Mạng hội tụ trên nền kiến trúc IMS và ứng dụng triễn khai hệ thống của hãng alcatel lucent

GIỚI THIỆU VỀ LUẬN VĂN  Lý do chọn đề tài Sự hội tụ nhanh chóng của mạng cố định và di động cộng với sự thâm nhập nhanh chóng của các thiết bị thông minh do đó cần có một một hệ thống

-

LÊ QUỐC HUY

MẠNG HỘI TỤ TRÊN NỀN KIẾN THỨC IMS VÀ ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HỆ THỐNG CỦA HÃNG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Tiến Ban

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

GIỚI THIỆU VỀ LUẬN VĂN

 Lý do chọn đề tài

Sự hội tụ nhanh chóng của mạng cố định và di động cộng với sự thâm nhập nhanh chóng của các thiết bị thông minh do đó cần có một một hệ thống toàn cầu cho phép các thiết bị thiết lập các kết nối ngang hàng dễ dàng và an toàn IMS là một giải pháp đáp ứng các yêu cầu

đó Bên cạnh đó, IMS luôn được chuẩn hóa và ứng dụng rộng rãi do

đó nghiên cứu nó là một vấn đề cần thiết

Đó là lý do em chọn đề tài: “Mạng hội tụ trên nền kiến trúc IMS

và ứng dụng triễn khai hệ thống của hãng Alcatel-Lucent” cho luận

văn tốt của mình

 Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu các vấn đề liên quan mạng hội tụ trên nền IMS và khả năng triển khai cho mạng viễn thông Việt Nam dựa trên giải pháp của hãng Alcatel-Lucent

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- IMS và lịch sử phát triển của IMS

- Giải pháp IMS của Alcatel-Lucent và khả năng ứng dụng trong mạng Viễn thông Việt Nam

- Giải pháp kết nối hệ thống của hãng Alcatel-Lucent với hãng khác

 Phương pháp nghiên cứu:

Áp dụng đồng thời hai phương pháp:

- Phương pháp lý thuyết: tổng hợp, phân tích các vấn đề kỹ thuật, các tiêu chuẩn trong mạng hội tụ trên nền IMS

- Phương pháp phân tích và đánh giá hệ thống dựa trên đo kiểm

 Kết quả nghiên cứu đạt được:

- Kiến trúc hội tụ trên nền IMS

- Giải pháp của hãng Alcatel-Lucent

- Ứng dụng giải pháp hội tụ của hãng Alcatel-Lucent ở Việt Nam Bao gồm: phân tích kiến trúc hội tụ trên ba tiêu chí: cộng nghệ, mạng và dịch vụ; khả năng ứng dụng triển khai ở Việt Nam; Và các đề xuất, kiến nghị

Chương 1: KIẾN TRÚC HỘI TỤ TRÊN NỀN IMS

1.1 Khái niệm chung về IMS:

Theo 3GPP, IMS được định nghĩa là cấu trúc truy nhập độc lập,

không giới hạn; cấu trúc điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên nền IP

hỗ trợ cho thuê bao rất nhiều loại dịch vụ đa phương tiện khác nhau thông qua việc sử dụng các giao thức Internet thông thường

1.2 Lịch sử phát triển của IMS

IMS được 3GPP giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5 vào tháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản IMS được 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

Đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6 và được hoàn thành vào tháng 3/2005 Những kết quả chuẩn hóa IMS trong Release 6 của 3GPP được ETSI TISPAN sử dụng để thực hiện chuẩn hóa phiên bản NGN R1 Đây được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định - di động trong IMS

Release 7 được 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và được hoàn thiện vào khoảng tháng 3 – 9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng

cố định

Lộ trình 3GPP từ HSPA tới HSPA+ và kế sau đó là LTE được chỉ rõ trong tiến trình phát triển chuẩn hóa với bản cuối cùng của Release 8 được công bố vào tháng 3/2009

Song song với đó đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu được chuẩn hóa với một số tính năng như: Giải pháp cho dịch vụ thoại

và video trong miền chuyển mạch kênh (CS – Circuit Switch), tính năng hỗ trợ di động WiMAX - LTE, WiMAX – UMTS

1.3 Cấu trúc phân lớp

Các dịch vụ kênh mang và truyền tải được tách biệt so với mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên Các dịch vụ còn lại chạy trên nền mạng báo hiệu IMS Cấu trúc phân lớp được xây dựng với mục tiêu tạo ra sự phụ thuộc tối thiểu giữa các lớp Điều này sẽ có lợi khi thêm các mạng truy nhập mới vào hệ thống

1.4 Sự tự do truy nhập

IMS được thiết kế cho phép tự do truy nhập, các dịch vụ IMS có thể được hỗ trợ trên bất cứ mạng kết nối IP nào (ví dụ: GPRS, WLAN, đường dây thuê bao số -DSL, truy nhập băng rộng) Hình 1.4 mô tả nhiều hệ thống truy nhập khác nhau: WLAN, GPRS và UMTS kết nối đến lõi IMS

Hình 1.4: Tự do truy nhập trong IMS

1 5 Mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS

Các thực thể chức năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản như sau:

- Nhóm quản lý phiên và định tuyến (các thực thể CSCF)

1.6 Các điểm tham chiếu IMS

Các thực thể như ở mục 1.5 được liên hệ với nhau thông qua các điểm tham chiếu đã được chuẩn hóa Do đó các đối tác thứ ba có thể

dễ dàng phát triển các ứng dụng của mình và làm cho các dịch vụ của IMS càng phong phú

Chương 2: GIẢI PHÁP IMS CỦA HÃNG

ALCATEL-LUCENT

Trong phần sau luận văn đi vào giải pháp IMS của Lucent và các thiết bị thuộc phân hệ điều khiển trong giải pháp của mình

Alcatel-2.1Giới thiệu giải pháp IMS của Alcatel-Lucent

2.1.1 Các đặc điểm chính của giải pháp

Các giải pháp IMS chung hiện đã sẵn sàng cho:

- Các nhà khai thác dịch vụ viễn thông khác nhau: ví dụ cố định hay di động

- Các mạng truy cập khác nhau Ví dụ: đường dây thuê bao số (DSL), mạng nội bộ không dây (WLAN), mạng truy cập đa mã phân chia (CDMA), và mạng thông tin di động toàn cầu (UMTS)

- Các người dùng đầu cuối khác nhau Ví dụ: doanh nghiệp, người sử dụng di động và thuê bao thông thường

Tùy biến giải pháp IMS: Một giải pháp tùy biến IMS được định hướng đầu tiên là theo nhu cầu của khác hàng Dựa trên yêu cầu của khách hàng, một giải pháp IMS sẽ được phát triển để đáp ứng các nhu cầu Các dịch vụ được cung cấp bởi Alcatel-Lucent có thể được mô tả như ở hình 2.2 Và có thể phân chia ra làm 4 loại:

- Các dịch vụ truyền thông:

- Các dịch vụ ngữ cảnh

- Các dịch vụ nội dung

- Các dịch vụ đặc biệt

Hình 2.2: Giải pháp IMS của Alcatel-Lucent

2.1.2 Các thiết bị IMS của Alcatel-Lucent

Giải pháp IMS của Alcatel-Lucent được chia là 4 loại thiết bị chính: thiết bị lớp ứng dụng, thiết bị lớp điều khiển phiên, thiết bị lớp truy cập và biên và các thiết bị hỗ trợ khác Các loại thiết bị trên được phát triển trên một giải pháp IMS tổng thể và từng loại có thể được dùng trong những giải pháp riêng biệt tùy theo nhu cầu của nhà khai thác mạng; ví dụ trong giải pháp mạng IMS hỗ trợ chuyển giao giữa miền IMS và miền UMTS thì cần phải có thiết bị VCC để đảm bảo chuyển tiếp mà thoại không bị gián đoạn, còn các trong các giải pháp khác thì thiết bị này là không cần thiết

2.2 Sơ đồ cấu trúc mạng IMS dùng sản phẩm Alcatel-Lucent

Hình 2.3, đưa ra một cấu trúc mạng IMS sử dụng các thiết bị Alcatel-Lucent để thực hiện các chức năng khác nhau trong một mạng IMS chuẩn hoá Cấu trúc mạng IMS theo phân loại của Alcatel-Lucent

có 3 lớp

- Lớp ứng dụng: các sản phẩm 5100 CMS, 5900 PRBT-MRF, CNP/ENUM

- Lớp điều khiển phiên: các sản phẩm 5060 ICS, 5060 MGC-8

- Lớp truy nhập: các sản phẩm 7510 MGW, 1540 AGW

Hình 2.3: Cấu trúc logic mạng IMS với các thiết bị Alcatel-lucent

2.3 Thiết bị điều khiển cổng phương tiện 5060 MGC-8

5060 MGC-8 là sản phẩm máy chủ xử lý phiên, cuộc gọi NGN/IMS, sản phẩm chính của hãng Alcatel-Lucent, thiết bị này đưa

ra các tính năng mềm dẻo, hiệu quả về mặt đầu tư trong việc hiện đại hoá, chuyển đổi mạng hạ tầng công nghệ chuyển mạch kênh sang mạng thế hệ mới IP Cung cấp các ứng dụng sau

- NGN lớp 4 nội hạt, truy cập và chức năng tổng đài transit

- Tổng đài cổng di động CDMA (GMSC)

- Chức năng điều khiển cổng đa phương tiện IMS (MGCF)

- Chức năng điều khiển biên đấu nối (IBCF)

2.4 Thiết bị máy chủ điều khiển cuộc gọi IP 5060ICS

Máy chủ xử lý cuộc gọi IP 5060 có chức năng quản lý các cuộc gọi IP từ mạng hữu tuyến và mạng truy nhập vô tuyến, cũng như từ mạng IP đồng cấp.Theo đó nó có thể quản lý các cổng phương tiện

khác nhau để xử lý các truy nhập truyền thống, cũng như thiết bi quản

lý nguồn tài nguyên IP, chất lượng dịch vụ IP QoS

Hình 2.6: Vị trí thiết bị 5060 ICS trên mạng IMS

5060 ICS thực hiện các chức năng sau đây:

- Máy chủ ứng dụng thoại tích hợp, chức năng này được thực hiện bởi khối 5420 CTS

- Điều khiển phiên dịch vụ IP, chức năng này được thực hiện bởi khối 5450 ISC

- Điều khiển tài nguyên IP, chức năng này được thực hiện bởi khối 5450 IRC

- Điều khiển cổng truy nhập AGCF

- Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC), chức năng này có thể được tích hợp trên 5060 ICS

- Máy chủ thuê bao nội mạng bên trong iHSS

- Chức năng thu thập tính cước cục bộ ICCF

2.5 Thiết bị tài nguyên phương tiện 5900 MRF

Máy chủ ứng dụng là phần tử chính kết nối người sử dụng với dịch vụ mạng

- Phát hiện quay đa tần DTMF trên mặt phẳng người sử dụng

- Phát hiện quay đa tần DTMF trên mặt phẳng điều khiển (SIP INFO cho sự kiện điện thoại )

- Máy chủ điều khiển tài nguyên 5900MRF thực hiện chức năng gửi các bản tin thông báo đến người sử dụng, phần quan trọng của dịch vụ thoại, video trong mọi loại hình mạng khác nhau, đáp ứng yêu cầu của các loại chuyển mạch mềm, máy chủ ứng dụng, mạng chuyển đổi khác nhau, giao tiếp với các dịch vụ mạng IN truyền thống

Chương 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỘI

TỤ CỦA ALCATEL-LUCENT Ở VIỆT NAM

3.1Phân tích trúc kiến trúc hội tụ trên nền mạng IMS dùng sản phẩm Alcatel-Lucent

3.1.1 Hội tụ công nghệ

Giải pháp hội tụ của Alcatel-Lucent dựa trên công nghệ ATCA làm nền tảng, các thiết bị lớp điều khiển phiên, nhiều thiết bị lớp ứng dụng đều dùng cộng nghệ

ATCA có 2 điểm đặc biệt quan trọng:

- Cấu trúc mô đun

- Độ tin cậy, độ khả dụng và độ sẵn sàng dịch vụ

Lợi ích của việc sử dụng ATCA (hình 3.2):

- Xóa bỏ sự độc quyền của một số ít các hãng viễn thông và có thể tạo ra nhiều cách để các hãng mới với chi phí vốn và các tài nguyên khác ít hơn thâm nhập vào thị trường, do vậy sẽ tăng sự cạnh tranh

- Làm giảm chi phí phát triển và sản xuất các thiết bị mạng viễn thông, khiến cho chi phí của toàn mạng viễn thông giảm

- Làm giảm chi phí vận hành mạng viễn thông

3.1.2 Hội tụ mạng

- Có thể kết nối tới nhiều loại mạng khác nhau:

+ Mạng đi động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA)

+ Mạng di động 2.5G (GPRS)

+ Mạng IP có dây (xDSL, Cable) và không dây (WLAN, WiMAX)

+ PSTN, ISDN

3.1.3 Hội tụ dịch vụ

Giải pháp hội tụ trên nền IMS của Alcatel-Lucent cung cấp các loại hình dịch vụ ánh xạ với các loại thiết bị như hình 2.1 đã mô tả trong chương 2

+ Thoại cơ bản: bao gồm các thuê bao IMS gọi cho nhau, gọi đi

+ Các dịch vụ khẩn cấp: bao gồm các dịch vụ về an ninh, cứu hỏa, cứu thương

+ Thuê bao dịch chuyển: cho phép thuê bao giữ nguyên số PSTN nhưng sử dụng được tất cả các dịch vụ của IMS

+ Giám thính hợp pháp: ghi âm cuộc gọi đối với số bị giám thính phục vụ mục đích an ninh

+ Dịch vụ thoại nối tiếp: cho phép thuê bao dịch chuyển trong vùng IMS sang các vùng khác như LTE, UMTS mà thoại không bị gián đoạn

+ Tích hợp IPTV và IMS

+ Cho phép tương tác với các máy chủ ứng dụng của các đối tác thứ 3 để phát triển phong phú hơn các loại hình dịch vụ, ví dụ như tín nhắn tức thời, tương tác web 2.0 và các mạng xã hội

3.2 Khả năng ứng dụng triển khai ở Việt Nam

3.2.1 Quá trình chứng minh năng lực

Cuối năm 2009, Alcatel-Lucent đã lắp đặt thiết bị để chứng minh năng lực của mình trong lĩnh vực IMS Dưới đây là mô hình kết nối IMS test Lab Alcatel-Lucent cũng như kết nối với thiết bị IMS của hãng Nokia- Siemens thông qua giao thức SIP-I, giao thức H248 nhằm đánh giá tính tương thích giao thức giữa 2 hệ thống

Hình 3.6: Thiết bị IMS Alcatel-Lucent kết nối vỡi IMS hãng

Nokia-Siemens Các phương thức kết nối như sau:

- IMS ALU kết nối với IMS NSN thông qua SIP-I

- MSAN ALU kết nối với SS NSN bằng H.248

- MSAN NSN kết nối với SS ALU bằng H.248

Có thể nhận thấy rằng các chức năng cuộc gọi cơ bản vẫn thực hiện được, nhưng các cuộc gọi liên quan phức tạp hơn không thể thực hiện được do cơ chế xử lý khác nhau của các loại thiết bị của các nhà cung cấp

3.2.2 Triển khai giải pháp IMS của Alcatel-Lucent ở Việt Nam

Từ cuối năm 2010, Alcatel-Lucent đã chính thức hợp tác với VNPT để triển khai giải pháp hội tụ trên nền IMS và đánh dấu chính thức xâm nhập thì trường IMS Việt Nam Với giải pháp của mình, Alcatel-Lucent sẵn sàng cung cấp các dịch vụ sau:

- Dịch vụ thoại qua IP, bao gồm truy nhập băng rộng, thoại truyền thống, thoại qua IP, tùy chỉnh dịch vụ thông qua web portal

- Dịch vụ hội thoại nâng cao, bao gồm băng rộng always-on, truy nhập di động, dịch vụ pha trộn, kết nối người dùng trên toàn mạng lưới và các thiết bị, dịch vụ cá nhân

- Truyền thông Internet và pha trộn (trộn các dịch vụ tăng cường đối thoại và nội dung web, kết nối với các mạng xã hội và các trang web cộng đồng, và truy cập mở cho cộng đồng phát triển

Giải pháp của ALU hỗ trợ các loại hình thuê bao sau:

- Thuê bao PES (PSTN Emulation Solution), là các thuê bao của mạng truyền thống PSTN

- Thuê bao PSS (POTS Simulation Service) là các thuê bao thoại qua băng rộng mô phỏng các dịch vụ của mạng PSTN

- Thuê bao di động

Các tiêu chí kỹ thuật đã được kiểm tra và mạng đã sẵn sàng cho khai thác

3.2.3 Phương pháp đánh giá khả năng hội tụ dựa trên đo kiểm

Trong quá trình chứng minh năng lực, các bài đo kiểm đã cho thấy: thiết bị truy nhập của hãng Alcatel-Lucent khi kết nối với hệ thống điều khiển của hãng Nokia Siemens chưa dáp ứng được 5 bài đo kiểm tra, dựa trên các phân tích giao thức chúng tôi thấy nguyên nhân phần mềm thiết bị MSAN Alcatel-Lucent chỉ hỗ trợ 2 kết cuối trong 1 ngữ cảnh context H248, chính vì vậy khi có các cuộc gọi yêu cầu thêm một context như các cuộc gọi thoại hội nghị mà sử dụng cớ chế add thêm một kết cuối và một context mà không sử dụng một context khác (như cớ chế của Alcatel-Lucent) thì các cuộc gọi này đều không thể thực hiện được

Về lý thuyết, MEGACO/H.248 có 8 lệnh cơ bản sau: Add, Modify, Subtract, Move, AuditValue, AuditCapability, Notify, ServiceChange Thiết bị truy nhập của hãng Nokia-Siemens khi kết nối với hệ thống điều khiển của hãng Alcatel-Lucent chưa dáp ứng được 6 bài đo kiểm tra, dựa trên các phân tích giao thức chúng tôi thấy nguyên nhân phần mềm thiết bị MSAN hãng Nokia-Siemens chưa thực hiện được lệnh MOVE Chính vì vậy những cuộc gọi liên quan đến yêu cầu kết cuối thứ 3, như thoại hội nghị, thì không thực hiện được

Các bài đo kiểm tra giao thức SIP-I báo hiệu giữa 2 thiết bị điều khiển của các hãng Alcatel-Lucent và Nokia-Siemens đều đáp ứng tốt các bài kiểm tra

Thông qua các bài đo kiểm, mặc dù các các bài đo liên quan đến cuộc gọi có sử dụng kết cuối thứ 3 hoàn toàn thực hiện được cho mỗi

hệ thống của Alcatel-Lucent hoặc Nokia-Siemens Tuy nhiên, nếu MSAN của Alcatel-Lucent kết nối với hệ thống Nokia-Siemens hoặc ngược lại thì không thực hiện được Nguyên nhân chính là giải pháp cho kết cuối thứ 3 được xử lý một cách khác nhau, một bên sử dụng kết cuối thứ 3 cho một context do đó không dùng lệnh MOVE, trong khi một bên sử dụng context khác cho kết cuối thứ 3 do đó sử dụng lệnh MOVE Đó là điểm khác biệt trong thiết kế hệ thống

3.3 Đề xuất và kiến nghị

Căn cứ vào kết quả đo kiểm trong quá trình chứng minh năng lực và triển khai dự án, một số kiến nghị sau được đưa ra:

- Đúc rút những khó khăn trong quá trình chứng minh năng lực

và tính tương thích với các hãng khác sử dụng H.248/MEGACO Kỹ

sư thực hiện trực tiếp công việc cấu hình hệ thống và đo kiểm đã kiến nghị những điểm không phù hợp cho hãng Alcatel-Lucent để có những điều chỉnh thích hợp Theo RFC3015 hỗ trợ bao nhiêu kết cuối (termination) trong một ngữ cảnh (context) là thuộc tính của cổng phương tiện, như vậy nếu thiết bị MSAN của Alcatel-Lucent chỉ hỗ trợ hai kết cuối thì thiết bị SS của Nokia-Siemens phải làm việc ở chế

độ hai kết cuối, tuy nhiên thiết bị của Nokia-Siemens không làm được điều này do không hỗ trợ lệnh MOVE (là một trong 8 lệnh cơ bản của H.248 theo RFC3015) Do đó kỹ sư đã kiến nghị với hãng Nokia-Siemens để hỗ trợ cơ chế hai kết cuối (hỗ trợ lệnh MOVE) đồng thời kiến nghị với hãng Alcatel-Lucent để điều chình thiết bị MSAN hỗ trợ nhiều hơn hai kết cuối trong một ngữ cảnh để tăng khả năng linh hoạt khi kết nối đến các thiết bị của hãng khác