Chức năng Kiểm soát Biên
IMS chứa một số thành phần mà chúng tôi chưa giới thiệu, đầu tiên là các chức năng kiểm sốt biên giới được thể hiện trong hình 9. Chức năng kiểm soát biên giới kết nối (IBCF) là điểm tiếp xúc cho các giao tiếp báo hiệu SIP với các mạng khác, do đó, trong trường hợp tín hiệu đến, nó nằm giữa CSCF thẩm vấn và thế giới bên ngoài. Cổng chuyển tiếp (TrGW) được điều khiển bởi IBCF và là đầu mối liên hệ với các phương tiện IMS. Nếu mạng kia là một hệ thống con đa phương tiện IP khác, thì việc truyền thơng diễn ra trên giao diện mạng-mạng liên IMS (II-NNI).
Một vai trò của các thiết bị này là trợ giúp định tuyến phương tiện. Bằng cách bao gồm IBCF trong đường dẫn báo hiệu và TrGW trong đường dẫn lưu lượng, hệ thống con đa phương tiện IP có thể buộc lưu lượng thoại của người dùng di chuyển qua IMS đã truy cập, IMS gia đình hoặc cả hai. Lựa chọn đầu tiên cực kỳ hữu ích cho người dùng chuyển vùng, vì nó cho phép IMS đã truy cập xem lưu lượng truy cập của người dùng nhưng đảm bảo rằng lưu lượng truy cập không phải quay trở lại IMS gia đình. Các vai
Nhóm 16
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
trò khác bao gồm sàng lọc các bản tin SIP, chuyển mã và liên kết giữa các mạng sử dụng IP phiên bản 4 và 6.
Hình 9: Kiến trúc kiểm sốt biên giới IMS
Các chức năng Media Gateway
Ngồi giao tiếp của nó với các mạng IP khác, hệ thống con đa phương tiện IP có thể cũng giao tiếp với mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) và với mạch chuyển miền của các nhà khai thác mạng 2G / 3G. Hình 10 cho thấy các thiết bị được sử dụng.
Hình 10: Kiến trúc cổng phương tiện IMS
Nhóm 16
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Cổng phương tiện IMS (IM-MGW) là giao diện mặt phẳng người dùng giữa IMS và mạng chuyển mạch kênh bên ngoài xử lý các tác vụ như chuyển mã. Nó có các chức năng tương tự là cổng phương tiện chuyển mạch kênh 2G / 3G (CS-MGW), nhưng là một thiết bị logic khác và là một phần của mạng khác. IM-MGW được điều khiển bởi chức năng điều khiển cổng đa phương tiện (MGCF), chức năng này cũng dịch các bản tin báo hiệu giữa các bản tin được sử dụng bởi IMS và các bản tin được sử dụng để chuyển mạch kênh.
Chức năng điều khiển cổng đột phá (BGCF) xác định bước tiếp theo để định tuyến một bản tin báo hiệu đi được dành cho mạng chuyển mạch kênh. Nó có thể làm điều này bằng cách chọn một MGCF phù hợp trong cùng một mạng hoặc bằng cách ủy quyền sự lựa chọn cho một BGCF khác. Lựa chọn cuối cùng hữu ích nếu người dùng đang chuyển vùng, vì nó cho phép BGCF trong mạng gia đình yêu cầu một MGCF trong mạng được truy cập, để lưu lượng có thể thốt ra mạng điện thoại cơng cộng ở đó.
Chức năng tài nguyên đa phương tiện
Hai bộ thiết bị cuối cùng chỉ xử lý liên lạc một-một. Tuy nhiên, IMS cũng có thể hoạt động như một nguồn và điểm trộn cho các luồng đa phương tiện IP, sử dụng các thiết bị được thể hiện trong Hình 11.
Bộ xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRFP) quản lý bình diện người dùng của cuộc gọi hội nghị bằng cách trộn các luồng phương tiện, phát lại âm báo và thơng báo, cũng như chuyển mã. Nó được điều khiển bởi bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRFC) và cùng với nhau, hai thiết bị bao gồm chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF). Nhà môi giới tài nguyên phương tiện (MRB) chọn chức năng tài nguyên đa phương tiện sẽ xử lý một luồng phương tiện cụ thể, sử dụng các yêu cầu của ứng dụng và khả năng của từng thiết bị.
Hình 11: Kiến trúc chức năng tài nguyên đa phương tiện IMS
Nhóm 16
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Kiến trúc bảo mật
Hình 12 cho thấy kiến trúc bảo mật VoLTE. IMS sử dụng các cơ chế bảo mật tương tự như của LTE, nhưng hai kiến trúc hoàn toàn độc lập. Điều này cho phép di động để tiếp cận IMS qua mạng truy cập khơng an tồn như mạng LAN không dây và chỉ dựa vào các cơ chế bảo mật của IMS.
Trong trường hợp bảo mật truy cập mạng, IMS sử dụng lại quy trình xác thực và thỏa thuận khóa từ UMTS. Điểm khác biệt chính là các khóa CK và IK được sử dụng trực tiếp để tạo mật mã và bảo vệ tính tồn vẹn thay vì là điểm khởi đầu cho hệ thống phân cấp các khóa bổ sung. Quy trình này dựa trên khóa dành riêng cho người dùng, K, được lưu trữ trong máy chủ thuê bao gia đình và được phân phối an tồn cho người dùng trong ISIM, và khóa này khác với khóa LTE trong USIM.
Trong q trình xác thực và thủ tục thỏa thuận khóa, CSCF phục vụ chuyển các giá trị của CK và IK đến CSCF ủy nhiệm. Sau đó proxy CSCF thiết lập một liên kết bảo mật với điện thoại di động, để áp dụng mật mã tùy chọn và bảo vệ toàn vẹn bắt buộc cho các bản tin báo hiệu SIP mà hai thiết bị trao đổi. Các thủ tục được thực hiện bằng cách sử dụng Bảo mật Giao thức Internet (IPSec) Đóng gói Tải trọng Bảo mật (ESP) trong chế độ truyền tải.
Bảo mật miền mạng trong IMS giống với bảo mật miền mạng trong lõi gói đã phát triển. Trước tiên, hai miền bảo mật xác thực lẫn nhau và thiết lập xác thực bảo mật bằng Internet Key Exchange phiên bản 2, sau đó sử dụng ESP ở chế độ đường hầm để bảo mật thông tin mà chúng trao đổi. Bản thân IMS không bảo mật lưu lượng máy bay người dùng, nhưng hai thiết bị có thể thỏa thuận bảo mật lớp ứng dụng đầu cuối trong quá trình thiết lập cuộc gọi.
Hình 12: Kiến trúc bảo mật IMS
Nhóm 16
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Kiến trúc sạc
Hệ thống con đa phương tiện IP sử dụng cùng một kiến trúc để sạc và thanh toán như LTE. Bất kỳ phần tử mạng nào trong IMS đều có thể gửi các bản ghi dữ liệu sạc tới hệ thống nạp điện ngoại tuyến, trong khi CSCF đang phục vụ, máy chủ ứng dụng và bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện cũng có thể giao tiếp với hệ thống sạc trực tuyến. Do đó, hệ thống tính phí nhận được tất cả thơng tin mà nó cần để lập hóa đơn cho người dùng, ngay cả khi IMS tại nhà khơng có khả năng hiển thị trực tiếp lưu lượng truy cập của người dùng.
2.2.3. Lợi ích của VoLTE
Theo các nhà mạng, cuộc gọi tiêu chuẩn (Standard Call) trước đây chỉ sử dụng dải tần âm thanh hẹp (narow band) ở mức 300Hz - 3.4kHz. Song với VoLTE, dải tần âm thanh mở rộng (wide band) lên đến 50Hz - 7kHz, nâng tầm cuộc gọi lên độ phân giải cao (HD Voice Call).
Băng tần của VoLTE không chỉ lớn gấp đơi những cuộc gọi xưa cũ, mà cịn gần gũi hơn với dải tần 80Hz - 14KHz của giọng nói con người (Human Voice). Do đó, cuộc gọi VoLTE bắt được cả âm cao, âm trầm, lẫn âm sắc của người nói. Cuộc trị chuyện qua chiếc smartphone nghe to, rõ, trong trẻo và tự nhiên hơn, như thể người ở đầu dây bên kia đang ngồi ngay bên cạnh bạn.
Mở rộng cuộc gọi thoại đến nhiều thiết bị hơn
• Đổi mới và bảo mật doanh thu bổ sung với các dịch vụ được nhắm mục tiêu sử dụng chức năng mới như gọi điện video, đa thiết bị với chuyển cuộc gọi giữa các thiết bị của riêng bạn, một số số trên cùng một điện thoại, v.v.
•
•
Có được phạm vi tiếp cận lớn đối với các dịch vụ này qua LTE và Wi-Fi.
Trải nghiệm cuộc gọi tốt hơn
VoLTE cho phép đồng thời lướt dữ liệu LTE và cuộc gọi thoại (tức là không dự phịng vùng phủ sóng 2G hoặc 3G khi thực hiện cuộc gọi thoại).
• Thời gian thiết lập cuộc gọi nhanh hơn so với mạng 2G / 3G (khoảng 1,5 giây trong LTE so với khoảng 3,5-5 giây trong 2G / 3G) và cũng cho phép khả dụng nhanh hơn đối với các dịch vụ bổ sung.
• Chất lượng giọng nói được cải thiện với codec mới cho giọng nói HD (AMR- WB) được mặc định trên điện thoại thông minh hỗ trợ LTE / VoLTE.
• Cơng nghệ codec thoại thế hệ tiếp theo, HD voice + (chuẩn hóa 3GPP, Evolved Voice Service (EVS)) cung cấp cho người dùng chất lượng thoại thậm chí cịn tốt hơn HD voice. HD voice + cung cấp chất lượng thoại tốt hơn đáng kể trong tồn bộ ơ LTE, tức là tất cả các cách ra rìa ơ.
• Bật tính năng gọi qua Wi-Fi để cải thiện vùng phủ sóng thoại trong nhà. Chuyển giao giọng nói liền mạch giữa LTE và Wi-Fi.
Nhóm 16
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
Giải quyết các phân khúc dịch vụ truyền thông doanh nghiệp và doanh nghiệp chưa được khai thác
• Sử dụng trình quay số gốc với các cuộc gọi thoại chất lượng cao được xây dựng trên VoLTE (Chất lượng dịch vụ), kết hợp với khả năng cộng tác giữa doanh nghiệp và doanh nghiệp cũng dành cho người dùng doanh nghiệp.
• Thêm vào các dịch vụ truyền thơng hợp nhất với khả năng cộng tác doanh nghiệp trên mạng VoLTE.
• Thêm vào các dịch vụ giao tiếp và cộng tác dành cho doanh nghiệp nhỏ (kết hợp giữa VoLTE và WebRTC).
• Bật giọng nói qua IoT cho các ứng dụng khác nhau giữa người tiêu dùng với doanh nghiệp và doanh nghiệp với doanh nghiệp.
2.2.4. Các yêu cầu đặt ra đối với VoLTE2.2.4.a. Thông số kỹ thuật 2.2.4.a. Thông số kỹ thuật
VoLTE phù hợp với các thông số kỹ thuật của 3GPP và việc lập hồ sơ bổ sung được xác định trong Tài liệu Tham chiếu Thường trực của GSMA.
GSMA PRD IR.92 xác định UNI cho IMS thoại và SMS. Nó xác định một cấu hình xác định một tập hợp các tính năng bắt buộc tối thiểu được xác định trong thông số kỹ thuật 3GPP mà thiết bị không dây (UE) và mạng bắt buộc phải triển khai để đảm bảo dịch vụ điện thoại dựa trên IMS chất lượng cao, có thể tương tác qua LTE.
NNI cho VoLTE được định nghĩa trong Hướng dẫn chuyển vùng & kết nối IMS GSMA PRD IR.65.
Chuyển vùng VoLTE được định nghĩa trong Nguyên tắc chuyển vùng LTE GSMA PRD IR.88.
2.2.4.b. Chất lượng giọng nói
Để đảm bảo tính tương thích, 3GPP yêu cầu ít nhất codec AMR -NB (băng tần hẹp), nhưng codec giọng nói được khuyến nghị cho VoLTE là băng thơng rộng thích ứng đa tốc độ (AMR-WB), còn được gọi là HD Voice sau chương trình chứng nhận của GSMA. Bộ giải mã này được yêu cầu trong mạng 3GPP hỗ trợ lấy mẫu 16 kHz.
Ngoài ra, nhiều nhà cung cấp dịch vụ và thiết bị hỗ trợ dịch vụ thoại nâng cao (EVS). Đây là codec siêu dải tần (50–14.000 Hz) hoặc toàn dải (20–20.000 Hz) tương thích ngược với AMR-WB. Codec này cịn được biết đến dưới nhãn hiệu HD Voice +, sau chương trình chứng nhận của GSMA. GSMA đã đề xuất bắt buộc EVS cũng giống như AMR-WB (Cả nhà cung cấp dịch vụ và hai thiết bị gọi điện đều phải hỗ trợ codec để sử dụng).
Hiệp hội Fraunhofer IIS trước đây đã chứng minh việc triển khai codec AAC- ELD trong VoLTE mà họ gọi là "Full-HD Voice". Nó đã khơng đạt được bất kỳ trạng thái tiêu chuẩn hoặc áp dụng trong thế giới thực. Kể từ đó, họ đã sử dụng lại thuật ngữ "Full-HD Voice" cho EVS ở chế độ fullband.
Nhóm 16
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
2.2.4.c. Thủ tục đăng ký
Thủ tục đăng ký VoLTE thiết lập thông tin liên lạc báo hiệu SIP giữa điện thoại di động và CSCF đang phục vụ trong hệ thống con đa phương tiện IP. Trong quá trình này, điện thoại di động sẽ gửi địa chỉ IP và danh tính riêng tư của nó tới CSCF đang phục vụ, đồng thời trích dẫn một trong các danh tính cơng khai của nó. CSCF phục vụ liên hệ với máy chủ thuê bao gia đình, truy xuất danh tính cơng khai khác từ tập đăng ký ngầm định tương ứng và thiết lập ánh xạ giữa mỗi trường này. Sau đó, người dùng có thể nhận các cuộc gọi đến hướng đến bất kỳ những danh tính cơng khai đó và cũng có thể thực hiện các cuộc gọi đi.
Có bốn giai đoạn, được tóm tắt trong hình 13. Trong giai đoạn đầu tiên, điện thoại di động gắn vào lõi gói đã phát triển và thiết lập kết nối thông qua bộ mang EPS mặc định đến Tên điểm truy cập nổi tiếng của IMS, trong chính quy trình đính kèm hoặc sau này. Sau đó, thiết bị di động sẽ tự đăng ký với CSCF đang phân phối, thực hiện đăng ký của bên thứ ba với các máy chủ ứng dụng của thiết bị di động. Cuối cùng, điện thoại di động đăng ký nhận các thông báo trong tương lai về trạng thái đăng ký của nó để hỗ trợ khả năng hủy đăng ký do mạng bắt đầu. Bây giờ chúng ta sẽ lần lượt thảo luận về các giai đoạn này.
Hình 13: Tổng quan về thủ tục đăng ký VoLTE
Nếu dữ liệu thuê bao xác định tên điểm truy cập IMS là tên mặc định và thiết bị di động không u cầu bất kỳ APN nào khác của chính nó, thì MME kết nối điện thoại di động với IMS APN bằng cách sử dụng Mạng EPS mặc định với QCI 5. MME cũng cung cấp cho điện thoại di động địa chỉ IP của CSCF proxy như một phần của Kích hoạt Yêu cầu bối cảnh mang EPS mặc định của nó, để sử dụng trong quy trình đăng ký IMS. Ngồi ra, MME cho thiết bị di động biết liệu nó có hỗ trợ cuộc gọi thoại IMS như một
Nhóm 16
Tiểu luận Đề tài: VoLTE và phân hệ đa phương tiện IMS
phần của tin nhắn Đính kèm Chấp nhận hay khơng và cho máy chủ th bao gia đình biết như một phần của u cầu cập nhật vị trí của nó. (Các thơng số kỹ thuật của VoLTE cấm điện thoại di động yêu cầu rõ ràng tên điểm truy cập IMS trong q trình đính kèm, điều này ngăn quy trình khơng thành cơng nếu nhà khai thác mạng gia đình khơng hỗ trợ IMS).
Nếu điện thoại di động đang chuyển vùng và cả mạng gia đình và mạng truy cập đều hỗ trợ IMS, thì cổng PDN và proxy CSCF đều nằm trong mạng được truy cập và MME tuyên bố hỗ trợ thoại IMS. Nếu mạng gia đình hỗ trợ IMS nhưng mạng được truy cập thì khơng, thì cổng PDN và proxy CSCF đều nằm trong mạng gia đình và MME từ chối hỗ trợ thoại IMS. Ở trạng thái sau này, điện thoại di động có thể sử dụng IMS gia đình cho các dịch vụ khác như SMS nhưng sẽ không thể thực hiện cuộc gọi thoại IMS và sẽ phản ứng bằng cách sử dụng các thủ tục lựa chọn miền truy cập mà chúng ta sẽ thảo luận ở phần sau của chương.
Nếu điện thoại di động kết nối với một APN khác trong quy trình đính kèm, thì sau này nó vẫn có thể kết nối với IMS bằng cách sử dụng quy trình thiết lập kết nối PDN. Trong yêu cầu kết nối PDN, điện thoại di động chỉ định tên điểm truy cập IMS, yêu cầu một mang phù hợp với các bản tin báo hiệu SIP và yêu cầu địa chỉ IP của CSCF proxy. MME thiết lập mang mặc định với QCI 5 và trả về địa chỉ IP của proxy CSCF, như trước đây.
Điện thoại di động hiện có thể giao tiếp với hệ thống con đa phương tiện IP, vì vậy nó có thể viết u cầu ĐĂNG KÝ SIP. Hình 14 cho thấy nội dung của một yêu cầu điển hình. Để giữ cho cuộc thảo luận ngắn gọn, chúng ta sẽ không xem qua tất cả các trường tiêu đề, mà thay vào đó sẽ tập trung vào các lĩnh vực quan trọng nhất.