Phương pháp và mô hình đánh giá chất lượng dịch vụ đa phương tiện IMS trên mạng 4GLTE

MỤC LỤC
Lời cam đoan .................................................................................................................... 3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................................ 4
Danh mục các bảng .......................................................................................................... 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................................... 8
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ DỊCH VỤ VoLTE ....................................................... 11
1.1. Nền tảng ............................................................................................................... 11
1.2. Kiến trúc mạng LTE ............................................................................................ 13
1.2.1. eNodeB .......................................................................................................... 14
1.2.2. Cổng dịch vụ S-GW ...................................................................................... 16
1.2.3. Cổng mạng dữ liệu gói PGW ........................................................................ 17
1.2.4. Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên (PCRF) ............................... 17
1.2.5. Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS) ............................................................. 17
1.3. Kiến trúc mạng IMS ............................................................................................ 18
1.3.1. Nền tảng IMS ................................................................................................ 19
1.3.2. Các thành phần IMS ...................................................................................... 24
1.4. Chi tiết kỹ thuật của VoLTE thông qua giải pháp dựa trên nền IMS .................. 27
1.4.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 27
1.4.2. Cấu trúc VoLTE ............................................................................................ 28
1.4.3. Các giải pháp tích hợp LTE với mạng CS/PS sẵn có .................................... 29
1.4.4. Giải pháp dựa trên PS độc lập ....................................................................... 30
1.4.5. SRVCC/ ICS.................................................................................................. 32
1.4.6. Call flow của VoLTE .................................................................................... 34
CHƢƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
VoLTE ............................................................................................................................ 37
2.1. Giới thiệu ............................................................................................................. 37

1

2.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................ 37
2.1.2. VoLTE qua IMS ............................................................................................ 37
2.1.3. QoS trong mạng vô tuyến E-UTRAN ........................................................... 38
2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ của VoLTE................................. 39
2.2.1. Ảnh hƣởng do môi trƣờng vô tuyến .............................................................. 42
2.2.2. Ảnh hƣởng do giao thức truyền tải IP ........................................................... 44
CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ VOLTE VÀ CÁC PHƢƠNG
ÁN CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ................................................................ 61
3.1. Đánh giá chất lƣợng dịch vụ VoLTE................................................................... 61
3.1.1. Đánh giá chất lƣợng thoại VoLTE ................................................................ 61
3.1.2. Đánh giá tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công VoLTE ..................................... 63
3.1.3. Đánh giá tỉ lệ rớt cuộc gọi VoLTE ................................................................ 63
3.1.4. Đánh giá khả năng mở rộng dịch vụ VoLTE ................................................ 65
3.2. Phƣơng án cải thiện chất lƣợng dịch vụ VoLTE ................................................. 68
3.2.1. Phƣơng án cải thiện chất lƣợng môi trƣờng truyền sóng .............................. 68
3.2.2. Phƣơng án cải thiện chất lƣợng mạng IP ...................................................... 68
3.2.3. Phƣơng án mở rộng mạng ............................................................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 89

2


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu trong luận văn là của riêng tôi và chƣa
đƣợc công bố trong bất kì công trình nghiên cứu nào.
Hà nội, ngày 28 tháng 3 năm 2016
Học viên

Đặng Thị Minh Huyền

3


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
STT

Ký hiệu,

Tên đầy đủ

viết tắt

Giải thích

Third Generation Partnership

Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ

Project

mạng thông tin di động tế bào

Breakout Gateway Control

Chức năng điều khiển cổng chuyển

Function

mạng

Circuit Switch

Chuyển mạch kênh

1

3GPP

2

BGCF

3

CS

4

CSCF

Call/Session Control Function

5

CSFB

Circuit Switched FallBack

6

eNodeB E-UTRAN Node B

7

EPC

Evolved Packet CORE

8

LTE

Long Term Evolution

9

Iub

Iub Interface

10

Chức năng điều khiển phiên/cuộc
gọi
Chuyển mạch kênh dự phòng
Trạm gốc vô tuyến
Mạng lõi tiến hóa
Chuẩn công nghệ truyền thông dữ
liệu không dây
Giao diện Iub

Chức năng điều khiển phiên gọi truy

I-CSCF Interrogating-CSCF

vấn

IP Multimedia Subsystem

Phân hệ đa phƣơng tiện IP

MME

Mobility management entity

Thực thể quán lý di động

GGSN

Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng nối GPRS

11

IMS

12
13

4

14

Gb

Gb interface

Giao diện Gb

15

GSM

16

HLR

Home Location Register

Tổng đài thƣờng trú

17

HSS

Home Subscriber Server

Máy chủ thuê bao thƣờng trú

18

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

19

MGCF

Media Gateway Control

Chức năng điều khiển cổng truyền

Function

thông

20

MOS

Mean Opinion Score

Điểm đánh giá trung bình

21

MSC

Mobile Switching Centre

Tổng đài chuyển mạch di động

22

MRF

Media Resource Function

23

QCI

QoS Class Indicator

Chỉ số phân loại chất lƣợng dịch vụ

24

QoS

Quality Of Service

Chất lƣợng dịch vụ

25

OFDMA

26

P-CSCF

27

PGW

28

PCRF

Global System for Mobile
communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

Khối chức năng tài nguyên đa
phƣơng tiện

Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần số
Multiple Access

trực giao

Proxy Call/Session Control

Chức năng điều khiển phiên gọi đại

Function

diện

PDN Gateway

Cổng mạng số liệu

Policy charging and rules

Chức năng chính sách và tính cƣớc

function

tài nguyên

5


29

PCC

30

PCEF

31

PDN

32

PS

33

S-CSCF

34

SGW

35

SVRCC

36

SINR

37

RTP

Plolicy and Charging Control

Điều khiển chính sách và tính cƣớc

Policy and Charging

Chức năng thực thi chiến lƣợc và

Enforcement Function

tính cƣớc

Packet Data Network

Mạng dữ liệu gói

Packet Switch

Chuyển mạch gói

Serving Call/Session Control

Chức năng điều khiển phiên gọi

Function

phục vụ

Signalling Gateway

Cổng báo hiệu

Single Radio Voice Call

Dịch vụ thoại liên tục trên tần sóng

Continuity

vô tuyến đơn

Signal-to-Interference plus
Noise Ratio
Real-time Transport Protocol

38

VoLTE Voice over LTE

39

UMTS

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

Giao thức vận chuyển thời gian thực
Thoại qua LTE

Universal Mobile

Hệ thống di động viễn thông toàn

Telecommunications System

cầu

6

Danh mục các bảng
Bảng 1-1: Giao diện và giao thức giữa các phần tử VoLTE .......................................... 29
Bảng 2-1: Bảng giá trị QCI chuẩn LTE ......................................................................... 39
Bảng 2-2: Điểm đánh giá trung bình MOS .................................................................... 40
Bảng 3-1: Giá trị MOS tƣơng ứng với các loại thiết bị điện thoại ................................ 62
Bảng 3-2: Tốc độ bit đỉnh trên sóng mang con ứng với mỗi mức điều chế MCS ......... 71
Bảng 3-3: Giá trị của băng thông cấu hình tƣơng ứng với băng thông kênh truyền ..... 72
Bảng 3-4: Mức ƣu tiên tƣơng ứng với các giá trị DSCP................................................ 75

7


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1-1: Kiến trúc mạng LTE ...................................................................................... 13
Hình 1-2: Kiến trúc mạng IMS ...................................................................................... 25
Hình 1-3: Cấu trúc mạng VoLTE................................................................................... 28
Hình 1-4: Kiến trúc tích hợp LTE-3G............................................................................ 31
Hình 1-5: Cấu trúc SRVCC/ICS .................................................................................... 32
Hình 1-6: Call flow VoLTE ........................................................................................... 35
Hình 2-1: Hiện tƣợng truyền sóng đa đƣờng ................................................................. 46
Hình 2-2: Tiến trình truy cập ngẫu nhiên ....................................................................... 53
Hình 2-3: Quá trình thiết lập kết nối RRC ..................................................................... 55
Hình 2-4: Nguyên nhân rớt cuộc gọi.............................................................................. 58
Hình 3-1: Phần trăm giá trị MOS tƣơng ứng với các bộ mã hóa NB and WB .............. 62
Hình 3-2: Biến động trễ trung bình RTP (ms) theo RSRP (dBm) ................................. 64
Hình 3-3: Khả năng xảy ra lỗi rớt cuộc gọi ................................................................... 64
Hình 3-4: Cấu trúc hàng đợi và ngƣỡng quá tải ............................................................. 66
Hình 3-5: Sơ đồ chuyển trạng thái đối với hiện tƣợng nghẽn mạng .............................. 66

Hình 3-6: Chất lƣợng thoại VoLTE trƣớc và sau khi tối ƣu .......................................... 73
Hình 3-7: Nguyên lý hoạt động của WRR ..................................................................... 78
Hình 3-8: Cấu trúc miền MPLS ..................................................................................... 81
Hình 3-9: Mô hình mạng tham khảo .............................................................................. 82
Hình 3-10: Lựa chọn đƣờng sử dụng phƣơng pháp định tuyến OSPF .......................... 82
Hình 3-11: Mô hình hàng đợi ......................................................................................... 85

8


MỞ ĐẦU
Nhu cầu giao tiếp của con ngƣời là rất lớn. Việc giao tiếp thoại thông qua các
thiết bị di động ngày một tăng. Dự đoán tới năm 2020 số lƣợng thuê bao trên toàn
thế giới sẽ lên trên 9 tỷ thuê bao trong đó số lƣợng thuê bao sử dụng băng rộng sẽ
trên 8 tỷ thuê bao.
Các hệ thống thông tin di động phục vụ kết nối không dây liên tục đƣợc phát
triển từ 1G, 2G lên 3G, 4G. Với những yêu cầu về dịch vụ tiên tiến chất lƣợng cao,
4G/LTE đƣợc thiết kế hƣớng tới các dịch vụ dữ liệu bằng cách cung cấp các kết nối
tốc độ cao trên nền chuyển mạch gói toàn IP.
IMS (IP Multimedia Subsystem), là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận
tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phƣơng tiện đến ngƣời dùng,
bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào. IMS xây dựng trên nền
mạng lõi IP và cho phép nhiều mạng truy nhập khác, bao gồm cả mạng di động lẫn
mạng cố định, kết nối với nhau thông qua lớp dịch vụ chung để cung cấp các gói
dịch vụ hội tụ. Sự tích hợp IMS và 4G/LTE hứa hẹn sẽ mang đến nhiều lợi ích cho
cả ngƣời dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế và cấp thiết trên, đề tài này sẽ tập trung
nghiên cứu phƣơng pháp và mô hình đánh giá chất lƣợng dịch vụ đa phƣơng tiện
IMS, với dịch vụ chính VoLTE trên mạng 4G/LTE.
Nội dung chính của đề tài bao gồm 4 chƣơng :

- Chƣơng 1: Giới thiệu về dịch vụ VoLTE
Chƣơng 1 giới thiệu kiến trúc mạng LTE/IMS và tập trung giới thiệu chi tiết
kỹ thuật của VoLTE thông qua giải pháp dựa trên nền IMS.
- Chƣơng 2: Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ VoLTE
Chƣơng này đề cập đến các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dịch vụ
VoLTE trong mạng LTE nhƣ ảnh hƣởng do môi trƣờng vô tuyến, ảnh hƣởng do
giao thức IP.
- Chƣơng 3: Đánh giá chất lƣợng dịch vụ VoLTE và các phƣơng án cải
thiện chất lƣợng dịch vụ

9


Chƣơng 3 đƣa ra các đánh giá về chất lƣợng dịch vụ VoLTE dựa trên các chỉ
tiêu cơ bản nhƣ chất lƣợng thoại, tỉ lệ thiết lập cuộc gọi, tỉ lệ rớt và khả năng mở
rộng dịch vụ VoLTE. Chƣơng 3 cũng đƣa ra các phƣơng án nhằm cải thiện chất
lƣợng dịch vụ VoLTE.
- Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài
Kết luận chung về nội dung đề tài mang lại và hƣớng phát triển trong tƣơng
lai.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Tài Hƣng đã giúp đỡ và chỉ dẫn
cho tôi để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi cũng cảm ơn gia đình đặc biệt là
chồng tôi đã luôn giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình nghiên cứu cũng nhƣ thực
hiện luận văn này.

10


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ DỊCH VỤ VoLTE
1.1. Nền tảng

Vào cuối năm 2004 tổ chức 3GPP bắt đầu đánh giá công nghệ vô tuyến mới
để thay thế cho mạng truy cập WCDMA gọi là Long Term Evolution (LTE). Theo
3GPP mạng truy cập vô tuyến mới này đƣợc gọi là E-UTRAN với lộ trình từ GSM
/EGDE (GRAN) tới WCDMA/HSPDA và cuối cùng là EUTRAN. Song song với
các nghiên cứu về giao diện vô tuyến mới, 3GPP bắt đầu nghiên cứu để cải tiến
mạng gói 2G/3G (mạng lõi GRPS) để đáp ứng yêu cầu của LTE. Những nghiên cứu
về mạng lõi này đƣợc gọi là sự tiến hóa về kiến trúc hệ thống và đƣợc đặc tả trong
báo cáo kỹ thuật của 3GPP (3GPP TR23.882). Kết quả cuối cùng của các nghiên
cứu này là thiết kế mạch gói mới trong phiên bản 8 đƣợc đặc tả trong 3GPP
TS23.401 và 3GPP TS.23.402 và đƣợc gọi là EPC (Evolved Packet Core). Phiên
bản 8 của 3GPP chính thức hoàn thành vào tháng 3 -2009 và mạng LTE thƣơng mại
đầu tiên trên thế giới khai trƣơng vào tháng 12-2009 bởi TeliaSonera.
Phiên bản 8 của 3GPP chỉ ra 8 ƣu điểm chính của mạng di động, đối với thuê
bao đó là: tốc độ truy cập cao, độ trễ thấp; đối với nhà cung cấp dịch vụ di động
công nghệ vô tuyến của LTE có chi phí đƣờng truyền thấp do việc sử dụng các tài
nguyên vô tuyến tối ƣu hơn và hiệu quả băng thông thoại. Công nghệ mới cũng cho
phép việc phân bổ tần số linh động hơn do khả năng vận hành mạng LTE trên dải
tần rộng. LTE cũng tối ƣu hóa tiêu thụ năng lƣợng của các thiết bị đầu cuối. Phiên
bản 8 của 3GPP cũng chỉ ra ƣu điểm chính của mạng lõi là cải tiến chất lƣợng dịch
vụ và hiệu quả mạng lƣới làm cho trải nghiệm khách hàng tốt hơn. Công nghệ
GPRS đƣa ra khái niệm luôn luôn kết nối của thuê bao và phiên bản 8 của 3GPP giữ
lại khả năng này với ít nhất một kênh mang luôn luôn sẵn sàng cho một thuê bao.
Điều này cho phép kết nối dịch vụ và khởi tạo dịch vụ nhanh ví dụ nhƣ hủy cuộc
gọi, gửi email. Thời gian thiết lập kết nối giữa hai thuê bao với nhau luôn luôn tối
ƣu trên kênh mặc định.
Tuy nhiên mạng LTE không thể cung cấp dịch vụ thoại nhƣ mạng chuyển
mạch kênh. Vì thế cần có giải pháp để cung cấp dịch vụ thoại trên nền LTE. Dịch
11

vụ này đƣợc triển khai dƣới dạng VoIP. 3GPP chỉ ra phƣơng thức hỗ trợ VoIP là
IMS. Đây là mạng kết nối dựa trên IP và độc lập với các kênh truy cập và kiến trúc
điều khiển dịch vụ cho phép nhiều dịch vụ đa phƣơng tiện chạy trên các giao thức
internet. 3GPP đã nghiên cứu về IMS từ năm 2000 với hàng nghìn trang đặc tả.
Hiện nay ngƣời ta đã phát triển đƣợc tập các tính năng và kiến trúc phức tạp của
IMS. Hơn nữa 3GPP đã chỉ ra nhiều phƣơng thức để thực hiện các chức năng nhƣ
xác thực, thiết lập kênh, thực hiện các dịch vụ hỗ trợ, thiết lập kênh mang, điều này
làm tăng sự phức tạp của IMS. Trong khi 3GPP đƣa ra rất nhiều thành phần cần
thiết để triển khai VoLTE ví dụ nhƣ đăng ký SIP, nén tín hiệu, thiết lập cuộc gọi và
các dịch vụ hỗ trợ nó cũng cho phép các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà cung cấp
quyết định các phƣơng án triển khai khác nhau. Việc này dẫn tới sự không thống
nhất triển khai VoLTE trên nền IMS bởi vì không có cách nào để đảm bảo các nhà
mạng sẽ lựa chọn cùng một thành phần nhƣ các đối thủ. Rõ ràng đây không phải
một mô hình thành công.
Rõ ràng là việc thiếu một giải pháp rõ ràng cho VoLTE thì các giải pháp thay
thế sẽ xuất hiện nổi bật là giải pháp CSFB[1], theo đó các nhà cung cấp dịch vụ sử
dụng mạng 2G/3G sẵn có để xử lý cuộc gọi thoại. Với cách này khi thiết bị LTE
đầu cuối thực hiện cuộc gọi hoặc nhận cuộc gọi từ mạng chuyển mạch kênh sẵn có
nó sẽ chuyển sang 3G hoặc HSPDA trong thời gian thực hiện cuộc gọi. Nếu cuộc
gọi đƣợc thực hiện với mạng 2G thì kết nối LTE sẽ chuyển sang 2G và tốc độ 2G
không đủ để đáp ứng các ứng dụng dữ liệu. Trong cả hai trƣờng hợp trải nghiệm
khách hàng đều bị ảnh hƣởng rõ rệt.
Một giải pháp thay thế cho VoLTE trên nền IMS và VoLTE thông qua mạng
truy cập chung đƣợc đề xuất bởi VOLGA.
Các nhà cung cấp thiết bị và mạng lƣới chính cạnh tranh khốc liệt để lấy
đƣợc thị phần lớn nhất có thể của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Cùng lúc đó
việc tính tƣơng thích giữa các thiết bị, đặc biệt là thiết bị cầm tay và mạng là chìa
khóa để đảm bảo thành công của hệ thống. Đối với các nhà cung cấp dịch vụ thoại,
thoại là một ứng dụng quan trọng và nó trở thành doanh thu chính. Vào ngày 4-11-

12


2009, sự khởi đầu One voice đƣợc công bố bởi AT&T, Orange Telefornica,
TeliaSonera, Verizon, Voldafone, Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia Siemens
Network, Nokia, Samsung and Sony Ericson. Mƣời hai công ty công bố lựa chọn
giải pháp dựa trên nền IMS, đƣợc định nghĩa bởi 3GPP, là giải pháp đáp ứng đƣợc
hầu hết các yêu cầu từ khách hàng cho chất lƣợng dịch vụ, tính tin cậy và sẵn có khi
chuyển từ các dịch vụ thoại chuyển mạch gói sang các dịch vụ LTE trên nền IP. Các
công ty trong One Voice tính toán các thành phần thay thế khác nhau trong 3GPP
để giải quyết giới hạn các chức năng cần thiết của thiết bị cầm tay và mạng trong hồ
sơ kỹ thuật đƣợc công bố bởi One Voice, có thể dùng cho bất cứ công ty nào. Kỹ
thuật mới mang đến cho các nhà đầu tƣ một môi trƣờng mà họ có thể cung cấp các
dịch vụ VoLTE phù hợp phục vụ cho nền công nghiệp viễn thông trên toàn thế giới.
Để có thể tích hợp từ thoại CS tới thoại trên nền IMS thông qua giao thức
mạng (VoIP), 3GPP đã chuẩn hóa các khối công nghệ để có thể hƣớng tới IP toàn
bộ. Cùng với các khối này, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải phát triển thoại dựa
trên hệ thống có sẵn của họ nhƣ tái sử dụng mạng CS hoặc theo hƣớng IMS.
1.2. Kiến trúc mạng LTE
LTE là một công nghệ chung cho các nhà mạng 3GPP hay 3GPP2 và việc
triển khai sẽ khác nhau giữa các mạng có sẵn nhƣ GSM, WCDMA, hay CDMA.
Kiến trúc mạng LTE đƣợc mô tả trong hình 1-1.

Hình 1-1: Kiến trúc mạng LTE

13


Kiến trúc này đƣợc gọi là Evolved packet system (EPS), dựa trên kiến trúc IP
phẳng và chia thành Evolved Universal Terestrial Radio Access Network EUTRAN và Evolved Packet Core (EPC). Kiến trúc tổng thể bao gồm 6 thành phần

nhƣ sau: eNodeB, MME, SGW, PGW, PCRF và HSS.
1.2.1. eNodeB
Trong mạng truy nhập LTE, chỉ có một loại phần tử mạng là eNodeB, do vậy
tất cả các chức năng của Evolved RAN đều đƣợc thực hiện bởi eNodeB. Mỗi
eNodeB sẽ chịu trách nhiệm cho một tập các ô tƣơng tự nhƣ nodeB, đồng thời thực
hiện các chức năng nhƣ RNC trong WCDMA/HSPA.
Nút duy nhất trên E-UTRAN là E-UTRAN NodeB (eNodeB). Đơn giản đặt
eNodeB là một trạm gốc vô tuyến kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan
trong phần cố định của hệ thống. Các trạm gốc nhƣ eNodeB thƣờng phân bố trên
toàn khu vực phủ sóng của mạng. Mỗi eNodeB thƣờng cƣ trú gần các anten vô
tuyến hiện tại của chúng.
Chức năng của eNodeB hoạt động nhƣ một cầu nối giữa 2 lớp là UE và EPC,
nó là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến về phía UE, và tiếp nhận dữ liệu
giữa các kết nối vô tuyến và các kết nối IP cơ bản tƣơng ứng về phía EPC. Trong
vai trò này các EPC thực hiện mã hóa/giải mã các dữ liệu UP, và cũng có nén/giải
nén tiêu đề IP, tránh việc gửi đi lặp lại giống nhau hoặc dữ liệu liên tiếp trong tiêu
đề IP.
eNodeB cũng chịu trách nhiệm về nhiều các chức năng của mặt phẳng điều
khiển (CP). eNodeB chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), tức là
kiểm soát việc sử dụng giao diện vô tuyến, bao gồm: phân bổ tài nguyên dựa trên
yêu cầu, ƣu tiên và lập lịch trình lƣu lƣợng theo yêu cầu QoS, và liên tục giám sát
tình hình sử dụng tài nguyên [2].
Ngoài ra eNodeB còn có vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM).
Điều khiển eNodeB và đo đạc phân tích mức độ của tín hiệu vô tuyến đƣợc thực
hiện bởi UE. Điều này bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa eNodeB khác và
MME. Khi một UE mới kích hoạt theo yêu cầu của eNodeB và kết nối vào mạng,
14


eNodeB cũng chịu trách nhiệm về việc định tuyến khi này eNodeB sẽ đề nghị các

MME mà trƣớc đây đã phục vụ cho UE, hoặc lựa chọn một MME mới nếu một
tuyến đƣờng đến các MME trƣớc đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến vắng
mặt. Trong tất cả các kết nối eNodeB có thể trong mối quan hệ một – nhiều hoặc
nhiều – nhiều. Các eNodeB có thể phục vụ đồng thời nhiều UE trong vùng phủ sóng
của nó nhƣng mỗi UE chỉ đƣợc kết nối tới một eNodeB trong cùng một thời điểm.
1.2.1.1. Thực thể quản lý tính di động MME
Thực thể quản lý di động (MME): là thành phần điều khiển chính trong EPC.
Các chức năng chính của MME bao gồm : an ninh và xác thực, quản lý di động,
quản lý hồ sơ thuê bao và kết nối dịch vụ.
Thông thƣờng MME sẽ là một máy chủ ở một vị trí an toàn tại các cơ sở của
nhà điều hành.
Ngoài giao diện kết nối vào MME trong kiến trúc thể hiện trong hình 1-1,
MME còn có một kết nối logic trực tiếp tới UE, và kết nối này đƣợc sử dụng nhƣ là
kênh điều khiển chính giữa UE và mạng. Sau đây là danh sách các chức năng chính
của MME trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống [2] :
- Xác thực và bảo mật: khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ
khởi tạo sự xác thực, bằng cách thực hiện những điều sau: nó tìm ra danh
tính thƣờng trú của UE, hoặc từ các mạng truy nhập trƣớc đó hoặc chính bản
thân UE, yêu cầu từ bộ phục vụ thuê bao thƣờng trú (HSS) trong mạng chủ
của UE các điều khiển chứng thực có chứa các mệnh lệnh chứng thực – trả
lời các cặp tham số, gửi các thử thách với UE và so sánh các trả lời nhận
đƣợc từ UE vào một trong những cái đã nhận từ mạng chủ. Chức năng này là
cần thiết để đảm bảo các yêu cầu bảo vệ với UE. Các MME có thể lặp lại
chức năng xác thực khi cần thiết hoặc theo chu kỳ. Các chức năng này dùng
để bảo vệ các thông tin liên lạc khỏi việc nghe trộm và từ sự thay đổi của bên
thứ ba tƣơng ứng trái phép. Để bảo vệ sự riêng tƣ của UE, MME cũng phân
bổ cho mỗi UE một mã tạm thời gọi là mã nhận dạng tạm thời duy nhất toàn
cầu (GUTI), do đó cần phải gửi mã nhận dạng thƣờng trú UE - mã nhận dạng
15

thuê bao di động quốc tế (IMSI) qua giao diện vô tuyến đƣợc giảm thiểu.
Các GUTI có thể đƣợc cấp định kỳ để ngăn chặn theo dõi UE.
- Quản lý tính di động: MME theo dõi vị trí của tất cả các UE trong khu vực
của mình, khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ tạo ra một lối
vào cho UE và tín hiệu với vị trí tới HSS trong mạng chủ của UE. MME yêu
cầu tài nguyên thích hợp đƣợc thiết lập trong eNodeB, cũng nhƣ trong các SGW mà nó lựa chọn cho UE. Các MME sau đó tiếp tục theo dõi vị trí của UE
hoặc là dựa trên mức độ của eNodeB, nếu UE vẫn kết nối, tức là truyền
thông đang hoạt động hoặc ở mức độ khu vực theo dõi (TA). MME điều
khiển các thiết lập và giải phóng nguồn tài nguyên dựa trên những thay đổi
chế độ hoạt động của UE. MME tham gia vào mọi thay đổi của eNodeB vì
không có phần tử điều khiển mạng vô tuyến riêng biệt nên đã ẩn hầu hết các
sự kiện này. Một UE ở trạng thái rảnh rỗi sẽ báo cáo vị trí của UE đó theo
định kỳ hoặc khi UE chuyển vị trí.
- Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối: vào thời điểm một UE đăng ký
vào mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồ sơ đăng ký của nó từ mạng
chủ về. Các MME sẽ lƣu trữ thông tin này trong suốt thời gian phục vụ UE.
Hồ sơ này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói đƣợc phân bổ tới
các mạng ở tập tin đính kèm. Các MME sẽ tự động thiết lập mặc định phần
tử mang, cho phép các UE kết nối IP cơ bản. Điều này bao gồm tín hiệu CP
với eNodeB và S-GW.
Các MME có thể phục vụ nhiều UE cùng một lúc nhƣng mỗi UE chỉ kết nối
tới một MME tại một thời điểm xác định.
1.2.2. Cổng dịch vụ S-GW
Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống, chức năng cao cấp của S-GW là
quản lý đƣờng hầm UP và chuyển mạch. EPC kết nối cuối tại nút này và nó đƣợc
kết nối đến E-UTRAN thông qua giao diện S1-U. Mỗi UE đƣợc liên kết tới một SGW duy nhất. S-GW chính là điểm neo cho cả chuyển giao giữa eNodeB phát triển

16

nội vùng và tính di động giữa các mạng 3GPP, thực hiện chức năng định tuyến và
chuyển tiếp các gói tin[2].
1.2.3. Cổng mạng dữ liệu gói PGW
Cổng mạng số liệu P-GW (PDN Gateway). Nút này cho phép UE truy nhập
đến mạng dữ liệu gói (PDN) bằng cách gán địa chỉ IP từ mạng PDN vào UE, cung
cấp khả năng kết nối bảo mật giữa các UE đƣợc kết nối từ một mạng truy nhập
không tin cậy, không phải 3GPP tới EPC bằng cách sử dụng các đƣờng hầm
IPsec[2].
Mỗi P-GW có thể đƣợc kết nối tới một hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng
bên ngoài. Đối với một UE liên kết với P-GW thì chỉ có duy nhất một S-GW, nhƣng
có các kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài và tƣơng ứng có nhiều PCRF, nếu có
kết nối tới nhiều các PDN và đƣợc hỗ trợ thông qua một P-GW.
1.2.4. Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên (PCRF)
PCRF là một phần tử mạng chịu trách nhiệm cho việc điều khiển chính sách
và tính cƣớc (PCC: Plolicy and Charging Control). PCRF tạo ra các quyết định về
cách xử lý các dịch vụ về QoS, và cung cấp thông tin cho PCEF đƣợc đặt trong PGW.
Các thông tin PCRF cung cấp cho PCEF đƣợc gọi là các quy tắc PCC. PCRF
sẽ gửi các quy tắc PCC bất cứ khi nào một phần tử mang mới đƣợc thiết lập. Thiết
lập phần tử mang là cần thiết, ví dụ khi UE bƣớc đầu đƣợc gắn vào mạng và phần tử
mang mặc định sẽ đƣợc thiết lập, và sau đó khi có một hoặc nhiều các phần tử mang
dành riêng đƣợc thiết lập.
1.2.5. Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS)
HSS là một bộ lƣu giữ số liệu thuê bao cho tất cả các số liệu cố định của
ngƣời sử dụng. HSS lƣu bản sao chính của hồ sơ thuê bao chứa thông tin về các
dịch vụ áp dụng cho ngƣời sử dụng bao gồm cả thông tin về kết nối PDN đƣợc phép
và có đƣợc phép chuyển đến một mạng nào đó hay không.

17

Các HSS sẽ cần phải có khả năng kết nối với mọi MME trong toàn bộ hệ
mạng lƣới, nơi mà các UE của nó đƣợc phép di chuyển. Đối với mỗi UE, các hồ sơ
HSS sẽ chỉ tới một MME phục vụ tại một thời điểm, và ngay sau đó là báo cáo về
một MME mới mà nó phục vụ cho UE, HSS sẽ hủy bỏ vị trí của MME trƣớc.
1.3. Kiến trúc mạng 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 phƣơng tiện tiên tiến.
IMS hay còn gọi là hệ thống con đa phƣơng tiện IP là một khung kiến trúc để
cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện IP. Trƣớc đây, điện thoại di động đƣợc cung
cấp dịch vụ thoại dựa trên mạng chuyển mạch kênh chứ không phải trên mạng
chuyển mạch gói. Mặc dù có các phƣơng pháp thay thế của việc cung cấp dịch vụ
thoại hay dịch vụ đa phƣơng tiện khác trên nền IP cho các thiết bị điện thoại thông
minh tuy nhiên các phƣơng pháp này vẫn chƣa đƣợc chuẩn hóa. IMS ra đời cung
cấp chuẩn cho toàn ngành công nghiệp.
IMS lần đầu tiên đƣợc thiết kế bởi các cơ quan tiêu chuẩn về mạng không
dây 3GPP, đƣợc xem nhƣ là sự phát triển của mạng GSM. Xây dựng ban đầu của
IMS dựa trên chuẩn 3GPP Rel-5 nhằm cung cấp dịch vụ trên nền IP thông qua
GPRS. Sau đó, 3GPP, 3GPP2 và ETSI TISPAN đã phát triển nhằm cung cấp dịch
vụ cho các mạng khác nhau nhƣ mạng không dây LAN, CDMA2000 và mạng cố
định.
Để tiện cho việc tích hợp với internet, IMS sử dụng giao thức IETF, ví dụ:
SIP (giao thức khởi tạo phiên). Theo 3GPP, IMS không phải là để chuẩn hóa các
ứng dụng mà là để hỗ trợ truy cập ứng dụng đa phƣơng tiện và thoại từ các thiết bị
đầu cuối không dây và có dây, tức là tạo ra sự hội tụ cố định – di động. Điều này
đƣợc thực hiện bởi lớp điều khiển ngang để cô lập mạng truy cập từ lớp dịch vụ. Từ
kiến trúc hợp lý, các dịch vụ không cần phải có chức năng điều khiển của mình mà
dùng chung lớp điều khiển ngang. Việc triển khai này giúp giảm chi phí và độ phức
tạp.

18


IMS cho phép các nhà khai thác di động cung cấp các dịch vụ tƣơng tác đa
phƣơng tiện với chi phí hiệu quả bằng cách sử dụng mạng IP. IMS sử dụng SIP là
giao thức báo hiệu để khởi tạo và quản lý phiên. 3GPP đã hợp tác với các chuyên
gia của viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) để đảm bảo hiệu quả tái sử dụng
các tiêu chuẩn internet.
1.3.1. Nền tảng IMS
Có một số yêu cầu cơ bản để định hình kiến trúc IMS và cách IMS phát triển
trong tƣơng lai. Các vấn đề sau là nền tảng của kiến trúc IMS:
- Kết nối IP và chuyển vùng;
- Các phiên IP đa phƣơng tiện (IP multimedia sessions);
- Thiết kế phân tầng và độc lập về truy cập;
- Kiểm soát chính sách về chất lƣợng dịch vụ (QoS) và IP;
- Kiểm soát dịch vụ;
- Tƣơng tác với các mạng khác;
- Tính cƣớc (Charging);
- Chính sách bảo mật giao tiếp.
1.3.1.1. Kết nối IP và chuyển vùng
Yêu cầu cơ bản của mạng IMS là thiết bị cần phải có kết nối IP để truy cập
vào mạng IMS. Để tạo đƣợc kết nối IP thì thiết bị cần phải kết nối vào mạng EPS.
Trong suốt quá trình kết nối, EPC sẽ gán một địa chỉ IP cho thiết bị. Địa chỉ IP này
có thể là IPv4 hoặc IPv6 và sau này sẽ đƣợc sử dụng để đăng ký với IMS gán định
danh ngƣời dùng ví dụ nhƣ số 01230008888 với địa chỉ IP đƣợc cung cấp.
Khi ngƣời dùng đang ở mạng chủ, tất cả các thành phần mạng nhƣ eNodeB,
MME, PGW... đều thuộc một mạng và kết nối IP cũng nằm trong mạng đó.
Trong trƣờng hợp ngƣời dùng đang chuyển vùng, chuẩn 3GPP cho phép việc
cấp IP đƣợc thực hiện bởi mạng chủ hoặc mạng khách. Trong các mạng GPRS hay
mạng dữ liệu LTE thuần túy, các kết nối IP này trong thực tế luôn đƣợc cấp bởi

mạng chủ, tức là các thành phần nhƣ eNodeB, MME, SGW nằm trong mạng khách,

19


trong khi PGW thuộc mạng chủ. Mô hình này ứng dụng vào VoLTE sẽ gặp nhiều
vấn đề bởi vì các điểm truy cập IMS phải nằm trong mạng chủ.
- Các điểm truy cập IMS nằm trong mạng chủ có nghĩa là mạng khách không
thể kiểm soát đƣợc các cuộc gọi thoại và tin nhắn. Việc này dẫn đến giảm
doanh thu chuyển vùng của các nhà cung cấp dịch vụ.
- Thực thiện các yêu cầu quy định có thể là thách thức hoặc không thể thực
hiện đƣợc:
o Các luồng báo hiệu IMS cần đƣợc mã hóa bởi bảo mật giao thức IP
(IPSec). Điều này có nghĩa là các nhà cung cấp dịch vụ thông tin khách
có thể không thực hiện đúng việc ngăn chặn hợp pháp
o Các phiên khẩn cấp IMS yêu cầu việc sử dụng chức năng điều khiển
phiên gọi đại diện P-CSCF trong mạng khách
Thêm vào đó, PGW trong mạng chủ làm tăng độ trễ gói trong mặt phẳng sử
dụng. Xem xét định tuyến gói thoại theo giao thức vận chuyển theo thời gian thực
(RTP) từ Mỹ tới châu Âu và ngƣợc lại do việc sử dụng PDN GW của mạng chủ.
Dựa trên các nguyên nhân trên, năm 2010 liên hợp hệ thống truyền thông di động
toàn cầu GSMA quyết định yêu cầu sử dụng PGW ở mạng khách và điểm truy cập
IMS cho ngƣời dùng VoLTE chuyển mạng.
1.3.1.2. Các phiên IP đa phƣơng tiện
Các mạng viễn thông có khả năng đáp ứng các dịch vụ nhƣ thoại, video, và
các loại tin nhắn sử dụng chuyển mạch kênh. Thông thƣờng các dịch vụ cho ngƣời
dùng cuối đƣợc cung cấp sẽ không bị gián đoạn khi ngƣời dùng di chuyển từ mạng
PS sang mạng IMS. Mạng IMS sẽ tiếp tục cung cấp các dịch vụ tuyền thông bằng
các phƣơng tiện truyền thông phong phú. Ngƣời dùng IMS có thể sử dụng nhiều
dịch vụ trên nền IP theo cách mà họ mong muốn trong một phiên giao tiếp đơn.

Ngƣời dùng có thể kết hợp thoại, video, văn bản và chia sẻ nội dung nhƣ là một
phần của giao tiếp, và có thể thêm hoặc bớt các dịch vụ theo mong muốn. Ví dụ hai
ngƣời có thể bắt đầu một phiên với dịch vụ thoại và sau đó thêm các dịch vụ game
và video ngay trên phiên đó.
20


1.3.1.3. Thiết kế phân tầng và độc lập về truy cập
IMS đƣợc thiết kế độc lập về mặt truy cập để các dịch vụ IMS có thể đƣợc
cung cấp trên mọi mạng kết nối IP, ví dụ GPRS, WLAN, CDMA… Trong thực tế,
phiên bản đầu tiên của IMS gắn liền với UMTS nhƣ là mạng IP duy nhất, nhƣng từ
phiên bản 6 các vấn đề về truy cập đƣợc tách rời khỏi mạng CORE IMS và kiến
trúc IMS trở về trạng thái ban đầu. Truy cập WLAN đƣợc thêm vào từ phiên bản 6,
truy cập băng thông rộng đƣợc thêm vào từ phiên bản 7… Thông qua các dịch vụ
chuyên IMS (ICS), máy chủ trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cải tiến eMSS
và chức năng điều khiển cổng truy cập, trễ PSTN, dịch vụ thoại truyền thống và
mạng thoại 2G/3G, ngƣời dùng có thể kết nối tới phần tử dịch vụ IMS.
Bên cạnh kiến trúc độc lập về truy cập, IMS còn dựa trên kiến trúc phân
tầng, có nghĩa là các dịch vụ vận chuyển đƣợc tách rời ra khỏi mạng báo hiệu và các
dịch vụ quản lý phiên. Các dịch vụ tiếp theo hoạt động ở trên cùng của mạng báo
hiệu IMS. Cách tiếp cận phân tầng tập trung vào việc tối thiểu hóa sự phụ thuộc
giữa các tầng và tăng cƣờng tầm quan trọng của tầng ứng dụng. Khi các ứng dụng
độc lập và các chức năng chung đƣợc cung cấp bởi nền tảng mạng IMS, cùng một
ứng dụng có thể chạy trên nhiều thiết bị đầu cuối với nhiều phƣơng thức truy cập
khác nhau. Các dịch vụ khác nhau có những yêu cầu khác nhau, điều này có nghĩa
là để thực hiện các dịch vụ khác nhau mạng lƣới cần phải đƣợc trang bị các cơ chế
điều khiển truy cập và điều khiển dịch vụ cho các dịch vụ đa phƣơng tiện.
1.3.1.4. Quản lý chất lƣợng dịch vụ kiểm soát chính sách IP
Trên mạng internet độ trễ có thể rất cao và biến động, các gói tin bị sai thứ tự
và có thể bị mất. Điều này không thể chấp nhận đƣợc với VoLTE. Nền tảng truy

cập và vận chuyển của mạng lƣới cùng với IMS sẽ cung cấp chất lƣợng dịch vụ
tổng thể. Thông qua IMS thiết bị đầu cuối yêu cầu về khả năng và chất lƣợng dịch
vụ thông qua quá trình thiết lập hoặc chỉnh sửa phiên SIP.
Ngƣời dùng có thể yêu cầu các tham số nhƣ: loại dịch vụ, hƣớng truyền dữ
liệu, tốc độ dịch vụ, kích thƣớc gói, tần số truyền gói, sử dụng RTP cho các loại
dịch vụ và điều chỉnh băng thông. Các thông tin này đƣợc IMS chuyển tới PCRF
21


khi phiên đƣợc thiết lập. PCRF sẽ tạo các chính sách dựa trên dữ liệu phiên và đẩy
các chính sách thích hợp (bao gồm băng thông, các yêu cầu về dịch vụ, bộ lọc gói
IP) tới PGW để tạo luật và thực hiện thiết lập kênh mang trên EPC cho các ứng
dụng IMS nhƣ là thoại. Nhờ có PCRF, IMS có thể điều khiển việc sử dụng lƣu
lƣợng kênh mang hƣớng tới các dịch vụ của IMS. Điều này đòi hỏi việc tƣơng tác
giữa IP-CAN và IMS. Việc thiết lập tƣơng tác có thể đƣợc chia làm 3 loại (3GPP
TS 22.228, 3GPP TS 23.203, 3GPP TS 23.228):
- Thành phần điều khiển chính sách gán các giá trị trong bản SIP để tạo ra
chính sách và các luật điều khiển tính cƣớc cho lƣu lƣợng dịch vụ. Điều này
cho phép các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông có thể tối ƣu tài nguyên
kênh mang cho các kênh SIP.
- Thành phần điều khiển chính sách có khả năng bắt đầu hoặc kết thúc phiên
SIP giữa các điểm đầu cuối. Điều này làm cho nó có khả năng bảo vệ việc sử
dụng các nguồn tài nguyên kênh mang cho tới khi phiên đƣợc thiết lập thành
công và cho phép bắt đầu/kết thúc lƣu lƣợng đồng bộ với việc bắt đầu/kết
thúc tính cƣớc đối với 1 phiên trong IMS.
- Thành phần điều khiển chính sách có khả năng nhận các thông báo khi dịch
vụ IP-CAN đƣợc chỉnh sửa, dừng hoặc giải phóng kênh mang của ngƣời
dùng. Nó cho phép IMS giải phóng các phiên đang diễn ra, ví dụ nhƣ khi
ngƣời dùng không còn trong vùng phủ.
1.3.1.5. Điều khiển dịch vụ

Trong mạng di động CS, chính sách điều khiển dịch vụ cho các thuê bao
ngoại mạng đƣợc sử dụng, điều này có nghĩa là khi ngƣời dùng chuyển mạng, một
thực thể trong mạng khách sẽ cung cấp các dịch vụ và điều khiển lƣu lƣợng cho
ngƣời dùng. Thực thể này đƣợc gọi là trung tâm chuyển mạch dịch vụ cho các thuê
bao ngoại mạng. Trong giai đoạn đầu của phiên bản 5, 2 mô hình điều khiển dịch vụ
cho thuê bao nội mạng và ngoại mạng đều đƣợc hỗ trợ. Việc hỗ trợ 2 mô hình này
đòi hỏi mỗi 1 vấn đề phải có hơn 1 giải pháp, hơn nữa nó sẽ làm giảm số lƣợng giải
pháp kiến trúc tối ƣu, các giải pháp đơn giản sẽ không phù hợp với cả 2 mô hình.
22


Việc hỗ trợ cả 2 giải pháp cũng có nghĩa là cần phải mở rộng các giao thức IETF và
tăng các công việc liên quan tới việc đăng ký và phiên. Điều khiển dịch vụ cho thuê
bao ngoại mạng sẽ bị bỏ bởi vì giải pháp này quá phức tạp mà nó không cung cấp
thêm bất cứ giá trị gia tăng nào nếu so sánh với điều khiển dịch vụ cho thuê bao nội
mạng. Trái lại, việc điều khiển dịch vụ cho các thuê bao ngoại mạng cũng có một số
hạn chế nhất định, nó yêu cầu các mô hình chuyển vùng và các mối quan hệ đa dạng
giữa các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông. Việc phát triển dịch vụ sẽ chậm hơn
cho cả mạng chủ và mạng khách, và giảm trải nghiệm ngƣời dùng. Thêm vào đó, số
lƣợng các nhà cung cấp dịch vụ kết nối liên mạng tăng, yêu cầu các giải pháp phức
tạp (cho bảo mật và tính cƣớc). Do vậy điều khiển dịch vụ cho các thuê bao nội
mạng đƣợc lựa chọn, có nghĩa là các phần tử có khả năng truy cập của thuê bao và
tƣơng tác trực tiếp với các nền tảng dịch vụ luôn luôn là mạng chủ.
1.3.1.6. Tƣơng tác với các mạng khác
Mạng IMS đƣợc triển khai trên thế giới tại các thời điểm khác nhau. Hơn nữa
ngƣời dùng có thể không chuyển thiết bị đầu cuối một cách nhanh chóng, việc này
làm xuất hiện các vấn đề về việc kết nối ngƣời dùng không phụ thuộc vào thiết bị
đầu cuối mà họ sử dụng và nơi mà họ sinh sống. Để có thể thành công, kiến trúc
mạng IMS có thể kết nối càng nhiều ngƣời dùng càng tốt. Vì thế mạng IMS hỗ trợ
giao tiếp với ngƣời dùng sử dụng PSTN, mobile internet. Thêm vào đó IMS cũng

cần có khả năng hỗ trợ các phiên ứng dụng internet đƣợc phát triển bên ngoài chuẩn
3GPP.
1.3.1.7. Tính cƣớc
Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ tính cƣớc là tính năng bắt buộc của
mọi mạng. Kiến trúc IMS cho phép sử dụng nhiều mô hình tính cƣớc khác nhau ví
dụ nhƣ khả năng tính cƣớc chỉ cho bên gọi, hoặc tính cƣớc cả bên gọi và bên nghe
dựa trên số lƣợng tài nguyên đƣợc sử dụng ở tầng vận chuyển. Vì các phiên IMS có
thể có các thành phần đa phƣơng tiện nhƣ thoại, video nên cần phải có cơ chế tính
cƣớc cho từng thành phần đó. Điều này cho phép tính cƣớc cho bên nghe nếu họ sử

23


dụng các thành phần đa phƣơng tiện khác. Điều này cũng yêu cầu các mạng IMS
khác nhau có thể trao đổi thông tin về tính cƣớc.
Kiến trúc IMS hỗ trợ cả khả năng tính cƣớc online và offline. Tính cƣớc
online là quá trình tính cƣớc mà các thông tin tính cƣớc có thể ảnh hƣởng tới phiên
dịch vụ một cách trực tiếp trong thời gian thực. Trong thực tế nhà cung cấp dịch vụ
có thể kiểm tra tài khoản ngƣời dùng trƣớc khi họ bắt đầu một phiên và có thể dừng
một phiên lại khi tài khoản hết tiền. Dịch vụ trả trƣớc là dịch vụ cần phải có khả
năng tính cƣớc online. Tính cƣớc offline là quá trình tính cƣớc không ảnh hƣởng tới
dịch vụ trong thời gian thực. Đây là mô hình truyền thống, thông tin tính cƣớc đƣợc
thu thập trong những khoảng thời gian nhất định và tới cuối chu kỳ tính cƣớc nhà
cung cấp dịch vụ sẽ gửi hóa đơn tới khách hàng.
Trong VoLTE các mô hình tính cƣớc thƣơng mại đƣợc mong muốn nhƣ sau:
- Miễn phí cƣớc trên EPC cho tất cả các báo hiệu IMS và lƣu lƣợng mặt phẳng
ngƣời dùng IMS.
- Các phần tử IMS thu thập các thông tin tính cƣớc từ các tín hiệu báo hiệu
SIP để tạo ra các bản ghi tính cƣớc CDR.
- PCRF đƣợc sử dụng để xác thực kênh mang, điều khiển việc ngắt các kênh

mang và kết nối các trƣờng hợp lỗi giữa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng
ngƣời dùng.
1.3.1.8. Bảo mật truyền thông
Bảo mật là yêu cầu cốt yếu của mọi mạng di động. Kiến trúc bảo mật của
IMS gồm 3 phần: bảo mật mạng, bảo mật truy cập IMS, xác thực và thiết lập khóa
(AKA).
1.3.2. Các thành phần IMS
Hình 1-2 chỉ ra cấu trúc mạng IMS. Các thành phần chính của mạng lõi IMS
là: Chức năng điều khiển phiên gọi đại diện (P-CSCF), Chức năng điều khiển phiên
gọi phục vụ (S-CSCF), Chức năng điều khiển phiên gọi truy vấn (I-CSCF), Chức
năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF- Breakout Gateway Control Function),

24


Chức năng điều khiển cổng truyền thông (MGCF-Media Gateway Control Function
MGCF) và khối chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện (MRF-Media Resource
Function).

Hình 1-2: Kiến trúc mạng IMS
1.3.2.1. Chức năng điều khiển phiên gọi đại diện (P-CSCF)
P-CSCF là điểm kết nối đầu tiên trong mạng IMS đối với thuê bao IMS trong
mạng truy cập muốn kết nối vào một mạng IMS nào đó. Nó đóng vai trò nhƣ một
đại diện để chấp nhận và phục vụ các yêu cầu từ các đầu cuối SIP tƣơng ứng (user
agent). P-CSCF có thể hoạt động nhƣ một SIP user agent, có nghĩa là nó có thể tạo
ra và kết thúc phiên giao dịch SIP[3].
P-CSCF chuyển tiếp các yêu cầu đăng ký SIP dựa trên tên miền của thuê bao
để tìm ra I-CSCF tƣơng ứng. Các yêu cầu đăng ký SIP đƣợc nhận từ các thiết bị đầu
cuối SIP tƣơng ứng chạy trên các thiết bị của ngƣời dùng. P-CSCF chuyển tiếp bản
tin SIP tới S-CSCF tƣơng ứng - nhận đƣợc trong quá trình đăng ký (một phần của

thủ tục đăng ký là thuê bao sẽ đƣợc gán cho một S-CSCF)

25