Nghiên cứu mạng lõi EPC và giải pháp quản lý di động trong mạng

Hình 5.2: Cấu trúc kết nối giữa các mạng Mobile WiMAX và 3GPP UTRAN khi UE thực hiện chuyển giao từ WiMAX đến UTRAN Hình 5.3: Luồng báo hiệu của VHO cải tiến từ mạng Mobile WiMAX đến 3GP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

ĐÀM THUẬN HÙNG

NGHIÊN CỨU MẠNG LÕI EPC VÀ GIẢI PHÁP

QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : NGUYỄN TÀI HƯNG

LỜI MỞ ĐẦU

Sau những năm 90, các dịch vụ Internet đã đánh dấu một mốc son cho tiến trình phát triển của nó bằng việc hỗ trợ truy cập cho các thiết bị đầu cuối di động Trong giai đoạn đầu, các dịch vụ này còn có nhiều hạn chế do khả năng xử lý của đầu cuối và băng thông bị giới hạn trên giao diện vô tuyến Các vấn đề này được giải quyết ngay khi có cuộc cách mạng về mạng truy cập vô tuyến với tốc độ dữ liệu cao được truyền bởi mạng HSPA (High Speed Packet Access) và mạng LTE (Long Term Evolution)

Sự cải tiến nhanh chóng trong quá trình xử lý dung lượng của các chất bán dẫn đối với các đầu cuối di động cũng như các nhà phát triển có thể sử dụng phần mềm để tạo ra các dịch vụ Công nghệ IP và chuyển mạch gói sớm được phát triển để trở thành nền tảng cho dịch vụ thoại và dữ liệu trên mạng Internet và truyền thông di động

Một xu thế mà các hệ thống thông tin đang hướng đến là dịch vụ truy cập vô tuyến băng rộng và sự hội tụ giữa Internet và di động Một trong những thay đổi cơ bản

để đạt được mục tiêu trên là sự nâng cấp về công nghệ mạng lõi, sự chuyển đổi từ kiến trúc mạng hỗn hợp giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh sang mạng toàn IP Chính cuộc cách mạng về mạng lõi mà kết quả là Evolved Packet Core (EPC) đã trở thành nền tảng cho cách mạng băng rộng di động giúp khai thác được tối đa những lợi thế của mạng truy cập vô tuyến và Internet di động EPC hỗ trợ các công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP (LTE, GSM và WCDMA/HSPA) cũng như các công nghệ truy nhập vô tuyến không thuộc 3GPP và cho phép đầu cuối có thể di chuyển giữa các mạng truy nhập sử dụng các công nghệ trên mà vẫn đảm bảo chất lượng của dịch vụ Với những mục tiêu và ưu điểm của mình, EPC đã thực sự trở thành cái đích cho các mạng hiện tại hướng đến

Mục tiêu cuối cùng của tất cả các hệ thống mạng là chất lượng trải nghiệm của người dùng Vì vậy, vấn đề quản lý di động trong các mạng di động đã trở thành một yêu cầu rất quan trọng, đặc biệt là với EPC Ưu điểm của nó trong việc tích hợp các

công nghệ truy nhập lại trở thành yếu tố thách thức buộc những nhà thiết kế, phát triển mạng phải có những giải pháp hiệu quả để đạt được mục tiêu cơ bản của mạng Đây là

lý do mà tôi chọn đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu mạng lõi EPC và giải pháp

quản lý di động trong mạng”

Nội dung đề tài được chia ra làm 5 chương như sau:

- Chương 1: Dịch vụ Web và kiến trúc hướng dịch vụ Chương này giới thiệu dịch vụ Web và kiến trúc mạng hướng dịch vụ Từ đó thấy được những yêu cầu của các dịch vụ đối với kiến trúc mạng thực thi nó, đánh giá khả năng đáp ứng các dịch vụ của kiến trúc mạng hiện tại

- Chương 2: Khái quát chung về EPC Chương này sẽ giới thiệu sơ lược quá trình

ra đời của EPC và đi sâu vào mục tiêu, kiến trúc cũng như các giao thức được sử dụng, các giao diện cơ bản trong EPC Đồng thời, trong chương này cũng đưa ra các đánh giá ưu nhược điểm của EPC so với các mạng hiện tại

- Chương 3: Các giải pháp quản lý di động được sử dụng trong các mạng hiện tại

Ở đây đưa ra các giao thức hỗ trợ, các cơ chế quản lý sự di chuyển của các thuê bao trong mạng và những ưu nhược điểm của chúng để từ đó có thể so sánh với giải pháp được sử dụng trong EPC

- Chương 4: Các vấn đề quản lý di động trong EPC Chương này nêu ra các cơ chế quản lý di động được đề cập đến trong các chuẩn do tổ chức 3GPP đưa ra để làm cơ sở cho các nhà thiết kế, phát triển mạng trong quá trình thực thi EPC

- Chương 5: Giải pháp di động cho EPC Nội dung chương này sẽ đề cập đến những thách thức trong vấn đề quản lý di động của EPC và đưa ra một giải pháp quản lý di động khi thuê bao di chuyển giữa các mạng 3GPP và WiMAX Giải pháp này được xây dựng và mô phỏng đã đạt được những kết quả nổi bật Chương này cũng sẽ đưa ra các phân tích hiệu quả của giải pháp đã nêu

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, em xin chân thành cám ơn TS Nguyễn Tài Hưng, sự chỉ bảo tận

tình cùng những tài liệu quí báu của Thầy đã giúp em hoàn thành luận văn này

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong Viện đào tạo Sau đại học đã tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứư cho em trong suốt thời gian qua Xin cám ơn các bạn học và những người thân đã luôn giúp đỡ, động viên và chia sẻ những lúc tôi khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn này

Do thời gian hạn hẹp và kinh nghiệm về lĩnh vực này còn hạn chế, nên khoá luận sẽ không tránh khỏi sai sót Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy, Cô và các bạn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của mình

MỤC LỤC

2.3.1.2 Các Gateway trong EPC 25

2 4 1.1 Kiến trúc cơ bản của EPC với mạng truy nhập LTE 28

2.4 1.2 Thêm các chức năng hỗ trợ truy nhập LTE 32

2.4 1.3 Tương tác giữa LTE với GSM/GPRS và

CDMA/HSPA/GSM/GPRS

32

2.4 1.5 Tương tác giữa các công nghệ 3GPP và không thuộc 3GPP 34

Deleted:

2.6.1.2 Giao diện giữa MME và SGW (S11) 49

2.6.1.5 Giao diện giữa SGW và PCRF (Gxc) 53

2.6.2 Các giao diện hỗ trợ EPC giao tiếp với các mạng truy nhập 54

2.6.2.2 Giao diện hỗ trợ tương tác giữa LTE với GSM/WCDMA/HSPA 58

2.6.2.3 Giao diện hỗ trợ tương tác giữa LTE với CDMA 59

2.6.2.4 Giao diện hỗ trợ tương tác giữa các mạng truy nhập 3GPP với

các mạng truy nhập không thuộc 3GPP

66

3.1.1 Nguyên tắc hoạt động của Mobile IP 71

3.1.2 Ưu, nhược điểm của MIP 72

3.2.1 Khái quát chung về SIP 73

3.3.1 Khái quát chung về mSCTP 75

3.3.2 Các phiên giao dịch trên mSCTP 76

3.3.3 Mối quan hệ giữa mSCTP, MIP và SIP 76

4.2 Các cơ chế quản lý di động 78

4.2.1 Các cơ chế quản lý di động trong các mạng truy nhập thuộc 3GPP ( Cơ 78

Comment [U1]: Không cần đưa các

giao diện này vào vì nó không liên quan đến các thành phần của EPC và là các giao diện không quan trọng

chế Horizontal Handover)

4.2.3 Di động giữa các mạng truy nhập 3GPP và không thuộc 3GPP 94

5.1 Những thách thức trong quản lý di động và hướng giải quyết 104

5.3.1 Kiến trúc mạng được cải tiến cho sự tích hợp giữa mạng Mobile

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa giản đồ XML và các tài liệu XML

Hình 1.2: Mối quan hệ giữa các thành phần trong thế hệ thứ nhất

Hình 1.3: Các dịch vụ Web tráo đổi vai trò trong cuộc hội thoại

Hình 1.4: Kiến trúc SOA cho một ứng dụng đa tầng

Hình 1.5: Kiến trúc tích hợp hướng dịch vụ

Hình 1.6: Các bản tin SOAP

Hình 1.7: Các mô tả dịch vụ được tập trung trong một thành phần đăng ký cá nhân

Hình 2.1: Hệ thống thông tin di động đơn giản

Hình 2.2: Các mạng UMTS đã được nâng cấp

Hình 2.3: Tiến trình ra đời của EPS

Hình 2.4: Kiến trúc EPC cơ bản cho truy nhập LTE

Hình 2.5: Hỗ trợ chức năng cho kiến trúc EPC cơ bản

Hình 2.6: Tương tác mạng sử dụng giao diện GTP

Hình 2.7: Tương tác giữa LTE và các mạng eHRPD

Hình 2.8: Kiến trúc EPC cho truy nhập các mạng không thuộc 3GPP

Hình 2.9: Kiến trúc EPC hỗ trợ thoại

Hình 2.10: Lưu lượng được định tuyến qua mạng thường trú

Hình 2.11: Vượt rào cục bộ

Hình 2.12: Ngăn xếp giao thức trên giao diện MME

Hình 2.13: Ngăn xếp giao thức trên giao diện S11

Hình 2.14: Ngăn xếp giao thức trên giao diện S11

Hình 2.15: Ngăn xếp giao thức trên giao diện S5/S8 (biến thể của GTP)

Hình 2.16: Ngăn xếp giao thức miền điều khiển cho giao diện S5/S8

Hình 2.17: Ngăn xếp giao thức miền người dùng trên giao diện S5/S8

Hình 2.18: Ngăn xếp giao thức trên giao diện S6a/S6d

Hình 2.19: Ngăn xếp giao thức giao diện S1-U

Hình 2.20: Ngăn xếp giao thức cho giao diện S1-MME

Hình 2.21: Giao diện giữa mạng lõi và mạng truy nhập truyền thống

Hình 2.22: Ngăn xếp giao thức trên giao diện S3

Hình 2.23: Ngăn xếp giao thức trên giao diện S4

Hình 2.24: Ngăn xếp giao thức trên giao diện SWd

Hình 2.25: Ngăn xếp giao thức trên giao diện STa

Hình 2.26: Ngăn giao thức của giao diện SWx

Hình 2.27: Giao diện S2a

Hình 2.28: Ngăn giao thức lớp điều khiển cho giao diện S2a

Hình 2.29: Ngăn giao thức lớp người dùng cho giao diện S2a

Hình 2.30: Ngăn giao thức lớp điều khiển đối với giao diện S2b

Hình 2.31: Ngăn giao thức lớp người dùng đối với giao diện S2b

Hình 2.32: Ngăn giao thức của giao diện SWm

Hình 2.33: Ngăn giao thức của giao diện Gxa/Gxc

Hình 3.1: Hoạt động của SIP qua Proxy Server

Hình 3.2: Hoạt động của SIP qua Redirect Server (RS)

Hình 4.1 : Vùng đăng ký của UE

Hình 4.2:Thủ tục cập nhật TA

Hình 4.3: Trao đổi bản tin trong thủ tục cập nhật vùng theo dõi (TA) giữa các MME

Hình 4.4: Sự di động trong E-UTRAN với sự hỗ trợ giao diện X2

Hình 4.5 Trao đổi bản tin đối với sự di động trong E-UTRAN với hỗ trợ X2

Hình 4.6: Trao đổi bản tin đối với sự di động trong E-UTRAN không có hỗ trợ X2

Hình 4.7: Sự di động trong E-UTRAN

Hình 4.8: Trao đổi bản tin đối với sự di động trong E-UTRAN với sự định vị lại EPC

Hình 4.9: Đầu cuối thực hiện đăng kí trước trong HRPD trong khi đang kết nối tới EUTRAN

Hình 4.10: Thủ tục kích hoạt ISR

Hình 4.11: Minh họa thủ tục paging khi ISR kích hoạt

Hình 4.12: Mô hình hệ thống phân cấp ban đầu của GSM/GPRS

Hình 5.1: Cấu trúc mạng tích hợp đối với mạng truy cập Mobile WiMAX và 3GPP

Hình 5.2: Cấu trúc kết nối giữa các mạng Mobile WiMAX và 3GPP UTRAN khi UE thực hiện chuyển giao từ WiMAX đến UTRAN

Hình 5.3: Luồng báo hiệu của VHO cải tiến từ mạng Mobile WiMAX đến 3GPP UTRAN Hình 5.4: Phân tích hiệu suất mất dữ liệu trong khi VHO: a) Sử dụng 80 mẫu được ghép với luồng video H.263; b) Sử dụng 40 mẫu được ghép luồng video MPEG-4

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP Third Generation Partnership Project

3GPP2 Third Generation Partnership Project 2

AAA Authentication, Authorization and Accounting

ANDSF Access Network Discovery and Selection Function

AMBR Aggregate Maximum Bit Rate

AuC Authentication Center

BBERF Bearer Binding and Event Reporting Function

CDMA Code Division Multiple Access

DCP DiffServ Code Point

DHCPv4 Dynamic Host Configuration Protocol Version 4

DHCPv6 Dynamic Host Configuration Protocol Version 6

DPI Deep Packet Inspection

eHRPD Evolved High Rate Packet Data

EPC Evolved Packet Core

ePDG Evolved Packet Data Gateway

EPS Evolved Packet System

E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network

EDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution

ePDG evolved Packet Data Gateway

GPRS General Packet Radio Service

GRE Generic Routing Encapsulation

HRPD High Rate Packet Data

HSGW HRPD Serving Gateway

HSDPA/HSUPA High Speed Downlink/Uplink Packet Access

HSS Home Subscriber Server

I-CSCF Interrogating Call Session Control Function

IMEI International Mobile Equipment Identity

IMS IP Multimedia System

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IP-CAN Internet Protocol - Connectivity Access Network

IPSec Internet Protocol / secure

LMA Local Mobile Anchor

LTE Long Term Evolution

MAG Mobile Access Gateway

MEGACO Media Gateway Control Protocol

MME Mobility Management Entity

MMTel MultiMedia Telephony

MSC Server Mobile Switching Centre Server

MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number

NAS Non-Access Stratum

OCS Online Charging System

OFCS Offline Charging System

PCEF Policy and Charging Enforcement Function

PCRF Policy and Charging Rules Function

PDCP SN Packet Data Convergence Protocol

PDN Packet Data Network

PLMN Public Land Mobile Network

PMIP Proxy Mobile IP

RAT Radio Access Technology

SAE System Architecture Evolution

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SGSN Serving GPRS Support Node

SRVCC Single-Radio Voice Call Continuity

TAU Tracking Area Update

UE User-Equipment

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

WCDMA Wide-band Code Division Multiple Access

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Chương 1: DỊCH VỤ WEB VÀ KIẾN TRÚC HƯỚNG DỊCH VỤ

Tóm tắt

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của Internet là các dịch vụ Web, đặc biệt là Web dựa trên XML được sử dụng rất rộng rãi Tuy nhiên, các dịch vụ này lại yêu cầu một kiểu kiến trúc mạng riêng được gọi là kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) Giao thức SOAP được chấp nhận vào những năm 2000 đã đưa ra các phương pháp trao đổi thông tin dựa vào mô hình xử lý liên quan đến các dịch vụ Web Tiếp theo là UDDI cung cấp một cơ chế chuẩn để tìm kiếm động các mô tả dịch vụ Tất cả các vấn đề nêu trên sẽ được đề cập đến trong nội dung của chương này

1.1 Tổng quan về XML

1.1.4 Các khái niệm

HTML đưa ra cú pháp để mô tả định dạng chuẩn của một văn bản do Web Browser đưa ra Do đó, các văn bản HTML không thể đưa ra các thông tin về bản chất của dữ liệu được hiển thị Chính sự thiếu hụt của chất lượng thông tin trong các văn bản HTML sẽ hạn chế hiệu quả và khả năng của Internet khi chia sẻ thông tin Do vậy, XML đã khắc phục được nhược điểm trên của HTML Nó cho phép người dùng đưa thêm các thông tin meta và các nhãn tự mô tả của các đoạn văn bản Do vậy, các tài liệu Web cũng trở thành một kho chứa thông tin nhỏ

1.1.5 Các thành phần

Cũng giống như HTML, XML sử dụng một tập các thành phần Tuy nhiên, các thành phần của XML không được định nghĩa trước mà nó được tạo ra theo yêu cầu của người dùng để thể hiện các dữ liệu trong một ngữ cảnh duy nhất Một tập các thành phần XML được phân loại như là một từ Các từ vựng có thể được tạo ra để mô tả một loại tài liệu kinh doanh nào đó như hóa đơn hoặc đơn hàng Một trường hợp cụ thể của

từ vựng là tài liệu XML Đây là khối cơ bản trong một kiến trúc XML

1.1.6 Giản đồ

Các từ có thể được định nghĩa sử dụng ngôn ngữ định nghĩa giản đồ Giản đồ XML định nghĩa kiến trúc của các tài liệu XML Nó đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu trong tài liệu bằng cách cung cấp cấu trúc, các quy tắc xác nhận tính hợp lệ, ép kiểu và mối quan hệ giữa các thành phần Nói cách khác, giản đồ XML thể hiện những gì có thể và không thể làm với các dữ liệu XML Hình dưới đây là thể hiện mối quan hệ giữa giản đồ XML và các tài liệu XML

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa giản đồ XML và các tài liệu XML

1.2 Các dịch vụ Web và kiến trúc hướng dịch vụ SOA

1.2.1 Khái niệm các dịch vụ

Khái niệm về dịch vụ trong ứng dụng đã xuất hiện trước đây, dịch vụ giống như các thành phần, là các khối được xây dựng độc lập nhằm mô tả về môi trường ứng dụng Không giống như các thành phần truyền thống, các dịch vụ có một số các đặc tính riêng để trở thành một phần của kiến trúc hướng dịch vụ

Một trong những tiêu chuẩn này là nó hoàn toàn độc lập đối với các dịch vụ khác Điều này có nghĩa rằng mỗi dịch vụ có thể chịu trách nhiệm với mỗi miền quản lý của nó và

các miền này thường được giới hạn phạm vi ở các chức năng kinh doanh nào đó (hoặc một nhóm các chức năng liên quan)

Kết quả của phương pháp thiết kế này trong việc tạo các đơn vị độc lập việc về chức năng kinh doanh liên kết với nhau theo một framework chuẩn Do sự độc lập về dịch vụ trong framework, các chương trình không cần thiết tuân theo bất kì một nền tảng hoặc công nghệ nào

Hình 1.2: Mối quan hệ giữa các thành phần trong thế hệ thứ nhất

Thuật ngữ Web 2.0 dùng để chỉ thế hệ thứ hai của Web được công nhận bởi cộng đồng Web và các dịch vụ như mạng xã hội, wikis, và folksonomies - các dịch vụ này nhằm mục đích tạo điều kiện cho sáng tạo, cộng tác và chia sẻ giữa người sử dụng Thuật ngữ Web 2.0 được biết đến một cách rộng rãi sau hội nghị về Web 2.0 của O'Reilly Media diễn ra lần đầu trong năm 2004 Mặc dù thuật ngữ này đưa ra một phiên bản mới của World Wide Web, nhưng nó không cập nhật bất kỳ thông số kỹ thuật nào mà chỉ thay

Mô tả Cho phép thông tin giữa

đổi phương thức sử dụng web của các nhà phát triển phần mềm và người dùng Theo Tim O'Reilly:

“ Web 2.0 là cuộc cách mạng kinh doanh trong lĩnh vực công nghiệp máy tính bởi sự di chuyển đến Internet như một nền tảng, và các cố gắng để hiểu các quy tắc của nó trên nền tảng mới này”

Ý tưởng “Web 2.0” liên quan đến quá trình chuyển một vài website có thông tin biệt lập đến các nền tảng máy tính được liên kết với nhau và nó hoạt động như là phần mềm cục bộ trong nhận thức của người dùng Web 2.0 bao gồm các yếu tố xã hội mà ở

đó người sử dụng có thể tự tạo và phân tán nội dung, tùy ý chia sẻ và sử dụng lại thông tin

Sau này, Web 2.0 không được định nghĩa như một cấu trúc tĩnh Web 2.0 nói chung có thể được mô tả như một tập hợp chung của các kiểu thiết kế và kiến trúc, nó

có thể thực thi trong nhiều ngữ cảnh Những kiểu mẫu này tạo ra nhiều chủ đề cho các nhà thiết kế phần mềm khai thác trí tuệ tập thể Hầu hết các kiểu cấu trúc Web 2.0 dựa vào kiến trúc hướng dịch vụ để hoạt động

Website Web 2.0 cho phép người dùng làm được nhiều hơn là chỉ nhận thông tin Những website này có thể giúp tính toán “mạng như nền tảng” cho phép người dùng chạy các ứng dụng phần mềm trên trình duyệt Người dùng có thể sở hữu dữ liệu trên Web 2.0 và kiểm soát dữ liệu đó Những site này có thể có “cấu trúc tham gia” nên khuyến khích người dùng cộng thêm giá trị cho các ứng dụng khi sử dụng Quan điểm này trái ngược với điều khiển truy cập phân cấp trong các ứng dụng, trong đó, các hệ thống phân loại người dùng ở mức độ khác nhau về chức năng Nét đặc trưng của các site Web 2.0 là giao diện phong phú và thân thiện với người dùng dựa trên Ajax, Flex Các công nghệ như weblogs (blogs), social bookmarking, wikis, podcasts, RSS feeds, social software, web APIs và các dịch vụ web online như là eBay được nâng cấp so với các website chỉ đọc

Khi thiết kế các ứng dụng Web 2.0 dựa vào các kiểu trên, các kiến trúc thường

có yêu cầu đặc biệt về chuyển dịch dữ liệu Đối với mục đích thương mại, nó yêu cầu đặc biệt về khả năng nâng cấp, sự mềm dẻo và khả năng truyền các dịch vụ này đến nhiều người sử dụng khác nhau Các kiến trúc thường cần phải mở rộng khả năng trao đổi dữ liệu qua các kiểu yêu cầu – đáp ứng đơn giản và chấp nhận nhiều kiểu trao đổi bản tin khác khi được kích hoạt bởi các sự kiện

1.2.2 Dịch vụ Web dựa trên XML

Loại hình dịch vụ thành công và được chấp nhận rộng rãi nhất là dịch vụ Web dựa trên XML Loại dịch vụ này có 2 yêu cầu cơ bản:

- Nó giao tiếp thông qua giao thức Internet (thông thường là HTTP)

- Nó gửi và nhận dữ liệu được định dạng văn bản XML

Sự chấp nhận rộng rãi của mô hình dịch vụ Web làm nổi bật nên ý nghĩa về tập hợp các công nghệ cung cấp đã trở thành các chuẩn được chấp nhận trên thực tế Do vậy, một dịch vụ Web chuẩn được mong đợi để:

- Cung cấp sự mô tả dịch vụ ít nhất là bao gồm một văn bản WSDL

- Có khả năng truyền các văn bản XML sử dụng SOAP qua HTTP

Hơn nữa, thông thường, các dịch vụ web:

- Hoạt động như người yêu cầu dịch vụ và người cung cấp dịch vụ

- Đăng ký với đại lý tìm kiếm

Trong hoạt động thông thường với dịch vụ web, một client khởi tạo yêu cầu là Web service Như trên hình 1.3 thể hiện, bất kì một giao diện nào được chỉ ra bởi “client service” này cũng được biết là một dịch vụ mà một dịch vụ khác có thể yêu cầu thông tin từ nó Do vậy, dịch vụ web không phù hợp với mô hình client-server Thay vào đó, chúng thiết lập hệ thống peer-to-peer trong đó mỗi dịch vụ có thể đóng vai trò là client hoặc server

Hình1.3: Các dịch vụ Web tráo đổi vai trò trong cuộc hội thoại

1.2.3 Kiến trúc hướng dịch vụ (SOA)

Như đã đề cập ở trên, có quá nhiều rắc rối để đưa ứng dụng vào một vài dịch vụ web Sự kết hợp bị giới hạn này là việc bổ xung một kiến trúc ứng dụng hiện tại vào một phần dịch vụ dựa trên chức năng mà nó đáp ứng một yêu cầu cụ thể chứ chưa phải

là một kiến trúc hướng dịch vụ

Có một sự khác biệt giữa:

- Ứng dụng sử dụng dịch vụ web

- Ứng dụng dựa trên kiến trúc hướng dịch vụ

SOA là một mô hình thiết kế đi sâu vào việc đưa nguyên lý ứng dụng vào trong các dịch vụ mà nó tương tác thông qua giao thức giao tiếp chung Nó đưa ra một lớp nguyên lý mới trong nền tảng tính toán phân tán Lớp tích hợp dịch vụ sẽ thiết lập một điểm tích hợp chung trong các tầng ứng dụng và giữa các ranh giới giữa các ứng dụng SOA dựa trên dịch vụ web XML xây dựng trên các lớp công nghệ XML tập trung vào các ứng dụng tồn tại như các dịch vụ được kết hợp lỏng lẻo với nhau Để hỗ trợ mô hình này, SOA khuyến khích sử dụng cơ chế tìm kiếm dịch vụ thông qua thành phần trung gian hoặc đại lý tìm kiếm

Gửi yêu cầu

Hình 1.4 chỉ ra cách SOA chọn lựa các kiến trúc đa tầng hiện tại bằng cách chỉ ra lớp nguyên lý thiết lập một điểm kết hợp chung qua việc sử dụng giao diện chương trình chuẩn được cung cấp bởi dịch vụ web

nhau trong môi trường tương thích mở Khi các dịch vụ Web được sử dụng để tích hợp giữa các ứng dụng, tự chúng sẽ thiết lập trở thành một phần của hạ tầng doanh nghiệp

Do sử dụng nhiều dịch vụ nên yêu cầu bảo mật và khả năng nâng cấp tăng Các môi trường hướng dịch vụ được thiết kế cố gắng giải quyết các vấn đề này bằng hạ tầng thích hợp hơn là đưa ra các giải pháp đối với một ứng dụng cụ thể

Hình 1.5: Kiến trúc tích hợp hướng dịch vụ

1.2.4 Các vai trò của dịch vụ Web

Các dịch vụ có thể có các vai trò khác nhau khi tham gia vào quá trình tương tác khác nhau Phụ thuộc vào ngữ cảnh mà nó được xem xét, cũng như trạng thái làm việc

hiện tại, một dịch vụ web có thể thay đổi vai trò hoặc được gán nhiều vai trò tại cùng một thời điểm

1.5 Giao thức SOAP

1.5.1 Khái niệm chung

Trong những ngày đầu mới ra đời, SOAP được tạo ra như là một công nghệ cầu nối giữa các nền tảng thông tin dựa trên RPC Tuy nhiên, sau đó nó đã được nâng cấp trở thành giao thức và định dạng bản tin được hỗ trợ rộng rãi nhất để sử dụng các dịch

vụ Web Do đó, SOAP thường được thay cho giao thức kiến trúc hướng dịch vụ (hoặc giao thức ứng dụng) thay vì giao thức truy nhập đối tượng đơn giản

SOAP thiết lập một định dạng bản tin chuẩn bao gồm một tài liệu XML có thể tổ chức

dữ liệu dạng tài liệu và dạng RPC Do đó, nó làm cho các mô hình trao đổi dữ liệu đồng bộ (yêu cầu và đáp ứng) cũng như không đồng bộ (theo quá trình) trở nên dễ dàng

1.5.2 Framework trao đổi bản tin trong SOAP

SOAP xây dựng một phương pháp trao đổi dựa vào mô hình xử lý liên quan đến framework các dịch vụ web đã nêu ở trên Tuy nhiên, nó khác ở chỗ nó đưa ra các thuật ngữ và các khái niệm liên quan đến cách các bản tin SOAP được xử lý

a) Các nút SOAP

Các nút này thể hiện nguyên lý quá trình chịu trách nhiệm truyền, nhận và thực hiện các công việc khác nhau trong các bản tin SOAP Một nút SOAP có thể được gọi là một SOAP server hoặc SOAP listener cũng như SOAP router Tất cả các loại này được gọi chung là nút SOAP

b) Các loại nút SOAP

Giống như các dịch vụ Web, các nút SOAP có thể tồn tại như nút gửi, nút nhận và các nút trung gian Trong khi các dịch vụ Web được chia ra thành các nhà cung cấp và các bên yêu cầu thì các nút SOAP cũng thực hiện các công việc tương đương (gửi và nhận)

và được gọi là nút SOAP gửi và nút SOAP nhận

Cùng một nút SOAP có thể hoạt động với các vai trò khác nhau tùy thuộc vào vị trí của

nó trong đường truyền bản tin và trạng thái hoạt động hiện tại của doanh nghiệp Ví dụ, một nút SOAP truyền một bản tin (đóng vai trò là một nút gửi khởi tạo), sau đó nó có thể nhận bản tin đáp ứng nên được xem là nút nhận sau cùng

c) Các chức năng của nút SOAP

Các chức năng của một nút SOAP được gắn với loại nút mà nó thực hiện chức năng nhận Nói cách khác, đó là các nút nhận trung gian và nút nhận sau cùng

1.6 UDDI

1.6.1 Khái niệm chung về UDDI

Một trong những thành phần cơ bản của kiến trúc SOA là cơ chế để tìm kiếm các mô tả dịch vụ Web Để thiết lập được thành phần này cần có một thư mục trung tâm dành cho các mô tả dịch vụ Thư mục này có thể trở thành phần không thể thiếu của một tổ chức hoặc cộng đồng Internet nên nó được coi là sự mở rộng hạ tầng cơ sở

Do đó, UDDI ngày càng trở nên quan trọng

1.4.2 Mô tả UDDI

Thành phần chìa khóa của UDDI là sự chuẩn hóa của các bản ghi profile được lưu trong thư mục nêu trên và được gọi là thành phần đăng ký Một thành phần đăng ký

công cộng là một thư mục toàn cầu của các mô tả dịch vụ trên toàn thế giới Thành phần này được kiểm soát bởi các công ty lớn trên nhiều server UDDI Các bản tin UDDI tự động được sao chép giữa các kho lưu trữ Một số công ty khác cũng có thể đóng vai trò như các thành phần đăng ký UDDI cho phép các công ty khác có thể thêm

và sửa các profile mô tả dịch vụ của họ

Thành phần đăng ký cá nhân là kho chứa các mô tả dịch vụ được kiểm soát trong nội bộ một tổ chức Việc cấp phép truy nhập vào thư mục này có thể bao gồm cả việc lựa chọn các thành phần truy nhập từ bên ngoài Thành phần đăng ký được giới hạn cho những người dùng nội bộ chỉ có thể được xem là thành phần đăng ký nội bộ

Hình 1.7: Các mô tả dịch vụ được tập trung trong một thành phần đăng ký cá nhân

Quá trình tìm kiếm có thể xảy ra theo nhiều trường hợp khác nhau tùy thuộc vào lý do thông tin dịch vụ được yêu cầu ví dụ:

- Một công ty đang tìm kiếm để thiết lập mối quan hệ mới đối với các phiên giao dịch online thì có thể tìm và so sánh các thành viên phù hợp sử dụng thành phần đăng ký công cộng

- Khi xây dựng một kênh tích hợp giữa các hoạt động kinh doanh, một kiến trúc đang được sử dụng cho một thành viên của tổ chức cần phải biết đến điểm liên lạc ra bên ngoài của tổ chức Các giao diện và nguyên lý chúng thể hiện sẽ hình thành lên nền tảng cho các dịch vụ web được thiết kế bởi thành viên Khi truy nhập vào thành phần đăng ký cá nhân của tổ chức, nó cho phép kiến trúc tập hợp các thông tin này

- Các nhà thiết kế một ứng dụng có thể tìm ra khả năng sử dụng lại khi đọc các

mô tả dịch vụ hiện tại của hệ thống Các mô tả dịch vụ trung tâm trong một thành phần đăng ký nội bộ cung cấp kho tài nguyên để mô tả đầu cuối công cộng

- Một nhà phát triển dịch vụ mới cần truy nhập các định nghĩa giao diện cho các dịch vụ hiện tại Thành phần đăng ký nội bộ giúp họ không phải lo lắng rằng các giao diện dịch vụ được kết hợp chặt chẽ có tồn tại hay không

Các thành phần đăng ký UDDI tổ chức các đầu vào theo 6 loại dữ liệu cơ bản:

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ EPC

Tóm tắt

Từ khi ra đời, các hệ thống thoại đã gắn liền với một thành phần cơ bản là chuyển mạch kênh Đến khi có sự xuất hiện của Internet, dịch vụ thoại cũng như các dịch vụ khác còn có thể được thực hiện qua chuyển mạch gói Thông tin dưới dạng các gói IP được định tuyến trong mạng dựa trên các cơ chế điều khiển khác nhau Tuy nhiên, chất lượng của các dịch vụ này chỉ dừng lại ở mức “tốt nhất có thể” Do vậy, để

có được mạng di động tốc độ cao, chất lượng dịch vụ được cải thiện cùng với sự đa dạng về dịch vụ, tổ chức 3GPP đã đưa ra một kiến trúc phẳng SAE hay còn gọi là EPS Các thành phần cốt lõi của kiến trúc là mạng truy nhập E-UTRAN và mạng lõi EPC Đây là kiến trúc toàn IP với nhiều ưu điểm vượt trội Trong phạm vi nội dung chương này sẽ đưa ra cái nhìn chung nhất về EPS, sau đó đi sâu về kiến trúc mạng lõi EPC: các

mô hình hoạt động, các thành phần và chức năng của chúng, các giao thức cơ bản được

sử dụng cũng như các giao diện giữa các thành phần trong EPC cũng như với các thành phần của mạng truy nhập kết nối với EPC

2.1 Khái quát chung về EPS

Một hệ thống thông tin di động đơn giản có kiến trúc như trong hình sau:

Loại B Loại A

Mạng truy nhập

Mạng lõi Thiết bị

đầu cuối

Chuyển mạch kênh

Dữ liệu thuê bao

Hình 2.1: Hệ thống thông tin di động đơn giản

Mạng truy nhập có nhiệm vụ truyền thông tin tin cậy và bảo mật qua giao diện

vô tuyến, quản lý tài nguyên vô tuyến, xử lý các thủ tục quản lý sự di động bao gồm việc đo lường vô tuyến và quyết định chuyển giao Phần mạng lõi đảm bảo việc thiết lập các phiên giao dịch từ đầu cuối đến đầu cuối, quản lý dữ liệu thuê bao gồm nhận thực, cấp phép và tính cước, tương tác với các mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói khác Sau khi nâng cấp phần mạng truy nhập và mạng lõi lên EPS, hệ thống trở nên đơn giản hơn như được thể hiện trong hình sau:

Mạng lõi Thiết bị

Quản lý tài nguyên

Mạng truy nhập

Dữ liệu thuê bao

Hình 2.2: Các mạng UMTS đã được nâng cấp EPS là sự nâng cấp mới nhất của chuẩn UMTS cả về mặt giao diện vô tuyến và mạng lõi thể hiện ở việc sử dụng băng thông hiệu quả gấp đôi so với HSDPA/HSUPA

và một kiến trúc đơn giản và hợp nhất khi toàn bộ thông tin trong mạng đều được coi như dữ liệu dạng gói

EPS hướng đến một kiến trúc phẳng, cung cấp một framework cho các dịch vụ thời gian thực và không thời gian thực với thông tin trong mạng đều dưới dạng gói dữ liệu E-UTRAN là mạng truy nhập với tốc độ dữ liệu cao, trễ nhỏ và công nghệ truy nhập vô tuyến được tối ưu hóa Nó được thể hiện ở giao diện vô tuyến mới, các giao thức mới và kiến trúc mạng truy nhập mới

Quá trình ra đời của EPS được thể hiện trên hình 2.3 Kiến trúc mạng UMTS 3G ban đầu cũng bao gồm cả miền CS và PS Đồng thời, một miền mới cũng được thêm vào miền PS là IMS (IP Multimedia Subsystem) Mục đích chính của sự nâng cấp này là

tạo ra các dịch vụ chuẩn và dựa trên IP (như dịch vụ Push to Talk, Presence hoặc Instant Messaging) qua các mạng không dây 3GPP Các dịch vụ trên nền IMS là đa dạng do IMS dựa trên các giao thức mềm dẻo như SIP (Session Initiation Protocol) Thêm vào đó, chuẩn IMS còn hỗ trợ VoIP và cho phép tương tác với mạng PSTN qua các gateway media và gateway báo hiệu Mặc dù IMS được xem như sự nâng cấp có ý nghĩa trong việc tích hợp các dịch vụ nhưng các nhà vận hành mạng lại không thực thi

nó rộng rãi và sử dụng nó như một nền tảng chung cho tất cả các dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại, dịch vụ thời gian thực và dịch vụ không phải thời gian thực do nó không

hỗ trợ sự di động liên tục của các dịch vụ thoại giữa các mạng trên nền CS và IMS

Mạng IP

Chuyển mạch gói

PSTN

Chuyển mạch kênh

IMS

Chuyển mạch gói Mạng IP PSTN

Mạng truy nhập Mạng truy nhập Mạng truy nhập

Hình 2.3: Tiến trình ra đời của EPS

2.2 Những yêu cầu chung của EPS

Như trên đã đề cập, EPS là một mạng toàn IP và là một hệ thống chuyển mạch gói được tối ưu với mục đích là nâng cấp công nghệ chuyển mạch gói để đáp ứng được

sự tăng đột biến của lưu lượng IP Nó hỗ trợ các dịch vụ chủ yếu như thoại, video, tin nhắn, trao đổi file dữ liệu Đồng thời, nó phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản sau:

- Có khả năng hỗ trợ nhiều hệ thống truy nhập khác nhau nhằm cung cấp môi trường hệ thống đa truy nhập cho người dùng

- Cung cấp chức năng di động trong một mạng truy nhập hoặc giữa các mạng truy nhập khác nhau Chức năng này được tối ưu hóa tức là nó hỗ trợ phần báo

hiệu nhỏ nhất, thời gian ngừng chuyển giao nhỏ nhất, thủ tục chuyển giao bảo mật và vượt rào cục bộ

- Cung cấp khả năng tương tác với với các mạng quảng bá trên nền IP

- Nâng cấp hoạt động của mạng: trễ thấp, thời gian thiết lập kết nối ngắn và chất lượng truyền tin cao

- Hỗ trợ nhiều mô hình lưu lượng như đầu cuối – đầu cuối, đầu cuối đến các nút khác trong mạng

- Cung cấp khả năng hỗ trợ cho các thuê bao roaming trong và ngoài mạng EPS

và với các mạng thông tin truyền thống khác

- Có khả năng hỗ trợ và tương tác với các dịch vụ chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh trong các mạng trước đó

- Hỗ trợ sự liên tục về dịch vụ giữa các hệ thống truy nhập 3GPP và với các mạng không thuộc 3GPP mà không phụ thuộc vào UE có hỗ trợ truyền thông tin vô tuyến một cách đồng thời hay không cũng như sự liên tục về dịch vụ đối với mạng hỗn hợp giữa di động và cố định

- Cho phép sử dụng hiệu quả các tài nguyên hệ thống, đặc biệt là các tài nguyên

vô tuyến bằng cách tối ưu truyền dẫn và báo hiệu

2.3 Kiến trúc của EPC

2.3.1 Các thành phần của EPC

EPC thực hiện chức năng của một mạng lõi đơn giản toàn IP không những nhằm

hỗ trợ tất cả các dịch vụ chuyển mạch gói, những dịch vụ dựa trên nền IMS mà còn có khả năng tương tác với mạng PSTN truyền thống, đảm bảo sự liên tục của dịch vụ giữa

hệ thống cũ và mới Để thực hiện các chức năng yêu cầu, EPC bao gồm các thành phần chức năng chính sau:

Ngoài các thành phần chính được nêu trên, khi thực hiện giao tiếp với các mạng truy nhập khác, EPC cần có thêm các thành phần khác như 3GPP AAA Server cho các mạng truy nhập không thuộc 3GPP, ePGW cho các mạng truy nhập không tin cậy và Access GW cho các mạng tin cậy không thuộc 3GPP

2.3.1.1 MME (Mobility Management Entity)

MME là nút chính để điều khiển mạng truy nhập LTE Nó thực hiện lựa chọn SGW cho một UE trong suốt quá trình khởi tạo kết nối cũng như trong quá trình chuyển giao giữa các mạng LTE nếu cần Nó chịu trách nhiệm thực hiện các thủ tục thông báo và chuyển giao đối với các UE trong chế độ rỗi và các thủ tục kích hoạt cũng như ngừng kích hoạt các bearer với tư cách đại diện cho UE MME còn tương tác với HSS để thực hiện nhận thực người dùng MME cũng đảm bảo UE được cấp phép sử dụng một PLMN của nhà vận hành và thực thi các hạn chế roaming mà UE có thể có Đồng thời, MME cũng cung cấp các chức năng điều khiển di động giữa LTE và các mạng truy nhập 2G/3G

Trong quá trình chuyển giao, nếu MME thay đổi thì nó sẽ thực hiện chức năng lựa chọn MME khác dựa vào mô hình của mạng Nếu một số MME phục vụ cùng một vùng nào đó thì thủ tục lựa chọn sẽ dựa trên một số tiêu chuẩn khác như lựa chọn một MME sao cho giảm khả năng phải thay đổi nó về sau hoặc dựa vào nhu cầu cân bằng tải trong mạng

Ngoài ra, MME còn thực hiện báo hiệu NAS Đồng thời, MME cũng hoạt động như điểm đầu cuối trong mạng với mục đích bảo mật cho báo hiệu NAS, xử lý mật mã

và quản lý các khóa bảo mật

2.3.1.2 Các Gateway trong EPC

EPC có hai Gateway có thể được thực thi tại cùng một nút hoặc tại các nút vật lý riêng biệt bao gồm:

- SGW: là gateway kết thúc giao diện tới E-UTRAN và ứng với mỗi UE được kết nối với EPS, tại một thời điểm chỉ có một SGW

- PGW: là gateway kết thúc giao diện tới PDN Nếu một UE đang truy nhập nhiều PDN thì có thể có nhiều P-GW cho UE này

a) SGW

SGW thực hiện một vài chức năng đối với các kiến trúc mạng dựa trên giao thức GTP và PMIP SGW có giao diện với mạng E-UTRAN Mỗi UE khi kết nối đến EPS đều được gắn với một SGW Đối với cùng một MME, SGW sẽ được lựa chọn cho UE dựa vào topo của mạng và vị trí của UE theo một số tiêu chuẩn như chọn SGW sao cho giảm khả năng phải thay đổi SGW về sau và yêu cầu cân bằng tải giữa các SGW Mỗi khi một UE được gắn với SGW, nó sẽ xử lý chuyển tiếp các gói dữ liệu của người dùng và cũng hoạt động như một điểm anchor cục bộ khi được yêu cầu cho chuyển giao giữa các eNodeB Trong suốt quá trình chuyển giao từ LTE đến các mạng truy nhập khác thuộc 3GPP, SGW sẽ cung cấp một kết nối để chuyển lưu lượng người dùng từ các hệ thống mạng 2G/3G và PGW

Khi một UE ở trong chế độ IDLE, SGW sẽ kết thúc đường xuống đối với dữ liệu Nếu các gói mới đến, SGW kích hoạt thủ tục thông báo đến UE Khi đó, SGW quản lý và lưu trữ thông tin liên quan đến UE như các thông số của một bearer hoặc thông tin định tuyến trong mạng

Cần lưu ý rằng SGW và MME có thể được thực hiện trên cùng một hoặc một vài nút vật lý

b) PGW

PGW cung cấp các kết nối cho UE đến các PDN bên ngoài với chức năng như điểm vào và ra đối với lưu lượng dữ liệu UE Một UE có thể được kết nối tới một hoặc nhiều PGW nếu nó cần phải truy nhập đến một hoặc nhiều PDN PGW cũng cấp phát địa chỉ IP cho UE Các chức năng này của PGW được áp dụng cho kiến trúc EPC khi

sử dụng giao thức GTP và PMIP

Với vai trò là một GW, PGW có thể thực hiện kiểm tra các gói DPI, lọc gói đối với lưu lượng của từng đầu cuối Đồng thời, nó cũng thực hiện điều khiển mở cổng

mức dịch vụ và thực thi các chính sách về tốc độ và sắp xếp các gói Đối với các yêu cầu về QoS, PGW cũng đánh dấu các gói đường lên và xuống bằng điểm mã phân biệt dịch vụ DCP

Ngoài ra, PGW cũng hoạt động như một điểm anchor để quản lý di động giữa các mạng truy nhập thuộc 3GPP và không thuộc 3GPP như WiMAX và CDMA/HRPD

2.3.1.3 PCRF

PCRF là thành phần điều khiển tính cước và chính sách của kiến trúc SAE, bao gồm các quyết định điều khiển chính sách và các chức năng điều khiển tính cước dựa vào luồng dữ liệu Điều đó có nghĩa là nó cung cấp các điều khiển dựa trên mạng liên quan đến phát hiện luồng dữ liệu dịch vụ SDF, mở cổng, QoS và tính cước theo luồng đến chức năng thực thi tính cước và chính sách PCEF Tuy nhiên, PCRF không chịu trách nhiệm về quản lý tín dụng

PCRF nhận các thông tin về dịch vụ từ chức năng ứng dụng AF và quyết định phương pháp mà PCEF xử lý đối với luồng dữ liệu của một dịch vụ xác định PCRF cũng đảm bảo ánh xạ lưu lượng miền người dùng và phương pháp xử lý tương ứng với profile của thuê bao

Các chức năng của PCRF sẽ được đề cập rõ hơn trong chương 4 dưới đây

- Thông tin profile của người dùng bao gồm trạng thái thuê bao dịch vụ và thông

tin về QoS cho thuê bao (như thông tin về tốc độ bit cho phép hoặc lớp lưu

lượng được cho phép)

Phần AuC của HSS chịu trách nhiệm tạo ra các thông tin bảo mật từ các khóa nhận

dạng người dùng Các thông tin này được cung cấp đến HLR và các thực thể khác

trong mạng Thông tin bảo mật chủ yếu được sử dụng cho:

- Nhận thực chung cho mạng và người dùng

- Bảo vệ sự tích hợp và mật mã của đường truyền vô tuyến để đảm bảo các dữ

liệu và thông tin báo hiệu được truyền giữa mạng và đầu cuối không bị thay đổi

hoặc mất

Ngoài các thực thể nêu trên, EPC còn có các thực thể khác hỗ trợ cho sự tương tác

với các mạng truy nhập khác thuộc 3GPP và không thuộc 3GPP như 3GPP AAA

Server, Access GW, ePDG và ANSDF Các thực thể này sẽ được đề cập đến trong các

phần sau của chương này

2.4 Mô hình kiến trúc của EPC

2.4.1 Mô hình kiến trúc không roaming

2 4 1.1 Kiến trúc cơ bản của EPC với mạng truy nhập LTE

Trong kiến trúc này, tất cả các eNodeB được kết nối đến ít nhất một MME qua

giao diện logic S1-MME MME sẽ xử lý tất cả các báo hiệu điều khiển liên quan đến

LTE bao gồm các chức năng bảo mật và di động cho các thiết bị kết nối qua LTE

RAN MME cũng quản lý tất cả các đầu cuối trong chế độ IDLE

MME được kết nối với HSS qua S6a để lấy các thông tin liên quan đến người

dùng đang thực hiện truy nhập qua LTE Các thông tin này được sử dụng để nhận thực

và cấp phép truy nhập và HSS cũng hỗ trợ quản lý di động trong LTE cũng như giữa

LTE và các mạng truy nhập khác Phần dữ liệu người dùng trong các gói IP được xử lý

bởi SGW và PGW SGW có giao diện S1-U với eNodeB và thiết lập điểm anchor hỗ

Deleted:

trợ di động trong LTE cũng như giữa GSM/GPRS, WCDMA/HSPA và LTE SGW lưu

các gói IP đường xuống vào bộ đệm và hỗ trợ QoS mức chuyển vận

PGW là điểm liên kết ra mạng ngoài qua giao diện SGi Nó bao gồm các chức

năng cấp phát địa chỉ IP, tính cước, lọc gói và điều khiển dựa trên các chính sách đối

với các luồng dữ liệu người dùng PGW cũng là nút hỗ trợ QoS cho các dịch vụ dành

cho người dùng

SGW và PGW được kết nối với nhau qua giao diện S5 nếu người dùng không roaming

hoặc S8 nếu người dùng roaming Các giao diện này có thể hoạt động dựa trên giao

thức GTP hoặc PMIPv6 Tùy thuộc giao thức sử dụng mà có sự phân chia chức năng

giữa hai thực thể này Có ba trường hợp xảy ra như sau:

- Khi một người dùng muốn kết nối với hơn một mạng dữ liệu ngoài tại cùng một

thời điểm và tất cả các mạng đó không được phục vụ bởi cùng một PGW Khi

đó, tất cả dữ liệu người dùng liên quan sẽ luôn đi qua cùng một SGW nhưng đi

qua hơn một PGW

- Khi nhà vận hành thiết lập các PGW ở vị trí trung tâm trong khi SGW lại phân

tán gần các eNodeB hơn

- Khi một người dùng di chuyển giữa hai eNodeB không thuộc cùng một vùng

dịch vụ, cần phải thay đổi SGW trong khi giữ nguyên PGW để không làm gián

đoạn kết nối

Báo hiệu điều khiển giữa MME và SGW được trao đổi thông qua giao diện S11

Giao diện này được sử dụng để thiết lập kết nối IP cho người dùng LTE qua các

Gateway kết nối và eNodeB, đồng thời hỗ trợ sự di động khi người dùng di chuyển

giữa các eNodeB

Formatted: Bullets and Numbering

Hình 2.4: Kiến trúc EPC cơ bản cho truy nhập LTE

2.4 1.2 Thêm các chức năng hỗ trợ truy nhập LTE

Để hỗ trợ truy nhập LTE, EPC thêm vào kiến trúc 3 nút logic và các giao diện liên quan bao gồm PCRF, OCS và OFCS

PCRF cấu tạo một phần quan trọng của khái niệm trong kiến trúc EPC được gọi là PCC Khái niệm này được thiết kế để tính cước dựa vào luồng dữ liệu dịch vụ bao gồm kiểm soát tín dụng online, điều khiển chính sách bao gồm hỗ trợ cấp phép dịch vụ và quản lý QoS Chính sách ở đây là một quy tắc cho phương pháp xử lý một luồng IP trong mạng ví dụ như dữ liệu sẽ được tính cước hoặc QoS dành cho dịch vụ này như thế nào Cả hai chức năng điều khiển chính sách và tính cước đều dựa vào việc tất cả

các luồng IP đã được phân loại trong PGW/SGW sử dụng các bộ lọc gói duy nhất hoạt động trong thời gian thực trên các luồng IP PCRF bao gồm quyết định điều khiển chính sách và các chức năng điều khiển tính cước theo luồng dữ liệu Trên giao diện

Rx của nó, các server ngoài có thể gửi các thông tin dịch vụ bao gồm các yêu cầu về tài nguyên và các thông số liên quan đến luồng IP đến PCRF PCRF có giao diện Gx với PGW và trong trường hợp S5 dựa trên PMIPv6 thì PCRF giao diện với SGW qua Gxc

LTE

Mạng IP khác

SGW HSS

PGW

S1-U S1-MME

OFCS

PCRF Gz

Rx

Gxc Gy

S9 Gx

S10

Hình 2.5: Hỗ trợ chức năng cho kiến trúc EPC cơ bản

OFCS và OCS giao tiếp với PGW qua giao diện Gz và Gy và hỗ trợ các chức năng liên quan đến tính cước của người dùng dựa vào các thông số như thời gian, dung lượng, sự kiện…

Các MME được kết nối với nhau qua giao diện S10 và được sử dụng khi MME đang phục vụ một người dùng phải được thay đổi do bảo dưỡng, do nút bị lỗi…