Nghiên cứu mạng thông tin di động thế hệ mới NGN - Mobile và khả năng áp dụng tại Việt Nam

3G-1X EV-DO 3rd Generation Evolution -Data Only 3G 1x Phát triển - Tối ưu hóa dữ liệu 3G-1X EV-DV 3rd Generation Evolution -Data and Voice 3G 1x Phát triển - Tối ưu hóa dữ liệu ADSL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Ngọc Phương

NGHIÊN CỨU MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

THẾ HỆ MỚI NGN-MOBILE VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2007

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Ngọc Phương

NGHIÊN CỨU MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

THẾ HỆ MỚI NGN-MOBILE VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến và thông tin liên lạc

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 9

XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 9

1.1 Mạng thông tin di động hiện tại 9

1.1.1 Mạng di động GSM 10

1.1.2 Mạng đa truy cập phân chia theo mã CDMA 15

1.1.3 Sự khác nhau giữa mạng GSM và mạng CDMA 20

1.1.4 Những bất cập của các mạng di động hiện tại 23

1.2 Xu thế phát triển sang NGN-Mobile [7, 9] 23

CHƯƠNG 2 25

MẠNG NGN-MOBILE 25

2.1 Nguyên tắc cấu trúc của mạng NGN-Mobile 25

2.2 Cấu trúc phân lớp của mạng NGN-Mobile 26

2.2.1 Cấu trúc dựa trên Softwitch 29

2.2.2 Cấu trúc dựa trên IMS 32

2.3 Xu hướng chuyển đổi lên mạng NGN-Mobile [2, 3, 7] 38

2.3.1 Xu hướng chuyển đổi từ mạng GSM lên mạng NGN-Mobile [9] 39

2.3.2 Xu hướng chuyển đổi từ mạng CDMA lên mạng NGN-Mobile [9, 10] 44

CHƯƠNG 3 55

KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI MẠNG NGN-MOBILE TẠI VIỆT NAM 55

3.1 Cấu trúc mạng NGN-Mobile Việt Nam 55

3.1.1 Mục tiêu xây dựng cấu trúc mạng NGN-Mobile [2, 3] 55

3.1.2 Nguyên tắc xây dựng cấu trúc mạng NGN-Mobile tại Việt Nam [2, 9] 56

3.1.3 Các phương án xây dựng cấu trúc mạng NGN-Mobile tại Việt Nam 60

3.2 Kết nối mạng NGN-Mobile với các mạng khác 64

3.2.1 Kết nối mạng NGN-Mobile với mạng GSM (3GPP-ETSI TS 29.162) 64

3.2.2 Kết nối mạng NGN-Mobile với mạng PSTN (3GPP-ETSI TS 29.163) 65

3.2.3 Kết nối mạng NGN-Mobile với mạng NGN-cố định 66

3.3 Lộ trình triển khai mạng NGN-Mobile tại Việt Nam 67

3.3.1 Lộ trình triển khai mạng NGN-Mobile từ mạng GSM 67

3.3.2 Lộ trình triển khai mạng NGN-Mobile từ mạng CDMA 69

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

A watermark is added at the end of each output PDF file.

To remove the watermark, you need to purchase the software from

http://www.anypdftools.com/buy/buy-pdf-splitter.html

3G-1X EV-DO 3rd Generation Evolution

-Data Only 3G 1x Phát triển - Tối ưu hóa dữ liệu

3G-1X EV-DV 3rd Generation Evolution

-Data and Voice

3G 1x Phát triển - Tối ưu hóa dữ liệu

ADSL Asynmetric Digital

Subscriber Line Đường truyền thuê bao số

AMG Access Media Gateway Trạm cổng truy nhập

API Application Program

Interface Giao diện chương trình ứng dụng

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Transmission System Trạm thu phát gốc

CDMA Code-Division Multiple

Access

Truy cập đa luồng phân chia theo

mã

CdmaOne CDMA for 2G CDMA sử dụng trong mạng 2G

CAS Channel Associated

Signalling Báo hiệu kênh liên kết

CCS7 Common Channel Signalling

No 7 Báo hiệu kênh chung số 7

CSCF Call Session Control

Function

Chức năng điều khiển phiên của cuộc gọi

DSL Digital Subscriber Line Đường truyền thuê bao số

GSM Global System for Mobile

Communication

Hệ thống dùng chung cho mạng

di động

GPRS General Packet Radio

Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GGSN Gateway GPRS Service

Node

Điểm trung gian kết nối dịch vụ GPRS

HSS Home Subscriber Server Máy chủ quản l ý thuê bao

HLR Home Location Register Bộ ghi địa chỉ thường trú

IPv4 IP Version 4 Giao thức IP phiên bản 4

IPv6 IP Version 6 Giao thức IP phiên bản 6

ISDN Integrated Services Digital

Network Mạng số dịch vụ tích hợp

IMS Internet Protocol Mutimedia

Subsystem

Hệ thống hỗ trợ Multimedia giao thức Internet

IM-SSF IP Mutimedia Service

Switching Function

Chức năng chuyển mạch dịch vụ Multimedia giao thức Internet

ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MMD Multi Media Domain Miền đa phương tiện

MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MG Media Gateway Cổng giao tiếp thiết bị

MGCP Media Gateway Control

Protocol Giao thức điều khiển MG

MPLS MultiProtocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới

PBX Private Branch Exchange Tổng đài chi nhánh

PDSN Packet Data Serving Node Điểm dịch vụ dữ liệu

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PSD Packet Switched Data Dữ liệu chuyển mạch gói

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

SCM Session Control Manager Quản l ý điều khiển phiên

SGSN Serving GPRS Service Node Điểm dịch vụ GPRS

STP Signal Transfer Point Điểm truyền tín hiệu

SIGTRAN SIGnalling TRANsport Truyền tín hiệu

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

TCP Transfer Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời

VOD Video On Demand Video theo yêu cầu

VLR Visitor Location Register Bộ ghi địa chỉ tạm trú

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quan mạng GSM 11

Hình 1.2: Các thành phần của mạng GSM 12

Hình 1.3: Cấu trúc tham chiếu cơ bản của 3GPP R99 (Nguồn: 3GPP) 15

Hình 1.4: Cấu trúc tổng quan mạng CDMA 19

Hình 2.1: Cấu trúc phân lớp của mạng NGN - Mobile 27

Hình 2.2: Khái niệm Softswitch 30

Hình 2.3: Cấu trúc phân lớp chức năng của Softswitch so với cấu trúc của tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống 31

Hình 2.4: Kiến trúc tham chiếu R00 (R4 và R5) (Nguồn: 3GPP) 35

Hình 2.5: Kiến trúc phân lớp chức năng của IMS 36

Hình 2.6: Cấu trúc tham chiếu cơ bản của 3GPP R99 (Nguồn: 3GPP) 41

Hình 2.7: Kiến trúc tích hợp theo R00 (R4/R5) 43

Hình 2.8: Kiến trúc mạng UMTS trong tương lai 44

Hình 2.9: Hệ thống CDMA2000 1X 47

Hình 2.10: Cấu trúc mạng lõi CDMA2000 theo hướng NGN 53

Hình 2.11: Tiến trình phát triển mạng lõi CDMA2000 theo hướng NGN 53

Hình 3.1: Mô hình triển khai mạng NGN-Mobile 58

Hình 3.2: Mô hình kết nối mạng NGN-Mobile với mạng GSM 65

Hình 3.3: Mô hình kết nối mạng NGN-Mobile với mạng PSTN 66

Hình 3.4: Mô hình kết nối mạng NGN-Mobile với mạng NGN-cố định 67

Hình 3.5: Mô hình mạng NGN-Mobile theo hướng WCDMA 69

Hình 3.6: Mô hình mạng NGN-Mobile theo hướng CDMA2000 71

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, mạng di động của Việt Nam phát triển rất nhanh chóng cả về qui mô và chất lượng dịch vụ Nhiệm vụ hàng đầu của các nhà khai thác mạng di động hiện nay là phải xây dựng hệ thống mạng di động theo hướng tích hợp nhiều dịch vụ và phát triển phù hợp với tiến trình chuyển đổi trên thế giới

Để đáp ứng nhu cầu của một nền kinh tế mở, việc đầu tiên là phải gắn vai trò phương tiện giao tiếp với nhiệm vụ mở rộng giao thương kinh tế của các vùng miền Trong đó, ngành Bưu chính Viễn thông có vai trò làm cầu nối các vùng miền kinh tế với thế giới bên ngoài Các mạng thế hệ tiếp theo NGN dự báo một sự chuyển đổi từ mục tiêu “một mạng, một dịch vụ” sang cung cấp nhiều dịch vụ trên một mạng duy nhất Dựa trên giao thức Internet (IP), sự chuyển đổi NGN dựa trên việc mở rộng các mạng băng rộng, thoại qua IP (VoIP) tăng, hội tụ di động cố định và tivi IP (IPTV) Những mạng mới này đang được xây dựng nhờ sử dụng một số công nghệ, bao gồm không dây và di động, sợi quang và cáp, hoặc nhờ việc nâng cấp thành các đường dây đồng hiện nay Trong khi đó, một số các nhà khai thác đang tập trung vào việc nâng cấp các mạng lõi hoặc truyền tải thành NGN, một số nhà khai thác khách đang đảm bảo các mạng truy nhập của họ có thể đến tận người sử dụng cuối

Về xây dựng mạng lưới NGN cố định, năm 2004, VNPT đã hoàn tất triển khai một mạng NGN phục vụ cho truyền dẫn liên tỉnh Hiện tại đơn vị quản lý và khai thác mạng lưới NGN này là công ty Viễn Thông Liên Tỉnh - VTN Các dịch vụ

do mạng NGN mang lại hiện tại có thể thấy đó là: dịch vụ giải trí bình chọn 1900, 1800; các dịch vụ mạng riêng ảo nội hạt và liên tỉnh

Theo kế hoạch, cuối năm 2008 VNPT sẽ hoàn thành triển khai toàn bộ mạng lưới NGN cố định, bao gồm: hoàn tất phần mạng lõi dựa trên công nghệ IP và mở rộng phần truy nhập tới mạng nội hạt Việc hoàn tất triển khai NGN sẽ giúp cho VNPT giảm chi phí đầu tư mở rộng mạng lưới, giảm chi phí vận hành khai thác và bảo dưỡng Các dịch vụ trên nền NGN mà VNPT sẽ mang lại là băng rộng, chất lượng cao như: điện thoại IP, truyền dữ liệu tốc độ cao, dịch vụ video theo yêu cầu, truyền hình Internet

Hiện tại mạng di động GSM, CDMA tại Việt Nam còn nhiều bất cập khi mở

rộng dịch vụ và nâng cấp hệ thống trong tương lai Xu thế chung của thế giới và của

Việt Nam sẽ cần phải định hướng phát triển mạng di động theo hướng NGN để đơn

giản hóa trong việc triển khai các dịch vụ và mở rộng hệ thống khi có nhu cầu

Trước các yêu cầu đó, đề tài “Nghiên cứu mạng thông tin di động thế hệ mới

NGN-Mobile và khả năng áp dụng tại Việt Nam” được lựa chọn để nghiên cứu vừa

có ý nghĩa về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn cao

Nội dung luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Xu thế phát triển của mạng thông tin di động

Trình bày tổng quan về mạng thông di động tại Việt Nam và xu thế phát triển

tất yếu sang mạng NGN-Mobile

Chương 2: Mạng NGN-Mobile

Trình bày về nguyên tắc xây dựng cấu trúc mạng NGN-Mobile, các phần tử

của mạng NGN-Mobile Xu hướng chuyển đổi từ mạng di động hiện tại sang mạng

NGN-Mobile

Chương 3: Khả năng triển khai mạng NGN-Mobile tại Việt Nam

Trình bày về cấu trúc mạng NGN-Mobile tại Việt Nam, mô hình kết nối giữa

mạng NGN-Mobile với các mạng khác và tiến trình triến khai mạng NGN-Mobile

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Cảnh Tuấn, người đã trực

tiếp giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và phương pháp luận nghiên cứu khoa học

để tôi hoàn thành bản luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô

giáo Khoa Điện tử - Viễn thông - Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã

dạy dỗ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Do có những hạn chế về thời gian và tài liệu tham khảo, luận văn không thể

tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong nhận được những ý kiến chỉ bảo của thầy cô và các đóng góp của các bạn đồng nghiệp

CHƯƠNG 1

XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam phát triển rất nhanh chóng Trong vài năm qua, các nhà cung cấp dịch vụ di động và sản xuất thiết bị di động đã

đề cập khá nhiều tới khái niệm 3G Mãi tới năm 2005, sau nhiều năm trì hoãn, các dịch vụ 3G mới được triển khai tại Mỹ Công nghệ di động 3G sẽ mang lại những dịch vụ dữ liệu băng rộng không dây cho chiếc điện thoại di động Với khả năng truyền dữ liệu từ 144Kbps (nhanh gấp gần 3 lần so với kết nối dial-up 65K) tới 2,4Mbps, mạng 3G sẽ cho phép thực hiện các tác vụ như: truy cập Web, nghe nhạc, xem video, video theo yêu cầu (VOD), tải và chơi game 3D,

1.1 Mạng thông tin di động hiện tại

Hiện nay ở Việt Nam có 6 nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động Trong đó, Saigon Postel (S-Fone), EVN Telecom, Hà Nội Telecom sử dụng công nghệ CDMA; Mobifone, Vinaphone và VietTel sử dụng công nghệ GSM

Các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động bao gồm:

Vietnam Telecom

Services (GPC) Vinaphone(1996) GSM 900MHz Nokia Siemens

Motorola Vietnam Mobile

Telecom Services

(VMS)

MobiFone(1996) GSM 900MHz Kinnevik

Alcatel Motorola Vien thong quan doi

Kong)

Thong tin vien

thong Dien luc

(EVN-Telecom)

VP Telecom (2006) CDMA 450MHz Lucent Technologies

Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ BS đến máy di động

Các tính năng ưu việt của mạng GSM bao gồm:

- Chuyển vùng quốc tế: nhờ vào các tiêu chuẩn quốc tế, có thể thực hiện cuộc gọi ở bất kỳ nước nào có mạng GSM

- Tính bảo mật: Các cuộc gọi sử dụng kỹ thuật tương tự rất dễ bị nghe lén nếu người nào đó có bộ thu cùng tần số với 2 người đang liên lạc Với kỹ thuật

số, làm được việc này rất khó

- Chất lượng cuộc gọi tốt hơn: kỹ thuật số làm giảm nhiễu, tránh rớt cuộc gọi khi người dùng chuyển từ ô này sang ô khác, có thể sửa lỗi và tái tạo thông tin bị mất

- Hiệu suất cao: cho phép nhiều người sử dụng hơn hệ thống tương tự

Các hệ thống mạng GSM được nối kết với mạng chuyển mạch liên tỉnh, quốc

tế và nội hạt để thực hiện các cuộc gọi giữa mạng di động và mạng điện thoại cố định trong nước và quốc tế Mạng lưới của mạng GSM được xây dựng trên cơ sở các thiết bị tổng đài chuyển mạch MSC, các BSC và các BTS [1]

- Phần mạng GPRS (GPRS core network) Phần này là một phần lắp thêm

để cung cấp dịch vụ truy cập internet

- Và một số phần khác phục vụ việc cung cấp các dịch vụ cho mạng GSM như gọi, hay nhắn tin SMS…

- Máy điện thoại - Mobile Equipment

- Thẻ SIM - Subscriber identity module

Cấu trúc của mạng GSM có thể được chia thành ba phần Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo Hệ thống trạm gốc (Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động Hệ thống mạng (Network Subsystem), với thành phần chính là Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố định MSC cũng thực hiện các chức năng quản lý di động Ở đây không vẽ trung tâm vận hành bảo dưỡng (OMC) với chức năng đảm bảo vận hành và thiết lập mạng Trạm di động và hệ thống trạm gốc giao tiếp thông qua giao diện Um, còn được gọi là giao diện không gian hoặc kết nối vô tuyến Hệ thống trạm gốc giao tiếp với MSC qua giao diện A

SIM: Subcriber Identify Module EIR: Equipment Indentify

ME: Mobile Equipment AuC: Authentication Center

VLR: Visitor Location Register HLR: Home Location Register

Hình 1.2: Các thành phần của mạng GSM

Các thành phần của mạng GSM bao gồm:

Trạm di động:

Trạm di động (MS) bao gồm điện thoại di động và một thẻ thông minh xác thực thuê bao (SIM) SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng

có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ

đã đăng ký Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại

di động IMEI (International Mobile Equipment Identity) Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN)

Hệ thống trạm gốc:

Hệ thống trạm gốc BSS gồm có hai thành phần là Trạm thu phát gốc (BTS)

và Trạm điều khiển gốc (BSC) Hai thành phần này giao tiếp với nhau qua giao diện Abis, cho phép các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể giao tiếp và hoạt động cùng với nhau được

Trạm thu phát gốc - BTS thiết lập kết nối vô tuyến với trạm di động

Trạm điều khiển gốc - BSC quản lý tài nguyên vô tuyến cho một hoặc vài trạm BTS BSC thực hiện chức năng thiết lập kênh vô tuyến, phân bổ tần số, và chuyển vùng BSC là kết nối giữa trạm di động - MS và tổng đài chuyển mạch di động MSC

Hệ thống mạng:

Thành phần trung tâm của hệ thống mạng là tổng đài chuyển mạch di động MSC MSC hoạt động giống như một tổng đài chuyển mạch PSTN hoặc ISDN thông thường, và cung cấp tất cả các chức năng cần thiết cho một thuê bao di động như: đăng ký, xác thực, cập nhật vị trí, chuyển vùng, định tuyến cuộc gọi tới một thuê bao roaming (chuyển vùng) MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (PSTN hoặc ISDN) Báo hiệu giữa các thành phần chức năng trong hệ thống mạng sử dụng

Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7)

Bộ ghi địa chỉ thường trú (HLR) và Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) cùng với tổng đài chuyển mạch di động MSC cung cấp khả năng định tuyến cuộc gọi và chuyển vùng cho GSM HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao

đã được đăng ký của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao Vị trí của thuê bao thường dưới dạng địa chỉ báo hiệu của VLR tương ứng với trạm di động Chỉ có một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệu phân bố

Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị được lựa chọn từ HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động hiện đang ở vị trí mà nó quản lý Mặc dù các chức năng này có thể được triển khai ở các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC, vì thế việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VLR nên đơn giản được báo hiệu MSC không chứa thông tin về trạm di động cụ thể, thông tin này được chứa ở bộ ghi địa chỉ

Có hai bộ ghi khác được sử dụng cho mục đính xác thực và an ninh Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách của tất cả các máy điện di dộng hợp lệ trên mạng với mỗi máy điện thoại được phân biệt bởi số IMEI Một IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu nó được báo là bị mất cắp hoặc có kiểu không tương thích Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản sao các khoá bảo mật của mỗi card SIM, được dùng để xác thực và mã hoá trên kênh

vô tuyến

Các nhà khai thác mạng GSM hiện nay chủ yếu đang ở giai đoạn R99[11] Mạng lõi 3GPP R99 là mô hình mạng có kiến trúc phân tách theo loại hình dịch vụ (chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh) của mạng lõi UMTS R99 Tiêu chí của cấu trúc theo R99 bao gồm: tương thích ngược với GSM; hỗ trợ truy nhập các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao; và quản lý được QoS Có hai loại mạng truy nhập vô tuyến có thể kết nối với mạng lõi (CN) của 3GPP: hệ thống BSS của GSM và RNS của UTRAN Các mạng truy nhập vô tuyến này kết nối với mạng CN thông qua các giao diện chuẩn Cụ thể, BSS của GSM kết nối với miền CS qua giao diện A và miền PS qua giao diện Gb; UTRAN kết nối với miền CS qua giao diện Iu-cs và tới miền PS qua giao diện Iu-ps Miền CS (Circuit-Switched Domain) cung cấp các dịch

vụ chuyển mạch kênh dựa trên tổng đài MSC (bao gồm cả GSM), trong khi miền PS

(Packet-Switched Domain) cung cấp kết nối IP giữa Mobile và các mạng IP (bao

gồm cả GPRS)

Hình 1.3: Cấu trúc tham chiếu cơ bản của 3GPP R99 (Nguồn: 3GPP)

1.1.2 Mạng đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Hiện tại có ba mạng di động CDMA (Code Division Multiple Access) là: S-Fone, EVN Telecom, HT Mobile

• Mạng S-Fone: Công ty Cổ phần Dịch vụ Bưu chính Viễn thông Sài Gòn

(SAIGON POSTEL CORP - tên viết tắt SPT) quản lý, sử dụng đầu số “095”

• Mạng EVN Telecom: Công ty Thông tin Viễn thông Điện lực quản lý,

sử dụng đầu số “096”

• Mạng HT Mobile: Công ty cổ phần viễn thông Hà Nội - HaNoi Telecom

quản lý, sử dụng đầu số ”092”

Mạng đa truy cập phân chia theo mã CDMA là một chuẩn tế bào số dùng các

kỹ thuật phổ dải rộng để truyền tín hiệu, khác với kỹ thuật kênh băng hẹp dùng trong

các hệ thống tương tự thông thường Mạng CDMA kết hợp cả âm thanh số và dữ

liệu số vào trong một mạng truyền thông vô tuyến duy nhất và có thể cung cấp cho

khách hàng các dịch vụ âm thanh số, thư thoại, nhận diện số gọi đến và truyền hình

bằng văn bản

Tháng 9/2006, sau khi S-Fone hoàn tất việc nâng cấp hệ thống mạng Nhờ khả năng truyền dữ liệu băng rộng vô tuyến với tốc độ lên đến 2,4 Mb/giây,

EV-DO đặc biệt thích hợp cho việc cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu có dung

lượng lớn mà điển hình là VOD/MOD (xem phim/nghe nhạc theo yêu cầu) và

Mobile Internet của S-Fone Bước tiến này của S-Fone cũng đã góp phần rút ngắn

khoảng cách về trình độ viễn thông của Việt Nam so với khu vực và thế giới Tuy

nhiên đây mới chỉ là những ứng dụng ban đầu trên nền 3G

Giữa tháng 1 năm 2007, công ty cổ phần Viễn Thông Hà Nội (Hanoi

Telecom) và Hutchison Telecommunications International Limited (Hutchison

Telecom) đã công bố khai trương mạng HT Mobile - mạng dịch vụ viễn thông di

động toàn quốc mới nhất tại Việt Nam HT Mobile cũng sử dụng công nghệ

CDMA2000 1X EV-DO, phủ sóng 100% tại các thành phố chính và trên 80% khu

vực đông dân cư của 64 tỉnh/thành (riêng EVDO hiện có tại những khu vực có mật

độ lưu thông mạng cao tại TP HCM, Hà Nội và Đà Nẵng) CDMA2000 1xEV-DO là

một bước tiến trực tiếp của tiêu chuẩn vô tuyến CDMA2000 3G CDMA2000

1xEV-DO cho phép kết nối vô tuyến tốc độ cao ngang với băng rộng hữu tuyến

EV-DO đang dẫn đầu việc hội tụ các phương tiện điện tử cá nhân và vô tuyến; cho

phép gửi và nhận email với file đính kèm lớn, chơi game tương tác theo thời gian

thực, nhận và gửi hình ảnh hay phim video có độ nét cao, tải nội dung nhạc/video

hoặc kết nối vào các mạng của văn phòng làm việc - tất cả đều qua điện thoại di

động

Ngoài việc cung cấp dịch vụ thoại di động truyền thống, HT Mobile còn triển

khai các dịch vụ dữ liệu đa truyền thông tốc độ cao, kể cả việc cung cấp đường

truyền băng thông rộng, cho phép thực hiện các cuộc gọi video từ máy tính đến máy

tính (PC to PC) và tải các file đính kèm dung lượng lớn Dịch vụ dữ liệu của HT

Mobile cho phép khách hàng doanh nghiệp duy trì kết nối khi đang di chuyển với

tốc độ dữ liệu lên đến 2,4 Mb/giây Hàng loạt dịch vụ giá trị gia tăng khác cũng đã

được HT Mobile công bố bao gồm: WAP Portal, Happy Ring (thư viện nhạc với

trên 1.000 bài hát), dịch vụ truyền thông sáng tạo: MMS, Video Streaming

Dựa trên công nghệ CDMA, HT Mobile đã giới thiệu các ý tưởng dịch vụ

khách hàng sáng tạo, bao gồm: Cung cấp dịch vụ đường dây nóng để tư vấn cho

khách hàng suốt 24 giờ; công ty đầu tiên trên thị trường cung cấp dịch vụ SMS Care cho mọi dịch vụ

Công ty Thông tin Viễn thông Điện lực (EVN Telecom) là doanh nghiệp thành viên trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), hiện đang sở hữu hai hệ thống đường trục chạy song song đồng thời trên đường dây tải điện 500kV Bắc - Nam mạch 1 và mạch 2 Trong thời gian tới, EVNTelecom sẽ đưa hệ thống đường trục Bắc - Nam thứ 3 vào hoạt động

Liên tục từ năm 2003-2004, EVNTelecom đã xây dựng và đưa vào vận hành cổng quốc tế đầu tiên đặt tại Ba La (TP Hà Đông - Hà Tây) và cổng quốc tế thứ hai tại thị xã Móng Cái (Quảng Ninh) thông qua hệ thống cáp quang trên đường dây điện lực với dung lượng lớn hơn 10Gbps Đầu năm 2005, EVNTelecom tiếp tục đưa cổng quốc tế thứ ba sử dụng cáp quang trên đường dây điện lực tại tỉnh Lạng Sơn vào hoạt động Hiện nay, EVNTelecom đã có 03 cổng quốc tế hoạt động với độ an toàn cao, đảm bảo được chất lượng và đáp ứng tối đa nhu cầu của khách hàng, tạo thế chủ động cung cấp dịch vụ cho khách hàng và hạn chế tối đa mức thiệt hại khi có

sự cố

Hệ thống mạng viễn thông của EVNTelecom sử dụng công nghệ tiên tiến CDMA 2000-1X, tần số 450Mhz, hỗ trợ EV-DO và tiến tới cung cấp các dịch vụ Một ưu điểm nữa của mạng thông tin này là chất lượng thoại tốt, vùng phủ sóng rộng, tính bảo mật cao và dịch vụ phong phú Ngoài những dịch vụ giá trị gia tăng thông thường như các mạng điện thoại khác (nhắn tin, chờ cuộc gọi, hòm thư thoại…), mạng thông tin này còn cung cấp dịch vụ truy cập internet băng rộng với tốc độ lên tới 2,457 Mbps

Bên cạnh đó, EVNTelecom đã đưa ra thị trường mạng thế hệ mới (NGN) Đây

là mạng cho phép hỗ trợ mọi phương thức truyền thông tin như âm thanh, dữ liệu, hình ảnh và bảo đảm cung cấp mọi dịch vụ, đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Ưu điểm lớn nhất của mạng NGN là cho phép triển khai các dịch vụ một cách nhanh chóng, đa dạng, truy xuất toàn cầu và đáp ứng được sự hội tụ giữa các nguồn thông tin (thoại, truyền dữ liệu và internet…) với giá thành thấp

Công nghệ EV-DO hoặc 1xEV-DO, hoặc DO, được viết tắt từ Data Optimized (1x Phát triển - Tối ưu hóa Dữ liệu) (ban đầu được đặt tên là Evolution-Data Only) là một tiêu chuẩn truyền dữ liệu băng rộng vô tuyến cho các thiết bị không dây được nhiều nhà cung cấp dịch vụ CDMA của Nhật, Hàn Quốc, Brazil, Israel, Mỹ, úc, Canada, New Zealand, Venezuela, và Mexico thực hiện Công nghệ này được tiêu chuẩn hóa bởi thỏa thuận 3GPP2 thành một phần của bộ các tiêu chuẩn CDMA2000

1xEVolution-Thiết kế đầu tiên về công nghệ 1xEV-DO được Qualcomm phát triển vào năm 1999 để đáp ứng các yêu cầu của IMT-2000 (bộ tiêu chuẩn toàn cầu về các giao tiếp không dây thế hệ thứ 3 - 3G) về tốc độ tải xuống dữ liệu của các thiết bị di động hơn 2Mbits/s Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) để phê chuẩn 1xEV-DO và đặt

mã tiêu chuẩn là IS-856

1xEV-DO có nghĩa là phát triển trực tiếp từ tiêu chuẩn giao tiếp vô tuyến 1x (1xRTT hay CDMA2000 1x), và các kênh vô tuyến chỉ thực hiện truyền dữ liệu

So sánh với mạng 1x (1xRTT hay CDMA2000 1x) vốn đang dùng hiện nay, hoặc các mạng GPRS và EDGE của đối thủ GSM, 1xEV-DO thật sự nhanh hơn nhiều, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu trong không gian lên đến 2,4576 Mb/s với Phiên bản Rev 0, và lên đến 3,1 Mb/s với phiên bản Rev.A Để sử dụng được tốc độ này thì máy đầu cuối phải được trang bị các chip 1xEV-DO tương ứng

Khi triển khai với mạng di động thoại hiện có, 1xEV-DO yêu cầu một khoảng băng thông 1,25MHz riêng Phiên bản 1xEV-DO Rev A, vốn được phát triển từ phiên bản đầu tiên 1xEV-DO Rev.0, đã được triển khai thực tế tại Nhật Bản và Hàn Quốc Rev.A đưa ra cách thức thiết lập truyền dữ liệu gói tốc độ cao ở cả 2 chiều tải lên và tải xuống So sánh cụ thể như sau:

Kênh tải xuống (downlink, forward link):

Đồng thời kỹ thuật giao tiếp vô tuyến của Rev A cũng được nâng cao nhằm giảm độ trễ và nâng cao tốc độ Nhờ vào đó có thể hỗ trợ được các dịch vụ VoIP và điện thoại có hình (Video Telephony) trên cùng một kênh sóng mang trên nền công nghệ dữ liệu gói Internet truyền thống

PSTN /PLMN BTS

BSC BTS

PSTN /PLMN BTS

BSC BTS

Hình 1.4: Cấu trúc tổng quan mạng CDMA

Các thành phần của mạng CDMA bao gồm:

Xác thực thiết bị di động đang trong môi trường của mạng đang truy nhập Cung cấp cho HLR vị trí hiện tại của thiết bị di động Cung cấp cho MSC-S (Serving Mobile Switching Centre) các thông tin về các dịch vụ thiết bị di động sử dụng

Sau khi đăng ký thành công với HLR, thiết bị di động sẵn sàng thực hiện các cuộc gọi dữ liệu và thoại Những cuộc gọi này có thể ở hai dạng CSD (circuit-

switched data - dữ liệu chuyển mạch kênh) hoặc PSD (packet-switched data - dữ liệu chuyển mạch gói

Việc chỉ định địa chỉ IP cho mỗi thiết bị di động có thể được cung cấp bởi PDSN hoặc một máy phục vụ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) qua một HA (Home Agent)

RAN (Mạng truy nhập vô tuyến):

RAN (Radio Access Network) là điểm vào của thuê bao di động cho truyền thông dữ liệu hay thoại bao gồm:

BTS (Base Station Transceiver Subsystem) có chức năng giao diện giữa mạng và thiết bị di động Các tài nguyên RF như sự ấn định tần số, phân chia khu vực và điều khiển nguồn truyền được quản lý bởi BTS Ngoài ra, BTS còn quản lý lưu lượng về từ vị trí ô phủ sóng đến BSC (Base Station Controller) để giảm thiểu bất cứ thời gian trễ nào giữa hai thành phần này Thông thường một BTS kết nối đến BSC thông qua đường T1 hoặc trực tiếp đi cáp trong thiết bị cùng vị trí Các giao thức được sử dụng bên trong phương tiện này giữ độc quyền dựa trên nền tảng HDLC (High-level Data Link Control)

BSC (Base Station Controller) định tuyến các thông điệp thoại và dữ liệu chuyển mạch kênh giữa các vị trí ô phủ sóng và MSC BSC có vai trò quản lý tính di động là điều khiển và chi phối các máy di động từ một vị trí ô phủ sóng tới một vị trí

ô phủ sóng khác nếu thấy cần thiết[10]

1.1.3 Sự khác nhau giữa mạng GSM và mạng CDMA

Mạng GSM (Global System for Mobile communications) - Hệ thống thông tin di động toàn cầu và mạng CDMA - Đa truy cập phân kênh theo mã là những hệ thống vô tuyến di động kỹ thuật số tiên tiến được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới hiện nay

Với hệ thống kích hoạt thoại, hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao và điều khiển năng lượng, CDMA có những ưu thế vượt trội so với GSM Các nhà cung cấp dịch vụ CDMA có thể quản lý số lượng thuê bao cao gấp 5 - 20 lần so với công nghệ GSM Về chất lượng các cuộc gọi ở các vùng chuyển giao, thuê bao CDMA có thể

kết nối với 2 hoặc 3 trạm thu phát cùng lúc, do đó cuộc điện đàm không bị ngắt quãng và giảm đáng kể tỷ lệ rớt sóng

Một trong những lợi thế lớn nhất của CDMA là băng thông CDMA có thể kết hợp nhiều dịch vụ gia tăng cho khách hàng (download, truyền tải dữ liệu, tin nhắn đa phương tiện) Đó là những tiện ích với các khách hàng ở Việt Nam trong thời gian tới Những ưu thế mạnh nhất của CDMA có thể được thấy rõ trong hệ thống điện thoại di động thế hệ 3 (3G), đây là tương lai gần và tất yếu của thị trường viễn thông Việt Nam Dù vậy thì GSM lại là hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào máy điện thoại, người sử dụng có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau Trong khi đó với CDMA, điện thoại phải hoàn toàn đồng bộ Đồng thời, xét về tính phổ cập, GSM vẫn là công nghệ chiếm đa số trên thế giới, điều này ảnh hưởng rất lớn đến việc mở rộng và kết nối chuyển vùng (roaming) GSM rõ ràng

sẽ dễ roaming hơn CDMA

GSM thực chất là phiên bản của công nghệ TDMA - sử dụng phương thức Đa truy cập phân chia theo thời gian GSM số hóa và nén dữ liệu, sau đó chuyển lên kênh truyền dẫn bằng 2 luồng dữ liệu người dùng khác nhau, mỗi luồng chiếm trên một khe thời gian riêng Băng thông lúc đầu chia ta thành những kênh sóng 200 kHz

và sau đó phân kênh dựa trên khe thời gian Người dùng kênh sóng sẽ thay phiên nhau tuần tự, do vậy chỉ có một người sử dụng trên một kênh và chỉ có thể sử dụng được theo những giai đoạn rất ngắn

CDMA, khác với GSM, sau quá trình số hóa, dữ liệu được trải trên toàn bộ dải phổ rộng Nhờ vậy, nhiều cuộc gọi có thể tiến hành đồng thời trên cùng một kênh Mỗi bit thoại được ấn định một tần số mã đặc trưng và tín hiệu này được truyền dẫn trên một dải băng thông rộng (1.25 MHz) Tín hiệu sẽ được chọn bằng thiết bị thu nhận, thiết bị này đã được lập trình để nhận dạng mã đặc trưng đó

Với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn mạng GSM hiện tại, CDMA là công nghệ đáp ứng nhanh và hiệu quả các dịch vụ thoại, thoại và dữ liệu, fax, Internet CDMA còn rất hữu dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định có chất lượng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa thoại mới

Ngoài ra, sử dụng công nghệ CDMA sẽ ít tốn pin, thời gian đàm thoại lâu hơn Trong thông tin di động, thuê bao di chưyển khắp nơi với nhiều tốc độ khác nhau, vì thế tín hiệu do thuê bao phát ra có thể bị sụt giảm một cách ngẫu nhiên Để

bù đắp sự sụt giảm này, trong khi hệ thống GSM phải điều chỉnh máy điện thoại tăng tối đa mức công suất phát, công nghệ CDMA sử dụng các thuật toán điều khiển nhanh và chính xác, nhờ vậy máy điện thoại chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất lượng tín hiệu Kết quả là làm tăng tuối thọ pin, thời gian chờ và đàm thoại lâu hơn

Hệ thống CDMA có bán kính phục vụ của một trạm phủ sóng lớn hơn các hệ thống GSM, nghĩa là ít trạm gốc hơn, giảm bớt chi phí vận hành dẫn đến việc tiết kiệm cho cả nhà khai thác và người sử dụng mà vẫn đảm bảo chất lượng cuộc gọi đạt tới mức tối ưu

Trong hơn một tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA

sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA và FDMA sẽ dần không được sử dụng Con đường GSM sẽ tiến tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA), trong khi CDMA sẽ

là CDMA2000

Hiện nay, cơ sở hạ tầng mạng công nghệ thông tin 2G, 2,5G đã được khai thác tối đa cho các dịch vụ truyền thống Tuy vậy, cơ sở hạ tầng mạng này cũng không tồn tại được lâu do người dùng di động bắt đầu có những nhu cầu về các dịch

vụ dữ liệu cơ bản như các dịch vụ Internet và Intranet, các dịch vụ truyền thông đa phương tiện multimedia, các dịch vụ gia tăng mới, các dịch vụ hội tụ di động - cố định,…, nhất là dịch vụ truyền tiếng nói dưới dạng gói VoIP để bổ sung thêm vào các dich vụ thoại đơn thuần trên các máy điện thoại Các nhà khai thác cần phải có

sự đầu tư, các bước chuyển đổi cơ sở hạ tầng mạng để đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng

1.1.4 Những bất cập của các mạng di động hiện tại

Mạng di động hiện tại tồn tại một số bất cập sau:

o Mạng di động hiện tại có cấu trúc đóng Vì vậy các mạng khác nhau sẽ cung cấp các dịch vụ khác nhau Khi cần mở rộng các dịch vụ mới sẽ gặp nhiều khó khăn

o Các nhà cung cấp lớn sẽ nắm độc quyền về cung cấp thiết bị cho hệ thống thông tin di động

o Khả năng cung cấp các dịch vụ gia tăng với tốc độ chậm

o Khó khăn trong vận hành, khai thác và quản l ý hệ thống

Vì vậy, để có thể khắc phục được các bất cập của mạng di động hiện tại thì cần phải xây dựng, thiết kế mạng di động theo hướng tích hợp các dịch vụ, có cấu trúc mở để thuận lợi trong vận hành, khai thác, bảo trì hệ thống

1.2 Xu thế phát triển sang NGN-Mobile [7, 9]

Mạng thông tin di động đã phát triển mạnh mẽ và rộng khắp trên toàn thế giới trong mười năm vừa qua với khả năng cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ Hiện nay, nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu ngày càng tăng cao, các dịch vụ dữ liệu chiếm một tỉ trọng đáng kể trong tổng doanh thu của nhà khai thác mạng thông tin di động Trong vài năm tới các dịch vụ thông tin đa phương tiện dựa trên nền IP, sẽ là nguồn doanh thu chính khi doanh thu từ các dịch vụ thoại đang trở nên bão hoà

Xu hướng này đòi hỏi mạng thông tin di động phải phát triển theo một cấu trúc mới tiên tiến hơn, cấu trúc dựa trên nguyên tắc của mạng NGN (Next Generation Network) (giải pháp NGN-Mobile), với các tiêu chí cơ bản là sự hội tụ dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu, sự phân tách lớp điều khiển khỏi lớp truyền tải

Giải pháp mạng NGN là một giải pháp tổng thể liên quan đến toàn mạng Mục đích hướng tới là hệ thống mạng sử dụng toàn bộ giao thức IP

Trên thế giới hiện nay, mạng thông tin di động phát triển theo hai hướng công nghệ cơ bản là: công nghệ WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) và công nghệ cdma2000 tương ứng với 2 tổ chức chuẩn hóa là 3GPP và 3GPP2 Mạng thông tin di động cũng được định hướng phát triển theo hướng mạng lõi toàn IP

Các lợi ích chính của mạng NGN-Mobile không nằm ngoài khả năng cung cấp mềm dẻo và đa dạng nhiều loại hình dịch vụ, đặc biệt là dịch vụ thông tin đa phương tiện thời gian thực, các dịch vụ dữ liệu phong phú Sau đây là một số ưu điểm cơ bản của mạng NGN-Mobile:

+ Một mạng lõi duy nhất: mạng lõi dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép tối ưu khả năng sử dụng tài nguyên

+ Tính hội tụ: cho phép nhiều loại hình đa truy nhập mạng bao gồm cả vô tuyến lẫn hữu tuyến

+ Kiến trúc mở: các nhà phát triển dịch vụ/ứng dụng bên thứ ba dễ dàng tham gia vào việc cung cấp dịch vụ bằng cách sử dụng các hàm mở API (Application Programming Interface) do mạng cung cấp

+ Dịch vụ đa dạng: cho phép phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng đặc biệt

là các loại hình dịch vụ truyền thông đa phương tiện IP

+ Tiết kiệm băng thông: cuộc gọi từ đầu cuối tới đầu cuối trong mạng NGN

di động sử dụng mã hóa thích nghi AMR (Adaptive Multi Rate) cho phép tối ưu hóa băng thông, giảm thiểu sử dụng các thiết bị chuyển đổi mã hóa thoại (Transcoder), nhưng vẫn cải thiện được chất lượng thoại

+ Tiết kiệm chi phí đầu tư thiết bị ban đầu cũng như chi phí vận hành khai thác trong giai đoạn sau: Dễ dàng phát triển các dịch vụ mới, tăng hiệu quả trong kinh doanh

+ Phù hợp với tiến trình chuyển đổi và xu hướng hội tụ mạng di động và cố định ở trong nước và ngoài nước: hệ thống mạng áp dụng các tiêu chuẩn lớn trên thế giới như 3GPP, 3GPP2, ITU, ETSI IETF đã được chuẩn hóa Tiến tới hội tụ sử dụng chung mạng truyền tải IP/MPLS-backbone, mạng IMS (Internet Protocol Multimedia Subsystem), mạng lõi chung cho mạng NGN-Mobile và mạng NGN-cố định, hội tụ các dịch vụ mạng NGN-di động và NGN-cố định Mạng NGN-Mobile

đã được triển khai ở nhiều nước như: Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan,

CHƯƠNG 2 MẠNG NGN-MOBILE

Như đã khảo sát ở chương I, mạng thông tin di động tại Việt Nam phát triển rất nhanh chóng Về cơ bản mạng thông tin di động hiện tại đã đáp ứng được nhu cầu cung cấp dịch vụ trên phạm vi cả nước Tuy nhiên, nhu cầu khách hàng ngày một tăng lên và đòi hỏi các dịch vụ ngày càng tiện dụng, thông minh và chất lượng cao hơn

Cũng như mô hình một số nước khác, mạng Viễn thông Việt Nam hiện tại có cấu trúc khá phức tạp, gồm nhiều chủng loại thiết bị và hệ thống mạng dịch vụ khác nhau Mỗi loại hình dịch vụ có một mạng riêng để cung cấp các dịch vụ đó, gần như chưa tận dụng được hạ tầng của các mạng cho nhau, như mạng PSTN/ISDN, truyền

số liệu kênh thuê riêng, X25-Frame Relay, Internet, VOIP 171, 1717, mạng di động GSM, CDMA…

Các nhà cung cấp dịch vụ lớn như VNPT, Viettel hay SPT cũng đang rất nỗ lực nhằm triển khai mạng ngày một hiện đại hơn theo hướng NGN Đặc biệt, VNPT

đã và đang triển khai mạng NGN cố định trong thời gian gần đây Hiện tại đã có định hướng phát triển mạng di động theo hướng NGN

Xuất phát từ kết quả nghiên cứu chương trước, chương này nghiên cứu mô hình cấu trúc nguyên tắc của mạng NGN-Mobile

2.1 Nguyên tắc cấu trúc của mạng NGN-Mobile

Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau[2]:

- Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện

- Mạng có cấu trúc đơn giản

- Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng

- Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới

- Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, có khả năng mở rộng trong tương lai

Việc tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà tổ chức theo vùng mạng hay vùng lưu lượng

Chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn tạp”, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau

Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu :

• Mạng NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của các mạng hiện tại

• Kiến trúc mạng NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối

• Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến

Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại Cùng với sự thay đổi ở lớp truy nhập và truyền dẫn, chức năng chuyển mạch của tổng đài ở lớp điều khiển được thay thế bằng một phần mềm chuyển mạch thông minh gọi là

Softswitch (hay Call Agent)

2.2 Cấu trúc phân lớp của mạng NGN-Mobile

Cấu trúc mạng NGN-Mobile được xây dựng dựa trên hai nguyên tắc cơ bản là[2, 4, 7]:

o Hội tụ thoại và dữ liệu, sử dụng cùng một công nghệ, cùng một mạng cho

cả hai dịch vụ thoại và dữ liệu

o Phân tách các lớp: tách chức năng chuyển mạch và chức năng xử lý cuộc gọi

Mạng NGN là mạng dựa trên mạng chuyển mạch gói trong đó các phần tử thực hiện chức năng chuyển mạch định tuyến và các phần tử điều khiển được phân tách một cách logic và vật lý theo khả năng thông minh điều khiển dịch vụ hoặc cuộc gọi Mạng NGN hỗ trợ rất đa dạng các loại hình dịch vụ dựa trên một cơ sở hạ tầng truyền dẫn chung, bao gồm từ các dịch vụ thoại cơ bản cho đến các dịch vụ số liệu, video, đa phương tiện, dịch vụ băng thông rộng, và các ứng dụng quản lý mạng thông minh

Mạng NGN được chia thành các phân lớp cơ bản: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp điều khiển và lớp ứng dụng Mỗi phân lớp có chứa một số phần tử chức năng

cơ bản như: Máy chủ cuộc gọi (Call Sever) hay còn gọi là Chuyển mạch mềm (SoftSwitch), Cổng truy nhập (Media Gateway), Cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và Máy chủ dịch vụ (Feature Server)

Hình 2.1: Cấu trúc phân lớp của mạng NGN - Mobile

Mạng NGN-Mobile gồm các lớp như sau:

Lớp truy nhập:

Bao gồm các thiết bị của mạng truy nhập vô tuyến cung cấp các kết nối giữa các thiết bị đầu cuối thuê bao di động với mạng Các thiết bị thuộc lớp này có thể sử dụng các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau như: GSM, GRPS, EDGE, WCDMA, IS-95, cdma2000-1x, cdma200-1 x EV-DO, cdma200-1 x EV-DV,

Lớp này bao gồm các phần tử chức năng cơ bản khác như: Cổng truy nhập (Media Gateway) và cổng báo hiệu (Signalling Gateway)

• Cổng truy nhập (Media Gateway): Chức năng cổng truy nhập chỉ được sử dụng khi trong mạng còn tồn tại các hệ thống cũ dựa trên công nghệ TDM Khi thực hiện thông tin từ đầu cuối đến đầu cuối dựa trên công nghệ truyền gói thì cổng phương tiện không cần thiết phải sử dụng Đây là thiết bị kết nối hai điểm kết cuối thuộc các miền mạng khác nhau về công nghệ Cổng truy nhập hỗ trợ kết nối ở lớp truyền tải

• Cổng báo hiệu (Signalling Gateway): Cổng báo hiệu hỗ trợ báo hiệu liên mạng giữa các mạng dựa trên công nghệ TDM và các mạng chuyển mạch gói.Giao thức SIGTRAN được sử dụng để truyền thông tin báo hiệu giữa các mạng truy nhập

và các thiết bị thuộc lớp điều khiển (Chuyển mạch mềm, MSC Server, Call Server) Cổng báo hiệu có thể được tích hợp bên trong cổng truy nhập hoặc cấu hình là một thiết bị độc lập

Lớp truyền tải:

Bao gồm các nút chuyển mạch IP và các hệ thống truyền dẫn thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển

Lớp ứng dụng:

Lớp ứng dụng cung cấp các ứng dụng và dịch vụ cho khách hàng thông qua lớp điều khiển Hệ thống ứng dụng này liên kết với lớp điều khiển thống qua các giao diện mở API cho phép hệ thống có thể kết nối đến máy chủ cung cấp dịch vụ

của bên thứ 3 Phần tử cơ bản thuộc lớp ứng dụng là máy chủ dịch vụ (Feature Server, Application Server,…)

Lớp điều khiển:

Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển Phần tử quan trọng trong lớp điều khiển là chuyển mạch mềm Softswitch, MSC Server hay Call Server Chuyển mạch mềm hỗ trợ các chức năng liên quan đến xử lý cuộc gọi Chuyển mạch mềm giao tiếp với các cổng truy nhập

MG (Media Gateway) ở ranh giới mạng tại lớp truyền tải sử dụng các giao thức điều khiển đã được chuẩn hóa như: MGCP, Megaco (H.248) Bằng cách sử dụng các giao thức này, khối chức năng chuyển mạch mềm có thể xác định hai đầu cuối cần thực hiện kết nối (phiên truyền dẫn) Sau khi đã xác định được 2 điểm kết cuối, chuyển mạch mềm sẽ thiết lập một kênh truyền dẫn giữa chúng

Lớp điểu khiển của cấu trúc của mạng NGN-Mobile dựa trên cấu trúc Softwitch hoặc cấu trúc dựa trên IMS Cấu trúc dựa trên Softwitch là cấu trúc xuất hiện trước và có nhiều hãng cung cấp thiết bị này trên thị trường như Siemens, Ericsson, Nokia, Alcatel, Huawei, Motorola, Cấu trúc dựa trên Softwitch có thể nâng cấp lên cấu trúc IMS trong những giai đoạn phát triển sau của hệ thống mạng

2.2.1 Cấu trúc dựa trên Softwitch

Chúng ta có thể thấy rằng, giải pháp mạng NGN là tách phần điều khiển ra khỏi phần truyền tải trong miền chuyển mạch kênh Phiên bản Release 4 lần đầu tiên

đã sử dụng Media Gateway và MSC Server hoạt động dựa trên Chuyển mạch mềm Softswitch trong mạng NGN-Mobile có các tính năng tương tự chuyển mạch mềm trong tổng đài NGN[ 4, 7, 9]

Chuyển mạch mềm - Softswitch là một thành phần cơ bản của mạng thế hệ sau NGN dựa trên ý tưởng chuyển mạch mềm trong tổng đài NGN, với chức năng

cơ bản là điều khiển kết nối Softswitch điều khiển việc thiết lập và kết thúc cuộc gọi từ hoặc tới các thuê bao được phục vụ bởi tổng đài, quản l ý các kết nối này tới các mạng ngoài

Softswitch bao gồm các phần tử Softswitch host, Application Server,

Operating Support System và các Media Gateway (Signaling Gateway, Trunk

Gateway, Access Gateway), các phần tử này hoặc là các phần tử riêng biệt hoặc

được tích hợp với nhau, trong đó:

o Softswitch (còn được gọi là Call Agent hoặc Call Controller): thực hiện

chức năng quản l ý cuộc gọi

o Application Server (AS): cung cấp các tính năng hỗ trợ ứng dụng/ nội dung

o Operating Support System (OSS): có chức năng quản lý mạng, hỗ trợ tính

cước,

o Trunk Gateway (TG): kết nối tổng đài Toll hoặc Local của mạng PSTN

o Signaling Gateway: kết nối mạng báo hiệu CCS-7

o Access Gateway (AG): kết nối với thiết bị đầu cuối

Hình 2.2: Khái niệm Softswitch

Softswitch được thực hiện bằng phần mềm chạy trên các Platform thương

mại Softwitch thực hiện các chức năng thông tin giống như tổng đài chuyển mạch

kênh truyền thống Nhưng không giống các giải pháp chuyển mạch được sử dụng

rộng rãi, Softswitch là một platform mở, linh hoạt và tin cậy có cấu trúc phân lớp

dựa trên tưởng tách phần điều khiển cuộc gọi/phiên khỏi lớp truyền tải lưu lượng

Hình 2.3 mô tả cấu trúc phân lớp của Softswitch bao gồm: lớp truyền tải, lớp

điều khiển và lớp ứng dụng/dịch vụ Các lớp kết nối với nhau sử dụng các hàm giao

diện lập trình ứng dụng (API) đã được chuẩn hóa Kiến trúc này cho phép nhà khai

thác mạng có giải pháp tối ưu để phát triển và quản lý các dịch vụ mới nhằm đảm

bảo nhu cầu thay đổi rất nhanh của các dịch vụ/ứng dụng

o Lớp ứng dụng (Application Layer): các giao diện mở API cho phép

các nhà cung cấp nội dung/ứng dụng thuộc bên thứ ba dễ dàng phát triển các dịch vụ và cung cấp cho khách hàng

o Lớp điều khiển cuộc gọi/phiên (Session Control Layer): kết nối,

điều khiển, giám sát cuộc gọi/phiên, cũng như hỗ trợ nhiều loại giao thức khác nhau

o Lớp truyền tải (Transport Layer): bao gồm các phần tử mạng thực

tế (thiết bị phần cứng) thực hiện chức năng truyền tải vật các bit thông tin độc lập với loại hình mạng truy nhập Phương thức truyền tải gói tin có thể là IP hoặc ATM

Hình 2.3: Cấu trúc phân lớp chức năng của Softswitch so với cấu trúc của tổng

đài chuyển mạch kênh truyền thống

Hệ thống chuyển mạch kênh và chuyển mạch mềm có sự khác biệt rõ rệt như sau:

Chuyển mạch kênh: Nhà cung cấp đưa ra tất cả các giải pháp trong một khối

chuyển mạch duy nhất bao gồm: Phần cứng, chuyển mạch, ứng dụng Khách hàng

phụ thuộc nhà cung cấp, không có đổi mới, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao

Chuyển mạch mềm: Các giải pháp đưa ra từ nhiều nhà cung cấp, ở nhiều

mức độ khác nhau với nhiều sản phẩm nguồn mở theo chuẩn Khách hàng tự do chọn lựa những sản phẩm tốt nhất để xây dựng từng lớp mạng trong hệ thống Các chuẩn mở cho phép mở rộng dễ dàng và giảm chi phí vận hành, quản lý và bảo dưỡng

2.2.2 Cấu trúc dựa trên IMS

Trong lớp điều khiển, cấu trúc dựa trên Softwitch có thể nâng cấp lên cấu trúc IMS trong những giai đoạn phát triển sau của hệ thống mạng

Hiện nay có nhiều dịch vụ Internet được sử dụng thông qua điện thoại di động IMS với giao thức nền là SIP, với các tính năng khởi tạo phiên thời gian thực, cho phép các nhà khai thác phát triển và quản lý các dịch vụ dữ liệu di động một cách linh hoạt và hiệu quả Các nhà khai thác luôn mong muốn mạng hỗ trợ các giao diện chuẩn kết nối tới IMS cho phép hỗ trợ các dịch vụ liên mạng và khả năng kết nối tới các nhà cung cấp nội dung/ứng dụng bên thứ ba IMS sẽ được bổ sung các tính năng phức tạp hơn trong Release 6 Các tiêu chuẩn IMS đang được mở rộng và

hỗ trợ nhiều giao thức kết nối mạng khác nhau như 802.11-WiFi, cáp, DSL, cung cấp nhiều loại ứng dụng/dịch vụ IP

IMS là giải pháp với các giao diện được tiêu chuẩn hoá Hệ thống IMS cho phép các nhà khai thác mạng có cơ hội lựa chọn các sản phẩm và các giải pháp từ nhiều nhà cung cấp khác nhau Điều này dẫn tới cạnh tranh giữa những nhà cung cấp

và tạo điều kiện cho các nhà khai thác mạng giảm thiểu chi phí Là dịch vụ hoàn toàn dựa trên nền IP, với việc hỗ trợ của các loại hình dịch vụ phi thời gian thực và thời gian thực Điều này sẽ làm giảm tính phức tạp của mạng và do vậy giảm được chi phí IMS là nhân tố trung gian có khả năng hỗ trợ các công nghệ truy nhập khác nhau (ví dụ như GPRS, UMTS - PS, WLAN, xDSL) Các nhà khai thác mạng có thể cung cấp các dịch vụ qua các công nghệ truy nhập khác nhau tới khách hàng Để hỗ trợ và tổng hợp lợi ích của tất cả các công nghệ truy nhập này, chỉ cần một hệ thống quản lý (HSS) và hệ thống để truy nhập và quản lý dịch vụ (CSCF)

IMS hỗ trợ việc nén các báo hiệu trên giao diện vô tuyến Tuỳ thuộc vào tính hiệu quả của cơ chế nén, hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến có thể được

tăng lên một cách đáng kể Ngoài ra, việc nén báo hiệu làm giảm lưu lựợng truyền tải và thời gian thiết lập cuộc gọi nhờ đó tăng tính thuận tiện của các dịch vụ IMS

IMS được thiết kế để hỗ trợ cuộc gọi ngang mức (Peer-to-Peer) cũng như cuộc gọi Client-Server Việc thực hiện dịch vụ được xử lý ở ngoài ranh giới mạng, tại thiết bị và tại server Việc tiếp cận này tạo điều kiện đưa ra các dịch vụ mới nhanh chóng và linh hoạt mà không cần thực hiện các thay đổi lớn trong mạng Hệ thống IMS chỉ cung cấp các chức năng cơ bản như quản lý dịch vụ và quản lý truy nhập, quản lý và cung cấp kênh mang, hỗ trợ cuộc gọi nhiều bên…

IMS hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập khác nhau Mặc dù IMS 3GPP phiên bản 5 được thiết kế đặc biệt cho chuyển mạch gói UMTS nhưng vẫn có thể dùng cho các loại công nghệ truy cập khác như GPRS Việc bổ sung sự hỗ trợ của mạng WLAN hiện đang được nghiên cứu trong 3GPP phiên bản 6 Kiến trúc IMS cũng được sử dụng để hỗ trợ các truy nhập cố định như thông qua xDSL Với khả năng này, nhiều dịch vụ mới và các mảng kinh doanh mới có thể được thực hiện, đem lại các dịch vụ thông qua các phương thức truy nhập và mạng khác nhau (như mạng cố định - di động, di động - mạng doanh nghiệp)

Giao diện tiêu chuẩn ISC (IMS Service Control interface) cho phép đưa ra nhanh chóng các máy chủ ứng dụng với các dịch vụ mới vào trong mạng của nhà khai thác mạng di động Thông qua giao diện ISC, SIP Application Server (ví dụ Push-to-talk server), SIP Enabling Services Server (ví dụ Presence server) hay gateway có thể được kết nối vào IMS Với IMS và sự xuất hiện của các thiết bị đầu cuối đa phương tiện hỗ trợ SIP, việc triển khai dịch vụ mới một cách nhanh chóng

và linh hoạt là hoàn toàn có thể thực hiện được Có thể nói SIP đem lại lợi ích nhiều nhất cho các nhà khai thác mạng trong việc phát triển mới và triển khai dịch vụ

IMS được thiết kế cho phép kết hợp một cách linh hoạt, bổ sung hoặc loại bỏ các loại hình đa phương tiện khác nhau sau khi cuộc gọi được thiết lập.Việc kết hợp linh hoạt và dễ dàng này sẽ mở ra triển vọng cho các dịch vụ mới, và tạo điều kiện cho các dịch vụ này được người dùng dễ chấp nhận hơn

Tính hiệu quả của người sử dụng IMS là rút ngắn thời gian thiết lập cuộc gọi trong các dịch vụ như nhắn tin tức thời (instant messaging), nhấn để nói (push to

talk)…Một cơ chế khác cũng làm giảm thời gian thiết lập phiên là cơ chế nén báo hiệu SIP Ngoài ra cơ chế này còn giúp giảm thiểu tài nguyên vô tuyến cần thiết

Do IMS hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập (UMTS chuyển mạch gói, GPRS, WLAN, xDSL).Việc hỗ trợ vài công nghệ truy cập và mạng khác nhau (di động, cố định) thông qua cơ sở mạng kiểm soát chung, IMS sẽ tạo điều kiện đưa ra các dịch

vụ mới, tăng hiệu quả của người sử dụng đặc biệt trong lĩnh vực kinh doanh

Giao thức SIP là chuẩn báo hiệu do IETF đưa ra (RFC 2543-tháng 3/1999) nhằm giải quyết các vấn đề truyền tải tín hiệu âm thanh và hình ảnh trên môi trường mạng IP SIP dựa trên nền tảng văn bản sử dụng bộ ký tự ISO 10646, điều này tạo cho SIP tính linh hoạt, mềm dẻo, dễ mở rộng và dễ thực thi các ngôn ngữ lập trình cấp cao như Java, Tol, Perl

Giao thức SIP là nền tảng của lớp điều khiển phiên mới cho các mạng lõi 3G 3GPP đã phát triển các tiêu chuẩn cho phép hiện thực hóa IMS trong mạng NGN IMS bắt đầu được đưa ra từ Releas 5 của 3GPP

Đối với các mạng di động, IMS cho phép các nhà khai thác sử dụng nhiều loại hình dịch vụ hấp dẫn như Push-to-Talk, đảm bảo cung cấp đa dịch vụ dựa trên

IP IMS truyền tải lưu lượng báo hiệu và kênh mang trên lớp IP và hoạt động như một thiết bị định tuyến hoặc điều khiển phiên kết nối người sử dụng tới Server để xử

lý phiên/cuộc gọi thích hợp, sau đó định tu yến phiên/cuộc gọi đến đích IMS có khả năng thêm, sửa, hoặc hủy bỏ các phiên truyền tải trong một phiên thông tin đa phương tiện hoặc cuộc gọi chuyển mạch kênh hiện tại Tính năng này mở ra khả năng triển khai các dịch vụ hỗn hợp bao gồm đồng thời các phiên thoại, dữ liệu và

đa phương tiện

Phân hệ IMS cung cấp các dịch vụ IP đa phương tiện mới bổ sung vào các dịch vụ được cung cấp bởi miền CS

Mặc dù các nhóm tiêu chuẩn của 3GPP đã chia R00 thành R4 và R5 dựa trên tiêu chí phát triển hệ thống theo từng pha ở đây, với quan điểm tổng thể về sự phát triển của cấu trúc mạng, đề cập đến các hệ thống R4 và R5 như một hệ thống R00

Để có được khả năng truy nhập độc lập và đảm bảo được sự kết nối thông suốt các thiết bị đầu cuối hữu tuyến thông qua Internet, R00 hướng tới tương thích với các

tiêu chuẩn Internet của IETF ở những nơi sử dụng giao thức này, chẳng hạn R00 hỗ trợ giao thức SIP Để đáp ứng VoIP, kiến trúc R00 cũng hỗ trợ tập tối thiểu các phương thức codec bắt buộc và các tuỳ chọn giao thức bắt buộc đối với các dịch vụ VoIP[ 5, 8 ]

Hình 2.4: Kiến trúc tham chiếu R00 (R4 và R5) (Nguồn: 3GPP)

Mô tả kiến trúc tổng quát của R00 Trong kiến trúc này, đối với miền PS, xuất hiện các phần tử mới so với kiến trúc R99 thuộc về phân hệ IMS Cấu trúc của phân hệ đa phương tiện dựa trên IP (Ip Multimedia Subsystem) như

IMS bao gồm các phần tử sau: P-CSCF (Proxy Call Session Control Function); I-CSCF (Interrogating CSCF); S-CSCF (Serving CSCF); SGW (Signalling Gateway); MGW (Media Gateway); MGCF (Media Gateway Control Function); BGCF (Breakout Gateway Control function); MRFP (Multimedia Resource Function Processor); MRFC (Multimedia Resource Function Controller)

IMS bao gồm một tập các giao diện, các proxy, các Server hỗ trợ giao thức SIP và Media Gateway (đối với các kết nối tới các mạng truyền tải không dựa trên

IP như mạng lõi chuyển mạch kênh hoặc PSTN)

Kiến trúc IMS có thể phân chia theo 3 lớp liên kết chặt chẽ, bao gồm: lớp ứng dụng/dịch vụ, lớp điều khiển cuộc gọi/phiên, lớp truyền tải

Hình 2.5: Kiến trúc phân lớp chức năng của IMS

Lớp truyền tải:

Điểm mạnh về kiến trúc IMS là ở chỗ, theo lý thuyết có thể truy nhập tới mạng IP từ thiết bị người sử dụng, thông qua lớp điều khiển, tới dịch vụ hoặc bên được gọi trong khi vẫn giữ nguyên loại hình truy cập mạng Trong thực tế, sẽ dễ dàng hơn cho các nhà khai thác mạng di động có mạng lõi chuyển mạch gói 3G (tối thiểu là phiên bản R99) tích hợp IMS so với các nhà khai thác chỉ có mạng lõi chuyển mạch kênh 2G hoặc mạng lõi chuyển mạch gói không được phát triển đầy

đủ

Cũng chú ý rằng các tính năng cải tiến đối với tiêu chuẩn IMS sẽ được thực hiện trong 3GPP phiên bản 6 nhằm tới các giao diện đối với các mạng truyền tải chuyển mạch gói (hiện nay 3GPP phiên bản 5 tập trung tối ưu giao diện đối với các mạng lõi chuyển mạch di động)

Lớp điều khiển:

Chức năng lõi của IMS được tập trung tại lớp điều khiển phiên/cuộc gọi, bao gồm các phần tử sau: