3.3.1 Thiết lập cuộc gọi với ISUP/BICC
Trên giao diện giữa các MSC, ISUP đƣợc sử dụng để thiết lập và giải phóng các cuộc gọi qua miền mạng chuyển mạch kênh. Một chức năng tƣơng tự trên giao diện Nc là BICC đƣợc định nghĩa trong 3GPP rel 4. BICC tƣơng thích một phần với ISUP khi phần lớn các bản tin báo hiệu đều cùng tên nhƣng không thể hoạt động ngang hàng. Phần khác biệt chính là ISUP sử dụng chỉ một khe thời gian trong luồng E1 hoặc T1 với tốc độ không đổi (64kbps hoặc 56 kbps). Trong khi BICC có khả năng cung cấp và điều khiển bất kỳ một mức chất lƣợng dịch vụ nào cho các kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối. Các dịch vụ khả thi cung cấp cho thuê bao 3G trong Rel 4 có thể đƣa ra từ các kết nối kênh hẹp tới các luồng đa phƣơng tiện thời gian thực.
Có ít nhất hai giao thức cung cấp dịch vụ truyền tải cho bản tin ISUP và BICC gồm bản tin SS7 MTP và M3UA. Các địa chỉ đƣợc tìm thấy trong nhãn định tuyến. Mỗi mạng SS7 trao đổi địa chỉ của nút gửi bằng mã điểm báo hiệu SPC. Nhãn định tuyến thuộc đơn vị báo hiệu bản tin MTP mức 2 trong trƣờng hợp dựa trên luồng E1, T1 hoặc nằm một phần trên MTP3-B nếu sử dụng hệ thống truyền tải ATM. Phía gửi bản tin MSU hoặc MTP3-B đƣợc gọi là mã điểm đi OPC và phía nhận là
mã điểm đến DPC. Tham số SLS đƣa thông tin về liên kết báo hiệu số 7 sẽ thuộc nhóm liên kết nào sử dụng để gửi bản tin. Độ dài của SPC phụ thuộc vào cùng địa lý. Trong trƣờng hớp sử dụng báo hiệu M3UA, địa chỉ IP đƣợc sử dụng để nhận dạng máy chủ MSC.
Hình 3.15: Tiến trình cuộc gọi ISUP
Một cuộc gọi ví dụ trên hình 3.15 chỉ ra các thủ tục cần thiết cho một cuộc gọi ISUP thành công. Các bản tin ISUP đƣợc trao đổi giữa hai MSC và đƣợc kết nối bởi STP với nhiệm vụ duy nhất là định tuyến bản tin báo hiệu. STP không thiết lập hoặc giải phóng cuộc gọi nhƣng đóng vai trò quan trọng của các dịch vụ mạng thông minh.
Trên hình 3.15 cho thấy các thủ tục thiết lập cuộc gọi BICC trên giao diện E. BICC sử dụng dịch vụ truyền tải MTP để trao đổi bản tin báo hiệu qua liên kết ATM. Dịch vụ mang đƣợc điều khiển bởi BICC là thoại qua ATM sử dụng kênh ảo chuyển mạch AAL2 trên giao diện E.
Hình 3.16: Các giao thức trên giao diện E
Để rõ các thủ tục thiết lập và giải phóng một cuộc gọi sử dụng BICC, ta xem xét các lƣu đồ trên hình 3.17. Mỗi nút mạng đƣợc nhận dạng bởi SPC SS7 là một phần của nhãn định tuyến MTP. Các bản tin trên giao diện IuCS đƣợc lọc bởi giao thức SCCP. Trên giao diện E, tất cả các bản tin BICC đều có cùng OPC hoặc DPC tƣơng ứng với nhãn điện thoại MTP và đƣợc thêm giá trị CIC của BICC nếu cùng một cuộc gọi. Các bản tin trao đổi giữa NAS và gán RAB đƣợc thực hiện trên IuCS bao gồm cả chức năng nhận thực và bảo mật (hình 3.18).
Hình 3.17: Lưu đồ cuộc gọi BICC (1/5)
Hình 3.18: Lưu đồ cuộc gọi BICC (2/5)
Nhƣ chỉ ra trên hình 3.19, sau khi thiết lập RAB thành công, bản tin IAM BICC đƣợc gửi trên giao diện E tới gateway MSC. IAM của BICC chứa mã cuộc gọi hiện thời CIC=1 (Call Instance Code) để sử dụng cho các bản tin BICC khác trong cùng
một cuộc gọi. Thêm vào đó, số thuê bao bị gọi có thể tự động bổ sung hoặc bớt số 0 đối với các cuộc gọi quốc tế.
Hình 3.19: Lưu đồ cuộc gọi BICC (3/5)
Số chỉ định vùng là địa chỉ E.164 tạo ra các thông tin nhận dạng địa lý của chủ gọi. Nhận dạng ngữ cảnh ứng dụng chỉ ra phần tử dịch vụ ứng dụng truyền tải liên kết kênh mang trên thực thể BICC tại gateway MSC. Phần tử này sẽ đƣợc gán vào các nguồn tài nguyên cần thiết để thiết lập kênh lƣu lƣợng trên giao diện E. Địa chỉ IP của MSC đƣợc gửi đi trên bản tin IAM để các mạng truyền tải SS7 liên kết với các mạng dựa trên nền IP hoặc ATM.
Hình 3.20: Lưu đồ cuộc gọi BICC (4/5)
Sau khi nhận đƣợc IAM, GMSC trả lời bằng một bản tin truyền tải ứng dụng APM (Application Transport Mechanism) ngƣợc lại tới MSC. Bản tin này chƣa các
tham số về kênh mang đƣợc thiết lập, giá trị nhận dạng biding nếu kênh mang sử dụng kênh ảo chuyển mạch AAL2.
Hình 3.21: Lưu đồ cuộc gọi BICC (5/5)
Các bản tin phản ánh hành vi của hai thuê bao A, B cùng chức năng nhƣ trong cuộc gọi ISUP. Trigger giải phóng cuộc gọi BICC thực hiện giải phóng cả kênh mang truy nhập vô tuyến RAB và các kênh mang thực hiện bởi RANAP (IuCS) và các thủ tục ALCAP.
3.3.2 Báo hiệu trên giao diện Gn
Giao diện Gn xác định kết nối giữa các nút hỗ trợ GPRS (GPRS Support Nodes- GSNs) khác nhau. Chúng có thể là nút hỗ trợ GPRS phục vụ (Serving GPRS Nodes-SGSNs) nếu chúng có một kết nối tới UTRAN sử dụng giao diện IuPS và/hoặc kết nối tới GERAN sử dụng giao diện Gb, hoặc nút hỗ trợ GPRS Gateway (Gateway GPRS Support Nodes-GGSNs) nếu chúng có một kết nối tới một mạng dữ liệu gói (Packet Data Network-PDN, ở đây là mạng Internet công cộng) sử dụng giao diện Gi hoặc tới mạng PLMN khác (Public Land Mobile Network- mạng di động mặt đất công cộng) sử dụng giao diện Gp. Giao diện Gn cũng sử dụng để kết nối tất cả các SGSNs với nhau.
Trong cả giao diện Gp và Gn giao thức đƣờng hầm GPRS (GPRS Tunneling Protocol-GTP)đều đƣợc sử dụng. Mạng giao vận phía dƣới mặt bằng điều khiển là MTP (cho tin nhắn báo hiệu GTP-C) và mặt bằng ngƣời dùng GTP (cho IP payload)
đƣợc dựa trên IP chạy trên Ethernet hoặc liên kết ATM. Để cung cấp một dịch vụ giao vận nhanh giữa các thực thể GTP ngang hàng, giao thức UDP đƣợc sử dụng. TCP với mức độ tin cậy cao hơn UDP đƣợc định nghĩa trong các tài liệu tiêu chuẩn nhƣ mọt sự thay thế, nhƣng không đƣợc sử dụng bởi ngƣời điều hành mạng và các nhà sản xuất vì nó sẽ làm giảm thông lƣợng dữ liệu trong miền PS.
Hình 3.22: Giao diện Gn cho đường hầm IP
Nhƣ trong hình 3.22, mục đích chính của giao diện Gn là đóng gói và tạo đƣờng hầm cho các gói tin IP. Tạo đƣờng hầm dữ liệu nghĩa là dẫn dữ liệu một cách thông suốt qua mạng lõi. Giữa các GSNs, một đƣờng hầm GTP-U (GTP User Plane) đƣợc tạo cho mỗi ngữ cảnh PDP của một ngƣời đăng ký GPRS. Qua đƣờng hầm này, tất cả các gói tin IP trong đƣờng lên và đƣờng xuống đƣợc dẫn trực tiếp. Một tập các tin nhắn báo hiệu GTP đƣợc sử dụng để tạo, điều chỉnh và xoá đƣờng hầm. Những tin nhắn GTP-C này đƣợc trao đổi bằng một đƣờng hầm độc lập giữa các GSNs. Các thông số của đƣờng hầm nhƣ tốc độ thông lƣợng,… đƣợc xác định trực tiếp từ thoả thuận về chất lƣợng dịch vụ QoS trong PDP context. Vì lớp giao vận IP mang các gói tin dữ liệu GTP, bao gồm dữ liệu mặt bằng ngƣời sử dụng IP nên việc đóng gói IP-trong-IP có thể đƣợc theo dõi trên giao diện Gn do địa chỉ của lớp IP thấp hơn lớp giao vận thuộc SGSN và GGSN và chỉ liên quan tới giao diện Gn. Địa chỉ IP trong các gói tin IP đƣờng hầm (đƣợc vận chuyển bởi GTP T-PDU) là địa chỉ IP của ngƣời đăng ký GPRS và máy chủ IP (IP Server).
Kiến trúc của GTP gồm có ba mặt bằng: mặt bằng điều khiển (GTP-C); mặt bằng ngƣời sử dụng (GTP-U) và GTP tính cƣớc.
Hình 3.23 cho thấy những chức năng này có thể tìm thấy ở giữa những nút nào của kiến trúc mạng.
Hình 3.23: Các chức năng của GTP trong UMTS
GTP-C quản lý thiết lập và giải phóng các đƣờng hầm ngƣời dùng cụ thể giữa các GSNs để trao đổi thông tin báo hiệu GTP. Sau đó, nó đƣợc sử dụng để tạo, sửa đổi và xoá các đƣờng hầm mặt bằng ngƣời dùng giữa các GSNs. Nhiệm vụ thứ ba của GTP-C là hỗ trợ, quản lý di động và quản lý chỉ định vùng tuỳ chọn.
GTP-U đƣợc dùng để truyền tải các gói tin IP đến và đi từ mạng chuyển mạch gói giống nhƣ Internet. Nó đƣợc sử dụng trong cả giao diện IuPS và giao diện Gn. Tuy nhiên, các đƣờng hầm trên giao diện IuPS đƣợc điều khiển bởi báo hiệu RANAP. GTP’ đƣợc dùng giữa GSNs và chức năng cổng tính cƣớc (CGF) để truyền các bản tin chi tiết cƣớc.
3.3.3 Báo hiệu xử lý chuyển vùng
Báo hiệu xử lý chuyển vùng cho UMTS gồm hai kiểu chính: chuyển giao giữa các MSC trong cùng mạng 3G và chuyển giao giữa mạng 2G-3G. Mục này tập trung vào các nội dung liên quan tới báo hiệu chuyển vùng trong nội mạng 3G. Nhƣ đã biết, giao thức ứng dụng di động MAP không chỉ sử dụng cho truyền thông giữa các cơ sở dữ liệu mà còn điều hành thông tin trao đổi giữa các MSC cũng nhƣ hỗ trợ chức năng truyền tải cho các giao thức truy nhập mạng vô tuyến RAN lớp 3 khác nhau. MAP có thể mang các bản tin RANAP đƣợc trao đổi giữa các RNC kết nối tới các MSC khác nhau. Khi RANAP hỗ trợ một phần chức năng truyền tải cho giao thức RRC, các bản tin RANAP mang thông tin RRC MSC trên giao diện E
trong vùng mạng 3G, đƣợc nhúng trong các hoạt động của MAP. Các RNC của cùng một UTRAN có thể kết nối qua giao diện Iur nhƣng không có giao diện Iur
cho các RNC khác UTRAN.
Hình 3.23 chỉ ra hai UTRAN khác nhau kết nối qua giao diện E của vùng CS và giao diện Gn của vùng PS. Nếu có một tình huống chuyển vùng của một UE thuộc hai UTRAN, CRNC của các ô này cần thông tin tới các CRNC khác để đảm bảo chuyển giao không gây lỗi.
Hình 3.24: Các giao diện UMTS giữa hai UTRAN
Vấn đề trao đổi thông tin giữa UE và mạng đƣợc bắt đầu bằng việc thiết lập một kết nối RRC. RNC1 điều khiển kết nối RRC này và kết cuối trên các giao diện Iu
đƣợc gọi là RNC phục vụ (SRNC). Nếu UE di chuyển, nó cần liên hệ với một ô của một RNC khác. Hai RNC này thuộc cùng một UTRAN và kết nối với nhau qua giao diện Iur. Nếu hai ô hoạt động trên cùng tần số thì chuyển giao mềm có thể diễn ra. Nếu UE mất liên hệ với các ô đƣợc điều khiển bởi RNC ban đầu thì chỉ còn RNC phía sau cung cấp tài nguyên vô tuyến cho kết nối. Tuy nhiên nếu UE tiếp tục di chuyển khi cuộc gọi vẫn đang đƣợc hoạt hóa thì có thể có một ô của một Node B khác còn tốt hơn. Điều này dẫn tới việc chuyển giao cứng giữa RNC thứ 2 và RNC mới thứ 3 này. Trong trƣờng hợp chuyển vùng cứng các tham số của kết nối RRC
đƣợc chuyển tiếp đến SRNC mới và kết nối giữa các RNC đƣợc thực hiện thông qua giao diện E của miền lõi CS. Các bƣớc xử lý chuyển vùng nội mạng 3G đƣợc tóm tắt theo các bƣớc sau:
Bước 1: Thủ tục chuyển giao nội 3G-MSC đƣợc khởi phát bởi báo cáo đo RRC khi
một thiết bị mới hoạt động cùng tần số với một thiết bị cũ. (hình 3.25).
Bước 2: Khi SRNC (RNC 1) nhận đƣợc bản tin báo cáo RRC, quyết định thực hiện
chuyển giao sang RNC 2. Khi không tồn tại giao thức Iur giữa các RNC, thủ tục chuyển giao buộc phải là chuyển giao cứng cùng với tái chỉ định lại SRNS tại cùng thời điểm. Tiến trình này đƣợc xử lý bởi SRNC cũ, là thành phần gửi bản tin yêu cầu tái định vị RANAP tới MSC của nó.
Bước 3: Dựa trên bảng định tuyến của MSC phục vụ, RNC 2 đƣợc xác định có kết
nối tới một MSC khác nhƣ trên hình 3.24. Vì vậy, MSC cần gửi bản tin yêu cầu tái định vị RANAP tới MSC khác tới RNC 2. Do kênh lƣu lƣợng của cuộc gọi cần chuyển tới MSC mới, MSC phục vụ gửi bản tin chuẩn bị chuyển vùng MAP chứa RANAP tới MSC mới.
Hình 3.25: Chuyển giao nội 3G-MSC
Bước 4: MSC mới chuyển bản tin yêu cầu tại định vị RANAP tới RNC 2.
Bước 5: RNC 2 chỉ định tất cả các nguồn tài nguyên vô tuyến để chuẩn bị cho kết nối UE. Đặc biệt, các chức năng lập lịch và điều khiển quản trị đƣợc kiểm tra và tính toán tƣơng thích với các tập tham số của RNC 1. Tùy thuộc vào kết quả tính toán mà chuyển giao có đƣợc thực hiện hay không qua bản tin RRC đƣợc gửi đi từ RNC 2. Nếu yêu cầu QoS thay đổi, bản tin tái cấu hình kênh mang vô tuyến đƣợc gửi đi, trên ví dụ cho thấy bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc gửi.
Bước 6: RNC 2 gửi bản tin xác nhận tái định vị RANAP tới RNC 2 để đáp lại bản
tin tái cấu hình kênh vật lý RRC.
Bước 7: Trả lời bản tin tiền chuyển giao MAP đƣợc gửi bởi MSC mới tới MSC
phục vụ cũ. Bản tin này chứa xác nhận tái định vị RANAP gồm thông tin tái cấu hình kênh vật lý RRC.
Bước 8: MSC cũ gửi lệnh tái định vị RANAP tới RNC 1. Khi đó bản tin tái cấu hình
kênh vật lý đƣợc đƣa ra bởi RNC 2 nhúng trong bản tin này một lần nữa. bản tin lệnh tái định vị ra lệnh cho RNC 1 kết thúc các luật hiện áp dụng cho kết nối.
Bước 9: Bản tin tái cấu hình kênh vật lý đƣợc chuyển bởi RNC 2 qua Iub cũ và giao
diện Uu tới UE.
Bước 10: Dựa trên các thông tin thu đƣợc từ bản tin yêu cầu tái cấu hình kênh vật lý
RRC, chuyển giao đƣợc thực hiện và bản tin hoàn tất tái cấu hình kênh vật lý đƣợc gửi đi trên giao diện Iub mới tới RNC 2.
3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Nội dung chƣơng 3 tập trung vào các nội dung liên quan tới kiến trúc, các giao thức báo hiệu và điều khiển kết nối trong mạng di động. Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM (2G) đƣợc thực hiện chủ yếu trên hệ thống báo hiệu số 7 với sự hỗ trợ của mạng thông minh. Trong mạng UMTS, các giao thức báo hiệu và điều khiển đƣợc chia tách thành hai phần chính gồm báo hiệu trên mạng truy nhập UTRAN và báo hiệu tại mạng lõi. Các thủ tục báo hiệu cơ bản đƣợc trình bày thông qua các ví dụ cụ thể mang tính chất điển hình.
Các nội dung ôn tập chính trong chương
- Kiến trúc và các điểm tham chiếu báo hiệu của hệ thống GSM;
- Đặc tính chức năng mặt bằng điều khiển của các giao diện Iub, Iu, Iur;
- Xử lý báo hiệu với ISUP/BICC tại mạng lõi;
- Thủ tục báo hiệu xử lý chuyển vùng nội mạng 3G.
CHƯƠNG 4: BÁO HIỆU TRONG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP IMS
Tóm tắt: Tiếp cận phân hệ đa phương tiện IP đóng vai trò then chốt trong quá trình hội tụ giữa mạng cố định và di động và internet hiện nay. Nhằm sáng tỏ các vấn đề liên quan tới báo hiệu và điều khiển trong IMS, nội dung chương này sẽ trình bày các khía cạnh liên quan của IMS như cấu trúc chức năng, thành phần và các giao thức báo hiệu liên quan. Bên cạnh báo hiệu và điều khiển cuộc gọi đa phương tiện qua giao thức SIP, các giao thức hỗ trợ nhận thực, tính cước hay thiết lập chính sách cho các cuộc gọi cũng sẽ được trình bày.
4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị đầu cuối di động và mạng xã hội đã và đang đem lại hàng loạt tiện ích mới cho ngƣời sử dụng. Nhu cầu phát triển một phân hệ tích hợp các dịch vụ internet vào di động nhằm tạo ra một mạng di động thế hệ kế tiếp đƣợc xác định bằng giải pháp công nghệ IMS.
Hình 4.1: Vị trí và mối quan hệ của IMS
Hình 4.1 thể hiện một cấu trúc hội tụ mạng với tâm điểm là IMS hỗ trợ cả miền