Tài liệu Nghiên cứu, áp dụng phân hệ đa phương tiện ip trong mạng viễn thông việt nam

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC CƯƠNG NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP TRONG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2012 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC CƯƠNG NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP TRONG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số : LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Quốc Tuấn HÀ NỘI – 2012 5 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... 3 LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. 4 MỤC LỤC ......................................................................................................... 5 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... 11 LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 13 Chƣơng 1 Nghiên cứu kiến trúc IMS ................................................................ 15 1.1 Xu hƣớng hội tụ mạng viễn thông .............................................................. 15 1.2 Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP ........................................................... 18 1.3 Kiến trúc IM ............................................................................................... 19 1.4 Các khối chức năng cơ bản trong mạng lõi IMS ......................................... 23 1.4.1 Các phần tử cơ sở dữ liệu ........................................................................ 23 1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server) .............................................................. 23 1.4.1.2 SLF (Subscription Locator Function).................................................... 23 1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS .................................................................... 24 1.4.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF) ......................................................................... 25 1.4.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF )............................................................. 25 1.4.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF) ...................................................................... 26 1.4.3 Các phần tử điều khiển kết nối liên mạng ................................................ 26 1.4.3.1 MGCF (Media Gateway Control Function) .......................................... 26 1.4.3.2 BGCF (Breakout Gateway Control Function) ....................................... 27 1.4.3.3 SGW (Signalling gateway function) .................................................... 28 1.4.4 Phần tử dịch vụ IMS ................................................................................ 29 1.4.5 Các phần tử tài nguyên ............................................................................ 30 6 1.4.5.1 MRF (Media Resource Function) ......................................................... 30 1.4.5.2 MGW (Media gateway function) ......................................................... 31 1.5 Các điểm tham chiếu IMS .......................................................................... 31 Chƣơng 2 Một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS .......................... 33 2.1 Giao thức SIP ............................................................................................ 33 2.1.1 Tổng quan về giao thức SIP ..................................................................... 33 2.1.2 Cấu trúc SIP ............................................................................................ 33 2.1.2.1 Server .................................................................................................. 33 2.1.2.2 Client .................................................................................................... 34 2.1.3 Bản tin SIP .............................................................................................. 35 2.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP .................................................................. 35 2.1.5 Tính năng của SIP ................................................................................... 38 2.1.5.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF ........................................... 39 2.1.5.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng ........................................................ 39 2.1.5.3 Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối ................................................... 39 2.1.5.4 Dễ dàng tạo tính năng mới và dịch vụ mới............................................ 40 2.2 Giao thức Diameter .................................................................................. 40 2.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter ............................................................ 40 2.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter .................................................................... 41 2.2.2.1 Diameter Relay Agent .......................................................................... 41 2.2.2.2 Diameter Proxy Agent .......................................................................... 42 2.2.2.3 Diameter Redirect Agent ...................................................................... 42 2.2.2.4 Diameter Translation Agent .................................................................. 43 2.2.3 Bản tin ..................................................................................................... 43 2.2.3.1 Cấu trúc Diameter header ..................................................................... 43 7 2.2.3.2 Cấu trúc AVP ....................................................................................... 44 2.2.4 Bảo mật trong bản tin Diameter ............................................................... 46 2.2.5 Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter ....................................... 46 2.3 Giao thức COPS ........................................................................................ 47 2.3.1 Tổng quan về giao thức COPS ................................................................. 47 2.3.2 Chức năng chính của COPS ..................................................................... 48 2.3.2.1 Bản tin COPS ....................................................................................... 49 2.3.2.2 Object format ........................................................................................ 49 2.4 Giao thức Megaco/H.248........................................................................... 51 2.4.1 Tổng quan về giao thức Megaco/H.248 ................................................... 51 2.4.2 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248 ................................................... 52 2.4.3 Termination và Context ........................................................................... 52 2.4.3.1 Termination .......................................................................................... 52 2.4.3.2 Context ................................................................................................. 52 2.4.4 Một số lệnh của Megaco/H.248 ............................................................... 53 2.4.5 Hoạt động của Megaco/H.248 ................................................................. 54 2.5 Các luồng xử lý trong IMS ......................................................................... 55 2.5.1 Đăng ký vào mạng IMS ........................................................................... 55 2.5.1.1 Đăng ký mới ......................................................................................... 55 2.5.1.2 Đăng ký lại ........................................................................................... 58 2.5.2 Xóa đăng ký ........................................................................................... 58 2.5.2.1 Xóa đăng ký khởi tạo bởi UE ............................................................... 58 2.5.2.2 Xóa đăng ký khởi tạo mạng .................................................................. 60 2.5.3 Thủ tục thiết lập phiên ............................................................................. 65 2.5.3.1 Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc hai mạng IMS ................... 65 8 2.5.3.2 Thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và mạng PSTN ............ 68 Chƣơng 3 Giải pháp triển khai IMS tại VNPT.................................................. 71 3.1 Giới thiệu viễn thông Việt Nam ................................................................. 71 3.2 Kiến trúc mạng viễn thông Việt Nam ......................................................... 73 3.3. Tình hình triển khai NGN ở Việt Nam....................................................... 74 3.4 Giải pháp triển khai IMS tại VNPT ........................................................... 77 3.4.1 Tổng quan giải pháp triển khai IMS ........................................................ 77 3.4.2 Kiến trúc triển khai hệ thống IMS của VNPT ......................................... 82 3.4.3 Dịch vụ VoIP triển khai trên IMS ........................................................... 84 3.5 Mô phỏng trên Open IMS Core .................................................................. 86 3.5.1 Giới thiệu chung OPEN IMS Core ......................................................... 86 3.5.2 Triển khai mô hình mô phỏng .................................................................. 89 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................. 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 97 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 98 9 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh 3GPP 3rd Generation Partnership Project ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line AS Application Server ATM Asynchronous Transfer Mode BGCF Breakout Gateway Control Function BS Bearer service BTS Base Transceiver Station CDMA Code Division Multiple Access CN Core network CS Circuit Switch CSCF Call Session Controller Function GGSN Gateway GPRS Support Node GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile Communications HLR Home Location Register HSS Home Subscriber Server I-CSCF Interrogating-CSCF IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF Internet Engineering Task Force IM Instant Messaging IMS-MGW IP Multimedia SubsystemMedia Gateway Function IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function IMS IP Multimedia Subsystem IP ISC ISDN MGW Tiếng Việt Dự án hợp tác về mạng viễn thông thế hệ thứ 3 Đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng Máy chủ ứng dụng Phƣơng thức truyền dẫn bất đối xứng Chức năng điều khiển cổng vào ra Breakout Dịch vụ mạng Trạm gốc Đa truy nhập phân chia theo mã Mạng lõi Chuyển mạch kênh Bộ điều khiển phiên cuộc gọi Nút hỗ trợ Cổng vào ra GPRS Dịch vụ vô tuyến gói thông thƣờng Hệ thống thông tin đi động toàn cầu Thanh ghi định vị thƣờng trú Máy chủ thuê bao thƣờng trú CSCF tham vấn Viện các kỹ sƣ điện và điện tử Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet Nhắn tin tức thời Chức năng cổng vào ra truyền thông -phân hệ đa phƣơng tiện IP Chức năng chuyển mạch phục vụ đa phƣơng tiện IP Phân hệ đa phƣơng tiện dựa trên giao thức Internet Internet Protocol Giao thức Internet IMS Service Control Giao diện điều khiển dịch vụ IMS Integrated Services Digital Mạng số đa dịch vụ tích hợp Network Media Gateway Function Chức năng cổng vào ra truyền 10 MGCF MRFC NGN OMA OSA OSP PEP PDP P-CSCF PS PSTN QoS RACF RTP S-CSCF SDH SDP SGW SIP SLF Media Gateway Control Function Multimedia Resource Function Control Next Generation Network Open Mobile Alliance Open Services Architecture Operator Service Provider Policy Enforcement Point Packet Data Protocol Policy Decision Point Proxy-CSCF Packet Switch Public Switched Telephone Network Quality of Service Resource Access Control Facility Real-time Transport Protocol Serving-CSCF Synchronous Digital Hierarchy Signalling Gateway Session Initiation Protocol Subscription Locator Function TD-CDMA Time Division/Code Division Multiple Access TDM Time-Division Multiplexing UE User Equipment VNPT Vietnam Posts and Telecommunications Group VoIP Voice over IP WLAN Wireless Local Area Network xDSL Digital Subscriber Line thông Chức năng điều khiển cổng vào ra truyền thông Chức năng điều khiển tài nguyên đa phƣơng tiện Mạng thế hệ sau Liên minh di động mở Kiến trúc các dịch vụ mở Nhà cung cấp dịch vụ Chính sách thực thi điểm Giao thức dữ liệu gói Điểm quyết định chính sách CSCF uỷ quyền Chuyển mạch gói Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Chất lƣợng dịch vụ Phƣơng tiện điều khiển truy nhập tài nguyên Giao thức truyền tải thời gian thực CSCF phục vụ Phân cấp số đồng bộ Cổng vào ra báo hiệu Giao thức khởi tạo phiên Chức năng bộ định vị sự thuê bao Đa truy nhập phân chia theo thời gian/phân chia theo mã Ghép kênh phân chia theo thời gian Thiết bị của ngƣời dùng Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam Thoại qua IP Mạng nội vùng không dây Các công nghệ đƣờng dây thuê bao số 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thông 17 Hình 1.2 Mô hình kiến trúc IMS 19 Hình 1.3 Kiến trúc IMS của 3GPP 20 Hình 1.4 Kiến trúc IMS của ETSI 20 Hình 1.5 Kiến trúc IMS của ITU-T 21 Hình 1.6 SLF chỉ định HSS phù hợp 24 Hình 1.7 Liên kết với mạng IP phiên bản khác nhau 27 Hình 1.8 Kết nối IMS và mạng PSTN/CS 28 Hình 1.9 Các máy chủ ứng dụng IMS 29 Hình 1.10 Chức năng điều khiển thông tin đa phƣơng tiện MRF 31 Hình 2.1 Cấu trúc SIP 34 Hình 2.2 Mô tả hoạt động của máy chủ ủy quyền 36 Hình 2.3 Mô tả hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ 37 Hình 2.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP 38 Hình 2.5 Giao thức Diameter 40 Hình 2.6 Diameter Proxy Agent định tuyến các bản tin dựa vào bảng định tuyến 42 Hình 2.7 Diameter Redirect Agent 42 Hình 2.8 Diameter Translation Agent 43 Hình 2.9 Cấu trúc bản tin trong giao thức Diameter 43 Hình 2.10 Cấu trúc header của Diameter 43 Hình 2.11 Cấu trúc AVP 44 Hình 2.12 Lỗi giao thức trong Diameter 46 Hình 2.13 Lỗi ứng dụng trong giao thức Diameter 46 Hình 2.14 Mô hình COPS 48 Hình 2.15 COPS header 49 Hình 2.16 Object format của bản tin COPS 50 Hình 2.17 Megaco/H.248 kết nối điều khiển Gateway 51 12 Hình 2.18 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248 52 Hình 2.19 Luồng giao thức của Megaco/H248 54 Hình 2.20 Thủ tục đăng ký mới 56 Hình 2.21 Thủ tục đăng ký lại 58 Hình 2.22 Xóa đăng ký với ngƣời dùng đã đƣợc đăng ký. 59 Hình 2.23 Xóa đăng ký khởi tạo mạng - hết thời gian đăng ký 62 Hình 2.24 Xóa đăng ký ứng dụng khởi mạng - quản lý 63 Hình 2.25 Xóa đăng ký ứng dụng khởi tạo mạng bởi S-CSCF 64 Hình 2.26 Thủ tục phục vụ tới phục vụ - các nhà khai thác khác nhau 66 Hình 2.27 Thủ tục từ Serving tới PSTN - Cùng nhà khai thác mạng 69 Hình 3.1 Biểu đồ số thuê bao điện thoại cố định 71 Hình 3.2 Biểu đồ số thuê bao điện thoại di động 71 Hình 3.3 Biểu đồ doanh thu trong ngành viễn thông 72 Hình 3.4 Thuê bao dịch vụ điện thoại cố định của các doanh nghiệp 73 Hình 3.5 Thuê bao dịch vụ điện thoại di động của các doanh nghiệp 73 Hình 3.6 Thuê bao dịch vụ truy nhập Internet của các doanh nghiệp 73 Hình 3.7 Cấu trúc mạng NGN VNPT năm 2004 75 Hình 3.8 Cấu hình mạng NGN của VNPT năm 2010 76 Hình 3.9 Mô hình giải pháp của Alcatel Lucent 78 Hình 3.10 Cấu hình mạng IMS – Alcatel Lucent 30 Hình 3.11 Mô hình triển khai hệ thống IMS của VNPT 83 Hình 3.12 Tổ chức cung cấp dịch vụ VoIP 84 Hình 3.13 Cơ chế hoạt động của dịch vụ VoIP 85 Hình 3.14 Các thành phần chính của Open IMS 86 Hình 3.15 Cấu trúc HSS 88 Hình 3.16 Mô hình mô phỏng mạng NGN 89 13 LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam với dân số hơn 80 triệu dân là một nƣớc đang phát triển với chủ trƣơng công nghiệp hóa - hiện đại hóa và chiến lƣợc tăng tốc, vì vậy viễn thông và Internet phải đi trƣớc một bƣớc. Các dịch vụ Viễn thông và Internet phải đƣợc phổ cập rộng rãi tới miền núi, hải đảo, vùng sâu, vùng xa đảm bảo việc trao đổi thông tin, phát triển kinh tế và góp phần bảo đảm an ninh, quốc phòng. Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày một tăng và không thể tách rời đời sống xã hội. Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ đa phƣơng tiện. Mạng phải có tổ chức đơn giản nhƣng có nhiều chức năng. Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải đƣợc tích hợp thì mới có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng đa phƣơng tiện cho khách hàng. Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tƣơng tự sang số, từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹp sang mạng số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho ngƣời dùng đầu cuối. Mặc dù vậy mạng hiện tại vẫn không thỏa mãn hết đƣợc nhu cầu của khách hàng. Chính vì vậy cần có một tổ chức mạng mới tập hợp đƣợc tất cả các ƣu điểm của mạng viễn thông hiện tại và phải đáp ứng đƣợc các nhu cầu truyền thông trong tƣơng lai. Chính sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phƣơng tiện với yêu cầu về băng thông và chất lƣợng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông. Cùng với đó, sự phát triển nhanh chóng của các mạng di động và cố định, các mạng truyền dẫn qua vệ tinh đã làm nảy sinh các ý tƣởng về khả năng hội tụ các mạng này. Đó là khởi nguồn để phân hệ đa truyền thông IP IMS ra đời và phát triển. Các nhà khai thác viễn thông lớn ở Việt nam nhƣ VNPT, Vietel.. đang từng bƣớc triển khai các công nghệ này vào mạng của mình. Vậy, đối với các nhà khai thác tại Việt Nam việc lựa chọn lộ trình nhƣ thế nào, sử dụng giải pháp của hãng nào đang là sự quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ. Nhận thức đƣợc điều đó, tôi đã quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, áp dụng phân hệ đa phƣơng tiện IP trong mạng viễn thông Việt Nam” làm luận văn tốt nghiệp. Luận văn gồm có 3 chƣơng: 14 Chƣơng 1: Xu hƣớng hội tụ mạng viễn thông, lợi ích mà IMS mang lại, tiến trình chuẩn hóa IMS của 3GPP. Phần tiếp theo nghiên cứu về các yêu cầu kỹ thuật trong hệ thống mạng và kiến trúc IMS, các khối chức năng, các thực thể liên quan trong kiến trúc IMS. Chƣơng 2: Nghiên cứu khái quát các giao thức sử dụng phổ biến nhƣ: SIP, Diameter, COPS, Megaco/H.248 và phân tích từng bƣớc hoạt động của phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụ trong IMS. Chƣơng 3: Phân tích hiện trạng mạng viễn thông Việt Nam hiện nay và tình hình triển khai IMS của VNPT cũng nhƣ mô hình các dịch vụ IMS, từ đó xây dựng và mô phỏng mô hình dịch vụ IMS. Do nội dung kiến thức của đề tài rất mới, khả năng còn hạn chế nên luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để đề tài đƣợc hoàn thiện và đƣợc áp dụng vào thực tế mang lại hiệu quả cao. 15 Chương 1 Nghiên cứu kiến trúc IMS 1.1 Xu hướng hội tụ mạng viễn thông Trong mạng viễn thông hiện tại, các công nghệ đƣợc sử dụng chủ yếu bao gồm: chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, Fast Ethernet, Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI. Bên cạnh đó, các công nghệ mới cũng đã đƣợc áp dụng hiện nay nhƣ: SONET/SDH, xDSL và B-ISDN, các công nghệ truy nhập vô tuyến nhƣ CDMA, TDMA, FDMA, Wifi, Wimax, … Các công nghệ trên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệ thống hỗ trợ trên chính hệ thống của mình. Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn đến tăng trƣởng các phần tử mạng và do vậy sẽ làm tăng sự phức tạp trong đồng bộ và công tác quản lí, hơn nữa các nhà khai thác mạng khác nhau lại sử dụng các công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng riêng rẽ. Đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay. Nhƣ vậy, các mạng đơn lẻ trƣớc đây nhƣ di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ liệu, mạng Internet, mạng không dây… chỉ cung cấp đƣợc các dịch vụ đơn lẻ. Ví dụ nhƣ trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, một cuộc nối đƣợc thiết lập giữa hai thuê bao thông qua quá trình trao đổi khe thời gian cố định trong suốt quá trình cuộc gọi. Kiểu mạng này phù hợp cho dịch vụ thoại vì chúng có tốc độ bit không đổi và thông tin có tính thời gian thực cao. Với các ứng dụng truyền dữ liệu, việc sử dụng riêng một kênh thông tin để truyền là rất lãng phí về tài nguyên và không phù hợp với yêu cầu sử dụng. Với các mạng di động hiện nay mặc dù có tốc độ phát triển rất nhanh tuy nhiên dịch vụ mà nhà khai thác mạng di động cung cấp cho ngƣời dùng vẫn chủ yếu là dịch vụ thoại truyền thống kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn. Bên cạnh đó, có các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ thấp và giá thành dịch vụ cao và chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông đa phƣơng tiện của ngƣời dùng. Tƣơng tự nhƣ vậy mạng chuyển mạch gói là rất hữu hiệu cho việc chuyển thông tin số liệu nhƣng lại không phù hợp cho truyền thoại do chƣa kiểm soát đƣợc độ trễ truyền thông tin và tỷ lệ thất thoát gói tin. Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là tạo ra một mạng tích hợp có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ có yêu cầu băng thông, thời gian thực và chất lƣợng dịch vụ khác nhau. 16 Bƣớc đầu tiên trong hƣớng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấp báo hiệu kênh chung giữa các ngƣời sử dụng cho tất cả các dịch vụ thoại và số liệu. Trong khi đó vẫn duy trì sự riêng biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tại trạm trung gian. Ngƣời dùng đƣợc cung cấp các truy nhập số tốc độ 2B+D cho cả thoại và số liệu cùng với 16 Bbps cho báo hiệu và các dịch vụ chuyển mạch gói. Tuy nhiên hƣớng phát triển này dần dần bộc lộ yếu điểm khi nhu cầu dịch vụ băng thông rộng ngày càng phát triển. Tốc độ truy nhập 2B+D là quá thấp so với nhu cầu dịch vụ băng rộng hiện nay. ISDN ngày càng thể hiện nhƣợc điểm không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông, trong khi đó công nghệ truyền dẫn và công nghệ điện tử VLSI ngày càng phát triển và xuất hiện công nghệ mới có khả năng truyền tải cao đƣợc đánh giá là có nhiều hứa hẹn để truyền dẫn cả thoại và dữ liệu đó là ATM đã đƣa ra một hƣớng mới để phát triển ISDN băng hẹp thành ISDN băng rộng (B-ISDN). B-ISDN cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đơn phƣơng tiện, đa phƣơng tiện, theo kiểu hƣớng kết nối hay phi kết nối và theo cấu hình đơn hƣớng hoặc đa hƣớng. Tuy nhiên khi triển khai B-ISDN với công nghệ nền tảng là ATM thì vấn đề giá thành xây dựng mạng lại lớn vì B-ISDN không tận dụng tối đa nền tảng mạng hiện có. Do vậy không đáp ứng kịp thời cho nhu cầu sử dụng dịch vụ của ngƣời dùng. Từ tình hình mạng viễn thông hiện nay và sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụ băng rộng, việc xây dựng một mạng cung cấp đa loại hình dịch vụ tốc độ cao băng thông lớn là vấn đề tất yếu của các nhà khai thác mạng. ISDN, B-ISDN đều có nhƣợc điểm khi đƣợc triển khai để cung cấp dịch vụ tốc độ cao băng thông lớn cho ngƣời dùng. Vấn đề đặt ra là mô hình mạng nào có thể khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của hai mạng trên trong khi vẫn có thể cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho ngƣời dùng. Để thực hiện đƣợc điều trên các tổ chức chuẩn hóa viễn thông đã nghiên cứu và đƣa ra mô hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho ngƣời dùng trong khi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻ nhất và nhanh nhất đó chính là mạng IMS/NGN. Lợi ích của IMS: - Đối với ngƣời dùng, dịch vụ dựa trên IMS cho phép liên lạc ngƣời với ngƣời và ngƣời với nội dung thông tin theo một loạt các phƣơng thức - bao gồm 17 cả giọng nói, văn bản, hình ảnh và video, hoặc sự kết hợp của các phƣơng thức trên một cách cá nhân hóa cao và kiểm soát tốt. - Đối với các nhà khai thác, IMS tiến thêm một bƣớc nữa về khái niệm kiến trúc nhiều lớp bằng cách định nghĩa một kiến trúc nằm ngang, nơi mà dịch vụ đƣợc triển khai và các chức năng phổ biến có thể đƣợc tái sử dụng cho nhiều ứng dụng. Kiến trúc nằm ngang trong IMS còn xác định khả năng tƣơng tác và chuyển vùng, cung cấp điều khiển truyền tải, tính cƣớc và bảo mật. Hơn thế nữa, nó cũng đƣợc tích hợp với các mạng thoại và dữ liệu hiện tại, trong khi áp dụng nhiều thành tựu quan trọng của ngành CNTT. Điều này làm cho IMS trở thành một khả năng then chốt cho sự hội tụ di động cố định. Với những lý do trên, IMS sẽ trở thành giải pháp ƣu tiên cho các nhà khai thác cố định và di động kinh doanh đa phƣơng tiện. Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thông Trên thực tế sự hội tụ đã và đang diễn ra. Các công nghệ của mạng 2,5G/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng. Một số dịch vụ trƣớc kia chỉ đƣợc cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã có thể đƣợc cung cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác. Ví dụ nhƣ dịch vụ SMS đã đƣợc cung cấp cho cả điện thoại cố định, di động và Internet. Sự hội tụ trên xuất phát từ yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó. Để có thể cung cấp đồng thời dịch vụ nhƣ vậy phải có phƣơng án cụ thể triển khai cho từng dịch vụ. Đó là xu hƣớng đang phát triển mạnh. 18 1.2 Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP IMS đƣợc định nghĩa nhƣ sau: “IMS là kiến trúc toàn cầu, độc lập với truy nhập; điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên giao thức IP. Kiến trúc này cho phép cung cấp nhiều loại dịch vụ đa phƣơng tiện tới ngƣời dùng thông qua các giao thức thông dụng trên Internet”. IMS đƣợc dự án hợp tác về viễn thông thế hệ thứ 3 (3GPP-3rd Generation Partnership Project) giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5 (Release 5) vào tháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản. IMS đƣợc mô tả là một cấu trúc chuẩn hóa truy nhập không giới hạn trên nền IP, có khả năng thích ứng với các mạng thoại, số liệu và di động. Cùng với 3GPP, trong năm 2002 3GPP2 cũng đƣa ra chuẩn hóa IMS của riêng mình. Về cơ bản 3GPP IMS và 3GPP2 là giống nhau tuy nhiên giữa chúng cũng có một vài khác biệt nhƣ là giải pháp tính cƣớc hay hỗ trợ các phiên bản IP. Đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6. Phiên bản này tập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 (tính cƣớc, quản lý chất lƣợng dịch vụ) và bổ sung một số đặc tính mới (hỗ trợ truy nhập từ các mạng khác nhau). Release 6 đƣợc hoàn thành vào tháng 3/2005. Những kết quả chuẩn hóa IMS trong Release 6 của 3GPP đƣợc ETSI TISPAN sử dụng để thực hiện chuẩn hóa phiên bản NGN R1. Đây đƣợc coi nhƣ một sự khởi đầu cho hội tụ cố định di động trong IMS. Release 7 đƣợc 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và đƣợc hoàn thiện vào khoảng tháng 3-9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng cố định. Tháng 6/2007, ETSI TISPAN kết hợp với 3GPP để tiếp tục chuẩn hóa xây dựng cấu trúc mạng IMS chung nhằm hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ mới nhƣ IPTV. Cấu trúc này đƣợc chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release 8. Hiện nay phiên bản này vẫn đang đƣợc tiếp tục hoàn thiện. Đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu đƣợc chuẩn hóa với một số tính năng nhƣ: Giải pháp cho dịch vụ thoại và video trong miền chuyển mạch kênh, tính năng hỗ trợ di động WiMAX - LTE, WiMAX - UMTS. Ngoài 02 tổ chức chuẩn hóa trên, Liên minh Di động mở OMA (Open Mobile Alliance) cũng đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phát triển các dịch vụ IMS. Tuy nhiên, trong khi 3GPP và 3GPP2 tiếp tục phát triển và chuẩn hóa kiến trúc lõi IMS, xây dựng các dịch vụ cơ bản IMS nhƣ là thoại, video và dịch vụ hội nghị, thì OMA tập trung phát triển sáng tạo, thiết kế nhiều ứng dụng và dịch vụ khác nhau trên đỉnh của kiến trúc IMS. 19 1.3 Kiến trúc IMS Kiến trúc của một hệ thống IMS đƣợc chia thành bốn lớp bao gồm: Hình 1.2 Mô hình kiến trúc IMS Lớp ứng dụng: bao gồm các máy chủ ứng dụng và thực hiện các dịch vụ giá trị gia tăng cho ngƣời sử dụng. Tiêu chuẩn IMS định nghĩa ra các thực thể khởi tạo dịch vụ chung (chẳng hạn nhƣ quản lý danh sách nhóm và sự hiện diện) đƣợc thực hiện nhƣ các dịch vụ trong một máy chủ ứng dụng SIP. Lớp điều khiển: (hay còn gọi là lớp IMS lõi): bao gồm các máy chủ điều khiển mạng để quản lý cuộc gọi hoặc thiết lập phiên, sửa đổi và giải phóng. Chức năng quan trọng nhất trong số này là CSCF (Call Session Control Function), còn đƣợc biết đến nhƣ một máy chủ SIP. Lớp này cũng có một bộ đầy đủ các chức năng hỗ trợ, chẳng hạn nhƣ dữ liệu, tính cƣớc và khai thác và quản lý. Kết nối với những nhà khai thác khác hay các loại mạng khác đƣợc quản lý bởi các cổng biên giới. Lớp kết nối: bao gồm các bộ định tuyến và chuyển mạch, cả cho mạng xƣơng sống và mạng truy cập. Lớp quản lý: bao gồm các máy chủ và các phần mềm quản lý cung cấp các công cụ giúp việc vận hành, khai thác và bảo dƣỡng hệ thống một cách thuận tiện và tự động hóa cao. Mô hình kiến trúc IMS đƣợc chuẩn hóa theo 3GPP thể hiện qua hình 1.3 20 Hình 1.3 Kiến trúc IMS của 3GPP * IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác Bên cạnh 3GPP, các tổ chức khác nhƣ IETF, ITU-T, ARIB, ETSI... và các công ty điện tử - viễn thông nhƣ NEC, MOTOROLA,SIEMEN... cũng nghiên cứu và đƣa ra các chuẩn của mình Mô hình IMS trong NGN của ETSI đƣa ra nhƣ hình 1.4. Hình 1.4 Kiến trúc IMS của ETSI Với kiến trúc IMS của ETSI, so với kiến trúc của 3GPP thì một số khối chức năng đƣợc thêm vào để thực hiện chức năng tƣơng tác với các mạng IP 21 khác nhƣ IWF, SPDF, I-BCF, SGF. Còn lại các thành phần cơ sở dữ liệu HSS, thành phần điều khiển IMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF; thành phần điều khiển tƣơng tác nhƣ MGCF, BGCF, SGW; các thành phần tƣơng tác nhƣ OSASCS, OSA-AS, IM-SSF, CSE; các thành phần tài nguyên MRF; thành phần tƣơng tác phƣơng tiện MGW; và các giao diện trong mạng đều tƣơng tự nhƣ kiến trúc của 3GPP. ITU-T cũng đƣa ra mô hình IMS của mình đƣợc trình bày trên hình 1.5. C¸c m¹ng ®a ph-¬ng tiÖn IP kh¸c AS PSTN Mm Sh ISC PSTN MGW BGCF CSCF HSS AAA+DB Mk Mn Mw BGCF Mj Mb Cx Mi Dh Mg CSCF MGCF Mb SLF MRCF Mb MRFP Dx Mr Mw Mp P-CSCF Mb Gq Gm M¹ng truy nhËp kÕt nèi IP UE Hình 1.5 Kiến trúc IMS của ITU-T Các đặc điểm giống và khác nhau trong kiến trúc IMS của ba tổ chức ITU-T, IETF và 3GPP có thể đƣợc tổng kết nhƣ bảng 1.1. Bảng 1.1 So sánh các kiến trúc IMS. 3GPP Phần tử chức năng Thành phần cơ sở trong kiến trúc dữ liệu HSS Các thành phần điều khiển IMS: P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF Các thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tƣơng tác BGCF, MGCF, ITU-T Thành phần cơ sở dữ liệu HSS Các thành phần điều khiển IMS: P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF Các thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tƣơng tác BGCF, MGCF, IETF Có các phần tử chức năng nhƣ 3GPP và ITU-T nhƣng bổ sung thêm phân hệ điều khiển chấp nhận và tài nguyên (RACS) chứa các khối chức năng IWF, I-BCF, SGF, SPDF để thực 22 SGW Các thành phần tài nguyên và tƣơng tác phƣơng tiện MGF, MGW Quan điểm xây Cung cấp dịch vụ dựng đa phƣơng tiện cho các đầu cuối 3G SGW Các thành phần tài nguyên và tƣơng tác phƣơng tiện MGF, MGW Cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho các đầu cuối PSTN/ ISDN hiện tƣơng tác với các mạng trƣớc đây. Cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho các trạm (host) Cách tiếp cận IMS của mỗi tổ chức khác nhau là khác nhau, ITU-T định hƣớng xây dựng mạng NGN của mình từ nền tảng mạng cố định, IETF lại xây dựng NGN với nền tảng là mạng Internet còn 3GPP xây dựng NGN với nền tảng mạng di động 3G. Dù lựa chọn nền tảng nào đi nữa, khi xây dựng NGN thì tất cả các mạng hiện tại nhƣ 3G, Internet, hay PSTN/ISDN... đều hội tụ chung thành một mạng duy nhất để cung cấp đa loại hình dịch vụ tới ngƣời dùng đầu cuối. Tuy nhiên vấn đề lựa chọn nền tảng để xây dựng NGN sẽ quyết định tốc độ thành công khi xây dựng NGN. PSTN/ ISDN hiện nay đã phát triển toàn cầu, số lƣợng thuê bao hiện đang chiếm ƣu thế hơn hẳn so với các thuê bao di động hay internet. Nhƣng với cơ sở công nghệ mạng thì vẫn dựa trên nền mạng chuyển mạch kênh và đầu cuối cố định không có khả năng đáp ứng các dịch vụ thông minh, hơn nữa mạng truy nhập vẫn chƣa số hóa hoàn toàn do vậy khả năng truyền tải tốc độ cao băng thông lớn với mạng cố định đã bộc lộ nhiều khuyết điểm. Internet hiện nay có tốc độ phát triển nhanh nhất, chỉ trong khoảng thời gian cỡ 10 năm, internet đã phát triển toàn cầu. Nền tảng công nghệ cho Internet dựa trên công nghệ gói IP do vậy Internet đƣợc coi là mạng dữ liệu có khả năng truyền tài lớn nhất. Tuy nhiên, mong muốn của ngƣời dùng không phải là chỉ truyền dữ liệu, họ còn cần các dịch vụ thời gian thực và hƣớng kết nối. Khi yêu cầu này đặt ra với internet rõ ràng Internet không thể đáp ứng . Từ hiện trạng mạng nhƣ vậy, giải pháp để cải thiện mạng viễn thông là kết hợp ƣu điểm tốc độ bit cố đinh, hƣớng kết nối và đảm bảo tính thời gian thực cao của PSTN/ ISDN với những ƣu điểm khả năng truyển tải lớn, tiết kiệm tài nguyên mạng, đầu cuối thông minh của mạng internet và loại bỏ những nhƣợc điểm của các mạng này cho đến nay vẫn là một giải pháp tốt. Mạng 3G hiện nay có tốc độ phát triển vƣợt bậc, mặc dù ra đời sau PSTN/ ISDN và Internet nhƣng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS). 3G đƣợc xây dựng trên nền mạng thông minh PLMN, 3G còn thông minh hơn nữa. Với các