Tóm tắt Luận văn Nghiên cứu các mô hình triển khai dịch vụ thoại trên mạng di động 4GLTE và đề xuất phương án cho các nhà khai thác di động ở Việt Nam

g 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 7 hoặc 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. 8 2.3.4. 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. 9 Hình 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. 10 0 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. 11 2.4.3.3. Chuyển giao a) Chuyển giao từ LTE sang UMTS PS LTE cho phép cuộc gọi thoại và dữ liệu được chuyển giao đồng thời sang UMTS PS một cách nhanh chóng và liền mạch mà không cần sự tham gia của SRVCC và không cần tách riêng phiên thoại CS. b) Chuyển giao trên nền SRVCC SRVCC cho phép cuộc gọi được chuyển giao liền mạch từ LTE tới mạng truy nhập GSM/UMTS trong khi phần điều khiển phiên hay điều khiển cuộc gọi vẫn nằm trong mạng IMS. Nếu tồn tại đồng thời hai phiên PS và thoại thì cả hai đều được chuyển giao sang mạng GSM/UMTS nhưng chỉ trong trường hợp mạng truyền thống có hỗ trợ. 2.4.4. Ưu nhược điểm VoIMS là giải pháp được chấp nhận rộng rãi trên quy mô thế giới để cung cấp dịch vụ thoại trên LTE. Nó tận dụng được toàn bộ hệ thống mạng LTE/IMS, giúp giảm chi phí triển khai trên hệ thống mạng toàn IP. VoIMS cung cấp các dịch vụ thoại và cho phép các nhà vận hành mạng triển khai các dịch vụ thoại – dữ liệu hỗn hợp tiên tiến, hứa hẹn mang lại doanh thu cao. Ngoài ra, các nhà cung cấp dịch vụ cũng có tiềm năng phát triển các dịch vụ hội tụ cố định – di động trên mạng không dây và có dây sử dụng VoIMS. Tuy nhiên, VoIMS yêu cầu sự đầu tư lớn hơn cho mạng LTE vì các nhà khai thác dịch vụ phải triển khai lõi IMS với CSCF, TAS và nhiều thành phần khác nữa. 2.5. So sánh, đánh giá các phương án cung cấp dịch vụ thoại trên LTE 2.5.1. Các yêu cầu triển khai đối với hệ thống mạng 2.5.1.1. CSFB Triển khai phương án CSFB tương đối đơn giản, không yêu cầu phải đầu tư quá nhiều. Với phương án này không cần thêm các node mạng mới, chỉ yêu cầu nâng cấp các phần tử mạng LTE (E-UTRAN, MME) và GSM/UMTS (toàn bộ MSC trong vùng phủ của LTE). Thay đổi ở phía đầu cuối cũng không đáng kể, nhờ đó phương án này có thể được triển khai dễ dàng và nhanh chóng Error! Reference source not found.. Tuy nhiên, về mặt lâu dài thì việc nâng cấp các hệ thống đã có (và trong tương lai sẽ được loại bỏ) là một sự lãng phí mà không nhà khai thác mạng nào muốn. Ngoài ra, để thực hiện CSFB thì việc triển khai mạng LTE phải phụ thuộc nhiều vào hệ thống GSM/UMTS hiện có. Cụ thể là vùng phủ của LTE phải chồng lấn với vùng phủ của GSM/UMTS và kế hoạch chia ô trong hai mạng là tương tự nhau. 2.5.1.2. VoLGA Triển khai VoLGA phức tạp hơn so với CSFB và cần sự đầu tư lớn hơn. Mặc dù không yêu cầu thay đổi mạng lõi thoại cũ nhưng phương án này yêu cầu phải bổ sung các node mạng mới là VANC, security gateway và AAA server đồng thời với việc nâng cấp E-UTRAN và MME. Ngoài ra, các chuẩn dùng cho VoLGA được phát triển bởi VoLGA Forum và hiện chưa được công nhận bởi 3GPP. Điều này có thể gây khó khăn cho các khai thác mạng sử dụng giải pháp VoLGA của các hãng khác nhau. 2.5.1.3. VoIMS Phương án VoIMS yêu cầu sự đầu tư lớn và những thay đổi đáng kể đối với hệ thống mạng, đặc biệt với những nhà khai thác chưa đầu