Kiến trúc mạng 3G và vai trò của IMS trong mạng 3G

I Mục đích nghiên cứu Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiên cứu và phát triển từ rất sớm, bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đang được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ Một xu hướng rõ nét trong lĩnh vực thông tin di động hiện nay là các nhà cung cấp dịch vụ ngoài việc mở rộng dung.

I Mục đích nghiên cứu Thơng tin liên lạc nhu cầu xã hội phát triển Để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày cao xã hội, thông tin di động nghiên cứu phát triển từ sớm, bắt đầu với hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ analog, mạng di động sử dụng công nghệ số ứng dụng rộng rãi phát triển vô mạnh mẽ Một xu hướng rõ nét lĩnh vực thông tin di động nhà cung cấp dịch vụ ngồi việc mở rộng dung lượng khai thác có việc áp dụng nghiên cứu xác định lộ trình phát triển cơng nghệ để tăng cường khả cung cấp đa dịch vụ tốt đến khách hàng ngày quan tâm nhiều Trong 3G - Hệ thống thông tin di động hệ giải pháp cơng nghệ tiên tiến nhà khai thác mạng triển khai Tại Việt Nam, trải qua hai thập kỷ phát triển, nước có nhà khai thác dịch vụ thông tin di động sử dụng công nghệ GSM CDMA Điều minh chứng cho cho phát triển không ngừng hạ tầng mạng thông tin di động nước xu thể hội nhập thể cạnh tranh khốc liệt lĩnh vực Do để có hạ tầng mạng thích hợp cung cấp dịch vụ IP/Internet, dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, dịch vụ gia tăng mới, dịch vụ hội tụ Di động-Cố định…, dịch vụ truyền tiếng nói dạng gói VoIP đủ điều kiện cho phép hạ giá thành cung cấp dịch vụ nhằm tăng tính cạnh tranh với doanh nghiệp viễn thơng khác bắt buộc cần phải có bước chuyển đổi, phát triển, nâng cấp hạ tầng mạng di động điều tất yếu cấp thiết Đề tài “Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G” đưa vấn đề nghiên cứu nói đến IMS, tảng cốt lõi hệ thống 3G II Hệ thông thông tin di động hệ thứ Hệ thống thông tin di động 3G phát triển theo nhánh cơng nghệ Hình 2-1 Q trình phát triển lên 3G nhánh cơng nghệ II.1 Hướng phát triển sử dụng công nghệ CDMA200 WCDMA tiêu chuẩn thông tin di động 3G IMT-2000 phát triển chủ yếu Châu Âu với mục đích cho phép mạng cung cấp khả chuyển vùng toàn cầu để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Các mạng WCDMA xây dựng dựa sở mạng GSM, tận dụng sở hạ tầng sẵn có nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua giai đoạn trung gian, tóm tắt sơ đồ sau đây: Hình 2-2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA - GPRS: GPRS cung cấp kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP X25, nhờ tăng cường đáng kể dịch vụ số liệu GSM Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM trình đơn giản Một phần khe giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói lập lịch trình trước số trạm di động Còn mạng lõi GSM tạo thành từ kết nối chuyển mạch kênh mở rộng cách thêm vào nút chuyển mạch số liệu Gateway mới, gọi GGSN SGSN GPRS giải pháp chuẩn hoá hồn tồn với giao diện mở rộng chuyển thẳng lên 3G cấu trúc mạng lõi - EDGE: Hệ thống 2,5G GSM EDGE EDGE áp dụng phương pháp điều chế 8PSK, điều làm tăng tốc độ GSM lên lần EDGE lý tưởng phát triển GSM, cần nâng cấp phần mềm trạm gốc Nếu EDGE kết hợp với GPRS gọi EGPRS Tốc độ tối đa EGPRS sử dụng khe thời gian 384kbps - WCDMA: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) công nghệ truy nhập vô tuyến phát triển mạnh Châu Âu Hệ thống hoạt động chế độ FDD & TDD dựa kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên băng tần 5MHz WCDMA hỗ trợ trọn vẹn dịch vụ chuyển mạch kênh chuyển mạch gói tốc độ cao đảm bảo hoạt động đồng thời dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động mức hiệu cao Hơn WCDMA hỗ trợ tốc độ số liệu khác nhau, dựa thủ tục điều chỉnh tốc độ 2.2 Hướng phát triển sử dụng công nghệ CDMA200 Hệ thống CDMA 2000 gồm số nhánh giai đoạn phát triển khác để hỗ trợ dịch vụ phụ tăng cường Nói chung CDMA 2000 cách tiếp cận đa sóng mang cho sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động chế độ FDD Nhưng công việc chuẩn hố tập trung vào giải pháp sóng mang đơn 1,25MHz (1x) với tốc độ chip gần giống IS-95 CDMA 2000 phát triển từ mạng IS-95 hệ thống thơng tin di động 2G, mơ tả trình phát triển hình vẽ sau: Hình 2-3 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 - IS-95B: IS-95B hay CDMA One coi công nghệ thông tin di động 2,5G thuộc nhánh phát triển CDMA 2000, tiêu chuẩn linh hoạt cho phép cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ lên đến 115Kbps - CDMA 2000 1xRTT: Giai đoạn đầu CDMA2000 gọi 1xRTT 1xEV-DO, thiết kế nhằm cải thiện dung lượng thoại IS-95B để hỗ trợ khả truyền số liệu tốc độ đỉnh lên tới 307,2Kbps Tuy nhiên, thiết bị đầu cuối thương mại 1x cho phép tốc độ số liệu đỉnh lên tới 153,6kbps -CDMA 2000 1xEV-DO: 1xEV-DO hình thành từ cơng nghệ HDR (High Data Rate) Qualcomm chấp nhận với tên tiêu chuẩn thông tin di động 3G vào tháng năm 2001 báo hiệu cho phát triển giải pháp đơn sóng mang truyền số liệu gói riêng biệt Nguyên lý hệ thống chia dịch vụ thoại dịch vụ số liệu tốc độ cao vào sóng mang khác 1xEV-DO xem mạng số liệu “xếp chồng”, yêu cầu sóng mang riêng Để tiến hành gọi vừa có thoại, vừa có số liệu cấu trúc “xếp chồng” cần có thiết bị hoạt động chế độ 1x 1xEV-DO - CDMA 2000 1xEV-DV: Trong cơng nghệ 1xEV-DO có dư thừa tài nguyên phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại tài nguyên dành cho số liệu Do CDG (nhóm phát triển CDMA) khởi đầu pha thứ ba CDMA 2000 đưa dịch vụ thoại số liệu quay dùng sóng mang 1,25MHz tiếp tục trì tương thích ngược với 1xRTT Tốc độ số liệu cực đại người sử dụng lên tới 3,1Mbps tương ứng với kích thước gói liệu 3.940 bit khoảng thời gian 1,25ms - CDMA 2000 3x(MC- CDMA ): CDMA 2000 3x hay 3xRTT đề cập đến lựa chọn đa sóng mang ban đầu cấu hình vơ tuyến CDMA 2000 gọi MCCDMA (Multi carrier) thuộc IMT-MC IMT-2000 Công nghệ liên quan đến việc sử dụng sóng mang 1x để tăng tốc độ số liệu thiết kế cho dải tần 5MHz (gồm kênh 1,25Mhz) Sự lựa chọn đa sóng mang áp dụng truyền dẫn đường xuống Đường lên trải phổ trực tiếp, giống WCDMA với tốc độ chip thấp 3,6864Mcps (3 lần 1,2288Mcps) 2.3 Nội dung chủ yếu phiên tiêu chuẩn 3GPP ETSI tổ chức tiêu chuẩn thông tin di động GSM năm 1980 1990 ETSI cịn xây dựng cấu trúc chuẩn hóa mạng GPRS Chuẩn cuối ETSI xây dựng năm 1998 3GPP thành lập năm 1998 tổ chức kết hợp tổ chức tiêu chuẩn hóa: châu Âu, Nhật, Nam Triều tiên, Mỹ Trung quốc Mục đích chuẩn hóa hệ thống thông tin di động 3G theo định hướng: - Phần truy nhập vô tuyến sử dụng WCDMA TD-CDMA; - Phần core: phát triển từ GSM, kế thừa những tiêu chuẩn ETSI SMG xây dựng Đến năm 2001, sau hoàn thành phiên 3GPP R99, 3GPP chia thành hai tổ chức: - 3GPP: xây dựng tiêu chuẩn phát triển mạng core, dịch vụ, cấu trúc hệ thống, truy cập radio WCDMA TD-CDMA; - ETSI SMG: phát triển truy nhập radio GSM EDGE Trong 3GPP xây dựng tiêu chuẩn sở năm Phiên 3GPP Release 99 (3GPP R99) Đến 3GPP có 04 phiên nhà khai thác giới áp dụng: - 3GPP release 99 (3GPP R99): thức áp dụng từ tháng 3/2001; - 3GPP release (3GPP R4): thức áp dụng từ tháng 9/2002; - 3GPP release (3GPP R5): tháng 12/2003 áp dụng; - 3GPP release (3GPP R6): bổ sung điểm thiếu IMS 3GPP R5 đưa thêm vào số features mới; tiến tới mạng truyền tải “All IP” Nội dung phiên 3GPP qui định sau: 2.3.1 GPP R99 a) Những yêu cầu Tập trung vào diện mạng GSM, có 02 yêu cầu đặt là: - Mạng UMTS phải tương thích với mạng GSM tồn tại; - Hai mạng UMTS GSM phải có khả làm việc tương tác Truy nhập vơ tuyến WCDMA điểm mấu chốt mà 3GPP R99 giải Thêm vào đó, UTRAN đưa với giao diện Iu So sánh với giao diện A Gb GSM, 3GPP R99 đạt hai điểm bản: - Transcoding cho speech Iu core đảm nhiệm thay cho BTS GSM; - Mã hóa số liệu di động mức cell giao diện Iu RNC đảm nhận thay cho SGSN GPRS Vậy đơn giản, mạng 3G R99 hệ thống mạng GSM-based Đó mạng GSM có hai mạng truy cập hai mạng truy cập cung cấp lưu lượng có tốc độ khác cho hai miền core CS PS b) Cấu hình kỹ thuật 3GPP đưa phương pháp truy nhập vô tuyến WCDMA Thiết bị vơ tuyến WCDMA khơng tương thích với thiết bị vô tuyến GSM nên phải đưa bổ sung hệ thống thiết bị RNC Node-B Phần mạng vô tuyến WCDMA gọi UTRAN Một yêu cầu cho UMTS hoạt động tương tác GSM/UMTS Ví dụ ‘handover’ từ GERAN sang UTRAN ngược lại Yêu cầu thực bởi: - Thứ nhất: hướng downlink, giao diện air GSM được phát triển để quảng bá thơng tin sóng WCDMA Cũng downlink radio WCDMA quảng bá thơng tin sóng GSM; - Thứ hai: nhằm giảm thiểu đầu tư, chuẩn 3GPP yêu cầu 2G MSC/VLR GSM phải làm việc với UTRAN Hình 2.4 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R99 Các điểm quan trọng phần Core 3GPP R99, gồm: - Các node core miền CS MSC/VLR HLR/AuC/EIR phải thay đổi phải sử lý đồng thời thuê bao 2G 3G - Với miền PS: tên số lượng node mạng GPRS giống 2G, chức SGSN khác Trong 2G, SGSN đảm nhiệm chức quản lý di động (MM) cho nối mạch gói số liệu Trong 3G chức MM RNC SGSN san sẻ Nghĩa miền PS không quản lý thay đổi cell thuê bao UTRAN mà RNC 2.3.2 3GPP R4 a) Những u cầu Chưa có IMS, ấn định thay đổi miền CS core UMTS – tách luồng liệu người dùng khỏi chế điều khiển số khía cạnh khác, chủ yếu sau: - Chức điều khiển sử dụng MSC Server Chức chuyển mạch liệu người sử dụng dùng MGW; - IP transport cho giao thức mạng core; - IP hóa cho giao diện Gb miền PS; b) Cấu hình kỹ thuật - MSC miền CS GSM truyền thống 3GPP R4 tách riêng chức điều khiển – sử dụng MSC Server với chức nối mạch vận chuyển lưu lượng – sử dụng MGW - MSC Server MGW có quan hệ “một-nhiều” Một MSC Server điều khiển nhiều MGW - Về 3GPP R4 không cung cấp, cải thiện thêm dịch vụ - Cấu trúc 3GPP R4 bắt đầu đưa IP vào hệ thống Core CS Cấu trúc softwsitch tạo MSC Server – MGW tạo tiền đề định hướng “transport All IP” Giảm chi phí truyền dẫn, phân lớp cấu trúc chức năng; định hướng phát triển dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng Hình 2.5 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R4 Điểm quan trọng 3G R4 là: - 3G R4 động thái IP hóa tồn miền CS Truyền tải IP/ATM, chuyển mạch IP/ATM Công nghệ SOFTSWITCH đưa vào nhằm mục đích Cơng nghệ SOFTSWITCH tách MSC cổ điển thành: + MSC-Server phần tử điều khiển, nối IP giao thức MEGACO đến + Media Gateway – phần tử chuyển mạch dịch vụ người dùng Dịch vụ người dùng dịch vụ có miền chuyển mạch kênh CS truyền thống, lại dùng chuyển mạch IP/ATM 2.3.3 3GPP R5 a) Những yêu cầu - Đưa IMS vào mạng UMTS, cung cấp chế tổ chức multimedia IP giao thức IP sử dụng làm chế điều khiển Dữ liệu người dùng dựa IP IP sử dụng làm giao thức truyền thay SS7, giao thức dùng dịch vụ chuyển mạch kênh - 3GPP R5 đưa IMS vào tiêu chuẩn hóa IMS hỗ trợ cấu trúc tiêu chuẩn độc lập dựa IP nối với mạng thoại số liệu cho người sử dụng mạng cố định (như PSTN, ISDN, Internet) mobile (như GSM, CDMA) - Kiến trúc IMS có khả thiết lập truyền thơng IP peer-to-peer với tất lient với yêu cầu chất lượng dịch vụ Thêm vào khả quản lý phiên làm việc, kiến trúc IMS có chức địa chỉ, mà điều cần thiết để tổ chức dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, cước, điều khiển truyền thông, roaming) IMS tạo nên trái tim mạng core 3GPP R5 chuẩn hóa chế dịch vụ IP multimedia dựa SIP SIP chứa chức phần tử logic, mô tả phương cách nối phần tử, đưa giao thức thủ tục b) Cấu hình kỹ thuật Hình 2.6 Cấu trúc mạng 3G theo tiêu chuẩn 3GPP R5 Những điểm tập trung vào: - Vận chuyển IP toàn hệ thống mạng từ BS đến network border gateway; - Đưa IMS vào để bắt đầu ứng dụng dịch vụ multimedia; - Hợp giao diện mở mạng truy cập mạng core khác nhau; - Đạt lực cao giao diện vơ tuyến UTRAN hướng downlink 3G R5 đơn giản hóa cấu trúc mạng cho phép giao thức truyền tải sử dụng hiệu so với 3G R4, IP hóa tồn truyền tải làm đơn giản hóa cấu trúc truyền tải Về dịch vụ, IMS đóng vai trị 3G R5 phát triển dịch vụ tương lai Trong pha này, 3GPP khuyến nghị vô tuyến UTRAN triển khai công nghệ HSDPA – tăng tốc độ số liệu downlink nhằm cung cấp hiệu dịch vụ “không đối xứng” (tải số liệu downlink lớn uplink nhiều) c) IMS Một mạng 3G UMTS hoàn thiện qua 3G R99, R4 cung cấp hạ tầng mạng truyền tải IP linh hoạt cho terminal sử dụng GPRS, EDGE, WCDMA cho dịch vụ số liệu IMS giải pháp phát triển tách biệt IMS làm hạ tầng cho phép triển khai cung cấp dịch vụ nhiều hạ tầng mạng khác Một số mạng 3G UMTS Hình 2.7 Mơ hình cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức SIP IMS IMS cung cấp chế nối mạch nối terminal sử dụng IP Hình I.5, IMS dùng giao thức SIP miền PS điều khiển phiên cung cấp dịch vụ multimedia Qua IP qua IMS , người dùng sử dụng terminal IP thiết lập nối mạch với Server 2.4.2.2 Các kênh logic Kênh logic gồm nhóm:  Nhóm kênh điều khiển để truyền thông tin mặt phẳng điều khiển bao gồm: o Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) o Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH) o Kênh điều khiển dành riêng (DCCH) o Kênh điều khiển chung (CCCH)  Các kênh lưu lượng để truyền thông tin người sử dụng bao gồm: o Kênh lưu lượng riêng (DTCH) o Kênh lưu lượng chung (CTCH) 2.4.2.3 Các kênh truyền tải Các kênh truyền tải bao gồm:  Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)  Kênh điều khiển tìm gọi (CPCH)  Kênh dành riêng (DCH)  Kênh quảng bá (BCH)  Kênh truy nhập chuyển tiếp (FACH)  Kênh tìm gọi (PCH) 2.4.3 Các kênh vật lý Kênh vật lý kênh giao diện vô tuyến mang thông tin điều khiển liệu NodeB UE Hình 12 Cấu trúc khung tổng quát kênh vật lý Các kênh vật lý chia làm nhóm: Nhóm kênh vật lý đường xuống nhóm bao gồm:  Nhóm kênh dùng chung o Kênh điều khiển vật lý dùng chung (PCCPCH) mang thông tin quảng bá hệ thống o Kênh đồng (SCH) mang thơng tin mã đồng SCH mã đồng phụ PCH dùng để đồng khe thời gian, khung tìm kiếm mã Scrambling Kênh đồng mang kênh điều khiển vật lý chung P-CCPCH Trong 256 chip đầu dùng để mang từ mã đồng (PSC) từ mã đồng phụ (SSC), chúng khơng mã hóa mã Scrambling để UE đồng mạng tìm kiến nhóm mã Scrambling cell  Kênh đồng (SSCH) : có độ dài 256 chip phát lặp lặp lại khe thời gian phát quảng bá toàn hệ thống mạng Hình 2.13 Cấu trúc từ mã đồng PSCH  Kênh đồng phụ (PSCH) : có độ dài 256 chip gồm 16 từ mã đồng phụ, tùy thuộc vào mã Scrambling cell thuộc nhóm (64 nhóm mã Scrambling) mà phát chuỗi 15 mã đồng phụ tương ứng Hình 2.14 Cấu trúc từ mã đồng phụ cho nhóm mã Scrambling Hình 2.15 Cấu trúc kênh PCCPCH [3] o Kênh điều khiển vật lý dùng chung phụ (SCCPCH) mang thông tin kênh tìm gọi kênh truy nhập Hình 2.16 Cấu trúc kênh điều khiển vật lý chung dùng phụ SCCPCH [3] o Kênh hoa tiêu (PICH) mang thông tin mã Scrambling Hình 2.17 Cấu trúc khung kênh hao tiêu CPICH [3]  Nhóm kênh dành riêng o Kênh liệu vật lý dành riêng (DPDCH) mang liệu từ NodeB tới UE o Kênh điều khiển dành riêng (DPCCH) mang thông tin điều khiển o Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HSPDSCH) o Kênh điều khiển chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HSPCSCH)  Nhóm kênh số o Kênh số truy nhập (AICH) cung cấp số để UE truy nhập vào kênh ngẫu nhiên Hình 2.18 Cấu trúc kênh số AICH Kênh AICH dùng để truyền số thiết lập tin đáp ứng để UE cố gắng truy nhập hệ thống Cung cấp số AI ban đầu cho trình thiết lập UE  Kênh tìm gọi (PICH): mang thơng tin để tìm kiếm UE Hình 2.19 Cấu trúc kênh tìm gọi Mỗi UE tìm kiếm số tìm gọi PI kênh tìm gọi Một PI gồm có 2, 4, 16 bit tùy thuộc vào số lượng PI Khi kênh tìm gọi thiết lập lên mức UE sử dụng kênh điều khiển phụ Nhóm kênh vật lý đường lên bao gồm loại:  Kênh vật lý đường lên dành rêng: o Kênh số liệu dành riêng (DPDCH): mang liệu từ UE tới NodeB o Kênh điều khiển dành riêng (DPCCH): mang thông tin điều khiển từ UE tới NodeB  Kênh vật lý đường lên dùng chung o Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) o Kênh liệu gói chung (PCPCH) Hình 2.20 Cấu trúc khung dành riềng đường xuống đường lên III IMS (IP Mutilmedia System) MS kiến trúc toàn cầu, độc lập với truy nhập; điều khiển dịch vụ kết nối dựa giao thức IP Kiến trúc cho phép cung cấp nhiều loại dịch vụ đa phương tiện tới người dùng thông qua giao thức thông dụng Internet Chương sau giới thiệu đặc điểm, cấu trúc vai trò IMS hệ thống 3G UMTS Hình 3.1 Tổng quan dịch vụ IMS III.1 Định nghĩa IMS  IP Mutilmedia System (IMS) kiến trúc gồm nhiều chức gắn kết với thông qua giao tiếp chuẩn hóa nhằm cung cấpcác dịch vụ đa phương tiện qua vùng chuyển mạch gói IP IMS coi kiến trúc cho việc hội tụ mạng thoại,dữ liệu di động  Theo chuẩn 3GPP kiến trúc IMS chia làm mặt phẳng: Mặt phẳng ứng dụng, mặt phẳng truyền tải, mặt phẳng điều khiển III.2 Đặc điểm IMS       Dựa IP Hỗ trợ đa phương tiện, đa phiên làm việc Bảo đảm QoS, bảo mật Hệ thống mở tích hợp nhiều mạng xây dựng nhiều dịch vụ khác (dịch vụ yêu cầu thời gian thực, gần thời gian thực không thời gian thực) Đa truy nhập Sử dụng giao thức thông dụng Internet - Các giao thức sử dụng IMS   Giao thức SIP (Session Initiation Protocol): giao thức thuộc lớp ứng dụng sử dụng cho việc thiết lập, điều khiển kết nối phiên đa phương tiện mạng IP Giao thức DIAMETER : giao thức cho việc nhận thực, cấp phép tính cước III.3 Kiến trúc IMS  Kiến trúc IMS chia làm lớp hay mặt phẳng sau: - Mặt phẳng ứng dụng dịch vụ: Bao gồm máy chủ ứng dụng AS(Application Server) máy chủ thuê bao thường trú HSS - Mặt phẳng điều khiển: Gồm mạng lõi IMS - Mặt phẳng truyền tải:Bao gồm thiết bị người dùng (User Equipment-UE), giao tiếp kết nối vào mạng lõi IP Hình 3.2 Kiến trúc IMS(Theo IEC Newletter) 3.3.1 Mặt phẳng truyền tải (Media/Transport Plane)  Thông qua mặt phẳng thuê bao sử dụng kết nối tới IMS thông qua UE Các UE thuộc IMS khơng thuộc IMS giao tiếp với IMS qua Gateway 3.3.1.1 Cổng giao tiếp đa phương tiện MGW(Media Gateway ) - Giao tiếp với phần tử mạng chuyển mạch kênh, đồng thời gửi nhận với IMS Ngoài cịn biên dịch kiểu mã mà đầu cuối IMS không hỗ trợ 3.3.1.2 Cổng báo hiệu SGW(Signalling Gateway ) - Là cổng để kết nối mạng báo hiệu khác có khả chuyển đổi giao thức lớp thấp - SGW chia làm nút : Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) 3.3.1.3 IMS Gateway Do IMS hỗ trợ phiên IPv4 IPv6 nên để chuyển đổi cần có thêm khối chức năng: - IMS Application Layer Gateway (IMS-ALG): Chức để trì báo hiệu từ IMS đến mạng khác mà IMS liên kết Ngồi IMS-ALG cịn chức điều khiển TrGW - Transition Gateway (TrGW): Có chức tự động cấp phát IP cho phiên làm việc với kho IPv4 cài sẵn, ngồi chức chuyển đổi IPv4 IPv6 cấp độ truyền thơng 3.3.2 Lớp điều khiển (Control/Signalling Plane) Hình 3.3 Kiến trúc mạng lõi IMS 3.3.2.1 Khối chức điều khiển phiên gọi (CSCF-Call/Session Control Functions) Mặc dù CSCF khơng sử dụng giao thức SIP lại phần tử SIP CSCF chia làm khối chức chính: - Proxy-CSCF : Có vai trò outbound SIP proxy Tất yêu cầu xuất phát gửi đến IMS phải chuyển giao qua sau thực chuyển tiếp tin SIP Để kết nối với hệ thông IMS, ta phải đăng kí với nhà mạng mà P-CSCF kết nối Ngồi PCSCF cịn có chức liên quan đến bảo mật nén báo hiệu Nó thiết lập số liên kết bảo mật với thiết bị đầu cuối nhằm trao đổi thơng tin giao thức SIP cách toàn vẹn Các thiết bị đầu cuối P-CSCF liên lạc thơng qua liên kết vơ tuyến với băng thơng thấp Ngồi cịn có khả xác thực nhận dạng thông tin khách hàng gửi tới node khác mạng, nhờ mà node khác khơng cần phải xác thực lại sử dụng trực tiếp thơng tin để sử dụng cho việc cung cấp dịch vụ - Serving-CSCF (S-CSCF): Là nút trung tâm hệ thống IMS, chịu trách nhiệm đăng kí tên miền, trì trạng thái phiên lưu trữ hồ sơ dịch vụ S-CSCF có quyền truy cập tất thông tin liệu người sử dụng lưu trữ HSS qua giao tiếp Cx (Giao thức DIAMETE) S-CSCF tham gia tất trình báo hiệu từ hệ thống IMS người dùng, giữ vai trò định chọn lựa AS cung cấp dịch vụ cho người dùng Ngồi S-CSCF cịn giữ chức cung cấp dịch vụ định tuyến SIP tham gia sách điều hành mạng việc ngăn cản cho phép thiết lập phiên - Interrogating-CSCF (I-CSCF) : Là máy chủ SIP proxy lưu trữ hệ thống tên miền DNS (Domain Name Server) Khi cần gửi tin SIP đên miền cụ thể,nó tra cứu DNS để có đươc địa máy chủ SIP miền Nó giao tiếp với HSS SLF thông qua giao tiếp Cx (Giao thức DIAMETER) nhằm mục đích lấy thơng tin vị trí người sử Nó định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận từ mạng khác đến SCSCF tương ứng Ngược lại, I-CSCF định tuyến thông điệp yêu cầu SIP thông điệp trả lời SIP đến S-CSCF/I-CSCF nằm mạng nhà cung cấp dịch vụ khác 3.3.2.2 Chức điều khiển cổng truyền thông (MGCF-Media Gateway Control Function MGCF) MGCF điểm kết cuối PSTN cho mạng xác định Chức chính: - Điều khiển trạng thái gọi,kết nối cho kênh phương tiện - Truyền thông với CSCF - Thực chuyển đổi giao thức mạng kế thừa - Điều khiển MGW qua giao tiếp Mn 3.3.2.3 Chức điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF- Breakout Gateway Control Function) - BGCF: Chức định mà MGCF xử lý phiên riêng Nếu định có MGCF vùng miền khác xử lý phiên làm việc chuyển tin SIP nhận đến BGCF vùng miền 3.3.2.4 Khối chức tài nguyên đa phương tiện (MRF-Media Resource Function) MRF cung cấp tài nguyên truyền thông cho mạng chủ chia làm hai bộ: - Bộ điều khiển chức tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function Controller): Là nút phương tiện có chức điều khiển tài nguyên phương tiện MRFP dịch thông tin đến từ AS S-CSCF đề điều khiển MRFP cho phù hợp - Bộ xử lý chức tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function Processor): Là nút báo hiệu có chức điều khiển phần mạng MRFP GGSN(Gateway GPRS Support Node), cung cấp tài nguyên để MRFC điều khiển, trộn luồng phương tiện đầu vào xử lí luồng phương tiện 3.4 Mặt phẳng ứng dụng dịch vụ (Service/Application Plane) 3.4.1 Máy chủ quản lý thuê bao thường trú (HSS-Home subscriber server) khối chức thuê bao(SLF-Subscription Location Function) - HSS trung tâm lưu trữ tất thuê bao phạm vi HSS.Mọi thông tin liên quan đến người sử dụng bảo mật - SLF khối chức sở liệu nhằm xác định vị trí thuê bao nằm HSS - Thông thường mạng có nhiều HSS, HSS bắt tay với để hỗ trợ việc tìm kiếm user HSS qua vùng HSS khác thơng qua SLF,sau HSS mà user thơng báo lại cho HSS chủ quản Do SLF quan trọng mạng diện rộng nhiều HSS cho việc quản lý thuê bao sử dụng - Cả HSS SLF hoạt động dựa giao thức DIAMETER 3.4.2 Máy chủ ứng dụng (AS-Application server) - Các dịch vụ IMS cài đặt AS AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng AS liên lạc với S-CSCF qua giao tiếp ISC giao thức SIP với HSS thông qua cổng giao tiếp Sh giao thức DIAMETER - AS có khả giao tiếp với HSS để cung cấp dịch vụ quản lý diện user mạng, quản lý trình hội thảo trực tuyến,tính cước 3.5 Tính cước (Charging) Trong IMS có hỗ trợ hai loại tính cước phí: Online Offline Tính cước Offline loại tính cước phí người sử dụng với thuê bao cố định Online cách tính cước dành cho th bao trả trước 3.5.1 Tính cước Offline - Các phần tử SIP gửi thông tin phiên làm việc tính cước đến khối lưu trữ tính cước (CDF-Charging Data Function) thông qua cổng giao tiếp Rf DIAMETER Các CDF tạo ghi lại liệu tính phí (CDRs-Charging Data Records) gửi chúng đến khối chức cổng tính cước (CGF-Charging Gateway Function) thông qua giao tiếp Ga CGF sử dụng giao tiếp Bi để gửi CDRs cho hệ thống lập hoa đơn Hình 3.4 Kiến trúc Offline Charging 3.5.2 Tính cước Online - Người sử dụng tích cước online có khả điều khiển hạn mức sử dụng Khi thuê bao sữ dụng dịch vụ mà sử dụng hết hạn mức dịch vụ sử dụng bị chặn truy cập Máy chủ ứng dụng MFRC tham gia phiên gửi thơng tin đến hệ thống tính phí Online (OCS-Online Charging System) thông qua giao tiêp Ro( Giao thức DIAMETER), khối chức cổng IMS (IMS-Gateway Function) gửi thông tin đến OCS qua giao tiếp Ro Ngồi IMS-GWF liên lạc với S-CSCF qua giao tiếp ISC Nếu phiên làm việc cần chấm dứt hết hạn mức sử dụng IMS-GWF chấm dứt Hình 3.5 Kiến trúc Online Charging 3.6 Thực thi điện thoại đa phương tiện Phần cho ta biết cách mà điện thoại đa phương tiện thực thi mạng lõi hệ thống phân chia mà đáp ứng tính linh động dịch vụ hiệu suất sử dụng Việc thực thi mạng lõi sử dụng IMS với máy chủ điện thoại ứng dụng dùng logic điện thoại đa phương tiện Việc thực thi thông qua hệ thống phân chia ô sử dụng HSPA bào gồm số tối ưu hóa phần tử mang vơ tuyến để đáp ứng yêu cầu khắt khe hiệu suất sử dụng dịch vụ điện thoại 3.6.1 Mạng lõi thực thi lớp dịch vụ - Điện thoại đa phương tiện sử dụng chức IMS lớp dịch vụ - Máy chủ ứng dụng gọi máy chủ điện thoại ứng dụng (TAS-Telephony Application Server), thành phần then chốt hạ tầng điện thoại đa phương tiện.TAS chứa logic dịch vụ đặc biệt dành cho dịch vụ truyền thông điện thoại đa phương tiện Những logic dịch vụ đặc biệt bao gồm phận điều khiển cài đặt, làm gián đoạn điều chỉnh phiên điện thoại đa phương tiện Ngoài ra, logic dịch vụ đặc biệt bao gồm logic điều khiển dịch vụ phụ hội nghị chuyển dịng truyền thơng TAS đảm nhận việc tính phi quản lý thuê bao với giúp đỡ HSS Hình 3.6 Kiến trúc thực thi điện thoại đa phương tiện - Phần client điện thoại đa phương tiện phần quan trọng hệ thống Nó bao gồm dịch vụ truyền thông điện thoại đa phương tiện mà tiềm dịch vụ truyền thông IMS Dịch vụ truyền thông điện thoại đa phương tiện phần khởi tạo kết thúc phiên báo hiệu điện thoại đa phương tiện phương tiện truyền thông ứng dụng điện thoại đa phương tiện triển khai thuê bao cuối tới giao tiếp khách hàng Khi sản xuất luồng truyền thông, truy cập client điện thoại đa phương tiện chia sẻ nguồn tài nguyên với Phần client điện thoại đa phương tiện triển khai chế xử lý truyền thông để quản lý biến động vạ gói Nó quản lý thích ứng truyền thơng cần thiết - Quản lý liệu XML (XDM-XML Document Management) Presence sử dụng điện thoại đa phương tiện đễ giúp cho việc dễ dàng truyền thông XML giúp người sử dụng lưu trữ quản lý danh sách liên lạc trực tiếp mạng Presence dịch vụ giúp người dùng đăng kí thơng tin cá nhân mình,đồng thời có thề biết vị trí sử dụng dịch vụ Các loại phương tiện truyền thông khác hỗ trợ dịch vụ truyền thông IMS phải cần QoS (Quality of Service) khác Để quản lý kiểm soát QoS, 3GPP phát triển kiến trúc Policy Charging Control (PCC) PCRF(Polivy and Charging Rules Function) phần PCC phần quan trọng việc thực thi điện thoại đa phương tiện PCRF điều khiển mặt phẵng truyền thông thông tin cung cấp mặt phẳng điều khiển thông qua SIP SDP PCRF giúp nhà khai thác dịch vụ cung cấp dịch vụ có QoS thích hợp PCRF có giúp nhà mạng ngăn chặn người dùng đăng kí khơng hợp lệ - GGSN điểm cuối dịch vụ truyền tải UMTS Trong kiến trúc PCC,GGSN nơi thực thi sách liên quan đến QoS điện thoại đa phương tiện dịch vụ truyền thông IMS - CS Interworking cần thiết truyền dẫn tốc độ cao điện thoại đa phương tiện MGCF IMS- MGW có chức chuyển đổi báo hiệu CS SIP thực chuyển đổi phương tiện truyền thông Các thiệt bị di động đầu cuối tương thích 3GPP kết nối thông qua GERAN(GSM/EDGE Radio Access Network) UTRAN(UMTS Terrestial Radio Access Network), hai phương pháp truy cập đêu thực việc truyền tải vơ tuyến sử dụng điện thoại đa phương tiện Tuy nhiên UMTS lại đưa vào giới thiệu thực thi điện thoại đa phương tiện 3.7 Lợi ích IMS 3.7.1 Lợi ích IMS doanh nghiệp 3.7.1.1 Các giá trị OPEX/CAPEX IMS đường tiến tới việc đời mạng sát nhập dựa IP Điều làm giảm tính phức tạp mạng giảm chi phí IMS có khả hỗ trợ cơng nghệ truy nhập khác (ví dụ GPRS, UMTS, PS,WLAN, xDSL) Các nhà khai thác mạng cung cấp dịch vụ qua công nghệ truy nhập khác tới khách hàng Để hỗ trợ tổng hợp lợi ích củatất công nghệ truy nhập này, cần hệ thống quản lý (HSS) hệ thống để truy nhập quản lý dịch vụ (CSCF) 3.7.1.2 Các giá trị doanh thu    IMS thiết kế để hỗ trợ gọi ngang mức gọi chủ - tớ Hệ thống IMS cung cấp chức quản lý dịch vụ quản lý truy nhập, quản lý cung cấp kênh mang, hỗ trợ gọi nhiều bên Trong trường hợp sử dụng truyền thông ngang mức dịch vụ thực thiết bị IMS hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập khác nhau.Với khả này, nhiều dịch vụ mảng kinh doanh thực hiện, đem lại dịch vụ thông qua phương thức truy nhập mạng khác (như mạng cố định - di động, di động - mạng doanh nghiệp) Giao diện tiêu chuẩn ISC (giao diện điều khiển dịch vụ mạng đa phương tiện) cho phép đưa nhanh chóng máy chủ ứng dụng với dịch vụ vào mạng nhà khai thác mạng di động Thông qua giao diện ISC, máy chủ ứng dụng SIP (ví dụ: máy chủ cung cấp dịch vụ Nhấn Nói), máy chủ SIP cho phép thực ứng dụng (ví dụ: Máy chủ hội thảo) hay gateway kết nối vào IMS Với IMS xuất thiết bị đầu cuối đa phương tiện hỗ trợ SIP, việc triển khai dịch vụ cách nhanh chóng linh hoạt hồn tồn thực Có thể nói SIP đem lại lợi ích nhiều cho nhà khai thác mạng việc phát triển triển khai dịch vụ 3.7.2 Lợi ích IMS người sử dụng 3.7.2.1 Thuận tiện dễ sử dụng   IMS cho phép người sử dụng truy nhập dễ dàng an tồn vào mạng đa phương tiện thơng qua phương thức đăng nhập lần dựa ISIM Mặc dù ban đầu phương thức tiêu chuẩn hố cho dịch vụ chuyển mạch gói UMTS, phương thức nhận thực cho phép dựa SIM khác sử dụng IMS thiết kế cho phép kết hợp cách linh hoạt, bổ sung loại bỏ loại hình đa phương tiện khác sau gọi thiết lập.Việc kết hợp linh hoạt dễ dàng mở triển vọng cho dịch vụ mới, tạo điều kiện cho dịch vụ người dùng dễ chấp nhận 3.7.2.2 Tính hiệu người sử dụng   IMS sử dụng chế “always-on”, chế đưa vào công nghệ GPRS, rút ngắn thời gian thiết lập gọi dịch vụ nhắn tin tức thời, nhấn để nói Một chế khác làm giảm thời gian thiết lập phiên chế nén báo hiệu SIP Ngồi chế cịn giúp giảm thiểu tài nguyên vô tuyến cần thiết Do IMS hỗ trợ nhiều cơng nghệ truy nhập (UMTS chuyển mạch gói, GPRS, WLAN).Việc hỗ trợ vài công nghệ truy cập mạng khác (di động, cố định, DN) thông qua sở mạng kiểm soát chung, IMS tạo điều kiện đưa dịch vụ mới, tăng hiệu người sử dụng đặc biệt lĩnh vực kinh doanh 3.8 Điểm yếu IMS  Về mặt kỹ thuật, điểm yếu mà nhiều người nhắc đến nhiều tính bảo mật IMS Trong yếu tố bảo mật kể đến vấn đề liên quan đến quản lý nhận dạng người dùng bao gồm lỗi Call ID spoofing, ăn cắp ID, công DoS/DDoS, spam Điểm yếu bảo mật nằm thiết bị SIP chưa có chế chứng thực tốt mạng thông tin di động tế bào (ví dụ bảo mật qua SIM) Thêm vào hội tụ nhiều loại hình mạng gây khơng khó khăn việc quản lý bảo mật Hiện tại, Release 3GPP xem xét cách nghiêm túc vấn đề bảo mật  Về mặt ứng dụng, IMS hướng đến hội tụ, hướng đến việc nhiều hệ thống, nhiều mạng tương vận với Tuy nhiên, việc thiết bị có nguồn gốc từ nhiều nhà sản xuất khác tương vận với khơng phải điều dễ dàng Bên cạnh đó, nhiều giao thức chưa chấp nhận triển khai rộng rãi, ví dụ trường hợp giao thức DIAMETER   Về mặt dịch vụ, IMS tập trung đến quản lý dịch vụ, thiếu ứng dụng “hấp dẫn” mang đặc thù riêng IMS Hệ thống IMS phức tạp chi phí để triển khai hệ thống khơng nhỏ Bên cạnh đó, chưa có giải pháp cho việc chuyển tiếp dần từ mạng lên IMS Về chất lượng dịch vụ, IMS nhắm đến việc đảm bảo chất lượng dịch vụ việc đảm bảo chất lượng dịch vụ chuyển đổi từ loại hình mạng sang loại hình mạng khác (trong môi trường mạng hội tụ), hay từ mạng nhà cung cấp mạng sang mạng nhà cung cấp mạng khác vấn đế chưa giải Kiến trúc IMS thiếu thực thể trung tâm để quản lý tài nguyên chung PHỤ LỤC : - Phân công công việc làm tiểu luận : Đinh Tiến Hiệp - Tìm hiểu kiến trúc 3G, chuẩn GPP, giao diện kiến trúc 3G Nguyễn Đình An – Tìm hiểu IMS, vai trò, lợi điểm yếu IMS với 3G ... làm tiểu luận : Đinh Tiến Hiệp - Tìm hiểu kiến trúc 3G, chuẩn GPP, giao diện kiến trúc 3G Nguyễn Đình An – Tìm hiểu IMS, vai trò, lợi điểm yếu IMS với 3G ... Chương sau giới thiệu đặc điểm, cấu trúc vai trị IMS hệ thống 3G UMTS Hình 3.1 Tổng quan dịch vụ IMS III.1 Định nghĩa IMS  IP Mutilmedia System (IMS) kiến trúc gồm nhiều chức gắn kết với thông... 9/2002; - 3GPP release (3GPP R5): tháng 12/2003 áp dụng; - 3GPP release (3GPP R6): bổ sung điểm thiếu IMS 3GPP R5 đưa thêm vào số features mới; tiến tới mạng truyền tải “All IP” Nội dung phiên 3GPP