Với những yêu cầu về dịch vụ tiên tiến chất lượng cao, 4G/LTE được thiết kế hướng tới các dịch vụ dữ liệu bằng cách cung cấp các kết nối tốc độ cao trên nền chuyển mạch gói toàn IP.. Đây
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
-
ĐÀO THỊ LAN HƯƠNG
NGHIÊN CỨU CÁC MÔ HÌNH TRIỂN KHAI DỊCH VỤ THOẠI
TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 4G/LTE
VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CHO CÁC NHÀ KHAI THÁC DI ĐỘNG Ở VIỆT NAM
MÃ SỐ: 60.52.70 (Kỹ thuật Điện tử)
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2013
Trang 2Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trung Kiên
Phản biện 1: ………
Phản biện 2: ………
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Trang 3MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Sự tăng trưởng mạnh mẽ về kinh tế - xã hội trong những năm gần đây đã tác động không nhỏ tới nhu cầu cũng như cách thức giao tiếp, giải trí và tiếp cận thông tin của con người Sự bùng nổ của khoa học, kỹ thuật và công nghệ cũng tạo điều kiện cho các nhu cầu ấy phát triển ngày càng nhanh, với yêu cầu ngày càng cao về sự đa dạng của các loại hình dịch vụ, sự phong phú của các thiết bị đầu cuối và chất lượng dịch vụ phải không ngừng được cải thiện Theo xu thế đó, các hệ thống thông tin di động phục vụ nhu cầu kết nối không dây cũng liên tục được phát triển từ 1G lên 2G, 3G và 4G với những thay đổi vượt bậc cả về khía cạnh công nghệ và khía cạnh dịch vụ
Với xu hướng hội tụ cố định – di động và hội tụ viễn thông – internet, cấu trúc mạng dần tách biệt hạ tầng và dịch vụ Trong mạng 4G, bản thân LTE không bao gồm các dịch vụ mà nó chỉ đơn thuần là phần hạ tầng nhằm đảm bảo truyền dẫn dữ liệu thông suốt giữa các thiết bị đầu cuối và mạng lõi Với những yêu cầu
về dịch vụ tiên tiến chất lượng cao, 4G/LTE được thiết kế hướng tới các dịch vụ dữ liệu bằng cách cung cấp các kết nối tốc độ cao trên nền chuyển mạch gói toàn IP
Sự thay đổi hoàn toàn về công nghệ này đặt ra thách thức cho một dịch vụ quen thuộc là dịch vụ thoại truyền thống Đây là dịch vụ đặc trưng cho các công nghệ chuyển mạch kênh đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin từ 1G đến 3G Song song với các dịch vụ thoại tiên tiến như thoại có hình hay hội nghị truyền hình, dịch vụ thoại cơ bản này là một phần không thể thiếu đối với mọi nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, bởi lẽ đây là dịch vụ đơn giản, thiết thực, được sử dụng rộng rãi nhất và đem lại doanh thu không hề nhỏ
Những thực tế này đặt ra câu hỏi cho các nhà khai thác mạng là làm thế nào để tiếp tục cung cấp dịch
vụ thoại truyền thống trên nền tảng 4G/LTE, các vấn đề cần quan tâm là gì,và trong các phương án được đưa
ra, phương án nào sẽ phù hợp với đặc điểm riêng của mỗi nhà khai thác mạng?
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế và cấp thiết trên, đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu các phương
án tổ chức dịch vụ thoại trên LTE Trên cơ sở đó đưa ra các so sánh, đánh giá và đề xuất, kiến nghị cho các nhà khai thác di động tại Việt Nam trong việc triển khai dịch vụ thoại trên LTE
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các phương án cung cấp dịch vụ thoại trên LTE và đề xuất phương án cho các nhà khai thác di động tại Việt Nam trong việc triển khai dịch vụ này
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Dịch vụ thoại trên mạng 4G LTE
Phạm vi nghiên cứu: Kỹ thuật thực hiện dịch vụ nói chung
Kết quả cần đạt
- Hiểu và phân tích được tổ chức và hoạt động của dịch vụ thoại trên LTE
- Đưa ra được các đề xuất với các nhà khai thác di động trong triển khai dịch vụ này
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu và phân tích lý thuyết, vận dụng để đưa ra đề xuất về phương án tổ chức dịch vụ
Trang 4Chương 1: TỔNG QUAN VỀ 4G/LTE
1.1 Sự phát triển của tổ chức mạng và dịch vụ qua các thế hệ
1.1.1 Hệ thống thông tin di động 1G
Những hệ thống thông tin di động 1G sử dụng FDM ở mạng truy nhập và TDM ở mạng lõi Khi có cuộc gọi, người dùng sẽ được cấp phát một kênh dành riêng gồm hai tần số khác nhau cho đường lên và đường xuống Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số này tương đối đơn giản và còn nhiều hạn chế như dung lượng và tốc độ thấp, bảo mật kém và chất lượng cuộc gọi chưa cao
Hầu hết các công nghệ 1G được triển khai trên quy mô nhỏ theo các tiêu chuẩn riêng khác nhau khiến cho các hệ thống khó tương thích với nhau
1.1.2 Hệ thống thông tin di động 2G
Hệ thống thông tin di động 2G sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên vô tuyến và CDMA hoặc TDMA kết hợp với FDMA, đồng thời tăng cường tính tương thích và hỗ trợ khả năng chuyển mạng phức
tạpError! Reference source not found Hai hệ thống mạng điển hình cho 2G là GSM và cdmaOne Trong
đó, GSM được phổ biến rộng rãi hơn cả GSM Sử dụng công nghệ TDMA kết hợp với FDMA trên ba băng tần 900MHz, 1800MHz, 1900 MHz và có thể cung cấp dịch vụ thoại với tốc độ 13kbps và tốc độ dữ liệu tối
đa là 9.6kbps
1.1.3 Hệ thống thông tin di động 2.5G
Hệ thống thông tin di động 2.5G được coi là bước chuyển tiếp từ 2G lên 3G với đại diện điển hình là GPRS/EDGE Hai công nghệ này sử dụng chuyển mạch gói trên nền hệ thống 2G hiện có để tăng tốc độ truyền dữ liệu lên tới 160kbps bằng cách ghép nhiều khe thời gian vào một kênh truyền Người sử dụng sẽ trả tiền dựa trên dung lượng dữ liệu tải xuống/lên thay vì trả tiền dựa trên thời gian chiếm kênh như đối với các dịch vụ chuyển mạch kênh trong mạng 2G
EDGE là pha tiếp theo của GPRS và thường được coi là một công nghệ 3G EDGE sử dụng các phương pháp mới ở tầng vật lý để tăng tốc độ truyền dữ liệu về mặt lý thuyết lên tới tối đa là 500 kbps mà không cần phải thay đổi hay nâng cấp các phần tử mạng GPRS đã có
1.1.4 Hệ thống thông tin di động 3G
Hệ thống 3G hoạt động tại băng tần 2000MHz với hiệu quả phổ cao và có khả năng cung cấp tốc độ
dữ liệu từ vài trăm kbps tới 2 Mbps Ngoài ra, thiết kế của 3G cho phép đảm bảo QoS và tương thích cao giữa các chuẩn công nghệ khác nhau Các công nghệ 3G cho phép các nhà khai thác mạng cung cấp các dịch
vụ truyền thông đa phương tiện tiên tiến với các phương thức tính cước đa dạng
3G được chuẩn hóa bởi ITU với tên gọi IMT-2000 bao gồm 5 họ tiêu chuẩn công nghệ cho giao diện truy nhập vô tuyến, trong đó nổi bật nhất là WCDMA và CDMA2000
WCDMA hay CDMA băng rộng là tên thương mại của IMT-2000 CDMA Direct Spread với hệ thống điển hình nhất là UMTS, sử dụng sóng mang kênh 5 MHz và công nghệ CDMA Direct Sequence để truyền dẫn dữ liệu với tốc độ 384 kbps trong vùng phủ rộng và 2Mbps trong vùng phủ hẹp Trong kiến trúc UMTS, mạng lõi gồm 2 miền chuyển mạch CS và PS riêng biệt
1.1.5 Hệ thống thông tin di động 4G
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư sử dụng nhiều công nghệ mới cho phép truy nhập di động băng thông siêu rộng trên nền IP từ đầu cuối với khả năng tùy chỉnh dịch vụ cao Được chuẩn hóa bởi ITU với tên gọi IMT-Advanced, 4G đáp ứng các yêu cầu được đề ra trong ITU-R M.2134 như tốc độ lên đến 100 Mbps trong điều kiện di chuyển tốc độ cao và 1 Gbps khi di chuyển tốc độ thấp; khả năng triển khai quy mô rộng và hỗ trợ nhiều ứng dụng, dịch vụ đa dạng chất lượng cao với chi phí phải chăng; khả năng tương thích cao giữa các dịch vụ di động và cố định; thiết bị và ứng dụng thân thiện với người dùng
Trang 51.2 Tiêu chuẩn hóa
ITU-R là tổ chức chịu trách nhiệm trực tiếp cho việc định nghĩa họ tiêu chuẩn IMT bao gồm
IMT-2000 (3G) và IMT-Advanced (4G) Đến tháng 10-2010, ITU-R chính thức chọn ra 2 công nghệ là LTE-Advanced và WirelessMAN-LTE-Advanced như là các công nghệ dành cho mạng 4G
LTE-Advanced được mô tả 3GPP R10, là sự cải tiến của mạng LTE hiện tại Trong 3GPP R8, LTE được đề cập tới với tốc độ đỉnh lên tới 300Mbps cho đường xuống và 75 Mbps cho đường lên và sử dụng OFDMA/SC-FDMA cho giao diện vô tuyến
1.3 Cấu trúc mạng di động 4G/LTE
1.3.1 Mô hình kiến trúc
Giai đoạn đầu của LTE tập trung vào phần mạng truy nhập vô tuyến Evolved RAN bao gồm các trạm gốc eNodeB kết nối trực tiếp tới mạng lõi thông qua giao diện S1 và kết nối trực tiếp với nhau qua giao diện X2 tạo nên một kiến trúc phẳng
Tiếp sau LTE, dự án SAE ra đời với nhiệm vụ định nghĩa mạng lõi chuyển mạch gói toàn IP hay EPC Sự kết hợp của EPC và Evolved RAN tạo thành EPS Và vì thế, mặc dù EPS là thuật ngữ đúng nhất để chỉ cả hệ thống nhưng trong nhiều trường hợp nó thường được thay bằng LTE/SAE hoặc đơn giản là LTE với mục đích ám chỉ hệ thống mạng gói phát triển
1.3.2 Phân chia chức năng
Trong mạng truy nhập LTE, chỉ có một loại phần tử mạng là eNodeB, do vậy tất cả các chức năng của Evolved RAN đều được thực hiện bởi eNodeB Mỗi eNodeB sẽ chịu trách nhiệm cho một tập các ô tương tự như nodeB, đồng thời thực hiện các chức năng như RNC trong WCDMA/HSPA
Mạng lõi EPC bao gồm 3 thành phần chính là MME, SG và PDN Gateway Trong đó MME là thực thể mặt phẳng điều khiển của EPS SG giữ vai trò neo di động cho quá trình hoạt động trong mạng PDN
GW thực hiện lọc gói tin và phân bổ địa chỉ IP
1.3.3 Mô hình cung cấp dịch vụ trên mạng LTE
LTE được thiết kế là mạng chuyển mạch gói hướng tới các dịch vụ dữ liệu Do đó, tất cả các dịch vụ trong mạng LTE đều được cung cấp trên nền mạng gói toàn IP từ đầu cuối đến đầu cuối
Trong pha triển khai đầu tiên của LTE, một số dịch vụ chuyển mạch kênh như thoại có thể vẫn được cung cấp trên mạng truyền thống Trong các giai đoạn tiếp theo, tất cả các dịch vụ (kể cả thoại) sẽ được cung cấp hoàn toàn trên nền LTE thông qua IMS
1.4 Kết luận chương
Chương 1 đã trình bày khái quát quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ 1G đến 4G/LTE, đồng thời mô tả sơ lược quá trình tiêu chuẩn hóa cũng như kiến trúc và chức năng hệ thống thông tin di động 4G để có được một cái nhìn tổng quát về LTE và vị trí của nó trong tiến trình phát triển thông tin
di động Chương tiếp theo sẽ trình bày về phương án cung cấp dịch vụ thoại trên nền mạng LTE này
Chương 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN TỔ CHỨC DỊCH VỤ THOẠI TRÊN
LTE
2.1 Giới thiệu chương
2.1.1 Yêu cầu dịch vụ
Trong 3GPP R8, LTE được định nghĩa là hệ thống chuyển mạch gói đơn thuần và không tiếp tục cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh Tuy nhiên, với các nhà vận hành mạng, thoại và SMS là hai dịch vụ
cơ bản nhất và mang lại doanh thu không hề nhỏ Do vậy, trong mạng định hướng dữ liệu LTE, yêu cầu hỗ trợ tối đa cho hai dịch vụ chuyển mạch kênh truyền thống này là vô cùng quan trọng
Trang 62.1.2 Các phương án tổ chức dịch vụ thoại trên LTE
Theo 3GPP, mục tiêu hướng tới của LTE là cung cấp thoại trên nền mạng lõi IMS Tuy nhiên, khi IMS chưa được triển khai rộng rãi như LTE thì yêu cầu tất yếu là phải có nhiều phương án lựa chọn khác nhau để có thể cung cấp dịch vụ thoại trên LTE Hiện nay có ba phương án đang được đề xuất để cung cấp dịch vụ thoại trên LTE là CSFB, VoLGA và VoIMS
2.2 Circuit switched fallback (CSFB)
2.2.1 Giới thiệu chung
CSFB hỗ trợ dịch vụ thoại trên LTE bằng cách tái sử dụng mạng GSM/UMTS Theo đó, các thiết bị đầu cuối đang sử dụng các dịch vụ dữ liệu trên mạng LTE sẽ bị bắt buộc quay lại mạng truyền thống khi muốn sử dụng các dịch vụ chuyển mạch kênh
CSFB được đề cập tới đầu tiên trong 3GPP release 8, và sau đó được bổ sung trong 3GPP release 9
Có một vài cơ chế CSFB khác nhau tuy nhiên không có phương án CSFB nào có thể hỗ trợ cả mạng GSM/UMTS và CDMA2000
2.2.2 Cấu hình mạng
0 mô tả kiến trúc mạng sử dụng CSFB Điểm đặc trưng của kiến trúc này là kết nối giữa MSC và MME thông qua giao diện SGs Chức năng của giao diện này được dựa trên giao diện Gs giữa MSC và SGSN, bao gồm quản lý di động và thực hiện các quy trình tìm gọi giữa EPS và miền chuyển mạch kênh
Hình 2.1 Cấu hình mạng sử dụng CSFB Error! Reference source not found
2.2.3 Yêu cầu đối với hệ thống mạng và thiết bị đầu cuối
Đầu cuối sử dụng CSFB phải có khả năng truy cập đồng thời vào mạng LTE và mạng GSM/UMTS Các thiết bị trong mạng LTE như MME, E-UTRAN và MSC đều cần thêm các tính năng bổ sung để có thể
hỗ trợ CSFB MME trong mạng LTE và MSC trong mạng GSM/UMTS phải được nâng cấp để có thể hỗ trợ giao diện SGs và thực hiện các chức năng bổ sung khác Ngoài ra, vùng phủ của mạng cũng như phương án quy hoạch và chia ô trong LTE cần tương đương với GSM/UMTS để việc chuyển đổi được hiệu quả
2.2.4 Phương thức hoạt động
2.2.4.1 Đăng ký
Để có thể sử dụng được mô hình này, thiết bị đầu cuối phải được đăng ký cả trên mạng LTE và mạng GSM/UMTS Quá trình đăng ký vào mạng GSM/UMTS được bắt đầu bằng một bản tin cập nhật vị trí khởi tạo bởi MME gửi qua giao diện SGs tới MSC, trong đó mã số LAI được tính toán từ mã số TAI tương ứng sử dụng trong mạng LTE
2.2.4.2 Khởi tạo và nhận cuộc gọi
Để khởi tạo cuộc gọi, UE gửi bản tin yêu cầu dịch vụ chứa chỉ thị CSFB tới MME để yêu cầu MME thực hiện quy trình đổi sang mạng chuyển mạng kênh Sau khi nhận được bản tin này, MME sẽ yêu cầu eNode B chuyển hướng thiết bị di động sang mạng GSM/UMTS Khi cell đích đã được xác định, eNode B thực hiện chuyển UE sang mạng GSM/UMTS bằng quy trình giải phóng kết nối RRC kèm chuyển hướng
Trang 7hoặc quy trình PSHO Thiết bị di động sau đó sẽ chuyển sang cell mới và thực hiện kết nối tài nguyên vô tuyến theo các quy trình của mạng GSM/UMTS cũ Quy trình nhận cuộc gọi cũng diễn ra tương tự như trên
2.2.4.3 Giải phóng kết nối RRC và chuyển giao PS
RRC là giao thức mặt phẳng điều khiển lớp 3 được sử dụng để trao đổi các bản tin báo hiệu và dữ liệu người dùng Trong trường hợp khởi tạo cuộc gọi, kết nối này được dùng để gửi bản tin yêu cầu Còn trong trường hợp nhận cuộc gọi, kết nối RRC được dùng để gửi bản tin tìm gọi tới UE
Quy trình giải phóng kết nối RRC kèm chuyển hướng được sử dụng để kết thúc các kết nối này đồng thời cung cấp cho UE các thông tin chuyển hướng sang cell đích trong mạng GSM/UMTS Tuy nhiên, giải pháp này không hỗ trợ đồng thời phiên dữ liệu LTE và phiên thoại CS
PSHO là một phương án khác được thực hiện bởi eNodeB để chuyển đổi từ kênh mang chuyển mạch gói sang mạng truy nhập vô tuyến của hệ thống chuyển mạch kênh Ưu điểm của nó là khả năng duy trì phiên dữ liệu LTE trong suốt thời gian diễn ra cuộc gọi thoại Chuyển đổi sang mạng GSM cũng có thể sử dụng PSHO nếu cả phía mạng và thiết bị đầu cuối đều hỗ trợ DTM
2.2.5 Ưu nhược điểm
CSFB cho phép tận dụng mạng GSM/UMTS đã có, nhờ đó nhà vận hành mạng không cần bổ sung thêm thiết bị mới Những yêu cầu nâng cấp đối với hệ thống mạng sẵn có cũng không đáng kể
Nhược điểm lớn nhất là CSFB sử dụng kiểu báo hiệu cũ và do đó cần thời gian tương đối lớn (khoảng 500ms) để chuyển đổi từ mạng LTE sang mạng GSM/UMTS Ngoài ra, uộc gọi thoại và phiên dữ liệu trước đó chỉ có thể diễn ra đồng thời trong mạng UMTS hoặc mạng GSM có hỗ trợ DTM
2.3 Voice over LTE via Generic Access (VoLGA)
2.3.1 Giới thiệu chung
VoLGA được phát triển bởi VoLGA Forum dựa trên 3GPP TS 23.879, cho phép cung cấp dịch vụ thoại trên nền LTE mà không cần phải nâng cấp hay thay đổi các khối chức năng hiện có Với VoLGA, toàn
bộ lưu lượng báo hiệu và lưu lượng mặt phẳng người dùng được vận chuyển trong suốt đến mạng truy nhập LTE
2.3.2 Cấu hình mạng
Hình 2.3 Cấu hình mạng sử dụng VoLGA
VoLGA sử dụng khối chức năng tương tác dành riêng hay VANC để kết nối giữa LTE và GSM/UMTS VANC đóng vai trò trung tâm trong mô hình VoLGA, cung cấp một kênh truy cập ảo trên nền LTE giúp kết nối thiết bị đầu cuối và MSC
2.3.3 Yêu cầu đối với hệ thống mạng và thiết bị đầu cuối
Thiết bị đầu cuối sử dụng VoLGA phải có khả năng truy cập đồng thời vào mạng LTE và mạng GSM/UMTS và phải hỗ trợ một số tính năng bổ sung cho dv VoLGA
Ngoài các phần tử mới bổ sung như VANC và AAA Server, ảnh hưởng của VoLGA tới mạng EPS
đã có là rất nhỏ
Trang 82.3.4 Phương thức hoạt động
2.3.4.1 Đăng ký
Để có thể khởi tạo hoặc nhận cuộc gọi thoại, thiết bị đầu cuối phải kích hoạt tính năng VoLGA và phải được đăng ký trên mạng LTE cho dịch vụ VoLGA Việc này được thực hiện qua hai bước là tìm kiếm VANC và đăng ký VoLGA
2.3.4.2 Khởi tạo và nhận cuộc gọi
Trước khi thiết bị di động có thể sử dụng dịch vụ chuyển mạch kênh, nó phải thiết lập được kênh báo hiệu GA-CSR dành riêng đến VANC để dùng cho báo hiệu CS NAS VANC sẽ giữ vai trò chỉ định tài nguyên cho cuộc Quá trình nhận cuộc gọi cũng được diễn ra tương tự
2.3.4.3 Chuyển giao từ LTE sang GSM/UMTS
VoLGA hỗ trợ chuyển giao từ mạng LTE sang mạng GSM/UMTS bằng cách tái sử dụng các cơ chế được định nghĩa bởi 3GPP (SRVCC) để tăng tính tương thích với các phương án cung cấp dịch vụ thoại trên nền LTE khác như CSFB và VoIMS
2.3.5 Ưu nhược điểm
VoLGA cho phép nhà khai thác cung cấp dịch vụ thoại qua truy nhập LTE bằng cách tái sử dụng mạng lõi đã có của GSM/UMTS mà không nhất thiết phải chuyển sang IMS hay thay đổi các hệ thống dịch
vụ hỗ trợ như tính cước, quản lý thuê bao hay chăm sóc khách hàng VoLGA cũng cho phép chuyển giao LTE sang GSM/UMTS một cách dễ dàng vì nó vẫn dựa trên nền chuyển mạch kênh
Cũng giống như CSFB, VoLGA cung cấp trong suốt các dịch vụ chuyển mạch kênh cho mạng LTE Tuy nhiên, VoLGA chuyển lưu lượng thoại từ mạng GSM/UMTS sang LTE còn CSFB thì không VoLGA cũng hỗ trợ đồng thời cuộc gọi thoại CS và phiên dữ liệu LTE Ngoài ra, thời gian thiết lập cuộc gọi cũng nhanh hơn vì thiết bị người dùng không phải chuyển qua mạng ngoài mà vẫn tồn tại trong mạng LTE
Một nhược điểm lớn của VoLGA là các chuẩn dùng cho nó hiện nay chưa được chấp nhận bởi 3GPP Nếu VoLGA không được chấp nhận trên quy mô lớn, các thiết bị mạng và đầu cuối sẽ khó được đưa
ra thị trường, các nhà khai thác sử dụng giải pháp VoLGA của các nhà cung cấp khác nhau cũng có thể gặp nhiều vấn đề khó khăn về tính tương thích của các sản phẩm
VoLGA cũng yêu cầu kiến trúc mạng và mô hình báo hiệu phức tạp hơn vì nó liên quan đến ba phần
tử mạng mới là VANC, security gateway và AAA server Và cuối cùng, VoLGA không hỗ trợ các dịch vụ IMS hỗn hợp tiên tiến vốn được coi là điểm nhấn khác biệt của LTE
2.4 Voice trên nền IMS
2.4.1 Giới thiệu chung
2.4.1.1 IMS
IMS là kiến trúc điều khiển dịch vụ dựa trên kết nối toàn IP và độc lập với các công nghệ truy nhập IMS không chỉ cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống mà còn cung cấp nhiều dịch vụ giá trị gia tăng và dịch vụ đa phương tiện tiên tiến Hình 2.4 mô tả khái quát kiến trúc của IMS dùng trong mạng lõi di động Trong mô hình này CSCF là phần tử mạng lõi quan trọng trong IMS, bao gồm ba loại: P-CSCF, S-CSCF và I-CSCF
Trang 9Hình 2.4 Mô hình khái quát của kiến trúc IMS
Mạng lõi IMS sử dụng mạng truy nhập kết nối IP (IP-CAN) để vận chuyển lưu lượng của các kênh mang và báo hiệu đa phương tiện Nhiệm vụ của IP-CAN là duy trì dịch vụ cung cấp bởi IMS cho thiết bị đầu cuối di động Với LTE, IP-CAN chính là E-UTRAN và EPC
2.4.1.2 VoIMS
VoIMS được xem là giải pháp lâu dài cho LTE, sử dụng điều khiển cuộc gọi IMS như được định nghĩa trong 3GPP TS23.228 về cung cấp các dịch vụ thoại LTE 0 mô tả các thành phần cơ bản của hệ thống mạng sử dụng VoIMS
Hình 2.5 Cấu hình mạng sử dụng VoIMS
Trong mô hình này có thêm sự xuất hiện của máy chủ ứng dụng TAS để hỗ trợ dịch vụ thoại đa phương tiện Các dịch vụ chuyển mạch kênh GSM/UMTS được cung cấp với sự giúp đỡ của ICS và SRVCC nhằm đảm bảo sự liên tục và trong suốt của dịch vụ đối với các thuê bao khi chuyển giao giữa mạng LTE và mạng GSM/UMTS
2.4.1.3 SRVCC
SRVCC là cơ chế đảm bảo sự liên tục dịch vụ thoại giữa IMS (trên nền mạng truy nhập PS) và mạng truy nhập CS khi UE không có khả năng duy trì cả hai kết nối trên tại cùng một thời điểm Với SRVCC quá trình chuyển giao được thực hiện, nhờ đó đầu cuối có thể thực hiện cuộc gọi liên tục mà không cần phải attach đồng thời trên hai mạng truy nhập khác nhau
Hình 2.6 SRVCC từ LTE sang GSM/UMTS Error! Reference source not found
Trang 100 mô tả SRVCC trong trường hợp chuyển giao từ LTE sang GSM/UMTS Trong hình này, đường gạch đậm mô tả kênh mang trước khi thực hiện chuyển giao và cùng với nó là báo hiệu SIP (đường chấm) Trong khi đó, đường nét đứt thể hiện kênh mang mới được thiết lập sau quá trình chuyển giao
2.4.1.4 ICS
ICS cho phép cung cấp tất cả các loại dịch vụ và điều khiển dịch vụ dựa trên nền IMS và cho phép các dịch vụ IMS này sử dụng truy nhập CS Với ICS, các phiên IMS sử dụng hạ tầng chuyển mạch kênh được coi như một phiên IMS chuẩn về khía cạnh quản lý và liên tục dịch vụ ICS đảm bảo rằng thuê bao VoIMS không nhận thấy sự khác biệt hay thay đổi về chất lượng cũng như tính năng dịch vụ bất kể họ đang
ở trong mạng LTE hay GSM/UMTS bằng cách kết nối trong suốt mạng truy nhập GSM/UMTS với điều khiển cuộc gọi IMS thông qua kênh mang CS
Có hai phương án thực hiện ICS đó là sử dụng MSC hoặc UE Với ICS trên nền MSC, MSC đóng vai trò phối hợp hoạt động giữa báo hiệu CS và SIP Với ICS trên nền UE, chức năng ICS được hỗ trợ trực tiếp với UE thông qua một phần tử dành riêng được thiết kế trong thiết bị điện thoại
ICS trên nền UE sử dụng điều khiển cuộc gọi IMS cho truy nhập GSM/UMTS với báo hiệu SIP giữa
UE và lõi IMS, vận chuyển trên mạng GSM/UMTS sẵn có Với mạng hỗ trợ đồng thời các dịch vụ PS và CS, kết nối IP được cung cấp bởi lõi chuyển mạch gói truyền thống thông qua điểm tham chiếu Gm Với các trường hợp khác, báo hiệu SIP ICS được vận chuyển qua dòng điều khiển USSD thông qua điểm tham chiếu I1
Phương án ICS trên nền UE được coi là có khả năng triển khai cao hơn so với ICS trên nền MSC do chỉ cần nâng cấp thiết bị cầm tay
2.4.2 Yêu cầu đối với hệ thống mạng
Phương án VoIMS với ICS và SRVCC yêu cầu đầu cuối phải hỗ trợ cả ICS và SRVCC, trong mạng cũng cần bổ sung hai máy chủ ứng dụng là SCC AS và SRVCC AS trong đó SCC AS là ứng dụng IMS có nhiệm vụ cung cấp các chức năng cần thiết cho ICS như thay mặt UE cung cấp các chức năng báo hiệu SIP dùng cho thiết lập và điều khiển phiên IMS, thích ứng truy nhập CS và lựa chọn miền truy nhập cuối.SRVCC cũng yêu cầu phải nâng cấp E-UTRAN, MME và HSS trong mạng LTE
Mạng GSM/UMTS yêu cầu phải có MGCF để có thể thiết lập kết nối tới IMS Thành phần này có thể đứng riêng hoặc được tích hợp với MSC Để hỗ trợ chuyển giao SRVCC, MSC cũng phải được nâng cấp với giao diện Sv và phải có khả năng điều phối quy trình chuyển phiên và SRVCC Đồng thời, MSC cũng phải có khả năng đăng ký tự động cho UE sau khi quá trình chuyển giao hoàn tất
2.4.3 Phương thức hoạt động
2.4.3.1 Đăng ký
Cho dù sử dụng mạng truy nhập LTE hay GSM/UMTS, UE hỗ trợ VoIMS /ICS/SRVCC luôn luôn đăng ký trên mạng IMS và nhận dịch vụ thoại cũng như dữ liệu từ mạng IMS Với UE hỗ trợ ICS và SRVCC, chỉ thị ICS và SRVCC được đính kèm trong bản tin đăng ký
2.4.3.2 Khởi tạo và nhận cuộc gọi
Khi thiết bị di động khởi tạo hoặc nhận một cuộc gọi thoại trên mạng IMS sử dụng truy nhập LTE hoặc UMTS PS, phiên được thiết lập dựa theo quy trình khởi tạo hoặc nhận cuộc gọi IMS chuẩn như được
mô tả trong 3GPP TS 23.228 Với những cuộc gọi thoại liên quan đến đầu cuối hỗ trợ VoIMS/ICS, S-CSCF
sẽ chèn thêm SCC AS vào đường dẫn phiên IMS để cung cấp cho ICS
