a. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA
2.3.3 Lớp chức năng điều khiển
Lớp chức năng điều khiển dùng để điều khiển hệ thống nhƣ điều khiển hệ thống báo hiệu, điều khiển lƣu lƣợng, bảo mật thông tin,… đồng thời cung cấp cơ sở hạ tầng cho lớp dịch vụ cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau. Chức năng điều khiển gồm có:
Chức năng báo hiệu: Báo hiệu trong mạng lõi là loại báo hiệu tập trung. Do yêu cầu tích hợp đƣợc các mạng khác nhau, do đó phải có phƣơng thức báo hiệu giống nhau cho các mạng. Ở mạng lõi ngƣời ta xây dựng các trung tâm mã điểm báo hiệu STP dùng để điều khiển báo hiệu trong toàn mạng và để liên kết với các trung tâm mã điểm báo hiệu của các nhà cung cấp dịch vụ khác trong nƣớc và trên quốc tế. Một đặc điểm chính trong mạng 4G là tất cả đều hội tụ trên nền IP, do đó giao thức báo hiệu thực hiện chính trên mạng 4G là SS7oIP. Điều này đƣợc thực hiện thông qua Gateway báo hiệu (SGW – Signalling gateway). Chức năng chính của SGW là kết nối các mạng báo hiệu khác nhau thông qua việc chuyển đổi giữa các lớp và điều khiển thực hiện báo hiệu trong nội mạng thông qua giao thức SS7oIP.
Chức năng bảo mật: Đây là một trong những chức năng quan trọng trong hệ thống tƣơng lai, nó đảm bảo cho việc thông tin của ngƣời sử dụng đƣợc an toàn, bí mật và có tính riêng tƣ. Chức năng này đƣợc thực hiện thông qua Gateway an ninh (SEG - Security Gateway) để cung cấp về chính sách an toàn (proxy server) và bức tƣờng lửa (firewall). Proxy server sẽ định ra các chính sách về an ninh trong toàn mạng. Bên cạnh đó, Firewall sẽ thực hiện phân vùng an ninh và đảm bảo tính bảo mật cho các vùng mạng. Để thực hiện bảo mật thông tin, dữ liệu sẽ đƣợc đi qua Security Gateway trƣớc khi vào hoặc ra khỏi vùng bảo mật. Vùng bảo mật này thƣờng là mạng đƣợc quản lý chặt chẽ và SEG đƣợc đặt ở biên của mạng này. Một nhà cung cấp có thể có 1 hoặc một vài SEG để đảm bảo tính an ninh cho mạng đồng thời phòng ngừa trƣờng hợp bị sự cố trên 1 SEG đơn lẻ gây ảnh hƣởng đến hoạt động của mạng.
47
Chức năng về Billing: Chức năng này cung cấp cho mạng khả năng về nhận thực, tính cƣớc đối với các dịch vụ sử dụng trong mạng. Nó thực hiện nhận các thông tin về tính cƣớc từ lớp mạng lõi, căn cứ vào các đặc điểm về thông tin tinh cƣớc của từng UE, từng dịch vụ để chọn lọc thông tin về tính cƣớc. Các thông tin này sau đó đƣợc định dạng lại và đƣợc gửi đến các hệ thống tính cƣớc tƣơng ứng và gửi đến các UE.
Chức năng về tính di động trong mạng (Mobility): Chức năng này đƣợc kế thừa từ các mạng di động thế hệ trƣớc. Nó đƣợc thể hiện qua các thành phần cũ của mạng nhƣ HLR, VLR, EIR, AUC, MSCS và cơ cấu điều khiển handover, handoff của thuê bao.
o Thanh ghi định vị thƣờng trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu đƣợc đặt tại hệ thống chủ của ngƣời sử dụng để lƣu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Lý lịch dịch vụ này bao gồm: thông tin về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc phép chuyển mạng, và thông tin về các dịch vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi… Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đƣợc lƣu trong HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR thƣờng là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạng nhƣng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao.
o Bộ ghi định vị tạm trú (VLR): chức năng của VLR là lƣu giữ bản sao về lý lịch của ngƣời sử dụng khách cũng nhƣ vị trí của UE trong hệ thống đang phục vụ ở mức độ chính xác hơn HLR.
o EIR: thực hiện quản lý thiết bị ngƣời sử dụng UE. EIR lƣu tất cả các dữ liệu liên quan đến UE. EIR đƣợc nối đến MSC và SGSN qua đƣờng báo hiệu để kiểm tra sự đƣợc phép của thiết bị. Một thiết bị không đƣợc phép sẽ bị cấm. o Trung tâm nhận thực (AUC): quản lý các thông tin nhận thực và mật mă
hóa liên quan đến từng cá nhân liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khóa bí mật. Việc quản lý thuê bao đƣợc thực hiện thông qua khóa nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao. Khóa này đƣợc lƣu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE.
48
o MSCS – MSC server là bộ phận cải tiến của mạng 3G so với các thế hệ trƣớc. Khi yêu cầu về dữ liệu sử dụng tăng cao, số thuê bao phát triển cao đã buộc MSC truyền thống tách thành 2 bộ phận chức năng riêng biệt: MSC Server dùng để điều khiển chung việc định tuyến cuộc gọi và phần chuyển mạch PS + CS đƣợc tập trung trong chức năng của MGW. Với việc tách ra 2 thành phần chức năng này, MSCS đã tăng đƣợc hiệu quả hoạt động của hệ thống thông qua việc điều khiển tập trung các MGW. Nó cũng thể hiện đƣợc tính linh động đồng thời giúp phần tăng dung lƣợng hệ thống.
o Chức năng quản lý di động đƣợc thực hiện riêng biệt trên mạng lõi và mạng RAN. Những tiến trình về truy nhập vô tuyến đƣợc thực hiện trên mạng RAN. Do đó RAN quản lý tính di động ở mức cell, trong khi đó mạng lõi không cần quan tâm đến cấu trúc cell. Các quá trình quản lý di động bao gồm:
o Quản lý trạng thái UE và vị trí của nó. o Quản lý UE khi thâm nhập vào mạng. o Cập nhật các vùng định tuyến.
o Quản lý thay đổi Handover và phân định lại vùng phục vụ cho các UE thực hiện handover.
o Chức năng IP Multimedia: Đây là khối chức năng tiên tiến so với các mạng di động 2G. Điểm chính của khối chức năng này là thực hiện các chức năng điều khiển, quản lý các phiên làm việc IP trong mạng 4G. Các thành phần trong IP Multimedia bao gồm:
o o o
Hình 2.8. Cấu trúc chức năng của khối IP Multimedia
o HSS (Home Subcriber Server): Đây là cơ sở dữ liệu chính của hệ thống trong đó lƣu giữ toàn bộ các thông tin về thuê bao và các dữ liệu liên quan đến dịch vụ IP Media. Các thông tin này bao gồm số nhận thực thuê bao, các thông tin đăng ký, các tham số truy nhập …. Nó bao gồm các chức năng tƣơng tự nhƣ của HLR, AUC trong hệ thống di động chuyển mạch kênh nhƣng đối với các thuê bao và
HSS
CSCF MRCF
MRFP MGCF
49 dịch vụ chuyển mạch gói.
o CSCF (Call Session Control Function): Chức năng điều khiển trạng thái phiên cuộc gọi, quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phƣơng tiện đến và từ ngƣời sử dụng. Nó bao gồm các chức năng nhƣ: phiên dịch và định tuyến. o MRCF (Multimedia Resource Control Function): Chức năng điều khiển tài
nguyên đa phƣơng tiện. Khi có yêu cầu về các phiên làm việc đa phƣơng tiện, MRFC sẽ điều khiển thực hiện trên MRFP. MRFC cũng đảm nhận chức năng gửi các thông tin về tính cƣớc.
o MRFP (Multimedia Resource Function Process): Cung cấp tài nguyênđƣợc yêu cầu và chỉ dẫn bởi MRFC. MRFP thực hiện những chức năng sau:
- Kết hợp giữa các dòng dữ liệu media đầu vào (có thể từ nhiều nhà cung cấp).
- Là nguồn cung cấp các thông báo về đa phƣơng tiện.
- Xử lý các dòng dữ liệu đa phƣơng tiện nhƣ chuyển đổi mã âm thanh ….
o MGCF (Media Gateway Control Function): Chức năng điều khiển thiết lập kết nối giữa mạng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Nó xử lý các báo hiệu dịch vụ đến từ các thuê bao chuyển mạch gói và thực hiện chuyển đổi giao thức làm việc giữa 2 mạng.