Hình 5.4: user plane cho UMTS R4
Nb giữa những MGW thì mang dữ liệu người dùng. Giao thức được dùng để vận chuyển dữ liệu là giao thức user plane (UP). Trong chế độ hỗ trợ, nó cho phép điều khiển chính xác thời gian luồng phương tiện giữa những MGW và từ MGW tới UTRAN (RNC). Có 2 sự chọn lựa giao thức transport sẵn có trên Nb, là IP và ATM. Trường hợp chọn IP, lưu lượng người dùng sẽ được mang ở dạng gói RTP, cái này được phát trên UDP/IP. Chọn ATM, lưu lượng transport là AAL2 khi nó ở trong UTRAN.
Chương 6 Công nghệ UMTS Release 5 6.1 UMTS Realease 5: Giới thiệu IMS
UMTS R5 đưa mạng lõi tiến 1 bước xa hơn và định nghĩa một kiết trúc cho mạng toàn IP từ đầu cuối - đầu cuối. MSC và giao diện IuCS không được yêu cầu trong mạng R5. Thiết bị user thông tin với IMS là qua SGSN và GGSN. Lõi của IMS gồm có một số node là CSCF. CSCF về cơ bản là kiến trúc SIP, SIP là một trong những giao thức lõi cho dịch vụ kỹ thu VoIP
IMS (IP Multimedia Subsystem ) được thiết kế bởi chuẩn không dây, việc mở rộng này được cập nhật bởi 3GPP, 3GPP2 và TISPAN nhằm hỗ trợ những mạng khác biệt hơn với GPRS, như WLAN, CDMA2000 và mạng cố định. IMS không mong đợi tự chuẩn hoá những ứng dụng, nhưng giúp đỡ truy cập những ứng dung đa phương tiện và voice bằng đầu cuối không dây và có dây, tức là giúp đỡ kiểu hội tụ di động cố định (FMC). Điều này được thực hiện bởi lớp điều khiển ngang cách li mạng truy cập khỏi lớp dịch vụ.
Nội dung trong Release 5 chia làm 4 phần: IMS; Ipv6, IP transport in UTRAN; Improvements in GERAN, MExE…; HSDPA
6.1.1 Những phần tử mới trong R5
Hình 6.1: Hệ thống phụđa truy nhậm ( IP multimedia subsystem (IMS) ) 6.1.1.1 CSCF – Call Session Control Function
CSCF chịu trách nhiệm điều khiển phiên và là điểm điều khỉen cho những chức năng sau:
Định tuyến cuộc gọi
Thiết lập QoS trên mạng IP
Kiểm tra sự phát sinh của hồ sơ chi tiết cuộc gọi (CDR) cho mục đính tính chi phí
Tất cả những báo hiệu điều khiển call/session trong IMS được thực hiện bởi giao thức SIP. Có 3 loại CSCF được định nghĩa là: P-CSCF, S-CSCF và I-CSCF. Mỗi mạng sẽ cung cấp nhiều CSCF đối với mỗi loại. Chính điều này cho phép chia sẻ tải và hỗ trợ tăng độ tin cây xuyên suốt việc sử dụng nhiều server dự phòng.
Proxy CSCF (P-CSCF)
Đây là điểm liên lạc đầu tiên cho bao hiệu cuộc gọi đến từ UE. P-CSCF hướng báo hiệu cuộc gọi tới S-CSCF. Đối với thuê bao roaming, P-CSCF sẽ được đặt trong mạng lân cận, hoặc cụ thể hơn đối với người dùng đến (given user) thì P- CSCF sẽ được đặt trong cùng mạng. P-CSCF cũng chịu trách nhiệm kiểm tra sự phát sinh của CDR đối với những cuộc gọi di động gốc
Serving CSCF (S-CSCF)
S-CSCF thực thi điều khiển call/session và tính chi phí cho thuê bao đến (given subscriber). S-CSCF luôn luôn được đặt trong mạng nội bộ của thuê bao. Điều này có nghĩa là tất cả những báo hiệu cuộc gọi di động gốc đều được định tuyến qua mạng nội bộ của người dùng.
Interrogating CSCF (I-CSCF)
I-CSCF được đặt ở đường biên giới của IMS, và hoạt động như một điểm đi vào cho báo hiệu SIP đến từ mạng bên ngoài của nhà khai thác. Báo hiệu này có thể là:
Yêu cầu thiết lập cuộc gọi SIP dự định tới thuê bao thuộc mạng của nhà khai thác
Yêu cầu thiết lập cuộc gọi SIP dự định tới thuê bao roaming trong mạng của nhà khai thác
Yêu cầu đăng ký, thì I-CSCF chịu trách nhiệm chỉ định S-CSCF cho thuê bao. Sự chọn lựa S-CSCF có thể được thực hiện là phụ thuộc vào nhận dạng của thuê bao (địa chỉ SIP hoặc IMSI), xử lý những nền tảng chia sẻ tải hoặc sử dụng việc xắp sếp server chính/ server dự phòng.
6.1.1.2 MGCF và MGW
MGCF là một cổng cho phép thông tin giữa những người dùng IMS và CS. Tất cả báo hiệu điều khiển cuộc gọi đến từ người dùng CS được dự định tới MGCF, nơi thực hiện chuyển đổi giao thức giữa ISUP (ISDN User Part), hoặc BICC, và giao thức SIP và hướng phiên tới IMS. Trong cùng kiểu cách đó, tất cả những phiên IMS gốc hướng người dùng CS đi ngang qua MGCF. MGCF cũng điều khiển những kênh phương tiện vào trong thực thể user-plane được kết hợp, CIMS-MGW (IMS Media Gateway). Thêm vào đó, MGCF có thể thông báo thông tin thanh toán tới CCF.
6.1.1.3 HSS (Home Subscriber Server)
HSS chứa cơ sở dữ liệu chính của tất cả thuê bao trên mạng và chứa những thông tin sau:
Thông tin nhận dạng (số điện thoại của người dùng, địa chỉ SIP, IMSI)
Thông tin bảo mật ( Khoá nhận thực bảo mật)
Thông tin vị trí ( hiện tại phục vụ cho GGSN, SRNC, địa chỉ IP)
Thông tin tiểu sử người dùng
Nó cũng có chịu trách nhiệm tạo ra thông tin bao mật như yêu cầu cao hơn về nhận thực và tính toàn vẹn và những khoá mật mã. HSS sát nhập với HLR/AuC, được định nghĩa trong những Release trước và cung cấp những dịch cho 3 miền, như sau:
Nhận thực, mô tả sơ lược dịch vụ và thông tin vị trí cho IMS ( dịch vụ cho CSCF)
Dịch vụ HLR/AuC cho miền chuyển mạch gói ( dịch vụ cho SGSN và GGSN)
Dịch vụ HLR/AuC cho miền CS (dịch vụ cho MSC server R4)
6.1.1.4 AS (Application Server)
AS cung cấp những dịch vụ gia tăng tới thuê bao. Nó có thể là bất kỳ thứ gì từ khi nhận dịch vụ phim ảnh (truyền hình theo yêu cầu) để cung cấp những dịch vụ thoại và hòm thư truyền hình
6.1.1.5 BGCF (Breakout Gateway Control Function)
BGCF chịu trách nhiệm chọn nơi mà sự gỡ (tháo) tới miền CS xảy ra. Kết quả của tiến trình chọn lựa có thể là trong cùng một mạng (nơi mà BGCF ở đó) hoặc mạng khác. nếu sự gỡ xảy ra trong cùng mạng, sau đó BGCF chọn lựa MGCF để xử lý một phiên. Nếu sự gỡ đặt ở mạng khác, sau đó BGCF hướng phiên tới BGCF khác trong mạng được chọn. Quy tắc chọn lựa thực tế không rõ ràng. Thêm
vào đó, BGCF có thể thông báo thông tin tính toán tới CCF và tập hợp thông tin thông kế.
6.1.1.6 MRF (Multimedia Resource Function)
MRF được tạo thành từ 2 thành phần, bộ điều khiển MRF và bộ xử lý MRF, và chịu trách nhiệm cung cấp những chức năng như:
Hoà nhập nhiều phương tiện để thực hiện hội nghị hình ảnh/thoại (cầu truyền hình)
Cung cấp những thông báo đa phương tiện
xử lý dòng phương tiện ví dụ như chuyển mã audio
Chức năng của MRF được chia thành MRFC và MRFP, Giao diện giữa 2 thành phần bị điều khiển bởi giao thức H.248/MEGACO. MRFC nhận báo hiệu điều khiển cuộc gọi qua giao thức SIP (ví dụ như để thiết lập cầu truyền hình giữa một số đồng nghiệp)
MRFC cần thiết cho việc hỗ trợ những dịch vụ kênh mang liên quan, như hội nghị, những thông báo tới người dùng hoặc chuyển mã kênh mang. MRFC giải thích báo hiệu SIP nhận được qua S-CSCF và sử dụng những chỉ dẫn MEGACO (Media Gateway Control protocol) để điều khiển MRFP. MRFC có thể gửi thông tin thanh toán tới CCF và OCS.
MRFP cung cấp những tài nguyên user-plane mà được yêu cầu và chỉ dẫn bởi MRFC. MRFP thực hiện những chức năng sau:
Trộn những luồng phương tiện đến
Nguồn luồng phương tiện (đối với những thông báo đa phương tiện)
Xử lý luồng phương tiện (ví dụ, chuyển mã audio, phân tích phương tiện)
6.1.1.7 SLF (Subscription Location Function)
SLF được dùng như là một cơ cấu quyết định cho phép I-CSCF, S-CSCF và AS tìm địa chỉ HSS, nơi chứa dữ liệu thuê bao để nhận dạng người dùng đến khi nhà khai thác mạng triển khai nhiều địa chỉ HSS
6.1.1.8 Cổng báo hiệu (SGW)
SGW được dùng để nối liền những mạng báo hiệu khác nhau, như mạng báo hiệu SCTP/IP và mạng báo hiệu SS7. SGW thực hiện chuyển đổi báo hiệu (bằng 2 cách) ở mức vận chuyển giữa SS7 và IP (giữa Sigtran SCTP/IP và SS7 MTP). SGW không phiên dịch những bản tin lớp ứng dụng (ví dụ, BICC, ISUP)
6.1.1.9 Cổng bảo mật
Hình 6.2: Chuyển đổi báo hiệu trong SGW
để bảo vệ lưu lượng control-plane giữa những miền bảo mật, lưu lượng sẽ đi xuyên qua SEG trước khi vào hoặc rời khỏi miền bảo mật. Miền bảo mật tham chiếu tới mạng bị quản lý bởi quyền lực hành chính đơn. Đặc trưng, điều này xảy ra đồng thời với những đường biên nhà khai thác. SEG được đặt ở đường biên của miền bảo mật và nó khiến cho điều khoản bảo mật của miền bảo mật hiệu quả khi hướng tới SEG khác trong miền bảo mật đích. Nhà khai thác mạng có thể có nhiều hơn một SEG trong mạng để tránh xa một lỗi đơn hoặc vì những lý do thực hiện.
6.1.1.10 PDF (Policy Decision Function)
PDF chịu trách nhiệm tạo ra những quyết định đường lối là dựa vào phiên và thông tin phương tiện liên quan thu được từ P-CSCF. Nó hành động như một điểm quyết định đường lối đối với sự điều chỉnh SBLP. Sau đây là chức năng của nó đối với SBLP là:
Chứa phiên và thông tin phương tiện liên quan (địa chỉ IP, số cổng, băng thông…)
Phát thẻ cho phép để nhận ra PDF và phiên
Cung cấp quyết định cho phép tuy theo phiên được tích trữ và thông tin phương tiện liên quan dựa vào việc nhận yêu cầu nhận thực vật mang từ GGSN
Cập nhật quyết định nhận thực tại những sửa đổi phiên mà làm thay đổi phiên và thông tin phương tiện liên quan
Khả năng để thu hồi quyết định nhận thực ở bất kỳ thời điểm nào
Khả năng để cho phép sử dụng vận mạng nhận thực (ví dụ, giao thức gói, hoặc PDP, context)
Khả năng để ngăn việc sử dụng vật mang nhận thực (ví dụ, PDP context trong khi duy trì nhận thực)
Để báo cho P-CSCF khi vật mang bị mất hoặc giảm bớt. Dấu hiệu sửa đổi chỉ được đưa ra khi vật mang được nâng cấp hoặc giảm cấp từ hoặc tới 0kbps
Để cho qua bộ nhận dạng IMS-charging tới GGSN và để qua bộ nhận dạng GPRS-charging tới P-CSCF
Hình 6.3: Kiến trúc IMS 6.1.2 Những giao diện trong kiến trúc IMS
Cx là kết nối giữa HSS và CSCF (I-CSCF và S-CSCF). Giáo thức cho giao diện Cx dựa vào DIAMETER. Giao thức sử dụng phương pháp query/response, từ đây những yêu cầu được gửi tới cơ sở dữ liệu HSS, HSS phản ứng lại bằng thông tin về thuê bao. Giao thức cũng có thể được dùng bởi I-CSCF hoặc S-CSCF để cập nhật giá trị vào cơ sở dữ liệu HSS. Những kiểu truyền được hỗ trợ là:
1. Giấy phép đăng ký cho thuê bao (I-CSCF - HSS)
2. Câu hỏi về những hướng nhận thực cho thuê bao (S-CSCF - HSS) 3. Khai báo tình trạng đang ký ( S-CSCF - HSS)
4. Xoá tên đăng ký của mang khởi đầu (HSS - S-CSCF)
5. Câu hỏi vị trí đối với thuê bao (I-CSCF - HSS) là để quyết định định tuyến cuộc gọi đi vào dự trù dành riêng cho thuê bao thuộc vào mạng này
Miêu tả những giao diện Interface
Name IMS entities Description Protocol
Cr MRFC, AS Đượdocuments (scripts and nhc dùng bởi MRFC để rút ra ững tài nguyên khác) từ AS
HTTP over
dedicated
TCP/SCTP
channels Cx I-CSCF, S-CSCF, HSS Dùng CSCF và HSS để thông tin giữa I-CSCF/S- Diameter
Dh SIP AS, OSA, SCF, IM-SSF, HSS
Dùng bởi AS để tim ra đúng HSS
trong môi trường nhiều HSS Diameter Dx I-CSCF, S-CSCF, SLF Dùng bđúng HSS trong môi trởi I-CSCF/S-CSCF ường nhiđể tìm ều
HSS
Diameter
Gm UE, P-CSCF Dùng UE và CSCFs để trao đổi những bản tin giữa SIP
Go PDF, GGSN
Cho phép nhà khai thác điều chỉnh QoS trong user plane và trao đổi thông tin tích cước tương đương giữa mạng IMS và GPRS
COPS (Rel5),
Diameter (Rel6+)
Gq P-CSCF, PDF Dùng related mđể trao ột cách khéo léo giđổi thông tin decision-ữa P- CSCF và PDF
Diameter
ISC S-CSCF, I-CSCF, AS Dùng AS để trao đổi ban tin giữa CSCF và SIP
Ma I-CSCF -> AS trDùng ực tiếđểp t hớưới nhng nhận dữạng dng yêu cịch vầụu SIP công cộng được quản lý bởi AS
SIP
Mg MGCF -> I-CSCF MGCF bibáo hiệu SIP và hến đổi báo hiướng báo hiệu ISUP thành ệu SIP tới I-CSCF
SIP
Mi S-CSCF -> BGCF Dùng S-CSCF và BGCF để trao đổi những bản tin giữa SIP
Mj BGCF -> MGCF Dùng và MGCF trong cùng mđể trao đổi bản tin giạng IMS ữa BGCF SIP
Mk BGCF -> BGCF BGCF trong nhDùng để trao đổữi bng mản tin giạng IMS khác ữa những nhau
Mm I-CSCF, S-CSCF, external IP network
Dùng cho việc trao đổi những bản tin
giữa mạng IMS và mạng IP bên ngoài Not specified Mn MGCF, IM-MGW Cho phép viuser-plane ệc điều khiển tài nguyên H.248
Mp MRFC, MRFP Dùng MRFC và để trao đổi những bản tin giữa H.248
Mr S-CSCF, MRFC Dùng S-CSCF và MRFC để trao đổi những bản tin giữa SIP
Mw S-CSCF P-CSCF, I-CSCF, nhDùng ững CSCF để trao đổi những bản tin giữa SIP
Rf
P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF, BGCF, MRFC, MGCF, AS
Dùng để trao đổi thông tin tính cước
offline với Diameter
Ro AS, MRFC Dùng online vđểớ trao i ECF đổi thông tin tính cước Diameter
Sh SIP AS, OSA SCS, HSS Dùng AS/OSA và HSS để trao đổi thông tin giữa SIP Diameter
Si IM-SSF, HSS Dùng SSF và HSS để trao đổi thông tin giữa IM- MAP
Sr MRFC, AS Dùng b(scripts và nhởi MRFC ững tài nguyên khác) tđể gọi ra documents ừ
AS
HTTP
Ut
UE, AS (SIP AS, OSA SCS, IM- SSF)
Cho phép UE quản lý thông tin liên
quan tới những dịch vụ của nó HTTP(s)
6.2 UMTS Realease 5: Truy cập gói downlink tốc độ cao (HSDPA)
Điều quan trọng trong UMTS R5 là giới thiệu kế hoạch phát dữ liệu mới được gọi là HSDPA, HSDPA làm tăng tốc độ phát dữ liệu từ mạng tới user. Khi 384kbps là tốc độ lớn nhất trong R99 UTRAN, HSDPA cho phép tốc độ từ 1,4 tới 3.6Mbps mỗi user, phụ thuộc vào khả năng của thiết bị user và tăng tới 14,4Mbps bằng những thiết bị đầu cuối tiên tiến. Thậm chí dưới điệu kiện vô tuyến ít lý tưởng và tải của cell nặng, tốc độ 800kbps vẫn có thể đối với user. Chi phí chính cho HSDPA là phải tăng dung lượng của kết nối backhaul(hướng trở lại) thuộc cell tới mạng, chi phí phát mỗi bit sẽ tăng lên khá xa vì thực tế cùng số những BTS có thể hỗ trợ băng thông toàn thể cao hơn nhiều.
Giới thiệu HSDPA vào năm 2006 do đó cho phép nhà khai thác mạng UMTS cạnh tranh trực tiếp với DSL, cáp và truy cập internet WiMax cho home và office.
6.3 UMTS Release 6 và Release 7
6.3.1 UMTS Release 6 : Truy cập gói Uplink tốc độ cao (HSUPA là thế hệ
3,5G)
IMS và HSDPA tiếp tục được phát triển thành UMTS Release 6. Khi HSDPA thực chất là tăng băng rộng toàn diện với mỗi cell và mỗi user trong hướng downlink, tốc độ uplink đã không tăng từ R99. Vì thế, uplink vẫn bị giới hạn tới 64- 128kbps và tới 384kbps trong một vài mạng dưới điều kiện lý tưởng. Sự nổi bật của IMS, tuy nhiên, khởi động việc trải rộng số những ứng dụng trực tiếp từ user tới user như hội nghị đa phương tiện. Những ứng dụng này gửi nhiều dữ liệu bằng chúng nhận và do đó uplink sẽ trở thành cổ trai của hệ thống trong suốt thời gian. Do đó, UMTS R6 giới thiệu sự nâng cao tốc độ phát uplink được gọi là HSUPA. Về mặt lý thuyết HSUPA cho phép tốc độ dữ liệu khoảng một vài Mbps cho mỗi người dùng trong điều kiện lý tưởng. Trong điều kiện tín hiệu thực tế, số những user trên mỗi cell và khả năng đầu cuối đang được xem xét, HSUPA vẫn có thể phát tốc độ xung quanh 800kbps. Hơn nữa, HSUPA cũng tăng số lượng lớn nhất users có thể gửi dữ liệu qua cùng một cell và vì thế làm giảm chỉ phí toàn bộ mạng. Những ứng dụng khác non-IMS thích gửi messages email với sự attachment file rất lớn và bản tin MMS với nội dung video lớn cũng lợi dụng HSUPA.
Trong Release 6 có 4 nội dung chính đó là: Tích hợp WLAN, quảng bá đa