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; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- 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 chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh. Việc phát triển của IMS là sự nỗ lực hợp tác giữa tổ chức tiêu chuẩn đứng đầu cho mạng di động 3GPP và tổ chức đứng đầu cho mạng Internet là IETF. IETF cung cấp đặc tả các giao thức và công nghệ nền tảng trong khi 3GPP phát triển kiến trúc khung làm việc, tích hợp các giao thức cần thiết để cung cấp cho hệ thống di động các khả năng nhƣ chuyển vùng giữa các
nhà điều hành, phân biệt chất lƣợng dịch vụ và tính cƣớc. Các yêu cầu cơ bản về cấu trúc của một hệ thống IMS đã đƣợc đặt ra gồm: hỗ trợ các phiên truyền thông đa phƣơng tiện IP; kết nối IP cho các thiết bị di động trên cả vùng mạng nhà và mạng khách; đảm bảo chất lƣợng thông tin cho các phiên đa phƣơng tiện; hỗ trợ các chính sách sử dụng đúng tài nguyên yêu cầu; đảm bảo an toàn thông tin trong các môi trƣờng kết nối; hỗ trợ chính sách tính cƣớc; thực hiện chuyển vùng linh hoạt; phối hợp kết nối với các mạng khác; ứng dụng cơ chế điều khiển dịch vụ linh hoạt; phân lớp cấu trúc và đa dạng hình thức truy nhập.
4.1.1 Mô hình kiến trúc IMS
Mục tiêu của kiến trúc IMS là cung cấp nhiều giá trị gia tăng hơn cho nhà cung cấp mạng, ngƣời phát triển ứng dụng, ngƣời cung cấp dịch vụ cũng nhƣ ngƣời sử dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới đƣợc triển khai một cách nhanh chóng với chi phí thấp. Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác chuyển tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung lƣợng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng. Một mạng IMS đƣợc định nghĩa trong một kiến trúc mặt phẳng ngang gồm 3 lớp chức năng.
Hình 4.2: Truy nhập với IMS
Lớp đầu tiên là lớp mang. Lớp này truyền tải dung lƣợng báo hiệu và các luồng lƣu lƣợng đa phƣơng tiện. Lớp này bao gồm các thiết bị phần cứng nhƣ thiết bị chuyển
mạch, bộ định tuyến và các thực thể xử lý phƣơng tiện nhƣ cổng đa phƣơng tiện hay máy chủ phƣơng tiện. IMS đóng vai trò nhƣ một lớp truy nhập không phụ thuộc mạng để kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có (hình 4.2).
Lớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu nhƣ CSCF, HSS, MGCF…để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phƣơng tiện và chức năng điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu nhƣ SIP, Diameter, H248. Lớp điều khiển là chức năng cốt lõi của IMS để truyền thông báo hiệu và các yêu cầu điều khiển tới các thành phần thiết bị trong phiên. Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng nhƣ server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ mở kế thừa từ các hệ thống truyền thống. IMS đƣa ra các điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà, các thành phần của mạng báo hiệu đƣợc phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân lớp đƣợc thể hiện trên hình 4.3.
Hình 4.3: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS
Một trong các yếu tố tạo nên tính ƣu việt của hệ thống IMS trong mục tiêu kết nối là các cơ chế báo hiệu và điều khiển. Cụ thể là thông qua hai giao thức báo hiệu là SIP và giao thức Diameter. Giao thức SIP đƣợc sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phƣơng tiện. Còn giao thức Diameter đƣợc sử
Lớp Điều Khiển CSCF MRFC MRFP MGCF BGCF SEG SGW IMS_MGW GGSN SGSN HSS AS AS
RAN ADSL,CápWLAN,
… PSTN/ các mạng CS mở rộng Các mạng IP mở rộng
Lưu lượng báo hiệu Lưu lượng người dùng
Lớp Ứng Dụng Lớp Truyền tải AS PTIT
dụng cho nhận thực trao quyền và thanh toán (AAA) đối với các dịch vụ của ngƣời sử dụng. Nếu so sánh với giao thức báo hiệu SS7 truyền thống, giao thức đƣợc sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại, chức năng giao thức SIP tƣơng tự nhƣ ISUP còn giao thức Diameter và các ứng dụng của nó tƣơng ứng với giao thức dựa trên TCAP. Để truyền tải giao thức báo hiệu trong IMS, giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP và giao thức điều khiển truyền tải TCP chạy trên nền IPv4/IPv6 đƣợc sử dụng.
4.1.2 Các thành phần chức năng
Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản. Các thực thể chức năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản: nhóm quản lý phiên và định tuyến (CSCF); cơ sở dữ liệu (HSS, SLF); dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP); các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW); các bộ phận chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG); tính cƣớc. Dƣới đây sẽ phân tích các chức năng cơ bản theo các thực thể trong IMS.
a, Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)
Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất là một máy chủ SIP và đóng vai trò trung tâm của IMS. CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong IMS. Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác nhau: CSCF uỷ quyền (Proxy- CSCF: P-CSCF); CSCF phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF) và CSCF tham vấn (Interrogating-CSCF: I-CSCF). Mỗi CSCF có nhiệm vụ riêng. Thƣờng thì tất cả các CSCF tham gia trong suốt quá trình đăng ký thiết lập phiên và định hình cơ chế định tuyến SIP. Ngoài ra, tất cả các chức năng đều có khả năng gửi số liệu tính cƣớc tới bộ chức năng tính cƣớc offline. Có vài chức năng thông thƣờng mà P-CSCF và S-CSCF có thể thực hiện. Các thực thể có khả năng giải phóng phiên thay cho thuê bao (ví dụ khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang treo - không sử dụng, hoặc P- CSCF nhận đƣợc thông báo kênh mang truyền thông bị mất) và có khả năng kiểm tra nội dung của giao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại hoặc các mã truyền thông trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng không phù hợp với chính
sách của nhà khai thác, CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tới UE.
CSCF đại diện (ủy quyền) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS. Có nghĩa là tất cả lƣu lƣợng báo hiệu SIP từ UE sẽ đƣợc gửi tới P-CSCF. Ngƣợc lại, tất cả các kết cuối báo hiệu SIP từ mạng đƣợc gửi từ P-CSCF tới UE. Bốn chức năng cơ bản của P-CSCF bao gồm: nén SIP, kết hợp bảo mật IP (IPSec), tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) và xác định phiên khẩn cấp. Có thể có một hoặc nhiều P-CSCF trong một mạng. P-CSCF thực hiện các chức năng sau: o Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên
tên miền do UE cung cấp.
o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục vụ (S-CSCF). o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP tới UE.
o Phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên.
o Tạo thông tin tính cƣớc để gửi cho nút tính cƣớc CCF.
o Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết bảo mật giữa UE và P-CSCF. Chức năng này đƣợc cung cấp bởi giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật đóng gói ESP.
o Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE. P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486].
o Chức năng kiểm tra phƣơng tiện. P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tới UE.
o Duy trì bộ định thời phiên. Các bộ định thời phiên cho phép P-CSCF phát hiện và giải phóng tài nguyên do các phiên đang bị treo chiếm dụng.
o Tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF). PDF chịu trách nhiệm triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP). Trong Release 5, PDF là một thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình. Thông thƣờng một mạng IMS sẽ có nhiều P-CSCF tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng. Mỗi P-CSCF chỉ phục vụ một số lƣợng các đầu cuối IMS nhất định.