BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS

z HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI ĐỀ TÀI: “VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS” Giảng viên: Nguyễn Thanh Trà Nhóm thực hiện: 16 Các sinh viên STT Họ tên Lớp 10 Lê Tiến Dũng D18DQVT07-B 39 Trần Hải Long D18DQVT06-B 55 Trần Mạnh Quang D18DQVT06-B 67 Phạm Thanh Tùng D18CQVT06-B Hà Nội - 10/2021 -[Gõ ở đây] [Gõ ở đây] [Gõ ở đây] Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS LỜI NÓI ĐẦU Chính phát triển với tốc độ chóng mặt dịch vụ đa phương tiện với yêu cầu băng thông chất lượng dịch vụ cao mở kỷ nguyên lĩnh vực công nghệ viễn thơng Cùng với đó, phát triển nhanh chóng mạng di động cố định, mạng truyền dẫn qua vệ tinh làm nảy sinh ý tưởng khả hội tụ mạng Đó khởi nguồn để phân hệ đa truyền thông IP IMS đời phát triển Các nhà khai thác viễn thông lớn ở Việt nam VNPT, Vietel v.v bước triển khai công nghệ vào mạng Bố cục tiểu luận gồm có chương: Chương 1: Phân hệ đa phương tiện IMS Chương 2: Tổng quan tiêu chuẩn VoLTE Với cố gắng nỗ lực thành viên, nhóm em hồn thành xong tiểu luận Do có hạn chế nguồn tài liệu tham khảo mức độ hiểu biết thân nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình nghiên cứu Chính vậy, nhóm em mong nhận lời góp ý bảo thêm cô giáo bạn sinh viên khác để nhóm em có thêm kiến thức phục vụ cho học tập công việc sau Nhóm em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2021 T/M nhóm tiểu luận Phạm Thanh Tùng Nhóm 16 i Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iiii CHƯƠNG 1: PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IMS 1.1 Giới thiệu phân hệ đa phương tiện IMS 1.2 Mơ hình kiến trúc IMS 1.3 Các thành phần chức 1.3.1 Thực thể chức điều khiển phiên gọi (CSCF) 1.3.2 Cơ sở liệu HSS/HLR 1.3.3 Máy chủ ứng dụng (AS) 1.3.4 Thực thể chức quản lý tài nguyên phương tiện MRF 1.3.5 Thực thể chức điều khiển cổng phương tiện (MGCF) 1.3.6 Thực thể chức điều khiển cổng (BGCF) 1.4 Các giao thức IMS 1.4.1 Giao thức khởi động phiên 1.4.2 Giao thức mô tả phiên 1.4.3 Các giao thức báo hiệu khác 1.4.3.a Giao thức Diameter 1.4.3.b Giao thức COPS 10 1.4.3.c Nén báo hiệu IMS 10 1.5 Kết luận chương 11 CHƯƠNG 2: Tổng quan tiêu chuẩn VoLTE 12 2.1 LTE 12 2.1.1 Định nghĩa LTE 12 2.1.2 Kiến trúc LTE 12 2.2 VoLTE 14 2.2.1 Định nghĩa VoLTE 14 2.2.2 IMS VoLTE 15 2.2.2.a Vai trò IMS VoLTE 15 2.2.2.b Ứng dụng IMS VoLTE 17 2.2.3 Lợi ích VoLTE 21 Nhóm 16 ii Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS 2.2.4 Các yêu cầu đặt VoLTE 22 2.2.4.a Thông số kỹ thuật 22 2.2.4.b Chất lượng giọng nói 22 2.2.4.c Thủ tục đăng ký 23 2.3 Kết luận chương 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Truy nhập với IMS Hình 2: Kiến trúc phân lớp phân hệ IMS Hình 3: Cấu trúc header Diameter 10 Hình 4: COPS header 10 Hình 5: Kiến trúc SigComp 11 Hình 6: Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN 13 Hình 7: Thoại qua LTE (VoLTE) 15 Hình 8: Kiến trúc hệ thống cho di động VoLTE chuyển vùng 17 Hình 9: Kiến trúc kiểm sốt biên giới IMS 18 Hình 10: Kiến trúc cổng phương tiện IMS 18 Hình 11: Kiến trúc chức tài nguyên đa phương tiện IMS 19 Hình 12: Kiến trúc bảo mật IMS 20 Hình 13: Tổng quan thủ tục đăng ký VoLTE 23 Hình 14: Ví dụ yêu cầu Đăng ký VoLTE 24 Nhóm 16 iii Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt AAA Authentication Authorization Accounting Nhận thực trao quyền toán AKA Authentication and Key Agreement Nhận thực đồng thuận khoá AS Application Server Máy chủ ứng dụng AF App Function Chức ứng dụng API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng AVP Attribute Value Pair Cặp giá trị thuộc tính AUC Authentication Center Trung tâm xác thực APN Access Point Name Tên điểm truy cập AAC-ELD Advanced Audio Coding Enhanced Low Delay Mã hóa âm nâng cao Tăng cường độ trễ thấp AMR-WB AMR-NB Adaptive Multirate Codec Bộ giải mã đa tốc độ thích ứng BGCF Breakout Gateway Control Function Chức kiểm soát cổng đột phá CCF Communhcations Control Field Trường kiểm soát giao tiếp CAMEL Customized Applications for Mobile networks Enhanced Logic Ứng dụng tùy chỉnh cho mạng di động Logic nâng cao CRF Connection-Related Function Chức liên quan đến kết nối CSCF Call Session Control Function Chức kiểm soát phiên gọi CS Service center Trung tâm dịch vụ COPS Common Open Policy Servic Giao thức dịch vụ sách mở chung DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao kỹ thuật số DoS/DDoS Distributed Denial of Service Tấn công từ chối dịch vụ phân tán DNS Hệ thống phân giải tên miền Nhóm 16 Domain Name System iiii Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS E.164 The international public telecommunication numbering plan Kế hoạch đánh số viễn thông công cộng quốc tế ESP Encapsulated Security Payload Tải tin bảo mật đóng gói UTRAN UMTS Terestrial Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS EPC Evolved Packet Core Mạng lõi EPS Evolved Packet System Hệ thống gói phát triển EVS Enhanced Voice Services Dịch vụ thoại nâng cao GMS Global Message Services Dịch vụ tin nhắn toàn cầu GMSA Gateway Mobile Switching Centrer Chuyển mạch di động GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói chung HLR Home Location Register Bộ đăng ký thuê bao nhà HSDPA High-Speed Downlink Packet Access Truy cập gói đường xuống tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy cập gói đường lên tốc độ cao HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức chuyển giao siêu văn HSS Home Subscription Server Máy chủ đăng ký gia đình H.248 Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng IIS Internet Information Services Dịch vụ thông tin Internet IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng kỹ thuật Internet ISUP ISDN User Part Phần người dùng ISDN IPv4/IPv6 Internet Protocol version Internet Protocol version Phiên thứ trình phát triển giao thức Internet IM-SSF IP Multimedia – Service Switching Function Đa phương tiện IP – Chức chuyển đổi dịch vụ MGW Media Gateway Cổng phương tiện IPX IP Exchange Trao đổi IP Nhóm 16 v Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS IBCF Internetconnection Border Control Function Chức kiểm soát biên giới kết nối Internet IPSec Internet Protocol Security Bảo mật Internet IoT Internet of Things Mạng kết nối thiết bị qua cảm biến IMSI IP Multimedia Services Identity Module Mô-đun nhận dạng dịch vụ đa phương tiện IP IM-MGW IP Multimedia – Media Getway Cổng đa phương tiện IP ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp LAN Local Area Network Mạng nội hạt LTE Long Term Evolution Công nghệ di động hệ thứ MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MRF Multimedia Resource Function Tài nguyên đa phương tiện MRFC Multimedia Resource Function Controller Bộ điều khiển đa phương tiện MRB Multimedia Resource Broker Nhà môi giới tài nguyên đa phương tiện MMD Multimedia Domain Miền đa phương tiện MRFP Multimedia Resource Function Processor Bộ xử lý tài nguyên đa phương tiện MGCF Media Gateway Control Function Chức điều khiển cổng đa phương tiện MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động NNI Network Management Centre Trung tâm quản lý mạng OSA Open Service Access Mở quyền truy cập dịch vụ OCS Online charging system Hệ thống tính phí trực tuyến OMA Open Mobile Alliance Mở liên kết di động PoC Push-to-Talk over Cellular Nhấn để nói chuyện qua mạng di động PDF Policy Definition Function Chính sách xác định chức PCRF Policy Charging Rules Function Chức tính phí sách Nhóm 16 vi Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PDP Policy Decision Point Điểm định sách PEP Policy Implementation Point Điểm thực thi sách P-GW Packet Getway Cổng liệu gói PDN Public Data Network Mạng liệu công cộng QCI Quality of Service Class Identifier Số phân định loại chất lượng dịch vụ RADIUS Remote Authentication Dial-In User Service Dịch vụ người dùng quay số xác thực từ xa RFC Request for Comments Đề nghị duyệt thảo bình luận SS7 Signalling System No Hệ thống báo hiệu số SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức truyền tải điều khiển luồng SLF Subscriber Location Function Vị trí người đăng ký SGW Signalling Gateway Cổng tín hiệu SEG Segment Bộ phận SDP Sessinon Description Protocol Giao thức mơ tả phiên SBLP Service-Based Local Policy Chính sách địa phương dựa dịch vụ SAE GW System Architecture Evolution Getway Kiến trúc hệ thống phát triển TISPAN Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networks Các giao thức dịch vụ viễn thông Internet cho mạng nâng cao TCAP Transaction Capabilities Application Part Ứng dụng khả giao dịch TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải THIG Topology Hiding Inter-working Gateway Cấu trúc liên kết ẩn cổng liên kết làm việc TS 24.229 Technical specification 24.229 Thông số kĩ thuật 24.229 Nhóm 16 vii Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TSL Transport Layer Security Bảo mật tầng vận tải TrGW Transition Gateway Cổng chuyển tiếp UE User Equipment Thiết bị người dùng URI Uniform Resource Identifier Mã định danh tài nguyên thống UDP User Datagram Protocol Giao thức liệu người dùng UDVM Universal Decompressor Virtual Machine Thiết bị ảo giải nén tổng thể UNI User Network Interface Giao diện mạng người dùng USIM Subscriber identification module Module nhận dạng thuê bao UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu VoLTE Voice Over LTE Dịch vụ thoại chất lượng cao mạng di động thông qua LTE Wi-Fi Wireless Fidelity Hệ thống truy cập internet không dây WLAN Wireless local area network Mạng cục không dây WebRTC Web Real-Time Communication Giao tiếp thời gian thực web 3G Third-generation technology Công nghệ truyền thông hệ thứ ba 3GPP The 3rd Generation Partnership Project Dự án Hợp tác Thế hệ Nhóm 16 viii Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS CHƯƠNG 1: PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IMS 1.1 Giới thiệu phân hệ đa phương tiện IMS Được thiết kế để quản lý phân phối dịch vụ đa phương tiện theo thời gian thực qua tên miền chuyển mạch gói 3G IMS lần định nghĩa 3GPP, bị đóng băng vào năm 2002 Các thơng số kỹ thuật thu hút nhiều quan tâm, sau tăng cường để hỗ trợ công nghệ truy cập khác mạng cục không dây mạng cố định dựa đường dây thuê bao kỹ thuật số (DSL) công nghệ cáp IMS định hình phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3G.IP, thành lập năm 1999 Kiến trúc ban đầu IMS xây dựng bởi 3G.IP sau chuẩn hóa bởi 3GPP phiên công bố tháng năm 2003 Trong phiên này, mục đích IMS tạo thuận lợi cho việc phát triển triển khai dịch vụ mạng thông tin di động Tiếp đến, tổ chức chuẩn hóa 3GPP2 xây dựng hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) nhằm hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện mạng CDMA2000 dựa 3GPP IMS Trong phiên 3GPP IMS, với khuynh hướng tích hợp mạng tế bào mạng WLAN, mạng truy nhập WLAN đưa vào mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập tế bào Đa phần giao thức sử dụng IMS chuẩn hóa bởi IETF, điển hình giao thức tạo phiên SIP Rất nhiều phát triển cải tiến SIP để hỗ trợ chức theo yêu cầu hệ thống IMS đề nghị chuẩn hóa bởi IETF SIP hỗ trợ tính cước, bảo mật v.v Bên cạnh IETF TISPAN, tổ chức chuẩn hóa khác mà 3GPP hợp tác chặt chẽ việc phát triển IMS Liên minh di động mở OMA nhằm phát triển dịch vụ IMS Một dịch vụ OMA phát triển đẩy để nói chuyện qua mạng di động (PoC) hay OMA nhắn tin tức đơn giản Lợi ích IMS IMS khơng đơn tảng dịch vụ mà kiến trúc mạng dùng để thao tác, quản lý điểu khiển dịch vụ đa phương tiện đến người dùng cố định di động IMS định nghĩa lớp quản lý dịch vụ chung cho tất loại hình dịch vụ đa phương tiện, độc lập với loại hình mạng truy nhập mà người dùng kết nối IMS xây dựng mạng lõi IP cho phép nhiều mạng truy nhập khác, bao gồm mạng di động lẫn mạng cố định, kết nối với thông qua lớp dịch vụ chung để cung cấp gói dịch vụ hội tụ Một mục đích IMS giúp cho việc quản lý mạng trở nên dễ dàng cách tách biệt chức điều khiển chức vận tải thông tin Một cách cụ thể, IMS mạng phủ, phân phối dịch vụ hạ tầng chuyển nối gói IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối gói Nhóm 16 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS CHƯƠNG 2: Tổng quan tiêu chuẩn VoLTE 2.1 LTE 2.1.1 Định nghĩa LTE Các công nghệ thông tin di động chia thành ba hệ: thứ nhất, thứ hai, thứ ba thứ tư viết tắt 1G, 2G, 3G 4G LTE đường tiến tới 4G LTE tồn giai đoạn đầu 4G, IMT-Advanced 3GPP bắt đầu hướng đến IMT-Advance tên LTE-Advanced LTE xem thệ thứ tư, hệ tương lai chuẩn UMTS 3GPP phát triển Năm 2008, phiên phát hành cuối 3GPP 8, mang lại nhiều cải tiến HSDPA HSUPA, xem phát hành LTE 3GPP phiên tập trung vào mở rộng LTE Mục tiêu LTE cung cấp dịch vụ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, gói liệu tối ưu, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông cách linh hoạt triển khai Đồng thời kiến trúc mạng thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ, thời gian trễ tối thiểu Ta tóm lược đặc điểm LTE phiên sau: ▪ Tăng tốc độ truyền liệu ▪ Đảm bảo hiệu suất di chuyển ▪ Giảm độ trễ mặt phẳng người sử dụng mặt phẳng điều khiển ▪ Khơng cịn chuyển mạch kênh ▪ Độ phủ sóng từ 5-100km 2.1.2 Kiến trúc LTE Kiến trúc mạng LTE thiết kế với mục tiêu hỗ trợ hồn tồn chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ cao độ trễ tối thiểu Với thiết kế phẳng hơn, đơn giản hơn, với nút cụ thể nút B (eNodeB) phần tử quản lý di động (MME/GW) Phần điều khiển mạng vô tuyến RNC loại bỏ khỏi đường liệu chức thực eNodeB Hình mô tả kiến trúc thành phần mạng LTE có E-UTRAN Kiến trúc mạng chia làm phần chính: thiết bị người sử dụng (User Equipment); mạng truy cập vô tuyến E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Access Network); mạng lõi gói phát triển EPC (Evolved Packet Core); mạng UE, E-UTRAN EPC đại diện cho giao thức mạng IP ở lớp kết nối Chúng gọi hệ thống gói phát triển (EPS) Chức lớp cung cấp kết nối dựa tảng IP, tất nút chuyển mạch giao diện nhìn thấy kiến trúc 3GPP trước khơng có mặt E-UTRAN EPC Nhóm 16 12 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Hình 6: Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN Sự phát triển R-UTRAN tập trung vào nút B phát triển (eNodeB) Tất chức vô tuyến kết thúc ở đó, tức eNodeB điểm kết thúc cho tất giao thức vô tuyến có liên quan E-UTRAN đơn giản mạng lưới eNodeB kết nối với thông qua giao diện X2 Các eNodeB kết nối trực tiếp với mạng lõi EPC thông qua giao diện S1 Mỗi eNodeB hỗ trợ tính liên quan đến trình lớp vật lý truyền phát nhận thơng qua giao diện vô tuyến như: điều chế, giải điều chế; mã hóa kênh giải mã hóa Ngồi eNodeB cịn có tính bổ xung thay cho kiếm soát trạm gốc mạng UTRAN trước Ví dụ như: kiểm sốt tài ngun vơ tuyến, quản lý tính di động vơ tuyến, giao thức lớp giao diện vô tuyến v.v Một thay đổi lớn kiến trúc mạng LTE khu vực mạng lõi EPC không chứa chuyển mạch kênh, khơng có kết nối trực tiếp với mạng chuyển mạch truyền thống ISDN hay PSTN Mạng lõi EPC bao gồm thực thể chức như: thực thể quản lý di động MME (Mobility Management Entity), máy chủ thuê bao lân cận HSS, cổng dịch vụ SGW, cổng liệu gói P-GW, chức tính tốn chi phí sách dịch vụ PCRF MME chịu trách nhiệm tính mặt phẳng kiểm soát, liên quan tới việc quản lý thuê bao phiên truyền dẫn Nó hỗ trợ phương thức bảo mật liên quan tới việc xác minh người sử dụng; xử lý phiên truyền dẫn thiết bị Nhóm 16 13 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS đầu cuối mạng truy cập; quản lý thiết bị rảnh rỗi HSS kết hợp HLR (Home Location Register) AUC, khối chức xuất mạng 2G/GSM 3G/UMTS Phần HLR HSS có nhiệm vụ lưu trữ cập nhật cần thiết sở liệu chứa tất thông tin đăng ký người sử dụng, bao gồm: thông tin nhận dạng người sử dụng địa chỉ, thông tin chi tiết người sử dụng (trạng thái hoạt động, chất lượng gói dịch vụ v.v.) Phần AUC HSS có nhiệm vụ tạo ta thơng tin bảo mật từ chuỗi nhận dạng người sử dụng Thông tin bảo mật cung cấp cho HLR xa thông tin đến thực thể khác mạng Thông tin bảo mật sử dụng chủ yếu cho: việc xác minh qua lại thiết bị mạng, mã hóa đường truyền dẫn vơ tuyến, đảm bảo liệu tín hiệu báo hiệu truyền mạng thiết bị người sử dụng không bị nghe trộm hay xâm nhập Phần tử SAE GW kết hợp cổng dịch vụ (S-GW) cổng mạng liệu gói (P-GW) Cổng dịch vụ S-GW điểm đầu cuối giao diện liệu gói hướng đến mạng truy cập E-UTRAN Khi thiết bị người sử dụng di chuyển eNodeB mạng truy cập E-UTRAN, S-GW đóng vai trị điểm trung chuyển (chuyển giao) Nó điểm trung chuyển mạng truy cập E-UTRAN với mạng truy cập cũ 2G/GSM, 3G/UMTS Cũng giống S-GW, P-GW điểm đầu cuối giao diện liệu gói hướng tới mạng liệu gói bên ngồi (Packet Data Networks) P-GW hỗ trợ tính sách dịch vụ lọc gói liệu hỗ trợ tính phí v.v Máy chủ PCRF quản lý sách dịch vụ gửi thơng tin chất lượng dịch vụ cho phiên người sử dụng thơng tin quy tắc tính toán PCRF kết hợp nút chức PDF (The Policy Decision Function) CRF (The Charging Rules Function) PDF thực thể mạng có nhiệm vụ đưa sách dịch vụ Vai trị CRF cung cấp quy tắc tính phí áp dụng cho dòng liệu phục vụ CRF chọn lựa quy tắc tính phí xác dựa thông tin cung cấp từ PCSCF, nhận dạng ứng dụng, loại dịng tín hiệu (audio, video v.v.), tốc độ liệu v.v Thiết bị người sử dụng thường thiết bị cầm tay điện thoại thơng minh, laptop, máy tính bảng, hay thẻ liệu người sử dụng mạng 2G, 3G v.v 2.2 VoLTE 2.2.1 Định nghĩa VoLTE VoLTE tên viết tắt Voice Over LTE hay cịn có tên gọi khác HD Call, Voice HD v.v dịch vụ thoại chất lượng cao mạng di động sử dụng mạng Nhóm 16 14 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS 4G VoLTE cho phép dịch vụ gọi điện liệu thực mạng 4G, nghĩa bạn sử dụng Internet thực gọi (Hình 7) VoLTE dựa khung kiến trúc IMS, với cấu hình cụ thể cho mặt phẳng điều khiển phương tiện dịch vụ thoại Điều tạo điều kiện thuận lợi cho VoLTE dịch vụ băng thông rộng không dây LTE GSMA xác định PRD IR.92 Cách tiếp cận dẫn đến dịch vụ thoại (mặt phẳng điều khiển phương tiện) phân phối dạng luồng liệu bên vùng mang liệu LTE, không phụ thuộc vào (hoặc cuối cùng, yêu cầu) mạng thoại chuyển mạch kênh nằm đường dẫn gọi Tính đến tháng năm 2019, có 253 nhà khai thác đầu tư vào VoLTE ở 113 quốc gia toàn cầu, có 184 nhà khai thác với dịch vụ thoại VoLTE-HD triển khai thương mại 87 quốc gia, tăng từ 137 nhà khai thác ở 65 quốc gia 12 tháng trước đó, theo liệu từ GMSA Đến tháng năm 2019, số tăng lên 262 nhà khai thác đầu tư vào VoLTE ở 120 quốc gia 194 nhà khai thác với việc mắt dịch vụ thoại VoLTE-HD ở 91 quốc gia Hình 7: Thoại qua LTE (VoLTE) 2.2.2 IMS VoLTE 2.2.2.a Vai trò IMS VoLTE IMS khơng phải phần LTE: thay vào mạng riêng biệt có mối quan hệ với LTE giống Internet Vì LTE gọi thoại quan trọng IMS minh họa số khía cạnh hoạt động LTE Việc cung cấp gọi thoại qua LTE IMS thường gọi Thoại qua LTE (VoLTE) Hình cho thấy mối quan hệ LTE hệ thống đa phương tiện IP, cho Nhóm 16 15 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS kịch chuyển vùng tuân thủ thông số kỹ thuật VoLTE Nếu điện thoại di động chuyển vùng, đến IMS thơng qua cổng PDN mạng truy cập Điều cho phép người dùng thực gọi điện thoại nội hạt mà không cần phương tiện truyền thông quay trở lại mạng gia đình, theo kỹ thuật gọi định tuyến tối ưu Proxy CSCF nằm mạng truy cập, cho phép mạng hiển thị báo hiệu IMS Để đảm bảo điện thoại di động truy cập IMS chuyển vùng, thông số kỹ thuật VoLTE nhấn mạnh nhà khai thác mạng nên tham khảo IMS cách sử dụng tên điểm truy cập IMS tiếng, IMS Nếu nhà khai thác mạng truy cập chưa triển khai IMS, điện thoại di động tiếp cận CSCF proxy IMS gia đình cách sử dụng cổng PDN lõi gói phát triển mạng gia đình Kiến trúc khơng tn thủ thông số kỹ thuật VoLTE sử dụng cho gọi thoại, sử dụng cho dịch vụ IMS khác SMS Lõi gói phát triển khơng hiểu thông điệp báo hiệu SIP truyền thiết bị di động IMS, vận chuyển chúng vùng người dùng LTE thông qua mang EPS mặc định với báo chất lượng lớp dịch vụ (QCI) Bộ mang thiết lập trước điện thoại di động đăng ký với IMS bị phá bỏ sau hủy đăng ký Lõi gói phát triển vận chuyển lưu lượng thoại thiết bị di động cách sử dụng mang EPS chuyên dụng với QCI 1, thiết lập ở đầu gọi xé nhỏ ở cuối Các thông số kỹ thuật VoLTE giả định thiết bị di động hỗ trợ người mang vậy, mạng gói nhiều luồng giọng nói vào người mang cung cấp cho chúng ưu tiên phân bổ lưu giữ Cuối cùng, EPC xử lý luồng không theo thời gian thực, chẳng hạn tệp ảnh, sử dụng mang EPS chuyên dụng với QCI Người dùng thao tác liệu máy chủ ứng dụng họ thông qua tên điểm truy cập chung kiểm soát bởi nhà khai thác mạng gia đình Do đó, giao diện Ut di chuyển qua cổng PDN mạng gia đình, thường sử dụng cổng với cổng sử dụng để truy cập Internet nhà Điện thoại di động có hai địa IP: cho Internet cho IMS Các mạng khác trao đổi lưu lượng thoại cách sử dụng trao đổi gói IP (IPX), phiên nâng cao trao đổi chuyển vùng GPRS (GRX) đảm bảo chất lượng dịch vụ luồng phương tiện Bằng cách vận chuyển phương tiện thoại sử dụng mang LTE chuyên dụng IPX, IMS đảm bảo chất lượng dịch vụ đầu cuối mà người dùng nhận Nhóm 16 16 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Tín hiệu LTE Lưu lượng LTE & báo hiệu IMS XCAP (Mang mặc định thông qua APN chung, QCI 8/9) Lưu lượng LTE & IMS XCAP báo hiệu (Mang default thông qua APN chung, QCI 8/9) Lưu lượng IMS VoIP (Máy mang chuyên dụng thơng qua IMS APN, QCI 1) Hình 8: Kiến trúc hệ thống cho di động VoLTE chuyển vùng 2.2.2.b Ứng dụng IMS VoLTE Chức Kiểm soát Biên IMS chứa số thành phần mà chưa giới thiệu, chức kiểm sốt biên giới thể hình Chức kiểm soát biên giới kết nối (IBCF) điểm tiếp xúc cho giao tiếp báo hiệu SIP với mạng khác, đó, trường hợp tín hiệu đến, nằm CSCF thẩm vấn giới bên Cổng chuyển tiếp (TrGW) điều khiển bởi IBCF đầu mối liên hệ với phương tiện IMS Nếu mạng hệ thống đa phương tiện IP khác, việc truyền thơng diễn giao diện mạng-mạng liên IMS (II-NNI) Một vai trò thiết bị trợ giúp định tuyến phương tiện Bằng cách bao gồm IBCF đường dẫn báo hiệu TrGW đường dẫn lưu lượng, hệ thống đa phương tiện IP buộc lưu lượng thoại người dùng di chuyển qua IMS truy cập, IMS gia đình hai Lựa chọn hữu ích cho người dùng chuyển vùng, cho phép IMS truy cập xem lưu lượng truy cập người dùng đảm bảo lưu lượng truy cập quay trở lại IMS gia đình Các vai Nhóm 16 17 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS trò khác bao gồm sàng lọc tin SIP, chuyển mã liên kết mạng sử dụng IP phiên Hình 9: Kiến trúc kiểm soát biên giới IMS Các chức Media Gateway Ngồi giao tiếp với mạng IP khác, hệ thống đa phương tiện IP giao tiếp với mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) với mạch chuyển miền nhà khai thác mạng 2G / 3G Hình 10 cho thấy thiết bị sử dụng Hình 10: Kiến trúc cổng phương tiện IMS Nhóm 16 18 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Cổng phương tiện IMS (IM-MGW) giao diện mặt phẳng người dùng IMS mạng chuyển mạch kênh bên xử lý tác vụ chuyển mã Nó có chức tương tự cổng phương tiện chuyển mạch kênh 2G / 3G (CS-MGW), thiết bị logic khác phần mạng khác IM-MGW điều khiển bởi chức điều khiển cổng đa phương tiện (MGCF), chức dịch tin báo hiệu tin sử dụng bởi IMS tin sử dụng để chuyển mạch kênh Chức điều khiển cổng đột phá (BGCF) xác định bước để định tuyến tin báo hiệu dành cho mạng chuyển mạch kênh Nó làm điều cách chọn MGCF phù hợp mạng cách ủy quyền lựa chọn cho BGCF khác Lựa chọn cuối hữu ích người dùng chuyển vùng, cho phép BGCF mạng gia đình yêu cầu MGCF mạng truy cập, để lưu lượng mạng điện thoại cơng cộng ở Chức tài ngun đa phương tiện Hai thiết bị cuối xử lý liên lạc một-một Tuy nhiên, IMS hoạt động nguồn điểm trộn cho luồng đa phương tiện IP, sử dụng thiết bị thể Hình 11 Bộ xử lý chức tài nguyên đa phương tiện (MRFP) quản lý bình diện người dùng gọi hội nghị cách trộn luồng phương tiện, phát lại âm báo thơng báo, chuyển mã Nó điều khiển bởi điều khiển chức tài nguyên đa phương tiện (MRFC) với nhau, hai thiết bị bao gồm chức tài nguyên đa phương tiện (MRF) Nhà môi giới tài nguyên phương tiện (MRB) chọn chức tài nguyên đa phương tiện xử lý luồng phương tiện cụ thể, sử dụng yêu cầu ứng dụng khả thiết bị Hình 11: Kiến trúc chức tài nguyên đa phương tiện IMS Nhóm 16 19 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Kiến trúc bảo mật Hình 12 cho thấy kiến trúc bảo mật VoLTE IMS sử dụng chế bảo mật tương tự LTE, hai kiến trúc hoàn toàn độc lập Điều cho phép di động để tiếp cận IMS qua mạng truy cập khơng an tồn mạng LAN không dây dựa vào chế bảo mật IMS Trong trường hợp bảo mật truy cập mạng, IMS sử dụng lại quy trình xác thực thỏa thuận khóa từ UMTS Điểm khác biệt khóa CK IK sử dụng trực tiếp để tạo mật mã bảo vệ tính tồn vẹn thay điểm khởi đầu cho hệ thống phân cấp khóa bổ sung Quy trình dựa khóa dành riêng cho người dùng, K, lưu trữ máy chủ thuê bao gia đình phân phối an toàn cho người dùng ISIM, khóa khác với khóa LTE USIM Trong trình xác thực thủ tục thỏa thuận khóa, CSCF phục vụ chuyển giá trị CK IK đến CSCF ủy nhiệm Sau proxy CSCF thiết lập liên kết bảo mật với điện thoại di động, để áp dụng mật mã tùy chọn bảo vệ toàn vẹn bắt buộc cho tin báo hiệu SIP mà hai thiết bị trao đổi Các thủ tục thực cách sử dụng Bảo mật Giao thức Internet (IPSec) Đóng gói Tải trọng Bảo mật (ESP) chế độ truyền tải Bảo mật miền mạng IMS giống với bảo mật miền mạng lõi gói phát triển Trước tiên, hai miền bảo mật xác thực lẫn thiết lập xác thực bảo mật Internet Key Exchange phiên 2, sau sử dụng ESP ở chế độ đường hầm để bảo mật thông tin mà chúng trao đổi Bản thân IMS không bảo mật lưu lượng máy bay người dùng, hai thiết bị thỏa thuận bảo mật lớp ứng dụng đầu cuối trình thiết lập gọi Hình 12: Kiến trúc bảo mật IMS Nhóm 16 20 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Kiến trúc sạc Hệ thống đa phương tiện IP sử dụng kiến trúc để sạc toán LTE Bất kỳ phần tử mạng IMS gửi ghi liệu sạc tới hệ thống nạp điện ngoại tuyến, CSCF phục vụ, máy chủ ứng dụng điều khiển chức tài nguyên đa phương tiện giao tiếp với hệ thống sạc trực tuyến Do đó, hệ thống tính phí nhận tất thơng tin mà cần để lập hóa đơn cho người dùng, IMS nhà khơng có khả hiển thị trực tiếp lưu lượng truy cập người dùng 2.2.3 Lợi ích VoLTE Theo nhà mạng, gọi tiêu chuẩn (Standard Call) trước sử dụng dải tần âm hẹp (narow band) ở mức 300Hz - 3.4kHz Song với VoLTE, dải tần âm mở rộng (wide band) lên đến 50Hz - 7kHz, nâng tầm gọi lên độ phân giải cao (HD Voice Call) Băng tần VoLTE không lớn gấp đôi gọi xưa cũ, mà gần gũi với dải tần 80Hz - 14KHz giọng nói người (Human Voice) Do đó, gọi VoLTE bắt âm cao, âm trầm, lẫn âm sắc người nói Cuộc trị chuyện qua smartphone nghe to, rõ, trẻo tự nhiên hơn, thể người ở đầu dây bên ngồi bên cạnh bạn Mở rộng gọi thoại đến nhiều thiết bị • Đổi bảo mật doanh thu bổ sung với dịch vụ nhắm mục tiêu sử dụng chức gọi điện video, đa thiết bị với chuyển gọi thiết bị riêng bạn, số số điện thoại, v.v • Có phạm vi tiếp cận lớn dịch vụ qua LTE Wi-Fi Trải nghiệm gọi tốt • VoLTE cho phép đồng thời lướt liệu LTE gọi thoại (tức khơng dự phịng vùng phủ sóng 2G 3G thực gọi thoại) • Thời gian thiết lập gọi nhanh so với mạng 2G / 3G (khoảng 1,5 giây LTE so với khoảng 3,5-5 giây 2G / 3G) cho phép khả dụng nhanh dịch vụ bổ sung • Chất lượng giọng nói cải thiện với codec cho giọng nói HD (AMRWB) mặc định điện thoại thông minh hỗ trợ LTE / VoLTE • Cơng nghệ codec thoại hệ tiếp theo, HD voice + (chuẩn hóa 3GPP, Evolved Voice Service (EVS)) cung cấp cho người dùng chất lượng thoại chí cịn tốt HD voice HD voice + cung cấp chất lượng thoại tốt đáng kể toàn ô LTE, tức tất cách rìa • Bật tính gọi qua Wi-Fi để cải thiện vùng phủ sóng thoại nhà Chuyển giao giọng nói liền mạch LTE Wi-Fi Nhóm 16 21 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Giải phân khúc dịch vụ truyền thông doanh nghiệp doanh nghiệp chưa khai thác • Sử dụng trình quay số gốc với gọi thoại chất lượng cao xây dựng VoLTE (Chất lượng dịch vụ), kết hợp với khả cộng tác doanh nghiệp doanh nghiệp dành cho người dùng doanh nghiệp • Thêm vào dịch vụ truyền thông hợp với khả cộng tác doanh nghiệp mạng VoLTE • Thêm vào dịch vụ giao tiếp cộng tác dành cho doanh nghiệp nhỏ (kết hợp VoLTE WebRTC) • Bật giọng nói qua IoT cho ứng dụng khác người tiêu dùng với doanh nghiệp doanh nghiệp với doanh nghiệp 2.2.4 Các yêu cầu đặt VoLTE 2.2.4.a Thông số kỹ thuật VoLTE phù hợp với thông số kỹ thuật 3GPP việc lập hồ sơ bổ sung xác định Tài liệu Tham chiếu Thường trực GSMA GSMA PRD IR.92 xác định UNI cho IMS thoại SMS Nó xác định cấu hình xác định tập hợp tính bắt buộc tối thiểu xác định thông số kỹ thuật 3GPP mà thiết bị không dây (UE) mạng bắt buộc phải triển khai để đảm bảo dịch vụ điện thoại dựa IMS chất lượng cao, tương tác qua LTE NNI cho VoLTE định nghĩa Hướng dẫn chuyển vùng & kết nối IMS GSMA PRD IR.65 Chuyển vùng VoLTE định nghĩa Nguyên tắc chuyển vùng LTE GSMA PRD IR.88 2.2.4.b Chất lượng giọng nói Để đảm bảo tính tương thích, 3GPP yêu cầu codec AMR -NB (băng tần hẹp), codec giọng nói khuyến nghị cho VoLTE băng thơng rộng thích ứng đa tốc độ (AMR-WB), cịn gọi HD Voice sau chương trình chứng nhận GSMA Bộ giải mã yêu cầu mạng 3GPP hỗ trợ lấy mẫu 16 kHz Ngoài ra, nhiều nhà cung cấp dịch vụ thiết bị hỗ trợ dịch vụ thoại nâng cao (EVS) Đây codec siêu dải tần (50–14.000 Hz) toàn dải (20–20.000 Hz) tương thích ngược với AMR-WB Codec cịn biết đến nhãn hiệu HD Voice +, sau chương trình chứng nhận GSMA GSMA đề xuất bắt buộc EVS giống AMR-WB (Cả nhà cung cấp dịch vụ hai thiết bị gọi điện phải hỗ trợ codec để sử dụng) Hiệp hội Fraunhofer IIS trước chứng minh việc triển khai codec AACELD VoLTE mà họ gọi "Full-HD Voice" Nó không đạt trạng thái tiêu chuẩn áp dụng giới thực Kể từ đó, họ sử dụng lại thuật ngữ "Full-HD Voice" cho EVS ở chế độ fullband Nhóm 16 22 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS 2.2.4.c Thủ tục đăng ký Thủ tục đăng ký VoLTE thiết lập thông tin liên lạc báo hiệu SIP điện thoại di động CSCF phục vụ hệ thống đa phương tiện IP Trong trình này, điện thoại di động gửi địa IP danh tính riêng tư tới CSCF phục vụ, đồng thời trích dẫn danh tính cơng khai CSCF phục vụ liên hệ với máy chủ th bao gia đình, truy xuất danh tính công khai khác từ tập đăng ký ngầm định tương ứng thiết lập ánh xạ trường Sau đó, người dùng nhận gọi đến hướng đến danh tính cơng khai thực gọi Có bốn giai đoạn, tóm tắt hình 13 Trong giai đoạn đầu tiên, điện thoại di động gắn vào lõi gói phát triển thiết lập kết nối thông qua mang EPS mặc định đến Tên điểm truy cập tiếng IMS, quy trình đính kèm sau Sau đó, thiết bị di động tự đăng ký với CSCF phân phối, thực đăng ký bên thứ ba với máy chủ ứng dụng thiết bị di động Cuối cùng, điện thoại di động đăng ký nhận thông báo tương lai trạng thái đăng ký để hỗ trợ khả hủy đăng ký mạng bắt đầu Bây thảo luận giai đoạn Hình 13: Tổng quan thủ tục đăng ký VoLTE Nếu liệu thuê bao xác định tên điểm truy cập IMS tên mặc định thiết bị di động khơng u cầu APN khác nó, MME kết nối điện thoại di động với IMS APN cách sử dụng Mạng EPS mặc định với QCI MME cung cấp cho điện thoại di động địa IP CSCF proxy phần Kích hoạt Yêu cầu bối cảnh mang EPS mặc định nó, để sử dụng quy trình đăng ký IMS Ngoài ra, MME cho thiết bị di động biết liệu có hỗ trợ gọi thoại IMS Nhóm 16 23 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS phần tin nhắn Đính kèm Chấp nhận hay khơng cho máy chủ thuê bao gia đình biết phần u cầu cập nhật vị trí (Các thông số kỹ thuật VoLTE cấm điện thoại di động yêu cầu rõ ràng tên điểm truy cập IMS q trình đính kèm, điều ngăn quy trình khơng thành cơng nhà khai thác mạng gia đình không hỗ trợ IMS) Nếu điện thoại di động chuyển vùng mạng gia đình mạng truy cập hỗ trợ IMS, cổng PDN proxy CSCF nằm mạng truy cập MME tuyên bố hỗ trợ thoại IMS Nếu mạng gia đình hỗ trợ IMS mạng truy cập khơng, cổng PDN proxy CSCF nằm mạng gia đình MME từ chối hỗ trợ thoại IMS Ở trạng thái sau này, điện thoại di động sử dụng IMS gia đình cho dịch vụ khác SMS thực gọi thoại IMS phản ứng cách sử dụng thủ tục lựa chọn miền truy cập mà thảo luận ở phần sau chương Nếu điện thoại di động kết nối với APN khác quy trình đính kèm, sau kết nối với IMS cách sử dụng quy trình thiết lập kết nối PDN Trong yêu cầu kết nối PDN, điện thoại di động định tên điểm truy cập IMS, yêu cầu mang phù hợp với tin báo hiệu SIP yêu cầu địa IP CSCF proxy MME thiết lập mang mặc định với QCI trả địa IP proxy CSCF, trước Điện thoại di động giao tiếp với hệ thống đa phương tiện IP, viết yêu cầu ĐĂNG KÝ SIP Hình 14 cho thấy nội dung yêu cầu điển hình Để giữ cho thảo luận ngắn gọn, không xem qua tất trường tiêu đề, mà thay vào tập trung vào lĩnh vực quan trọng Hình 14: Ví dụ u cầu Đăng ký VoLTE Nhóm 16 24 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Dòng cho biết yêu cầu SIP xác định máy chủ đăng ký mà yêu cầu gửi đến Tiêu đề From: xác định thiết bị gửi yêu cầu, tiêu đề To: chứa danh tính cơng khai mà người dùng muốn đăng ký Trong thông báo này, tiêu đề From: To: giống nhau, chúng khác trường hợp bên thứ ba đăng ký Điện thoại di động đọc danh tính cơng khai từ ISIM xác định máy chủ đăng ký tên miền nhà khai thác mạng gia đình Tiêu đề Liên hệ: chứa địa IP mà điện thoại di động nhận trình thiết lập kết nối PDN Nó cho biết hỗ trợ SMS sử dụng thẻ tính đa phương tiện [g.3gpp.smsip] cho dịch vụ điện thoại đa phương tiện sử dụng định danh dịch vụ truyền thông IMS [urn% 3Aurn-7% 3A3gppservice.ims.icsi.mmtel] Các trường [%3A] trông kỳ lạ trường thay cho ký tự dấu hai chấm mà định dạng thẻ tính phương tiện khơng hỗ trợ Tiêu đề nêu rõ danh tính thiết bị di động quốc tế thời gian hết hạn đăng ký, tính giây Trong số tiêu đề khác, tiêu đề Authorization: mang liệu xác thực, đặc biệt danh tính cá nhân mà thiết bị di động đăng ký, tiêu đề Security-Client: nêu thuật toán bảo mật mà thiết bị hỗ trợ Call-ID: danh tính cho hộp thoại, CSeq: xác định giao dịch hộp thoại Tiêu đề Via: khởi tạo địa IP thiết bị di động sử dụng sau để định tuyến phản hồi mạng trở lại thiết bị di động 2.3 Kết luận chương Chương trình bày khái quát LTE kiến trúc Nêu tương quan LTE VoLTE để từ xây dựng VoLTE Tìm hiểu kỹ vai trị IMS VoLTE, sâu vào chức IMS VoLTE kiến trúc bảo mật, kiến trúc sạc Quan trọng cho ta thấy lợi ích mà VoLTE đem lại, với yêu cầu đặt VoLTE thông số kỹ thuật, chất lượng yêu cầu thủ tục để đăng ký Nhóm 16 25 Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Christopher Cox, “An Introduction to LTE: LTE, LTE-Advanced, SAE, VoLTE and 4G Mobile Communications, 2nd Edition”, Page 371-412, John Wiley & Sons, Inc., 2014 Tiếng Việt [2] Hoàng Trọng Minh; Nguyễn Thanh Trà, “Báo hiệu điều khiển kết nối”, giảng, Trang 113-134, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Hà Nội, 2013 [3] Nguyễn Ngọc Cương, “Nghiên cứu, áp dụng phân hệ đa phương tiện IP mạng Viễn thông Việt Nam”, luận văn, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội; Trường Đại học Công nghệ; Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử; Mã số: 60 52 70; Năm bảo vệ: 2012 Nhóm 16 26 ... nghệ truyền thông hệ thứ ba 3GPP The 3rd Generation Partnership Project Dự án Hợp tác Thế hệ Nhóm 16 viii Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS CHƯƠNG 1: PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IMS. .. Tiểu luận Đề tài: VoLTE phân hệ đa phương tiện IMS Một yếu tố tạo nên tính ưu việt hệ thống IMS mục tiêu kết nối chế báo hiệu điều khiển Cụ thể thông qua hai giao thức báo hiệu SIP giao thức... điều khiển Bao gồm phần tử mạng báo hiệu CSCF, HSS, MGCF v.v để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phương tiện chức điều khiển truy nhập qua giao thức báo hiệu SIP, Diameter, H.248 Lớp điều