Tài liệu Các giải pháp hình thành mạng hội tụ fmc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÙI XUÂN HẠNH CÁC GIẢI PHÁP HÌNH THÀNH MẠNG HỘI TỤ FMC LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÙI XUÂN HẠNH CÁC GIẢI PHÁP HÌNH THÀNH MẠNG HỘI TỤ FMC Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ NHẬT THĂNG Hà Nội – 2010 1 MỤC LỤC ========== MỤC LỤC ................................................................................................................... 1 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................ 3 DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................... 7 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG HỘI TỤ FMC ....................................... 11 1.1. Giới thiệu chung về mạng hội tụ FMC ......................................................... 11 1.2. Tính tất yếu của mạng hội tụ giữa cố định và di động ................................. 12 1.3. Hƣớng tiếp cận hội tụ cố định – di động....................................................... 14 1.4. Các nghiên cứu chuẩn hoá mạng hội tụ ....................................................... 16 1.4.1. Cấu trúc mạng hội tụ của 3GPP ................................................................ 16 1.4.2. Cấu trúc mạng hội tụ của 3GPP2............................................................... 21 1.4.3. Cấu trúc mạng hội tụ của TISPAN ............................................................ 22 1.4.4. So sánh, phân tích các cấu trúc IMS của 3GPP, 3GPP2 TISPAN .............. 24 1.5. Cấu trúc mạng hội tụ FMC ........................................................................... 24 1.5.1. Lớp quản lý ứng dụng ............................................................................... 25 1.5.2. Lớp điều khiển .......................................................................................... 28 1.5.3. Lớp truyền tải ........................................................................................... 31 1.5.3.1. Phân lớp điều khiển truyền tải ............................................................ 31 1.5.3.2. Các chức năng truyền tải .................................................................... 32 1.5.4. Lớp mạng truy nhập .................................................................................. 35 1.5.4.1. Phương thức truy nhập xDSL ............................................................. 35 1.5.4.2. Phương thức truy nhập WLAN ........................................................... 37 1.5.4.3. Phương thức truy nhập UMTS ............................................................ 38 1.6. Kết luận chƣơng 1 ......................................................................................... 40 CHƢƠNG 2: VẤN ĐỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG HỘI TỤ ........ 41 2.1. Các yếu tố chính ảnh hƣởng tới QoS trên mạng FMC ................................ 41 2.2. Dịch vụ trên mạng FMC ............................................................................... 41 2.2.1. Phân loại dịch vụ hội tụ............................................................................. 42 2.2.2. Các tham số về chất lượng dịch vụ ............................................................ 44 2.2.3. Chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối (E2E QoS)........................... 44 2.3. Mô hình quản lý QoS trên mạng FMC ......................................................... 46 2.4. Giải pháp QoS cho các đoạn mạng FMC ..................................................... 50 2.4.1. Giải pháp QoS trên mạng lõi ..................................................................... 50 2.4.1.1. Dịch vụ tích hợp - Intserv ................................................................... 51 2.4.1.2. Dịch vụ phân biệt - Diffserv ............................................................... 55 2.4.2. Giải pháp QoS trên mạng truy nhập .......................................................... 57 2 2.4.2.1. Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong mạng truy nhập cố định ........ 57 2.4.2.2. Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong mạng truy nhập vô tuyến ...... 59 2.5. Một số vấn đề cần quan tâm để đảm bảo QoS khi xây dựng FMC ............. 60 2.6. Kết luận chƣơng 2 ......................................................................................... 62 CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP HÌNH THÀNH MẠNG HỘI TỤ FMC ............. 63 3.1. Các yếu tố tác động đến sự hội tụ ................................................................. 64 3.2. Hội tụ cố định - di động dựa trên công nghệ UMA ...................................... 64 3.2.1. Giải pháp sử dụng công nghệ UMA .......................................................... 64 3.2.2. Công nghệ UMA và xu hướng tích hợp cố định - di động FMC ................ 68 3.3. Hội tụ cố định - di động dựa trên công nghệ Femtocell ............................... 71 3.3.1. Giải pháp sử dụng công nghệ Femtocell .................................................... 71 3.3.2. Các giải pháp cho phép kết nối từ Femtocell đến mạng lõi di động ........... 72 3.4. Hội tụ mạng cố định - di động dựa trên IMS ............................................... 74 3.4.1. Kiến trúc IMS ........................................................................................... 75 3.4.1.1. Lớp dịch vụ ........................................................................................ 76 3.4.1.2. Lớp điều khiển lõi (lớp lõi IMS) ......................................................... 77 3.4.1.3 Lớp truyền tải ...................................................................................... 79 3.4.2. Kiến trúc IMS và mạng hội tụ FMC .......................................................... 81 3.5. Mối quan hệ giữa các giải pháp hội tụ FMC ................................................ 82 3.6. Xây dựng giải pháp hội tụ FMC của Việt Nam............................................ 84 3.6.1. Hiện trạng mạng viễn thông ...................................................................... 84 3.6.1.1. Hiện trạng mạng cố định..................................................................... 84 3.6.1.2. Hiện trạng mạng di động .................................................................... 87 3.6.2. Phương án phát triển mạng viễn thông ...................................................... 87 3.6.2.1. Phương án phát triển mạng cố định..................................................... 88 3.6.2.2. Phương án phát triển mạng di động .................................................... 89 3.6.3. Xây dựng cấu hình mạng hội tụ FMC của Việt Nam ................................. 92 3.7. Một số vấn đề cần quan tâm khi triển khai IMS hƣớng tới FMC............... 96 3.8. Kết luận chƣơng 3 ......................................................................................... 99 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 101 3 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ========== Từ viết tắt Từ gốc tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AMR Adaptive Multi-Rate Đa tốc độ thích ứng API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng AS Application Server Máy chủ ứng dụng ARPU Average Revenue Per User Doanh thu bình quân trên thuê bao BCSM Basic Call State Model Mô hình trạng thái cuộc gọi cơ bản BHCA Busy Hour Call Attemption Cuộc gọi trong giờ cao điểm BG Border Gateway Cổng chuyển tiếp biên Breakout Gateway Control Function Bearer Service Chức năng điều khiển chuyển tiếp ra mạng ngoài Dịch vụ kênh mang Logic mở rộng dịch vụ di động CAP Customised Application Mobile Enhanced Logic Camel Application Part CAPEX CAPital Expenditure Chi phí đầu tư CC Call Control Điều khiển cuộc gọi OPEX Operational Expenditure Chi phí duy trì hoạt động CDR Charging Data Record Bản ghi cước CN Core Network Mạng lõi CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call Session Control Function CSE DNS CAMEL Service Environment Dynamic Host Configuration Protocol Domain Name System ENUM E.164 Number Đánh số theo chuẩn E.164 GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ chuyển tiếp GPRS FMC Fixed Mobile Convergence Hội tụ cố định và di động BGCF BS CAMEL DHCP Thành phần ứng dụng Camel Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi Môi trường dịch vụ CAMEL Giao thức cung cấp địa chỉ IP động Hệ thống tên miền 4 Group and List Management Server Gateway Mobile Location Centre Máy chủ quản lý nhóm và danh sách GUP Generic User Profile HSS Home Subscriber Server Dữ liệu chung của thuê bao Máy chủ chứa dữ liệu của thê bao mạng chủ IBCF Interconnection Border Control Function Chức năng điều khiển kết nối biên I CSCF Interrogating CSCF IETF Internet Engineering Task IM IP Multimedia IMS IP Multimedia Subsystem IP International Mobile Subscriber Identifier Internet Protocol CSCF truy vấn Hiệp hội kỹ sư tham gia phát triển về internet Đa phương tiện trên nền giao thức IP Phân hệ đa phương tiện trên nền giao thức IP Định danh của thuê bao phạm vi toàn cầu Giao thức internet IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức IP phiên bản 4 IPv6 Internet Protocol version 6 GLMS GMLC IMSI IP-CAN IM ISDN Trung tâm định vị di động Giao thức IP phiên bản 6 Mạng truy nhập chuyển đổi kết nối IP-Connectivity Access Network dùng Ipv4 sang dùng Ipv6 Instant Message Tin nhắn tức thời Integrated Service Digital Mạng tích hợp các dịch vụ số Network ISIM IMS SIM Modul nhận dạng của thuê bao IMS ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN IWF InterWorking Function Chức năng kết nối liên mạng MAP Mobile Application Part Thành phần ứng dụng di động MGF Media Gateway Control Function Media Gateway Function Chức năng điều khiển bộ chuyển tiếp dữ liệu Chức năng chuyển tiếp dữ liệu NAI Network Access Identifier Định danh truy nhập mạng NASS Network Attachment SubSystem Phân hệ tài nguyên kết nối mạng OSA Open Service Architecture MGCF Kiến trúc dịch vụ mở 5 P-CSCF Proxy CSCF CSCF Proxy PDF Policy Decision Function Chức năng đưa ra các chính sách PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói PDP Packet Data Network Protocol Giao thức của mạng dữ liệu gói PEF Policy Enforcement Function Chức năng thực hiện chính sách PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSI Nhận dạng dịch vụ công cộng QoS Public Service Identity Public Switched Telephone Network Quality of Service RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến PSTN Mạng chuyển mạch thoại công cộng Chất lượng dịch vụ RFC Resource and Admission Control Phân hệ điều khiển chấp nhận kết Subsystem nối và tài nguyên Request For Comments Yêu cầu của các khuyến nghị RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RSVP Resource Reservation Protocol SBLP Service Based Local Policy S-CSCF Serving CSCF Giao thức dành trước tài nguyên Chính sách nội bộ căn cứ theo dịch vụ CSCF phục vụ SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ cung cấp dịch vụ GPRS SLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê bao SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ SS7 Signalling System 7 Báo hiệu số 7 SIM Subscriber Identity Module Modul định danh thuê bao SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SGW Signalling GateWay Chuyển tiếp báo hiệu UE User Equiment Đầu cuối của thuê bao UMA Unlicensed Mobile Access Universal Mobile Telecommunication System Truy nhập di động không cấp phép Hệ thống truyền thông di động toàn cầu RACS UMTS 6 URL Universal Resource Locator USIM UMTS SIM VoIP Voice over IP Định vị tài nguyên Modul định danh của thuê bao thuộc mạng UMTS Thoại qua giao thức IP VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây 7 DANH MỤC HÌNH VẼ ========== Hình 1-1. Mạng hội tụ giữa cố định và di động .......................................................... 11 Hình 1-2. Tính tất yếu của mạng hội tụ cố định di động ............................................. 12 Hình 1-3. Hội tụ về thiết bị ........................................................................................ 15 Hình 1-4. Hội tụ về mạng .......................................................................................... 15 Hình 1-5. Cấu trúc FMC theo 3GPP .......................................................................... 17 Hình 1-6. Cấu trúc FMC theo 3GPP2......................................................................... 21 Hình 1-7. Cấu trúc FMC theo TISPAN ...................................................................... 22 Hình 1-8. Kiến trúc chức năng mạng hội tụ FMC ...................................................... 25 Hình 1-9. Cấu trúc mạng hội tụ FMC theo mô hình của TISPAN .............................. 25 Hình 1-10. Kiến trúc chức năng phân hệ NASS ......................................................... 31 Hình 1-11. Kiến trúc chức năng RACS ...................................................................... 32 Hình 1-12. Tổng quan chức năng truyền tải ............................................................... 32 Hình 1-13. Các phương thức truy nhập mạng FMC.................................................... 35 Hình 1-14. Mô hình cung cấp dịch vụ xDSL truyền thống ......................................... 36 Hình 1-15. Mô hình cung cấp dịch vụ xDSL trong mạng FMC .................................. 36 Hình 1-16. Mô hình cung cấp dịch vụ WLAN truyền thống ....................................... 37 Hình 1-17. Mô hình cung cấp dịch vụ WLAN trong mạng FMC ................................ 37 Hình 1-18. Mô hình cung cấp dịch vụ UMTS truyền thống ........................................ 38 Hình 1-19. Mô hình cung cấp dịch vụ UMTS trong mạng FMC ............................... 39 Hình 2-1. Chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối cho mạng FMC .................... 45 Hình 2-2. Mô hình chức năng QoS trên mạng FMC ................................................... 47 Hình 2-3. Lưu đồ xử lý về QoS trong mặt phẳng điều khiển ...................................... 48 Hình 2-4. Mô hình về QoS trong mặt phẳng quản lý .................................................. 50 Hình 2-5. Mô hình QoS nội miền và liên miền ........................................................... 51 Hình 2-6. Mô hình dịch vụ IntServ ............................................................................ 51 Hình 2-7. Mô hình IntServ sử dụng RSVP ................................................................. 52 Hình 2-8. Giao thức RSVP......................................................................................... 53 Hình 2-9. Cơ chế làm việc của RSVP ........................................................................ 54 Hình 2-10. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng ............................................... 56 Hình 2-11. Kiến trúc QoS trong phân vùng mạng truy nhập (3GPP) .......................... 57 Hình 3-1. Cấu trúc sơ đồ khối chức năng của hệ thống UMA .................................... 65 Hình 3-2. Ứng dụng công nghệ UMA trong mạng GSM ............................................ 68 Hình 3-3. Mạng di động GSM và UMTS sử dụng kết hợp UMA ............................... 69 Hình 3-4. Kiến trúc giải pháp Femtocell .................................................................... 72 Hình 3-5. Bộ tập trung Iu (hay Femtocell GateWay–FGW) ...................................... 73 Hình 3-6. Giải pháp GAN Femtocell và Wi-Fi ........................................................... 73 Hình 3-7. Giải pháp IMS Femtocell ........................................................................... 74 Hình 3-8. Cấu trúc phân lớp IMS ............................................................................... 75 8 Hình 3-9. Mô hình kết nối các mạng vào mạng lõi IMS ............................................. 81 Hình 3-10. Triển khai các dịch vụ IMS bên trong mạng UMA ................................... 82 Hình 3-11. Sơ đồ đấu nối mạng NGN của VNPT ....................................................... 86 Hình 3-12. Sơ đồ mạng di động GSM ........................................................................ 87 Hình 3-13. Ánh xạ thực thể trong NGN sang kiến trúc FMC của TISPAN ................. 88 Hình 3-14. Chuyển đổi phần mạng lõi chuyển mạch kênh sang mạng IP.................... 89 Hình 3-15. Bổ sung chức năng điều khiển phiên vào lớp điều khiển mạng ................. 90 Hình 3-16. Mạng tuân thủ IMS .................................................................................. 91 Hình 3-17. Hệ thống di động cố định sau khi nâng cấp .............................................. 92 Hình 3-18. Tích hợp lớp ứng dụng ............................................................................. 93 Hình 3-19. Mạng hội tụ cố định và di động FMC ....................................................... 94 Hình 3-20. Cấu hình mạng hội tụ với một vùng IMS riêng biệt .................................. 95 Hình 3-21. Cấu hình mạng hội tụ với hai vùng IMS ................................................... 96 9 MỞ ĐẦU Hội tụ là một xu hướng chắc chắn diễn ra trong lĩnh vực viễn thông. Vấn đề đặt ra với các nhà khai thác dịch vụ là cần phải lường trước được những thách thức sẽ đến trong hội tụ, ví dụ kiến trúc của mạng lưới trong hội tụ sẽ ra sao, các mô hình chuyển đổi từ mạng hiện tại sang mạng FMC như thế nào? làm thế nào để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng FMC? Các nhà khai thác dịch vụ cũng phải tính toán đến chi phí đầu tư hạ tầng, thiết bị mạng, quản lý vận hành trong một tầm nhìn xa hơn chứ không chỉ nhìn vào chi phí đầu tư hoặc chi phí vận hành một cách riêng biệt như hiện nay. Việt Nam đã có một hạ tầng viễn thông khá hiện đại với đường trục truyền dẫn dung lượng cao, mạng VoIP phủ rộng toàn quốc, các ứng dụng mới nhất dựa trên kiến trúc mạng NGN phát triển mạnh. Bởi vậy, việc nghiên cứu các giải pháp để hình thành mạng hội tụ ở thời điểm này là một yếu tố quan trọng và có ý nghĩa khoa học trong việc xây dựng mạng hội tụ FMC ở Việt Nam. Khái niệm hội tụ là một khái niệm mở, trong khuôn khổ của đề tài này chỉ đưa ra kiến trúc chung của mạng hội tụ. Việc hội tụ dịch vụ hay thiết bị đầu cuối nằm ngoài phạm vi của đề tài này. Tuy nhiên, lợi ích của hội tụ dịch vụ hay thiết bị có ảnh hưởng không nhỏ đến thành công của dịch vụ mạng, do đó các hướng tiếp cận hội tụ này cũng cần được xem xét. Để làm rõ các vấn đề lý luận và đưa ra giải pháp hình thành mạng hội tụ cũng như khả năng ứng dụng vào Việt Nam của mạng hội tụ giữa cố định và di động FMC, luận văn được chia ra làm 3 chương: Chƣơng 1: Tổng quan về mạng hội tụ FMC Trong chương này, đề cập đến các vấn đề chung nhất về mạng FMC, tại sao cần phải có mạng hội tụ giữa cố định - di động và các nghiên cứu chuẩn hóa mạng FMC để đề xuất cấu trúc chung cho mạng hội tụ, đồng thời xem xét đến mô hình của các mạng hiện tại khi chuyển sang mạng hội tụ FMC. Chƣơng 2: Vấn đề chất lƣợng dịch vụ trên mạng hội tụ Trong chương này, sẽ phân tích một số vấn đề về chất lượng dịch vụ QoS trong mạng FMC, nghiên cứu một số giải pháp đảm bảo QoS cho các đoạn mạng FMC, trên cơ sở đó đưa ra một số vấn đề về QoS cần quan tâm khi xây dựng mạng FMC. 10 Chƣơng 3: Các giải pháp hình thành mạng hội tụ FMC Trong chương này, sẽ thảo luận đến một số công nghệ điển hình có thể đem lại sự hội tụ giữa cố định - di động và phân tích khả năng ứng dụng triển khai trong thực tiễn tại Việt Nam trên cơ sở nghiên cứu hiện trạng mạng viễn thông của VNPT. Với luận văn này, học viên muốn tìm hiểu các vấn đề chung nhất về mạng FMC, các giải pháp hình thành mạng và khả năng ứng dụng tại Việt Nam trong xu thế chung của ngành viễn thông. Do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo không nhiều và sự hiểu biết về vấn đề này còn hạn chế, luận văn sẽ còn nhiều thiếu sót, học viên mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè quan tâm đến lĩnh vực này. 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG HỘI TỤ FMC Thế giới viễn thông hiện tại phân chia khá rõ rệt thành hai mảng tách biệt: viễn thông cho thuê bao di động và cho thuê bao cố định. Để cung cấp dịch vụ cho hai nhóm thuê bao này các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng kiến trúc mạng khác nhau, phần tử thiết bị mạng khác nhau, cũng như mô hình kinh doanh và thậm chí cơ cấu tổ chức khác nhau. Sự phân chia tách biệt này là chấp nhận được chừng nào hai thị truờng di động và cố định đều phát triển mạnh. Tuy nhiên thời gian gần đây, dưới áp lực cạnh tranh gia tăng, doanh thu bình quân trên thuê bao (ARPU) giảm mạnh, các nhà cung cấp dịch vụ đang phải đối đầu với bài toán phải cắt giảm chi phí cùng với việc tạo ra các dịch vụ mới, riêng biệt và hấp dẫn người dùng. Trong bối cảnh này, một xu hướng đang hình thành trong cộng đồng viễn thông, đó là xu hướng hội tụ di động với cố định FMC (Fixed Mobile Convergence). Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu các vấn đề chung về mạng FMC, tại sao cần phải có mạng hội tụ giữa cố định - di động và các nghiên cứu về tiêu chuẩn mạng FMC để đề xuất cấu trúc chung cho mạng hội tụ, đồng thời xem xét đến mô hình của các mạng hiện tại khi chuyển sang mạng hội tụ FMC. 1.1. Giới thiệu chung về mạng hội tụ FMC Khi mới được đề cập đến trong ngành công nghiệp viễn thông, khái niệm hội tụ di động - cố định (Fixed Mobile Convergence - FMC) ngụ ý tới sự tích hợp của các công nghệ mạng có dây và không dây. Ngày nay, FMC không đơn thuần là hình thức hội tụ cụ thể nói trên, nó đã trở thành một khái niệm rộng lớn về sự hội tụ giữa các ngành công nghiệp truyền thông, dữ liệu và viễn thông. Hình 1-1 [32] thể hiện sự hội tụ giữa mạng cố định và di động dựa trên kiến trúc mạng lõi IMS. Hình 1-1. Mạng hội tụ giữa cố định và di động 12 Mạng hội tụ FMC cho phép khách hàng truy nhập đến rất nhiều dịch vụ liên lạc, thông tin và giải trí với chất lượng dịch vụ ổn định, độc lập với thiết bị truy nhập, mạng truy nhập hay vị trí sử dụng của khách hàng. Động lực chính cho việc triển khai FMC và thành công trong kinh doanh là sự gia tăng cạnh tranh do thị trường bão hòa hoặc nhu cầu tích hợp đối với các dịch vụ thay thế cố định của nhà khai thác di động. Những nhà khai thác mạng, nếu không hướng tới sự hội tụ, cho phép sự tham gia của các nhà phát triển thứ ba sẽ bị giảm sức cạnh tranh và lợi nhuận thu được. 1.2. Tính tất yếu của mạng hội tụ giữa cố định và di động Hội tụ trở thành một hướng đi tất yếu của ngành viễn thông trong tương lai. Khả năng cung cấp dịch vụ mới là một trong những tiêu chí hàng đầu của các nhà khai thác mạng. Tại sao hội tụ cố định – di động lại có sức hấp dẫn đến thế đối với cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ? Câu trả lời nằm gói gọn trong 4 từ bắt đầu bằng chữ C, đó là: Cost, Coverage, Capacity và Convenience được thể hiện như trên Hình 1-2, [26]. Hình 1-2. Tính tất yếu của mạng hội tụ cố định di động Cost (chi phí): việc giảm chi phí là một động lực cơ bản và quan trọng nhất cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người dùng. Thực tế, nhà cung cấp mạng di động dùng giải pháp hội tụ FMC để thay thế những loại hình truy nhập tốn kém (dùng mạng xDSL để chuyển tải thông tin thay vì mạng riêng của nhà cung cấp mạng di động), đồng thời sẽ tăng được vùng phủ sóng (thông qua Femtocell hay WiFi) trong các toà nhà… Chính điều này đã làm giảm đáng kể chi phí triển khai và vận hành (OPEX và CAPEX). Lợi ích về phía người dùng là họ sẽ được hưởng các mức giá ưu đãi khi dùng dịch vụ thoại tại nhà (thông qua WiFi hay Femtocell). Về phía nhà cung cấp dịch vụ, với giải pháp này họ có thể tích hợp 13 nhiều dịch vụ truyền thông như di động, tổng đài PBX cố định, mạng bộ đàm, mạng nội bộ… từ đó giảm chi phí quản lý, giảm chi phí cho thiết bị đầu cuối, giảm chi phí dịch vụ hàng tháng. Coverage (vùng phủ sóng): giải pháp hội tụ cố định di động giúp cho các nhà cung cấp mạng di động dễ dàng lấp đầy các khoảng trống phủ sóng radio trong các toà nhà cũng như những khu vực xa xôi mà không cần thiết phải triển khai cơ sở hạ tầng mạng di động. Đối với khu vực xa xôi, việc triển khai các trạm phát sóng, triển khai đường trục backbone để phục vụ một số ít người dùng là quá tốn kém và không mang lại nhiều lợi nhuận. Trong trường hợp đó, chỉ cần cung cấp dịch vụ di động tại một số phạm vi như văn phòng, trong nhà, một vài nơi công cộng là đã đủ đáp ứng nhu cầu cho người dùng. Nói rộng ra, trong hội tụ mạng nói chung thì vấn đề tương trợ nhau về vùng phủ sóng giữa nhiều công nghệ khác nhau vẫn giữ nguyên giá trị của nó. Capacity (dung lƣợng): hội tụ cố định - di động là một giải pháp để tăng dung lượng đỉnh (peak capacity) của một mạng một cách nhanh chóng và không tốn kém. Rõ ràng khả năng của mạng di động là có hạn, trong khi đó mạng cố định IP thì lại có băng thông rộng, có khả năng vận tải khối lượng lớn dữ liệu. Do đó, đối với các ứng dụng như video treaming, chia sẻ nội dung…tại từng thời điểm, người dùng sẽ được chuyển giao sang kết nối với mạng WiFi, WiMax để giảm bớt tải trên mạng di động. Điều này liên quan đến việc cân bằng tải (load balancing) liên mạng cũng như liên quan đến việc quản lý tài nguyên một cách tối ưu (radio resource management). Do vậy, nó cũng liên quan đến việc cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) cho người dùng. Convenience (tiện nghi): hội tụ cố định - di động cải tiến đáng kể tính hữu dụng của các dịch vụ cũng như cung cấp nhiều tiện nghi cho người dùng bằng nhiều cách khác nhau. Người dùng chỉ cần một thiết bị, một hợp đồng dịch vụ, có thể dùng nhiều loại dịch vụ và chỉ phải trả một biên lai thu tiền hàng tháng. Chính điều này sẽ làm giảm tỉ lệ thuê bao bỏ nhà cung cấp dịch vụ này sang dùng dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ khác, đồng thời tăng doanh thu bình quân của một thuê bao/tháng (ARPU - Average Revenue Per User). Trên thực tế, sự hội tụ đã và đang diễn ra, các công nghệ của mạng 2,5/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng. Một số dịch vụ trước kia chỉ được cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, hiện tại đã có thể được cung cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác. Ví dụ, từ điện thoại cố định có thể gửi SMS tới máy di động, thông qua máy di động có thể truy nhập Internet. Một số dịch vụ đa phương tiện có thể cung cấp cho cả thuê bao di động và thuê bao cố định. Các vấn đề hội tụ trên xuất phát từ 14 yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó. Để có thể cung cấp đồng thời dịch vụ như vậy phải có phương án cụ thể triển khai cho từng dịch vụ. 1.3. Hƣớng tiếp cận hội tụ cố định – di động Mạng hội tụ FMC cho phép khách hàng truy nhập đến rất nhiều dịch vụ liên lạc, thông tin hoặc giải trí với chất lượng dịch vụ ổn định, độc lập với thiết bị truy nhập, mạng truy nhập hay vị trí sử dụng của khách hàng. Việc hội tụ giữa mạng cố định và di động dựa trên 3 hướng tiếp cận, đó là: hội tụ dịch vụ, hội tụ thiết bị và hội tụ mạng [29]. Hội tụ về dịch vụ: cung cấp các dịch vụ dùng chung cho cả cố định và di động. Hội tụ dịch vụ là khả năng truyền tải dịch vụ đến thuê bao sử dụng bất kỳ một thiết bị cầm tay sử dụng bất kỳ công nghệ truy nhập nào. Khi hội tụ về dịch vụ, các vấn đề về quản lý chất lượng dịch vụ, tính cước, nhận thực, quản trị dịch vụ, phát triển dịch vụ của di động và cố định không có sự khác biệt. Như vậy, thời gian cung cấp dịch vụ mới sẽ nhanh hơn, đơn giản hơn. Các nhà khai thác dịch vụ FMC có chung một môi trường thực thi dịch vụ nên chất lượng dịch vụ sẽ tốt hơn, các loại hình dịch vụ sẽ được phát triển đa dạng hơn. Hội tụ về thiết bị: sự hội tụ về thiết bị có thể được coi là kết quả từ việc hội tụ về mạng. Hội tụ về thiết bị sử dụng một hạ tầng thiết bị chung, các thiết bị chuyển mạch và máy chủ được dùng chung cho thuê bao di động và cố định. Hình 1-3 đưa ra hướng tiếp cận hội tụ cố định – di động dựa trên sự hội tụ về thiết bị. Hội tụ về thiết bị được thực hiện trên cả 4 phân lớp:  Lớp ứng dụng: sử dụng chung máy chủ cung cấp dịch vụ cho cả hai mạng.  Lớp điều khiển: sử dụng chung các thiết bị điều khiển như Softswitch (hoặc IMS), các thiết bị quản lý kết nối, cổng báo hiệu…  Lớp truyền tải: sử dụng cùng một phương tiện truyền dẫn, các cổng phương tiện, các thiết bị chuyển mạch.  Lớp truy nhập: có thể sử dụng cùng một thiết bị truy nhập hỗ trợ cho cả cố định và di động hoặc sử dụng thiết bị dạng dual-stack cho phép truy nhập cả 2 mạng cố định và di động. Hiện tại, phương án thứ 2 khả thi hơn vì tận dụng được hầu hết các mạng truy nhập sẵn có: CDMA2000, WCDMA, GSM, hữu tuyến băng rộng và WLAN… 15 Hình 1-3. Hội tụ về thiết bị Hội tụ về mạng: sử dụng cùng một mạng lõi và hệ thống quản lý vận hành khai thác mạng. Việc hợp nhất mạng để cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau với chất lượng cao mà không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cho nhà khai thác mạng. Hình 1-4 đưa ra hướng tiếp cận hội tụ cố định - di động dựa trên sự hội tụ về mạng. Hình 1-4. Hội tụ về mạng Xu thế sử dụng công nghệ IP trong mọi lĩnh vực của viễn thông đã tương đối rõ ràng. Một mạng IP chung cung cấp các tính năng chung và do đó giảm chi phí đáng kể cho việc vận hành mạng. Khả năng cắt giảm chi phí cho nhà khai thác cũng là một trong những động lực thúc đẩy việc hội tụ mạng. Ngoài ra, khi cấu trúc nền tảng mạng đã được chuẩn hóa, các dịch vụ mới dành riêng cho một 16 phân đoạn thị trường nào đó sẽ được phát triển và triển khai một cách dễ dàng và hiệu quả hơn. Mục tiêu hội tụ về mạng như sau:  Mạng hội tụ sẽ sử dụng cơ sở hạ tầng truyền tải chung dựa trên công nghệ IP.  Mạng hội tụ có kiến trúc báo hiệu IP chung cho các dịch vụ đa phương tiện có yêu cầu báo hiệu.  Mạng hội tụ có môi trường kiến tạo dịch vụ mở, có giao diện chuẩn mở với phần báo hiệu IP, cho phép triển khai dịch vụ của các nhà khai thác mạng.  Mạng hội tụ cho phép truy nhập mạng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau, như PSTN, xDSL, WLAN, 2G, 3G. 1.4. Các nghiên cứu chuẩn hoá mạng hội tụ Có rất nhiều hoạt động chuẩn hoá để xây dựng kiến trúc mạng hội tụ, các tổ chức chuẩn hoá đóng góp vai trò quyết định trong việc thống nhất các tiêu chuẩn trong mạng FMC.  Xuất phát từ việc hỗ trợ cho mạng không dây, tổ chức 3GPP đã chuẩn hoá mạng lõi IMS. Kiến trúc IMS cho phép cung cấp các ứng dụng đa phương tiện trên môi trường GPRS/UMTS.  Tổ chức 3GPP2 cũng xây dựng một kiến trúc tương tự, đó là tập con của kiến trúc MMD. 3GPP2 đã kế thừa rất nhiều các chuẩn trong IMS của 3GPP.  Về mạng cố định, tổ chức ETSI và TISPAN đã phát triển mạng NGN cho cố định lên mạng FMC theo kiến trúc của 3GPP và 3GPP2. 1.4.1. Cấu trúc mạng hội tụ của 3GPP Kiến trúc IMS được 3GPP đề xuất ban đầu nhằm điều khiển cho mạng di động 3G, sau này được TISPAN chuẩn hóa và tích hợp trong kiến trúc mạng hội tụ FMC. Hình 1-5 mô tả kiến trúc mạng FMC dựa trên mạng lõi IMS được định nghĩa bởi 3GPP, [16]. 17 Hình 1-5. Cấu trúc FMC theo 3GPP Cấu trúc mạng FMC theo 3GPP tuân theo mô hình phân lớp chức năng của ITU-T, bao gồm 4 lớp:  Lớp quản lý ứng dụng. Bao gồm các thành phần chức năng sau: - 3GPP AAA Server (Authentication/Authorization/Accounting): máy chủ 3GPP có chức năng nhận thực, cấp phép và tính cước. - 3GPP AAA Proxy: nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các máy chủ dịch vụ AAA hoặc đến bộ tính cước CDF. - CDF (Charging Data Function): chức năng tính cước. - OCS (Online Charging System): hệ thống tính cước trực tuyến. - HSS (Home Subcriber Server): máy chủ quản lý thuê bao thường trú, có thể xem như là một cải tiến của bộ đăng ký định vị thường trú HLR (Home Location Register). HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả khách hàng thuê bao. Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ roaming, thông số nhận thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao. 18 - SLF (Subcriber Location Function): trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng. - BM-SC (Broadcast and Multicast Service Center): trung tâm dịch vụ quảng bá và Multicast. - PCRF (Policy and Charging Rules Function): chức năng công cụ tính cước và ra chính sách.  Lớp điều khiển lõi. Các chức năng trong lớp điều khiển lõi bao gồm: - Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi CSCF (Call Session Control Function): có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ trợ và giải phóng các phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tương tác dịch vụ của người dùng. CSCF được phân ra 3 loại: Serving-CSCF, Proxy-CSCF và Interogating-CSCF. o Proxy-CSCF (P-CSCF): nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận khác trong hệ thống IMS, đảm bảo truyền tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như những thông điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE. o Serving-CSCF (S-CSCF): là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệu IMS. S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ. o Interrogating-CSCF (I-CSCF): trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp dịch vụ, I-CSCF là một điểm liên lạc cho tất cả các kết nối định hướng đến một UE nằm trong mạng đó. Chức năng của ICSCF bao gồm: định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương ứng. Để làm được điều này, ICSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua giao thức DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng. Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP. Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác.