Dịch vụ tích hợp trên nền ip ims

Trong luận văn của mình tôi xin được trình bày những nội dung sau: Chương I : Xu hướng hội tụ di động và cố định thoại và internet-FMC Chương II : Các dịch vụ trên nền IP Chương III : Cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Học viên lớp Cao học Điện tử - Viễn thông 1 Khóa 2007-2009

Tôi đã làm luận văn tốt nghiệp cao học Điện tử Viễn thông với tên đề tài : Dịch vụ tích hợp trên nền IP IMS, do TS Phạm Công Hùng hướng dẫn

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn tốt nghiệp này là do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiện trước Viện Đào tạo Sau Đại học, pháp luật

Người cam đoan

Vũ Xuân Hiển

LỜI MỞ ĐẦU

Trong một vài năm gần đây, chuẩn công nghệ IMS đã và đang được chuẩn

khai thác dịch vụ di động và cố định trên thế giới nhằm tạo ra một cơ sở hạ tầng mạng có khả năng phát triển nhanh chóng và đa dạng các loại hình dịch vụ đa phương tiện

nó được tích hợp hoàn chỉnh với mạng dữ liệu và mạng thoại trong khi vẫn đáp ứng nhiều đặc tính cốt lõi của lĩnh vực IT Điều đó cho phép IMS trở thành một thành phần không thể thiếu cho xu hướng hội tụ di động-cố định Cấu trúc điều khiển dựa trên IMS tạo nền tảng cho việc hội tụ cố định và di động được thực hiện

Các dịch vụ trên nền IP và IMS là đối tượng nghiên cứu chính trong luận văn Mục tiêu của luận văn là trình bày và phân tích một cách có hệ thống về các dịch vụ trên nền giao thức internet, từ đó cung cấp các dịch vụ trên nền mạng hội tụ IMS; tiếp theo là đề xuất giải pháp tiến tới mạng hội tụ sử dụng mạng lõi IMS ở Việt Nam

Do có sự hạn chế về thời gian và thực tiễn nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và bạn đọc Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phương tiện với yêu cầu

về băng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông Cùng với đó, sự phát triển nhanh chóng của các mạng di động và cố định, các mạng truyền dẫn qua vệ tinh đã làm nảy sinh các ý tưởng về khả năng hội tụ các mạng này Đó là khởi nguồn để phân hệ đa truyền thông IP IMS

ra đời và phát triển Đây là bước đệm quan trọng không thể bỏ qua để đi đến sự hội

tự thực sự của mạng viễn thông

IMS (IP multimedia subsystem) là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây, cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản và dữ liệu

Trong luận văn của mình tôi xin được trình bày những nội dung sau:

Chương I : Xu hướng hội tụ di động và cố định (thoại và internet)-FMC

Chương II : Các dịch vụ trên nền IP

Chương III : Các dịch vụ trên nền IMS và đề xuất giải pháp tiến tới mạng hội

tụ sử dụng mạng lõi IMS ở Việt Nam

The IMS (IP Multimedia Subsystem) is the technology that will merge the Internet with the cellular world It will make Internet technologies, such as the web, email, instant messaging, presence, and videoconferencing available nearly everywhere We have written this book to help engineers, programmers, business managers, marketing representatives, and technically aware users understand how the IMS works and the business model behind it

IMS (IP multimedia subsystem) is based on IP network, use both fix network and mobile network, provide multimedia services: audio, video, voice, text, data…

In my thesis, bring out some contents :

Chapter I : Trend converge fix and mobile network - FMC

Chapter II : Services based on IP

Chapter III : Services based on IMS and propose the solution for converge network use IMS core network in Viet Nam

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo

TS Phạm Công Hùng, người trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện

luận văn này

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô giáo đã truyền thụ cho

em những kiến thức vô cùng quý báu, làm nền tảng cho quá trình học tập và nghiên

cứu của em Em cũng xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Bách

Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện cho chúng em trong suốt quá trình học tập và

nghiên cứu vừa qua

Xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã cùng tôi chia sẻ, trao đổi kiến

thức và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong khi làm luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi tới tất cả những người thân trong gia đình những tình

cảm chân thành và lời cảm ơn sâu sắc đã động viên và tiếp sức cho tôi hoàn thành

luận văn này

Vũ Xuân Hiển

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI MỞ ĐẦU ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

ABSTRACT iv

LỜI CẢM ƠN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG x

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1: HỘI TỤ VIỄN THÔNG DI ĐỘNG VÀ CỐ ĐỊNH (THOẠI VÀ INTERNET) - FMC 1

1.1 Xu hướng hội tụ di động và cố định 1

1.2 Động lực cho hội tụ viễn thông di động cố định 2

1.2.1 Đáp ứng yêu cầu của người dùng 2

1.2.2 Đáp ứng đòi hỏi kinh doanh 4

1.3 Các cấp độ hội tụ 6

1.4 Ví dụ lộ trình FMC của Siemens 7

1.5 Kết luận 8

CHƯƠNG 2: CÁC DỊCH VỤ TRÊN NỀN IP 9

2.1 Thoại IP VoIP – Giao thức H.323 9

2.1.1 Các thành phần của H.323 9

2.1.1.1 Terminal 10

2.1.1.2 Gateway (GW) 11

2.1.1.3 Gatekeeper(GK) 12

2.1.1.4 Multipoint Control Unit 13

2.1.2 Vùng hoạt động 14

2.1.3 Các giao thức thuộc H.323 15

2.1.3.1 Các giao thức mã hóa, giải mã cho tín hiệu thoại và hình 15

2.1.3.2 Giao thức báo hiệu RAS (H.225.0) 15

2.1.3.3 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 17

2.1.3.4 Giao thức báo hiệu điều khiển H.245 17

2.1.4 Quá trình thực hiện báo hiệu 18

2.2 VoIP - Giao thức thiết lập phiên - SIP 19

2.2.1 Các thành phần mạng của SIP 20

2.2.1.1 UA 20

2.2.1.2 Server, Client 20

2.2.1.3 Gateway 20

2.2.1.4 Địa chỉ SIP 20

2.2.2 Cơ chế hoạt động của SIP 21

2.2.3 Các chức năng cơ bản của SIP 23

2.2.3.1 Định vị user 23

2.2.3.2 Tính sẵn sàng của user 23

2.2.3.3 Thiết lập cuộc gọi 23

2.2.3.4 Các khả năng của User 23

2.2.3.5 Kiểm soát cuộc gọi 23

2.2.4 Các bản tin của SIP 23

2.2.4.1 Cấu trúc bản tin của SIP 23

2.2.4.2 Các bản tin request 25

2.2.4.3 Các bản tin đáp ứng: 1xx, 2xx, 3xx, 4xx, 5xx, 6xx 28

2.2.5 Hoạt động của SIP 28

2.2.5.1 Kết nối TCP 28

2.2.5.2 Hoạt động của SIP server, SIP client 29

2.2.5.3 Hoạt động của SIP proxy, Redirect Server 30

2.2.5.4 Hoạt động của UA 32

2.3 Chuẩn MPEG-4 33

2.3.1 Các tính năng 34

2.3.2 Các công cụ, đối tượng, mô tả và các mức 35

2.3.3 Mã hóa các khung hình chữ nhật 37

2.3.3.1 Định dạng video vào ra 38

2.3.3.2 Mô tả đơn giản 38

2.3.4 Mã hóa các vùng có hình bất kỳ 39

2.3.4.1 Mô tả lõi 40

2.3.4.2 Mô tả chính 44

2.3.4.3 Mô tả hiệu quả mã hoá tiên tiến (ACE) 46

2.3.5 Mã hóa video liên hoàn 47

2.3.5.1 Liên hoàn không gian 48

2.3.5.2 Liên hoàn thời gian 48

2.4 Chuẩn H.264 48

2.4.1 Tính kế thừa của chuẩn nén H.264 49

2.4.2 Cơ chế nén ảnh của H.264 50

2.4.2.1 Giảm bớt độ dư thừa 50

2.4.2.2 Chọn chế độ, phân chia và chế ngự 50

2.4.2.3 Nén theo miền thời gian 51

2.4.2.4 Nén theo miền không gian 51

2.4.3 Các ưu điểm nổi bật của chuẩn nén H.264 52

2.4.3.1 Ưu điểm của nén không gian 52

2.4.3.2 Ưu điểm của nén thời gian 52

2.4.3.3 Kích cỡ khối 52

2.4.3.4 Ưu điểm về lượng tử hoá và biến đổi 54

2.4.3.5 Ưu điểm đối với mã hoá entropy 54

2.4.3.6 Một ví dụ về ưu thế của H.264 so với MPEG-2 55

2.5 Giao thức truyền tải thời gian thực - RTP 56

2.5.1 Các tiêu chuẩn liên quan 56

2.5.2 Gửi dữ liệu sử dụng giao thức RTP 56

2.5.3 Nhận dữ liệu từ luồng RTP 57

2.5.4 Các đặc tả RTP 58

2.5.5 Hạn chế của RTP 59

2.5.6 Các định dạng dữ liệu của RTP 60

2.5.7 Phiên RTP 60

2.5.8 Giao thức truyền dữ liệu RTP 61

2.5.9 Giao thức điều khiển phiên RTCP 64

2.6 Giao thức RSPV 64

2.6.1 Mô hình hoạt động tại các hệ thống đầu cuối 65

2.6.2 Mô hình đăng ký tài nguyên 65

2.6.3 Các đặc trưng của giao thức RSVP 66

2.6.4 Thông báo RSVP 67

2.6.4.1 Khuôn dạng thông báo RSVP 67

2.6.4.2 Khuôn dạng đối tượng 67

2.6.5 Các cơ chế hoạt động của RSVP 68

2.6.5.1 Các kiểu đăng ký (reservation style) 68

2.6.5.2 Thiết lập trạng thái đường đi và trạng thái đăng ký 68

2.6.5.3 Trộn các yêu cầu đăng ký 71

2.6.5.4 Duy trì trạng thái đăng ký 72

2.6.5.5 Huỷ bỏ trạng thái 72

2.6.5.6 Lỗi đăng ký 73

2.6.5.7 Xác nhận đăng ký 74

2.6.5.8 Hoạt động thông qua các bộ định tuyến không hỗ trợ RSVP 74

2.6.5.9 Bảo mật 75

CHƯƠNG 3: DỊCH VỤ TRÊN NỀN IMS VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI IMS Ở VIỆT NAM .76

3.1 Nghiên cứu các dịch vụ triển khai trên nền IMS 76

3.1.1 Dịch vụ hiển thị 76

3.1.1.1 Cấu trúc hệ thống liên quan đến dịch vụ hiển thị trong IMS 76

3.1.1.2 Đăng ký Watcher 77

3.1.1.3 Đăng ký thông tin watcher 79

3.1.1.4 Công bố hiển thị 79

3.1.2 Dịch vụ nhắn tin 80

3.1.2.1 Nhắn tin tức thời Pager-mode trong IMS 80

3.1.2.2 Nhắn tin tức thời Session-base trong IMS 82

3.1.3 Dịch vụ Push to talk 86

3.1.3.1 URI-list Services 87

3.1.3.2 Multiple REFER 88

3.1.3.3 Định dạng URI-list 89

3.1.3.4 Cấu trúc mạng dịch vụ PoC trong IMS 89

3.1.3.5 Sự đăng ký PoC 91

3.1.3.6 Các vai trò của PoC Server 91

3.1.3.7 Các loại phiên PoC 92

3.1.4 Dịch vụ hội nghị 98

3.1.4.1 Cấu trúc 98

3.1.4.2 Trạng thái hội nghị 99

3.1.4.3 Ví dụ 100

3.1.5 Dịch vụ quản lý nhóm 102

3.1.5.1 Khái niệm Dịch vụ Quản lý nhóm 102

3.1.5.2 Resource List 103

3.1.5.3 Quản lý tài liệu XML PoC 104

3.2 Đề xuất giải pháp tiến tới mạng hội tụ sử dụng mạng lõi IMS ở Việt Nam 106

3.2.1 Hiện trạng mạng lưới viễn thông ở Việt Nam 106

3.2.1 Nguyên tắc của lộ trình 108

3.2.1.1 Nguyên lý chung của giải pháp 108

3.2.1.2 Đặt ra các nguyên tắc cần tuân thủ 108

3.2.2 Đề xuất giải pháp 109

3.2.2.1 Giai đoạn I: Softwich inter-working với CSCF 109

3.2.2.2 Giai đoạn II: Softwich chuyển hóa thành MGCF/AGCF 109

KẾT LUẬN 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG

Hình 1.1 Động lực hướng tới mạng hội tụ 6

Hình 1.2 Hội tụ theo Siemens 8

Hình 2.1 Mô hình mạng H.323 đơn giản 9

Hình 2.2 Mạng H.323 10

Hình 2.3 Các giao thức thuộc H.323 10

Hình 2.4 Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 11

Hình 2.5 Cấu tạo của Gateway 11

Hình 2.6 Chồng giao thức của một Gateway 12

Hình 2.7 Chức năng của một Gatekeeper 13

Hình 2.8 Cấu tạo của Multipoint Control Unit 14

Hình 2.9 Một vùng hoạt động 14

Hình 2.10 Quá trình báo hiệu cuộc gọi cơ bản sử dụng H.225 17

Hình 2.11 Quá trình thiết lập cuộc gọi 19

Hình 2.12 Quá trình báo hiệu điều khiển thiết lập cuộc gọi 19

Hình 2.13 Quá trình trao đổi thông tin 19

Hình 2.14 Quá trình kết thúc cuộc gọi 19

Hình 2.15 Cơ chế hoạt động của giao thức SIP 21

Hình 2.16 Mô hình chung của MPEG-4 34

Hình 2.17 Các bước mã hóa và giải mã I-VOP 38

Hình 2.18 Các bước mã hóa và giải mã P-VOP 39

Hình 2.19 Mẫu khung cảnh cho BAB nội khung 42

Hình 2.20 Mẫu khung cảnh cho BAB liên khung 42

Hình 2.21 Điền đầy các MB biên 43

Hình 2.22 Sơ đồ khối mã hoá MPEG, đường đứt nét đặc trưng cho phần bổ sung của H.264 trong việc nén theo miền không gian 51

Hình 2.23 H.264 có thể phân chia thành phần chói của từng MacroBlock theo nhiều cách để tối ưu hoá việc bù chuyển động 53

Hình 2.24 So sánh chất lượng và tốc độ giữa H.264 và MPEG-2 55

Hình 2.25 Các giao thức của IETF và ITU truyền dữ liệu Audio/Video 56

Hình 2.26 Sơ đồ hệ thống truyền dữ liệu RTP 57

Hình 2.27 Sơ đồ khối hệ thống nhận dữ liệu RTP 58

Hình 2.28 Cấu trúc gói dữ liệu RTP 61

Hình 2.29 Cấu trúc gói điều khiển RCTP 64

Hình 2.30 Mô hình đặt chỗ 66

Hình 2.31 Khuôn dạng tiêu đề thông báo RSVP 67

Hình 2.32 Khuôn dạng đối tượng RSVP 67

Hình 2.33 Quy trình đặt chỗ 69

Hình 2.34 Trộn các yêu cầu đặt chỗ 71

Hình 2.35 Hoạt động của RSVP qua các bộ định tuyến không hỗ trợ RSVP 75

Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống hiển thị của IMS 76

Hình 3.2 Đăng ký Watcher cho danh sách hiển thị 78

Hình 3.3 RLS đăng ký hiển thị 79

Hình 3.4 Đầu cuối IMS công bố thông tin hiển thị 80

Hình 3.5 Nhắn tin tức thời pager-mode trong IMS 81

Hình 3.6 Ví dụ của một dịch vụ cung cấp các tin nhắn tức thời pager-mode 82

Hình 3.7 Các tin nhắn tức thời Session-base: phiên MSRP end-to-end 83

Hình 3.8 Chat Server - hội nghị session-base multi-part 84

Hình 3.9 Thiết lập phiên nhắn tin 85

Hình 3.10 Nhận thực ở MSRP relay 86

Hình 3.11 Thiết lập phiên end-to-end với MSRP relay 86

Hình 3.12 URI-list Service và yêu cầu MESSAGE 87

Hình 3.13 Các MESSAGE không dùng URI-list Service 87

Hình 3.14 REFER 88

Hình 3.15 Phương thức REFER 89

Hình 3.16 Cấu trúc PoC 90

Hình 3.17 Phiên PoC và Server PoC điều khiển trung tâm 92

Hình 3.18 Server PoC điều khiển và Server tham gia PoC 92

Hình 3.19 Thiết lập phiên PoC one-to-one 94

Hình 3.20 Thiết lập phiên nhóm PoC ah-hoc 95

Hình 3.21 Thiết lập phiên nhóm PoC Pre-arranged 95

Hình 3.22 Thiết lập phiên nhóm PoC Chat 96

Hình 3.23 Thêm các user mới vào một phiên PoC 97

Hình 3.24 Chế độ trả lời thủ công 98

Hình 3.25 Chế độ trả lời tự động 98

Hình 3.26 Cấu trúc IMS thực hiện dịch vụ hội nghị 99

Hình 3.27 Tạo một hội nghị dùng URI conference factory 100

Hình 3.28 Dùng yêu cầu REFER giới thiệu một user vào hội nghị 101

Hình 3.29 Đăng ký trạng thái hội nghị 101

Hình 3.30 Dùng CPCP tạo phiên hội nghị 101

Hình 3.31 Cập nhật thay đổi trạng thái, không dùng RLS 103

Hình 3.32 Cập nhật thay đổi trạng thái, có dùng RLS 104

Hình 3.33 Cấu trúc mạng NGN của VNPT 107

Hình 3.34 Ánh xạ thực thể trong NGN sang kiến trúc FMC của TISPAN 109

Bảng 2-1 Các mô tả MPEG-4 cho mã hóa video tự nhiên 35

Bảng 2-2 Các mô tả MPEG-4 cho mã hoá video nhân tạo và kết hợp 36

Bảng 2-3 Các mức trong mô tả đơn giản 37

Bảng 2-4 Biểu diễn mức tiết kiệm tốc độ bit của H.264 so với một số chuẩn hiện có khác 55 Bảng 3-1 Các giao diện PoC 91

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

3GPP The 3rd Generation Partnership

Project

Tổ chức (dự án) chuẩn hóa mạng di động 3G

Đường thuê bao số không đối xứng

AMR Adaptive Multi-rate Bộ điều chỉnh đa tốc độ

AMF Access Management Function Chức năng quản lý truy nhập

ALG Application Level Gateway Chuyển đổi ở mức úng dụng

API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng

ARF Access Relay Function Chức năng chuyển mạch truy nhập AVP Attribute Value Pair Cặp giá trị thuộc tính

B2BUA Back to Back User Agent Thực thể đứng giữa kết nối của hai

đầu cuối, ví dụ máy chủ cho dịch vụ trả trước

BCSM Basic Call State Model Mô hình trạng thái cuộc gọi cơ bản

BGCF Breakout Gateway Control

Function

Chức năng điều khiển chuyển tiếp ra mạng ngoài

BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi độc

lập với kênh mang

B-RAS Broadband Remote Access

CLF Connectivity session Location

and repository Function

Chức năng lưu trữ và định vị thông tin về phiên kết nối

CNG Customer Network Gateway Thành phần kết nối giữa đầu cuối

của khác hàng và nhà khai thác CNGCF CNG Configuration Function Chức năng cấu hình CNG

CGF Charging Gateway Function Chức năng chuyển đổi định dạng

bản tin CDR COPS Common Open Policy Service Giao thức trao đổi thông tin chính

sách dịch vụ OPEX OPerational EXpenditure Chi phí duy trì hoạt động

CDR Charging Data Record Bản ghi cước

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên

CSE CAMEL Service Environment Môi trường dịch vụ CAMEL

CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truy nhập mạng phía khách

hàng CTF Charging Triger Function Chức năng kích hoạt việc tính cước DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cung cấp địa chỉ IP động

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DSLAM Digital Subscriber Line Access

Multiplexer

Bộ đa truy nhập đường dây thuê bao

số

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

FMC Fixed Mobile Convergence Hội tụ giữa di động và cố định GGSN Gateway GPRS Support Node Điểm hỗ trợ chuyển tiếp GPRS GLMS Group and List Management

mạng 2,5G GUP Generic User Profile Dữ liệu chung của thuê bao

HSS Home Subscriber Server Máy chủ chứa dữ liệu của thuê bao

mạng nhà (mạng chủ) HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

IBCF Interconnection Border Control

Function

Chức năng điều khiển kết nối biên I-CSCF Interrogating CSCF CSCF thực hiện chức năng định

tuyến IETF Internet Engineering Task Force Hiệp hội kỹ sư tham gia phát triển về

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện trên nền giao thức IP

IMS ALG IMS Application Level Gateway Chuyển tiếp ở mức ứng dụng của

mạng lõi IMS IMSI International Mobile Subscriber

Identifier

Định danh của thuê bao phạm vi toàn cầu

IN Intelligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức IP phiên bản 4

IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức IP phiên bản 6

IP-CAN IP-Connectivity Access

Network

Mạng truy nhập chuyển đổi kết nối dùng IPv4 sang dùng IPv6

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng tích hợp các dịch vụ số

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part Thành phần thuê bao ISDN; giao

thức sử dụng trong mạng SS7 ITU-T Telecommunication

Standardization Sector of the International

Telecommunications Union

Bộ phận chuẩn hóa về viễn thông -

Tổ chức viễn thông quốc tế

IWF Interworking Function Chức năng kết nối liên mạng

MAP Mobile Application Part Thành phần ứng dụng di động MGCF Media Gateway Control

Chức năng cấu hình truy nhập mạng

NAI Network Access Identifier Định danh truy nhập mạng

NA(P)T-PT Network Address

(Port-Multiplexing) Protocol Translation

Translation-Chuyển đổi địa chỉ mạng (thay đổi cổng) - chuyển đổi giao thức NAS Network Access Server Máy chủ truy nhập mạng

NASS Network Attachment

SubSystem

Phân hệ tài nguyên kết nối mạng

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OCS Online Charging System Hệ thống tính cước theo thời gian

thực OSA Open Services Architecture Kiến trúc dịch vụ mở

PDA Packet Data Access Truy nhập dữ liệu gói

PDBF Profile Data Base Function Chức năng lưu trữ dữ liệu nhận thực

truy nhập mạng của thuê bao PDF Policy Decision Function Chức năng đưa ra các chính sách PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDP Packet Data Protocol Giao thức của mạng dữ liệu gói, ví

dụ giao thức IP PEF Policy Enforcement Function Chức năng thực hiện chính sách PDG Packet Data Gateway Cổng dữ liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PoC Push over Cellular Dịch vụ nghe chương trình quảng bá

PSI Public Service Identity Định vụ công cộng của dịch vụ PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng chuyển mạch thoại công cộng

RAB Radio Access Bearer Kênh mang vô tuyến

RACS Resource and Admission

Function

Chức năng thực thi điều khiển tài nguyên

RFC Request for Comments Yêu cầu của các khuyến nghị

RCTP Real-time transport control

gian thực SBC Session Border Controler Bộ điều khiển phiên ở vùng biên SBLP Service Based Local Policy Chính sách nội bộ căn cứ theo dịch

vụ SCN Switching Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh

SCS Service Capability Server Bộ các tính năng của dịch vụ

SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên

SEG SEcurity Gateway Thực thể bảo đảm an ninh một miền SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SGSN Serving GPRS Support Node Điểm hỗ trợ cung cấp dịch vụ GPRS SLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê bao

SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ SS7 Signalling System 7 Báo hiệu số 7

SIM Subscriber Identity Mô đun Mô đun định danh thuê bao

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SGW Signalling Gateway Chuyển tiếp báo hiệu

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển trao đổi

TISPAN Telecoms & Internet converged

Services & Protocols for Advanced Network

Tổ chức chuẩn hóa cho Mạng tiên tiến sử dụng các giao thức và dịch

vụ hội tụ cho mạng viễn thông và Internet

THIG Topology Hiding Inter-network

Gateway

Che giấu cấu hình mạng khi chuyển tiếp giữa các miền/mạng của các nhà cung cấp khác nhau

TrGW Transition Gateway Thành phẩn chuyển đổi phiên bản IP

UAAF User Access Authorisation

Function

Chức năng chức thực quyền truy nhập của thuê bao

UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền dữ liệu

UTRAN Umts Terestrial Radio Access

VNPT Vietnam Post and Telematics Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt

Nam WAG WLAN Access Gateway Cổng truy nhập WLAN

WCDMA Wideband Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập băng rộng phân chia theo mã

CHƯƠNG 1: H ỘI TỤ VIỄN THÔNG DI ĐỘNG VÀ CỐ ĐỊNH

(THO ẠI VÀ INTERNET) - FMC

1.1 Xu hướng hội tụ di động và cố định

Thời gian gần đây, dưới áp lực cạnh tranh gia tăng, doanh thu bình quân trên thuê bao (ARPU) giảm mạnh, các nhà cung cấp dịch vụ đang phải đối đầu với bài toán cắt giảm chi phí, đồng thời với việc tạo ra dịch vụ mới, riêng biệt và hấp dẫn người dùng

Doanh thu từ dịch vụ thoại của nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống đã tiến tới ngưỡng tối đa và đang có xu hướng giảm dần do sự có sự cạnh tranh rất lớn

từ các nhà cung cấp khác Các công nghệ mới cho phép nhà cung cấp mới thâm nhập vào lĩnh vực kinh doanh dịch vụ thoại truyền thống Thị trường này đang có sự xuất hiện của các nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP), và các doanh nghiệp khác Sự cạnh tranh, hấp dẫn rất lớn từ dịch vụ IP-Phone dẫn tới sự biến động của thị trường này Các nhà cung cấp ISP có thể cung cấp dịch vụ IP-Phone giá rẻ, ngoài ra còn có các dịch vụ băng rộng khác như: thoại truyền hình, xem phim theo yêu cầu Băng thông rộng chính là yếu tố hình thành khái niệm xVNO (Virtual Network Operator) Tồn tại các nhà khai thác mạng ảo; có thể là mạng cố định ảo (FVNO), hoặc mạng

di động ảo (MVNO) Như vậy ranh giới giữa nhà khai thác mạng di động và nhà khai thác mạng cố định không rõ rệt, tiến tới loại hình chung – xVNO Đây là xu hướng của hội tụ giữa các loại hình mạng khác nhau, cụ thể là giữa mạng cố định và mạng di động Một nhà khai thác mạng nói chung có thể đóng vai trò nhà khai thác mạng di động, hoặc mạng cố định

Trong bối cảnh này một xu hướng đang hình thành trong cộng đồng viễn thông, với sự ủng hộ của các nhà cung cấp thiết bị, các nhà cung cấp dịch vụ, các tổ chức chuẩn hóa Đó là xu hướng hội tụ di động với cố định FMC (Fixed Mobile Convergence)

Thế giới viễn thông hiện tại phân chia khá rõ rệt thành hai mảng tách biệt: viễn thông cho thuê bao di động và cho thuê bao cố định Để cung cấp dịch vụ cho hai nhóm thuê bao này các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng kiến trúc mạng khác nhau, phần tử thiết bị mạng khác nhau, cũng như mô hình kinh doanh và thậm chí cơ cấu

tổ chức khác nhau

Trên thực tế sự hội tụ đã và đang diễn ra Các công nghệ của mạng 2,5/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng Một số dịch vụ trước kia chỉ được cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã có thể được cung

cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác Ví dụ, từ điện thoại cố định có thể gửi SMS tới máy di động, thông qua máy di động có thể truy nhập internet Một số dịch vụ đa phương tiện có thể cung cấp cho cả thuê bao di động và thuê bao cố định Xu hướng hội tụ trên xuất phát từ yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó Để có thể cung cấp đồng thời dịch vụ như vậy phải có phương án cụ thể triển khai cho từng dịch vụ Đó là xu hướng đang phát triển mạnh

Mục tiêu của mạng hội tụ là cho phép phát triển nhanh chóng các dịch vụ mới

có thể truy nhập được từ nhiều loại thiết bị qua các mạng truy nhập khác nhau Vấn

đề chính để đạt được mức phối hợp hoạt động này là phải phát triển được tập hợp các chuẩn cho phần truy nhập và phân phát dịch vụ Một thành phần quan trọng trong mạng hội tụ để thực hiện được việc liên kết giữa thiết bị và dịch vụ đó là IMS – cho phép một thiết bị bất kỳ được kết nối tới bất kỳ một dịch vụ nào

Hiện nay, IMS là sự lựa chọn tối ưu cho việc phân phát dịch vụ hội tụ và đa phương tiện, cũng như cho phép cung cấp các dịch vụ IP trên cả mạng di động và cố định Trong các khảo sát gần đây về ngành công nghiệp viễn thông đều cho thấy mối quan tâm đặc biệt đến IMS IMS được dự đoán sẽ thương mại hoá dần IMS là một chuẩn quốc tế đã được công nhận, nó được tích hợp hoàn chỉnh với mạng dữ liệu và mạng thoại trong khi vẫn đáp ứng nhiều đặc tính cốt lõi của lĩnh vực IT Điều đó cho phép IMS trở thành một thành phần không thể thiếu cho xu hướng hội

tụ di động-cố định

Các dịch vụ dựa trên IMS cho phép thực hiện các chế độ trao đổi thông tin cá nhân tới cá nhân và cá nhân tới nội dung thông qua nhiều phương thức khác nhau, bao gồm thoại, văn bản, hình ảnh, video hay bất kỳ sự kết hợp nào giữa chúng theo một cách có tính cá nhân hoá cao Lợi ích của các dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mà IMS mang lại đối với nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đang thực sự hấp dẫn và không thể chối bỏ Mặt khác việc cung cấp các ứng dụng hội tụ là một xúc tác lớn cho các nhân tố tích cực, thúc đẩy người tiêu dùng ở lại, tăng tính linh hoạt trong triển khai các dịch vụ mới, phân phối dịch vụ qua các loại mạng truy nhập như WiFi, WiMAX, 3G, DSL…Và cuối cùng hoàn tất giấc mơ của khách hàng đối với các dịch vụ “truy nhập mọi nơi” và hiện thực hoá xu hướng hội tụ di động – cố định

1.2 Động lực cho hội tụ viễn thông di động cố định

- Thỏa mãn yêu cầu của người dùng

- Đáp ứng đòi hỏi về kinh doanh

1.2.1 Đáp ứng yêu cầu của người dùng

Nhu cầu của người dùng ảnh hưởng tới sự phát triển của các dịch vụ đa phương tiện đối với cả nhà khai thác di động và cố định Người dùng mong đợi có thể làm được nhiều hơn với các dịch vụ thông tin của mình, với cước phí thấp hơn

và bộc lộ sự quan tâm tới các dịch vụ ngoài thoại Họ bị thu hút bởi các dịch vụ mang đến cho họ khả năng truy nhập tới một loạt các dịch vụ giải trí theo một cách thân thiện và với cước phí phải chăng Nhu cầu từ phía người dùng cũng đặt ra một

áp lực cho các nhà cung cấp dịch vụ Đó là mong muốn sử dụng dịch vụ dưới hình thức bất cứ truy nhập nào, bất cứ thiết bị nào, vị trí nào và bất cứ thời gian nào (any access, any device, any location, any time), là yêu cầu về cá nhân hóa, và sự tiện dụng

Mạng hội tụ được triển khai, sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng:

lợi ích chính từ sự phát triển của kiến trúc mạng hội tụ Lợi ích có thể thấy rõ nhất là sự mềm dẻo trong sự kết hợp các loại dịch vụ đa phương tiện trong cùng một call hoặc cùng một session

nghệ hiện tại, thêm vào đó IMS tăng cường sự tích hợp và tương tác dịch

vụ Người dùng có thể cùng một lúc quản lý nhiều sessions với các tương tác phong phú hơn và mức độ cá nhân hoá cao hơn Các khách hàng doanh nghiệp có thể đưa ra các dịch vụ multimedia tới nhân viên ở xa công sở hoặc làm việc trong môi trường đi lại để cải thiện hiệu quả trong sản xuất và giảm giá thành

thành các sessions multi-point bởi việc khả năng invite thêm các thành phần tham gia Bởi vì thông tin presence có thể được chia sẻ, các người dùng có thể tạo ra được cuộc gọi hội nghị bằng cách sử dụng sự kết hợp của các dịch vụ voice, data, video Sự thay đổi các đặc tính của session, khi mà thêm các thành phần tham gia hoặc thêm các dịch vụ thì không kết thúc hoặc thiết lập lại session

gia nhiều sessions sử dụng các media khác nhau cùng một lúc Cho ví dụ, người dùng có thể có cuộc gọi videophones trong khi trả lời e-mail hoặc

có thể ngay khi send files hoặc video clips trong khi đang đàm thoại hoặc tham gia vào các cuộc hội nghị truyền hình (videconference)

dùng có thể xác định được các phương tiện truyền thông mà họ thích,

block calls, lựa chọn chia sẽ thông tin presence/location Người dùng có thể truy nhập dịch vụ thông qua PCs, Phones, PDAs, hoặc các phương tiện truyền thông khác

1.2.2 Đáp ứng đòi hỏi kinh doanh

Các nhà khai thác ngày nay cần một cách để các dịch vụ của họ lôi cuốn hơn đối với người dùng và để duy trì quan hệ khách hàng vào luồng lợi nhuận của mình

chóng để đáp ứng các cơ hội mới Cũng như người dùng mở rộng nhu cầu thoại của

họ sang các dịch vụ đa phương tiện, nhà khai thác muốn có khả năng phân phối các dịch vụ một cách nhất quán và liên tục tới người dùng tại bất kỳ đâu và lúc nào dịch

vụ được truy nhập Và vấn đề còn lớn hơn khi mà các nhà khai thác di động và cố định đang đối mặt với hiện tượng rời bỏ, chuyển mạng mạng của thuê bao Một phương thức để thu hút và giữ thuê bao là cung cấp một cách khác biệt như thêm tính các đặc tính mới vào các dịch vụ mà họ cung cấp như tính cá nhân hoá, đóng gói dịch vụ, các quan hệ doanh nghiệp, đăng nhập một lần và chất lượng dịch vụ

đang tìm kiếm một định hướng xây dựng mạng chung cho kiến trúc mạng di động và cố định, để nhằm xây dụng một kiến trúc mạng sẵn sàng cho nhu cầu cung cấp dịch vụ trong tương lai Ở đây xin nhấn mạnh thêm, với mô hình MVNO, nhà cung cấp không nhất thiết phải sở hữu băng tần để trở thành nhà cung cấp dịch vụ di động

độc lập với nhau mong muốn tạo ra các dịch vụ hội tụ FMC mới, tận dụng được khả năng riêng biệt này của mình Đồng thời một nền tảng chung cho

cố định và di động cũng cho phép cắt giảm chi phí vận hành

triển của các công nghệ truy cập không dây băng rộng như Wi-Fi, WIMAX đem đến cho các nhà cung cấp dịch vụ cố định nhiều cơ hội tiếp cận với thuê bao di động hơn

Tất cả nhà cung cấp dịch vụ đều có một yêu cầu chung là cần có một nền tảng mềm dẻo để hỗ trợ các dịch vụ ứng dụng Mô hình IMS đưa ra một nền tảng cho các dịch vụ phát triển trên mạng thế hệ mới, nó trở thành một nền tảng cho sự lựa chọn phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên các mạng đã tồn tại Những thuận lợi đối với các nhà cung cấp dịch vụ OSPs (Operator Service Providers) như sau:

 Các nhân viên (agents) làm việc trong kiến trúc mạng NGN-IMS có thể log-in/log-out từ bất cứ máy nào nếu cần Các agents có thể là thành viên của nhiều nhóm không phân biệt về mặt vật lý

cước dịch vụ, vì thế các hệ thống phía cuối chỉ cần được tích hợp với các

bộ phận thiết bị phụ của IMS mà không cần các dịch vụ riêng lẻ

video sẵn sàng được cung cấp tới người dùng bất chấp kết nối mạng của người dùng, chỉ bị giới hạn bởi khả năng của thiết bị đầu cuối IMS đưa

ra một dịch vụ mới như push-to-talk, presence detection và multimedia advertising

chuyển mạch gói, tất cả những thuận lợi liên quan đến mạng điện thoại chuyển mạch gói IMS đều có Những thuận lợi này bao gồm giảm giá thành của phần cứng và giảm giá thành của các hoạt động của mạng lưới

so với mạng chuyển mạch kênh

dịch vụ đưa dịch vụ ra thị trường nhanh chóng

đưa ra một cách thuận lợi của các đặc điểm của mạng chuyển mạch gói như push-to-talk, instant message, picture, … cùng với cuộc gọi

khác nhau như mạng có dây (wireline), mạng không dây (wireless), mạng cáp Thêm vào đó, người dùng có thể kết nối tới mạng IMS thông qua sử dụng PC kết nối thông qua DSL hoăc qua modem Thậm chí, sử dụng PSTN có thể được kết nối tới mạng IMS thông qua network gateway

nhất thông qua một định tuyến cố định giữa 2 điểm đầu cuối cho các thực thể trong suốt một cuộc gọi Trong mạng IMS, một kết nối giữa 2 điểm đầu cuối có thể đi theo nhiều con đường trong mạng, thậm chí trong cùng một cuộc gọi Ngoài ra, mạng IMS có khả năng tự động phát hiện và định tuyến những vùng lỗi trong cùng một mạng

Hình 1.1 Động lực hướng tới mạng hội tụ 1.3 Các cấp độ hội tụ

Quá trình hội tụ FMC có thể được tiến hành theo những bước sau:

tạo gói dịch vụ chung)

- Cấp dịch vụ

- Cấp độ mạng

Các dịch vụ hội tụ là nhân tố chính để gia tăng doanh thu và thu hút thuê bao Tuy hầu hết các dịch vụ đều có thể được cung cấp đến cả thuê bao di động và cố định, dịch vụ người-đến-người multimedia có ưu thế hội tụ nhất do các dịch vụ này đều có thể phát triển từ ban đầu trên nền tảng mạng SIP (ví dụ như trên nền IMS) Với IMS, việc hoạt động tương thích với các mạng chuyển mạch kênh hiện hành cũng được bảo đảm

Hội tụ ở cấp độ mạng lưới lấy mạng IMS (dựa trên SIP) làm nền tảng, do SIP

đã đuợc ứng dụng rộng rãi trong mạng cố định, Internet và cũng đã được chuẩn hóa cho mạng di động

Hội tụ dịch vụ có nghĩa là: Mức độ hộ tụ Dịch vụ thoại

truyền thống - Chung tính năng - Đánh số thống nhất (universal

numbering)

- Tương tác dịch vụ

- Nền tảng dịch vụ chung

- Một hóa đơn (service enabling

- Nền tảng dịch vụ chung

Nhắn tin

(SMS, MMS, UM,

IM, chat, e-mail)

- SMS, MMS cho thuê bao cố định

- Nhắn tin tức thời chung

- Một hóa đơn

- Thiết bị đầu cuối

- Nền tảng dịch vụ chung

- Quản lý phiên SIP chung

- Hỗ trợ không hạn chế mọi tương tác dịch vụ

- Một hóa đơn

- Server ứng dụng chung (Application server)

- Nền tảng dịch vụ chung

- Quản lý phiên SIP chung

- Chức năng interworking chung

1.4 Ví dụ lộ trình FMC của Siemens

Giải pháp FMC của Siemens tương thích với kiến trúc tiêu chuẩn IMS/TISPAN được Dự án hợp tác thế hệ 3GPP và Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu ETSI chuẩn hóa Với thị phần và kinh nghiệm hiện có trong cả hai thị truờng mạng di động và cố định, Siemens có ưu thế đặc biệt trong việc hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ di động cũng như cố định trong lộ trình FMC

Lộ trình FMC có thể được tiến hành ở mức dịch vụ trước, sau đó đến mức mạng lưới

Đối với các nhà khai thác mạng cố định, Siemens khuyến nghị sử dụng các thiết bị dòng SURPASS (hiQ, hiE, …) hiện đang đựợc sử dụng trong các giải pháp như VoIP, Hosted Office Các thiết bị này tích hợp những tính năng chính của kiển trúc IMS/TISPAN như CSCF, MGCF, HSS, MGW, … đồng thời hỗ trợ tích hợp

các chức năng như Voice Application call manager, Location server, SIP proxy, Video conferencing, IP Centrex …

Ở bước tiếp theo, các thiết bị nói trên tiếp tục được sử dụng cho lớp cung cấp dịch vụ (Application layer) cũng như nối với các mạng cố định khác, song song với việc đưa các thiết bị IMS cho lớp quản lý phiên SIP

Đối với các nhà cung cấp dịch vụ di động, Siemens đang cung cấp hệ thống IMS và Intelligent Packet solution Đây là các giải pháp cho phép nhà khai thác di động tạo ra và kiểm soát được các dịch vụ gia tăng multimedia, trên nền chuyển mạch gói GPRS/UMTS/WLAN Siemens cũng cung cấp chương trình IMS Developper Program nhằm hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ phát triển, thử nhiệm,

và triển khai các ứng dụng đặc thù cho thị trường của mình

Hình 1.2 Hội tụ theo Siemens 1.5 Kết luận

Công nghệ IP và Internet cùng với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ vô tuyến tốc độ cao đã cho phép cung cấp dịch vụ một cách liên tục trong cả truy nhập cố định cũng như vô tuyến trên một thiết bị đầu cuối của khách hàng Hội

tụ mạng, dịch vụ và thiết bị đầu cuối là một xu thế tất yếu của nền công nghiệp viễn thông nhằm đáp ứng được nhu cầu của khách hàng cũng như nhà cung cấp dịch vụ Quá trình hội tụ này nhằm mục tiêu cung cấp các dịch vụ mới cho người sử dụng và

do vậy làm tăng doanh thu của nhà khai thác, mặt khác lại làm giảm chi phí vận hành, khai thác mạng

CHƯƠNG 2: CÁC DỊCH VỤ TRÊN NỀN IP

2.1 Tho ại IP VoIP – Giao thức H.323

H.32x là họ giao thức của ITU-T định nghĩa các dịch vụ đa phương tiện qua các mạng khác nhau và H.323 là một phần trong họ này H.323 là giao thức xác định các thành phần, các giao thức cũng như các bước thực hiện để cung cấp dịch

vụ đa phương tiện qua mạng gói Các dịch vụ đa phương tiện ở đây có thể là truyền tín hiệu tiếng, tín hiệu hình thời gian thực và dữ liệu Mạng gói có thể là Internet,

EN (Enterprise Network), LAN Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Area Network) H.323 có thể cung cấp 1 trong 3 dịch vụ: tiếng, hình hay dữ liệu cũng như tổ hợp các dịch vụ trên nên nó có thể được ứng dụng ở nhiều nơi như ứng dụng tại nhà khách hàng, doanh nghiệp hay công nghiệp giải trí Ngoài ra nó có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ đa phương tiện đa điểm (multipoint multimedia communications)

2.1.1 Các thành phần của H.323

Giao thức H.323 định nghĩa 4 thành phần sau: đầu cuối (Terminal – được ký hiệu là T), cổng (Gateway - GW), bộ giữ cổng (Gatekeeper - GK), và đơn vị điều khiển đa điểm (Multipoint Control Unit – MCU) Các thành phần này có thể được tập trung trong một hệ thống đơn hay được lắp đặt ở nhiều hệ thống khác nhau tại những vị trí địa lý cũng như vật lý khác nhau

Hình 2.1 Mô hình mạng H.323 đơn giản

Hình 2.2 Mạng H.323

Chồng giao thức mà H.323 hỗ trợ được trình bày trong hình sau:

Hình 2.3 Các giao thức thuộc H.323 2.1.1.1 Terminal

Là thành phần dùng trong truyền thông 2 chiều đa phương tiện thời gian thực được dùng trong việc kết nối các cuộc gọi Đầu cuối H.323 có thể là một máy tính,

một điện thoại, điện thoại truyền hình, hệ thống voice-mail, thiết bị IVR (Interactive Voice Response) hay là một thiết bị độc lập có các ứng dụng đa phương tiện H.323 Một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ các đặc tính sau:

Hình 2.4 Chồng giao thức tại đầu cuối H.323 2.1.1.2 Gateway (GW)

Hình 2.5 Cấu tạo của Gateway

GW là thành phần dùng để kết nối 2 mạng khác loại nhau Một cổng H.323 dùng để liên kết mạng H.323 với mạng không phải là mạng chuẩn H.323 Việc kết

nối giữa 2 mạng khác loại nhau thực hiện được nhờ việc dịch các giao thức (Protocol Translation) khác nhau cho quá trình thiết lập và giải tỏa cuộc gọi, việc chuyển đổi dạng thông tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thông tin giữa các mạng kết nối với GW

Các đặc tính cơ bản của một gateway:

sử dụng chuyển mạch kênh (SCN – Switched Circuit Network)

trao đổi khả năng hoạt động của terminal cũng như của GW, báo hiệu cuộc gọi H.225, báo hiệu RAS

mạch kênh (như SS7 sử dụng trong PSTN)

Các giao thức mà một GW phải hỗ trợ được minh họa trong hình sau:

Hình 2.6 Chồng giao thức của một Gateway 2.1.1.3 Gatekeeper(GK)

Một GK được xem là bộ não của mạng H.323, nó chính là điểm trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng H.323 GK cung cấp các dịch vụ quan trọng như việc dịch địa chỉ, sự ban quyền và nhận thực cho đầu cuối terminal và GW, quản lý băng thông, thu thập số liệu và tính cước Ngoài ra nó cũng cung cấp dịch vụ định tuyến cuộc gọi

Các chức năng cần thiết của một GK:

− Dịch địa chỉ (Address Translation): một cuộc gọi đi trong mạng H.323 có thể dùng bí danh (alias) để chỉ địa chỉ của đầu cuối đích (destination terminal) Do đó ta cần phải sử dụng chức năng này để dịch bí danh sang địa chỉ H.323

− Quản lý việc thu nhận điểm cuối (Admission Control): GK sử dụng báo hiệu RAS

để quản lý việc tham gia vào mạng H.323 để có thể tham gia vào một kết nối nào đó của các điểm cuối dựa vào một số tiêu chuẩn như băng thông còn trống, sự cho phép hay một số tiêu chuẩn khác mà một số yêu cầu đặc biệt khác đòi hỏi đáp ứng

− Điều khiển băng thông (Bandwidth Control): GK điều khiển băng thông bằng báo hiệu RAS Ví dụ nếu người điều hành mạng đã xác định số cuộc gọi tối đa được thực hiện cùng lúc thì mạng có quyền từ chối bất cứ cuộc gọi nào khi số cuộc gọi tại thời điểm đó đã đạt đến ngưỡng này

− Quản lý vùng hoạt động (Zone Management): GK chỉ có thể thực hiện các chức năng trên đối với các Terminal, GW và MCU thuộc vùng quản lý của nó Hay nói cách khác GK định nghĩa các điểm cuối (Endpoint) nó quản lý Vùng hoạt động sẽ được định nghĩa ở phần tiếp sau

Hình 2.7 Chức năng của một Gatekeeper

Các chức năng tùy chọn của GK:

− Báo hiệu điều khiển cuộc gọi (Call Control Signaling)

− Chấp nhận cuộc gọi (Call Authorization): GK có quyền quyết định cho một điểm cuối (endpoint) có thể thực hiện một cuộc gọi hay không

− Quản lý cuộc gọi (Call Management): chức năng này cho phép GK lưu trữ tất cả các thông tin về các cuộc gọi mà nó xử lý (các cuộc gọi xuất phát từ vùng hoạt động của nó)

2.1.1.4 Multipoint Control Unit

Multipoint Control Unit (MCU) là thành phần hỗ trợ trong dịch vụ hội nghị đa điểm có sự tham gia của từ 2 terminal H.323 trở lên Mọi terminal tham gia vào hội nghị đều phải thiết lập một kết nối với MCU Và MCU quản lý tài nguyên phục vụ

cho hội nghị, thương lượng giữa các terminal để xác định loại codec (Coder/Decoder) nào cho tiếng và hình được sử dụng đồng thời xử lý dòng thông tin truyền Một MCU bao gồm 2 thành phần con: bộ điều khiển đa điểm (Multipoint Controller – MC) và thành phần tùy chọn bộ xử lý đa điểm (Multipoint Processor – MP)

MC có chức năng quản lý báo hiệu cuộc gọi Trong lúc đó, MP xử lý việc trộn

và chuyển mạch các dòng thông tin cũng như các quá trình xử lý thông tin khác

Hình 2.8 Cấu tạo của Multipoint Control Unit 2.1.2 Vùng hoạt động

Một vùng hoạt động H.323 là tập hợp tất cả các đầu cuối, các GW và các MCU chịu sự quản lý duy nhất của một GK Vùng hoạt động này độc lập với topo của mạng thực tế và có thể bao gồm nhiều đoạn mạng (segment) nối với nhau qua router hay các thiết bị khác

Mô hình về một vùng hoạt động đơn giản được minh họa trong hình sau:

Hình 2.9 Một vùng hoạt động

2.1.3 Các giao thức thuộc H.323

2.1.3.1 Các giao thức mã hóa, giải mã cho tín hiệu thoại và hình

Các giao thức mã hóa và giải mã cho thoại gồm có: G.711 (64kbps), G.722 (64, 56 và 48kbps), G.723.1 (5.3 và 6.3kbps) và G.729 (8kbps) Các giao thức mã hóa và giải mã cho tín hiệu hình bao gồm: H.261 và H.263

2.1.3.2 Gi ao thức báo hiệu RAS (H.225.0)

Giao thức RAS (Registration, Admission and Status) là giao thức được sử dụng để thực hiện việc đăng ký, quản lý việc tham gia của các điểm cuối, thay đổi băng thông, trao đổi trạng thái và loại bỏ đăng ký giữa các điểm cuối với GK Các bản tin RAS sẽ được trao đổi qua kênh báo hiệu RAS và kênh báo hiệu này sẽ được thiết lập đầu tiên trước khi các kênh khác được thiết lập Ngoài ra, các bản tin RAS được truyền qua giao thức UDP không tin cậy nên việc trao đổi các bản tin này có thể bị timeout và dẫn đến việc chúng sẽ được phát lại Các bản tin RAS truyền qua UDP nhờ các cổng 1718 (cho multicast) và 1719 (cho unicast – có nghĩa là chỉ truyền đến 1 nơi nhận) Ghi chú: các endpoint ở đây có thể là GW hay terminal Phần lớn các bản tin RAS có 3 loại: yêu cầu (request, thường được viết tắt xRQ), xác nhận (confirm, viết ngắn gọn là xCF) và từ chối (reject, viết gọn là xRJ) Báo hiệu RAS có các chức năng cơ bản như sau:

− Khám phá GK hay xác định GK (Gatekeeper discovery): cho phép một endpoint xác định GK điều khiển nó Quá trình này có thể được thực hiện động hay tĩnh Đối với quá trình xác định tĩnh thì điểm cuối đã biết trước địa chỉ truyền tải (transport address) hay địa chỉ mạng của GK quản lý nó Đối với quá trình xác định động thì

điểm cuối sẽ phát đi bản tin multicast GRQ (Gatekeeper discoveryRequest) để tìm

GK điều khiển mình Các GK sẽ phản hồi bằng bản tin GCF (confirm) để trả lời

cho bản tin trên nếu nó chính là GK điều khiển của điểm cuối đó Ngược lại nó sẽ

đáp ứng bằng bản tin GRJ (reject) Có thể có 1 hay nhiều GK là GK điều khiển của

điểm cuối đưa ra yêu cầu

− Đăng ký điểm cuối (Endpoint Registration): quá trình đăng ký được các điểm cuối

sử dụng để tham gia vào một vùng hoạt động đồng thời nó thông báo cho GK quản

lý nó địa chỉ truyền tải cũng như bí danh (alias) của mình Điểm cuối muốn đăng ký

đến 1 GK nào đó sẽ gởi bản tin RRQ (Registration Request) Nếu GK đồng ý cho điểm cuối tham gia vào mạng sẽ đáp ứng cho điểm cuối bằng bản tin RCF (confirm) Nếu không thì điểm cuối sẽ nhận được phản hồi RRJ (reject) và nó sẽ

không được GK cung cấp bất cứ một dịch vụ nào

− Xác định vị trí của điểm cuối (Endpoint Location): đây là quá trình xác định địa chỉ truyền tải của một endpoint trong trường hợp chỉ biết bí danh của nó Cả GK hay điểm cuối có thể thực hiện chức năng này Bên có yêu cầu xác định điểm cuối

sẽ phát bản tin LRQ (Location Request) Nơi nhận yêu cầu có đáp ứng được hay không thể hiện qua bản tin phản hồi LCF (confirm) hay LRJ (reject)

− Điều khiển việc tham gia (Admission control): đây là quá trình xem xét sự cho phép tham gia của một endpoint nào đó vào một phiên làm việc Đầu tiên, endpoint muốn tham gia vào phiên làm việc thì nó sẽ gởi yêu cầu đến GK quản lý nó bằng

một bản tin ARQ (Admission Request) Nếu GK chấp nhận thì nó sẽ đáp ứng bằng bản tin ACF (confirm), ngược lại thì bản tin ARJ (reject) sẽ được trả về

− Thoát khỏi kết nối (Disengage): khi có 1 điểm cuối muốn thoát khỏi một kết nối

thì nó sẽ gởi đến GK bản tin DRQ (Disengage Request) Nếu yêu cầu trên được đồng ý nó sẽ nhận được đáp ứng DCF (confirm), ngược lại sẽ nhận được DRJ

− Trao đổi thông tin trạng thái (Status hay còn gọi là Information): là quá trình được

sử dụng bởi GK và endpoint để EP thông báo cho GK các thông tin trạng thái của một kết nối nào đó Khi GK muốn biết thông tin trạng thái về cuộc gọi nào đó nó sẽ

gởi bản tin IRQ (Information Request) Endpoint gởi trả các thông tin chi tiết về cuộc gọi yêu cầu bằng bản tin phản hồi là IRR (Information Response)

− Ngoài ra trong báo hiệu RAS còn có một số chức năng sau: quá trình loại bỏ đăng

ký của một điểm cuối ra khỏi vùng hoạt động và sự quản lý của 1 GK (Unregistration) Quá trình này là quá trình ngược lại với quá trình đăng ký, và các

bản tin có thể được trao đổi khi thực hiện chức năng này là URQ (Unregistration Request), UCF (confirm), URJ (reject) Ngoài ra điểm cuối có thể biết độ khả dụng

của tài nguyên (xem tài nguyên nó sử dụng đã đến giới hạn cho phép hay chưa)

bằng cách gởi bản tin RAI (Resource Availability Indicate) GK sẽ phản hồi bằng bản tin RAC (Resource Availability Confirm) Một chức năng khác nữa là kích hoạt một số loại dịch vụ đặc biệt bằng bản tin SCI (Service Control Indication) Bản tin phản hồi là SCR (Service Control Response) Chức năng này được sử dụng bởi cả

các điểm cuối và GK Một số bản tin chức năng khác được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt là “Unknown Message Response” và “Non-standard Message”

2.1.3.3 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225

Đây là giao thức hỗ trực các chức năng báo hiệu cho một cuộc gọi, được sử dụng để thiết lập kênh kết nối giữa các endpoint Quá trình trao đổi các bản tin báo hiệu cuộc gọi H.225 được thực hiện qua kênh báo hiệu cuộc gọi, là kênh truyền tin cậy sử dụng giao thức TCP Các bản tin H.225 được trao đổi trực tiếp giữa các endpoint nếu không có GK trong mạng H.323 Nếu trong mạng có GK, các bản tin này có thể được truyền trực tiếp giữa các endpoint hay được truyền thông qua GK

để tới các endpoint Cách thức truyền sẽ được xác định trong quá trình thực hiện báo hiệu RAS, qua bản tin tham gia cuộc gọi

Các bản tin cơ bản bao gồm:

− Bản tin SETUP: được sử dụng khi một điểm cuối muốn thực hiện một kết nối với

một điểm cuối khác Nếu nó sử dụng cách thức truyền thông qua GK thì muốn phát bản tin này đi trước hết nó phải nhận được bản tin ACF của GK

− Bản tin CALL PROCEEDING: bản tin này cho biết bản tin SETUP đã được

nhận và thủ tục thiết lập cuộc gọi đang được tiến hành

− Bản tin ALERTING: điểm cuối bị gọi sẽ phát bản tin này cho biết nó đang được

cảnh báo có 1 cuộc gọi đến nó

− Bản tin CONNECT: được phát đi bởi điểm cuối bị gọi, nhằm thông báo nó đã

chấp nhận cuộc gọi

− Bản tin RELEASE COMPLETE: bản tin này dùng để kết thúc cuộc gọi

− Ngoài ra còn có các bản tin sau: bản tin PROGRESS, bản tin FACILITY, bản tin STATUS, bản tin STATUS INQUIRY, bản tin SETUP ACKNOWLEDGE và

bản tin

Hình 2.10 Quá trình báo hiệu cuộc gọi cơ bản sử dụng H.225

2.1.3.4 Giao thức báo hiệu điều khiển H.245

Báo hiệu điều khiển H.245 dùng để trao đổi các bản tin điều khiển H.245 từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end, không phải là terminal) giữa các điểm cuối H.323 (endpoint) Các bản tin H.245 được truyền trên kênh điều khiển H.245 Kênh này là kênh luận lý số 0 và luôn luôn được mở (mở thường trực) Các bản tin H.245 dùng để trao đổi về khả năng của các terminal và dùng để yêu cầu mở hay đóng các kênh luận lý Lưu ý các kênh luận lý ở đây là các kênh một chiều Có 4 loại bản tin H.245 là bản tin yêu cầu (Request), bản tin đáp ứng (Response), bản tin lệnh (Command) và bản tin chỉ định (Indication) Một bản tin yêu cầu cần phải được đi kèm theo sau là một bản tin đáp ứng, trong khi đó bản tin lệnh thì không nhất thiết cần có bản tin đáp ứng Các chức năng chính của H.245 là:

− Trao đổi khả năng (Terminal Capability Exchange)

− Báo hiệu kênh luận lý (Logical Channel Signaling)

− Xác định Master/ Slave (Master/ Slave Determination)

− Điều khiển hội nghị (Conference Control)

2.1.4 Quá trình thực hiện báo hiệu

Quá trình thực hiện 1 cuộc gọi tiêu biểu trong H.323 bao gồm các giai đoạn sau:

− Khám phá GK và đăng ký: sử dụng báo hiệu RAS

− Thiết lập cuộc gọi: lần lượt sử dụng báo hiệu RAS (có thể trong giai đoạn này xảy

ra quá trình xác định điểm cuối thông qua bí danh alias) và H.225

− Quá trình thương thảo các thông số cuộc gọi và xác định khả năng của điểm cuối

sử dụng báo hiệu H.245

− Quá trình trao đổi thông tin: sử dụng giao thức RTP/ RTCP

− Kết thúc cuộc gọi: lần lượt sử dụng báo hiệu H.245, H.225 và RAS.Giao thức H.323 phức tạp hơn giao thức SIP Nhưng giao thức H.323 cho phép quản lý các thành phần tham gia vào mạng một cách khá chặt chẽ Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của mạng ta sẽ có lựa chọn giao thức báo hiệu thích hợp

Hình 2.11 Quá trình thiết lập cuộc gọi

Hình 2.12 Quá trình báo hiệu điều khiển thiết lập cuộc gọi

Hình 2.13 Quá trình trao đổi thông tin

Hình 2.14 Quá trình kết thúc cuộc gọi 2.2 VoIP - Giao thức thiết lập phiên - SIP

SIP (Session Initiation Protocol), được IETF đưa ra năm 1999, là giao thức báo hiệu tầng ứng dụng cho việc khởi tạo, thay đổi và kết thúc các phiên media, bao gồm các cuộc gọi thoại, internet và hội nghị đa phương tiện dựa trên kiến trúc phân tán

SIP là một giao thức dạng text (text-based protocol), nó dựa vào các lệnh được phát ra bởi một softswitch và đáp ứng để hoàn tất các giao tác Các lệnh được xem như là các phương thức, kể từ khi có sáu lệnh ban đầu đến nay đã tìm thấy nhiều

cách dùng chúng trong trang thiết bị và cả dưới dạng mở rộng từ đặc tả giao thức cơ bản

Proxy Server: Chuyển các yêu cầu và trả lời yêu cầu tới từ các Server khác

Redirect Server: Chấp nhận một yêu cầu SIP, ánh xạ thành địa chỉ zero hay nhiều địa chỉ khác và trả lại các địa chỉ này cho client hay server

Location Server: Sử dụng cho Proxy và Redirect Server để đạt được thông tin dựa vào các địa chỉ luân phiên tới phía bị gọi

Register Server: Là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Register Trong nhiều trường hợp đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh (như xác nhận người

sử dụng) Thông thường được cài đặt cùng với Proxy Server hoặc Redirect Server hay cung cấp dịch vụ định vị thuê bao

Client: Thực hiện gửi bản tin yêu cầu và nhận bản tin trả lời

2.2.1.3 Gateway

Thực hiện chức năng Internetworking giữa hệ thống SIP với mạng khác

2.2.1.4 Địa chỉ SIP

SIP URL SIP URL được dùng trong các bản tin SIP để thông báo về nơi gửi, đích hiện thời (Request-URI) và nơi nhận cuối cùng của một yêu cầu SIP và chỉ rõ địa chỉ gián tiếp Một SIP URL có thể gắn vào một trang Web hoặc những hyperlink khác để thông báo rằng người dùng hoặc dịch vụ có thể gọi thông qua SIP

Địa chỉ nguồn - Unicast UDP

Các đáp ứng được trả lại danh sách địa chỉ trong trường mào đầu Via không có địa chỉ nguồn của đáp ứng Với cuộc gọi về các đáp ứng không được phát ra bởi next-hop stateless server mà được phát ra bởi một proxy hay UAS Do đó, stateless proxy có thể sử dụng trường tiêu đề Via để gửi các đáp ứng

Địa chỉ đích - Multicast UDP

Các yêu cầu có thể là quảng bá (multicast) Yêu cầu multicast có thể đặc trưng cho một host và không phụ thuộc vào trường Request-URI Yêu cầu này đảm bảo

rằng nó không ra khỏi phạm vi của một hệ thống quản lý, điều này có thể thực hiện với TTL hay phạm vi quản lý tùy theo sự thực hiện của nó trong mạng

Một client nhận được một yêu cầu multicast không phải kiểm tra xem thành phần host của trường Request-URI có giống với host hay tên vùng của nó không Nếu yêu cầu nhận được thông qua multicast thì đáp ứng trở lại phải thông qua multicast Đáp ứng cho các yêu cầu multicast được quảng bá với cùng thông số TTL như trong yêu cầu TTL được lấy ra từ thông số TTL trong trường tiêu đề Via

Để tránh các đáp ứng bị “kép” (implosion), Server phải trả lời các yêu cầu multicast bằng một mã trạng thái khác với trạng thái 2xx và 6xx Thời gian trễ của các đáp ứng nhỏ hơn hoặc bằng 1s Server có thể ngừng các đáp ứng nếu như nó nhận được các đáp ứng có số nhỏ hơn hay đáp ứng 6xx từ nhóm các thành viên ưu tiên khác Server không trả lời các yêu cầu CANCEL nhận được thông qua phát quảng bá để tránh việc yêu cầu bị “kép” Proxy hoặc UAC có thể gửi một yêu cầu CANCEL khi nhận được một đáp ứng 2xx hay 6xx đầu tiên cho một yêu cầu multicast Server có thể ngừng đáp ứng nếu yêu cầu đòi hỏi server phải vi phạm các nguyên tắc xử lý bản tin cơ bản

2.2.2 Cơ chế hoạt động của SIP

Hình 2.15 Cơ chế hoạt động của giao thức SIP

A’s softphone A.com Proxy B.com Proxy B’SIP phone

BYE F13

200 OK F14

SIP hoạt động theo cơ chế trao đổi các yêu cầu và đáp ứng Ta xem xét thủ tục báo hiệu trong SIP qua ví dụ trao đổi thông tin giữa hai người A và B sử dụng hệ thống SIP

Đầu tiên, A gọi B bằng cách sử dụng địa chỉ SIP của mình gọi là SIP URI Địa chỉ này tương tự như một địa chỉ e-mail bao gồm hai phần user name và host name

Vì A không biết được vị trí của B cũng như máy chủ SIP phục vụ miền B.com, nên

nó gửi bản tin INVITE tới máy chủ SIP phục vụ miền của A là A.com

Máy chủ SIP tại A là một Proxy Server Nó nhận yêu cầu INVITE và sẽ gửi trở lại A một đáp ứng (100-Trying) để chỉ thị rằng INVITE đã được nhận, nó đang

là đại diện cho thiết bị của A để định tuyến bản tin INVITE tới đích của cuộc gọi Tiếp theo, máy chủ ở A sẽ xác định máy chủ của miền B.com và chuyển tiếp yêu cầu INVITE tới đó Khi máy chủ ở B nhận được bản tin INVITE, nó gửi trở lại một đáp ứng (100-Trying) để trả lời cho máy chủ tại A biết đã nhận được yêu cầu và đang xử lý yêu cầu này Sau đó nó truy vấn cơ sở dữ liệu, được gọi chung là dịch vụ định vị, để xác định địa chỉ hiện tại của B Tại các điểm trung gian, trước khi được truyền đi, bản tin INVITE sẽ được bổ sung thêm vào đầu trường Via địa chỉ của điểm trung gian để sử dụng sau này

Máy điện thoại của B nhận được bản tin này sẽ rung chuông báo cho B biết có cuộc gọi từ A tới để quyết định xem có trả lời cuộc gọi hay không Đồng thời máy

B cũng trả lại bản tin (180-Ringing) qua hai Proxy Server để trả lời cho máy A biết cuộc gọi đã được định tuyến tới đích Quá trình định tuyến ngược lại được thực hiện bằng cách sử dụng các địa chỉ trong trường Via của bản tin được sao từ bản tin INVITE

bản tin trả lời (200-OK) sẽ được máy B tạo ra và gửi trở lại phía A thông báo rằng cuộc gọi đã được trả lời Bản tin này có phần thân mang thông tin miêu tả về kiểu phiên mà B mong muốn thiết lập với A

cuộc gọi khác, một đáp ứng lỗi sẽ được gửi đi thay cho bản tin trả lời (200-OK), khi

đó sẽ không có một kênh phương tiện nào được thiết lập

Khi bản tin trả lời (200-OK) được gửi tới chương trình thoại trên máy PC của

A, nó sẽ ngắt hồi âm chuông để thông báo rằng cuộc gọi đã được trả lời A sẽ gửi một bản tin công nhận (ACK) tới máy B để xác nhận nó đã nhận được đáp ứng cuối cùng (Trong trường hợp này bản tin ACK được gửi trực tiếp từ máy A tới máy B nhờ sự biết trước địa chỉ của nhau trong trường “Contact” của header của các bản tin INVITE/200-OK)