Do hệ thống IMS có chức năng xử lý tín hiệu, khi cuộc gọi thiết lập thành công thì thoại sẽ do LTE xử lý, do vậy ta chỉ xét đến khả năng xử lý của hệ thống IMS khi có hàng chục triệu cuộc gọi diễn ra cùng lúc, với trạng thái chuyển từ “idle sang active” và ngƣợc lại là rất lớn.
Nhƣ trình bày ở chƣơng 2, hệ thống sẽ phải xử lý gấp 10 lần tín hiệu trên mặt phẳng điều khiển và trên PCRF, do đó không chỉ tăng cƣờng khả năng xử lý tín hiệu trên IMS và còn cần trang bị hệ thống PCRF riêng cho VoLTE.
Với số lƣợng thuê bao VoLTE tăng nhanh, dự đoán lên đến 74 triệu thuê bao vào cuối năm 2016, thì việc mở rộng mạng LTE/IMS là rất cần thiết.
Có 2 phƣơng án chính để tăng dung lƣợng xử lý cho hệ thống:
- CSFB;
- Tăng số lƣợng hệ thống server IMS, hệ thống PCRF tăng khả năng xử lý đồng thời nhiều cuộc gọi.
3.1.4.1. Điều khiển quá tải
Việc tăng lên nhanh chóng số lƣợng thuê bao sử dụng dịch vụ VoLTE vào các năm tiếp theo đặt ra thách thức cho các nhà mạng trong việc xử lý tình trạng quá tải của hệ thống. Nghiên cứu hệ thống quá tải là một trong những nhiệm vụ giúp nhà mạng phân tích đƣợc nguy cơ rủi ro có thể xảy ra cho hệ thống vào giờ cao điểm.
Hình 3-4 chỉ ra cấu trúc hàng đợi của máy chủ SIP (IMS), đây là hàng đợi đơn giản. Mỗi khi có bản tin SIP tới hàng đợi, bản tin đó sẽ đƣợc phục vụ theo kiểu FIFO (first in first out). Thời gian xử lý của hệ thống phụ thuộc vào loại bản tin SIP. Thông thƣờng, quá trình xử lý bản tin INVITE là lớn nhất so với các loại bản tin SIP khác, bởi vì phải xử lý SIP URL. Giả thiết quá trình xử lý bản tin INVITE là 11.64 msec, và thời gian xử lý các bản tin khác là 2.6 msec.
66
Hình 3-4: Cấu trúc hàng đợi và ngƣỡng quá tải
Để nghiên cứu tình trạng quá tải, ta đƣa ra hai ngƣỡng h và l. Nếu số lƣợng bản tin trong bộ đệm của hàng đợi lớn hơn ngƣỡng h, thì hệ thống xảy ra nghẽn.Nếu số lƣợng bản tin nhỏ hơn l, hệ thống trở lại trạng thái bình thƣờng. Hình 3-5 chỉ ra việc chuyển trạng thái ở hai mức ngƣỡng của hệ thống. Khi bản tin SIP tới máy chủ SIP (IMS), hệ thống sẽ kiểm tra số lƣợng bị chiếm của bộ đệm và tính là x. Trạng thái nghẽn sẽ chuyển theo trạng thái hiện tại và x.
Hình 3-5: Sơ đồ chuyển trạng thái đối với hiện tƣợng nghẽn mạng
Khi hệ thống IMS đang ở trạng thái nghẽn, mạng tín hiệu SIP sẽ điều chỉnh lại để chấp nhận đƣợc cuộc gọi mới. Thông thƣờng, hệ thống sẽ trả về đáp ứng “100” cho bản tin “INVITE”. Nhƣ ở trên hình, hệ thống IMS trả về “503” (dịch vụ không sẵn sang) khi hệ thống ở trạng thái nghẽn. Theo tiêu chuẩn RFC 3261, khi bên gọi nhận đƣợc đáp ứng từ “300-699”, nó sẽ khởi động thời gian D đƣợc định nghĩa trong 3261. Bên gọi không thể thực hiện bất cứ việc gửi bản tin INVITE nào trong tình trạng này. Chu kỳ đƣợc giữ bởi Timer D. Giá trị thời gian Timer D mặc định là 32 giây. Việc điều chỉnh lại với các cuộc gọi mới bởi thời gian D làm giảm tải cho hệ thống. Do vậy có thể tránh đƣợc tắc nghẽn tạm thời.
67
3.1.4.2. Mô hình lƣu lƣợng
Giả thiết rằng thời gian mỗi cuộc gọi đến là TI giây. Có nghĩa là bên gọi sẽ thực hiện một cuộc gọi khác trong TI giây sau khi bên gọi kết thúc cuộc gọi trƣớc đó. Bên bị gọi B sẽ trả lời cuộc gọi trong TA giây sau khi bên bị gọi đổ chuông. Thời gian cho một cuộc gọi là TS giây. Do đó, bên chủ gọi A thực hiện một cuộc gọi mỗi Tcall giây trong đó:
Tcall = TI + TA + TS
Nhƣ phần trƣớc, mỗi một cuộc gọi VoLTE bao gồm 7 bản tin SIP (INVITE, 100, 180, 200, ACK, BYE và 200) đƣợc gửi tới hệ thống IMS để có thể hoàn thành đƣợc cuộc gọi. Do vậy mỗi khi một bản tin SIP đƣợc gửi đến hệ thống SIP, tốc độ đến trung bình của một bản tin SIP tới hệ thống λ đƣợc tính bởi công thức sau:
trong đó N là số lƣợng thuê bao thực hiện cuộc gọi tại cùng thời điểm. Giả sử tốc độ xử lý của hệ thống IMS là µsip, có nghĩa là tốc độ xử lý trung bình một bản tin SIP trong 1/µsip giây.
Tỉ lệ sử dụng của hệ thống ρn đƣợc tính nhƣ sau: ρn
=
Giả thiết, TI = 30 giây, TA = 4 giây, TS = 30 giây thì bên chủ gọi thực hiện mỗi một cuộc gọi trong vòng 64 giây. 1/µsip giả thiết là 1/2.6x10-3giây. Từ đó tải của hệ thống đƣợc tính nhƣ sau:
ρn = 0.04 x N x 10-3
Tốc độ xử lý của mỗi liên kết kết nối tới thuê bao chủ gọi trong hệ thống IMS giả thiết là 100Mbps. Kích thƣớc mỗi bản tin SIP là 731 bytes. Do đó thời gian xử lý trung bình cho việc truyền bản tin SIP là 0.058x10-3 giây.
Tỉ lệ sử dụng của liên kết kết nối liên kết giữa hệ thống IMS với router là: ρlink= λ x 0.058 x 10-3 =
x 0.058 x 10-3 = 0.63 x N x 10-5
68
Do vậy cần phải tính toán số lƣợng SIP server để có thể phục vụ đƣợc nhiều thuê bao cùng một lúc mà không xảy ra tắc nghẽn.