Hình 2.14 và Hình 2.15 mô tả kiến trúc mạng tủy cập IP Non-3GPP tin cậy, trong đó định nghĩa hai giao diện, cả hai giao diện đều kết cuối các phiên WiFi trên cổng mạng dữ liệu gói (P-WG).
Hình 2.14: Kiến trúc 3GPP tích hợp truy cập IP Non-3GPP vào EPC, lựa chọn S2c.
Giao diện S2c dựa trên giao thức DSMIPv6 và yêu cầu thiết bị người sử dụng để hỗ trợ nó. DSMIPv6 tạo ra một kết nối đường hầm giữa thiết bị người sử dụng và P-GW, được sử dụng để chuyển tiếp tất cả lưu lượng đến và từ thiết bị người sử dụng. P-GW chịu trách nhiệm gán một địa chỉ IP ảo tới đường hầm trong quá trình thiết lập. Địa chỉ IP này là từ cùng IP pool được sử dụng cho các phiên LTE. Bởi vì tất cả lưu lượng đến và từ thiết bị người sử dụng được gửi qua đường hầm, P-GW có khả năng hiển thị đầy đủ lưu lượng người sử dụng và có thể áp dụng PCC và các chức năng cần thiết khác tới lưu lượng theo cách thức giống như tới các phiên LTE (Hình 2.15).
Hình 2.15: Kiến trúc 3GPP tích hợp truy cập IP Non-3GPP vào EPC, lựa chọn S2a
Một tùy chọn khác được mô tả trong Hình 2.15 là lựa chọn giao diện S2a để chuyển tiếp lưu lượng truy cập từ mạng WiFi đến EPC. Giao diện này dựa trên giao thức Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6). Giống như S2c, giao diện kết cuối trên P- GW và cho phép khả năng hiển thị lưu lượng của người sử dụng. Sự khác biệt là giao thức PMIPv6 không yêu cầu bất kỳ sự thay đổi nào trên thiết bị người sử dụng. Cổng truy cập không dây (WAG) trong mạng truy cập IP Non-3GPP tin cậy cung cấp các chức năng IP di động trong suốt cho khách hàng. Nó tạo ra đường hầm, yêu cầu địa chỉ IP từ P-GW, và sau đó gán địa chỉ này tới kết nối WiFi. Bằng cách này, thiết bị người sử dụng được gán một địa chỉ IP là một phần của pool P- GW, nhưng nó không xem địa chỉ như là ảo mà như là một địa chỉ vật lý trực tiếp trên giao diện WiFi.
Hình 2.16 mô tả tổng quan về kiến trúc LTE. Ngoài lưu lượng đường hầm kết nối tới EPC, kết nối trực tiếp từ WAG tới Internet được cho phép đối với những người sử dụng không phải là thuê bao di động của nhà khai thác.
Hình 2.16: Kiến trúc LTE
Hai phương pháp tích hợp (S2a và S2c) được sử dụng ở đây, và có ý nghĩa khác nhau cho việc triển khai. Phương pháp S2c yêu cầu những thay đổi trên thiết bị người sử dụng, do đó, nó được xem là dựa trên khách hàng. Tính năng này có thể không nhỏ trong một mạng di động vì sự cần thiết phần mềm khách hàng cho các chức năng. Các nhà khai thác di động phải đảm bảo rằng số lượng lớn các thiết bị cầm tay khác nhau và các hệ điều hành có thể được điều khiển bằng phần mềm, phải giữ cho thiết bị người sử dụng được cập nhật phiên bản mới của phần mềm, và phải khuyến khích các thuê bao sử dụng phần mềm khách hàng. Hình 2.17 minh họa liên kết như được định nghĩa bởi 3GPP. Pha A biểu diễn kết nối tới mạng WiFi. Trong pha B, đường hầm DSMIPv6 được mở tới P-GW, và trong pha C, phiên được xem như phiên tích cực. Cũng được mô tả là việc thiết lập các chính sách cho phiên sử dụng PCRF.
Hình 2.17: Kết nối mạng S2c được định nghĩa bởi 3GPP
Phương pháp S2a loại bỏ vấn đề của phần mềm khách hàng. Các giá ở đây là nhà khai thác mất điều khiển việc kích hoạt WiFi và chuyển giao phiên trên các thiết bị người sử dụng. Mất điều khiển này có thể dẫn đến phản ứng không mong đợi của các thiết bị người sử dụng trong chuyển đổi từ truy cập 3GPP sang WiFi và ngược lại. Hình 2.18 mô tả kết nối được định nghĩa bởi 3GPP. Mạng truy cập IP Non-3GPP tin cậy biểu diễn mạng WiFi, với WAG là một phần của mạng này.
Hình 2.18: Kết nối mạng S2a được định nghĩa bởi 3GPP
Chuyển giao
Trong các mạng dữ liệu di động, một trong những thủ tục quan trọng nhất là chuyển giao - khi thuê bao di chuyển từ một trạm vô tuyến này sang một trạm khác. Các thủ tục chuyển giao mô tả phản ứng của mạng khi thuê bao chuyển từ một loại vô tuyến sang một loại khác (ví dụ, từ 3G sang WiFi).
Hiện nay, một số kiểu chuyển giao có thể được sử dụng. Một trong những yêu cầu trong mạng của nhà khai thác cần phải cân bằng được sự kỳ vọng của các thuê bao và sự phức tạp của kiến trúc.
● Chuyển giao mà không có sự duy trì địa chỉ IP (chuyển giao kết nối): Khi một thuê bao kết nối tới mạng truy cập WiFi, thuê bao được xác thực trong suốt và được gán một địa chỉ IP mới bởi mạng WiFi. Tất cả truyền thông mới có thể sử
dụng địa chỉ IP mới như là nguồn. Tất cả TCP đã được thiết lập và các kết nối UDP có thể, tuy nhiên, vẫn tiếp tục trên mạng 3G. Nếu logic thiết bị người sử dụng cấm giao diện 3G, thì các socket thiết lập này sẽ cần phải được (tự động) tái thiết lập qua WiFi, sử dụng địa chỉ IP mới.
● Chuyển giao với sự duy trì IP (chuyển giao IP): Khi một thuê bao kết nối tới mạng Wi-Fi, thuê bao sẽ được gán cùng một địa chỉ IP như được sử dụng trên mạng 3G hoặc LTE. Nếu TCP đã được thiết lập và các kết nối UDP được gới hạn tới một giao diện vật lý (vì sự thực hiện kiến trúc giao thức TCP/IP của UE), chúng sẽ cần phải được (tự động) tái thiết lập bằng cách sử dụng giao diện WiFi mới, thậm chí chúng sẽ sử dụng cùng một địa chỉ IP.
● Chuyển giao phiên (chuyển giao trong suốt): Đây là loại chuyển giao tương tự như chuyển giao IP, nhưng chuyển giao phải xảy ra trong một khoảng thời gian cho phép các ứng dụng đa phương tiện thời gian thực (thoại qua IP, dòng video,...) - ví dụ, bằng cách sử dụng các socket UDP cho đa phương tiện và các socket TCP cho giao thức mặt phẳng điều khiển tiếp tục mà không bị gián đoạn hoặc kinh nghiệm người sử dụng suy giảm khi thiết bị chuyển giữa kết nối WiFi và tế bào 3G.
Lưu ý rằng chuyển giao liên tục chỉ có thể đạt được với sự hợp tác của thiết bị người sử dụng, có nghĩa là cập nhật phần mềm (cho phần mềm khách hàng) là cần thiết trên các thiết bị đầu cuối. Ở mức tối thiểu, phần mềm này cần cung cấp một bộ tương thích giao diện ảo, để tạo mặt nạ cấu trúc giao diện vật lý cho các socket TCP và UDP.
3GPP chỉ định nghĩa các cơ chế chuyển giao cho WiFi tin cậy như là một phần của kiến trúc LTE. Đối với WiFi không tin cậy, các đề nghị tồn tại cho 3G và LTE.
Chuyển giao dựa trên S2a (Clientless)
Ưu điểm của PMIPv6 như giao thức cho giao diện S2a là giao thức được xây dựng cho di động IP dựa trên mạng. Vì vậy, nó có thể cung cấp, mà không có sự tham gia của máy khách, chuyển giao của địa chỉ IP giữa các loại truy cập khác nhau. Trong thiết kế này, P-GW là chịu trách nhiệm lưu giữ phiên, gán các địa chỉ IP, và chuyển đổi PMIPv6 hoặc đường hầm Ga TP giữa các cổng truy cập khác nhau trong trường hợp chuyển giao. Các cổng truy cập phải hỗ trợ chức năng cổng
truy cập di động (MAG) để thực hiện tất cả các chức năng nút di động liên quan – IP di động.
Hình 2.19 minh họa sự chuyển giao lưu lượng cuộc gọi được định nghĩa trong 3GPP TS 23.402. Truy cập IP Non-3GPP tin cậy là tương đương với WAG.
Hình 2.19: Chuyển giao luồng thoại được định nghĩa trong 3GPP TS 23.402
Mặc dù chuyển giao dựa trên S2a là không dựa trên khách hàng, nhắc lại rằng các vấn đề với chuyển giao WiFi tới 3GPP là sự tồn tại của hai giao diện vô tuyến trên thiết bị người sử dụng và vai trò của các thiết bị người sử dụng như là điểm quyết định chuyển giao. Bởi vì hai nhân tố này, mạng có thể không bao giờ đảm bảo rằng thiết bị người sử dụng đang sử dụng giao diện thích hợp.
Ngoài ra, tại thiết bị người sử dụng, ngăn xếp TCP/IP cần xem xét với hai giao diện vật lý mà cuối cùng có thể có địa chỉ IP giống nhau. Hơn nữa, trong một số thực hiện giá giao thức TCP/IP, các socket ứng dụng có thể bị giới hạn tới một giao diện vật lý. Vì vậy, khi thiết bị người dùng hoặc ứng dụng chuyển giữa các giao diện, các kết nối ứng dụng phải bị dừng và có thể cần được thiết lập lại từ giao diện mới.
Với tất cả những phụ thuộc này, kiến trúc dựa trên PMIPv6 không (không hỗ trợ thiết bị người sử dụng) đảm bảo hoạt động của chức năng chuyển giao trong suốt trên tất cả các loại thiết bị người sử dụng. Tình huống này có thể được cải thiện nếu người quản lý kết nối thiết kế phù hợp các bộ tương thích ảo được cài đặt trên tất cả các thiết bị người sử dụng.
Chuyển giao dựa trên S2c (dựa trên khách hàng)
Đối với các giao diện S2c, 3GPP cũng sử dụng giao thức DSMIPv6 được định nghĩa bởi IETF giữa thiết bị người sử dụng và P-GW như là điểm lưu giữ. Khi trên mạng Non-3GPP, thiết bị người sử dụng xây dựng DSMIPv6 tới P-GW thích hợp và được gán một địa chỉ IP ảo, sau đó được sử dụng cho các truyền thông ứng dụng. Địa chỉ IP giống nhau sẽ được gán cho thiết bị người sử dụng qua mạng truy cập 3GPP trong trường hợp chuyển giao. Mạng 3GPP được xem như mạng thường trú, và do đó thiết bị người sử dụng không cần phải thiết lập một đường hầm DSMIPv6 trên mạng truy cập 3GPP.
Hình 2.20, từ 3GPP TS 23.402, mô tả luồng thoại trong lúc chuyển giao từ mạng truy cập LTE tới mạng truy cập WiFi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.20: Luồng thoại cho chuyển giao từ mạng truy cập LTE tới mạng truy cập WiFi
Chuyển giao dựa trên khách hàng cung cấp trải nghiệm trong suốt mà không cần phải thiết lập lại các phiên TCP và UDP, bởi vì phần mềm máy khách tạo mặt nạ các giao diện vật lý sau bộ tương thích mạng ảo. Tất cả các socket được thiết lập từ bộ tương thích ảo này và không cần phải được tái lập bởi giao thức TCP/IP.
Mặc dù không được chuẩn hóa, ba thiết kế phổ biến có thể được sử dụng để cung cấp chuyển giao giữa 3G và các RAN WiFi. Tất cả đều dựa vào sự tồn tại của P-GW trong mạng và yêu cầu gián tiếp một nâng cấp của mạng tới EPC.
Một tùy chọn là tích hợp mạng 3G vào EPC bằng cách sử dụng một SGSN có khả năng S4. Hình 2.21 minh họa kiến trúc.
Hình 2.21: Kiến trúc cho tích hợp mạng 3G vào EPC Sử dụng SGSN có khả năng S4
Tùy chọn này cho phép P-GW điều khiển các kết nối 3G với kiểu chuyển giao S2a.
Tùy chọn thứ hai dựa trên S2c hỗ trợ trên thiết bị người sử dụng. Thiết bị này có thể mở một đường hầm DSMIPv6 tới P-GW qua kiểu mạng truy cập bất kỳ, bao gồm cả 3G. Trong trường hợp này, bản thân mạng 3G không được tích hợp vào EPC. Tuy nhiên, các phiên người sử dụng được lưu giữ trên P-GW từ tất cả các loại mạng truy cập. Phương pháp này có thể yêu cầu một nâng cấp các hệ thống chính sách và tính cước tới các tiêu chuẩn LTE. Ngoài ra, các tham số QoS 3G là không thể hiện thị cho P-GW trong kịch bản này.
Tùy chọn thứ ba là dựa trên S2a hỗ trợ trên 3G GGSN truyền thống. Các kết nối 3G được qua bởi PMIPv6 tới P-GW và lưu giữ ở đó. Giải pháp này thường
không được sử dụng phổ biến bởi vì thiếu các chức năng MAG trên hầu hết các GGSN.
Các nhà khai thác có thể thực hiện các thiết kế khác dựa trên các tiêu chuẩn IETF cho giao thức MIPv6 hoặc PMIPv6. Những thiết kế này phụ thuộc vào khả năng của các phần tử lõi gói đã triển khai và sẽ khác nhau từ một mạng sang mạng khác.