Dựa trên xu thế phát triển của thông tin di động, mạng 4G sẽ có băng thông rộng hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và không gián đoạn, và đặc biệt cung cấp các dịch vụ liên tục giữa các hệ thống và các mạng.
Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả các hệ thống của các mạng khác nhau, từ mạng công cộng đến mạng riêng, từ mạng băng rộng có quản trị mạng đến mạng cá nhân và các mạng adhoc. Các hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với các hệ thống 2G và 3G cũng như các hệ thống phát quảng bá băng rộng khác. Thêm vào đó, mạng 4G sẽ là mạng Internet di động dựa trên IP hoàn toàn.
Hình 2.26 cho thấy một loạt các hệ thống mạng 4G sẽ tích hợp: vệ tinh băng rộng, mạng tổ ong 2G, mạng tổ ong 3G, mạch vòng nội hạt vô tuyến (WLL) và mạng cá nhân (PAN), dùng giao thức IP là giao thức tích hợp.
8.8 KẾT LUẬN
Hệ thống vô tuyến băng rộng 4G trong tương lai sẽ mở ra một phương thức truyền thông mới hoàn toàn dựa trên IP, đem lại nhiều tiện ích cho người sử dụng. Các hãng viễn thông hàng đầu trên thế giới đang cùng nhau nghiên cứu để đưa một tiêu chuẩn toàn cầu cho hệ thống 4G. Tuy nhiên, để có thể trở thành những hệ thống thương mại, còn có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu và thử nghiệm. Tại Việt Nam, các nhà khai thác mạng di động đang gấp rút các mạng thông tin di động 2G, 2,5G lên mạng 3G. Do đó, việc nghiên cứu hệ thống này là rất cần thiết, nhằm đón đầu các xu hướng công nghệ của thế giới, đưa vào ứng dụng tại Việt Nam. Tuy nhiên, vì khuôn khổ bài báo có hạn, nhiều vấn đề đã không được đưa ra ở đây.
Phần 2 Giao Thức và hiện trạng mạng di động ở Việt Nam
Chương 9 Giao thức trong Release 4 9.1 Giao thức RTP
Giao thức RTP (RFC 1889) cung cấp phát audio và video thời gian thực từ đầu cuối tới đầu cuối, trên mạng IP qua UDP. RTP cung cấp việc nhận dạng loại payload, đánh số tuần tự và kiểm tra phát (delivery monitoring). Mỗi payload được gửi đi sử dụng RTP, RTP được nhồi thêm để chắc chắn nó được phát tới CODEC ở tốc độ chính xác. RTP cụ thể sử dụng trong R4 nếu lớp vận chuyển IP đang được dùng, để mang gói qua miền CS giữa những MGW (Media GateWay). RTP cũng là chọn lựa vận chuyển đối với phương tiện thời gian thực ở R5 trong miền IMS
9.1.1 RTP ở giao diện Nb
Đối với giao diện Nb, 3GPP phát biểu rằng timestamp của RTP có thể bị bỏ qua và sự hỗ trợ của giao thức điều khiển thời gian thực (RTCP) là sự chọn lựa ở MGW. RTP trong trường hợp này chỉ được sử dụng để tóm gọn những message của UP cho vận chuyển IP
Đối với mạng R5, RTP được dùng để điều chỉnh thời gian từ đầu cuối - đầu cuối, ví dụ đa phương tiện đang được phát giữa 1 cặp UE.
Header của RTP bắt đầu với số version, nó hiện tại là 2. PTYPE định nghĩa payload (ví dụ G.711, G.723 audio hoặc H.263 video).
Bảng 9.1: Header của RTP
Mỗi loại payload định nghĩa một profile, nó không chỉ định nghĩa loại phương tiện và CODEC mà còn cụ thể hoá đến chi tiết timestamp của RTP và M. Payload có 2 loại: static và dynamic. Việc chỉ định static là số của RFC, cụ thể 1890. Tần số đồng hồ RTP được đưa ra trong bảng, định nghĩa timestamp của RTP là phải thế nào để lớn lên. Ví thế đồng hồ 8kHz, timestamp sẽ được tăng lên 125μ. Payload dynamic (động) được chỉ định khi phiên được tạo ra sử dụng một vài cơ cấu không bị kiểm soát bởi RTP (ví dụ SDP và SIP)
Bảng 9.2: RTP payload type assignment
9.1.2 Bộ nhận dạng nguồn
Mỗi nguồn phương tiện (media source) trong phiên được định nghĩa bởi một số duy nhất 32bits được gọi là bộ nhận dạng nguồn. Bộ nhận dạng nên được chọn ngẫu nhiên để giảm trường hợp 2 trạm cùng chọn một bộ nhận dạng. Mặc dù trường hợp sung đột (chẳng hạn như 2 trạm cùng ID) là nhỏ, mỗi trạm cung cấp một vài cơ cấu để phát hiện sự cố của nó và đưa ra biện pháp cứu chữa tình huống. Cụ thể, trạm phát hiện việc phát của trạm khác cùng với bộ nhận dạng nguồn, mong muốn chọn một bộ nhận dạng mới ngẫu nhiên. Sau đó nó sẽ gửi message RTCP BYE chỉ
rằng nó đang kết thúc dòng media đầu tiên, và sau đó sử dụng bộ nhận dạng mới. Trong header của RTP, 2 loại của bộ nhận dạng nguồn có thể hiện diện, bộ nhận dạng nguồn đồng bộ và bộ nhận dạng nguồn đóng góp (contributing source identifier)
9.1.3 Bảo mật với RTP
RFC 1889 công bố rằng những gói RTP có thể được bảo mật. Kỹ thuật yêu cầu là khối mật mã trói buộc việc sử dụng chuẩn bảo mật dữ liệu (DES). Giải mật mã chính xác gói có thể được xác định bởi nhiều kiểm tra giá trị header, ví dụ như kiểm tra số version là 2 và payload được biết. Không có cơ cấu trong RTP để cho phép trao đổi khoá mật mã. Điều này sẽ thực hiện ở đoạn điều khiển cuộc gọi/phiên của cuộc gọi sử dụng những giao thức như SIP và SDP.
9.1.4 Sự dư thừa trong RTP
Thêm dư thừa vào RTP cho phép một vài gói RTP mà bị mất trên đường phát nhưng không mất dữ liệu. Định dạng dư thừa RTP gồm payload đầu tiên cộng với nhiều payload thứ 2. Nó sử dụng cho việc phát chảng hạn như không dây nơi mà tốc độ lỗi có thể là cao.
9.2 Giao thức SDP (Session Description Protocol)
SDP (RFC 2327) không thực sự là một giao thức, nhưng định dạng chuẩn dùng để trình bày thông tin phiên. Những miêu tả SDP gồm loại phiên, loại payload RTP, định thời gian của phiên, số cổng để gửi dữ liệu RTP tới …. Nhiều giao thức khác nhau dùng SDP để trình bày những chọn lựa media (phương tiện), bao gồm BICC, SIP, MGCP và MEGACO.
Trường miêu tả phương tiện (media) miêu tả loại phương tiện (video/audio), sử dụng CODEC và số cổng RTP.
Trường băng rộng đưa ra yêu cầu băng rộng khoảng kbit mỗi giây cho phiên, cho phép mạng tính toán QoS hoặc yêu cầu thừa nhận.
SDP thường dùng ở chế độ offer/response. Trong trường hợp này, trạm đầu tiên có thể offer để thông tin với nhiều chọn lựa phương tiện khác nhau; trạm thứ 2 sẽ respond với chọn lựa ưu tiên của nó.
9.3 MGCP (Media Gateway Control Protocol)
Giao thức MGCP cho phép sự phân tích của chức năng cổng trong việc báo hiệu điều khiển riêng và chức năng biên dịch phương tiện
Báo hiệu cuộc gọi được tách rời khỏi dữ liệu phương tiện và được gửi trực tiếp tới server MSC. Server MSC sử dụng bản tin H.248 để chỉ thị cho MGW. Cổng phương tiện cung cấp kết nối giữa mạng IP và mạng bên ngoài.
Sự phát triển của những giao thức điều khiển phương tiện.
Sự phát triển của giao thức điều khiển MGW bắt đầu với SGCP ( giao thức điều khiển cổng đơn).Điều này được phát triển ở trung tâm khám phá Bell
Hình 9.1: Điều khiển cổng phương tiện (media)
Nó hoạt động trên UDP và được thiết kế nhằm xử lý những cuộc gọi thoại. Giao thức tương tự khác, IPDC (IP Device Control protocol) được phát triển bởi thông tin mức 3
Vào năm 1999 cả 2 IPDC và SGCP được hợp nhất thành chuẩn mới gọi là MGCP. MGCP biến đổi và mở rộng tính hoạt động của cả giao thức này. MGCP, tuy nhiên, bây giờ đã bị thế chố bởi MEGACO hoặc H.248, đây là giao thức được làm rõ trong mạng R4 UMTS
9.4 Giao thức H.248 9.4.1. Lịch sử phát triển. 9.4.1. Lịch sử phát triển. Hình 9.2: Lịch sử phát triển của H.248 9.4.1.1 MEGACO và MGCP Bảng 9.3: So sánh MEGACO và MGCP
a) Sự khác nhau giữa MEGACO và MGCP
MGCP: Do IETF định nghĩa và được sử dụng rộng rãi cho các giải pháp cáp (cable). Mô hình kết nối dựa trên các điểm cuối và các kết nối. Các gói được đưa vào giao thức chính. Được triển khai nhiều hơn và rẻ hơn đối với các GW nhỏ (các RGW)
MEGACO: Do IETF và ITU-T hợp tác xây dựng. Mô hình kết nối dựa trên các termination và context. Các gói được định nghĩa trong các phụ lục/RFC riên. Các lớp ứng dụng lớn hơn cho hội nghị đa bên và các cuộc gọi đa phương tiện. Hiệu quả hơn và mở hơn cho các tiến trình trong tương lai mà không bị phá vỡ
b) Sự giống nhau giữa MEGACO và MGCP
Định nghĩa giao diện giữa một MGC và một MG. Cho phép kiến trúc tách biệt giữa việc quản lý kênh mang và điều khiển cuộc gọi. Sử dụng SDP cho các khả năng kênh mang. Hỗ trợ mã hoá dạng ký tự. Phần lõi nhỏ và khả năng mở rộng lớn thông qua cơ chế gói. Đáp ứng các yêu cầu của TGW, AFW và RGW. Kết luận, về cơ bản MEGACO và MGCP rất giống nhau (là các giao thức khác nhau để truyền thông tin giống nhau)
9.4.2 Các thuật ngữ và mô hình kết nối 9.4.2.1 Media Gateway 9.4.2.1 Media Gateway
Media Gateway Là định nghĩa giao diện giữa một MGC và một MG
MG truy nhập (AGW): là kết nối điện thoại thông thường hoặc các PBX tới mạng thế hệ mới
MG trung kế (TGW): Là kết nối các chuyển mạch thuộc mạng PSTN tới
MG truy nhập di động: cho phép các khác hàng của mạng di động 3G kết nối tới MG trung kế di động: cho phép mạng di động 3G kết nối
MG báo hiệu: chuyển đổi tín hiệu báo hiệu số 7 giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói.
9.4.2.2 Termination và Context. a) Termination a) Termination
- Một Termination được mô tả bởi một số đặc tính. Các đặc tính này được nhóm vào một Descriptor (mô tả) trong các lệnh
- Các Termination có thể được lập trình để tạo ra các tín hiệu
- Các Termination có thể được lập trình để nhận biết các sự kiện (event)
- Các số liệu thống kê có thể được thu thập trong một Termination và được thông báo cho MGC
- Có 2 loại Termination:
+ Các Termination vật lý (Các Termination bán cố định): Các Termination này được MGC chọn và tồn tại một cách bán cố định. Ví dụ, một Termination thể hiện một kênh TDM có thể tồn tại trong MG cho đến khi nó bị xoá.
+ Các Termination tạm thời: Các Termination này được MG chọn. Ví dụ các dòng thông tin như dòng RTP chỉ tồn tại trong thời gian nó được sử dụng
b) Context
- Một context thể hiện một mối liên hệ giữa một số termination. MGC và MG sử dụng context để thiết lập, duy trì và giải phóng các cuộc gọi VoIP
- Các context được nhận dạng bởi context_ID. Gía trị này được MG ấn định và là duy nhất trong MG
- Một context mô tả cấu trúc của một phiên tại mức gateway. Cấu trúc này định nghĩa các mối liên hệ giữa các termination liên quan đến nhau trong context.
Hình 9.4: Vị trí của RTP 9.4.2.3 Đặc tính, sự kiện, tín hiệu và thống kê a) Đặc tính
Ví dụ về các đặc tính:
- Tại mức Termination (đối với các kênh TDM): Thay đổi trạng thái điều khiển tiếng vọng (bật/tắt), kích thước bộ đệm Jitter lớn nhất
- Tại mức MG: Số lượng context tối đa, số lượng termination tối đa trong một context
b) Sự kiện
- Các sự kiện có thể được nhận ra trong các Termination tuỳ thuộc vào loại termination
- Các termination đường dây analog hỗ trợ các sự kiện sau: Nhấc máy, gác máy, các số đa tần và các tín hiệu chuyển đổi thuê bao nhấc máy hay gác máy
- Một số sự kiện khác có thể được MG thông báo cho MGC: net/qualert , MG thông báo về chất lượng mạng bị suy giảm; rtp/pltrans, MG thông báo về việc chuyển đổi khuôn dạng của RTP
c) Tín hiệu
- Các tín hiệu có thể được áp dụng cho các Termination tuỳ thuộc vào loại termination
- Các tín hiệu tone được tạo ra trên các kênh audio
- Các termination đường dây analog hỗ trợ các tín hiệu đối với các tín hiệu tone khác nhau:
Dial Tone dt (0x0030)
Ringing Tone rt (0x0031)
Busy Tone bt (0x0032)
Congestion Tone ct (0x0033)
Special Information Tone sit (0x0034) (Recording) Warning Tone wt (0x0035) Payphone Recognition Tone prt (0x0036)
Call Waiting Tone cw (0x0037)
Caller Waiting Tone cr (0x0038)
d) Thống kê
Ví dụ về các số liệu thống kê được thông báo cho MGC đối với các termination TDM và RTP:
- Duration: cho biết khoảng thời gian mà termination đã tồn tại trong context - Số lượng octet đã gửi và nhận
- Số lượng các gói RTP đã gửi và nhận - Trễ truyền dẫn gói RTP
9.4.2.4 Định nghĩa Lệnh
H.248 cung cấp các lệnh để điều khiển các context, termination, đặc tính, sự kiện, tín hiệu và số liệu thống kê.
- Các lệnh để thêm các Termination vào một context, thay đổi các termination, loại bỏ các termination khỏi một context và để kiểm tra các đặc tính của các context hay các termination
- Các lệnh cũng được sử dụng để giám sát các đặc tính của các context và các termination (ví dụ: xác định các sự kiện trong một termination phải thông báo cho MGC, các tín hiệu/hành động được áp dụng cho một terminaiton)
- Đa số các lệnh được MGC khỏi tạo và MG phải trả lời các lệnh này. Trường hợp ngoại lệ là các lệnh Notify và ServiceChange: Lệnh Notify được MG gửi cho MGC và lệnh ServiceChange có thể được MG hay MGC gửi.
+ Add: Lệnh add thêm một termination vào một context. Lệnh Add trên termination đầu tiên trong một context được sử dụng để tạo ra context
+ Modify: Lệnh Modify thay đổi đặc tính, các sự kiện và các tín hiệu của một termination
+ Subtract: Lệnh Subtract xoá một termination khỏi context và gửi trả các số liệu thống kê của bên tham gia vào termination này trong context. Lệnh Subtract trên termination cuối cùng trong một context sẽ xoá context này.
+ Move: Lệnh Move được sử dụng để chuyển một termination tới một context khác.
+ AuditValue: Lênh AuditValue gửi trả trạng thái hiện tại của các đặc tính, các sự kiện, các tín hiệu và các số liệu thống kê của các termination.
+ Notify: Lệnh Notify cho phép MG thông báo cho MGC về các sự kiện xuất hiện trong MG
+ ServiceChange: Lệnh ServiceChange có thể được gửi bởi MGC hay MG
9.4.2.5 Bản tin, giao dịch, hành động
- Các bản tin H.248 giữa MGC và MG được trao đổi thông qua các bản tin UDP và được truyền tải qua IP
- Mỗi bản tin có thể bao gồm một tập các giao dịch (Transaction) - Các lệnh H.248 được nhóm vào các giao dịch
+ TransactionRequest (giao dịch yêu cầu) mạng một hay nhiều lệnh H.248 + TransactionReply (giao dịch đáp ứng) mang một hay nhiều đáp ứng H.248 - Trong một giao dịch, các lệnh hoạt động trong một context đơn được nhóm vào trong một hành động.
Hình 9.5: Mối quan hệ giữa bản tin và giao dịch
Hình 9.6: Mối quan hệ giữa giao dịch, context và lệnh 9.4.2.6 Gói
- Các loại gateway khác nhau có thể thực thi các termination với các đặc tính khác nhau. H.248 cho phép có các biến đổi trong các termination bằng cách cho phép
các termination có các đặc tính, các sự kiện, các tín hiệu và các số liệu thống kê tuỳ chọn. Các tuỳ chọn này được thực thi bởi các MG.
- Để đạt được khả năng liên kết hoạt động giữa MG/MGC, các đặc tính như trên được nhóm vào trong các gói và thông thường một termination hỗ trợ một tập các gói. MGC có thể kiểm tra một termination để quyết định các gói mà nó hỗ trợ. Các đặc tính, sự kiện, tín hiệu và số liệu thống kê cũng như là các tham số của chúng đã định nghĩa trong các gói được tham chiếu đến thông qua các nhận dạng (ID).
Để hỗ trợ một gói ngoại lệ thì MG phải hỗ trợ tất cả các đặc tính, các tín hiệu, các sự kiện và các số liệu thống kê được định nghĩa trong gói này. MG cũng có thể hỗ trợ một tập giá trị con được liệt kê trong một gói đối với một đặc tính hay tham số riêng.
- Trong ứng dụng lớp 4, để điều khiển Gateway trung kế thì phải hỗ trợ các gói sau: + Các gói chung/cơ sở
+ Các gói mạng/RTP