Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Bao cao datn_tran thi hang...

Tài liệu Bao cao datn_tran thi hang

.DOCX
65
309
128

Mô tả:

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đồ án của sinh viên Trần Thị Hằng với tên đề tài “Nghiên cứu dịch vụ thoại trong mạng 4G/LTE sử dụng lõi điều khiển IMS” đáp ứng đầy đủ nội dung yêu cầu của đề tài. Đồ án trình bày chia làm 3 chương :  Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE.  Chương 2: Các giải pháp cung cấp dịch vụ thoại trên nền mạng 4G/LTE.  Chương 3: Dịch vụ thoại trong mạng LTE sử dụng lõi điều khiển IMS. Các chương được trình bày rõ ràng và logic. Trong quá trình làm đồ án, sinh viên đã rất chủ động tìm đọc tài liệu để hoàn thiện đồ án. Đề nghị hội đồng xét duyệt cho bảo vệ. Điểm:………..(Bằng chữ……………………………………………………) Ngày…..tháng…..năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Vũ Thị Thúy Hà Trần Thị Hằng– D11VT1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. Điểm:………..(Bằng chữ……………………………………………………) Ngày…..tháng…..năm 2015 Giáo viên phản biện Trần Thị Hằng– D11VT1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô bộ môn điện tử truyền thông cũng như các thầy cô trong khoa Viễn thông 1- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức trong quá trình em theo học tại Học viện, và đó cũng là nền tảng để em hoàn thành đề tài này. Em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới cô Vũ Thị Thúy Hà, người đã trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chỉ bảo, để em có thể hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về thời gian cũng như những hiểu biết có hạn của mình nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cô cũng như các bạn sinh viên, để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Trần Thị Hằng Trần Thị Hằng– D11VT1 Đồ án tốt nghiệp Đại học lục Mục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC.................................................................................................................... i KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT.......................................................................................iv MỞ ĐẦU.................................................................................................................. viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 4G/LTE..................................................1 1.1. Sự phát triển của tổ chức mạng và dịch vụ qua các thế hệ........................1 1.1.1. Hệ thống thông tin di động 1G................................................................1 1.1.2. Hệ thống thông tin di động 2G................................................................1 1.1.3. Hệ thống thông tin di động 2,5G.............................................................2 1.1.4. Hệ thống thông tin di động 3G................................................................3 1.1.5. Hệ thống thông tin di động 4G/LTE.......................................................4 1.2. Mục tiêu mạng 4G hướng đến........................................................................4 1.3. Quá trình chuẩn hóa IMS của các tổ chức quốc tế......................................5 1.4. Cấu trúc mạng di động 4G/LTE....................................................................6 1.4.1. Kiến trúc chung.........................................................................................6 1.4.2. Phân chia chức năng.................................................................................6 1.4.3. Dịch vụ trên mạng LTE............................................................................7 1.5. Kết luận chương 1...........................................................................................7 CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI DỊCH VỤ THOẠI TRÊN MẠNG LTE.......8 2.1. Giới thiệu chương............................................................................................8 2.2. Giải pháp CSFB...............................................................................................8 2.2.1. Giới thiệu chung về CSFB..............................................................8 2.2.2. Cấu hình mạng CSFB.....................................................................9 2.2.3. Yêu cầu đối với hệ thống mạng và thiết bị đầu cuối.................10 2.2.4. Các thủ tục cơ bản.........................................................................11 2.2.5. Ưu điểm, nhược điểm của giải pháp CSFB................................14 2.3. Giải pháp VOLGA........................................................................................14 2.3.1. Giới thiệu chung............................................................................14 2.3.2. Kiến trúc mạng..............................................................................15 Trần Thị Hằng– D11VT1 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học lục Mục 2.3.3. Yêu cầu đối với hệ thống mạng và thiết bị đầu cuối.................16 2.3.4. Các thủ tục cơ bản........................................................................17 2.3.5. Ưu điểm, nhược điểm của giải pháp VoLGA.............................20 2.4. Giải pháp SVLTE..........................................................................................21 2.4.1. Giới thiệu chung............................................................................21 2.4.2. Cấu hình mạng..............................................................................21 2.5. Giải pháp IMS................................................................................................22 2.5.1. Giới thiệu chung............................................................................22 2.5.2. Cấu hình mạng..............................................................................22 2.6. Kết luận chương 2.........................................................................................23 CHƯƠNG 3: DỊCH VỤ THOẠI TRONG LTE SỬ DỤNG LÕI ĐIỀU KHIỂN IMS..........25 3.1. Các phần tử trong mô hình liên kết giữa LTE và IMS.............................25 3.1.1. VoLTE UE......................................................................................25 3.1.2. E-UTRAN.......................................................................................25 3.1.3. Mạng lõi EPC................................................................................25 3.1.4. Mạng lõi IMS.................................................................................26 3.1.5. Các giao diện trong mô hình liên kết giữa LTE và IMS...........28 3.2. Các giao thức báo hiệu..................................................................................30 3.2.1. Giao thức Diameter.......................................................................30 3.2.2. Giao thức báo hiệu SIP.................................................................31 3.3. Một số thủ tục cơ bản....................................................................................32 3.3.1. LTE Attach.....................................................................................33 3.3.2. Quá trình đăng ký IMS................................................................34 3.3.3. Khởi tạo cuộc gọi...........................................................................36 3.3.4. Nhận cuộc gọi................................................................................38 3.4.Minh họa cụ thể cuộc gọi trong mạng IMS của nhà cung cấp mạng Viettel ..................................................................................................................................... 45 3.4.1. Mô hình triển khai mạng IMS của Viettel.................................45 3.4.2. Quá trình đăng kí..........................................................................47 3.4.3. Cuộc gọi cơ bản.............................................................................47 3.4.4. Bắt bản tin......................................................................................48 Trần Thị Hằng– D11VT1 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học lục Mục 3.5. Chuyển giao từ LTE sang mạng 2G/3G sử dụng SRVCC........................40 3.5.1. Mô hình kiến trúc SRVCC...........................................................40 3.5.2. Quá trình nâng cấp mạng............................................................41 3.5.3. Quá trình chuyển giao cuộc gọi sử dụng SRVCC.....................42 3.5.4. Duy trì cuộc gọi.............................................................................42 3.5.5. Quay trở lại mạng LTE khi kết thúc cuộc gọi...........................43 3.6. Thiết bị đầu cuối UE.....................................................................................43 3.7. Ưu điểm của giải pháp..................................................................................44 3.8. Kết luận chương 3.........................................................................................52 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO........................................................53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................54 Trần Thị Hằng– D11VT1 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Kí hiệu các cụm từ viết tắt KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Viết tắt 3GPP AAA AAA AAR AS BGCF CAMEL CS Tiếng Anh 3rd Generation Partnership Project Authentication, Authorization, And Accounting Authentication-Authorization Answer Authentication-Authorization Request Application Server Breakout Gateway Control Function Customized Applications For Mobile Network Enhanced Logic Circuit-Switched CSFB CSIM DCCH Circuit-Switched Fallback CDMA Subscriber Identity Module Dedicated Control Channel Dynamic Host Configuration DHCP Protocol DNS Domain Name System DTAP Direct Transfer Application Part DTM Dual Transfer Mode Evolved Packet Core EPC EPS Evolved Packet System ESM Eps Session Management Evolved UMTS Terrestrial Radio E-UTRAN Access Network FQDN Fully Qualified Domain Name GSM/EDGE Radio Access GERAN Network GMLC Gateway Mobile Location Centre HLR Home Location Register HOSF Handover Selection Function HPMN HSS I-CSCF Home Public Mobile Network Home Subscriber Server Interrogating CSCF IMPI IP Multimedia Private Identity IMPU IP Multimedia Public Identity Trần Thị Hằng– D11VT1 Tiếng Việt Dự án hợp tác thế hệ 3 Nhận thực, trao quyền và thanh toán Trả lời nhận thực và ủy quyền Yêu cầu nhận thực và ủy quyền Máy chủ ứng dụng Chức năng điều khiển cổng vào ra breakout Mạng logic cấp cao của những ứng dụng Chuyển mạch kênh Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi Môđun nhận dạng thuê bao CDMA Kênh điều khiển dành riêng Giao thức cấu hình host động Hệ thống tên miền Phần ứng dụng truyền tải chỉ dẫn Chế độ truyền tải kép Mạng lõi gói phát triển Hệ thống mạng gói phát triển Quản lý phiên EPS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển Tên miền đầy đủ Mạng truy nhập vô tuyến GSM/EDGE Trung tâm vị trí di động Thanh ghi định vị thường trú Chức năng lựa chọn chuyển giao Mạng di động công cộng thường trú Máy chủ thuê bao thường trú CSCF tham vấn Nhận dạng đa phương tiện IP cá nhân Nhận dạng đa phương tiện IP công khai 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học IMS IMSI IP Multimedia Subsystem International Mobile Subscriber Identity IP-CAN IP connectivity access network IRAT Inter-Radio Access Technology IP Multimedia Services Identity Module Location Area Location Area Code Location Area Identity Location Area Update Long-Term Evolution ISIM LA LAC LAI LAU LTE MGCF MGW MME MRF MSC MSRP MSS OTT PCO P-CSCF PDN P-GW PLMN PRCF PS PSHO QoS RAT RNC RR RRC RTP R-UIM SAE S-CSCF Kí hiệu các cụm từ viết tắt Phân hệ đa phương tiện IP Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu Công nghệ truy nhập giữa các mạng vô tuyến Môđun nhận dạng dịch vụ đa phương tiện IP Khu vực định vị Mã khu vực định vị Nhận dạnh khu vực định vị Cập nhật khu vực định vị Phát triển dài hạn Chức năng điều khiển cổng truyền Media Gateway Control Function thông Media Gateway Function. Chức năng cổng truyền thông Mobility Management Entity thực thể quản lí di động Chức năng tài nguyên đa phương Multimedia Resource Function tiện Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động Giao thức chuyển giao phiên bản Message Session Relay Protocol tin Mobile Softswitch Chuyển mạch di động mềm Over-The-Top Dịch vụ trên đỉnh Protocol Configuration Options Tùy chọn cấu hình giao thức Proxy CSCF CSCF ủy quyền Public Data Network Mạng dữ liệu công cộng Pdn Gateway Cổng vào ra PDN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng Chức năng thanh toán và thực thi Policy And Charging Rule Function chính sách Packet-Switched Chuyển mạch gói PS Handover Chuyển giao PS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ Radio Access Technologies Công nghệ truy nhập vô tuyến Radio Network Controller Điều khiển mạng truy nhập Radio Resource Tài nguyên vô tuyến Radio Resource Control Điều khiển tài nguyen vô tuyến Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực Removable Useable Identity Module Môđun nhận dạng tái sử dụng được System Architecture Evolution Kiến trúc hệ thống phát triển Serving CSCF. CSCF phục vụ Trần Thị Hằng– D11VT1 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học SDP SeGW SFL SGSN S-GW SIM SIP SMC SMS SRVCC SVLTE TA TAI TAU TCP TMSI UE UICC UMTS USIM UTRAN VANC VLR VoIP VoLGA VoLTE Session Description Protocol Security Gateway Subscriber Location Function. Serving Gprs Support Node Serving Gateway Subscriber Identity Module Session Initiation Protocol Security Mode Command Short Message Service Single Radio Voice Call Continuity Simultaneous Voice And LTE Tracking Area Tracking Area Identity Tracking Area Update Transmission Control Protocol Temporary Mobile Subscriber Identity User Equipment Universal Integrated Circuit Card Universal Mobile Telecommunications System Umts Subscriber Identity Module Universal Terrestrial Radio Access Network Volga Access Network Controller Visitor Location Register Voice Over IP Voice Over LTE Via Generic Access Voice Over LTE Trần Thị Hằng– D11VT1 Kí hiệu các cụm từ viết tắt Giao thức mô tả phiên Cổng an ninh Chức năng định vị thuê bao Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS Cổng phục vụ Môđun nhận dạng thuê bao Giao thức khởi tạo phiên Lệnh ở phương thức bảo mật Dịch vụ tin nhắn ngắn Cuộc gọi thoại liên tục với một sóng mang LTE và thoại đồng thời Vùng theo dõi Nhận dạng vùng theo dõi Cập nhật vùng theo dõi Giao thức điều khiển truyền tải Nhận dạng thuê bao di động tạm thời Thiết bị người dùng Thẻ vi mạch tích hợp toàn cầu Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Môđun nhận dạng thuê bao UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Điều khiển mạng truy nhập VoLGA Thanh ghi định vị tạm trú Thoại trên nền IP Thoại trên nền IP thông qua truy nhập chung Thoại trên nền LTE 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục các hình vẽ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống mạng 3G................................................................................3 Hình 1.2: Mô hình kiến trúc mạng 4G/LTE chuẩn hóa bởi 3GPP........................6 Hình 2.1 Cấu hình mạng CSFB.............................................................................9 Hình 2.2: Quá trình đăng ký vị trí trong mạng CSFB.........................................11 Hình 2.3: Quá trình khởi tạo cuộc gọi trong mạng CSFB..................................12 Hình 2.4: Quá trình nhận cuộc gọi trong mạng CSFB........................................13 Hình 2.5: Kiến trúc mạng VoLGA......................................................................15 Hình 2.6: Quá trình khởi tạo cuộc gọi trong VoLGA.........................................18 Hình 2.7: Cấu hình mạng SVLTE.......................................................................21 Hình 2.8: Kiến trúc mạng LTE sử dụng lõi điều khiển IMS...............................23 Hình 3.1: Mạng lõi IMS......................................................................................26 Hình 3.2: Quá trình đăng ký................................................................................27 Hình 3.3: Quá trình LTE Attach..........................................................................33 Hình 3.3: Quá trình đăng ký IMS........................................................................34 Hình 3.4: Quá trình khởi tạo cuộc gọi trong mạng LTE.....................................36 Hình 3.5: Quá trình nhận cuộc gọi trong mạng LTE..........................................38 Hình 3.6: SRVCC từ mạng LTE sang mạng GSM/UMTS.................................41 Hình 3.7: Mô hình triển khai mạng IMS tại Hòa Lạc.........................................45 Hình 3.8: Mô hình triển khai mạng IMS tại Hoàng Hoa Thám..........................46 Hình 3.9: Mô hình cuộc gọi cơ bản trong mạng IMS sử dụng ISUP, TUP........47 Hình 3.10: Mô hình cuộc gọi cơ bản trong mạng IMS.......................................48 Hình 3.11: Bản tin đăng ký..................................................................................48 Hình 3.12: Bản tin cuộc gọi của trong trạng thái rỗi..........................................49 Hình 3.13: Bản tin cuộc gọi người dùng ở trạng thái rỗi....................................50 Hình 3.14: Bản tin cuộc gọi PSTN-IMS trong trường hợp người bị gọi đang bận .........................................................................................................................................51 Hình 3.15: Bản tin cuộc gọi từ mạng PLMN sang mạng IMS trong trường hợp người bị gọi rỗi................................................................................................................51 Trần Thị Hằng– D11VT1 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mở đầu MỞ ĐẦU 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. 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. 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, đem lại doanh thu không hề nhỏ. Trong bối cảnh như vậy việc triển khai đề tài “Nghiên cứu dịch vụ thoại trong mạng 4G/LTE sử dụng lõi điều khiển IMS” là rất cần thiết. Nội dung của đề tài sẽ giúp ta thấy rõ được vấn đề cung cấp dịch vụ thoại trên nền mạng LTE, bằng cách sử dụng mạng lõi điều khiển IMS. Nội dung đề tài được xây dựng như sau:  Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE.  Chương 2: Các giải pháp cung cấp dịch vụ thoại trên nền mạng 4G/LTE.  Chương 3: Dịch vụ thoại trong mạng LTE sử dụng lõi điều khiển IMS. Trần Thị Hằng– D11VT1 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 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 Là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại. Là hệ thống truyền tín hiệu tương tự, mạng 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 một cặp tần số khác nhau cho đường lên và đường xuống. Hầu hết các công nghệ mạng 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. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có cơ chế bảo mật... Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Nó bao gồm các hạn chế sau:   Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ; Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi  trường fading đa đường; Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ   tầng; Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi; Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm  cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác; Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp. Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Vì vậy đã xuất hiện hệ thống thông tin di động thế hệ 2. 1.1.2. Hệ thống thông tin di động 2G Điểm khác biệt nổi bật giữa 1G và 2G là sự chuyển đổi từ hệ thống truyền tín hiệu tương tự sang truyền tín hiệu số. Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: 2G dựa trên nền TDMA phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau và 2G dựa trên nền CDMA phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau. Đặc điểm của TDMA: Trần Thị Hằng– D11VT1 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE  TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trước và phân phát theo yêu cầu. Trong phương pháp phân định trước, việc phân phát các cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian. Ngược lại trong phương pháp phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệu suất sử dụng mạch;  Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa giữa các kênh kế cận giảm đáng kể;  TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua việc phân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn để tránh trùng lặp tín hiệu. Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do truyền dẫn đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu. Đặc điểm của CDMA:  Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz;  Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp;  Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA;  Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4 đến 6 lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do sử dụng dãy mã ngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn, chuyển vùng linh hoạt. Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm đến vấn đề nhiễu đồng kênh.  CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và FDMA. Còn ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể tăng thêm khi tất cả các kênh bị chiếm.  Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin di động tế bào. Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbps. Ưu điểm của 2G là chất lượng thoại và mức độ bảo mật cá nhân cao, triển khai được một số dịch vụ dữ liệu như Email và SMS. Hệ thống kỹ thuật số được sử dụng nhằm giảm công suất phát từ điện thoại. Nhờ vậy, giá thành sản xuất điện thoại 2G được giảm đáng kể, đồng thời giảm chi phí đầu tư những trạm phát sóng. 1.1.3. Hệ thống thông tin di động 2,5G Là hệ thống di động 2G được trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống, đại diện điển hình là GPRS/EDGE tốc độ truyền dữ liệu tăng lên tới 160kbps bằng cách ghép nhiều khe thời gian vào một kênh truyền. Người sử dụng sẽ phải trả tiền dựa trên dung lượng dữ liệu tải xuống/lên thay Trần Thị Hằng– D11VT1 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE 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 tiền 3G. EDGE sử dụng các phương pháp mới ở tầng vật lý để tăng tốc độ truyền dữ liệu, về mặt lý thuyết tốc độ 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 Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả năng cung cấp truyền thông gói tốc độ cao. Hệ thống 3G hoạt động tại nhiều dải băng tần với hiệu quả phổ tần cao và có khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu từ vài trăm kbps tới hàng chục 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, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện như: âm thanh hình ảnh video chất lượng cao và truyền hình số, email, các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS)... Trong các dịch vụ của 3G, cuộc gọi video thường được mô tả như một dịch vụ trọng tâm của sự phát triển. Công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và các cuộc gọi có hình ảnh. Hình 1.1: Hệ thống mạng 3G - Quan sát trên hình ta thấy hệ thống mạng 3G (được thừa hưởng từ kiến trúc mang GSM) có những điểm vượt trội sau: + Chia mạng lõi thành hai miền: miền CS và PS. + Áp dụng chuyển mạch gói. + Giới thiệu về các giao diện Iub, Iur, Iu dựa trên ATM. Trần Thị Hằng– D11VT1 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE + Miền CS dựa trên TDM, và miền PS dựa trên IP. 1.1.5. Hệ thống thông tin di động 4G/LTE 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 với khả năng tùy chỉnh dịch vụ cao. Được chuẩn hóa bởi ITU-R, 4G/LTE 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 1Gbps 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 Ưu điểm nổi bật:  Tốc độ dữ liệu cao hơn rất nhiều lần so với 3G. Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100 Mbps và trên kênh đường lên có thể đạt 50 Mbps;  Sẽ không còn chuyển mạch kênh, tất cả sẽ dựa trên IP;  Hỗ trợ các dịch vụ tương tác đa phương tiện;  Băng thông rộng hơn;  Giá thành dịch vụ thấp hơn;  Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên mạng 4G vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai 4G, vì không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có;  Độ trễ thấp;  Chất lượng dịch vụ cao;  Tần số tái sử dụng linh hoạt; 1.2. Mục tiêu mạng 4G hướng đến  Tốc độ: Tốc độ tải xuống (Downlink) cao nhất ở băng thông 20MHz có thể lên đến 100Mbps, cao hơn từ 3-4 lần so với công nghệ HSDPA (3GPP Release 6) và tốc độ tải lên (Uplink) có thể lên đến 50Mbps, cao hơn từ 2-3 lần so với công nghệ HSUPA (3GPP Release 6) với 2 anten thu và 1 anten phát ở thiết bị đầu cuối.  Độ trễ: Thời gian trễ tối đa đối với dịch vụ người dùng phải thấp hơn 5ms.  Độ rộng băng thông linh hoạt: Có thể hoạt động với băng thông 5MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz, thậm chí nhỏ hơn 5MHz như 1,25MHz và 2,5MHz.  Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-15km/giờ, vẫn hoạt động tốt với tốc độ di chuyển từ 15-120km/giờ, thậm chí lên đến 500km/giờ tùy băng tần.  Phổ tần: Hoạt động theo chế độ phân chia theo tần số hoặc chế độ phân chia theo thời gian. Độ phủ sóng từ 5-100km (tín hiệu suy yếu từ km thứ 30), dung lượng hơn 200 người/cell (băng thông 5MHz). Trần Thị Hằng– D11VT1 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE  Chất lượng dịch vụ: Hỗ trợ tính năng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho các thiết bị. VoIP đảm bảo chất lượng âm thanh tốt, độ trễ ở mức tối thiểu (thời gian chờ gần như không có) thông qua các mạng chuyển mạch UMTS.  Liên kết mạng: Khả năng liên kết với các hệ thống UTRAN/GERAN hiện có và các hệ thống không thuộc 3GPP cũng sẽ được đảm bảo. Thời gian trễ trong việc truyền tải giữa E-UTRAN và UTRAN/GERAN sẽ nhỏ hơn 300ms cho dịch vụ thời gian thực và không quá 500ms cho các dịch vụ còn lại.  Chi phí: Chi phí triển khai và vận hành giảm. 1.3. Quá trình chuẩn hóa IMS của các tổ chức quốc tế Chuẩn IMS định nghĩa một cấu trúc chung để đưa ra dịch vụ thoại và dịch vụ đa phương tiện trên nền IP. Đó là một chuẩn được công nhận bởi các tổ chức quốc tế, đầu tiên được đưa ra bởi 3GPP và bây giờ là sự kết hợp của các tổ chức quốc tế khác như ETSI/TISPAN. Chuẩn cung cấp các loại đa truy nhập như GSM, WCDMA, CDMA2000, băng rộng có dây và WLAN. Các yếu tố và các thành phần khác nhau của cấu trúc IMS được định nghĩa và được chuẩn hoá bởi các Forum khác nhau. 3GPP/3GPP2 đã xác định được các yêu cầu và cấu trúc chung. Trong đó, OMA đã chú trọng đưa ra các định nghĩa về các ứng dụng và dịch vụ dựa trên cấu trúc IMS. Còn tổ chức IETF thì làmviệc trên các giao thức lớp mạng của cấu trúc IMS. Trong cấu trúc mạng hội tụ - FMC, TISPAN cũng chấp nhận IMS dựa trên SIP do 3GPP đề xuất làm phân hệ điều khiển cho các dịch vụ đa phương tiện trên mạng hội tụ. Và từ đó, TISPAN và 3GPP làm việc cùng nhau và định nghĩa ra mạng IMS cho cả mạng cố định và mạng di động.  NGN Phiên bản 1 được phát hành bởi TISPAN vào Tháng 12/2005, cung  cấp các tiêu chuẩn mở và mạnh mà công nghiệp có thể sử dụng như một nền tảng cơ sở tin cậy cho phát triển và cài đặt thế hệ đầu tiên của các hệ thống NGN. TISPAN hiện nay đang làm việc về Phiên bản 2 (R2), với trọng tâm về tính di động, các dịch vụ mới và truyền tải nội dung được nâng cao với quản lý mạng và an ninh được nâng cấp. Trần Thị Hằng– D11VT1 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE 1.4. Cấu trúc mạng di động 4G/LTE 1.4.1. Kiến trúc chung Hì nh 1.2: Mô hình kiến trúc mạng 4G/LTE chuẩn hóa bởi 3GPP 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. Vì thế, mặc dù EPS là thuật ngữ đúng nhất để chỉ cả hệ thống nhưng thường được thay bằng LTE/SAE hoặc đơn giản là LTE. 1.4.2. Phân chia chức năng Trong mạng truy nhập LTE, chỉ có một 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. Máy chủ quản lý thuê bao thường trú (HSS) chứa:  Số liệu đăng ký thuê bao của người sử dụng;  Thông tin về các PDN (mạng số liệu gói);  Lưu các thông tin như số nhận dạng MME mà hiện thời UE đang đăng nhập hay đăng ký;  Cũng có thể liên kết với trung tâm nhận thực. Mạng lõi EPC bao gồm 3 thành phần chính là MME, S-GW và PDN Gateway:  Thực thể quản lý tính di động (MME): Là thành phần điều khiển chính trong EPC. Các chức năng chính của MME:  Đảm bảo an ninh và nhận thực; Trần Thị Hằng– D11VT1 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về mạng di động 4G/LTE  Quản lý di động;  Quản lý hồ sơ thuê bao và kết nối dịch vụ.  Cổng phục vụ (S-GW): EPC kết cuối tại nút này, và nó được kết nối đến E-UTRAN thông qua giao diện S1-U. Mỗi UE được liên kết tới một S-GW duy nhất, thực hiện chức năng định tuyến và chuyển tiếp các gói tin.  PDN GW thực hiện lọc gói tin và phân bổ địa chỉ IP. 1.4.3. 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 giai đoạn 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 lõi điều khiển IMS. 1.5. Kết luận chương 1 Trong 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/LTE để có được một cái nhìn tổng quát về 4G/LTE và vị trí của nó trong tiến trình phát triển thông tin di động. Chương tiếp theo sẽ trình bày về giải pháp cung cấp dịch vụ thoại trên nền mạng 4G/LTE này. Trần Thị Hằng– D11VT1 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Các giải pháp triển khai dịch vụ thoại trên mạng LTE CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI DỊCH VỤ THOẠI TRÊN MẠNG LTE 2.1. Giới thiệu chương Đối với các nhà khai thác mạng điện thoại di động, dịch vụ thoại và dịch vụ SMS đã luôn là nguồn thu lớn đối với họ. Đồng thời nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu di động của người dùng ngày càng tăng cao. Để giải quyết nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu di động của người dùng, các nhà khai thác mạng đã phát triển hệ thống mạng LTE để giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên, mạng LTE chỉ cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói mà không cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh. Do đó yêu cầu hỗ trợ cho dịch vụ chuyển mạch kênh truyền thống này là vô cùng quan trọng. Theo 3GPP, mục tiêu hướng tới của LTE là cung cấp thoại trên nền mạng lõi IMS. Tuy nhiên, trước khi IMS chưa được triển khai rộng rãi 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. Trong chương này sẽ giới thiệu 4 giải pháp để cung cấp dịch vụ thoại trên nền LTE đó là: CSFB(chuyển mạch dự phòng) , VoLGA (thoại trên nền IP thông qua truy nhập chung), SVLTE (LTE và thoại đồng thời), IMS ( phân hệ đa phương tiện). Tùy vào những hoàn cảnh cụ thể hay vấn đề của các nhà cung cấp như giá thành hay cơ sở hạ tầng mà các nhà khai thác mạng có thể lựa chọn phương pháp triển khai phù hợp với yêu cầu của họ. 2.2. Giải pháp CSFB 2.2.1. Giới thiệu chung về CSFB CSFB – chuyển mạch dự phòng là công nghệ 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 buộc phải quay lại mạng GSM/UMTS truyền thống khi muốn sử dụng các dịch vụ chuyển mạch kênh. Chuyển mạch dự phòng cần phải có bởi vì LTE là một mạng dựa hoàn toàn trên nền IP, sử dụng chuyển mạch gói sẽ không thể hỗ trợ các cuộc gọi chuyển mạch kênh. Khi một thiết bị LTE được sử dụng để khởi xướng, nhận cuộc gọi hoặc tin nhắn SMS, thiết bị sẽ chuyển sang chế độ dự phòng với mạng 3G hay 2G để thực hiện cuộc gọi hoặc để cung cấp các tin nhắn SMS. CSFB đã được quy định 3GPP release 8. CSFB đòi hỏi phải nâng cấp phần mềm của các nhà khai thác mạng lõi và mạng vô tuyến. Trần Thị Hằng– D11VT1 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Các giải pháp triển khai dịch vụ thoại trên mạng LTE CSFB được xem như một giải pháp tạm thời cho các nhà khai thác LTE trong giai đoạn đầu triển khai. Tuy nhiên Voice over LTE (VoLTE) được coi là mục tiêu dài hạn cho việc cung cấp dịch vụ thoại trên mạng LTE. 2.2.2. Cấu hình mạng CSFB Trong cấu hình mạng sử dụng CSFB thì mạng 2G/3G sẽ cùng tồn tại với mạng LTE. Hìn h 2.1 Cấu hình mạng CSFB UE có khả năng hỗ trợ truy nhập vào E-UTRAN/EPC cũng như truy nhập vào miền CS trên GERAN hoặc UTRAN. MME hỗ trợ các chức năng bổ sung trên giao diên SGs:  Lựa chọn nhiều PLMN cho miền CS;  Lựa chọn RAT cho miền CS;  Tiếp nhận số VLR và LAI từ TAI của ô hiện tại, trên cơ sở đó lựa chọn PLMN hoặc RAT chọn cho miền CS, hoặc sử dụng số VLR và LAI mặc định;  Cung cấp thông tin đăng ký ID PLMN của miền CS cho các eNodeB;  Đối với CSFB, danh sách TAI làm cho UE có cơ hội thấp để "fallback" đến một ô trong LA hơn so với LAI;  Duy trì kết nối giữa MSC/VLR với EPS/IMSI;  Bắt đầu tách IMSI khi tách EPS;  Khởi tạo thủ tục tìm gọi khi MSC tìm gọi UE cho dịch vụ CS;  Hỗ trợ các thủ tục SMS;  Từ chối yêu cầu CSFB. MSC hỗ trợ các chức năng bổ sung trên giao diên SGs:  Duy trì kết nối giữa MME với EPS/IMSI;  Hỗ trợ các thủ tục SMS. Trần Thị Hằng– D11VT1 9
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan