CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 3G VÀ INTERNET Trong chương này em sẽ trình bây về mạng thông tin di động 3G và Internet. Với mạng di động 3G gồm có mạng UMTS ( Universal Mobile Telecommunication System ) và phân hệ đa phương tiện trên nên IP qua mạng 3G đó là mạng IMS (IP Multimedia Subsystem Network). Giới thiệu chung về mạng UMTS Hệ thống UMTS ( Universal Mobile Telecommunication System ) là thế hệ di động thứ 3 (3G), nó sử dụng công nghệ WCDMA ( CDMA băng rộng ) với tốc độ truy nhập lên tới 2Mbps tạo điều kiện cho bước đột phá về dịch vụ qua mạng di động. Cấu trúc mạng UMTS Mạng UMTS là mạng di động 3G sử dụng công nghệ W-CDMA.
Đặc điểm của mạng 3G là bao gồm hai thành phần mạng: mạng lõi Core Network và mạng vô tuyến UTRAN. Mạng Vô Tuyến Bao gồm hai module chính là Node B và RNC (Radio Network Controller). Node B chính là trạm gốc có chức năng quản lí thông tin vô tuyến với các thiết bị đầu cuối UE trong một hoặc nhiều cell site. RNC quản lý, điều khiển tài nguyên vô tuyến, nó là điểm kết nối trung gian giữa UTRAN và Core Network.
Mạng Lõi - MSC/VLR : quản lý các cuộc gọi chuyển mạch kênh và thực hiện các chức năng như chứa các bản ghi đăng kí thuê bao, cập nhật vị trí thuê bao. - EIR (Equipment Identity Register) : thanh ghi lưu các thông tin về thiết bị, danh sách các thiết bị bị mất cũng được lưu trong này. 2 - HSS (Home Subcriber Server) : server lưu các thông tin về thuê bao giống như HLR trong GSM. - GMSC(Gateway MSC): kết nối mạng lõi với mạng chuyển mạch kênh bên ngoài.
- SGSN :cung cấp chức năng giống như MSC/VLR nhưng là cho chuyển mạch gói. - GGSN : kết nối mạng lõi với các mạng chuyển mạch gói. - MGW (Media Gateway) : tương tác với MGFC để kiểm soát tài nguyên. - MRF (Multimedia Resource Function) : kiểm soát các tài nguyên media stream.
- CSCF (Call Session Control Function) : định tuyến, điều khiển thiết lập phiên. - SGW (Signalling Gateway): cung cấp chức năng báo hiệu đảo, đây là chức năng của điểm trung gian kết nối các mạng sử dụng báo hiệu số 7(SS7) với các mạng sử dụng giao thức SIP. Mạng điện thoại chuyễn mạch công cộng Uu lu - CS MGW SGW lub Nb RNC MSC/VLR GMSC Mc Mc UE MGW MGCF Node B Map lur EIR Mg HSS Cx Gi MRF Gs Gf Gf Gc Mr lub RNC SGSN GGSN CSCF UE Node B Gi Service lu - PS Mạng IP Platforms UTRAN (Mạng Vô tuyến) Core Network (Mạng lõi) Internet Hình 1.1 - Cấu trúc mạng UMTS 3 1. Dịch vụ 3G Mạng 2G chỉ cung cấp dịch vụ thoại và dịch vụ truyền dữ liệu rất hạn chế.
Trong khi đó với mạng 3G bên cạnh những dịch vụ vốn có ở mạng 2G thì còn có thể triển khai được các dịch vụ đa phương tiện thích ứng với khả năng của thiết bị đầu cuối và mạng di động. Những định dạng dữ liệu cụ thể cung cấp qua các dịch vụ phụ thuộc vào từng khu vực thuê bao. Sau đây là 6 nhóm dịch vụ chủ yếu của mạng 3G. - Mobile Internet Access: dịch vụ truy cập Internet từ thuê bao di động với chất lượng dịch vụ gần bằng dịch vụ Internet cố định cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).
Dịch vụ bao gồm truy cập web đầy đủ(không bị giảm tải nội dung), truyền file, email, video và audio(cả hai theo kiểu streaming). - Mobile Intranet/Extranet Access: truy cập mạng nội bộ của công ty có cơ chế bảo mật thông nhờ thiết bị động, LAN và VPN. - Customized Infotainment: dịch vụ truy nhập vào các nội dung mang tính cá nhân qua mobile, việc này được thực hiện độc lập với thiết bị - Multimedia Messaging Service: dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, tin nhắn chứa các nội dung đa phương tiện bao gồm các thành phần như text, ảnh, video và audio. - Location-based service: dịch vụ trên nền định vị ví dụ như dịch vụ cho phép tìm đường, quảng cáo khi thuê bao đi vào các vùng.
- Rich voice và simple voice: kết nối thoại 2 chiều theo thời gian thực bao gồm VoIP, với các thiết bị đầu cuối cao cấp thì còn có thể sử dụng được dịch vụ điện thoại di động có hình ảnh và các kết nối đa phương tiện theo thời gian thực. 4 Thông tin và các nôi dung phi thoại trên nên IP Thoại Content Connectivity Mobility People Location Personal connectivity Direct link to Knowledge a personal of location Mobile ineternet Mobile ineternet / Direct link to Multimedia Location based Rich Voice and Access Extranet Access a personal Messaging Service Services simple voice Hình 1.2 - Các nhóm dịch vụ 3G 1. Tổng quan về phân hệ đa phương tiện trên nên IP trong mạng 3G IMS (IP Multimedia Subystem Network) 1. Giới thiệu Ở phần này em sẽ mô tả ngắn gọn về phân hệ đa phương tiện qua mạng IP chỉ rõ với tổ chức 3GPP và 6 giải pháp chỉ ra bởi UMTS.
Từ giải pháp thứ tư trở lên, chỉ có mạng IP. Kết nối cơ bản, được cung cấp bởi mạng UMTS và mạng IP nội bộ. Trong giải pháp thứ 5, khai niệm IMS được đưa ra, với sự cho phép của mạng UMTS để cung cấp tất cả các dịch vụ của nó thông qua mạng IP dựa trên cơ sở điểm-cuối-điểm-cuối. Các thiết bị để cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu với thuật toán giải pháp thứ 6.
Mục đích đầu tiên của IMS để hỗ trợ các dịch vụ kết nối đa phương tiện dựa trên mạng IP theo thời gian thực, như thoại và video qua mạng IP. IMS sẽ thay thế bởi hệ thống chuyển mạch bởi mạng UMTS về việc cấp tất cả dịch vụ chuyển mạch truyền thống thông qua mạng IP với hệ thống chuyển mạch gói. Từ khi mọi dịch vụ dùng địa chỉ IP thì mục đích thứ hai của IMS để cung cấp khả năng tương tác giữa các dịch vụ, như vậy người sử dụng có thể kết hợp với dịch vụ khác nhau với một phiên. Cấu trúc dịch vụ IMS Cấu trúc dịch vụ của IMS hỗ trợ với dịch vụ băng rộng, cả hệ thống điện thọai định hướng và không định hướng.
Tất cả các dịch vụ này được cung cấp dựa trên nên IP từ đầu cuối-đầu cuối : - Các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực từ người dùng-người dùng. Gồm có thoại thông qua nên IP và cũng như video trên hệ thống điện thoại. - Khách hàng của dịch vụ điện thoại. Đây cho phép nhà cung cấp dịch vụ hoặc ứng dụng để kết hợp với dịch vụ đa phương tiện dựa trên hệ thống điện thoại.
- Các phiên đa phương tiện đồng bộ, cho phép người dùng có thể kết nối từ phiên người dùng-ngừơi dùng và phiên người dùng-thiết bị máy, hoặc đa phiên người dùng-người dùng. -Chuyển mạch giữa điểm-điểm và điểm-đa điểm người dùng-người dùng. Ưu điểm để cung cấp mọi dịch vụ trên nên IP: - Mọi dữ liệu (tiếng nói, video, văn bản) dùng cùng định dạng truyền dẫn, như gói IP và khả năng truyền dẫn. Đó cho phép kết nối bất kỳ các dịch vụ trên mạng đơn.
- Dùng IP trực tiếp để truy nhập vào Internet và khai thác dịch vụ thực hiện trên nên mạng Internet. - Nên IP cho phép dịch vụ mới được cung cấp với việc thay đổi thành cấu trúc chuyển mạch gói. Cấu trúc dịch vụ của IMS dựa trên chức năng vật lý mà được phân chia thành 3 lớp như trên hình 1. - Lớp truyền dẫn điểm cuối: Tín hiệu của thiết bị đầu cuối có phiên cài đặt và cấp cho dịch vụ giữa các điểm cuối.
Phương thức cổng kết nối được cung cấp để biến đổi định dạng thoại từ/thành tương tự/số từ/thành gói IP dùng trên giao thức thời gian thực RTP (Real Time Protocol). Tín hiệu IMS dựa vào giao thức khởi đầu phiên SIP (Session Initiation Protocol) trên cùng của Ipv6. 6 - Lớp phiên điều khiển:gồm có chức năng điều khiển cuộc gọi thực hiện với điểm cuối có thể đăng kỳ vào mạng và cuộc gọi có thể cài đặt. Nó luôn có chức năng điều khiển phương thức cổng kết nối và các máy chủ để cung cấp cho dịch vụ yêu cầu.
Từ lớp truyền dẫn điểm cuối, có nhiều dịch vụ có thể kết hợp thành cuộc gọi đơn. - Lớp ứng dụng: lớp này cho phép dịch vụ được xây dựung dựa vào dịch vụ thông tin và dịch vụ điều khiển cuộc gọi từ hai lớp khác. Từ lớp phiên điều khiển, nó cho phép cuộc gọi không đồng nhất được cài đặt dựa vào giao diện SIP. Legacy SCPs Application Server CAMEL, ANSI-41, INAP, TCAP Parlay API Application Subplemental Layer Telephone None Telephone IM-SSF Telephone Services (TAS) OSA-GW Services Services Session Control HSS CSCF Layer DSL, MRFC MGCF 802.11, GPRS SIP Transport Media Media and PSTN ` Server Gateway Endpoint Layer IM, PTT VoIP IM, PTT VoIP VoIP Hình 1.3 - Các lớp dịch vụ và cấu trúc IMS 1.
Xây dựng các khối IMS Như các mạng UMTS đang đi vào nên IP và dịch vụ chuyển mạch của GSM cũ sẽ thay thế bởi dịch vụ IMS. Dịch vụ IMS phụ thuộc vào 4 thành phần xây dựng khối chính của 3GPP giải pháp thứ 6 : - Mọi IP, trục chính mạng CN (Core Network). - Mọi IP, mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network). 7 - Điều khiển nhiều cuộc gọi dựa vào SIP.
- Chất lượng dịch vụ QoS hỗ trợ trên nên IP. Ban đầu hệ thống GSM, CN hoàn toàn là chuyển mạch, nhưng một mạng chuyển mạch gói đẩy vào để hỗ trợ với GPRS. Nó sẽ tách mạng ra , CS và PS. Đầu tiên sẽ mang theo ứng dụng thoại và thứ hai mang ứng dụng dữ liệu.
Từ nên IP có số lượng dùng tăng lên với việc truyền thoại qua Internet, nó bắt đầu đi vào thuật toán của CS và dùng PS để cung cấp dịch vụ thoại. Nên IP trên CN hy vọng có giá trị thấp hơn CN chuyển mạch truyền thống. Cả GSM và GPRS, RAN là hệ thống chuyển mạch khi đó gói dữ liệu dùng chuyển mạch rỗi. Khi cùng biến độ của nên IP có thể được tạo như CN, nó còn thảo luận trong cộng nghiệp hóa điện thoại với chuyển mạch nên IP RAN và tiếp tục cung cấp dịch vụ IP trên RAN.
Khi moi IP trên RAN được đơn gian với mọi IP của CN, tiêu đề cao nhất của gói IP được tạo nhiều thành phần để dùng với IP, ít nhất ở trên không gian. Từ khi băng thông tới hạn, làm việc dưới cách cấp tiêu đề và nén tín hiệu cho RAN. Phương thức điều khiển cuộc gọi dựa vào SIP sẽ hỗ trợ lẫn nhau với khách hàng của dịch vụ thời gian thực và thời gian không thực.