UMTS R5 có sự thay đổi lớn so với các phiên bản 3G cũ là không hỗ trợ chuyển mạch kênh, chỉ tập trung vào chuyển mạch gói ở mạng lõi. R5 chỉ ra hai thành phần chính cấu thành trong mạng lõi là:
Có một miền mạng lõi mới — gọi là phân hệ mạng lõi Internet đa phương tiện ( Internet Multimedia Core Network Subsystem) hay viết tắt là IMS.
Có cải tiến trong GSNs là hỗ trợ truyền dịch vụ thời gian thực và trễ thay đổi- gọi là dịch vụ nhạy cảm.
Hình 2.6: Kiến trúc của R5
Mục đích chính của R5 là cho phép hoạt động của những loại hình dịch vụ mới có thể kể đến là hội nghị đa truyền thông (cùng lúc tồn tại truyền voice, video, whiteboad), các dịch vụ đa người dùng, game tương tác. Miền IM là miền dịch vụ: có nghĩa dành cho thuê, tự truy nhập, tự kinh doanh phát triển và chỉ kiểm soát ở mặt vĩ mô. Về lý thuyết có 3 cách để mở rộng miền IM là: điều khiển cuộc gọi, roaming và sử dụng Ipv6.
Ta xét cách xử lý voice ở mạng R5. Rõ ràng voice được chuyển đi nhờ miền PS như sử dụng VolP, tuy nhiên với R5 không phải lúc nào bạn cũng chuyển được voice đến đích. Trong các phiên bản cũ RSCs (R3) hoặc MSC server (R4) luôn đảm bảo
a) Mở rộng IM bằng cách điều khiển cuộc gọi
Trong R3 và miền chuyển mạch gói không có khái niêm về cuộc gọi và phiên làm việc. Người dùng thiết lập một PDP context và thực hiện kết nối đến một điểm truy nhập lựa chọn, điểm đó có thể là một ISP hay một LAN tự trị nào đó. Từ đây chúng có thể truy cập vào các dịch vụ chẳng hạn như duyệt web, email và thậm chí cả những luồng video. Tuy nhiên các tương tác với dịch vụ thời gian thực sẽ không được hỗ trợ bởi QoS.
Từ đó ta sẽ xem xét những ích lợi mà miền IM mang lại thông qua ví dụ về một cuộc hội nghị đa truyền thông. Hình dung ta có một cuộc hội nghị giữa ba người, mỗi người được cấp một máy tính xách tay và một thẻ R5 PCMCIA, phiên hội nghị cần sử dụng các dịch vụ voice/video/whiteboard để thông tin với 2 đồng nghiệp- điều này là vô cùng khó khăn nếu ta sử dụng mạng R3. Họ bắt đầu phiên làm việc với dịch vụ voice và whiteboard, chỉ dùng video vào nửa cuối của phiên hội nghị. Miền IM cần phải cung cấp các chức năng cho phép người dùng như định vị mỗi người dùng, chia sẻ các thông tin như loại codec mà các thiết bị tham gia liên lạc đang dùng, hay băng tần, cũng như thêm vào các thiết bị mới cho phiên liên lạc. Ngoài ra cần phải tạo ra bản ghi chi tiết về cuộc gọi CDR (Call Resource Record) để thực hiện việc tính cước. Như chúng ta đã được tìm hiểu hai giao thức rất tốt sử dụng cho việc truyền VoIP là giao thức khởi tạo phiên SIP và giao thức dựa trên quan hệ H323. Tuy nhiên giao thức SIP được lựa chọn cho việc xây dựng bởi nó là giao thức chuẩn của IETF (R5 cũng là một chuẩn của IETF) nên dễ dàng thực hiện các chuẩn mới của IETF. Ngoài ra SIP dựa trên nền tảng internet nhiều hơn và cũng rất thuận lợi khi sử dụng các thiết bị trong SIP để xây dựng mạng 3G. Miền IM dành cho người sử dụng được định địa chỉ là một SIP URL <sip: mary.jones@xtel.com> và địa chỉ này rất dễ dàng truy nhập thông qua miền IP. Chú ý rằng IM không cần quan tâm đến vị trí động của thuê bao.
UMTS R5 đưa ra một thiết bị mới với tên gọi là server control function hay còn gọi là CSCF. Nó tương tự như SIP proxy server thực hiện một số công việc chính sau:
Định vị người dùng: biên dịch SIP URL sang địa chỉ IP Uỷ quyền bản tin INVITE.
Giữ thông tin về trạng thái của phiên, cho phép một luồng đa truyền thông khác có thể thêm vào một phiên đang tồn tại (giống như ta thêm video vào hội
nghị như đã xét ở trên) ngoài ra là thực hiện tính cước và điều khiển MRF (Multimedia Resouce Function) - cho phép thiết lập các cầu liên lạc trong phiên hội nghị trong một mạng không được hỗ trợ multicast.
Trước khi một bản tin SIP có thể gửi đến CSCF, thiết bị đầu cuối phải thiết lập một địa chỉ PDP context đặc biệt dùng cho mục đích này. PDP context này dùng tương tác qua lại với lớp QoS và chỉ sử dụng cho mục đích báo hiệu. Thiết bị đầu cuối chạy một đối tượng người dùng SIP (đóng vai trò User Agent) và CSCF sẽ thông tin với thiết bị này qua một tuyến xác định bằng một địa chỉ IP và một địa chỉ cổng. Giữa CSCF và GGSN sẽ thông tin với nhau qua đường báo hiệu nhờ đó mà GGSN sẽ nắm được thông tin về các luồng trong IM và đảm bảo QoS tốt hơn so với các luồng qua xử lý IMS. Giao thức báo hiệu được lựa chọn là COPS (Common Object Policy Service) cũng là một giao thức chuẩn của IETF. Mỗi một PDP context sẽ chiếm giữ một phiên truyền thông được thiết lập.
Đầu cuối của R5 phải chuyển thông tin AMR (adaptive Mul Rate) chuyển đến bộ coder của đối tác để thực hiện giải mã. Nếu không có thông tin AMR bộ coder sẽ mặc định tốc độ bit là 12.2kbps. Ngoài ra một vấn đề ta phải quan tâm nữa đó là xem tín hiệu có bị nén hay không, bởi vì một tín hiệu 28kbps có thể được nén xuống 12kbps. Thông tin này cũng rất cần thiết cho việc giải nén tại RLC hoặc SGSN. Chúng ta có một cách là không cần nén tín hiệu, người dùng sử dụng dịch vụ end-to-end được cung cấp bằng mạng IP nhưng người dùng lại phải trả chi phí truyền 28kbps qua mạng vô tuyến.
b) Roaming
Ở đây Roaming là tìm hiểu về vai trò quản lý thuê bao cũng như việc thiết lập một cuộc gọi trong mạng R5. Đây là cuộc tranh luận kéo dài và phức tạp giữa việc quản trị thuê bao là thuê bao nên được quản lý và thiết lập dịch vụ ngay tại mạng khách mà nó đang đứng hay là thông qua mạng nhà. Cuối cùng cuộc tranh luận kết thúc bằng quyết định việc quản lý thông qua mạng nhà. Việc quản lý và điều khiển cuộc gọi sẽ thông qua ba thiết bị quan trọng là ba loại CSCF: P-CSCF (Proxy CSCF), I-CSCF (Interrogating CSCF) và S-CSCF Serving CSCF). Để tìm hiểu về vai trò của ba thiết bị này chúng ta sẽ xét một cuộc gọi VoIP từ một thuê bao của mạng này đến
Trước khi bắt đầu sử dụng dịch vụ miền IM như việc nhận một lời mời hay một cuộc gọi phiên IM, người dùng trước hết phải đăng ký với mạng. Vì vậy luôn cần thiết có một tuyến thiết lập đến P-CSCF bất kể khi người dùng có hay không có mặt ở mạng nhà. P-CSCF sẽ cung cấp phiên đa phương tiện cơ sở để hỗ trợ hoạt động tương tự như một tường lửa đối với miền IM. Ban đầu người dùng tìm đến P-CSCF gần nhất thông qua một PDP context để thực hiện báo hiệu và đăng ký sau đó nhận lại một địa chỉ IP theo kiểu động (DHCP) hay được thiết lập tĩnh. Như vậy P-CSCF sẽ làm nhiệm vụ quản lý mạng theo một vùng và thực hiện việc phân phối địa chỉ IP. Khi thuê bao đã có địa chỉ IP của riêng mình rồi, nó có thể hoạt động như một phần tử của mạng IP, nó có thể tìm địa chỉ của P-CSCF thông qua việc sử dụng tên miền để truy vấn DNS server của GGSN. DNS server sẽ gửi lại địa chỉ của P-CSCF. Tất cả các thuê bao di động trong một vùng mạng chỉ thực hiện việc báo hiệu thông qua duy nhất P-CSCF này mà không biết bất kỳ một địa chỉ của P- CSCF nào khác.
Khi thuê bao có địa chỉ IP của mình và địa chỉ IP của P-CSCF, nó gửi bản tin REGISTER đến P-CSCF và bản tin này sẽ được xử lý và lưu trữ ở I-CSCF của mạng nhà. Vậy cần thiết cần có liên lạc giữa P-CSCF của mạng khách với I-CSCF của mạng nhà. Việc này thực hiện thông qua địa chỉ IMSI hay SIP URL có trong bản tin REGISTER. I-CSCF hoạt động như một gateway của mạng khách, kiểm soát các quá trình truy nhập vào miền IM từ mạng khách và thẩm định thông tin dựa trên HSS (Home Subcriber Server). Về chức năng, HSS tương tự như HLR, là nói lưu trữ cơ sở dữ liệu về thuê bao, ngoài ra nó còn có thêm một số dữ liệu khác để thực hiện vai trò cho miền IM. Giống như HLR, HSS cũng được truy xuất một cách độc lập, có thể sử dụng các kỹ thuật truy nhập IP khác để truy xuất thông tin miền IM thông qua HSS như kỹ thuật DSL.
I-CSCF ở mạng nhà lấy dữ liệu về thuê bao từ HSS và lựa chọn một CSCF có khả năng thực hiện những thoả thuận dịch vụ thực tế, CSCF này gọi là S-CSCF. Rõ ràng để đảm bảo việc truy xuất dịch vụ thì S-CSCF phải có nhiều chức năng hơn P&I- CSCF. Nó có thể truy nhập đến các nguồn cần thiết để tạo ra các dịch vụ như video server hay cổng đa phương tiện (MG). Một nhà cung cấp có thể có vài S-CSCF phân theo loại dịch vụ để đáp ứng các đòi hỏi dịch vụ khác nhau.
I-CSCF ở mạng nhà sẽ phân phối dữ liệu lấy từ HSS đến tất cả các CSCF cần thiết. Cuối cùng P-CSCF cũng cần thiết phải biết địa chỉ IP của S-CSCF và chúng lấy
thông tin về thuê bao thông qua HSS. Giống như ở GSM, HSS nhận biết được vị trí của thuê bao để định tuyến bản tin INVITE.
Hình 2.7: Một cuộc gọi giữa 2 thuê bao sử dụng dịch vụ tên miền IM
c) Sử dụng IPv6
IPv6 mở rộng địa chỉ IP lên đến 128 bit tương ứng có thể định được 2128 địa chỉ đủ để đáp ứng cho tất cả các thiết bị tham gia mạng IP. Chính vì vậy miền IM sẽ sử dụng IPv6, các thiết bị người dùng sẽ được gán địa chỉ IP cố định và lưu vào trong phần dịch vụ của IM. Lý do cơ bản phải sử dụng IPv6 thay cho IPv4 xuất phát từ các nước châu Á và châu Âu vì sự cạn kiệt về địa chỉ IP. Thêm vào đó sử dụng địa chỉ IPv6 sẽ nâng cao được tính bảo mật, tự động cấu hình mạng và tính mềm dẻo của tiêu đề. Tất cả tạo ra một môi trường vô cùng thuận lợi cho việc phát triển dịch vụ internet. Một hướng ứng dụng quan trọng khi sử dụng IPv6 là dùng cho miền IM.
Thật vậy khi IPv6 ra đời, đã có những câu hỏi về tính liên mạng của IPv4, nhưng nó vẫn được kỳ vọng và tiếp tục tồn tại rất nhiều năm đến khi ra đời R5. Khi sáng tạo ra UMTS, nó hoạt động dựa trên IPv4 over ATM, các gói tin truyền qua mạng thông qua giao thức truyền tunnel GTP, vì vậy với sự ra đời của IPv6 ở thời kỳ quá độ sẽ xảy ra trường hợp truyền tunnel với cả gói tin IPv4 và gói tin IPv6. Miền IM được truy cập thông qua báo hiệu của IPv6.
CHƯƠNG 3: IP DI ĐỘNG 3.1 Giới thiệu- IP di động là gì?
Ngày nay, các mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) đang phát triển nhanh. Các nhà điều hành đang phát triển và triển khai các dịch vụ UMTS và CDMA2000 cho khách hàng của họ. Các mạng 3G này đang tạo ra các ứng dụng thế hệ mới trên cơ sở thâm nhập dữ liệu di động. Sự hội tụ giữa các mạng hiện tại: công nghệ Internet và công nghệ di động, nhưng sự định tuyến IP của Internet đã được thiết kế để làm việc với các node tĩnh (đứng yên) chứ không phải các node di động. Do đó vấn đề đặt ra là làm sao tăng khả năng định tuyến IP để hỗ trợ tính di động.
IP di động là một đề xuất chủ đạo từ IETF nhằm làm tăng khả năng của giao thức IP để cho phép định tuyến trong suốt các gói dữ liệu IP đến các node di động trong Internet.
3.1.1. Cá nhân và đầu cuối di động
Một mạng di động truyền thống như GSM hỗ trợ 2 loại di động: đầu cuối và cá nhân. Đầu cuối di động nói đến một thiết bị di động thay đổi vị trí của nó trong mạng. Với mục đích là trong suốt một phiên, một đầu cuối di động có thể di chuyển trong một mạng mà không phá vỡ dịch vụ. Đây là đặc tính hiển nhiên mà mạng di động phải hỗ trợ. Cá nhân di động nói đến một người sử dụng di chuyển đến một thiết bị đầu cuối khác và vẫn liên lạc. Các mạng 2G là một dạng của cá nhân di động, bởi vì một người sử dụng có thể di chuyển SIM CARD của họ và đặt nó vào trong một đầu cuối khác –vì vậy họ vẫn có thể nhận các cuộc gọi, họ vẫn có tài khoản và các dịch vụ cá nhân của họ như mã quay số nhanh vẫn làm việc. Tính di động đang tồn tại trong các mạng Internet hiện nay là gì? Thứ nhất, tính di động được, điều này tương tự như đầu cuối di động nhưng nó không thể duy trì một phiên được liên tục. Nó giải quyết trường hợp một thiết bị đi vào một điểm thâm nhập mạng mới giữa phiên. Ví dụ, người sử dụng có thể đặt laptop của họ vào bất kỳ một cổng mạng nào trên mạng thường trú của họ. Tuy nhiên, đầu cuối di động phù hợp không sẵn có trong các mạng Internet ngày nay, thứ 2 cá nhân di động, ví dụ qua cổng WWW (như Yahoo), cho phép người sử dụng gởi và nhận e-mail từ các quán cafe Internet.
3.1.2 Các vấn đề của IP di động
Ngày nay do yêu cầu công việc và để thuận tiện nhiều người cần có một dụng cụ hỗ trợ công việc có thể dễ dàng xách theo và dễ dàng sử dụng như laptop, notebook… Các mạng 3G và các mạng không dây được xem là các mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ mềm dẻo cho người sử dụng. Các dịch vụ nổi trội nhất cho tính di động là các dịch vụ Internet và Intranet, mà chạy trên giao thức IP. Host Internet di động đặt ra một vấn đề tại lớp mạng (lớp IP), khi một node di động di chuyển từ một sub-net này đến một sub-net khác, bảng định tuyến phải cập nhật đến các gói định tuyến đến các đích sub-net thay vì các sub-net gốc. Quá trình này không hiệu quả và tốn nhiều thời gian. Cụ thể, nếu một host di động cần giữ lại địa chỉ mạng của nó (địa chỉ IP) trong khi thay đổi các sub-net. Nhưng nếu một host di động thay đổi địa chỉ mạng của nó thì tất cả thiết lập kết nối lớp truyền tải (TCP) sẽ bị gãy.
Hãy tưởng tượng rằng, một máy tính đang tải nhạc trong khi di chuyển trên xe lửa. Người sử dụng này đang sử dụng một laptop có gắn một máy thu phát di động. Bộ thu phát di động có thể được kết nối đến Internet sử dụng các dịch vụ dữ liệu được cung cấp bởi các mạng GSM hoặc CDMA. Khi người sử dụng đăng ký các dịch vụ dữ liệu. Ví dụ người sử dụng khởi đầu một cuộc gọi dữ liệu, người đó sẽ được bổ nhiệm một địa chỉ IP duy nhất. Mỗi lần được kết nối người sử dụng bắt đầu một phiên FTP để tải nhạc từ Internet. Phiên FTP này về cơ bản là một kết nối lớp truyền tải. Nhưng khi xe lửa di chuyển, trạm di động di chuyển đến cell khác, do đó điểm tham gia dịch vụ có thể thay đổi (Ví dụ, nếu người sử dụng di chuyển ngang qua các nhà cung cấp dịch vụ-Chuyển mạng). Nếu trạm di động bây giờ được gán một địa chỉ IP mới, thì tất cả các kết nối lớp truyền tải sẽ bị gãy. Do đó phiên FTP sẽ bị bãi bỏ.
Đây là vấn đề mà IP di động sẽ giải quyết. Cụ thể IP di động định nghĩa các bộ phận mà cho phép định tuyến các gói IP đến các Node di động, mà không yêu cầu các thay đổi chính từ bảng định tuyến của Internet.