Đồ Án Nghiên cứu phương thức truyền tín hiệu thoại trong mạng không dây

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC KIẾN TRÚC MẠNG 3G 2
1.1. Giới thiệu chương. 2
1.2. Sự phát triển từ 2G qua 3G lên 4G 2
1.2.1. Nửa đầu thập kỷ 1990: Viễn thông chủ yếu là thoại 2
1.2.2. Từ 1995 đến 2000: Sự cất cánh của viễn thông di động và Internet 2
1.2.3. Từ 2000 đến 2005: Dot Com suy sụp, xuất hiện Web 2.0 và Mobile Internet 2
1.2.4. Từ 2005 đến nay: Thoại di động phủ sóng toàn cầu, VoIP và Mobile Broadband bắt đầu phổ biến. 3
1.2.5. Tất cả các hệ thống này đều dựa trên IP. 3
1.3. Kiến trúc mạng UMTS. 5
1.3.1. Trạm cơ sở (Base station). 5
1.3.2. Bộ điều khiển mạng vô tuyến (Radio Network Controller - RNC). 7
1.3.3. Trung tâm chuyển kênh di động (MoBile Switching Center - MSC). 7
1.3.4. Thẻ SIM . 8
1.3.5. Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn (Short Message Service Center - SMSC). 8
1.3.6. Các điểm kiểm soát dịch vụ (Service Control Point - SCP). 9
1.3.7. Hệ thống tính cước (Billing). 9
1.3.8. Mạng lõi chuyển gói 10
1.3.9. Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (Serving GPRS Support Node - SGSN). 10
1.3.10. Node hỗ trợ cổng GPRS (Gateway GPRS Support Node - GGSN). 11
1.3.11. Nối kết liên mạng với GSM . 11
1.4. Kiến trúc mạng HSPA - (HSDPA và HSUPA). 12
1.4.1. Các kênh dùng chung (shared channel). 12
1.4.2. Đa mã trải 12
1.4.3. Điều chế cấp cao hơn. 14
1.4.4. Sắp đặt lịch truyền, điều chế và mã hóa, HARQ 15
1.4.5. Cập nhật và chuyển giao cell 16
1.4.6. HSUPA 17
1.5. Kết luận chương. 18
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC BẢO MẬT UMTS. 19
2.1. Giới thiệu chương. 19
2.2. Tổng quan kiến trúc. 19
2.3. Bảo mật mạng truy nhập. 20
2.4. Thỏa thuận khóa và nhận thực UMTS (UMTS AKA). 21
2.5. Thuật toán đảm bảo tính tin cậy và toàn vẹn của bản tin. 24
2.6. Thuật toán mã hóa khối KASUMI 26
2.7. Kết luận chương. 28
Chương 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC TRUYỀN TÍN HIỆU THOẠI TRONG MẠNG KHÔNG DÂY 29
3.1. Giới thiệu chương. 29
3.2. Mạng chuyển mạch giọng nói điện thoại di động. 29
3.2.1. Mạng chuyển mạch. 29
3.2.2. Một mạng vô tuyến âm thanh tối ưu. 30
3.2. 3. Ưu điểm của mạch chuyển mạch. 31
3.3. Chuyển mạch gói điện thoại giọng nói 31
3.3.1. Mạng lưới và các ứng dụng là riêng biệt trong chuyển mạch gói mạng. 32
3.3.2. Kiến trúc mạng không dây cho vận chuyển các gói tin IP. 33
3.3.3. Lợi ích của điện thoại giọng nói di chuyển đến IP. 35
3.3.4. Phát triển điện thoại bằng giọng nói và tích hợp dịch vụ. 36
3.3.5. Điện thoại bằng giọng nói qua IP: Sự kết thúc của sự độc quyền điều hành. 37
3.4. Giao thức khởi tạo phiên SIP. 37
3.4.1. Cấu trúc giao thức SIP. 37
v 3.4.1.1. Chức năng của SIP. 37
v 3.4.1.2. Các thành phần của hệ thống SIP. 37
v 3.4.1.3. Kiến trúc phân lớp. 38
3.4.2. Bản tin SIP. 39
v 3.4.2.1. Cấu trúc chung. 39
v 3.4.2.2. Request-Line trong bản tin yêu cầu. 39
v 3.4.2.3. Status-line trong bản tin trả lời 40
v 3.4.2.4. Các trường tiêu đề. 42
3.4.3. Hoạt động của SIP. 42
v 3.4.3.1. Ví dụ về hoạt động của SIP. 42
v 3.4.3.2. Hoạt động của SIP Client và SIP Server. 43
v 3.4.3.3. Hoạt động của UA (User-Agent). 44
v 3.4.3.4. Hoạt động của SIP Proxy và Redirect Server. 44
3.5. Thoại và các ứng dụng liên quan trên IMS. 45
3.5.1. Kiến trúc IMS cơ bản. 45
v 3.5.1.1. Các phiên đa phương tiện IP. 45
v 3.5.1.2. Kết nối IP. 45
v 3.5.1.3. Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ đa phương tiện IP. 46
v 3.5.1.4. Liên lạc đảm bảo. 46
v 3.5.1.5. Điều chỉnh tính cước. 47
v 3.5.1.6. Hỗ trợ chuyển vùng. 48
v 3.5.1.7. Làm việc tương tác với các mạng khác. 48
v 3.5.1.8. Sự phát triển dịch vụ. 48
v 3.5.1.9. Thiết kế phân lớp. 49
v 3.5.1.10. Truy nhập độc lập. 50
3.5.2. Mô tả các chức năng và các thực thể trong IMS. 50
v 3.5.2.1. Các chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF). 50
v 3.5.2.2. Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF). 51
v 3.5.2.3. Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF). 51
v 3.5.2.4. Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF). 51
v 3.5.2.5. Cơ sở dữ liệu. 52
v 3.5.2.6. Các chức năng dịch vụ. 53
v 3.5.2.7. Các thực thể GPRS. 54
3.5.3. Các giao thức sử dụng trong IMS. 55
v 3.5.3.1. Giao thức khởi tạo phiên SIP – Session Initiation Protocol 55
v 3.5.3.2. Giao thức mô tả phiên SDP – Session Description Protocol 56
v 3.5.3.3. Giao thức truyền tải thời gian thực RTP. 57
v 3.5.3.4. Giao thức điều khiển RTP – RTCP. 58
3.6. Kết luận chương. 59
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hệ thống chuyển kênh với các thành phần mạng xử lý những phần việc chuyên biệt. 4
Hình 1.2: Kiến trúc đôi chuyển kênh và chuyển gói tiêu biểu của các mạng 3G. Thành phần HLR không được trình bày ở đây. 5
Hình 1.3: Kiến trúc của mạng chung GSM/UMTS. 6
Hình 1.4: Tổng quan về các kênh truyền HSDPA hướng xuống. 13
Hình 2.1: Tổng quan về kiến trúc bảo mật UMTS. 19
Hình 2.2: Thỏa thuận khóa và nhận thực. 23
Hình 2.3: Sử dụng thuật toán f9 để tạo Mã nhận thực bản tin (MAC) từ số liệu báo hiệu đầu vào 24
Hình 2.4: Thuật toán f9 đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu. 25
Hình 2.5: Thuật toán f8 sử dụng để mã hóa số liệu người dùng và báo hiệu. 26
Hình 2.6: Cấu trúc thuật toán KASUMI 27
Hình 3.1: Cấp kiến trúc mạng GSM . 30
Hình 3.2: Các kiến trúc mạng UMTS với một chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói một miền 34
Hình 3.3: Các thành phần của hệ thống SIP. 37
Hình 3.4: Hoạt động của SIP. 43
Hình 3.5: Các lựa chọn kết nối IMS khi một người dùng đang chuyển vùng. 46
Hình 3.6: Tổng quan về tính cước trong IMS. 47
Hình 3.7: Các thay đổi chuyển vùng IMS/CS. 48
Hình 3.8: Kiến trúc các lớp và IMS. 49
Hình 3.9: Thiết lập phiên IMS cơ bản và định tuyến S-CSCF. 52
Hình 3.10: Cấu trúc HSS. 53
Hình 3.11: Mối quan hệ giữa các loại server ứng dụng. 54
Hình 3.12: Ngăn xếp giao thức. 56
Hình 3.13: Định dạng gói RTP. 58

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ (TỪ) VIẾT TẮT
[TABLE="width: 576"]
[TR]
[TD]16-QAM
[/TD]
[TD]16-Quadrature Amplitude Modulation
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]3GPP
[/TD]
[TD]3rd Generation Partnership Project
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ACK
[/TD]
[TD]Acknowledgement
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]AKA
[/TD]
[TD]Authentication and Key Agreeent
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]AMC
[/TD]
[TD]Adaptive Modulation and Coding
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]AMF
[/TD]
[TD]Authentication and Key Management Field
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ATM
[/TD]
[TD]Asynchronous Transfer Mode
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]AuC
[/TD]
[TD]Authentication Center
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]AUTN
[/TD]
[TD]Authentication Token
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]AV
[/TD]
[TD]Authentication Vector
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]B3G
[/TD]
[TD]Beyond 3G
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]BGCF
[/TD]
[TD]Border Gateway Control Function
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]BSC
[/TD]
[TD]Base Station Controller
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]CAMEL
[/TD]
[TD]Customeised Applications for Mobile networks Enhanced Logic
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]CDR
[/TD]
[TD]Call Detail Records
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]CSCF
[/TD]
[TD]Call Session Control Function
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DCCH
[/TD]
[TD]Dedicated Control Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DPCCH
[/TD]
[TD]Dedicated Physical Control Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DPDCH
[/TD]
[TD]Dedicated Physical Data Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DSL
[/TD]
[TD]digital subscriber line
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DSLAM
[/TD]
[TD]DSL Access Multiplexer
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DTCH
[/TD]
[TD]Dedicated Traffic Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]E-AGCH
[/TD]
[TD]Enhanced Absolute Grant Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]E-HICH
[/TD]
[TD]Enhanced HARQ Information Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]E-RGCH
[/TD]
[TD]Enhanced Relative Grant Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]GGSN
[/TD]
[TD]Gateway GPRS Support Node
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]GMSC
[/TD]
[TD]Gateway MSC
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]GPRS
[/TD]
[TD]General Packet Radio Service
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]GSM
[/TD]
[TD]Global System for Mobile Commu
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HARQ
[/TD]
[TD]Hybrid Automated Retransmission Request
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HLR
[/TD]
[TD]Home Location Register
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HSDPA
[/TD]
[TD]High-Speed Downlink Packet Access
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HSPA
[/TD]
[TD]High Speed Packet Access
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HS-PDSCH
[/TD]
[TD]High-Speed Physical Downlink Shared Channel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HSS
[/TD]
[TD]Home Subscriber Server
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HS-SCCH
[/TD]
[TD]High-Speed Shared Control CHannel
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HSUPA
[/TD]
[TD]High-Speed Uplink Packet Access
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HTTP
[/TD]
[TD]Hyper Text Transfer Protocol
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]IP
[/TD]
[TD]Internet Protocol
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]MSC
[/TD]
[TD]Mobile Switching Center
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]MSC
[/TD]
[TD]Mobile Services switching Center
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]NACK
[/TD]
[TD]Negative Acknowledgment
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PDA
[/TD]
[TD]Personal Digital Assistants
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PDF
[/TD]
[TD]Policy Decision Function
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PDP
[/TD]
[TD]Packet Data Protocol
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PSTN
[/TD]
[TD]Public Standard Telephone Network
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]QAM
[/TD]
[TD]Quadrature Amplitude Modulation
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]QAM
[/TD]
[TD]Quadrature Amplitude Modulation
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]QoS
[/TD]
[TD]Quality of Service
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]QPSK
[/TD]
[TD]Quadrature/Quaternary Phase Shift Keying
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]RAND
[/TD]
[TD]Random number
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]RNC
[/TD]
[TD]Radio Network Controller
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]RTP
[/TD]
[TD]Real Time Transport Protocol
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SCP
[/TD]
[TD]Service Control Point
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SDP
[/TD]
[TD]Service Delivery Platform
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SGSN
[/TD]
[TD]Serving GPRS Support Node
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SGW
[/TD]
[TD]Signaling Gateway
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SIM
[/TD]
[TD]Subscriber Identity Module
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SIP
[/TD]
[TD]Session Initial Protocol
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SMS
[/TD]
[TD]Short Messaging Service
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TCP
[/TD]
[TD]Transfer Control Protocol
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TRAU
[/TD]
[TD]Transcoding and Rate Adaptation Unit
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]UE
[/TD]
[TD]User Equipment
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]UMTS
[/TD]
[TD]Universal Mobile Telecommunication System
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]USIM
[/TD]
[TD]UMTS Subscriber Identity Module
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]UTRAN
[/TD]
[TD]UMTS Terrestrial Radio Access Network
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]VLR
[/TD]
[TD]Visitor Location Register
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]VoIP
[/TD]
[TD]Voice over IP
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các mạng thoại tổ ong (cellular telephone network, hay ngắn gọn hơn: cellular network) đã biến đổi thành những mạng truy cập chuyển gói rất mạnh mẽ, phục vụ cho cả truyền thoại lẫn truy cập Internet. Các mạng 3.5G hiện tại, chẳng hạn như UMTS/HSDPA và CDMA 1xEvDO, giờ đây đã cung cấp những thông lượng lên đến vài Mbps cho những người dùng riêng rẽ, và khả năng truy cập di động vào Internet từ các thiết bị cầm tay và máy tính xách tay không còn được xem là thấp hơn một mối nối kết DSL hoặc cáp nữa.
Mặc dù vậy, nhưng việc truyền tín hiệu thoại trong các mạng không dây hiện nay vẫn đặt lên hàng đầu. Ngoài việc tăng các dịch vụ giá trị gia tăng, các nhà mạng hiện nay cũng luôn cố gắng để việc truyền tín hiệu thoại được tốt nhất. Điều này sẽ giúp các nhà mạng thu hút và giữ khách hàng của họ, nâng cao lợi thế cạnh tranh trên thị trường.
Đồ án này sẽ nói về “Nghiên cứu phương thức truyền tín hiệu thoại trong mạng không dây”. Đồ án gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về kiến trúc mạng 3G.
Chương 2: Tổng quan kiến trúc bảo mật UMTS.
Chương 3: Nghiên cứu phương thức truyền tín hiệu thoại trong mạng không dây.
Đồ án đã trình bày kiến trúc mạng UMTS, HSPA. Và đặc biệt chủ yếu đi sâu vào tìm hiểu quá trình truyền thoại thông qua giao thức IP, kiến trúc và chức năng và hoạt động của giao thức tạo phiên SIP; về các chức năng điều khiển cuộc gọi, về các giao thức như SIP, SDP, RTP trong phân hệ IMS của mạng không dây.
Dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức còn hạn chế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong quý thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.