Chức năng quản lý tài nguyên vè điều khiển truy cập RACF trong mạng truy nhập hội tụ IMS

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NÔNG THỊ BIÊN CHỨC NĂNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP RACF TRONG MẠNG TRUY NHẬP HỘI TỤ IMS Chun ngành: Kỹ thuật Viễn thơng Mã số: 60.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ NGỌC GIAO Phản biện 1: ………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng .năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng LỜI MỞ ĐẦU   Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) bước phát triển mạng hệ sau NGN Kiến trúc IMS cho phép tách biệt mạng lõi mạng biên mạng truy nhập Mạng lõi IMS hoạt đông với mạng cố định di động, điều tạo điều kiện cho trình hội tụ cố định – di động Mạng lõi IMS cung cấp phiên truyền thông đa phương tiện băng rộng giúp cho q trình hội tụ dịch vụ truyền thơng – quảng bá – doanh nghiệp Để thực chức nói trên, phân hệ IMS cần có chế quản lý, điều khiển hiệu nhằm phân bổ tối ưu tài nguyên mạng (cả mạng lõi mạng truy nhập) để phục vụ cho nhiều nhu cầu khác người dùng Quá trình quản lý tài nguyên thường bắt đầu việc điều khiển truy cập (Admission Control) – cho phép người dùng truy nhập vào tài nguyên mạng để thiết lập dịch vụ Tài nguyên mạng khái niệm rộng, bao gồm nhiều thành phần hợp thành (phần cứng, phần mềm, băng thông, dung lượng nhớ, giao thức …) để thực dịch vụ cụ thể theo yêu cầu người dùng Chức điều khiển truy cập quản lý tài nguyên RACF bao gồm nhiều yếu tố tạo thành, tác động qua lại với khối chức khác không dễ dàng nhận biết để có biện pháp xử lý phù hợp Nội dung luận văn quản lý tài nguyên điều khiển truy cập NGN/IMS bao gồm chương, phần mở đầu kết luận Chương trình bày kiến trúc tổng quát phân hệ IMS, khối chức phân hệ này, có chức quản lý tài nguyên điều khiển truy cập RACF Ngoài ra, vấn đề mạng truy nhập đề cập như: xu hướng hội tụ truy nhập, tự truy nhập phương thức truy nhập Chương trình bày mơ hình nguyên lý chung điều khiển truy cập, khuyến nghị ITU-T tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế kiến trúc chức RACF Chương giới thiệu giao diện, giao thức liên quan đến RACF yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS kiến trúc RACF Chương đề cập hai ứng dụng chức quản lý tài nguyên điều khiển truy cập dịch vụ tích hợp Triple-play định tuyến di động (Mobile Routinng) phục vụ cho việc chuyển vùng mạng di động Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, TS Lê Ngọc Giao tận tình hướng dẫn cung cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn thiện luận văn CHƯƠNG KIẾN TRÚC IMS VÀ VẤN ĐỀ HỘI TỤ TRUY NHẬP IMS – thuật ngữ viết tắt IP Multimedia Subsystem, phần mạng xây dựng bổ sung cho mạng hệ nhằm thực nhiệm vụ hội tụ mạng cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối IMS bước đệm quan trọng bỏ qua để đến hội tụ thực mạng viễn thông Với việc triển khai ứng dụng kiến trúc IMS, xu hội tụ công nghệ, mạng dịch vụ dần hình thành rõ nét Và nội dung quan trọng trình hội tụ hội tụ mạng truy nhập 1.1 Kiến trúc IMS Ý tưởng ban đầu IMS nhóm nghiên cứu 3GPP, 3GPP2 đề xuất từ phiên R5 năm 2002 Cách tiếp cận IMS tổ chức khác khác nhau, ITU-T định hướng xây dựng mạng NGN từ tảng mạng cố định, IETF lại xây dựng NGN với tảng mạng Internet 3GPP xây dựng NGN với tảng mạng di động 3G Dù lựa chọn tảng nào, xây dựng IMS tất mạng 3G, Internet, hay PSTN/ISDN hội tụ chung thành mạng để cung cấp đa loại hình dịch vụ tới người dùng đầu cuối Hình 1.1 Kiến trúc IMS Với IMS cấu trúc điều khiển gọi độc lập với hệ thống truy nhập; cấu trúc điều khiển dịch vụ kết nối dựa IP hỗ trợ cho thuê bao nhiều loại dịch vụ đa phương tiện khác thông qua việc sử dụng giao thức Internet thông thường IMS thiết kế dựa SIP cho phép truyền phương tiện truyền thơng thoại, video hay liệu qua mạng Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP bao gồm tất thành phần mạng lõi (CN) để cung cấp dịch vụ đa phương tiện IP Các thành phần bao gồm tất thành phần liên quan đến mạng báo hiệu mạng mang Dịch vụ đa phương tiện IP dựa khả điều khiển phiên, mạng mang đa phương tiện, tiện ích miền chuyển mạch gói IMS làm việc chủ yếu miền gói, độc lập với hệ thống truy nhập 1.2 Các thành phần chức Hình 1.2 Các thành phần chức IMS Kiến trúc IMS phân thành lớp: lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều khiển (hay gọi lớp IMS hay IMS lõi) lớp truyền tải (lớp người dùng) Lớp dịch vụ bao gồm máy chủ ứng dụng AS (Application Server) máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống có hệ thống IMS lõi Lớp truyền tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), mạng truy nhập kết nối vào mạng lõi IP Hai thực thể chức NASS RACS xem thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp điều khiển 1.2.1 Lớp dịch vụ 1.2.1.1 Máy chủ ứng dụng (Application Server – AS) AS thành phần SIP, thực chức tiếp nhận xử lý dịch vụ Các AS kết nối với S-CFCS thơng qua giao tiếp SIP Có loại AS: SIP AS, OSA-SCS IM-SSF 1.2.1.2 Máy chủ HSS SLF HSS trung tâm lưu trữ thông tin người dùng, chịu trách nhiệm lưu trữ danh sách đặc điểm thuộc tính dịch vụ người dùng đầu cuối SLF sở liệu nhằm xác định thông tin khách hàng lưu HSS 1.2.2 Lớp điều khiển 1.2.2.1 CSCF (Call session control function) CSCF có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ trợ giải phóng phiên đa phương tiện quản lý tương tác dịch vụ người dùng Nó hoạt động Proxy-CSCF (P-CSCF), Serving-CSCF (S-CSCF), Interrogating-CSCF (I-CSCF) Hình 1.4 Kiến trúc CSCF P-CSCF (Proxy-CSCF): người đại diện ví dụ tiếp nhận, gửi đáp ứng yêu cầu tới UE, chuyển tiếp tin SIP, yêu cầu SIP tới I-CSCF , Server SIP … I-CSCF (Interrogating-CSCF): cầu nối P-CSCF với S-CSCF, HSS – I-CSCF khác S-CSCF (Serving-CSCF): thực dịch vụ điều khiển phiên cho UE 1.2.2.2 BGCF (Breakout Gateway Control Function) Chức điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) lựa chọn mạng PSTN mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng định tuyến sang 1.2.2.3 MGCF (Media Gateway Control Function) Điều khiển trạng thái gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho kênh phương tiện từ MGW tới PTSN/PLMN, v.v truyền thông với CSCF 1.2.2.4 MRF (Multimedia resource function) MRF có nhiệm vụ điều khiển xử lý tài nguyên đa phương tiện 1.2.2.5 IMS-MGW (IP multimedia subsystem – Media Gateway Function) IMS-MGW kết thúc kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh luồng phương tiện từ mạng chuyển mạch, hỗ trợ chuyển đổi phương tiện điều khiển mang xử lí tải 1.2.2.6 SGW (Signalling gateway function) Chức cổng báo hiệu sử dụng để kết nối mạng báo hiệu khác ví dụ mạng báo hiệu SCTP/ IP mạng báo hiệu SS7 1.2.3 Lớp truyền tải 1.2.3.1 Chức điều khiển gắn kết mạng NACF NACF (Network Attachment Control Functions) cung cấp hoạt động đăng ký lớp truy nhập khởi tạo chức người sử dụng cuối để truy nhập dịch vụ NGN 1.2.3.2 Chức điều khiển tài nguyên cho phép truy cập RACF RACF (Resource and Admission Control Functions) cung cấp chức điều khiển cho phép truy cập điều khiển cổng Điều khiển cho phép truy cập bao gồm xác thực dựa vào profile người dùng thông qua chức NACF cấp phép sử dụng tài nguyên RACF tương tác với chức lớp truyền tải để điều khiển số chức sau: lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu định sách, dành trước cấp phát băng thơng, chống giả mạo địa chỉ, NAPT, tính cước sử dụng… 1.3 Mạng truy nhập kiến trúc IMS Cơ sở IMS đa truy nhập, đơn lõi SIP (Session initation protocol) SDP (Session description protocol) giao thức báo hiệu mạng IMS Trong suốt khoảng thời gian truyền, biến đổi từ hoạt động đến hoạt động khác, mạng IMS phải phục vụ đầu cuối IMS lẫn non-IMS Mặc dù sử dụng đầu cuối mạng truy nhập khác nhau, tất gọi có hướng chung: mạng lõi IMS Đa truy nhập IMS phục vụ tập trung hóa dịch vụ giúp dễ dàng cho việc kết nối tới mạng IMS đơn, nhiều đầu cuối mạng truy nhập khác mà khơng có khả truyền tải SIP RTP 1.3.1 Các cơng nghệ truy nhập điển hình Cơng nghệ truy nhập phân thành loại là: truy nhập hữu tuyến truy nhập vơ tuyến, truy nhập vô tuyến bao gồm truy nhập không dây (cũng thường gọi vô tuyến) công nghệ Bluetooth, IEEE 802.11 mạng di động “tế bào” mạng GSM, 3G, 4G.… Các công nghệ truy nhập điển hình bao gồm: Truy nhập hữu tuyến: bao gồm công nghệ dựa cáp đồng (xDSL), cáp quang (FTTx/PON) hay cáp đồng trục (DOCSIS)… Truy nhập di động tốc độ cao: GSM/GPRS & EDGE, CDMA 1x EVDO & 1x EVDV, UMTS/W-CDMA (họ WAN vô tuyến) Các công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng khác: Wi-Fi (họ LAN vô tuyến 802.11), WiMax (họ MAN vô tuyến 802.16) 802.20, UWB “WiMedia” (họ PAN vô tuyến 802.15) IMS không phụ thuộc vào kiểu cụ thể mạng truy nhập Ban đầu, IMS (trong 3GPP Rel-5) thiết kế truy nhập vô tuyến WCDMA (UTRAN) mạng lõi GPRS (SGSN, GGSN) Nhưng phiên 3GPP thêm vào HSPA LTE Sau 3GPP quy định sử dụng CDMA200 cho IMS Cũng 3GPP ETSI TISPAN định nghĩa thêm phương thức truy nhập cho mạng lõi IMS, bao gồm WLAN Ethernet - kết nối tới SBG (Session border gateway) – triển khai IBCF (Interconnection border control function Ericsson) thông qua DSL Internet công cộng Truy nhập tới IMS từ GAN (generic access network) UMA (unlicensed mobile access) hình thành từ 3GPP Rel-6 Trong đó, UMA quy định sử dụng WLAN Bluetooth để truy nhập tới mạng lõi GSM GPRS Với mạng cáp, Cable Labs tiên phong việc quy định làm để cáp TV dùng cho truy nhập IMS 1.3.2 Các yêu cầu mạng truy nhập Các mạng truy nhập kiến trúc IMS cần có loại tính khác để tương thích với khả xử lý gọi theo phiên, truyền thông đa phương tiện IP, khả xử lý lớn phân hệ mạng lõi IMS Đầu tiên mạng truy nhập đảm bảo cung cấp băng thơng rộng tương ứng với loại hình dịch vụ khác Mạng truy nhập cần hỗ trợ hai mơi trường truyền dẫn tín hiệu có dây (wire) không dây (wireless) Hỗ trợ công nghệ truy nhập khác (xDSL, PON, WLAN, GSM, …) Hỗ trợ cấu hình truy nhập khác để thích ứng với yêu cầu khắt khe khách hàng Hỗ trợ mạng truy nhập mạng công cộng mạng riêng Các hình thức truy nhập phải hỗ trợ truyền tải IP để kết nối thuận tiện với mạng lõi IMS Dịch vụ, ứng dụng, điều khiển phiên gọi phải tách biệt với chủng loại truy nhập sử dụng 1.3.3 Xu hướng hội tụ truy nhập IMS Xu hướng hội tụ truy nhập IMS thể điểm sau đây: Tự truy nhập: Khách hàng truy nhập dịch vụ đâu, lúc thiết bị Xu áp đảo truy nhập không dây băng rộng, công nghệ trội truy nhập không dây GSM LTE 4G, WiMAX, cho mạng truy nhập công cộng, Wifi cho mạng riêng, mạng kết nối nhà Truy nhập hữu tuyến tiến tới mở rộng cáp quang đến tận nhà khách hàng FTTx, công nghệ ưu tiên áp dụng GPON, GE Một xu hướng hội tụ truy nhập phát triển mạnh tương lai kết nối nhà (Home networking) kết hợp truy nhập có dây/khơng dây để xây dựng nhà thông minh 1.4 Kết luận chương Mặc dù IMS nhắm đến việc bảo đảm chất lượng dịch vụ việc đàm bảo chất lượng dịch vụ chuyển đổi từ loại hình mạng sang loại hình mạng khác (trong mơi trường mạng hội tụ), hay từ mạng nhà cung cấp mạng sang mạng nhà cung cấp mạng khác vấn đề chưa giải Bài toán quản lý di động, chuyển giao nhiều loại hình mạng khác nhau, đặt khó khăn định cho việc cung cấp quản lý dịch vụ IMS Và góp phần giải vấn đề đó, RACF thực thể trung tâm để quản lý tài nguyên chung, điều khiển truy nhập quản lý tài nguyên phân hệ IMS Các tổ chức viễn thông quốc tế nghiên cứu hoàn thiện chức RACF IMS Chương luận văn nghiên cứu chức quản lý tài nguyên điều khiển truy cập RACF CHƯƠNG – QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP TRONG MẠNG NGN/IMS Quản lý tài nguyên cho phép truy cập (Admission control) hai nhân trình cho phép khách hàng tiếp cận đến thành phần mạng để sử dụng dịch vụ Thơng thường có đủ tài ngun cần thiết khách hàng truy nhập vào mạng Khơng riêng NGN/IMS mà mạng truyền thơng khác có chế quản lý tài nguyên cho phép truy nhập theo mơ hình ngun lý tương đối phổ biến Chương giới thiệu mơ hình quản lý tài nguyên điều khiển truy nhập mạng truyền thống, mạng NGN/IMS tổ chức viễn thông 3GPP/3GPP2, ETSI/TISPAN, ITU-T chuẩn hóa 2.1 Mơ hình ngun lý quản lý tài nguyên điều khiển truy cập 2.1.1 Mơ hình quản lý tài ngun mạng truyền thống Mơ hình quản lý tài ngun mơ tả hình sau: Hình 2.1: Mơ hình quản lý tài ngun cho phép truy nhập Mơ hình làm việc theo nguyên tắc phản hồi với thành phần là: yêu cầu dịch vụ (Subscription), tài nguyên khả dụng điều khiển truy cập Từ yêu cầu thuê bao dịch vụ dự báo lưu lượng, từ ma trận lưu lượng thơng qua tốn kỹ thuật lưu lượng định cỡ mạng tính toán tài nguyên khả dụng (phần cứng, phần mềm, quy trình khai thác, quản lý, …) Từ ma trận tài nguyên khả dụng cho phép truy cập vào mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS tính tốn từ trước Q trình dự báo lưu lượng thực hoàn thành giai đoạn thiết kế, quy hoạch triển khai thực tế 11 Hình 2.6 Kiến trúc RACS ETSI/TISPAN RACS bao gồm chức là: chức định sách dịch vụ (S-PDF) chức điều khiển chấp nhận kết nối tài nguyên truy nhập (A-RACF) S-PDF (Serving Policy Decision Function): yêu cầu ứng dụng, SPDF tạo định sách (policy) việc sử dụng luật sách chuyển định tới A-RACF S-PDF cung cấp cách nhìn trừu tượng chức truyền tải với nội dung hay dịch vụ ứng dụng Bằng cách sử dụng S-PDF, việc xử lý tài nguyên trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ A-RACS (Access - RACS) nhận yêu cầu tài nguyên QoS từ S-PDF ARACF sử dụng thông tin QoS nhận từ S-PDF để định chập nhận hay không chấp nhận kết nối A-RACF thực chức đặt trước tài nguyên điều khiển thực thể NAT/Firewall RACS tương tác với hai thực thể chức thực thi sách (PEF) lớp truyền tải, BGF (border gateway function) RCEF (resource control enforcement function) Khác với RACS ETSI/TISPAN mơ hình 3GPP có thực thể chức điều khiển sách PCF thực thể chức sách bắt buộc PEF Về phần chọn giao thức cho giao diện liên quan đến sách, RACS chọn Diameter cho giao diện Gq’ Gq, nhiên lại chọn H.248 cho Ia, khác với hai mơ hình 3GPP 3GPP2 12 2.2.3 Kiến trúc phân hệ quản lý tài nguyên điều khiển truy cập ITU-T Năm 2006, ITU-T giới thiệu phân hệ quản lý tài nguyên điều khiển truy nhập khuyến nghị ITU-T Y.2111, sau có phiên bổ sung vào năm 2008 2011 2.2.3.1 Yêu cầu chức RACF Các yêu cầu chức RACF quy định Khuyến nghị ITU-T Y.2111 Các yêu cầu trình bày chi tiết luận văn đầy đủ 2.2.3.2 Vị trí RACF phân hệ IMS/NGN Service control functions Service stratum Transport stratum Mobility management & control function Network attachment control functions Ro Rd RACF Rs Ri PD-FE Ru Rm Management for perfomance measurement CGPD-FE CGPE-FE Rt Rp Rh Rh’ Rw TRC-FE Rn Rc CPN IPRM TRE-FE PE-FE Transport functions Hình 2.8 Kiến trúc RACF ITU-T Bên kiến trúc NGN/IMS, RACF hoạt động trung gian chức điều khiển dịch vụ SCF chức truyền tải để điều khiển tài nguyên truyền tải liên quan QoS bên mạng lõi mạng truy nhập Quyết định sách thực RACF dựa thông tin thuê bao truyền tải, hợp đồng mức dịch vụ SLAs (service level agreements), quy tắc sách mạng, ưu tiên dịch vụ, thơng tin tối ưu hóa thơng tin trạng thái tài nguyên truyền tải RACF cung cấp nhìn tóm tắt sở hạ tầng mạng truyền tải tới SCF phân tách phần dịch vụ khỏi phương tiện truyền tải ví dụ topo mạng, kết nối, kỹ thuật/công nghệ QoS tối ưu tài nguyên RACF tương tác với SCF, chức điều khiển truyền tải khác (ví dụ MMCF: Mobility management and control 13 function, MPM: Management for performance measurement), chức truyền tải cho loạt ứng dụng (ví dụ, luồng video gọi SIP) mà yêu cầu điều khiển tài nguyên truyền tải NGN, bao gồm điều khiển QoS, điều khiển RAPT/Firewall NAT traversal 2.2.3.3 Thành phần chức RACF RACF bao gồm hai thực thể chức quản lý tài nguyên điều khiên truy nhập: PD-FE TRC-FE (Hình 2.8) Sự phân tách làm hai thực thể PD-FE TRCFE giúp RACF hỗ trợ nhiều mạng truy nhập mạng lõi (ví dụ mạng truy nhập cố định di động) tảng điều khiển tài nguyên chung a) PD-FE PD-FE cung cấp điểm kết nối đơn tới SCF ẩn chi tiết mạng truyền tải với SCF PD-FE tạo định cuối liên quan đến điều khiển truy nhập quản lý tài nguyên mạng dựa quy tắc sách mạng, SLAs, thơng tin dịch vụ SCF cung cấp, thông tin thuê bao truyền tải cung cấp NACF mạng truy nhập kết định quản lý tài nguyên TRC-FE cung cấp Chi tiết chức PD-FE luận văn đầy đủ (bảng 2.1) b) TRC-FE TRC-FE giao tiếp với loạt công nghệ truyền tải lớp cung cấp kết định điều khiển dựa tài nguyên cho PD-FE Chức PD-FE tóm tắt bảng 2.2 luận văn đầy đủ c) Các chức tương tác với RACF: PE-FE, SCF, NACF, MMCF, MPM, CGPD-FE, CGPE-FE, TRE-FE Chi tiết luận văn đầy đủ 2.3 Các giao thức giao diện RACF Các phần tử RACF có giao diện, hay cịn gọi điểm tham chiếu, tới chức khác Các giao thức phát triển áp dụng cho điểm tham chiếu minh họa bảng 2.3 14 Bảng 2.3 Các giao thức giao diện RACF Giao tiếp Các thực thể hỗ trợ Giao thức Khuyến nghị Rs SC-FE, PD-FE DIAMETER Q.3301.1 Rp Giữa TRC-FE RCIP Q.3302.1 COSP-PR, Q.3303.1 H.248, Q.3303.2 DIAMETER Q.3303.3 COPS-PR, Q.3304.1 SNMP Q.3304.2 Q.3305.1 Rw PD-FE, PE-FE Rc TRC-FE, T-FE Rt PD-FE, TRC-FE DIAMETER Ru PD-FE, NACF DIAMETER Rd PD-FE PD-FE (nội miền) Tùy chọn Q.3306.1 Ri PD-FE PD-FE (liên miền) Tùy chọn Q.3307.1 Rn TRC-FE, TRE-FE Đang nghiên cứu 2.4 Yêu cầu chất lượng dịch vụ chức RACF 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Độc lập báo hiệu QoS điều khiển phiên Cần báo hiệu QoS cấp phát tài nguyên từ đầu cuối tới đầu cuối E2E Hạn chế truy cập tài nguyên mức IP BS (Bearer Service) Hạn chế truy nhập tài nguyên mức mạng truy nhập kết nối IP Phối hợp điều khiển phiên báo hiệu QoS/ Phân bố tài nguyên Hiệu báo hiệu QoS phân bổ tài Đàm phán QoS cấp phát tài nguyên động Ngăn ngừa trộm cắp dịch vụ Sự ngăn ngừa công từ chối dịch vụ Dựa việc đánh giá chất lượng, dịch vụ IMS phân loại dựa theo đặc tính chất lượng dịch vụ chúng bảng 2.4 IMS tạo khác biệt lớp QoS khác Quan trọng yêu cầu QoS phân hệ IMS phải phản ánh QoS mức truyền tải để đảm bảo việc cung cấp dịch vụ tốt 15 Bảng 2.4 Phân loại dịch vụ IMS dựa đặc tính chất lượng dịch vụ Dịch vụ IMS Lớp IMS QoS VoIP, điện thoại video Push-to-talk, push-tovideo Các dịch vụ tương tác Đặc tính Tốc độ bít biến thiên (VBR), nhạy cảm trễ, nhạy cảm biến thiên trễ, gói cho phép bị giới hạn Conversational (thường lớn 7%, tuỳ thuộc vào mã hoá VioP) Streaming Tốc độ bit biến thiên, nhạy cảm với biến thiên trễ, hạn chế với gói (thường lớn 10e-7) Interactive Tốc độ bít biến thiên (VBR), nhạy cảm trễ, nhạy cảm biến thiên trễ, nhạy cảm với gói (thường 10e-5) Dịch vụ nhắn Background tin, chat Tốc độ bít biến thiên (VBR), khơng nhạy cảm trễ, không nhạy cảm biến thiên trễ, cho phép gói lớn Các đặc tính QoS dịch vụ IMS mô tả tham số SDP đàm phán đầu cuối phiên IMS P-CSCF biên dịch SDP thành mô tả luồng media gửi danh sách luồng media tới RACS Mô tả cụ thể IMS SIP/SDP Mô tả thành phần media: Các yêu cầu QoS chung báo hiệu tới RACS vào lúc thiết lập phiên IMS P-CSCF biên dịch SDP thành mô tả luồng Media Danh sách luồng media: - Kiểu media - Các luồng IP hướng - Danh sách codecs - Băng thông tối đa luồng - Băng tần cho kiều media - Lớp QoS yêu cầu Hình 2.9 Biên dịch SDP thành mô tả luồng media 2.5 Kết luận chương Chương trình bày mơ hình nguyên lý quản lý tài nguyên điều khiển truy cập làm sở nghiên cứu Sau đó, chương giới thiệu mơ hình quản lý tài 16 ngun điều khiển truy nhập mạng NGN/IMS tổ chức quốc tế 3GPP/3GPP2, ETSI/TISPAN Và đặc biệt chương nghiên cứu chi tiết kiến trúc chức năng, giao thức, giao diện, yêu cầu QoS phân hệ quản lý tài nguyên điều khiển truy cập RACF ITU-T đưa theo khuyến nghị Y.2111 17 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG CHỨC NĂNG RACF TRONG NGN/IMS ĐỂ KIẾN TẠO VÀ QUẢN LÝ DỊCH VỤ Khái niệm tài nguyên mạng RN (Resource Network) bao gồm nhiều thành phần hợp thành Sử dụng tối ưu tài nguyên mạng mục tiêu hàng đầu nhà khai thác hạ tầng mạng nhà cung cấp dịch vụ Tùy vào yêu cầu dịch vụ triển khai số lượng khách hàng tiếp cận dịch vụ xác định tài nguyên sử dụng Chức RACF liên quan nhiều đến khối chức khácvà nhiều trường hợp giao diện, giao thức khối chức tài nguyên mạng cần sử dụng hợp lý Trong chương này, xem xét chức RACF hai môi trường truy nhập vô tuyến hữu tuyến Trong môi trường truy nhập hữu tuyến, xem xét trình kiến tạo dịch vụ Triple-play Trong môi trường vô tuyến, xem xét trình quản lý di động mạng 3G Một nội dung quản lý dùng đến nhiều tài nguyên mạng 3.1 Triển khai dịch vụ tích hợp Triple-play mạng truy nhập xDSL Dịch vụ Triple-Play loại hình dịch vụ tích hợp 1, bao gồm dịch vụ thoại, liệu Video tích hợp IP RACF đóng vai trị quan trọng việc quản lý tài nguyên, điều khiển truy cập để triển khai dịch vụ tích hợp Triple-play đảm bảo QoS đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ Triple-play ngày tăng người dùng 3.1.1 Mơ hình triển khai Trong mạng truy nhập DSL dựa ATM truyền thống, thiết bị ATM DSLAM (DSL access multiplexer) khơng thể đọc tiêu đề IP khơng thể thực sách dựa IP Vì vậy, BRAS (Broadband remote access server) chịu trách nhiệm quản lý IP QoS chức liên quan đến IP khác Hình 3.1 mơ hình kiến trúc RACF việc triển khai dịch vụ Triple-play bao gồm số phần tử chức đặt mạng, số khác đặt node truy nhập, ví dụ DSLAM Trong đó: P-IPTV SCF: P-IPTV SCF thực chức điều khiển liên quan đến dịch vụ thuê bao xác định, hỗ trợ danh sách điều khiển truy cập để định thuê bao có cho phép truy nhập vào kênh TV yêu cầu hay không TRC-FE: Là chức điều khiển chấp nhận kết nối admission node truy nhập để điều khiển việc phân bổ băng thông đường dây thuê bao Ngoài ra, TRC-FE phải chịu trách nhiệm kiểm định có đủ khả cho phép phiên hay không 18 PD-FE: Giữa P-IPTV SCF TRC-FE nội PD-FE đặt node truy nhập Nó chịu trách nhiệm thực thi sách liên quan đến mạng Để thực sách, giao diện PD-FE với TRC-FE định đủ hay không đủ băng thơng hợp lệ PE-FE: Góp phần cung cấp điều khiển truy nhập vào node truy nhập, PE-FE chịu trách nhiệm thực sách, lọc đánh dấu QoS Hình 3.1 Mơ hình RACF việc triển khai dịch vụ Triple-play 3.1.2 Các dịch vụ tích hợp Triple – play 3.1.2.1 Truyền hình quảng bá IPTV Khi người dùng chuyển sang kênh mới, kết Set-top box gửi yêu cầu kết nối IGMP tới mạng Node truy nhập (ví dụ P-IPTV SCF) chặn thông điệp IGMP check danh sách điều khiển truy nhập để định người dùng có phép truy nhập đến kênh hay khơng Nếu có, xác định kênh kênh HDTV hay khơng yêu cầu cấp phát tài nguyên từ PD-FE nội hạt với lượng băng thông yêu cầu PD-FE áp dụng sách thơng tin với TRC-FE nội hạt để định có đủ băng thơng liên kết DSL phép kênh yêu cầu Ngoài 19 ra, kênh yêu cầu không khả dụng card đường dây liên quan, TRC-FE check thêm độ khả dụng băng tần IPTV multicast backplane Nếu phần tử cần thiết cung cấp luồng lưu lượng mới, TRC-FE hồi đáp P-IPTV SCF Sau khởi tạo hành động cần thiết để chuyển kênh yêu cầu cho người dùng Trong luận văn đầy đủ trình bày thủ tục diễn RACF điều khiển truy nhập cho dịch vụ IPTV theo lời mời 3.1.2.2 Điện thoại IP Khi người dùng khởi tạo phiên VoIP thông qua IMS nhà cung cấp dịch vụ, đầu cuối trao đổi thông điệp báo hiệu giao thức SIP với IMS Khi IMS nhận thông điệp SIP INVITE xác định người dùng đặt sau thiết bị NAT, giao diện IMS, thông qua RACF, PE-FE khởi tạo thông dịch NAT Sau xử lý khởi tạo gọi, IMS gửi yêu cầu tài nguyên đến RACF RACF giao tiếp với NACF để tìm vị trí người dùng Sau liên lạc với TRC-FE node truy nhập để check có đủ hay khơng băng thơng khả dụng đường dây thuê bao Nếu có, PD-FE liên lạc với PE-FE node truy nhập để đẩy xuống thơng số sách quy tắc đánh dấu QoS PD-FE giao tiếp với PE-FE để thông dịch NAT, sách đánh dấu QoS Nếu có tượng thắt cổ chai tiềm ẩn miền mạng lõi mạng metro, PD-FE RACF liên lạc với nhiều TRC-FE để xác minh đủ băng thông mang gọi VoIP Trường hợp tương phản với trường hợp người dùng bỏ qua nhà cung cấp dịch vụ khởi tạo gọi Skype Internet Trong trường hợp gọi khơng đánh dấu VoIP QoS truyền qua mạng lưu lượng best effort 3.1.2.3 Video on Demand Khi người dùng sử dụng hướng dẫn chương trình tương tác TV để bắt đầu phiên VoD, thông điệp RTSP (Real Time Streaming Protocol) trao đổi với VoD middleware – đóng vai trị P-VoD SCF (tương ứng với P-IPTV SCF trên) Để dành trước tài nguyên, VoD middleware gửi yêu cầu tài nguyên tới RACF Từ lúc này, hoạt động giống trường hợp VoIP 3.1.2.4 Truy nhập Internet tốc độ cao Truy nhập Internet tốc độ cao nghĩa thuê bao yêu cầu truy nhập Internet với băng thông cao băng thông “best effort” Đây thường gọi dịch vụ “turbo button”, cho phép thuê bao truy nhập đến website nhà cung cấp dịch vụ u cầu băng thơng cao cho q trình đặc biệt 20 Web server xử lý yêu cầu giao tiếp với PD-FE để yêu cầu phân bổ tài nguyên PD-FE thực thi quy tắc sách yêu cầu liệu từ TRCRD liên quan có khơng có đủ tài nguyên Khi đó, giao tiếp với PE-FE DSLAM để thiết lập thơng số sách 3.2 Quản lý di động mạng 3G 3.2.1 Các yêu cầu quản lý di động Các yêu cầu sau yêu cầu tối thiểu, chủ yếu tập trung vào mạng truy nhập dựa IP không sâu vào mạng truy nhập truyền thống mạng truy nhập truyền thống có giải pháp quản lý di động riêng 3.2.1.1 Yêu cầu chung 1) Phối hợp với mạng dựa IP 2) Phân tách chức truyền tải điều khiển 3) Cung cấp chức quản lý vị trí 4) Cung cấp chế nhận dạng người dùng/thiết bị 5) Hỗ trợ QoS 6) Phối hợp hoạt động với chế bảo mật AAA thiết lập 7) Bảo mật thông tin vị trí 8) Hỗ trợ tính di động mạng 9) Tối ưu hóa tài nguyên 10) Hỗ trợ IPv4/IPv6 địa riêng/địa chung 11) Cung cấp tính di dộng dịch vụ di động cá nhân 13) Hỗ trợ nhiều loại đầu cuối di dộng 14) Duy trì thơng tin ràng buộc 3.2.1.2 u cầu quản lý di động mạng lõi (Inter-CNs) 1) Tính độc lập với công nghệ mạng truy cập 2) Phối hợp hoạt động hiệu với giao thức quản lý di đơng có 3.2.1.3 u cầu quản lý di động mạng truy nhập 1) Tính độc lập từ công nghệ mạng truy nhập 2) Cung cấp chế truyền ngữ cảnh gọi 3) Phối hợp hoạt động hiệu với giao thức quản lí di động có 4) Cung cấp chức quản lý chuyển giao đem lại dịch vụ suôn sẻ 5) Hỗ trợ phương thức lựa chọn mạng động dựa sách 3.2.1.4 Yêu cầu quản lý di động mạng truy nhập 1) Cung cấp chế truyền ngữ cảnh gọi 21 2) Cung cấp chức quản lý chuyển giao đem lại dịch vụ suôn sẻ 3.2.2 Các giao thức quản lý di động có Mục giới thiệu tóm tắt số giao thức quản lý di động có tương lai, giao thức MIP (Mobile IP), SIP (Session Initation Protocol) CIP (Cellular IP) 3.2.2.1 Mobile IP (MIP) Mobile IP (MIP) giao thức hỗ trợ di động IP IETF đề xuất MIP chia thành loại Mobile IPv4 (MIPv4) Mobile IPv6 (MIPv6) theo hệ IP Về hai giao thức cung cấp chức nhau, có vài điểm khác chế vận hành Chi tiết MIPv4 MIPv6 trình bày IETF RFC 3344 IETP RFC 3775 Hiện nay, MIP không hỗ trợ chuyển giao nhanh với ứng dụng yêu cầu nghiêm ngặt thời gian nhạy cảm với gói Để giải vấn đề này, IETF phát triển vài mở rộng MIP chuyển giao nhanh (Fast Handover) FMIP phân cấp MIP (Hierarchical MIP-HMIP) Sự kết hợp MIP phiên mở rộng cho quản lý di động phù hợp IP Do dễ dàng tích hợp IP Sự kết hợp giao thức MIP phiên mở rộng giao thức quản lý di động hứa hẹn tương lai 3.2.2.2 Giao thức khởi tạo phiên (SIP) Giao thức khởi tạo phiên SIP IETF đưa để hỗ trợ cho điều khiển đa phiên IP với vai trò giao thức báo hiệu Chi tiết SIP đưa IETF RFC 3261 SIP giao thức điều khiển lớp ứng dụng, thiết lập, sửa đổi kết thúc đa phiên SIP sử dụng SIP URI, địa tương tự địa email Nó hoạt động độc lập giao thức lớp vận chuyển giao thức điều khiển truyền TCP, giao thức gói liệu người dùng UDP SCTP SIP cung cấp chức quản lý vùng, quản lý vị trí cho thiết bị đầu cuối di động dựa việc đăng ký người sử dụng với SIP registrar 3GPP/3GPP2 chấp nhận SIP giao thức session/call triển khai rộng mạng khác SIP giao thức đầy tiềm để quản lý vị trí quản lý di động Mặc dù SIP khơng có khả hỗ trợ di động sn sẻ Đối với quản lý di động liên mạng, sử dụng với MIP mSCTP 3.2.2.3 Giao thức IP tế bào Cellular IP (CIP) 22 Giao thức IP tế bào CIP thiết kế phục vụ cho quản lý di động cho nội mạng intra-network mạng truy nhập không dây, không dùng cho quản lý di động liên mạng inter-network Để đạt hiệu quản lý di động mạng, CIP tuân theo định tuyến dựa máy chủ yêu cầu gateway để phối hợp hoạt động với mạng internet Để quản lý di động CIP kết hợp với giao thức MIP SIP sau: Kết hợp giao thức CIP MIP cho quản lý di động: CIP kết hợp với MIP cho việc quản lý di động Ví dụ, hình 3.6 mơ tả việc kết hợp giao thức MIP CIP cho quản lý di động Trong trường hợp này, MIPv4 sử dụng cho quản lý di động liên mạng mạng CIP khác nhau, CIP sử dụng cho nội mạng mạng CIP Tác nhân khách FA đặt cổng CIP (CIP Gateway) Hình 3.6 Kết hợp CIP với MIPv4 cho quản lý di động Khi MT vào vùng CIP, thực đăng ký MIPv4 cách gửi tin cập nhật ràng buộc tới địa nhà HA và/ máy đối tác CH (khi thực tối ưu định tuyến) gửi qua cổng CIP Sau đó, việc di chuyển vùng CIP quản lý giao thức CIP Nếu MT di chuyển vào vùng CIP khác, thực đăng kí lại MIPv4 Trên hình 3.7 thể đồ thị thời gian việc kết hợp CIP với MIPv4 23 Hình 3.7 Diễn biến gọi sử dụng kết hợp CIP MIPv4 Kết hợp giao thức CIP với SIP cho quản lý di động: CIP sử dụng kết hợp với SIP CIP thực quản lý di động mạng cục SIP sử dụng quản lý di động cho liên mạng Tuy nhiên, SIP cung cấp chức quản lý vị trí khơng quản lý chuyển giao Trên hình 3.8, hệ thống SIP bao gồm SIP proxy, SIP registrar UA, mạng CIP bao gồm cổng trạm gốc BS Máy chủ SIP giám sát di chuyển tác nhân người sử dụng UA (MT) mạng mạng Chức máy chủ SIP tương tự cổng CIP Giao thức IP tế bào sủ dụng để cung cấp khả di động suôn sẻ miền CIP Registar loacation server (DB) SIP server Proxy INTERNET CA Home network Proxy BS Cellular IP UA (user agent) Foreign network BS Cellular IP UA Hình 3.8 Kiến trúc CIP SIP 24 Khi UA bật lên mạng, đăng ký thơng tin vị trí với máy chủ SIP mạng Trong UA di chuyển miền CIP sau đăng ký SIP, quản lý di động mạng cục thực giao thức CIP Nếu UA di chuyển sang mạng CIP khác, cần phải đăng ký lại cung cấp thông tin tới máy chủ SIP, việc có trợ giúp proxy ngồi Đăng ký SIP bao gồm thủ tục cập nhật vị trí xố bỏ UA Khi UA di chuyển mạng CIP mới, phải đăng ký vị trí với registrar Thông tin tham chiếu để thiết lập báo hiệu gọi cho MT 3.3 Kết luận chương Chương trình bày ứng dụng RACF vào triển khai dịch vụ tích hợp Tripleplay mạng truy nhập DSL quản lý di động – đại diện cho hai môi trường truy nhập bản: hữu tuyến vơ tuyến Có thể nói, RACF thành phần chức quan trọng trình hướng tới mục tiêu hội tụ IMS Chức RACF IMS tổ chức viễn thông quốc tế nghiên cứu phát triển ngày hoàn thiện 25 KẾT LUẬN Luận văn đề cập đến chức quan trọng, liên quan đến nhiều thành phần phân hệ IMS có ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ đa phương tiện IP – Quản lý tài nguyên điều khiển truy cập RACF Chức RACF xem xét góc độ tiêu chuẩn hóa tổ chức quốc tế, đồng thời đưa nguyên lý chung dạng mơ hình mà chức điều khiển truy cập cần phải thực Trong luận văn đưa hai ứng dụng liên quan đến RACF dịch vụ Triple-play mạng cố định trình chuyển vùng dựa định tuyến IP mạng di động Các hướng nghiên cứu quản lý tài nguyên điều khiển truy cập: Nghiên cứu, cập nhật khuyến nghị tổ chức viễn thông quốc tế khu vực chức RACF phân hệ IMS Nghiên cứu tác động qua lại kỹ thuật lưu lượng quản lý tài nguyên, điều khiển truy cập để tìm trước giải pháp tối ưu, có tính khả thi cao ứng dụng cụ thể Ảnh hưởng RACF chất lượng dịch vụ QoS SLA Giải pháp nâng cao chất lượng truy nhập tương lai, đường xuống tốc độ cao HSPDA-HSPUA mạng di động 3G-4G Em xin chân thành cảm ơn! ... hệ IMS Các tổ chức viễn thông quốc tế nghiên cứu hoàn thiện chức RACF IMS Chương luận văn nghiên cứu chức quản lý tài nguyên điều khiển truy cập RACF 8 CHƯƠNG – QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ ĐIỀU KHIỂN... khiển truy cập RACF Ngoài ra, vấn đề mạng truy nhập đề cập như: xu hướng hội tụ truy nhập, tự truy nhập phương thức truy nhập Chương trình bày mơ hình nguyên lý chung điều khiển truy cập, khuyến... 2.1.3 Quản lý tài nguyên IP (IPRM) mạng NGN /IMS Chức quản lý tài nguyên IP NGN nói chùng, RACF IMS nói riêng thực mặt phẳng điều khiển Thông tin để quản lý tài nguyên lấy từ mạng truy nhập độc lập