Thiết kế và thực hiện ứng dụng chia sẻ video trong mạng 3g sử dụng kiến trúc IMS

AAA Authentication Authorization Accounting Chứng thực, Cấp quyền, Tính cước ALG Application Layer Gateway Lớp cổng ứng dụng API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụn

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn một năm nghiên cứu, làm việc nghiêm túc, được sự động viên, giúp

đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Tài Hưng, luận văn với đề tài

“Thiết kế và thực hiện ứng dụng chia sẻ video trong mạng 3G sử dụng kiến trúc IMS” đã cơ bản hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- Thầy giáo hướng dẫn: TS Nguyễn Tài Hưng đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

- Viện Đào tạo Sau đại học, các thầy giáo, cô giáo ở Viện Điện tử - Viễn thông – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

- Toàn thể gia đình, bạn bè và người thân đặc biệt là bố, mẹ đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xvi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NGN VÀ IMS 3

1 1 Gi i hi h ng 3

1.1.1 Mạng thế hệ sau là mạng tích hợp đa dịch vụ 3

1.1.2 Mạng thế hệ sau là sự chuyển dần từ mạng chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói 3

1.1.2.1 Mạng chuyển mạch kênh 3

1.1.2.2 Mạng chuyển mạch gói 4

1.1.3 Các thành phần mạng thế hệ sau 5

1 h i h n h 6

1.2.1 Định nghĩa chuyển mạch mềm 6

1.2.2 Các lợi ích khi sử dụng chuyển mạch mềm 8

1.2.2.1 Khả năng giảm giá thành 8

1.2.2.2 Khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng 8

1 i n h n h 9

1.3.1 Media Gateway và Media Gateway Controller 9

1.3.1.1 Media Gateway 10

1.3.1.2 Media Gateway Controller 11

1.3.2 Signalling Gateway 11

1.3.4 Các ứng dụng của chuyển mạch mềm 15

1 H ng i hi n h n h 15

1.4.1 Tổng quan về giao thức điều khiển Media Gateway 15

1.4.2 Các giao thức trong mạng NGN 16

1.4.2.1 Giao thức MGCP 16

1.4.2.2 Giao thức SIP 17

1.4.2.3 Tổng quan về SIGTRAN 17

1 5 C ê ầ ng h hống ng IMS 20

1.5.1 Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP 20

1.5.2 Quản lý đảm bảo chất lượng dịch vụ - QoS 20

1.5.3 Hỗ trợ liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh (PSTN) 20

1.5.4 Hỗ trợ chuyển vùng 21

1.5.5 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ 21

1.5.6 Hỗ trợ phát triển các dịch vụ 22

1.5.7 Hỗ trợ đa truy nhập 22

Chương - IẾN TRÚC VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG IMS 23

2.1 Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS 23

2.1.1 Lớp dịch vụ 24

2.1.1.1 Máy chủ ứng dụng (Appication Server - AS) 24

2.1.1.2 Máy chủ quản lý Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF 25

2.1.2 Lớp lõi IMS 26

2.1.2.1 Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF - Call Session Control Function) 26

2.1.2.2 Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF) 29

2.1.2.3 Chức năng điều khiển cổng truyền thông MGCF 29

2.1.2.4 Chức năng tài nguyên truyền thông MRF 30

2.1.3 Lớp vận tải 30

2.1.3.2 RACF (Resource & Admission Control Functionality) 31

2.1.3.3 PSTN/CS Gateway 31

2.2.3.4 IMS GW và TrGW 33

2.1.3.5 Mạng truy nhập 34

C i h hi IMS 35

2.3 C gi hứ hính ượ sử dụng ng IMS 37

2.3.1 Giao thức khởi tạo phiên (SIP) 37

2.3.2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước (AAA) 39

2.3.3 Các giao thức khác 40

Chương 3 - CÁC DỊCH VỤ ỨNG DỤNG TRONG IMS 41

3.1 Presence 41

3.1.1 Giới thiệu 41

3.1.2 SIP cho Presence 42

3.1.3 Kiến trúc dịch vụ Presence trong IMS 44

3.1.4 Presentity list 45

3.1.5 Các thủ tục báo hiệu trong điều hành dịch vụ Presence 47

3.1.5.1 Lấy thông tin Presence 47

3.1.5.2 Xuất thông tin Presence 48

3.1.5.3 Lấy thông tin từ RLS 48

3.2 T n thông i p – Messaging 48

3.2.1 Giới thiệu 48

3.2.2 Kiến trúc IMS messaging 49

3.2.2.1 Immediate messaging 49

3.2.2.2 Session-based messaging 50

3.3.1 Giới thiệu 52

3.3.2 Kiến trúc PoC 53

3.3.3 Các đặc điểm của PoC 54

3.3.3.1 Liên lạc PoC 54

3.3.3.2 Các phiên PoC đồng thời 55

3.3.3.3 Các chế độ thiết lập phiên PoC 56

3.3.4 Mặt bằng người dùng (user plane) 56

3.3.4.1 Talk Burst 57

3.3.4.2 Talk Burst Control 57

3.3.4.3 Phản hồi chất lượng dịch vụ 58

3.3.5 Ch ả lời 59

3.4 Conferencing 59

3.4.1 Giới thiệu 59

3.4.2 Kiến trúc 59

3.4.3 Gói Event SIP cho thông tin trạng thái conference 60

3.4.4 Các luồng báo hiệu trong điều hành dịch vụ conference 60

3.4.4.1 Tạo một conference với một conference URI 60

3.4.4.2 Chỉ một user đến conference sử dụng yêu cầu REFER 61

3.4.4.3 Đăng kí vào trạng thái conference 62

5 IMS à x hư ng h i ụ di ng – ố ịnh 62

3.5.1 Giới thiệu 62

3.5.2 Tình hình chuẩn hoá và thương mại hoá 64

3.5.3 Phương án phát triển mạng cố định 65

3.5.3.1 Giai đoạn 1: Phỏng tạo PSTN/ISDN 65

3.5.3.2 Giai đoạn 2: Phỏng tạo và mô phỏng PSTN/ISDN 66

3.5.3.3 Giai đoạn 3: Mô phỏng PSTN/ISDN 66

3.5.4 Phương án phát triển mạng di động 67

3.5.4.1 Giai đoạn 1: Gói hoá mạng di động 67

3.5.4.2 Giai đoạn 2: Bổ sung chức năng điều khiển phiên 67

3.5.4.3 Giai đoạn 3: Hoàn thiện lớp điều khiển IMS 68

Chương - PH N T CH VÀ ĐÁNH GIÁ HI U QUẢ TRIỂN HAI IMS 69

1 Ph n í h à s s nh hi ả IMS i giải ph p iêng PS 69

4.1.1 Các giải pháp triển khai dịch vụ trước đây 69

4.1.2 Giải pháp riêng và IMS 69

4.1.3 Kết luận 73

Đi hi n i IMS 73

Chương 5 – STREAMING VIDEO OVER INTERNET 76

5 1 Cấ hình hự nghi sử dụng ông ụ phỏng WANe 76

5 S e ing file bằng VLC ng di n ng sử dụng ông ụ WANe 77 5.2.1 Dùng giao thức udp 79

5.2.2 Dùng giao thức rtp 81

5.2.3 Dùng giao thức http 83

5 In e i e S e ing bằng Linph ne ng di n ng sử dụng ông ụ WANe 85

Chương 6 - THIẾT Ế GIẢI PHÁP HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH QUA INTERNET 90

6 1 Gi i hi h ng 90

6 Yê ầ ối i h hống h i nghị n hình - HNTH 90

6.2.1 Yêu cầu về đường truyền 90

6.2.2 Yêu cầu về thiết bị 91

6 Giải ph p hi h i nghị n hình in e ne 92

6.3.1 Hiện trạng hệ thống mạng tại công ty 92

6.3.2 Giải pháp thiết kế hệ thống hội nghị truyền hình 94

6 Thi h phòng họp 98

6.4.1 Thiết kế cho hai phòng họp cỡ trung bình 98

6.4.2 Thiết kế sử dụng cho phòng họp lớn tầng 7 98

6.4.3 Sơ đồ bố trí các thiết bị 100

6 5 Đ x ấ giải ph p ph i n ng ương l i 100

ẾT LUẬN 102

TÀI LI U THAM HẢO 103

AAA Authentication Authorization

Accounting Chứng thực, Cấp quyền, Tính cước ALG Application Layer Gateway Lớp cổng ứng dụng

API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng

A-RACF Access Resource and

Admission Control Function

Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập

AS Application Server Máy chủ ứng dụng

B

BG Border Gateway Cổng biên

BGCF Breakout Gateway Control

Funtion Chức năng điều khiển cổng vào ra

C

CDMA Code Division Multiple

Access Đa truy nhập phân chia theo mã

COPS Common Open Policy Service Giao thức dịch vụ chính sách mở

thông thường

CSCF Call/Session Control Function Khối chức năng điều khiển phiên và

cuộc gọi

D

Protocol DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số

G

GGSN Getway GPRS Suport Node Nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển gói diện rộng qua

sóng vô tuyến GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu

H

HLR Home Location Register Bộ đăng ký vị trí máy chủ

HSS Home Subcriber Server Máy chủ quản lý thuê bao thường

trú HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản

I

I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – Truy vấn

IETF Internet Engineering Task

Force Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet

IM IP Multimedia Đa phương tiện IP

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMSI International Mobile

Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IMS-MGW IP Multimedia Subsystem -

Media Gateway

Cổng đa phương tiện IMS

IM-SSF IP Multimedia - Service

Switching Function

Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ

IP

IP Internet Protocol Giao thức internet

IP-CAN IP-Connectivity Access Mạng truy nhập kết nối IP

IPSec Internet Protocol Security Giao thức bảo mật mạng

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình số được cung cấp

thông qua mạng IP

ISDN Integrated Services Digital

Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISIM IMS SIM Module nhận dạng thuê bao IMS

ITU International

Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế

M

MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MGCF Media Gateway Control

Function

Chức năng điều khiển cổng truyền thông

MGF Media Gateway Function Chức năng cổng phương tiện

MGW Media Gateway Cổng đa phương tiện

MRF Media Resource Function Chức năng tài nguyên media

MRFC Media Resource Function

Controller

Chức năng quản lý tài nguyên media

MRFP Media Resource Function

Processor Chức năng xử lý tài nguyên media MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

N

NASS Network Attachment

Subsystem Phân hệ liên kết mạng

O

OSA Open Services Access Truy nhập dịch vụ mở

OSA-SCS Open Service Access – Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA

Service Capability Server

P

P-CSCF Proxy – CSCF CSCF - Thể quyền

PDF Policy Decision Function Khối chức năng giải quyết chính

sách PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PoC Push to talk over cellular Nhấn phím Push to talk (PTT) để

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RFC Request for Command Yêu cầu cho câu lệnh

RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức vận chuyển thời gian

S-CSCF Serving – CSCF CSCF – phục vụ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

SGW Signalling Gateway Cổng báo hiệu

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SLF Subscriber Locator Function Chức năng định vị thuê bao

SMTP Simple Mail Transfer Protocol

giản SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ

T

THIG Topology Hiding Interwork

Gateway Cổng tương tác ẩn giao thức TrGW Transition Gateway Cổng chuyển tiếp

U

UA User Agent Thực thể người dùng

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UMTS Universal Mobile

Telecommunication System Hệ thống thông tin di động toàn cầu

URI Uniform Resource Identifier Chuỗi định danh tài nguyên trên

mạng URL Universal Resource Locator Vị trí tài nguyên toàn cầu

V

VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức mạng Internet

W

WiMAX Worldwide Interoperability

for Microwave Access

Khả năng khai thác liên mạng trên toàn cầu đối với truy nhập vi ba WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Mô hình mạng thế hệ sau 5

Hình 1.2 So sánh cấu trúc chuyển mạch truyền thống và chuyển mạch mềm 7

Hình 1.3 Tổng quan về sơ đồ giao thức 16

Hình 1.4 Khả năng hội tụ mạng của IMS 18

Hình 2.1 Kiến trúc phân lớp của IMS 23

Hình 2.2 Các máy chủ ứng dụng IMS 25

Hình 2.3 Kiến trúc các CSCF 27

Hình 2.4 Kiến trúc MRF 30

Hình 2.5 Kết nối IMS và mạng PSTN/CS 32

Hình 2.6 IMS-ALG và TrGW 33

Hình 2.7 Mạng truy nhập tới IMS 34

Hình 2.8 Các điểm tham chiếu trong IMS 35

Hình 2.9 Các thành phần SIP 38

Hình 3.1 SIP Presence 43

Hình 3.2 Kiến trúc dịch vụ Presence trong IMS 44

Hình 3.3 Presence không có RLS 45

Hình 3.4 Presence với RLS 46

Hình 3.5 Đăng kí Presence thành công 47

Hình 3.6 Xuất thông tin Presence thành công 48

Hình 3.7 Quá trình lấy thông tin từ RLS 48

Hình 3.8 Dòng Immediate Messaging 49

Hình 3.9 Dòng Session-base Messaging 51

Hình 3.10 Push to talk over cellular 52

Hình 3.11 Kiến trúc PoC 53

Hình 3.12 Mặt bằng người dùng trong PoC 56

Hình 3.13 Khởi tạo conference sử dụng conference fatory URI 61

Hình 3.14 Mời một user vào conference 61

Hình 3.16 Kiến trúc mạng NGN (nguồn ETSI 2005) 65

Hình 4.1 Biểu đồ tiết kiệm chi phí hoạt động của IMS 70

Hình 4.2 Ưu điểm của IMS so với Giải pháp riêng (PS) trong quá trình đưa sản phẩm ra thị trường 72

Hình 5.1 Cấu hình địa chỉ IP tĩnh cho WANem 76

Hình 5.2 Giao diện và tùy chọn các thông số 76

Hình 5.3 Kết nối Server – Client qua WANem 77

Hình 5.4 Kết nối Client – Server qua WANem 77

Hình 5.5 Mô hình streaming file bằng VLC sử dụng công cụ WANem 78

Hình 5.6 Video nguồn 78

Hình 5.7 Server thực hiện streaming video dung giao thức udp 79

Hình 5.8 Client thu video 79

Hình 5.9 3 ảnh chụp từ video thu được 80

Hình 5.10 Wireshark bắt gói tin khi streaming video với giao thức udp 80

Hình 5.11 PSNR khi dùng giao thức udp 81

Hình 5.12 Server thực hiện streaming video dung giao thức rtp 81

Hình 5.13 Client thu video 82

Hình 5.14 3 ảnh chụp từ video thu được 82

Hình 5.15 Wireshark bắt gói tin khi streaming video với giao thức rtp 82

Hình 5.16 PSNR khi dùng giao thức rtp 83

Hình 5.17 Server thực hiện streaming video dung giao thức http 83

Hình 5.18 Client thu video 84

Hình 5.19 3 ảnh chụp từ video thu được 84

Hình 5.20 Wireshark bắt gói tin khi streaming video với giao thức http 84

Hình 5.21 PSNR khi dùng giao thức http 85

Hình 5.22 Mô hình Interactive Streaming bằng Linphone qua mạng diện rộng sử dụng công cụ WANem 85

Hình 5.23 Ảnh chụp màn hình bên gọi dùng Linphone 86

Hình 5.24 Ảnh chụp màn hình bên trả lời dùng Linphone 86

Hình 5.25 Kết quả phân tích của WANem khi dùng Linphone 87

Hình 5.26 Một số kết quả thu được khi phân tích bằng Wireshark 89

Hình 6.1 Hội nghị truyền hình 90

Hình 6.2 Sơ đồ kết nối 95

Hình 6.3 Sơ đồ bố trí các thiết bị 97

Hình 6.4 Phòng họp cỡ trung bình 98

Hình 6.5 Phòng họp lớn 99

Hình 6.6 Phòng họp lớn 99

Hình 6.7 Sơ đồ bố trí các thiết bị 100

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS 35Bảng 4.1 Sự khác nhau của hai phương pháp triển khai dịch vụ PS và IMS 69Bảng 4.2 Các thành phần có nhiều ưu điểm trong IMS 71

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý d họn ài

Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng PSTN đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mục đích tạo ra một mạng IP duy nhất Phân hệ IP Multimedia Subsystem (IMS) là một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát triển đó IMS trở thành một phân

hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hãng sản xuất các thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới Với IMS, người dùng có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng di động và đồng thời có thể sử dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet IMS đã thực sự trở thành chìa khóa để hợp nhất mạng di động và mạng Internet, là một phân hệ không thể thiếu trong kiến trúc NGN

Mụ í h, ối ượng à ph i nghiên ứ

Mục tiêu của đề tài này là tìm hiểu kiến trúc IMS, các dịch vụ có thể được triển khai trong đó, phân tích những ưu nhược điểm và khả năng triển khai IMS trong NGN, đồng thời sử dụng một số công cụ phỏng tạo để thực hiện việc truyền video qua mạng và thiết kế một hệ thống Hội nghị truyền hình dùng trong công ty

Tó ắ l ận i ơ bản à óng góp i

Luận văn đã nghiên cứu tương đối đầy đủ về kiến trúc IMS và các dịch vụ có thể triển khai, cho thấy IMS có những ưu điểm vượt trội so với các giải pháp khác trong mạng viễn thông trước đó Luận văn cũng đã thực hiện việc chia sẻ video qua mạng và tính toán các thông số liên quan Hệ thống truyền hình Hội nghị qua Internet cũng được thiết kế trong đề tài này

Tác giả đã có những đóng góp cho đề tài như tập hợp khá đầy đủ cơ sở lý thuyết về IMS tạo điều kiện cho việc tìm hiểu được dễ dàng hơn, đồng thời cho thấy việc sử dụng kiến trúc IMS sẽ tạo ra sự đa dạng về dịch vụ cũng như cạnh tranh về

các công ty có thể áp dụng để thuận tiện cho việc chia sẻ thông tin

 N i d ng nghiên ứ ài:

Với mục đích tìm hiểu về phân hệ IMS và khả năng phát triển của nó, đề tài của tôi bao gồm các nội dung chính sau:

Chương 1 Tổng quan về NGN và IMS: Tìm hiểu chung, tiến trình phát triển và

các yêu cầu trong hệ thống mạng NGN và IMS

Chương 2 Kiến trúc và các giao thức trong IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS,

các thành phần, chức năng của từng thành phần và các giao thức chính được sử dụng trong IMS

Chương 3 Các dịch vụ ứng dụng trong IMS: Giới thiệu về các dịch vụ có thể

được triển khai trong IMS đó là: Presence, Truyền thông điệp – Messaging, Push to talk over cellular, Conferencing Đồng thời trong chương này còn nói đến IMS và

xu hướng hội tụ di động – cố định, là một xu thế tất yếu trong ngành viễn thông tương lai mà NGN đang hướng tới

Chương 4 Phân tích và đánh giá hiệu quả triển khai IMS: Đi sâu vào phân

tích và so sánh hiệu quả IMS với các giải pháp riêng (PS), dựa vào các kết quả phân tích của Bell Labs để đưa ra đánh giá Ngoài ra, trong chương này cũng nêu lên những điểm yếu hiện tại của IMS để có cái nhìn toàn diện hơn về nó

Chương 5 Streaming video over Internet: Thực hiện stream video qua mạng sử

dụng các công cụ phỏng tạo và các kết quả thu được

Chương 6 Thiết kế giải pháp hội nghị truyền hình qua Internet

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NGN VÀ IMS

1 1 Gi i hi h ng

1.1.1 Mạng thế hệ sau là mạng tích hợp đa dịch vụ

Hiện nay các mạng số liệu và mạng thoại tiếng nói đang song song tồn tại với lưu lượng gần tương đương nhau Tuy nhiên mức độ phát triển về lưu lượng của mạng số liệu gấp 10 đến 15 lần so mạng thoại, nguyên nhân là do sự bùng nổ truy nhập Internet trên toàn thế giới Cùng với truyền thoại và số liệu, việc thực hiện truyền hình qua mạng đã ra đời và phát triển mạnh mẽ Trao đổi giữa các cá nhân và các tổ chức, công ty với nhau không chỉ còn gói gọn trong việc trao đổi điện đàm,

mà đang có xu hướng tiến tới hội tụ cả thoại, số liệu, truyền hình Sự tiến bộ vượt bậc về công nghệ trong lĩnh vực phần mềm, giao vận, liên kết, sự bùng nổ của Internet đã tạo tiền đề cho các nhà cung cấp dịch vụ liên kết với nhau và tạo ra các dịch vụ có thể gọi là các dịch vụ hội tụ Như một sự lựa chọn, một số các nhà cung cấp dịch vụ đã cố gắng để xây dựng một cơ sở hạ tầng hội tụ có thể cung cấp các dịch vụ số liệu, thoại, đa dịch vụ trên một mạng duy nhất - mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network)

Mạng thế hệ sau ra đời không những cho phép hội tụ các dịch vụ trên một mạng duy nhất mà còn đưa ra khả năng cung cấp các dịch vụ thông minh, đa dạng theo yêu cầu khách hàng Khả năng triển khai dịch vụ dễ dàng, nhanh chóng, linh hoạt với chi phí thấp, cho phép khách hàng tự thiết lập các dịch vụ tuỳ chọn thông qua truy nhập từ xa là những mục tiêu mà mạng thế hệ sau đang đang hướng tới

1.1.2 Mạng thế hệ sau là sự chuyển dần từ mạng chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói

1.1.2.1 Mạng chuyển mạch kênh

Ngay từ đầu, mạng chuyển mạch kênh chỉ được thiết kế để cung cấp dịch vụ đàm thoại Tuy nhiên với sự phát triển của xã hội, yêu cầu về chất lượng và sự đa dạng, phong phú của dịch vụ ngày càng nhiều, cùng với đó là việc lưu lượng trao

chuyển mạch kênh bộc lộ ngày càng rõ và trở thành một trở ngại lớn, khiến cho mạng chuyển mạch kênh trở nên lỗi thời Hai nhược điểm chính:

 Trong mạng chuyển mạch kênh, mỗi người dùng khi thực hiện kết nối sẽ chiếm một kênh truyền (khe thời gian) Điều này đảm bảo tính tin cậy và độ sẵn sàng và chất lượng cho việc truyền thoại Tuy nhiên nó lại dẫn đến việc lãng phí tài nguyên băng thông do người dùng chỉ sử dụng một phần nhỏ của kênh truyền được cấp, thời gian đường dây rảnh rỗi là rất lớn Do đó, chuyển mạch kênh không thể đáp ứng được các dịch vụ chất lượng cao yêu cầu băng thông lớn như truyền hình qua mạng cũng như không thể đáp ứng được thực tế là lưu lượng trao đổi trên mạng ngày càng tăng

 Trong mạng chuyển mạch kênh, việc kết nối chỉ phục vụ cho những thiết bị

có cùng tốc độ dữ liệu nghĩa là cùng tốc độ thu và phát Điều này hạn chế việc liên kết nhiều loại máy tính chủ và các thiết bị đầu cuối khác nhau

1.1.2.2 Mạng chuyển mạch gói

Mạng chuyển mạch gói đã khắc phục được hai khuyết điểm nói trên Vì trong mạng chuyển mạch gói, dữ liệu trao đổi giữa người dùng được đóng thành các gói và truyền đi trên mạng nên hiệu suất sử dụng tài nguyên của nó là lớn hơn nhiều

so với mạng chuyển mạch kênh Và do việc trao đổi thực hiện bằng truyền các gói tin nên thiết bị thu phát không nhất thiết phải có cùng tốc độ

Với mạng chuyển mạch gói, do tính đơn giản, không những nó có lợi thế về thời gian phát triển nhanh, khả năng nâng cấp linh hoạt, ứng dụng công nghệ mới dễ dàng mà còn giảm được chi phí vận hành và duy trì bảo dưỡng

Trong mạng IP, tất cả các thông tin đều được số hóa và đóng thành gói tin Điều này dẫn đến khả năng tích hợp dữ liệu, thoại, truyền hình Hơn nữa với sự tiến

bộ trong kỹ thuật nén, trong việc giải quyết bài toán chất lượng dịch vụ, xử lý dữ liệu trong thời gian thực, cũng như trong việc nâng cao tốc độ đường truyền và tốc

độ của vi xử lý, việc cung cấp dịch vụ chất lượng cao như truyền hình qua mạng chuyển mạch gói IP đang dần trở thành hiện thực

Với những ưu điểm nổi trội trên, việc chuyển từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói là điều tất yếu Xu hướng chung mà hiện nay người ta hay nói tới

là việc hình thành và xây dựng các mạng thế hệ mới và chuyển đổi các mạng điện thoại công cộng PSTN với các cơ sở hạ tầng chuyển mạch kênh dựa trên nền công nghệ TDM sang kiến trúc cơ sở hạ tầng chuyển mạch gói với công nghệ IP hoặc ATM

các mạng bên ngoài MG có chức năng chuyển các lưu lượng thoại, dữ liệu, fax, video giữa mạng lõi chuyển mạch gói và mạng ngoài chuyển mạch kênh Media Controller thực hiện chức năng chính là thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi, điều khiển các cổng phương tiện trong việc giao tiếp với các mạng khác, nó đồng thời quản lý lưu lượng và quản lý dữ liệu của các mạng khác nhau Signalling Gateway (SG) là cầu nối giữa mạng báo hiệu số 7 và mạng IP Chi tiết về các thành phần chính của mạng thế hệ sau sẽ được đề cập chi tiết trong phần sau của chương này

1 h i h n h

1.2.1 Định nghĩa chuyển mạch mềm

Chuyển mạch mềm - softswitch - là khái niệm tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995 Thuật ngữ softswitch còn có thể được dùng để miêu

tả Media Gateway Controller (MGC), SIP proxy server và H.323 gatekeeper

Theo định nghĩa chung nhất hiện nay, chuyển mạch mềm được định nghĩa là một giải pháp chuyển mạch dựa trên phần mềm mà chạy trên phần cứng chuẩn để

bổ sung hoặc thay thế các chức năng của chuyển mạch điện thoại TDM truyền thống Chuyển mạch mềm là một thuật ngữ tổng quát cho bất kỳ phần mềm giao diện chương trình ứng dụng chuẩn mở nào được sử dụng để làm cầu nối giữa các mạng PSTN và IP bằng cách tách biệt chức năng điều khiển cuộc gọi, cung cấp dịch vụ với chức năng chuyển mạch

Các đặc trưng cơ bản nhất cho một chuyển mạch mềm là :

 Điều khiển chuyển mạch các cuộc gọi trên nền công nghệ gói qua mạng IP (như VoIP chẳng hạn)

 Thực hiện tách biệt phần cứng với phần mềm mạng, với sự quản lý tập trung,

từ xa, thống nhất

 Là phần mềm hệ thống chạy trên các máy chủ có kiến trúc mở (Sun, Intel…),

 Hỗ trợ đa dịch vụ, từ thoại/fax, tin nhắn đến cuộc gọi video Cung cấp các dịch vụ đa dạng, thông minh với khả năng cài đặt dễ dàng và linh hoạt

 Thực hiện điều khiển các cổng giao tiếp, có khả năng hỗ trợ các giao thức khác nhau của mạng PSTN, ATM và IP, cho phép tích hợp các mạng khác nhau vào một mạng chung, thống nhất

Như vậy, các hệ thống chuyển mạch mềm đã thực hiện gói hoá các cuộc gọi

Về mặt vật lý, những hệ thống phần cứng hoàn toàn đóng của nhà cung cấp tổng đài

đã không còn được tái sử dụng, thay vào đó là các máy chủ kiến trúc mở, với các giao diện chuẩn được dùng làm nền tảng cho hệ thống

Có cấu trúc mở, phân tán trên nhiều máy chủ khác nhau tại nhiều địa điểm khác nhau trên mạng, khả năng mở rộng nâng cấp tốt, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí trên một thuê bao thấp, hỗ trợ đa dịch vụ trên nền mạng gói, hỗ trợ giao diện lập trình chuẩn đó là những ưu điểm của các hệ thống chuyển mạch mềm

Hình 1.2 So sánh cấu trúc chuyển mạch truyền thống và chuyển mạch mềm

Việc triển khai mạng chuyển mạch mềm sẽ cho phép tích hợp mạng, sử dụng một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất cho mọi dịch vụ, bất kể đó là thoại, thông điệp

lý tập trung tốt

Như vậy, chuyển mạch mềm tách biệt phần cứng mạng khỏi phần mềm mạng So với mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm là không độc lập, nên việc tách riêng phần cứng và phần mềm này sẽ làm cho chuyển mạch đơn giản hơn, hiệu quả hơn, và rẻ hơn Chuyển mạch sẽ chỉ việc tập trung vào chuyển mạch Trong khi đó phần mềm mạng sẽ tập trung vào điều khiển cuộc gọi, điều khiển báo hiệu và cung cấp các dịch vụ

1.2.2 Các lợi ích khi sử dụng chuyển mạch mềm

1.2.2.1 Khả năng giảm giá thành

Chuyển mạch mềm thực hiện vận chuyển lưu lượng qua mạng chuyển mạch gói IP nhờ đó mà tiết kiệm được băng thông, giảm được chi phí so với khi thực hiện qua chuyển mạch kênh

Hơn nữa, do chuyển mạch mềm có kiến trúc mở, tách biệt các chức năng thành các module nên phá bỏ được sự độc quyền trong mạng viễn thông, cho phép nhiều công ty nhỏ có thể tham gia vào thị trường viễn thông, tạo ra sự cạnh tranh bình đẳng hơn giữa các công ty Đồng thời việc tách biệt các chức năng cho phép các công ty có thể chuyên môn hoá vào một phần từ đó nâng cao hiệu suất lao động Việc chuyển mạch mềm có kiến trúc chuẩn mở cho phép các công ty có thể liên kết, phối hợp với nhau nhờ đó mà nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm

1.2.2.2 Khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng

Do chuyển mạch mềm thực hiện tách biệt phần cứng với phần mềm mạng nên việc thêm các dịch vụ mới là dễ dàng, linh hoạt

Mặt khác do chuyển mạch mềm thực hiện chuyển đổi giữa hai mạng PSTN

và mạng IP, nên nó cung cấp cho người sử dụng những dịch vụ cấp cao mà chuyển mạch kênh truyền thống không đáp ứng được do giới hạn về chi phí và băng thông như dịch vụ hội thảo truyền hình

Các dịch vụ mà chuyển mạch mềm có thể cung cấp bao gồm :

 Hội thảo truyền hình

 Chuyển tiếp cuộc gọi

 Phân phối cuộc gọi tự động

 Xác định người gọi

 Xác nhận, chứng thực người gọi

 Các số điện thoại đặc biệt : 1080, 113…

 Số điện thoại lưu động

Ngoài ra các nhà cung cấp có thể cấu hình lại chuyển mạch mềm bằng cách

sử dụng Java, XML, hoặc cung cấp các công cụ phần mềm cho phép khách hàng của họ có thể tự cấu hình dịch vụ theo ý mình

1.3 Ki n h n h

1.3.1 Media Gateway và Media Gateway Controller

Mạng chuyển mạch gói với những ưu điểm nổi bật như tiết kiệm tài nguyên băng thông hệ thống, khả năng kết nối giữa các thiết bị khác nhau sẽ là sự thay thế tất yếu cho mạng chuyển mạch kênh PSTN truyền thống Tuy nhiên, để tận dụng được cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng điện thoại PSTN thì vấn đề đặt ra là phải kết nối được mạng chuyển mạch kênh hiện tại vào mạng lõi chuyển mạch gói Việc kết nối này yêu cầu khả năng xử lý cả gói thoại lẫn kênh thoại

Một giải pháp đưa ra cho vấn đề này là tạo ra một thiết bị trung gian có khả năng chuyển đổi thông tin thoại từ dạng gói sang dạng kênh và ngược lại, với tất cả các phần mềm xử lý cuộc gọi cần thiết được tích hợp trong thiết bị chuyển mạch này

Điều này đã dẫn đến sự ra đời của chuyển mạch mềm Trong chuyển mạch mềm, thiết bị trung gian giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói sẽ được tách biệt thành hai thiết bị, một thiết bị thực hiện chức năng chuyển mạch vật

lý và một thiết bị thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi Hai thiết bị này sẽ giao tiếp với nhau bằng một giao thức chuẩn Thiết bị chịu trách nhiệm chuyển mạch vật lý

Media Gateway Controller (MGC)

Thứ nhất, nó tạo cơ hội cạnh tranh cho các công ty viễn thông nhỏ Các công

ty này có thể tập trung đi sâu vào nghiên cứu phần mềm xử lý cuộc gọi hoặc chỉ chuyên về phần cứng chuyển mạch Điều này giúp phá vỡ sự độc quyền của các tập đoàn lớn trên thị trường viễn thông hiện nay

Thứ hai, việc phát triển chuyển mạch mềm cho phép tạo ra giải pháp phần mềm xử lý cuộc gọi chung cho các thiết bị phần cứng khác nhau, trên các mạng khác nhau

Giải pháp chuyển mạch mềm cho phép chuẩn hoá nền tảng tính toán, hệ điều hành và môi trường phát triển từ đó thúc đẩy sự cải tiến công nghệ, sự phát triển các phần mềm điện thoại, đem lại các lợi ích kinh tế to lớn

Chuyển mạch mềm tập trung các chức năng thông minh trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ để điều khiển từ xa các thiết bị chuyển mạch đặt tại các thuê bao, một yêu cầu then chốt cho việc khai thác tối đa mạng điện thoại IP trong tương lai

1.3.1.1 Media Gateway

Media Gateway (MG) là một thiết bị có chức năng chuyển mạch cuộc gọi

MG phải có khả năng xử lý cả kênh thoại và gói thoại

Trường hợp điển hình, MG làm trung gian giữa mạng chuyển mạch kênh với mạng chuyển mạch gói Khi đó nó phải chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng sau:

 Chuyển đổi dạng lưu lượng giữa hai mạng (chuyển đổi thoại từ dạng tương

tự sang dạng số, từ dạng kênh sang dạng gói và ngược lại), đóng gói và phân tách gói thoại, mã hoá và giải mã, thực hiện nén và giải nén, tạo ra và đính vào các tiêu

đề IP hoặc ATM cho các gói, gửi các gói đi toàn mạng…

 Tạo ra và phát hiện các tín hiệu đường dây vật lý như âm chuông, các xung DTMF

1.3.1.2 Media Gateway Controller

Đây chính là chuyển mạch mềm (softswitch) và đôi khi nó còn được gọi là Call Agent Media Gateway Controller (MGC) là thực thể chịu trách nhiệm cho toàn bộ quá trình thực hiện cuộc gọi Tuy nhiên, MGC không trực tiếp xử lý cuộc gọi mà nó thực hiện nhiệm vụ này thông qua MG MGC ra lệnh cho các MG để thực hiện xử lý quá trình đàm thoại Một MGC có thể điều khiển nhiều hơn một

MG thông qua giao thức MGCP hoặc Megaco/H.248 Trong mô hình này, MGC là

“chủ”, MG là “tớ” Tất cả các tính năng xử lý cuộc gọi thông minh sẽ nằm trên MGC MG không nhận thức được hoạt động của cuộc gọi, nó chỉ cung cấp khả năng kết nối phần cứng các dòng lưu lượng khác nhau dưới sự điều khiển của MGC

và báo cáo về các thông tin báo hiệu kết hợp với các dòng lưu lượng đấy

1.3.2 Signalling Gateway

SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP SG làm cho chuyển mạch mềm giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7 Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu

SG có các chức năng sau:

 Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu

 Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP

 Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác

1.3.3 Media Server và Feature Server

Chúng ta đã nghiên cứu ba thành phần cơ bản trong một giải pháp chuyển mạch mềm là MGC, MG và Signaling Gateway Nói chung, ba thành phần đã có thể đảm bảo việc hội tụ mạng chuyển mạch kênh vào mạng lõi chuyển mạch gói MGC,

MG và Signaling Gateway có thể cung cấp các chức năng cuộc gọi cơ bản thay thế cho các tổng đài điện thoại truyền thống Việc tách biệt các thành phần chức năng thành các đơn vị vật lý riêng biệt giao tiếp với nhau thông qua các giao thức chuẩn

đã làm cho giải pháp chuyển mạch mềm có giá thành thấp hơn nhiều so với tổng đài

đẩy sự phát minh, cải tiến công nghệ

Đối với các khách hàng sử dụng PBX, một chuyển mạch mềm MGC chỉ cần cung cấp các chức năng cuộc gọi cơ bản như thiết lập và xoá bỏ cuộc gọi Đó là bởi vì bản thân PBX đã có khả năng cung ứng rất nhiều dịch vụ cuộc gọi cho khách hàng đầu cuối như các dịch vụ hộp thoại, chuyển tiếp cuộc gọi, đợi gọi… Vì thế việc kết nối từ một tổng đài nội bộ PBX vào mạng điện thoại công cộng chỉ yêu cầu các dịch vụ truyền tải cơ bản

Tuy nhiên, các doanh nghiệp nhỏ và các thuê bao cá nhân nói chung là không có tổng đài nội bộ riêng Nhưng họ vẫn mong muốn có được các tính năng cuộc gọi phong phú từ các công ty viễn thông Mặt khác, việc cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng này không những sẽ đem lại một nguồn lợi lớn cho các công ty, mà còn tạo ra sức cạnh tranh, ưu thế cho công ty trên thị trường Công ty nào đưa ra được nhiều tính năng cuộc gọi mới, thông minh, công ty đó sẽ thu hút được nhiều khách hàng, giành chiến thắng trên thị trường

Vì vậy, chuyển mạch mềm phải có khả năng đưa ra và triển khai dịch vụ mới một cách dễ dàng, nhanh chóng, linh hoạt Trong một giải pháp chuyển mạch mềm toàn diện, chức năng cung cấp dịch vụ cuộc gọi sẽ được thực hiện bởi một hệ thống dịch vụ cơ sở dữ liệu riêng Hệ thống này có thể tách ra làm hai thành phần là Media Server và Feature Server

Như vậy, mô hình của một giải pháp chuyển mạch toàn diện sẽ gồm có các thành phần sau:

 Media Gateway Controller

- Chức năng hộp thư thoại cơ bản (voicemail)

- Hộp thư fax tích hợp, khai báo có thể sử dụng email hoặc bản tin được ghi trước

- Khả năng nhận dạng giọng nói, nếu được hỗ trợ sẽ cung cấp cho khách hàng các tính năng cuộc gọi thông minh Ví dụ chức năng quay số bằng giọng nói

có thể định tuyến một cuộc gọi bằng giọng nói bằng cách tra cứu trong cơ sở dữ liệu

và sau đó định tuyến cuộc gọi đến đích thông qua chính sách định tuyến

- Khả năng hội thảo truyền hình bao gồm thiết lập hội thảo và truyền tải thông qua H.323 hoặc SIP

- Khả năng chuyển đổi từ giọng nói thành văn bản (Speech-to-Text) để gửi văn bản tới hòm thư điện tử hoặc máy nhắn tin mà không cần phải soạn thảo

- Khả năng Speech-to-Web để chuyển các từ chính trong giọng nói thành một chuỗi ký tự mà được sử dụng để truy cập Web hoặc tìm kiếm trang Web

- Bản tin thống nhất (Unified messaging): dịch vụ thoại, fax, và bản tin thư điện tử đều thông qua một giao diện người dùng chung

- IVR/VRU là một quá trình xử lý tương tác dưới dạng menu, được kích hoạt bởi DTMF, hay thoại phản hồi Mục đích của IVR/VRU là cung cấp thông tin, dẫn xuất dịch vụ, hoặc định tuyến cuộc gọi tới một đích xác định thông qua DTMF hay thoại đầu vào

- Fax-over-IP bằng cách sử dụng giao thức T38 (một chuẩn fax-over-IP thời gian thực)

 Các Feature Server có thể cung cấp các tính năng dịch vụ sau:

- Dịch vụ số điện thoại đặc biệt: Dịch vụ này chuyển đổi các số điện thoại

đặc biệt ví dụ 19001570, 1080… thành số điện thoại đích đến thật sự thông qua cơ

sở dữ liệu số điện thoại Bên được gọi sẽ trả cho các cuộc gọi này

- Dịch vụ hoá đơn tính cước: Các bản ghi chi tiết cuộc gọi (CDR) được

tạo ra bởi call agent Chương trình CDR đem lại nhiều tính năng như khả năng tính

tính cước theo yêu cầu thông qua gọi điện thoại hoặc truy cập Web

- Calling card service: Dịch vụ này cho phép người gọi truy cập tới các

dịch vụ ở xa thông qua điện thoại truyền thống Việc tính cước, xác thực PIN, và hỗ trợ định tuyến được cung cấp bởi dịch vụ

- Call authorization: Dịch vụ này cho phép thiết lập một mạng riêng ảo

VPN thông qua việc sử dụng xác thực PIN Dịch vụ này đảm bảo tính bí mật của cuộc gọi

- H.323 GateKeeper: Dịch vụ này hỗ trợ việc định tuyến thông qua các

miền Mỗi miền được quản lý bởi một Softswitch có thể đăng ký số điện thoại của

nó và số truy nhập trung kế với GateKeeper thông qua H.323 GateKeeper cung cấp dịch vụ định tuyến cuộc gọi và biên dịch số điện thoại cho mỗi đầu cuối H.323 GateKeeper có thể cung cấp việc điều khiển tính cước và quản lý băng thông tới Softswitch

- VPN: Dịch vụ này thiết lập những mạng thoại riêng ảo

C ng h i iêng nà ư ính năng s :

- Băng thông dành trước

+ Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

+ Các tính năng tăng cường mà không cần phải đưa thành chuẩn

+ Kế hoạch quay số riêng

+ Bảo mật mã hoá việc truyền thoại

- Các dịch vụ Centrex: Với dịch vụ này, các nhà cung cấp đưa ra các tính

năng tương tự như trong hệ thống tổng đài nội bộ lớn PBX cho các thuê bao cá nhân

và các công ty nhỏ (những người mà không có tổng đài nội bộ riêng) Các tính năng này bao gồm:

+ Các tính năng cơ bản như đợi gọi, chuyển tiếp cuộc gọi, tìm kiếm cuộc gọi, hòm thư thoại…

+ Các tính năng thuận tiện như tự động quay số, quay số nhanh, gọi theo tên…

+ Kế hoạch quay số có thể thiết lập tùy ý

- Trung tâm dịch vụ cuộc gọi:

+ Tự động phân phối cuộc gọi, nghĩa là định tuyến các cuộc gọi đến một cách hiệu quả đến nhiều đích

+ Các hệ thống trả lời cuộc gọi dựa trên lược đồ quản lý chính sách được cấu hình

 Tổng đài chuyển tiếp: hỗ trợ các giao diện luồng trung kế, Ethernet, ATM

 PRI Gateway (giảm tải Internet): hỗ trợ giao diện luồng trung kế cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet

1 H ng i hi n h n h

1.4.1 Tổng quan về giao thức điều khiển Media Gateway

Các giao thức điều khiển MG được ra đời từ nhu cầu của việc hợp nhất mạng điện thoại truyền thống vào mạng IP để tạo thành một mạng tích hợp duy nhất, mạng thế hệ sau Các giao thức điều khiển MG cho phép hỗ trợ việc triển khai cuộc gọi từ điện thoại tới điện thoại thông qua mạng IP Các giao thức điều khiển MG cung cấp điều khiển từ xa dòng lưu lượng media khi chúng được vận chuyển giữa mạng IP và mạng điện thoại truyền thống

Các giao thức điều khiển MG xác định kiến trúc chủ tớ (master/slave) giữa các Gateways MGC hay softswitch là chủ và các MG là tớ Một MGC có thể điều khiển nhiều MG

Hình 1.3 Tổng quan về sơ đồ giao thức

1.4.2 Các giao thức trong mạng NGN

1.4.2.1 Giao thức MGCP

MGCP/Megaco được phát triển bởi các công ty điện thoại để giải quyết vấn

đề tích hợp mạng báo hiệu SS7 với mạng VoIP

Trong cấu trúc MGCP/Megaco, thông tin báo hiệu được giải phóng khỏi dữ liệu Đây là một giao thức chủ tớ trong đó Media Gateway Controller nắm quyền điều khiển hoàn toàn còn Media Gateway chỉ thuần tuý thực hiện lệnh

Có hai khái niệm cơ bản trong MGCP/Megaco là kết cuối (termination) và ngữ cảnh (context) Kết cuối đại diện cho các luồng thông tin vào hoặc ra khỏi Gateway Mỗi kết cuối được đặt tên hay TerminationID bởi Gateway Còn các ngữ cảnh được tạo và giải phóng bởi Gateway dưới sự chỉ đạo của Gateway Controller Ngay khi ngữ cảnh được tạo, nó sẽ được gán tên, lúc này có thể thêm vào hay loại

bỏ các kết cuối ra khỏi ngữ cảnh Một ngữ cảnh được tạo khi thêm vào kết cuối đầu tiên và giải phóng khi kết cuối cuối cùng được loại bỏ

1.4.2.2 Giao thức SIP

Sự hiện diện của các mạng NGN sẽ phải đối mặt với các thách thức là phân tán và hội tụ các dịch vụ vào mạng, đòi hỏi giao thức phải đơn giản mềm dẻo trong việc khởi tạo và giải phóng các cuộc gọi một cách dễ dàng

SIP là giao thức báo hiệu và điều khiển cuộc gọi một cách mềm dẻo và hơn nữa là nó có xu hướng đưa các dịch vụ tích hợp vào NGN Nó được phát triển theo Internet Task Force (IETF) tức là cấu trúc mạng xử lý theo các kết nối chéo IP thời gian thực

Việc sử dụng SIP, các dịch vụ đa phương tiện hoặc thoại không chỉ giống các ứng dụng Web mà còn dễ dàng tích hợp vào mạng hiện tại và các loại hình truyền dẫn thoại mới Giao thức SIP thường được sử dụng để thiết lập một phiên và

nó cung cấp một cơ chế để chuyển đổi thông tin Nó được sử dụng để cho phép các thiết bị truy nhập vào một thiết bị khác SIP cho phép phân bổ thoại dưới dạng gói (VoP) và kích hoạt các dịch vụ đa phương tiện mới Nó thường sử dụng “các thiết

bị thông minh” không giống như các thiết bị thông minh mà không thuộc phần chính của mạng

1.4.2.3 Tổng quan về SIGTRAN

SIGTRAN là giải pháp đáp ứng với những yêu cầu của các nhà cung cấp lớn

về độ dự phòng, khả năng mở rộng cũng như là độ tin cậy

SIGTRAN (Signalling Transport) định nghĩa một tập giao thức và các lớp thích ứng để chuyển thông tin báo hiệu qua mạng IP, ATM SIGTRAN là một thành

được tích hợp vào các sản phẩm như Signalling Gateway, Media Gateway Controller và các điểm điều khiển dịch vụ IP để phát triển giải pháp hội tụ giữa thoại và số liệu

Hình 1.4 Khả năng hội tụ mạng của IMS

IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương vận (interoperability) với nhau, là phần mạng

được xây dựng bổ sung cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối

IMS hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, bao gồm các dịch vụ nhắn tin tức thời (Instant Messaging - IM), hội nghị truyền hình (Video Conferencing) và Video theo yêu cầu (Video on Demand - VoD) IMS cũng có khả năng cung cấp các

cơ chế xác thực và chuyển đổi giữa các mạng khác nhau cho khách hàng di động Sau đó, các tổ chức chuẩn hóa như ITU, ETSI đã chọn IMS làm nền tảng cho mạng hội tụ

Một trong những mục đích đầu tiên của IMS là giúp cho việc quản lý mạng trở nên dễ dàng hơn bằng cách tách biệt chức năng điều khiển và chức năng vận tải thông tin Một cách cụ thể, IMS là một mạng phủ (overlay), phân phối dịch vụ trên nền hạ tầng chuyển nối gói IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối gói trên nền IP, tạo thuận lợi cho việc quản lý mạng thông tin di động Việc kết nối giữa mạng cố định và di động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai IMS cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể dùng cùng một dịch vụ

IMS sử dụng các giao thức đã được chuẩn hóa như SIP (điều khiển, thiết lập phiên), COPS (để đảm bảo QoS) và Diameter (cung cấp các cơ chế nhận thực, xác thực và truy nhập CSDL thuê bao) IMS có khả năng bảo mật tốt với nhiều cơ chế bảo vệ khác nhau để ngăn chặn sự tấn công từ bên ngoài và kiểm soát người dùng truy nhập từ các mạng khác

Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo dưỡng qua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đã cố gắng tương thích với các chuẩn IETF (chuẩn Internet) Trong một số trường hợp là lấy chuẩn giao thức của IETF, do đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn Internet, ví dụ như giao thức SIP

1.5.1 Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP

IMS có thể phân phát nhiều dịch vụ trong đó có cả dịch vụ truyền thông audio và video Yêu cầu là cần thiết để IMS hỗ trợ cung cấp các phiên đa phương tiện trên các mạng chuyển mạch gói Các truyền thông đa phương tiện trước đây cũng đã được 3GPP chuẩn hóa trong các phiên bản trước, tuy nhiên nó có thiên hướng cho mạng chuyển mạch kênh chứ không phải dành cho mạng chuyển mạch gói

1.5.2 Quản lý đảm bảo chất lượng dịch vụ - QoS

Một yêu cầu đặc biệt quan trọng của IMS đó là phải có khả năng cho phép đầu cuối người dùng (UE) thỏa thuận một mức QoS xác định QoS của một phiên giao dịch được xác định bởi tập các hệ số, như là tốc độ bít, cỡ gói, kiểu dữ liệu, băng thông lớn nhất… mà hệ thống có thể phân bổ tới người dùng dựa trên thông tin khách hàng hay năng lực hiện tại của mạng Sau khi thỏa thuận các thông số tại mức ứng dụng nhất định, UE thực hiện chiếm dụng tài nguyên tương ứng trong môi trường mạng Khi kết nối end-to-end QoS được thiết lập, UE mã hóa và đóng gói các kiểu dữ liệu với giao thức tương ứng và gửi chúng tới mạng truyền tải và truy nhập thông qua giao thức lớp truyền tải dựa trên nền IP

IMS cũng cho phép các nhà khai thác điều khiển mức QoS đến người dùng chính vì lẽ đó các nhà khai thác có thể phân loại khách hàng của mình thành các nhóm khác nhau

1.5.3 Hỗ trợ liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh (PSTN)

Yêu cầu liên kết với Internet là bắt buộc trong xây dựng cấu trúc khung làm việc của IMS, với việc liên kết với Internet, số lượng tiềm năng nguồn và đích cho các phiên đa phương tiện sẽ tăng đột ngột

IMS cũng được yêu cầu liên kết tới các mạng chuyển mạch kênh như là PSTN hoặc các mạng di động tế bào Các đầu cuối IMS hỗ trợ audio/video sẽ được

ra mắt đầu tiên trên thị trường, các đầu cuối này có thể kết nối tới cả các mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói Khi người dùng muốn thực hiện một cuộc gọi tới một thuê bao PSTN hoặc thuê bao di động, các đầu cuối IMS lựa chọn trong miền chuyển mạch kênh

Chính vì vậy, vấn đề liên mạng với một mạng chuyển mạch kênh không được yêu cầu nghiêm ngặt lắm mặc dù phần lớn các đầu cuối IMS cũng sẽ hỗ trợ miền chuyển mạch kênh Vấn đề liên kết với các mạng chuyển mạch kênh có thể xem như là một yêu cầu về lâu về dài Thông thường vấn đề liên mạng với mạng chuyển mạch kênh chỉ đòi hỏi khi mà các đầu cuối IMS chỉ thích ứng với mạng chuyển mạch gói

1.5.4 Hỗ trợ chuyển vùng

Chuyển vùng là nhu cầu chung từ các mạng di động tổ ong thế hệ 2 khi mà thuê bao phải chuyển vùng sang các mạng khác (ví dụ như khi thuê bao đi du lịch ra nước ngoài) Đây là yêu cầu thiết yếu và đương nhiên hệ thống IMS được thừa hưởng yêu cầu này, cho phép khách hàng chuyển vùng khi di chuyển đến các quốc gia khác tất nhiên điều này chỉ được thực hiện khi có sự thỏa thuận giữa các nhà khai thác tại mạng chủ và khách

1.5.5 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ

Thông thường các nhà khai thác muốn áp đặt các chính sách để phân phối dịch vụ tới khách hàng Về cơ bản có 2 loại chính sách như sau:

 Chính sách chung áp dụng cho tất cả khách hàng

 Chính sách riêng cho từng khác hàng đặc biệt

Chính sách đầu tiên bao gồm một tập những hạn chế mà áp dụng tới tất cả người dùng trong mạng Ví dụ nhà khai thác muốn hạn chế băng thông tín hiệu thoại thông qua sử dụng mã hóa thoại có băng thông thấp như AMR (Quy định trong chuẩn 3GPP TS 26.071) chứ không dùng chuẩn mã hóa thoại băng rộng G.711 (Chuẩn mã hóa của ITU-T 64 Kbps) trong mạng của họ

người dùng nhất định Ví dụ như một khách hàng nào đó mà trong bảng đăng kí sử dụng dịch vụ IMS nhưng không sử dụng dịch vụ video Trong trường hợp họ cố gắng khởi tạo một phiên đa phương tiện mà có dịch vụ video thì nhà khai thác thực hiện ngăn cản quá trình thiết lập phiên đó mặc dù phần lớn các đầu cuối IMS đều hỗ trợ tính năng cung cấp dịch vụ video Chính sách này là tuân theo cơ sở bản đăng kí

sử dụng dịch vụ của người dùng với nhà cung cấp

1.5.6 Hỗ trợ phát triển các dịch vụ

Yêu cầu này ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế kiến trúc IMS Yêu cầu này khẳng định rằng các dịch vụ IMS không cần phải tiêu chuẩn hóa Nó đánh dấu một cột mốc quan trọng trong thiết kế mạng di động, bởi vì trước đây, tất cả các dịch vụ riêng lẻ hoặc là phải chuẩn hóa hoặc là được thực hiện độc quyền Thậm chí khi một dịch vụ đã được chuẩn hóa, cũng không có một đảm bảo chắc chắn dịch vụ sẽ làm việc khi chuyển vùng sang một mạng khác IMS giúp cho triển khai các dịch vụ mới đến người dùng nhanh hơn Trước đây, sự chuẩn hóa các dịch vụ và công việc kiểm tra gây ra sự chậm chễ đáng kể trong việc triển khai dịch vụ IMS làm giảm đáng kể sự chậm trễ này bằng cách tiêu chuẩn hóa khả năng dịch vụ thay vì chuẩn

hóa dịch vụ riêng lẻ

1.5.7 Hỗ trợ đa truy nhập

Yêu cầu này giới thiệu các phương thức truy nhập khác ngoài GPRS IMS chỉ là một mạng IP và do đó bất kỳ mạng truy nhập nào cũng có thể kết nối tới IMS IMS có thể được truy nhập từ mạng WLAN (Wireless Local Area Network), từ một ADSL, HFC hoặc truy nhập từ MODEM…

Chương 2 - IẾN TRÚC VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG IMS

2.1 i n à hứ năng phần ử ng IMS

Trước khi tìm hiểu kiến trúc của IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng 3GPP không chuẩn hóa các node mà là các chức năng Điều này có nghĩa rằng kiến trúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua các giao tiếp đã được chuẩn hóa

Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng)

Hình 2.1 Kiến trúc phân lớp của IMS

 Lớp dịch vụ bao gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server) và các máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server)

 Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi

 Lớp vận tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các mạng truy nhập kết nối vào mạng lõi IP Hai thực thể chức năng NASS và RACS định nghĩa bởi TISPAN có thể được xem như thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp điều khiển

ở trên

2.1.1.1 Máy chủ ứng dụng (Appication Server - AS)

AS là một thành phần SIP, thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý dịch vụ Tùy thuộc vào dịch vụ thực tế mà AS hoạt động trong chế độ SIP Proxy, SIP UA hay SIP B2BUA Các AS kết nối với S-CFCS thông qua giao tiếp SIP Có 3 loại AS: SIP AS, OSA-SCS, IM-SSF Các máy chủ OSA-SCS, IM-SSF đóng vai trò làm cầu nối để IMS giao tiếp với OSA và gsmSCF Ngoài ra các máy chủ có thể được kết nối tới HSS để tải về hoặc gửi lên các thông tin dữ liệu của khách hàng SIP AS, OSA-SCS giao tiếp với HSS thông qua giao thức Diameter trong khi đó IM-SSF sử dụng giao tiếp MAP (Mobile Application Part)

AS có thể đặt ở mạng nhà hoặc ở mạng ngoài mà nhà điều hành mạng nhà xác nhận sự đồng ý dịch vụ Nếu AS đặt ở ngoài mạng nhà, nó không tương tác với HSS

 SIP AS: Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các dịch

vụ đa phương tiện IP dựa trên nền SIP

 Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA: OSA-SCS (Open Service Access –Service capability Server): AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng dụng truy nhập

dịch vụ mở (OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS đặc biệt là khả năng truy nhập bảo mật từ các mạng bên ngoài OSA-SCS giao tiếp với máy chủ ứng dụng OSA thông qua giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface)

 Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP: IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function): Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử dụng

lại dịch vụ logic cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động (CAMEL - Customized Applications for Mobile Network Enhanced Logic)

mà đã được phát triển trong hệ thống GSM IM-SSF cho phép chức năng điều khiển dịch vụ GSM (gsmSCF – GSM Service Control Function) thực hiện điều khiển các