Các giải pháp hình thành mạng hội tụ FMC

Vấn đề đặt ra với các nhà khai thác dịch vụ là cần phải lường trước được những thách thức sẽ đến trong hội tụ, ví dụ kiến trúc của mạng lưới trong hội tụ sẽ ra sao, các mô hình chuyển đổ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÙI XUÂN HẠNH

CÁC GIẢI PHÁP HÌNH THÀNH

MẠNG HỘI TỤ FMC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2010

Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ NHẬT THĂNG

Hà Nội – 2010

MỤC LỤC

==========

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG HỘI TỤ FMC 11

1.1 Giới thiệu chung về mạng hội tụ FMC 11

1.2 Tính tất yếu của mạng hội tụ giữa cố định và di động 12

1.3 Hướng tiếp cận hội tụ cố định – di động 14

1.4 Các nghiên cứu chuẩn hoá mạng hội tụ 16

1.4.1 Cấu trúc mạng hội tụ của 3GPP 16

1.4.2 Cấu trúc mạng hội tụ của 3GPP2 21

1.4.3 Cấu trúc mạng hội tụ của TISPAN 22

1.4.4 So sánh, phân tích các cấu trúc IMS của 3GPP, 3GPP2 TISPAN 24

1.5 Cấu trúc mạng hội tụ FMC 24

1.5.1 Lớp quản lý ứng dụng 25

1.5.2 Lớp điều khiển 28

1.5.3 Lớp truyền tải 31

1.5.3.1 Phân lớp điều khiển truyền tải 31

1.5.3.2 Các chức năng truyền tải 32

1.5.4 Lớp mạng truy nhập 35

1.5.4.1 Phương thức truy nhập xDSL 35

1.5.4.2 Phương thức truy nhập WLAN 37

1.5.4.3 Phương thức truy nhập UMTS 38

1.6 Kết luận chương 1 40

CHƯƠNG 2: VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG HỘI TỤ 41

2.1 Các yếu tố chính ảnh hưởng tới QoS trên mạng FMC 41

2.2 Dịch vụ trên mạng FMC 41

2.2.1 Phân loại dịch vụ hội tụ 42

2.2.2 Các tham số về chất lượng dịch vụ 44

2.2.3 Chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối (E2E QoS) 44

2.3 Mô hình quản lý QoS trên mạng FMC 46

2.4 Giải pháp QoS cho các đoạn mạng FMC 50

2.4.1 Giải pháp QoS trên mạng lõi 50

2.4.1.1 Dịch vụ tích hợp - Intserv 51

2.4.1.2 Dịch vụ phân biệt - Diffserv 55

2.4.2 Giải pháp QoS trên mạng truy nhập 57

2.4.2.1 Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong mạng truy nhập cố định 57

2.4.2.2 Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong mạng truy nhập vô tuyến 59

2.5 Một số vấn đề cần quan tâm để đảm bảo QoS khi xây dựng FMC 60

2.6 Kết luận chương 2 62

CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP HÌNH THÀNH MẠNG HỘI TỤ FMC 63

3.1 Các yếu tố tác động đến sự hội tụ 64

3.2 Hội tụ cố định - di động dựa trên công nghệ UMA 64

3.2.1 Giải pháp sử dụng công nghệ UMA 64

3.2.2 Công nghệ UMA và xu hướng tích hợp cố định - di động FMC 68

3.3 Hội tụ cố định - di động dựa trên công nghệ Femtocell 71

3.3.1 Giải pháp sử dụng công nghệ Femtocell 71

3.3.2 Các giải pháp cho phép kết nối từ Femtocell đến mạng lõi di động 72

3.4 Hội tụ mạng cố định - di động dựa trên IMS 74

3.4.1 Kiến trúc IMS 75

3.4.1.1 Lớp dịch vụ 76

3.4.1.2 Lớp điều khiển lõi (lớp lõi IMS) 77

3.4.1.3 Lớp truyền tải 79

3.4.2 Kiến trúc IMS và mạng hội tụ FMC 81

3.5 Mối quan hệ giữa các giải pháp hội tụ FMC 82

3.6 Xây dựng giải pháp hội tụ FMC của Việt Nam 84

3.6.1 Hiện trạng mạng viễn thông 84

3.6.1.1 Hiện trạng mạng cố định 84

3.6.1.2 Hiện trạng mạng di động 87

3.6.2 Phương án phát triển mạng viễn thông 87

3.6.2.1 Phương án phát triển mạng cố định 88

3.6.2.2 Phương án phát triển mạng di động 89

3.6.3 Xây dựng cấu hình mạng hội tụ FMC của Việt Nam 92

3.7 Một số vấn đề cần quan tâm khi triển khai IMS hướng tới FMC 96

3.8 Kết luận chương 3 99

KẾT LUẬN 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

==========

Function

Chức năng điều khiển chuyển tiếp

ra mạng ngoài

gọi

GLMS Group and List Management

Server

Máy chủ quản lý nhóm và danh sách

mạng chủ

dùng Ipv4 sang dùng Ipv6

Function

Chức năng điều khiển bộ chuyển tiếp dữ liệu

P-CSCF Proxy CSCF CSCF Proxy

Subsystem

Phân hệ điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên

vụ

Telecommunication System

Hệ thống truyền thông di động toàn cầu

URL Universal Resource Locator Định vị tài nguyên

thuộc mạng UMTS

DANH MỤC HÌNH VẼ

==========

Hình 1-1 Mạng hội tụ giữa cố định và di động 11

Hình 1-2 Tính tất yếu của mạng hội tụ cố định di động 12

Hình 1-3 Hội tụ về thiết bị 15

Hình 1-4 Hội tụ về mạng 15

Hình 1-5 Cấu trúc FMC theo 3GPP 17

Hình 1-6 Cấu trúc FMC theo 3GPP2 21

Hình 1-7 Cấu trúc FMC theo TISPAN 22

Hình 1-8 Kiến trúc chức năng mạng hội tụ FMC 25

Hình 1-9 Cấu trúc mạng hội tụ FMC theo mô hình của TISPAN 25

Hình 1-10 Kiến trúc chức năng phân hệ NASS 31

Hình 1-11 Kiến trúc chức năng RACS 32

Hình 1-12 Tổng quan chức năng truyền tải 32

Hình 1-13 Các phương thức truy nhập mạng FMC 35

Hình 1-14 Mô hình cung cấp dịch vụ xDSL truyền thống 36

Hình 1-15 Mô hình cung cấp dịch vụ xDSL trong mạng FMC 36

Hình 1-16 Mô hình cung cấp dịch vụ WLAN truyền thống 37

Hình 1-17 Mô hình cung cấp dịch vụ WLAN trong mạng FMC 37

Hình 1-18 Mô hình cung cấp dịch vụ UMTS truyền thống 38

Hình 1-19 Mô hình cung cấp dịch vụ UMTS trong mạng FMC 39

Hình 2-1 Chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối cho mạng FMC 45

Hình 2-2 Mô hình chức năng QoS trên mạng FMC 47

Hình 2-3 Lưu đồ xử lý về QoS trong mặt phẳng điều khiển 48

Hình 2-4 Mô hình về QoS trong mặt phẳng quản lý 50

Hình 2-5 Mô hình QoS nội miền và liên miền 51

Hình 2-6 Mô hình dịch vụ IntServ 51

Hình 2-7 Mô hình IntServ sử dụng RSVP 52

Hình 2-8 Giao thức RSVP 53

Hình 2-9 Cơ chế làm việc của RSVP 54

Hình 2-10 Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng 56

Hình 2-11 Kiến trúc QoS trong phân vùng mạng truy nhập (3GPP) 57

Hình 3-1 Cấu trúc sơ đồ khối chức năng của hệ thống UMA 65

Hình 3-2 Ứng dụng công nghệ UMA trong mạng GSM 68

Hình 3-3 Mạng di động GSM và UMTS sử dụng kết hợp UMA 69

Hình 3-4 Kiến trúc giải pháp Femtocell 72

Hình 3-5 Bộ tập trung Iu (hay Femtocell GateWay–FGW) 73

Hình 3-6 Giải pháp GAN Femtocell và Wi-Fi 73

Hình 3-7 Giải pháp IMS Femtocell 74

Hình 3-8 Cấu trúc phân lớp IMS 75

Hình 3-9 Mô hình kết nối các mạng vào mạng lõi IMS 81

Hình 3-10 Triển khai các dịch vụ IMS bên trong mạng UMA 82

Hình 3-11 Sơ đồ đấu nối mạng NGN của VNPT 86

Hình 3-12 Sơ đồ mạng di động GSM 87

Hình 3-13 Ánh xạ thực thể trong NGN sang kiến trúc FMC của TISPAN 88

Hình 3-14 Chuyển đổi phần mạng lõi chuyển mạch kênh sang mạng IP 89

Hình 3-15 Bổ sung chức năng điều khiển phiên vào lớp điều khiển mạng 90

Hình 3-16 Mạng tuân thủ IMS 91

Hình 3-17 Hệ thống di động cố định sau khi nâng cấp 92

Hình 3-18 Tích hợp lớp ứng dụng 93

Hình 3-19 Mạng hội tụ cố định và di động FMC 94

Hình 3-20 Cấu hình mạng hội tụ với một vùng IMS riêng biệt 95

Hình 3-21 Cấu hình mạng hội tụ với hai vùng IMS 96

MỞ ĐẦU

Hội tụ là một xu hướng chắc chắn diễn ra trong lĩnh vực viễn thông Vấn

đề đặt ra với các nhà khai thác dịch vụ là cần phải lường trước được những thách thức sẽ đến trong hội tụ, ví dụ kiến trúc của mạng lưới trong hội tụ sẽ ra sao, các mô hình chuyển đổi từ mạng hiện tại sang mạng FMC như thế nào? làm thế nào để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng FMC? Các nhà khai thác dịch vụ cũng phải tính toán đến chi phí đầu tư hạ tầng, thiết bị mạng, quản lý vận hành trong một tầm nhìn xa hơn chứ không chỉ nhìn vào chi phí đầu tư hoặc chi phí vận hành một cách riêng biệt như hiện nay

Việt Nam đã có một hạ tầng viễn thông khá hiện đại với đường trục truyền dẫn dung lượng cao, mạng VoIP phủ rộng toàn quốc, các ứng dụng mới nhất dựa trên kiến trúc mạng NGN phát triển mạnh Bởi vậy, việc nghiên cứu các giải pháp để hình thành mạng hội tụ ở thời điểm này là một yếu tố quan trọng và có ý nghĩa khoa học trong việc xây dựng mạng hội tụ FMC ở Việt Nam

Khái niệm hội tụ là một khái niệm mở, trong khuôn khổ của đề tài này chỉ đưa ra kiến trúc chung của mạng hội tụ Việc hội tụ dịch vụ hay thiết bị đầu cuối nằm ngoài phạm vi của đề tài này Tuy nhiên, lợi ích của hội tụ dịch vụ hay thiết

bị có ảnh hưởng không nhỏ đến thành công của dịch vụ mạng, do đó các hướng tiếp cận hội tụ này cũng cần được xem xét Để làm rõ các vấn đề lý luận và đưa

ra giải pháp hình thành mạng hội tụ cũng như khả năng ứng dụng vào Việt Nam của mạng hội tụ giữa cố định và di động FMC, luận văn được chia ra làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng hội tụ FMC

Trong chương này, đề cập đến các vấn đề chung nhất về mạng FMC, tại sao cần phải có mạng hội tụ giữa cố định - di động và các nghiên cứu chuẩn hóa mạng FMC để đề xuất cấu trúc chung cho mạng hội tụ, đồng thời xem xét đến

mô hình của các mạng hiện tại khi chuyển sang mạng hội tụ FMC

Chương 2: Vấn đề chất lượng dịch vụ trên mạng hội tụ

Trong chương này, sẽ phân tích một số vấn đề về chất lượng dịch vụ QoS trong mạng FMC, nghiên cứu một số giải pháp đảm bảo QoS cho các đoạn mạng FMC, trên cơ sở đó đưa ra một số vấn đề về QoS cần quan tâm khi xây dựng mạng FMC

Chương 3: Các giải pháp hình thành mạng hội tụ FMC

Trong chương này, sẽ thảo luận đến một số công nghệ điển hình có thể đem lại sự hội tụ giữa cố định - di động và phân tích khả năng ứng dụng triển khai trong thực tiễn tại Việt Nam trên cơ sở nghiên cứu hiện trạng mạng viễn thông của VNPT

Với luận văn này, học viên muốn tìm hiểu các vấn đề chung nhất về mạng FMC, các giải pháp hình thành mạng và khả năng ứng dụng tại Việt Nam trong

xu thế chung của ngành viễn thông Do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo không nhiều và sự hiểu biết về vấn đề này còn hạn chế, luận văn sẽ còn nhiều thiếu sót, học viên mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè quan tâm đến lĩnh vực này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG HỘI TỤ FMC

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 Sự phân chia tách biệt này là chấp nhận được chừng nào hai thị truờng di động và cố định đều phát triển mạnh Tuy nhiên 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 phải cắt giảm chi phí cùng với việc tạo ra các dịch vụ mới, riêng biệt và hấp dẫn người dùng Trong bối cảnh này, một xu hướng đang hình thành trong cộng đồng viễn thông, đó là xu hướng hội tụ di động với cố định FMC (Fixed Mobile Convergence)

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu các vấn đề chung về mạng FMC, tại sao cần phải có mạng hội tụ giữa cố định - di động và các nghiên cứu về tiêu chuẩn mạng FMC để đề xuất cấu trúc chung cho mạng hội tụ, đồng thời xem xét đến mô hình của các mạng hiện tại khi chuyển sang mạng hội tụ FMC

1.1 Giới thiệu chung về mạng hội tụ FMC

Khi mới được đề cập đến trong ngành công nghiệp viễn thông, khái niệm hội tụ di động - cố định (Fixed Mobile Convergence - FMC) ngụ ý tới sự tích hợp của các công nghệ mạng có dây và không dây Ngày nay, FMC không đơn thuần là hình thức hội tụ cụ thể nói trên, nó đã trở thành một khái niệm rộng lớn

về sự hội tụ giữa các ngành công nghiệp truyền thông, dữ liệu và viễn thông Hình 1-1 [32] thể hiện sự hội tụ giữa mạng cố định và di động dựa trên kiến trúc mạng lõi IMS

Hình 1-1 Mạng hội tụ giữa cố định và di động

Mạng hội tụ FMC cho phép khách hàng truy nhập đến rất nhiều dịch vụ liên lạc, thông tin và giải trí với chất lượng dịch vụ ổn định, độc lập với thiết bị truy nhập, mạng truy nhập hay vị trí sử dụng của khách hàng Động lực chính cho việc triển khai FMC và thành công trong kinh doanh là sự gia tăng cạnh tranh do thị trường bão hòa hoặc nhu cầu tích hợp đối với các dịch vụ thay thế

cố định của nhà khai thác di động Những nhà khai thác mạng, nếu không hướng tới sự hội tụ, cho phép sự tham gia của các nhà phát triển thứ ba sẽ bị giảm sức cạnh tranh và lợi nhuận thu được

1.2 Tính tất yếu của mạng hội tụ giữa cố định và di động

Hội tụ trở thành một hướng đi tất yếu của ngành viễn thông trong tương lai Khả năng cung cấp dịch vụ mới là một trong những tiêu chí hàng đầu của các nhà khai thác mạng Tại sao hội tụ cố định – di động lại có sức hấp dẫn đến thế đối với cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ? Câu trả lời nằm gói gọn trong 4 từ bắt đầu bằng chữ C, đó là: Cost, Coverage, Capacity và Convenience được thể hiện như trên Hình 1-2, [26]

Hình 1-2 Tính tất yếu của mạng hội tụ cố định di động

Cost (chi phí): việc giảm chi phí là một động lực cơ bản và quan trọng

nhất cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người dùng Thực tế, nhà cung cấp mạng di động dùng giải pháp hội tụ FMC để thay thế những loại hình truy nhập tốn kém (dùng mạng xDSL để chuyển tải thông tin thay vì mạng riêng của nhà cung cấp mạng di động), đồng thời sẽ tăng được vùng phủ sóng (thông qua Femtocell hay WiFi) trong các toà nhà… Chính điều này đã làm giảm đáng kể chi phí triển khai và vận hành (OPEX và CAPEX) Lợi ích về phía người dùng là họ sẽ được hưởng các mức giá ưu đãi khi dùng dịch vụ thoại tại nhà (thông qua WiFi hay Femtocell) Về phía nhà cung cấp dịch vụ, với giải pháp này họ có thể tích hợp

nhiều dịch vụ truyền thông như di động, tổng đài PBX cố định, mạng bộ đàm, mạng nội bộ… từ đó giảm chi phí quản lý, giảm chi phí cho thiết bị đầu cuối, giảm chi phí dịch vụ hàng tháng

Coverage (vùng phủ sóng): giải pháp hội tụ cố định di động giúp cho

các nhà cung cấp mạng di động dễ dàng lấp đầy các khoảng trống phủ sóng radio trong các toà nhà cũng như những khu vực xa xôi mà không cần thiết phải triển khai cơ sở hạ tầng mạng di động Đối với khu vực xa xôi, việc triển khai các trạm phát sóng, triển khai đường trục backbone để phục vụ một số ít người dùng là quá tốn kém và không mang lại nhiều lợi nhuận Trong trường hợp đó, chỉ cần cung cấp dịch vụ di động tại một số phạm vi như văn phòng, trong nhà, một vài nơi công cộng là đã đủ đáp ứng nhu cầu cho người dùng Nói rộng ra, trong hội tụ mạng nói chung thì vấn đề tương trợ nhau về vùng phủ sóng giữa nhiều công nghệ khác nhau vẫn giữ nguyên giá trị của nó

Capacity (dung lƣợng): hội tụ cố định - di động là một giải pháp để tăng

dung lượng đỉnh (peak capacity) của một mạng một cách nhanh chóng và không tốn kém Rõ ràng khả năng của mạng di động là có hạn, trong khi đó mạng cố định IP thì lại có băng thông rộng, có khả năng vận tải khối lượng lớn dữ liệu

Do đó, đối với các ứng dụng như video treaming, chia sẻ nội dung…tại từng thời điểm, người dùng sẽ được chuyển giao sang kết nối với mạng WiFi, WiMax

để giảm bớt tải trên mạng di động Điều này liên quan đến việc cân bằng tải (load balancing) liên mạng cũng như liên quan đến việc quản lý tài nguyên một cách tối ưu (radio resource management) Do vậy, nó cũng liên quan đến việc cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) cho người dùng

Convenience (tiện nghi): hội tụ cố định - di động cải tiến đáng kể tính

hữu dụng của các dịch vụ cũng như cung cấp nhiều tiện nghi cho người dùng bằng nhiều cách khác nhau Người dùng chỉ cần một thiết bị, một hợp đồng dịch

vụ, có thể dùng nhiều loại dịch vụ và chỉ phải trả một biên lai thu tiền hàng tháng Chính điều này sẽ làm giảm tỉ lệ thuê bao bỏ nhà cung cấp dịch vụ này sang dùng dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ khác, đồng thời tăng doanh thu bình quân của một thuê bao/tháng (ARPU - Average Revenue Per User)

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, hiện tại 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 Các vấn đề 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

Hội tụ về dịch vụ: cung cấp các dịch vụ dùng chung cho cả cố định và di

động Hội tụ dịch vụ là khả năng truyền tải dịch vụ đến thuê bao sử dụng bất kỳ một thiết bị cầm tay sử dụng bất kỳ công nghệ truy nhập nào Khi hội tụ về dịch

vụ, các vấn đề về quản lý chất lượng dịch vụ, tính cước, nhận thực, quản trị dịch

vụ, phát triển dịch vụ của di động và cố định không có sự khác biệt Như vậy, thời gian cung cấp dịch vụ mới sẽ nhanh hơn, đơn giản hơn Các nhà khai thác dịch vụ FMC có chung một môi trường thực thi dịch vụ nên chất lượng dịch vụ

sẽ tốt hơn, các loại hình dịch vụ sẽ được phát triển đa dạng hơn

Hội tụ về thiết bị: sự hội tụ về thiết bị có thể được coi là kết quả từ việc

hội tụ về mạng Hội tụ về thiết bị sử dụng một hạ tầng thiết bị chung, các thiết bị chuyển mạch và máy chủ được dùng chung cho thuê bao di động và cố định Hình 1-3 đưa ra hướng tiếp cận hội tụ cố định – di động dựa trên sự hội tụ về thiết bị

Hội tụ về thiết bị được thực hiện trên cả 4 phân lớp:

 Lớp truy nhập: có thể sử dụng cùng một thiết bị truy nhập hỗ trợ cho

cả cố định và di động hoặc sử dụng thiết bị dạng dual-stack cho phép truy nhập cả 2 mạng cố định và di động Hiện tại, phương án thứ 2 khả thi hơn vì tận dụng được hầu hết các mạng truy nhập sẵn có: CDMA2000, WCDMA, GSM, hữu tuyến băng rộng và WLAN…

Hình 1-3 Hội tụ về thiết bị Hội tụ về mạng: sử dụng cùng một mạng lõi và hệ thống quản lý vận

hành khai thác mạng Việc hợp nhất mạng để cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau với chất lượng cao mà không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cho nhà khai thác mạng Hình 1-4 đưa ra hướng tiếp cận hội tụ cố định - di động dựa trên sự hội tụ về mạng

Hình 1-4 Hội tụ về mạng

Xu thế sử dụng công nghệ IP trong mọi lĩnh vực của viễn thông đã tương đối rõ ràng Một mạng IP chung cung cấp các tính năng chung và do đó giảm chi phí đáng kể cho việc vận hành mạng Khả năng cắt giảm chi phí cho nhà khai thác cũng là một trong những động lực thúc đẩy việc hội tụ mạng Ngoài ra, khi cấu trúc nền tảng mạng đã được chuẩn hóa, các dịch vụ mới dành riêng cho một

phân đoạn thị trường nào đó sẽ được phát triển và triển khai một cách dễ dàng

và hiệu quả hơn

Mục tiêu hội tụ về mạng như sau:

 Mạng hội tụ sẽ sử dụng cơ sở hạ tầng truyền tải chung dựa trên công nghệ IP

 Mạng hội tụ có kiến trúc báo hiệu IP chung cho các dịch vụ đa phương tiện có yêu cầu báo hiệu

 Mạng hội tụ có môi trường kiến tạo dịch vụ mở, có giao diện chuẩn

mở với phần báo hiệu IP, cho phép triển khai dịch vụ của các nhà khai thác mạng

 Mạng hội tụ cho phép truy nhập mạng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau, như PSTN, xDSL, WLAN, 2G, 3G

1.4 Các nghiên cứu chuẩn hoá mạng hội tụ

Có rất nhiều hoạt động chuẩn hoá để xây dựng kiến trúc mạng hội tụ, các

tổ chức chuẩn hoá đóng góp vai trò quyết định trong việc thống nhất các tiêu chuẩn trong mạng FMC

 Xuất phát từ việc hỗ trợ cho mạng không dây, tổ chức 3GPP đã chuẩn hoá mạng lõi IMS Kiến trúc IMS cho phép cung cấp các ứng dụng đa phương tiện trên môi trường GPRS/UMTS

 Tổ chức 3GPP2 cũng xây dựng một kiến trúc tương tự, đó là tập con của kiến trúc MMD 3GPP2 đã kế thừa rất nhiều các chuẩn trong IMS của 3GPP

cho cố định lên mạng FMC theo kiến trúc của 3GPP và 3GPP2

1.4.1 Cấu trúc mạng hội tụ của 3GPP

Kiến trúc IMS được 3GPP đề xuất ban đầu nhằm điều khiển cho mạng di động 3G, sau này được TISPAN chuẩn hóa và tích hợp trong kiến trúc mạng hội

tụ FMC Hình 1-5 mô tả kiến trúc mạng FMC dựa trên mạng lõi IMS được định nghĩa bởi 3GPP, [16]

Hình 1-5 Cấu trúc FMC theo 3GPP

Cấu trúc mạng FMC theo 3GPP tuân theo mô hình phân lớp chức năng của ITU-T, bao gồm 4 lớp:

Bao gồm các thành phần chức năng sau:

- 3GPP AAA Server (Authentication/Authorization/Accounting): máy chủ 3GPP có chức năng nhận thực, cấp phép và tính cước

- 3GPP AAA Proxy: nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các máy chủ dịch vụ AAA hoặc đến bộ tính cước CDF

- CDF (Charging Data Function): chức năng tính cước

- OCS (Online Charging System): hệ thống tính cước trực tuyến

- HSS (Home Subcriber Server): máy chủ quản lý thuê bao thường trú, có thể xem như là một cải tiến của bộ đăng ký định vị thường trú HLR (Home Location Register) HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả khách hàng thuê bao Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ roaming, thông

số nhận thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao

- SLF (Subcriber Location Function): trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng

- BM-SC (Broadcast and Multicast Service Center): trung tâm dịch vụ quảng bá và Multicast

- PCRF (Policy and Charging Rules Function): chức năng công cụ tính cước và ra chính sách

 Lớp điều khiển lõi

Các chức năng trong lớp điều khiển lõi bao gồm:

- Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi CSCF (Call Session Control

Function): có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ trợ và giải phóng các phiên

đa phương tiện cũng như quản lý những tương tác dịch vụ của người dùng CSCF được phân ra 3 loại: Serving-CSCF, Proxy-CSCF và Interogating-CSCF

o Proxy-CSCF (P-CSCF): nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận khác trong hệ thống IMS, đảm bảo truyền tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như những thông điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE

o Serving-CSCF (S-CSCF): là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệu IMS S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ

o Interrogating-CSCF (I-CSCF): trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp dịch vụ, I-CSCF là một điểm liên lạc cho tất cả các kết nối định hướng đến một UE nằm trong mạng đó Chức năng của I-CSCF bao gồm: định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương ứng Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua giao thức DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác

- Chức năng điều khiển cổng đa phương tiện MGCF (Media Gateway

Control Function): có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện, MGCF quản lý

một hay nhiều IM-MGW

o IM-MGW (IP Multimedia-Media GateWay): sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài nguyên IM-MGW đóng vai trò là điểm chuyển đổi nội dung đa phương tiện giữa mạng chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác

- Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện MRF (Media Resource

Các mạng truy nhập có liên kết với mạng lõi IP thông qua các cổng biên (Border Gateway) như GGSN, PDG… Đây là các chính sách bắt buộc cung cấp bởi mạng lõi IMS nhằm thực hiện chức năng điều khiển lưu lượng giữa mạng lõi

có thể hoạt động giống như một SBC nhằm hỗ trợ các giao diện mạng cho người sử dụng (NNI-Network to Network Interface), điều này đảm bảo cho việc điều khiển phiên với các ứng dụng IP thời gian thực một cách an toàn, chất lượng và tin cậy

kết nối truyền thông giữa các mạng khác nhau, nó cung cấp liên kết giữa các định dạng truyền thông khác nhau RTP/UDP/TDM

o GGSN (Gateway GPRS Support Node): đóng vai trò là một gateway kết nối giữa IMS và các mạng ở ngoài (như Internet hoặc các mạng GPRS khác) trong kiến trúc của mạng tế bào Vai trò của GGSN là nhận và chuyển thông tin từ UE gửi ra mạng bên ngoài và ngược lại GGSN cũng tham gia quản lý quá trình di động của UE và thiết lập các bối cảnh PDP để phục vụ việc liên lạc giữa SGSN và GGSN

o SGSN (Serving GPRS Support Node): là một phần tử nhằm kết nối giữa mạng truy nhập (RAN) và gateway GGSN Vai trò chính của SGSN là xác thực các UE vào mạng GPRS, quản lý quá trình

di động của UE, thiết lập, duy trì và giải phóng các bối cảnh, nhận

và chuyển thông tin đến UE và ngược lại…

máy chủ AAA hoặc chuyển tiếp tới PDG

o PDG (Packet Data Gateway): cổng dữ liệu gói, có nhiệm vụ chuyển tiếp dữ liệu tới mạng lõi IMS

o CGF (Charging Gateway Function): chức năng cổng tính cước

o S-PDF (Serving Policy Decision Function): chức năng quyết định chính sách dịch vụ, dưới yêu cầu của các ứng dụng, S-PDF sẽ tạo

ra các quyết định về chính sách, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ

o PDN (Packet Data Network): mạng dữ liệu gói

Cấu trúc mạng FMC theo 3GPP mô tả ba loại truy nhập mạng khác nhau,

đã được định nghĩa bởi 3GPP: GERAN, UTRAN, I-WLAN Ban đầu, GERAN được thiết kế để kết nối tới mạng lõi 2G thông qua giao diện A dùng cho dịch vụ thoại và giao diện Gb dùng cho dịch vụ dữ liệu Sau đó, giao diện UR được đưa vào cho phép GERAN kết nối tới mạng lõi 3G Trong mạng 2G, thoại được truyền qua giao diện A của chuyển mạch kênh Còn trong mạng 3G, thoại chủ yếu được truyền qua giao diện Iu-cs của chuyển mạch kênh

Tổ chức 3GPP đã định nghĩa hai loại mạng truy nhập WLAN: truy nhập 3GPP IP và truy nhập Direct IP

 Truy nhập WLAN 3GPP IP: cung cấp điểm truy nhập tới mạng lõi 3GPP thông qua IPSec tunnel giữa WLAN UE và PDG

 Truy nhập Direct IP cung cấp truy nhập trực tiếp tới mạng IP từ WLAN mà không phải truyền dữ liệu qua mạng lõi 3GPP Khi đó, chức năng lõi 3GPP sẽ được sử dụng cho việc nhận thực, cấp phép cho mạng truy nhập WLAN và định vị kết nối tới mạng IP

1.4.2 Cấu trúc mạng hội tụ của 3GPP2

Kiến trúc mạng FMC theo 3GPP2 tương tự như kiến trúc mạng FMC của 3GPP Trên thực tế, 3GPP2 được phát triển lên từ tiêu chuẩn IMS 3GPP năm

2006 Hình 1-6 mô tả kiến trúc mạng FMC dựa trên mạng lõi MMD được định nghĩa bởi 3GPP2, [21]

Hình 1-6 Cấu trúc FMC theo 3GPP2

MMD (MultiMedia Domain): là cấu trúc phát triển tiếp theo của cấu trúc mạng lõi CDMA2000 Cấu trúc và chức năng của 3GPP2-MMD tương tự như cấu trúc và chức năng mạng lõi R5, R6 theo mô hình IMS của 3GPP Cấu trúc MMD cho phép mạng lõi hoạt động trên cơ sở toàn IP với khả năng hỗ trợ các

dữ liệu gói tổng quát (general packet) và các phiên dữ liệu đa phương tiện Các phân hệ chức năng này còn được biết đến với tên PDS (Packet Data Subsystem)

và IMS (IP Multimedia Subsystem)

Với việc thêm vào PDS và IMS, cấu trúc MMD cũng bổ sung thêm những thực thể mạng có khả năng cung cấp những dịch vụ đặc biệt như: định vị thuê bao, dịch vụ trình chiếu (presence service)… Mỗi thực thể mạng trong cấu trúc

có thể là một thiết bị vật lý chuyên dụng hoặc có thể được phân bố trên các thiết

bị vật lý khác nhau Các thực thể mạng liên kết với nhau thông qua các giao diện tạo nên một cấu trúc mềm dẻo trong việc liên kết với các mạng truy nhập và cung cấp các dịch vụ dựa trên mạng lõi truyền tải IP

Việc xây dựng cấu trúc mạng lõi MMD với kết cấu IMS ánh xạ theo cấu trúc mạng lõi IMS của 3GPP cho thấy tính hội tụ trong các kết cấu mạng Đây là

xu hướng tất yếu trong việc xây dựng mô hình mạng hội tụ các dịch vụ hướng tới người dùng

1.4.3 Cấu trúc mạng hội tụ của TISPAN

Ban đầu, SIP trong IMS được phát triển cho IP trên cơ sở mạng 3GPP và 3GPP2 Sau đó, ITU-T và ETSI đã lựa chọn SIP cho sự hội tụ giữa viễn thông

và internet Kiến trúc mạng FMC theo TISPAN như Hình 1-7, [15]

ARF L2

Access Conc.

L2

Edge Node

RCEF

L2TF AMF

Charging Functions

a4 a2

Ds Di

la e4 Rq

Kiến trúc FMC của TISPAN bổ sung thêm hai khối chức năng so với IMS của 3GPP là phân hệ kết nối mạng NASS (Network Attachment SubSystem) và phân hệ điều khiển truy nhập và tài nguyên RASC (Resource and Adminssion Control Subsystem)

 NASS (Network Attachment SubSystem), bao gồm các chức năng sau:

o NACF (Network Access Configuration Function): cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình khác cho

UE (sử dụng DHCP)

o CLF (Connectivity Session Location and Repository Function): nhận thực người dùng tại lớp IP trước và trong quá trình cấp phát địa chỉ IP

o UUAF (User Access Authorization Function): cấp quyền truy nhập và thu thập thông tin tính cước cho người sử dụng

o PDBF (Profile Database Function): chứa hồ sơ người dùng

truy nhập người dùng

 RACS (Resource and Admission Control Subsystem)

Phân hệ điều khiển tài nguyên và chấp nhận kết nối bao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-PDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF)

o Chức năng quyết định chính sách dịch vụ S-PDF (Serving Policy Decission Function): dưới yêu cầu của các ứng dụng, sẽ tạo ra các quyết định về chính sách bằng việc sử dụng các luật chính sách và chuyển những quyết định này tới A-RACF S-PDF cung cấp một cách nhìn trừu tượng về các chức năng truyền tải với nội dung hay các dịch vụ ứng dụng Bằng cách sử dụng S-PDF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ

o Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập A-RACF (Access Resource and Admission Control Function): nhận các yêu cầu về tài nguyên QoS từ S-PDF A-RACF sẽ sử dụng thông tin QoS nhận được từ S-PDF để quyết định chấp nhận hay không chấp nhận kết nối A-RACF cũng thực hiện chức năng đặt trước tài nguyên và điều khiển các thực thể NAT/Firewall

Cấu trúc của TISPAN là cấu trúc có tính tổng quát nhất về FMC, cấu trúc này có sự kế thừa từ mô hình NGN cũng như cấu trúc điều khiển IMS của 3GPP, cấu trúc này hiện nay được quan tâm nhiều nhất nên sẽ dùng để phân tích các chức năng cụ thể trong các phần tiếp theo của luận văn này

1.4.4 So sánh, phân tích các cấu trúc IMS của 3GPP, 3GPP2 TISPAN

IMS của 3GPP và 3GPP2 vốn được thiết kế ban đầu cho 3G tiến đến

All-IP Kiến trúc IMS của TISPAN hoàn thiện hơn bởi khả năng kết nối với NGN TISPAN quan tâm các phân hệ khác nhau ngoài IMS và IMS chỉ là một phần trong số các phân hệ

Fix- Báo hiệu đều dựa trên một số giao thức đã được chuẩn hoá: giao thức SIP và giao thức DIAMETER

 Tên một số thực thể chức năng có thể khác nhau do sự phân tán chức năng hay gộp lại của một số chức năng trong các thực thể vật lý Như vậy, cách tiếp cận cấu trúc mạng lõi IMS của mỗi tổ chức khác nhau

là khác nhau, mỗi cấu trúc đều có những điểm mạnh riêng và có những điểm tương đồng về mặt chức năng Dù lựa chọn nền tảng nào đi nữa, khi xây dựng mạng FMC thì tất cả các mạng hiện tại như 3G, Internet, PSTN/ISDN… đều hội

tụ chung thành một mạng duy nhất để cung cấp đa loại hình dịch vụ tới người dùng đầu cuối Đối với nhà khai thác lớn như VNPT, Viettel, Mobile sự tiếp cận mạng hội tụ FMC không chỉ từ trên quan điểm kinh doanh mà cũng cần quan tâm đến vấn đề làm chủ công nghệ

Hình 1-8 Kiến trúc chức năng mạng hội tụ FMC

Kiến trúc này có thể phân làm 4 lớp:

Mg Mj Mr

b Các chức năng:

 Chức năng máy chủ ứng dụng AS (Application Server)

Server ứmg dụng (AS) là nơi thực hiện các dịch vụ, giao diện với S-CSCF thông qua báo hiệu SIP Đây là cơ sở để bên cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng tích hợp và triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng của họ trên cơ sở hạ tầng IMS

Tuỳ thuộc vào dịch vụ cụ thể, Server ứng dụng có thể hoạt động ở chế độ SIP Proxy, SIP UA hoặc SIP B2BUA Server ứng dụng có thể được đặt tại mạng chủ hoặc mạng của bên thứ ba Dựa trên giao diện giữa AS và S-CSCF mà nó có thể được phân ra làm các loại sau:

- SIP AS: server ứng dụng IMS chuẩn

- OSA-SCS: server ứng dụng OSA

- IM-SSF: server ứng dụng CAMEL dùng giao thức CAP

 Chức năng máy chủ đa phương tiện:

Khối MRF (Media Resource Function) cung cấp các chức năng đa phương tiện như:

- Đưa ra các thông báo (thoại hoặc video)

- Hội nghị đa phương tiện (trộn nhiều luồng thoại và video)

- TTS (Text-To-Speech conversation) và nhận dạng tiếng nói

- Chuyển đổi thông tin đa phương tiện (chuyển đổi giữa các codecs với nhau)

Khối MRF lại được phân ra làm một số loại:

- MRFC (Media Resource Function Controller): là chức năng của phần báo hiệu, có nhiệm vụ của SIP UA đối với S-CSCF và điều khiển phần MRFP qua giao diện H.248

- MRFP: là chức năng của phần chuyển tải, thực hiện các chức năng liên quan đến thoại, video

 Chức năng lưu trữ thông tin người sử dụng (UPSF)

Chức năng lưu giữ thông tin người sử dụng (UPSF) chịu trách nhiệm lưu giữ thông tin liên quan đến người sử dụng, bao gồm các thông tin sau:

- Thông tin nhận dạng người sử dụng mức dịch vụ, thông tin đánh số và thông tin đánh địa chỉ

- Thông tin an ninh người sử dụng mức dịch vụ, thông tin điều khiển truy nhập cho nhận thực và cấp quyền

- Thông tin vị trí người sử dụng tại mức liên kết nối: UPSF hỗ trợ đăng

ký người sử dụng và lưu trữ thông tin vị trí liên hệ thống…

- Thông tin người sử dụng mức dịch vụ

UPSF có thể lưu trữ thông tin người sử dụng liên quan tới một hay nhiều phân hệ điều khiển dịch vụ và ứng dụng UPSF không chứa các thông tin liên quan đến kết nối IP Những thông tin như vậy được lưu trong phân hệ NASS Tuy nhiên, cũng có trường hợp UPSF có thể được đặt cùng với chức năng cơ sở

dữ liệu của NASS

Tập con của UPSF lưu giữ thông tin liên quan tới IMS là tương đương với tập con của thực thể HSS HSS (Home Subscriber Server) là cơ sở dữ liệu gốc

có chức năng hỗ trợ các thành phần khác của IMS, có nhiệm vụ xử lý các phiên kết nối HSS chứa các thông tin thuê bao, thực hiện việc xác thực thuê bao và cung cấp các thông tin về vị trí hiện tại của thuê bao Nói một cách khác, nó có chức năng tương tự như của HLR và AUC của hệ thống GSM Chức năng SLF (Subscriber Location Function) được thực hiện khi nhiều HSS được sử dụng HSS và SLF đều phải hỗ trợ giao thức DIAMETER

 Chức năng tính cước

Việc tính cước ngoại tuyến được sử dụng cho các thuê bao trả sau Tính cước trực tuyến được dùng cho các dịch vụ trả trước Một phiên kết nối có thể được tính cước cả ngoại tuyến và trực tuyến

- Đối với tính cước ngoại tuyến: tất cả các thành phần SIP của mạng

(P-CSCF, I-(P-CSCF, S-(P-CSCF, BGCF, MRFC, MGCF, AS) sử dụng giao diện Rf của giao thức DIAMETER để gửi các thông tin cước đến khối CCF (Charging Collector Function) đặt tại trong cùng vùng mạng với chúng CCF sẽ thu thập toàn bộ các thông tin cước để xây dựng một bản ghi cước CDR và gửi đến hệ thống tính cước của mạng Mỗi phiên kết nối được gán một ID riêng Tham số IOI (Inter Operator Identifier)

sẽ cho biết mạng khởi tạo và mạng kết cuối của phiên kết nối Mỗi mạng có hệ thống tính cước riêng Các hệ thống tính cước của các vùng mạng khác nhau sẽ có thể trao đổi thông tin với nhau để có thể tính cước các cuộc gọi chuyển vùng

- Đối với tính cước trực tuyến: P-CSCF trao đổi trực tiếp với SCF

(Session Charging Function) có chức năng của một server ứng dụng SIP thông thường SCF có thể báo hiệu để C-CSCF kết thúc phiên kết nối đang hoạt động nếu tài khoản thuê bao đã hết tiền Server ứng dụng và MRFC thông tin đến khối ECF (Event Charging Function) qua giao thức DIAMETER với hai trường hợp sau:

o Ở chế độ IEC (Immediate Event Charging): một số tiền được ECF trừ ngay khỏi tài khoản, sau đó MRFC hay AS sẽ được

phép cung cấp dịch vụ Nếu tài khoản hết tiền thì dịch vụ sẽ bị khoá

o Ở chế độ ECUR (Event Charging with Unit Reservation): ECF

để dành một số tiền nhất định trong tài khoản thuê bao và sau đó cho phép MRFC hoặc AS cung cấp dịch vụ Sau khi kết thúc dịch vụ, số tiền sử dụng được báo lại và trừ khỏi tài khoản, lượng tiền dành riêng sau đó sẽ được trả lại tài khoản của thuê bao

1.5.2 Lớp điều khiển

Thành phần chức năng của lớp điều khiển bao gồm các thành phần chính của các thành phần điều khiển trong mạng lõi IMS Các thành phần chức năng trong lớp điều khiển bao gồm:

 Chức năng điều khiển cuộc gọi/phiên kết nối

Các server CSCF (Call/Session Control Function): là các SIP server có nhiệm vụ xử lý các gói tin báo hiệu SIP trong IMS P-CSCF là một SIP Proxy Server có nhiệm vụ làm Proxy cho đầu cuối IMS P-CSCF có thể là server nằm tại mạng khách (nếu mạng khách tuân thủ IMS) hoặc mạng chủ (nếu mạng khách không tuân thủ IMS) Thiết bị đầu cuối phát hiện P-CSCF cho nó thông qua DHCP hoặc được gán bởi PDP Context Một P-CSCF có các tính chất sau:

- Được gán cho một thiết bị đầu cuối IMS khi thiết bị này đăng ký với mạng và không được thay đổi trong suốt thời gian đăng ký

- Nằm trên tuyến báo hiệu và có thể giám sát tất cả các bản tin báo hiệu

- Xác thực người dùng và thiết lập liên kết bảo mật IPSec với thiết bị đầu cuối IMS Điều này cho phép loại trừ nguy cơ tấn công mạng kiểu giả danh hay chuyển tiếp cũng như bảo vệ thông tin cá nhân của người

sử dụng Các nút mạng khác có thể tin tưởng kết quả xác thực của CSCF nên không cần xác thực lại

P Nén và giải nén bản tin SIP nên giúp giảm thiểu trễ báo hiệu trên kết nối vô tuyến tốc độ thấp

- Có thể có chức năng PDF (Policy Decision Function), làm nhiệm vụ cấp phép sử dụng tài nguyên của phần chuyển tải và quản lý chất lượng dịch vụ và được sử dụng vào những mục đích như quản lý sử dụng theo chính sách, bắt thông tin theo luật, quản lý băng thông, v.v… PDF cũng có thể là một chức năng riêng biệt, ví dụ như trong phần điều khiển phiên ngoài biên

- Gửi các thông tin tính cước đến nút thu thập thông tin cước: Server CSCF (Interrogating-CSCF) thực chất là một SIP proxy đặt ở rìa

I-mạng Địa chỉ của I-CSCF được quảng bá thông qua hệ thống địa chỉ miền DNS nên các server khác nhau (ví dụ như P-CSCF trong mạng khách hay S-CSCF trong mạng khác) có thể tìm được và kết nối với nó như cửa ngõ chính để gửi gói tin SIP vào mạng I-CSCF truy vấn HSS quan giao diện Cx và Dx qua giao thức DIAMETER để xác định vị trí thuê bao để có thể định tuyến yêu cầu SIP đến server S-CSCF phục vụ thuê bao đó I-CSCF cũng được sử dụng với mục đích bảo vệ cấu trúc nội bộ của mạng

- Server S-CSCF (Serving-CSCF) là nút có vai trò trung tâm trong hệ thống báo hiệu Trên thực tế, nó là một SIP server nhưng có thêm chức năng điều khiển phiên S-CSCF bao giờ cũng nằm ở mạng gốc của thuê bao S-CSCF sử dụng giao diện Cx và Dx của giao thức DIAMETER để truy vấn HSS và tải xuống hay cập nhật profile của thuê bao S-CSCF hoàn toàn không lưu thông tin thuê bao Các nhiệm

vụ chính của S-CSCF bao gồm:

o Xử lý các bản tin đăng ký SIP

o Nằm trên tuyến báo hiệu và có thể giám sát từng bản tin báo hiệu

o Xác định server ứng dụng để gửi bản tin báo hiệu SIP

o Cung cấp dịch vụ định tuyến, thường sử dụng dịch vụ ENUM

o Áp đặt chính sách của nhà vận hành mạng

 Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện

Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function)

có thể phân ra thành 2 thành phần: MRFC (Media Resource Function Controller) và MRFP (Media Resource Function Processor)

- MRFC có vài trò quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương tiện trong MRFP, giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng dụng AS truyền qua S-CSCF, điều khiển MRFP tương ứng cũng như tham gia vào quá trình tính cước

- MRFP đóng vai trò quan trọng trong việc thích ứng nội dung dịch vụ, chuyển đổi định dạng (transcoding) nội dung

 Chức năng định tuyến gateway ngõ ra BGCF

BGCF (Breakout Gateway Control Function) là một máy chủ SIP chứa đựng chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại Nó được sử dụng khi một thiết bị IMS thực hiện cuộc gọi đến mạng nối chuyển mạch hay mạng điện thoại

cố định truyền thống PSTN BGCF hỗ trợ khả năng kết nối liên mạng thông qua

việc định tuyến yêu cầu SIP trong trường hợp S-CSCF xác định rằng không thể định tuyến yêu cầu này bằng DNS/ENUM BGCF sẽ xác định nút mạng tiếp theo trên đường định tuyến hoặc là MGCF hoặc là một BGCF của mạng khác rồi chuyển báo hiệu đến nút mạng tương ứng

 Chức năng Gateway PSTN

Gateway PSTN là phần kết nối IMS với mạng chuyển mạch kênh PSTN

Về báo hiệu, mạng chuyển mạch kênh dùng báo hiệu ISUP/MTP, trong khi IMS dùng báo hiệu SIP Về thoại, mạng chuyển mạch kênh dùng PCM trong khi IMS dùng RTP Chức năng Gateway PSTN bao gồm các thành phần cơ bản sau:

- SGW (Signalling Gateway): giao diện với phần báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh, có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức lớp dưới như SCTP/IP sang MTP để giúp cho việc gửi báo hiệu ISUP từ MGCF sang mạng chuyển mạch kênh và ngược lại

- MGCF (Media Gateway Controller Function): có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện, bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh phương tiện, làm trung gian chuyển đổi giữa giao thức báo hiệu ISUP và SIP MGCF quản lý một hay nhiều IM-MGW (IP Multimedia-Media Gateway) IM-MGW sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài nguyên IM-MGW đóng vai trò là điểm chuyển đổi nội dung đa phương tiện giữa mạng chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác MGCF điều khiển việc sử dụng tài nguyên của MGW qua H.248

- MGW (Media Gateway): giao tiếp với phần chuyển tải của mạng chuyển mạch kênh, có nhiệm vụ chuyển đổi giữa RTP và PCM Ngoài

ra, nó còn thực hiện việc chuyển đổi định dạng thoại/video khi cần

 Chức năng liên mạng (IWF)

Chức năng liên mạng IWF (InterWorking Function) thực hiện liên mạng giữa các giao thức được sử dụng bên trong phân hệ điều khiển dịch vụ NGN TISPAN và các giao thức dựa trên IP khác (Chẳng hạn, giữa SIP được sử dụng trong IMS và giao thức dựa trên IP như H.323)

 Chức năng điều khiển biên mạng liên kết nối (IBCF)

Chức năng điều khiển biên mạng liên kết nối (IBCF) điều khiển biên giữa các miền của các nhà khai thác Chức năng của IBCF bao gồm:

- Tương tác với các tài nguyên truyền tải, thông qua phân hệ điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên – RACS bao gồm NAPT và chức năng firewall

- Chèn IWF vào trong tuyến báo hiệu khi cần

- Lọc thông tin báo hiệu dựa trên nguồn và đích, ngoài những gì đã được thực hiên bên trong mỗi phân hệ (chẳng hạn, chức năng THIG của I-CSCF cho phân hệ IMS lõi)

Khi tương tác với thành phần IMS của kiến trúc, IBCF bao gồm chức năng của gateway mức ứng dụng (ALG)

Phân hệ NASS cung cấp các chức năng sau:

- Phân bổ động các địa chỉ IP và các tham số cấu hình đầu cuối khác

- Nhận thực tại lớp IP, trước hay trong thủ tục phân bổ địa chỉ

- Cấp quyền truy nhập mạng dựa trên thông tin người sử dụng

- Cấu hình mạng truy nhập dựa trên thông tin người sử dụng

- Quản lý vị trí tại lớp IP

Kiến trúc NGN R1 không yêu cầu một NASS hỗ trợ nhiều mạng truy nhập Điều này không ngăn cản việc các nhà khai thác triển khai các chức năng NASS dùng chung cho nhiều mạng truy nhập (chẳng hạn một cơ sở dữ liệu thông tin người sử dụng có thể dùng chung cho nhiều mạng truy nhập khác nhau) Hình 1-10 đưa ra kiến trúc chức năng của phân hệ NASS

CNG TE

Service control subsystems and application

e1 e1

e2 e2

UE

Hình 1-10 Kiến trúc chức năng phân hệ NASS

b Phân hệ RACS

Phân hệ RACS cung cấp các chức năng điều khiển cổng và điều khiển chấp nhận kết nối (Bao gồm điều khiển NAPT và đánh dấu theo mức ưu tiên) Điều khiển chấp nhận kết nối bao gồm việc kiểm tra việc cấp quyền cho người

sử dụng dựa trên thông tin của người đó được lưu tại phân hệ NASS, theo các chính sách của nhà khai thác và theo độ khả dụng của tài nguyên Việc kiểm tra

độ khả dụng của tài nguyên ngụ ý rằng chức năng điều khiển chấp nhận kết nối kiểm tra xem là liệu băng thông được yêu cầu có tương thích với cả băng thông

đã thuê và lượng băng thông đã được sử dụng bởi cùng người sử dụng trên cùng mạng truy nhập và có thể là cả người sử dụng khác đang sử dụng cùng tài nguyên Hình 1-11 đưa ra kiến trúc chức năng của phân hệ RACS

Ra

Access Node

BGF RCEF

RACS

Transport Layer Hình 1-11 Kiến trúc chức năng RACS 1.5.3.2 Các chức năng truyền tải

Hình 1-12 đưa ra mô hình tổng quan các chức năng truyền tải và quan hệ của chúng với các thành phần khác của kiến trúc

Các chức năng truyền tải bao gồm:

- Chức năng cổng phương tiện (MGF)

- Chức năng cổng biên (BGF)

- Chức năng chuyển tiếp truy nhập (ARF)

- Chức năng cổng báo hiệu (SGF)

- Bộ xử lý chức năng tài nguyên phương tiện (MRFP)

- Chức năng kết cuối lớp 2 (L2TF)

a Chức năng cổng biên (BGF)

Chức năng cổng biên cung cấp giao diện giữa các miền truyền tải IP Nó

có thể đặt tại biên giữa mạng truy nhập và thiết bị tại nhà thuê bao, giữa mạng truy nhập và mạng lõi hay giữa 2 mạng lõi Nó hỗ trợ một trong các chức năng sau:

- Mở và đóng cổng (nghĩa là lọc gói dựa trên địa chỉ IP hay số cổng)

- Phân bổ và biên dịch các địa chỉ IP và số cổng (NAPT)

- Liên mạng giữa các mạng IPv4 và IPv6 (NAPT-PT)

- NAT

- Đánh dấu gói cho lưu lượng lối ra

- Phân bổ tài nguyên và dành trước băng tần cho lưu lượng đường lên và lưu lượng đường xuống

- Áp đặt chính sách lên lưu lượng lối vào

- Chống giả mạo địa chỉ IP

- Thống kê mức độ sử dụng

- BGF có thể tương tác với các thực thể trong phân lớp điều khiển truyền tải với mục đích điều khiển một hay nhiều các chức năng mà nó thực hiện Trong phần này chúng ta đề cập đến 2 loại BGF, đó là:

o BGF lõi (C-BGF): đặt tại biên giữa mạng truy nhập và mạng lõi,

về phía mạng lõi

o BGF liên kết nối (I-BGF): đặt tại biên giữa 2 mạng lõi

Mỗi BGF này thực hiện các tập con chức năng khác nhau phụ thuộc vào chính sách của nhà khai thức mạng và vị trí của nó Ngoài ra, trong phần này chúng ta cũng đề cập đến một kiểu BGF nữa, đó là chức năng tăng cường điều khiển tài nguyên (RCEF), nó đặt trong mạng truy nhập hay tại một trong các biên của nó Thực thể chức năng này thực hiện một tập con các chức năng thu gọn của một BGF thông thường và lưu giữ mô hình của các tài nguyên mạng truy nhập

b Chức năng kết cuối lớp 2: Chức năng kết cuối lớp 2 (L2TF) kết thúc các thủ tục “lớp 2” của mạng truy nhập

c Chức năng chuyển tiếp truy nhập (ARF)

Chức năng chuyển tiếp truy nhập (ARF) tác động như một chuyển tiếp giữa thiết bị người sử dụng và phân hệ NASS Nó nhận các yêu cầu truy nhập mạng từ thiết bị người sử dụng và sử dụng thủ tục biên dịch giao thức

Khi sử dụng PPP, ARF thực hiện liên mạng giữa PPP và giao thức RADIUS Khi sử dụng DHCP, ARF tác động như tác nhân chuyển tiếp DHCP

và có thể bổ sung thông tin trước khi chuyển tiếp bản tin (Chẳng hạn, việc chèn nhận dạng kênh ảo ATM - kênh mang lưu lượng IP trong yêu cầu DHCP)

d Chức năng cổng phương tiện (MGF)

Chức năng cổng phương tiện (MGF) cung cấp ánh xạ phương tiện hay chức năng chuyển mã giữa miền truyền tải IP và các phương tiện mạng chuyển mạch kênh (các đường trung kế, mạch vòng) Nó cũng có thể thực hiện hội thảo

đa phương tiện, gửi âm hiệu và các thông báo

Trong phần này, chúng ta xem xét đến 3 loại MGF, đó là:

- MGF thuê bao riêng (R-MGF): đặt tại nhà thuê bao

- MGF truy nhập (A-MGF): đặt trong mạng lõi hay mạng truy nhập của nhà khai thác

- MGF trung kế (T-MGF): đặt tại biên giữa mạng lõi IP và PSTN/ISDN R-MGF và A-MGF cung cấp việc truy nhập tới dịch vụ của phân hệ PSTN/ISDN Emulation

e Bộ xử lý chức năng tài nguyên phương tiện (MRFP)

Bộ xử lý tài nguyên phương tiện (MRFP) cung cấp chức năng xử lý tài nguyên ngoài những chức năng thực hiện trong cổng phương tiện (MGF) Điều này bao gồm các tài nguyên để hỗ trợ hội thảo đa phương tiện, thông báo đa phương tiện và phân tích nội dung đa phương tiện

f Chức năng cổng báo hiệu (SGF)

Chức năng cổng báo hiệu (SGF) thực hiện chuyển đổi báo hiệu (cả 2 chiều) tại mức vận chuyển giữa truyền tải báo hiệu dựa trên SS7 và truyền tải báo hiệu dựa trên IP Các chức năng của SGF bao gồm:

- Truyền tải tin cậy báo hiệu lớp cao SS7 trên IP, bằng việc sử dụng các thủ tục SCTP

- Chức năng Firewall SS7: khi được sử dụng sẽ dùng để lọc các tiêu đề MTP và SCTP

1.5.4 Lớp mạng truy nhập

Mạng truy nhập là tập hợp các phần tử hệ thống thực hiện việc kết nối thuê bao với hệ thống cung cấp dịch vụ Đối với mạng hội tụ, có rất nhiều các phương thức truy nhập mạng khác nhau như DSL, WLAN, UMTS, Mỗi phương thức truy nhập này lại có những kỹ thuật thực hiện khác nhau Do đó, đòi hỏi phải có các phân hệ quản lý truy nhập riêng cho từng phương thức Hình 1-13 thể hiện một số phương thức truy nhập chủ yếu trong mạng hội tụ FMC:

GPRS UMTS WLAN POTS ISDN xDSL

Cable

SPDF

IP Core Network QoS Enabled

IP Core Network QoS Enabled

Access

System

Hình 1-13 Các phương thức truy nhập mạng FMC 1.5.4.1 Phương thức truy nhập xDSL

a Mô hình cung cấp dịch vụ truyền thống

Trong mô hình cung cấp dịch vụ truyền thống, có 2 thành phần cơ bản:

 Bộ đa truy nhập đường dây thuê bao số DSLAM (Digital Subcriber Line Access Multiplexer): là một thiết bị mạng có thể coi như là một phần của mạch vòng thuê bao số, nó nhận tín hiệu từ các đường dây thuê bao số DSL, sử dụng các kỹ thuật ghép kênh để kết nối và tập trung các tín hiệu thành những luồng backbone tốc độ cao

 Máy chủ truy nhập từ xa băng rộng B-RAS (Broadband Remote Access Server): định tuyến lưu lượng dữ liệu đi và đến từ DSLAM trên mạng cung cấp dịch vụ internet (ISP) B-RAS được đặt ở lõi của mạng các ISP và là nơi tập trung của các phiên người sử dụng từ mạng truy nhập B-RAS có một số nhiệm vụ chính sau:

o Tập trung đầu ra của các DSLAM

o Cấp phát các phiên giao dịch PPP hoặc IP trên ATM

o Thực hiện các chính sách QoS

o Định tuyến lưu lượng vào mạng ISP backbone

o Cấp phát địa chỉ IP cho thuê bao

o Giao tiếp với Radius Server thực hiện việc nhận thực, cấp quyền cho thuê bao

Hình 1-14 thể hiện mô hình cung cấp dịch vụ xDSL truyền thống

INTERNET

B-RAS

DSLAM

DSLAM

Hình 1-14 Mô hình cung cấp dịch vụ xDSL truyền thống

b Mô hình chuyển đổi sang mạng FMC

Mô hình cung cấp dịch vụ xDSL trong mạng FMC được thể hiện trên Hình 1-15 dưới đây

P-CSCF

IP backbone

DSLAM

Hình 1-15 Mô hình cung cấp dịch vụ xDSL trong mạng FMC

Trong mô hình cung cấp dịch vụ xDSL trong mạng FMC thì thành phần DSLAM vẫn giữ nguyên nhưng phần B-RAS được tích hợp và bổ sung thành phần NASS

Để hỗ trợ cho phân hệ truy nhập xDSL, 3GPP đã đưa ra phiên bản 3GPP R7 với sự hợp tác của nhiều tổ chức chuẩn hoá, sau đó ban hành TISPAN R1 Trong đó bổ sung thành phần chủ yếu là NASS và RACS Đối với phần truy nhập, chủ yếu thực hiện trong NASS, còn RACS sẽ thực hiện điều khiển QoS

cho phân hệ truy nhập này Vậy, hướng phát triển tiếp theo trong xDSL sẽ ưu tiên tập trung nghiên cứu và phát triển thành phần NASS

1.5.4.2 Phương thức truy nhập WLAN

a Mô hình cung cấp dịch vụ truyền thống

Với WLAN, người dùng truy nhập vào thông tin chia sẻ không cần hệ thống dây để kết nối, không cần lắp đặt hoặc di chuyển khi người quản trị mạng thiết lập mở rộng mạng

Hình 1-16 dưới đây thể hiện mô hình cung cấp dịch vụ WLAN truyền thống Đây là một mô hình điển hình của WLAN có cơ chế nhận thực khi thông qua RADIUS Server

UTwente

AP

RADIUS server

SURFnet OfficeAP

RADIUS server

Alfa & Ariss Office

AP

RADIUS server

SURFnets

Internet

RADIUS proxy server

Hình 1-16 Mô hình cung cấp dịch vụ WLAN truyền thống

b Mô hình chuyển đổi sang mạng FMC

Mô hình cung cấp dịch vụ WLAN trong mạng FMC được thể hiện trên Hình 1-17 dưới đây

CSCF

HSS (HLR)

GGSN

2G SGSN

MRF

DHCP MGCF AAA

Internet Intranet

DHCP

WLAN AP

PSTN PLMN

MGW TDM

IP-NETWORK (PS DOMAIN)

WLAN AP

GERAN

Hình 1-17 Mô hình cung cấp dịch vụ WLAN trong mạng FMC

 WAG (WLAN Access Gateway): cổng truy nhập WLAN

 PDG (Packet Data Gateway): cổng dữ liệu gói, thuê bao WLAN khởi tạo đăng nhập, nó sẽ được cấp phát 1 địa chỉ IP (địa chỉ local)

và một đường hầm IP từ PDG tới UE (ở đây sẽ có một bảng mapping địa chỉ IP Local và địa chỉ Public)

Theo như mô hình cung cấp dịch vụ WLAN trong mạng FMC so với mô hình WLAN truyền thống, hệ thống FMC phải bổ sung thêm module PDG Trong quá trình xem xét và phân tích phân hệ này, PDG là thành phần cốt yếu

hỗ trợ truy nhập WLAN Vậy, PDG sẽ là thành phần ưu tiên phát triển tiếp theo trong WLAN

1.5.4.3 Phương thức truy nhập UMTS

a Mô hình cung cấp dịch vụ truyền thống

Trong mạng thông tin di động thế hệ 3G UMTS, các trạm phát sóng Node

B (bao gồm các macro-cell, micro-cell hay cả pico-cell) kết nối trực tiếp với khối điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) bằng đường truyền dành riêng như E1/T1 Các RNC ghép các lưu lượng dữ liệu từ các Node

B trước khi gửi chúng đến mạng lõi di động RNC phân phát lưu lượng thoại (của mạng chuyển nối mạch) đến các tổng đài MSC (Mobile Switching Center) thông qua giao diện Iu-CS và dữ liệu gói (của mạng chuyển nối gói) đến SGSN (Serving GPRS Support Node) thông qua giao diện Iu-PS Hình 1-18 dưới đây thể hiện mô hình cung cấp dịch vụ UMTS truyền thống

ISDN GSM

INTERNET

MSC

RNC Node B

Packet domain Circuit domain

Hình 1-18 Mô hình cung cấp dịch vụ UMTS truyền thống

b Mô hình chuyển đổi sang mạng FMC

Mô hình cung cấp dịch vụ UMTS trong mạng FMC được thể hiện trên Hình 1-19 dưới đây