS hội tụ có thể cung cấp các dịch vụ đồng thời cho thuê bao di động và đầu cuối PSTN/ISDN. 5.1.3 Mô hình tham chiếu IMS trong FMC Mục tiêu lâu dài của FMC là cung cấp cho thuê bao các dịch vụ không hạn chế trong môi trƣờng truy nhập mạng cố định và di động. Hình 5.2 mô tả các miền
138 mạng cho cả mạng cố định và di động để thể hiện các mức hội tụ khác nhau có thể đạt đƣợc với cấu trúc này. 3rd Party Applications Applaicpatpiolnic Saetrivoicne Dsoemraviince domain User Session Control Other Equipment Domain Networks Domain (IMS Core) Access Transport Domain Access Radio/wired Core Transport Domain Aggregation Access Domain Domain Hình 5.2: Mô hình tham chiếu cấu trúc FMC dựa trên IMS Miền truyền tải truy nhập (Access Transport) hỗ trợ kết nối giữa miền thiết bị đầu cuối thuê bao (User Equipment Domain) với miền truyền tải lõi (Core Transport Domain) độc lập với công nghệ truy nhập. Bên trong miền truyền tải truy nhập, chúng ta phân biệt giữa khối miền truy nhập hữu tuyến/ không dây (Radio/Wired Access Domain, bao gồm phân hệ truy nhập DSLAM, trạm gốc và bộ điều khiển trạm gốc 3G, điểm truy nhập WLAN ) với miền tích hợp truy nhập (Access Aggregation Domain, thực hiện chức năng tập hợp lƣu lƣợng từ nhiều miền truy nhập hữu tuyến/ không dây chuyển tới nút biên). Cấu trúc mạng GPRS (một phần mạng truy nhập kết PTITnối IP 3GPP) là ví dụ đặc trƣng cho miền tích hợp truy nhập. Tƣơng tự nhƣ vậy, mạng kết nối DSLAM tới các thiết bị biên BRAS/IP cũng là một ví dụ điển hình của miền tích hợp truy nhập. Một miền tích hợp truy nhập di động phải chứa các chức năng quản lý di động. Miền truyền tải lõi cũng phải chứa chức năng quản lý di động để hỗ trợ tính di động giữa các miền truy nhập khác nhau (vd nhƣ: chức năng quản lý di động của máy chủ thƣờng trú MIP). Miền truyền tải lõi kết nối với các miền truy nhập trong cùng một mạng và với các miền truyền tải lõi của các mạng khác để hỗ trợ chức năng xử lý đa phƣơng tiện khi cần. Chức năng truy nhập mạng, chức năng điều
139 khiển truy nhập và quản lý tài nguyên đều đƣợc thực hiện ở các miền truy nhập và miền truyền tải lõi. Truyền tải IP trong mạng lõi tại mặt phẳng truyền tải cho phép ghép nối giữa các công nghệ truy nhập cố định và di động. Tuy vậy, khả năng làm việc liên mạng giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau tại lớp truyền tải không đủ hỗ trợ tính di động toàn cầu trong môi trƣờng hỗn tạp nhƣ vậy; lớp điều khiển thực hiện các công việc nhƣ: các cơ chế nhận thực và nhận dạng thuê bao, các chức năng xác thực và điều khiển truy nhập, quản lý và phân bổ địa chỉ IP, quản lý môi trƣờng thuê bao (VHE), quản lý thông tin về thuê bao và khả năng truy nhập tới số liệu thuê bao để đảm bảo hội tụ toàn phần giữa các công nghệ truy nhập và giữa các mạng khác nhau. Điều khiển phiên kết nối giữa thiết bị đầu cuối thuê bao với các mạng khác đƣợc hỗ trợ bởi miền điều khiển phiên (Section Control Domain) – miền này chứa các chức năng hỗ trợ dịch vụ vị trí và dịch vụ hiển thị. Miền điều khiển phiên giao diện với miền truyền tải lõi để truyền các yêu cầu tài nguyên truyền tải và thông tin NAT binding nếu cần. Miền này cũng giao tiếp với miền truyền tải truy nhập (để truyền thông tin vị trí trong trƣờng hợp miền truy nhập hữu tuyến). Cuối cùng, miền dịch vụ ứng dụng (Application Service Domain) chứa các chức năng hỗ trợ các dịch vụ thông tin và nhắn tin đƣợc xây dựng bên trên các dịch vụ điều khiển phiên. PTIT Cấu trúc FMC sử dụng miền điều khiển phiên và miền dịch vụ chung cho cả thuê bao cố định và di động. Miền điều khiển phiên là phần cốt yếu của tiêu chuẩn IMS của 3GPP. Hội tụ dịch vụ bao gồm một số tính năng dịch vụ FMC cơ bản có thể đƣợc mô tả dƣới đây sử dụng các miền dùng chung và các điểm tham chiếu chung cho cả đầu cuối cố định và di động: o Truy nhập cùng dịch vụ từ các đầu cuối khác nhau với các số nhận dạng công cộng khác nhau (một thiết bị đầu cuối thuê bao có thể chứa nhiều số nhận dạng công cộng).
140 o Truy nhập cùng dịch vụ từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sử dụng cùng một số nhận dạng thuê bao công cộng. Tính năng này cho phép thuê bao lựa chọn dịch vụ nào đƣợc chuyển tiếp đến đầu cuối nào và theo trình tự nào, trong khi bên gọi chỉ cần biết một số nhận dạng thuê bao duy nhất. o Tính liên tục dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối đa chế độ khi di chuyển giữa môi trƣờng mạng cố định ở nhà hoặc ở cơ quan và môi trƣờng mạng di động (Vd: máy di động hoặc PDA hai chế độ UTRAN và WLAN/Bluetooth có thể kết nối hoặc tới UTRAN BS hoặc tới điểm truy nhập WLAN/Bluetooth). Chức năng FMC có thể đƣợc coi là một phần tử mạng điều khiển điểm hội tụ. Các điểm hội tụ mạng có thể khác nhau tùy theo từng nhà khai thác, phụ thuộc vào trạng thái của mạng hiện tại (mạng di động, mạng cố định, mạng CS, mạng PS ). Hình 5.3 thể hiện điểm hội tụ tại các lớp mạng khác nhau. Trong đó, miền truy nhập của các dịch vụ cố định và di động là khác nhau, mặc dù một số phần tử chung có thể đƣợc chia sẻ giữa các mạng cố định và di động. Tƣơng tự, miền truyền tải lõi của các mạng cố định và di động cũng khác nhau. 3rd Party 3rd Party 3rd Party Applications Applications Applications application applicationapplication applicationapplication application FMC FMC service serviceservice serviceservice function service function domaindomain domaindomain domaindomain sessionsession sessionsession sessionsession sessionsession controlcontrol controlcontrol controlcontrol IWF controlcontrol domaindomain domaindomain domaindomain domaindomain corecore corecore corecore corecore corecore FMC transport transport transport IWF transport transporttransport function transport transport transport transport domain PTITdomaindomain domaindomain domaindomain domaindomain domain accessaccess accessaccess accessaccess accessaccess accessaccess accessaccess transporttransport transporttransport transporttransport transporttransport transporttransport transporttransport domaindomain domaindomain domaindomain domaindomain domaindomain domaindomain useruser useruser useruser useruser useruser useruser equipmentequipment equipmentequipment equipmentequipment equipmentequipment equipmentequipment equipmentequipment domaindomain domaindomain domaindomain domaindomain domaindomain domaindomain PS PS PS PS CS PS transport level convergence service level convergence CS/PS convergence Hình 5.3: Điểm hội tụ và chức năng FMC Trên hình 5.3, phần trung tâm thể hiện cấu trúc hội tụ lớp dịch vụ. Cấu trúc này hỗ trợ tính liên tục dịch vụ đối với các đầu cuối đa chế độ nếu các đầu cuối, các miền ứng dụng và miền điều khiển phiên có các tính năng phù hợp. Để thực hiện
141 chuyển giao lớp dịch vụ, yêu cầu các thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ cả hai giao diện vô tuyến và miền điều khiển phiên phải hỗ trợ đăng ký đồng thời cùng một số nhận dạng riêng. Để hỗ trợ chuyển giao lớp dịch vụ cho một đầu cuối đa chế độ, chức năng FMC đƣợc thực hiện ở miền ứng dụng có thể lựa chọn giữa các phiên. Điểm hội tụ này đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ chấp nhận. Những nhà cung cấp này vận hành cả mạng truy nhập và mạng lõi cố định dựa trên công nghệ chuyển mạch gói PS và mạng truy nhập và mạng lõi di động cũng dựa trên PS. Cách thứ hai hỗ trợ tính liên tục dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối đa chế độ là sử dụng chức năng FMC ở miền truyền tải lõi. Đối với trƣờng hợp này, chức năng FMC điều khiển chuyển giao giữa các miền truy nhập và giữa các chế độ QoS và các truy nhập mạng kết hợp với chế độ đó. Nếu miền truy nhập dích có thể hỗ trợ cùng một chế độ QoS với miền truy nhập đang phục vụ thì miền điều khiển phiên không cần tham gia quá trình chuyển giao. Nếu miền truy nhập đích hỗ trợ QoS thấp hơn so với miền truy nhập gốc thì miền điều khiển phiên cần tham gia vào việc quyết định chuyển giao. Nếu mạng đích có khả năng tăng QoS của một phiên thì miền điều khiển phiên cần đƣợc thông báo điều này bởi vì có thể nó sẽ tăng QoS của phiên đầu cuối – đến đầu cuối tùy theo các tính năng của mạng truy nhập và của thiết bị đầu cuối ở đầu bên kia. Chức năng FMC tại lớp truyền tải có thể đƣợc kết hợp với chức năng FMC tại lớp dịch vụ. Trên thực tế,PTIT cần thiết phải kết hợp chuyển giao lớp dịch vụ của một thiết bị đầu cuối đa chế độ với tính năng truyền tải dịch vụ (ví dụ dịch vụ video) từ thiết bị đó tới một đầu cuối khác có khả năng hiển thị tốt hơn. Hội tụ lớp dịch vụ và truyền tải giả thiết rằng tất cả các dịch vụ đƣợc tải trên miền truyền tải lõi và miền truy nhập chuyển mạch gói. Việc chuyển đổi tất cả các mạng di động từ chuyển mạch kênh sang dịch vụ thoại chuyển mạch gói sẽ rất mất thời gian. Do đó, ngƣời ta quan tâm đến khả năng hỗ trợ tính liên tục dịch vụ đối với các cuộc gọi thoại giữa miền truy nhập cố định PS và miền truy nhập di động CS. Khả năng làm việc liên mạng giữa miền PS và CS đƣợc hỗ trợ bởi các cổng
142 phƣơng tiện và cổng báo hiệu. Những chức năng này không đặc trƣng cho FMC bởi vì dù sao đi nữa thì các thiết bị đầu cuối của hai mạng này phải có khả năng liên lạc với nhau. Chức năng FMC ở miền dịch vụ bên trên có khả năng hỗ trợ hai mạng này (miền CS và miền PS) và sự lựa chọn miền phục vụ là tùy theo yêu cầu của thuê bao hoặc nhà khai thác. Cấu hình này đƣợc chấp nhận bởi nhiều nhà cung cấp dịch vụ vận hành cả mạng di động CS và mạng cố định PS. Việc kết hợp giữa 3 mô hình hội tụ trên có thể đƣợc sử dụng cho phép thực hiện chuyển vùng giữa các miền PS và CS hoặc kết hợp tính năng truyền tải dịch vụ và chuyển giao với tính năng Enhanced VPN giữa miền CS và PS. Tóm lại, cấu trúc FMC dựa trên IMS đƣợc thực hiện theo các nguyên tắc sau: o Cấu trúc hỗ trợ các dịch vụ trên nền IMS trên bất kỳ thiết bị đầu cuối nào có hỗ trợ tính năng IMS. o Thiết bị đầu cuối thuê bao có thể kết nối với bất kỳ miền truyền tải truy nhập chuyển mạch gói nào với các giao diện tƣơng thích có khả năng truyền tải giao thức giữa thiết bị thuê bao với mạng IMS một cách trong suốt. o Các miền truyền tải truy nhập có thể kết nối đến một miền truyền tải lõi không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập. Điều đó có nghĩa là các giao diện giữa miền truy nhập và lõi giống nhau không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập. o Các giao diện giữa PTITmiền truyền tải lõi và nền tảng dịch vụ IMS cần dựa trên các tính năng yêu cầu hỗ trợ các tính năng và dịch vụ trên nền IMS; không loại trừ việc sử dụng các nền tảng dịch vụ khác để hỗ trợ giao diện này. o Các giao diện cần hỗ trợ việc chia sẻ phƣơng tiện giữa miền truyền tải lõi và miền truy nhập sử dụng nhiều nhà cung cấp nền tảng dịch vụ khác nhau. Nhƣ vậy, có thể thấy rằng xu hƣớng hội tụ mạng giữa mạng cố định và internet cần thiết có các giao thức điều khiển liên mạng giữa các MGC và thực hiện chuyển đổi thông tin báo hiệu giữa SS7 và mạng IP. Trong khi đó, báo hiệu điều khiển liên mạng của kiến trúc FMC dựa trên IMS đƣợc thực hiện thông qua giao thức SIP.
143 Mục tiếp theo sẽ giới thiệu về giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN và mô hình kết nối chuyển vùng 5.2 GIAO THỨC TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SIGTRAN Vấn đề liên kết báo hiệu giữa các mạng PSTN với mạng IP dựa trên giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN (Signalling Transport). SIGTRAN là một nhóm làm việc trực thuộc IETF, đƣợc hình thành vào năm 1999 với nhiệm vụ thiết lập một kiến trúc dùng để truyền tải các dữ liệu báo hiệu thời gian thực qua mạng IP. Nhiệm vụ chủ yếu không chỉ về mặt kiến trúc mà còn bao gồm cả việc định nghĩa một bộ giao thức dùng cho việc truyền tải các bản tin báo hiệu SS7 và ISDN qua mạng chuyển mạch gói. Nhóm làm việc đã đƣa ra mô hình kiến trúc của giao thức SIGTRAN, gồm ba thành phần sau: HìnhPTIT 5.4: Kiến trúc giao thức SIGTRAN o Giao thức Internet chuẩn hoá bao gồm các giao thức tiêu chuẩn trong bộ giao thức TCP/IP. o Giao thức truyền tải báo hiệu chung: Giao thức này hỗ trợ một tập hợp chung của các chức năng truyền tải báo hiệu tin cậy. Đặc biệt trong đó phải kể đến giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) là một giao thức truyền tải mới đƣợc định nghĩa bởi IETF tại RFC 2960. o Giao thức tƣơng thích: Hỗ trợ các hàm nguyên thuỷ cụ thể chẳng hạn nhƣ các chỉ thị quản lý yêu cầu bởi một giao thức báo hiệu ứng dụng đặc biệt. Các giao thức lớp con tƣơng thích mới đƣợc định nghĩa bởi IETF RFC 2960 gồm: M2PA
144 (MTP2-User peer-to-peer adaptation), M2UA (MTP2-User adaptation), M3UA (MTP3-User adaptation), SUA (SCCP-User adaptation) và IUA (ISDN User adaptation). Chú ý rằng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một giao thực đƣợc thực hiện. Nhƣ vậy bộ giao thức này đƣợc hình thành từ một lớp truyền tải mới - giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) và một tập hợp của các lớp tƣơng thích UA (User Adaptation), các lớp tƣơng thích này cung cấp các dịch vụ giống nhƣ các tầng thấp của mạng SS7 và ISDN. Hình 5.5 minh hoạ chi tiết hơn về các giao thức của SIGTRAN. Hình 5.5 : Bộ giao thức SIGTRAN Vùng xám đậm chính làPTIT các giao thức mới của SIGTRAN, trong khi các vùng nhạt hơn là các giao thức đang tồn tại. Các lớp UA đƣợc đặt tên theo dịch vụ mà chúng thay thế chứ không căn cứ vào đối tƣợng sử dụng dịch vụ đó. Ví dụ M3UA tƣơng thích với SCTP để cung cấp nhiều dịch vụ của lớp MTP3 chứ không phải chỉ cung cấp một dịch vụ cho MTP3. Tất cả các lớp thích ứng SIGTRAN đều phục vụ cho một số một số mục đích chung sau: o Dùng để vận chuyển các giao thức báo hiệu lớp cao hơn thông qua cơ chế truyền tải tin cậy dựa trên nền IP. o Cung cấp lớp dịch vụ tƣơng tự tại giao diện của mạng PSTN tƣơng ứng. Chẳng hạn, ít nhất thì M3UA phải khiến cho ngƣời dùng của nó nhìn nhận nó giống
145 nhƣ MTP3 về mặt dịch vụ (M3UA không thực sự thay thế các tính năng và hoạt động của MTP3). o Các lớp thích ứng hoàn toàn trong suốt đối với ngƣời dùng. Ngƣời sử dụng dịch vụ sẽ không nhận thấy rằng lớp thích ứng đƣợc thay thế giao thức ban đầu. o Loại bỏ các lớp SS7 mức thấp càng nhiều càng tốt. SIGTRAN hiện thời đƣa ra sáu lớp thích ứng sau: o M2UA: cung cấp các dịch vụ của MTP2 trong mô hình client-server, chẳng hạn nhƣ SG - to - MG. Đối tƣợng sử dụng của nó sẽ là MTP3. o M2PA: cung cấp các dịch vụ của MTP2 theo mô hình peer-to-peer, ví dụ nhƣ các kết nối SG - to - SG. Đối tƣợng sử dụng của nó là MTP3. o M3UA: cung cấp các dịch vụ của MTP3 trong cả hai kiểu kiến trúc: client-server (SG - to - MGC) và peer-to-peer. Đối tƣợng sử dụng của nó sẽ là SCCP và/ hoặc ISUP. o SUA: cung các các dịch vụ của SCCP trong kiến trúc peer-to-peer, ví dụ SG - to - IP SCP. Đối tƣợng sử dụng của nó là TCAP hoặc phần ứng dụng dựa trên khả năng trao đổi khác. o IUA: cung cấp các dịch vụ của lớp liên kết dữ liệu ISDN (LAPD). Ngƣời dùng của nó là một thực thể ISDN mức 3. o V5UA: cung cấp các dịch vụ của giao thức V.5.2 Khung làm việc của bộPTIT giao thức SIGTRAN là khá mềm dẻo, do đó cho phép chúng ta có thể thêm vào các lớp mới khi cần. Để xác định rõ hơn các đặc tính truyền tải báo hiệu của giao thức SIGTRAN ta xem xét một số lớp thích ứng cơ bản sau: (i) Lớp tương thích người dùng MTP2 (M2UA): Giao thức thích ứng ngƣời dùng phần chuyển giao bản tin mức 2 (M2UA -MTP2 user adaptation) đƣợc sử dụng để chuyển giao các bản tin báo hiệu số 7 phần ngƣời dùng MTP2 (ví dụ các bản tin MTP3) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Cụ thể M2UA truyền dữ liệu của ngƣời dùng MTP2 giữa một lớp MTP2 đặt tại SG và một lớp MTP3 đặt tại