Giải pháp QoS trên mạng hội tụ

Để tăng nguồn thu cho nhà cung cấp mạng cố định cũng như bổ sung dịch vụ có sẵn trên mạng cố định cho các thuê bao di động, thì xu thế hội tụ cố định – di động FMC Fixed Mobile Convergen

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LƯƠNG THỊ THUẬN

GIẢI PHÁP QoS TRÊN MẠNG HỘI TỤ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2008

MỤC LỤC

BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG NGN 9

1.1 NGN cố định 9

1.1.1 NGN theo khuyến nghị của ITU 9

1.1.2 Cấu trúc phân lớp chức năng của mạng NGN 12

1.2 NGN di động 14

1.2.1 NGN-Mobile là gì ? 14

1.2.2 Xu hướng phát triển mạng thông tin di động của 3GPP/3GPP2 theo hướng NGN 15

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MẠNG HỘI TỤ 22

2.1 Lý do ra đời mạng hội tụ 22

2.2 Ba nội dung của khái niệm Hội tụ 23

2.2.1 Các nghiên cứu về cấu trúc mạng hội tụ 25

2.2.2 Hội tụ dịch vụ cố định – di động dựa trên truy nhập di động không cấp phép UMA 36

2.2.3 Hội tụ mạng cố định - di động dựa trên IMS 41

2.3 Xây dựng mạng hội tụ cố định - di động của Việt Nam 48

2.3.1 Phương án phát triển mạng cố định 48

2.3.2 Phương án phát triển mạng di động 50

2.3.3 Xây dựng cấu hình mạng hội tụ FMC của Việt Nam 51

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP QOS TRÊN MẠNG HỘI TỤ 53

3.1 Tổng quan QoS trên mạng hội tụ FMC 53

3.1.1 Dịch vụ trên mạng FMC 53

3.1.2 Tham số chất lượng dịch vụ 55

3.1.3 Chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối (E2E QoS) 56

3.1.4 Mô hình quản lý QoS trên FMC 57

3.2 Tình hình nghiên cứu QoS trên FMC 61

3.2.1 Framework QoS cho mạng FMC 61

3.2.2 QoS cho mạng truy nhập 62

3.2.3 QoS cho mạng lõi 64

3.3 Giải pháp QoS cho các đoạn mạng FMC 67

3.3.1 Giải pháp QoS trên mạng lõi 67

3.3.2 Giải pháp QoS trên mạng truy nhập 76

3.3.3 Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo 79

KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

BẢNG DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2G Second Generation

3G Third Generation

3GPP Third - Generation Partnership Project

3GPP2 Third - Generation Partnership Project 2

AAA Authentication, Authorization, and Accounting

AS Application Server

B2BUA Back-to-Back User Agent

BGCF Breakout Gateway Control Function

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

BTS Base Transceiver Station

CAMEL Customized Applications for Mobile Network Enhanced

Logic CAPEX Capital Expenditure

CDMA Code Division Multiple Access

CGI Cell Global Identification

CN Core Network

CS Circuit Switched

CSCF Call Session Control Function

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

DiffServ Differential Service

DLE Digital Local Exchange

DNS Domain Name System

DTF Domain Transfer Function

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

EMS Enhanced Message Service

ETSI European Telecommunications Standards Institute

EV-DO Evolution – Data Only (or Data Optimized)

FA Foreign Agent

FDD Frequency-Division Duplexing

FMC Fixed Mobile Convergence

GAN Generic Access Network

GANC GAN Controller

GERAN GSM / EDGE Radio Access Network

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

GRX GPRS Roaming Exchange

GSM Global System (for) Mobile

HLR Home Location Register

HSS Home Subscriber Server

I-CSCF Interrogating CSCF

IETF Internet Engineering Task Force

IM instant messaging

IMPP Instant Messaging and Presence Protocol

IMS IP Multimedia Subsystem

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IMT-2000 International Mobile Telecommunications - 2000 IntServ Intergrated Service

IP Internet Protocol

IPsec IP Security

ISDN Integrated Services Digital Network

ISO International Organization for Standardization ISP Internet Service Provider

ISUP ISDN User Part

ITU-T International Telecommunications Union–

Telecommunication MAP Mobile Application Part

MGCF Media Gateway Control Function

MGW Media Gateway

MLC Mobile Location Center

MM mobility management

MMD Multimedia Domain

MME Mobility Management Entity

MPLS Multi-Protocol Label Switching

MRFC Multimedia Resources Function Controller

MS Mobile Station

MSC Mobile Switching Center

MSF Multiservice Forum

NAT Network Address Translation

NGMN Next-Generation Mobile Networks

NGN Next-Generation Network

OMA Open Mobile Alliance

OPEX Operational Expenditure

OSA Open Service Architecture

P/S/I-CSCF Proxy/Serving/Interrogating-Call Session Control Function PABX Private Automatic Branch Exchange

PBX Private Branch Exchange

PCEF Policy and Charging Enforcement Function

PCRF Policy and Charging Rules Function

PDP Packet Data Protocol

PDSN Packet Data Serving Node

PGW PDN Gateway

PLMN Public Land Mobile Network

PS Packet-Switched

PSDN Packet Switched Data Network

PSTN Public Switched Telephone Network

QoS Quality of Service

RACF Resource Admission Control Function

RACS Resource Admission Control Subsystem

RAN Radio Access Network

RNC Radio Network Controller

SBC Session Border Controller

SGSN Serving GPRS Support Node

SIP Session Initiation Protocol

SLF Subscriber Locator Function

TISPAN Telecoms & Internet Converged Services & Protocols for

Advanced

UE User equipment

UMA Unlicensed Mobile Access

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

VCC Voice Call Continuity

VLR Visitor Location Register

WEP Wired Equivalent Privacy

WLAN Wireless LAN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các chức năng GII và mối quan hệ của chúng 11

Hình 1.2: Cấu trúc phân lớp của mạng NGN 13

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

Hình 1.4: Kiến trúc tham chiếu R00 (R4 và R5) (Nguồn: 3GPP) 17

Hình 1.5: Kiến trúc phân lớp chức năng của IMS 18

Hình 1.6: Kiến trúc tích hợp theo R00 (R4/R5) 19

Hình 1.7: Kiến trúc mạng UMTS trong tương lai 20

Hình 2.1: Cấu trúc FMC theo ITU-T [14] 25

Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp mạng hội tụ [1 ] 26

Hình 2.3: Cấu trúc FMC theo 3GPP [TR 23.882] 31

Hình 2.4: Cấu trúc FMC theo 3GPP2 [TR 23.882] 32

Hình 2.5: Cấu trúc mạng FMC theo ETSI TISPAN [13] 34

Hình 2.6: Cấu trúc sơ đồ khối chức năng của hệ thống UMA [TS 43.318-3GPP] 37

Hình 2.7: Ứng dụng công nghệ UMA trong mạng GSM 40

Hình 2.8: Cấu trúc phân lớp IMS [Theo Wikipedia] 42

Hình 2.9: Kiến trúc mạng NGN (nguồn ETSI 2005) 48

Hình 2.10: Cấu hình mạng hội tụ FMC với hai vùng IMS 52

Hình 3.1: E2E QoS cho mạng FMC 56

Hình 3.2: Mô hình chức năng của QoS 57

Hình 3.3: Lưu đồ xử lý về QoS trong mặt phẳng điều khiển 58

Hình 3.4: Traffic model 61

Hình 3.5: Kiến trúc QoS do TISPAN đề xuất 62

Hình 3.6: Kiến trúc QoS trong phân vùng mạng truy nhập (3GPP) 63

Hình 3.7: Intradomain và Interdomain 64

Hình 3.8: Mô hình Inserv 65

Hình 3.9: Mô hình diffserv 65

Hình 3.10: Ứng dụng Intserv, diffserv, MPLS trong kiến trúc đảm bảo E2E QoS 66

Hình 3.11: Kiến trúc Intserv 69

Hình 3.12: Kiến trúc Diffserv 72

Hình 3.13: So sánh giữa cấu trúc router truyền thống và router thế hệ mới định tuyến theo luồng 74

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin – viễn thông, đặc biệt là

sự gia tăng nhanh chóng của Internet cả về hạ tầng mạng và nhu cầu phát triển các dịch vụ mới, sự xuất hiện của các ứng dụng đa phương tiện với các 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 Trong bối cảnh đó mạng thế hệ mới - Next Generation Network (NGN) ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của hệ thống PSTN NGN là mạng gói có khả năng cung cấp thêm nhiều dịch vụ viễn thông mới, sử dụng băng tần rộng và các công nghệ truyền tải hỗ trợ QoS Hiện nay, mạng NGN cố định và NGN di động cũng đã được triển khai cùng với nhiều dịch vụ giá trị gia tăng Tuy nhiên, việc triển khai NGN cố định tách biệt NGN di động có nhược điểm là thuê bao của mạng này không thể sử dụng dịch

vụ của mạng khác 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 cắt giảm chi phí, đồng thời với việc tạo ra dịch vụ mới, riêng biệt và hấp dẫn người dùng

Để tăng nguồn thu cho nhà cung cấp mạng cố định cũng như bổ sung dịch

vụ có sẵn trên mạng cố định cho các thuê bao di động, thì xu thế hội tụ cố định –

di động FMC (Fixed Mobile Convergence) là một xu thế tất yếu của ngành viễn thông trong tương lai nhằm đáp ứng được nhu cầu của khách hàng cũng như nhà cung cấp dịch vụ Do mạng hội tụ FMC tối ưu hóa cấu trúc mạng làm giảm chi phí quản lý, chi phí cho thiết bị đầu cuối, chi phí dịch vụ hàng tháng và tăng dung lượng mạng, vùng phủ, tiện ích cho người dùng là chỉ cần một thiết bị có thể truy nhập các mạng khác nhau

Tuy nhiên, chất lượng dịch vụ mạng luôn là một vấn đề quan tâm của cả người sử dụng dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ Cùng với sự phát triển bùng nổ các dịch vụ của mạng hội tụ trên nền IP là hàng loạt các yêu cầu về giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ

Trước các yêu cầu trên, đề tài: “Giải pháp QoS trên mạng hội tụ” được

lựa chọn để nghiên cứu vừa có ý nghĩa về mặt lý luận, vừa có ý nghĩa về mặt thực tiễn nhằm đáp ứng với xu thế tất yếu đó

Mục tiêu của luận văn là:

o Trình bày cấu trúc nguyên lý của FMC

o Trình bày các vấn đề về QoS của FMC

o Trình bày Giải pháp QoS của FMC Nội dung luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan mạng NGN

Trình bày về hạn chế của mạng PSTN và sự phát triển lên mạng NGN là một xu thế tất yếu Tổng quan về mạng NGN cố định và NGN di động

Chương 2: Tổng quan mạng hội tụ

Trình bày về xu hướng hội tụ hai mạng NGN cố định và NGN di động Cấu trúc mạng hội tụ dựa trên công nghệ UMA và IMS Xu hướng hội tụ

cố định – di động tại Việt Nam

Chương 3: Giải pháp QoS trên mạng hội tụ

Trình bày một số giải pháp cả về phần cứng và phần mềm để đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng hội tụ

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Cảnh Tuấn, người

đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và phương pháp luận nghiên cứu khoa học để tôi hoàn thành bản luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa Điện tử - Viễn thông – Đại Học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia

Hà Nội đã dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Do có những hạn chế về thời gian và tài liệu tham khảo, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô và các bạn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG NGN

Mạng PSTN của VNPT đã được xây dựng và phát triển khá toàn diện, cung cấp dịch vụ thoại truyền thống chất lượng tốt tới khách hàng Tuy nhiên, sau nhiều năm hoạt động, PSTN đã bộc lộ một số hạn chế hầu như không thể khắc phục được Chuyển mạch dựa trên công nghệ TDM cứng nhắc trong việc phân bổ băng thông (Nx64kb/s) và gặp nhiều khó khăn khi đưa ra các dịch vụ mới, nhất là khi triển khai mạng thế hệ sau Mạng PSTN cần sự đầu tư lớn, giá thành thiết bị cao và cho phí vận hành mạng lớn Hơn nữa, mạng PSTN có nhiều cấp khác nhau (Gateway quốc tế, Toll, tandem, Host) nên rất phức tạp trong việc phối hợp hệ thống báo hiệu, đồng bộ và triển khai dịch vụ mới

Nhu cầu về các dịch vụ dữ liệu thì phát triển mạnh: Internet ngày càng phổ biến, những đòi hỏi về dịch vụ IP (IP VPN ), xu thế tích hợp IP/ATM/MPLS cho mạng thông tin trục cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông thế giới đã dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi công nghệ mạng Mạng mới ra đời phải có băng tần rộng, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ, đơn giản về cấu trúc và quản lý, dễ dàng phát triển dịch vụ và nhanh chóng cung cấp cho khách hàng

Trong khi đó, NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên cơ sở mạng truyền tải IP/MPLS Đó là mạng mới với sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động Trên cơ sở đó, mạng có thể triển khai các dịch vụ rất đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng nhu cầu về các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú Việc quản lý mạng được thực hiện đơn giản, tập trung, nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí vận hành, bảo dưỡng Với tính linh hoạt và độ ổn định cao, mạng dễ dàng mở rộng dung lượng phát triển dịch vụ mới Do vậy, sự phát triển lên mạng NGN là một xu thế tất yếu

hỗ trợ QoS Trong đó các chức năng liên quan đến dịch vụ là độc lập với các

công nghệ liên quan đến truyền tải bên dưới NGN cho phép người dùng truy nhập mạng không giới hạn và truy nhập tới những nhà cung cấp dịch vụ cạnh tranh trên thị trường, các dịch vụ mà họ lựa chọn NGN hỗ trợ khả năng di động cho phép người dùng có thể sử dụng dịch vụ một cách ổn định mọi lúc, mọi nơi

Nền tảng của cấu trúc NGN là sự tách biệt dịch vụ và truyền tải nên mạng NGN được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:

 Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú,

đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện

 Mạng có cấu trúc đơn giản

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

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

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

Mạng viễn thông hiện tại bao gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng hỗn tạp, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới cần tuân theo các chỉ tiêu sau:

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

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

Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại Cùng với

sự thay đổi ở lớp truy nhập và truyền dẫn, chức năng chuyển mạch của tổng đài

có sự thay đổi cơ bản là chức năng điều khiển được tách khỏi tổng đài Lớp điều khiển sử dụng một phần mềm chuyển mạch thông minh gọi là Softswitch

1.1.1.2 Mô hình mạng NGN của ITU

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ điện tử, tin học, viễn thông, các yêu cầu ngày càng gia tăng cả về số lượng, chất lượng và loại hình dịch vụ,

sự ra đời của các sản phẩm thiết bị mới đã ảnh hưởng mạnh mẽ đối với cấu trúc

mạng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự tồn tại và phát triển của các hãng sản xuất cung cấp thiết bị, các nhà khai thác viễn thông

Với sự tham gia của các hãng và các nhà khai thác này, mạng thế hệ sau

là vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều tổ chức viễn thông nhầm hướng tới một

mô hình cấu trúc mạng mới trên nền tảng công nghệ hiện đại, đầu tư hiệu quả, đáp ứng các nhu cầu phát triển phong phú đa dạng các dịch vụ

Tuy nhiên cho đến thời điểm này, chưa có một mô hình nào được các tổ chức viễn thông chính thức xem như mô hình chuẩn cho mạng NGN, các kết quả nghiên cứu hầu hết vẫn đang ở dạng được tiếp tục phát triển

Sau đây là mô hình cấu trúc mạng NGN của ITU đưa ra:

Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN nằm trong mô hình lớn của cấu trúc hạ tầng thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure) do ITU đưa ra

Hình 1.1: Các chức năng GII và mối quan hệ của chúng

Mô hình này bao gồm 3 lớp chức năng sau đây:

- Các chức năng ứng dụng

- Các chức năng trung gian bao gồm:

 Các chức năng điều khiển dịch vụ

 Các chức năng quản lý

- Các chức năng cơ sở bao gồm:

 Các chức năng mạng (bao gồm chức năng chuyển tải và chức năng điều khiển)

 Các chức năng lưu giữ và xử lý

 Các chức năng giao diện người-máy Phần mạng truy nhập bao gồm các kết nối:

- Vô tuyến: Điện thoại không dây/ thông tin di động…

- Hữu tuyến đối với đầu cuối thoại, TV, máy tính …

- Kết nối với mạng truy nhập khác

Trong khuyến nghị Y.120 ITU đưa ra mô hình tham chiếu với các loại điểm tham chiếu, tương ứng với các loại điểm tham chiếu này là các loại giao diện kết nối (đang tiếp tục được ITU nghiên cứu)

Mô hình thực hiện của GII được phân đoạn như sau:

- Phân đoạn mạng quốc tế

- Phân đoạn mạng lõi (Core)

- Phân đoạn mạng truy nhập (Access)

- Phân đoạn mạng khách hàng

Các ứng dụng dịch vụ thông tin qua các giao diện có thế giao tiếp với phần mạng khách hàng, phần mạng truy nhập hoặc phần mạng lõi

Các phần mạng này đều có 2 chức năng:

 Chức năng chuyển tải

 Chức năng điều khiển

1.1.2 Cấu trúc phân lớp chức năng của mạng NGN

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

Hình 1.2: Cấu trúc phân lớp của mạng NGN

Về cơ bản mạng NGN được chia thành 5 phân lớp chức năng như sau: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp điều khiển, lớp ứng dụng, lớp quản lý Mỗi phân lớp có chứa một số phần tử chức năng cơ bản như: máy chủ điều khiển cuộc gọi (Call server) hay còn gọi là chuyển mạch mềm (Softswitch), cổng truy nhập (Media Gateway) và máy chủ dịch vụ (Feature Server)

Theo cấu trúc phân lớp hình 1.2, NGN đã tách lớp điều khiển ra khỏi lớp truyền tải Điều này cho phép cấu trúc mạng lõi của NGN thực hiện việc kết nối

và điều khiển cuộc gọi một cách linh hoạt hơn thông qua việc định tuyến các gói tin trên nền IP Chức năng các lớp trong cấu trúc NGN như sau:

+ Lớp truy nhập: Bao gồm mạng truy nhập vô tuyến, cung cấp các kết nối các thiết bị đầu cuối thuê bao di động với mạng Trong lớp truy nhập, các thiết

bị đầu cuối có thể sử dụng các công nghê truy nhập vô tuyến khác nhau để kết nối vào mạng

+ Lớp truyền tải: Bao gồm các nút chuyển mạch IP và hệ thống truyền dẫn nhằm cung cấp các chức năng chuyển mạch, định tuyến các gói tin trao đổi giữa các thuê bao trong mạng

+ Lớp điều khiển: là lớp trên của lớp truyền tải Khác với chức năng như

ở cấu trúc mạng mobile thông thường, lớp điều khiển của mạng NGN-Mobile ngoài việc thực hiện các chức năng kết nối cuộc gọi, lớp này còn thực hiện các chức năng quản lý thuê bao, nhận thực, phân quyền hay tính cước cho các thuê

bao trong mạng v.v Các phần tử mạng trong lớp này là các Softswitch hay Call Server

+ Lớp ứng dụng: Bao gồm các giao thức lớp trên cung cấp các ứng dụng

và dịch vụ trong mạng thông qua lớp điều khiển Trong phân lớp này sử dụng các phần tử mạng như các máy chủ dịch vụ với các liên kết mở API

1.2 NGN di động

1.2.1 NGN-Mobile là gì ?

Với yêu cầu cung cấp các dịch vụ số liệu, đặc biệt là dịch vụ truyền thông

đa phương tiện, mạng thông tin di động hiện nay cũng đang phát triển theo cấu trúc NGN Có thể nói, các tổ chức tiêu chuẩn 3GPP và 3GPP2 đóng vai trò chủ yếu trong việc xây dựng kiến trúc mạng NGN-Mobile cho các hệ thống thông tin di động dựa trên mạng lõi GSM và CDMA Xu hướng phát triển theo cấu trúc NGN của mạng lõi 3GPP bắt đầu từ Release 4 (R4), sau đó được hoàn thiện bởi Release 5 (R5) và Release 6 (R6) với khả năng hỗ trợ các dịch vụ thông tin

đa phương tiện Về nguyên tắc, có thể xây dựng mạng thông tin di động Mobile dựa trên các cấu trúc: mạng lõi R4 hoặc cấu trúc mạng lõi R5&R6

NGN-Các nhà khai thác mạng GSM hiện nay chủ yếu đang ở giai đoạn R99 Họ

có thể lựa chọn các giải pháp triển khai nâng cấp như sau:

+ Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R4

+ Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R5

+ Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R4 -> Mạng lõi R5

Việc lựa chọn giải pháp nâng cấp mạng của mỗi nhà khai thác cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, như hiện trạng mạng hiện tại; chiến lược phát triển mạng/dịch vụ; chi phí đầu tư Điều này cho phép nhà khai thác lựa chọn phương án triển khai mạng phù hợp

Trên thị trường thế giới hiện nay, các hãng sản xuất thiết bị mạng thông tin di động đã tung ra các sản phẩm thiết bị mạng lõi dựa trên tiêu chuẩn R4 và R5 Nhiều nhà khai thác đang có chiến lược phát triển hướng tới một mạng lõi theo cấu trúc NGN-Mobile nhằm xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng truyền tải chung cũng như khả năng cung cấp, quản lý linh hoạt tất cả các loại hình dịch vụ/ứng dụng

1.2.2 Xu hướng phát triển mạng thông tin di động của 3GPP/3GPP2 theo hướng NGN

Tổ chức 3GPP thực hiện chuẩn hoá công nghệ WCDMA cho hệ thống thông tin di động 3G UMTS Cho đến nay, mạng lõi UMTS đã được phát triển theo 3 Release cơ bản: R99, R4, R5, R6 đang trong quá trình thực hiện chuẩn hoá Sau đây sẽ phân tích những thay đổi trong quá trình chuyển đổi cấu trúc mạng lõi của 3GPP theo hướng NGN Mạng thông tin di động 3G-Cdma2000 của 3GPP2 cũng có sự phát triển hướng theo cấu trúc NGN, tương tự như mạng lõi của 3GPP

1.2.2.1 Mạng lõi 3GPP R99

Mô tả kiến trúc phân tách theo loại hình dịch vụ (chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh) của mạng lõi UMTS R99

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

Tiêu chí của cấu trúc theo R99 bao gồm: tương thích ngược với GSM, hỗ trợ truy nhập các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao; và quản lý được QoS Như đã chỉ ra trong hình 1.3, có hai loại mạng truy nhập vô tuyến có thể kết nối với mạng lõi (CN) của 3GPP: hệ thống BSS của GSM và RNS của UTRAN Các mạng truy nhập vô tuyến này kết nối với mạng CN thông qua các giao diện chuẩn Cụ thể, BSS của GSM kết nối với miền CS qua giao diện A và miền PS qua giao diện Gb; UTRAN kết nối với miền CS qua giao diện Iu-cs và tới miền PS qua giao diện Iu-ps Miền CS (Circuit-Switched Domain) cung cấp các dịch vụ chuyển

mạch kênh dựa trên tổng đài MSC (bao gồm cả GSM), trong khi miền PS (Packet-Switched Domain) cung cấp kết nối IP giữa Mobile và các mạng IP (bao gồm cả GPRS)

1.2.2.2 Mạng lõi 3GPP R4/R5

Có thể nói cấu trúc mạng lõi theo R00 phát triển tiếp sau R99, hay hiện nay được chia thành hai pha R4 và R5, được gọi là cấu trúc mạng chuyển tiếp nhằm tiến tới cấu trúc NGN toàn IP trong tương lai Các tiêu chí đặt ra cho cấu trúc R4/5 bao gồm: tương thích với R99; bổ sung thêm các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP; và hỗ trợ hiệu quả VoIP vô tuyến đối với dịch vụ đa phương tiện Điểm cần lưu ý là trong cấu trúc R4/R5, vẫn tồn tại hai miền tách biệt CS

và PS, R5 chính thức đưa ra khái niệm hệ thống IMS:

+ Miền CS vẫn tồn tại và hỗ trợ khả năng tương thích ngược hoàn toàn đối với các dịch vụ miền CS R99, có thể thực hiện miền này bằng cách nâng cấp MSC thành MSC Server và Media Gateway

+ Miền PS tiếp tục hỗ trợ các kết nối IP, được nâng cấp thêm để hỗ trợ QoS đối với các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP

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

Mặc dù các nhóm tiêu chuẩn của 3GPP đã chia R00 thành R4 và R5 dựa trên tiêu chí phát triển hệ thống theo từng pha Ở đây, với quan điểm tổng thể về

sự phát triển của cấu trúc mạng, đề cập đến các hệ thống R4 và R5 như một hệ thống R00 Để có được khả năng truy nhập độc lập và đảm bảo được sự kết nối thông suốt các thiết bị đầu cuối hữu tuyến thông qua Internet, R00 hướng tới tương thích với các tiêu chuẩn Internet của IETF ở những nơi sử dụng giao thức này, chẳng hạn R00 hỗ trợ giao thức SIP Để đáp ứng VoIP, kiến trúc R00 cũng

hỗ trợ tập tối thiểu các phương thức codec bắt buộc và các tuỳ chọn giao thức bắt buộc đối với các dịch vụ VoIP

Hình 1.4: Kiến trúc tham chiếu R00 (R4 và R5) (Nguồn: 3GPP)

Mô tả kiến trúc tổng quát của R00 Trong kiến trúc này, đối với miền PS, xuất hiện các phần tử mới so với kiến trúc R99 thuộc về Phân hệ IMS, nó là phần tử lõi của cấu trúc mạng NGN-Mobile hiện nay Cấu trúc của phân hệ đa phương tiện dựa trên IP (Ip Multimedia Subsystem- IMS) bao gồm các phần tử sau: P-CSCF (Proxy Call Session Control Function), I-CSCF (Interrogating CSCF), S-CSCF (Serving CSCF), SGW (Signalling Gateway), MGW (Media Gateway), MGCF (Media Gateway Control Function), BGCF (Breakout Gateway Control function), MRFP (Multimedia Resource Function Processor), MRFC (Multimedia Resource Function Controller)

IMS với giao thức nền là SIP, với các tính năng khởi tạo phiên thời gian thực, cho phép các nhà khai thác phát triển và quản lý các dịch vụ dữ liệu di động một cách linh hoạt và hiệu quả Các nhà khai thác luôn mong muốn mạng của họ hỗ trợ các giao diện chuẩn kết nối tới IMS cho phép hỗ trợ các dịch vụ liên mạng và khả năng kết nối tới các nhà cung cấp nội dung/ứng dụng bên thứ

ba Hệ thống tiêu chuẩn và đề xuất phát triển IMS của 3GPP hiện nay đã bắt đầu được công nghiệp viễn thống vô tuyến và hữu tuyến chấp thuận

Hình 1.5: Kiến trúc phân lớp chức năng của IMS

Đối với các mạng di động, IMS cho phép các nhà khai thác giới thiệu nhiều loại hình dịch vụ hấp dẫn, như Push-to-Talk, một cách hiệu quả và linh hoạt Đối với các nhà khai thác mạng cố định, IMS sẽ khơi mào cho sự phát triển bùng nổ các ứng dụng VoIP và dựa trên SIP thông qua truy nhập băng rộng Mong muốn chung của các nhà khai thác viễn thông hiện nay là họ không chỉ thu được lợi nhuận từ việc truyền tải các bít dữ liệu mà còn từ việc cung cấp

đa dạng các dịch vụ tiềm năng dựa trên nền IP

1.2.2.3 Kiến trúc tích hợp theo mô hình NGN của R00 (R4/R5)

Kiến trúc tích hợp theo mô hình NGN của R00 nhìn ở quan điểm phân lớp chức năng bao gồm 4 lớp chức năng: Lớp truy nhập bao gồm các phương thức truy nhập vô tuyến, hữu tuyến; Lớp truyền tải gói đường trục dựa trên nền IP; Lớp điều khiển với phần tử lõi là IMS; và Lớp dịch vụ bao gồm các Server cung cấp dịch vụ Lớp dịch vụ kết nối với Lớp điều khiển thông qua các hàm giao diện lập trình ứng dụng (API) cho phép cung cấp, phát triển, mở rộng dịch vụ một cách mềm dẻo và linh hoạt Kiến trúc này cũng cho thấy xu hướng hội tụ các phương thức truy nhập mạng khác nhau tới một mạng lõi NGN duy nhất

So với kiến trúc mạng UMTS R99, kiến trúc mạng R00 có những đặc điểm nổi bật:

+ Mạng lõi UMTS R00 có cấu trúc phân lớp, bao gồm 4 lớp cơ bản: Lớp truy nhập với nhiều phương thức truy nhập khác nhau (vô tuyến và hữu tuyến); Lớp truyền tải IP/ATM; Lớp điều khiển; và Lớp ứng dụng Đây chính là kiến trúc hướng tới một mạng lõi NGN duy nhất

+ Bắt đầu từ R4, miền CS đã tách phần điều khiển MSC Server ra khỏi phần truyền tải MGW (Media GateWay) R5 chính thức đưa ra khái niệm Phân

hệ IP đa phương tiện (IMS) cho phép cung cấp và quản lý các dịch vụ truyền thông đa phương tiện dựa trên nền IP tới đầu người sử dụng

Hình 1.6: Kiến trúc tích hợp theo R00 (R4/R5)

1.2.2.4 Kiến trúc mạng lõi 3GPP tương lai

Sau giai đoạn chuyển tiếp với kiến trúc R00 (bao gồm R4 và R5), dịch vụ

đa phương tiện dựa trên IP đã trở nên phổ biến, 3GPP hướng tới một hạ tầng tích hợp hoàn toàn dựa trên một hệ thống lõi chuyển mạch gói, như các tiêu chí dịch

vụ đối với kiến trúc này bao gồm: chuyển các dịch vụ cơ bản thành dịch vụ đa phương tiện dựa trên nền IP và sự phát triển rộng khắp của các dịch vụ IP đa phương tiện bên ngoài mạng UMTS

Đến lúc này, có thể giả thiết rằng, phân hệ IMS phát triển tới mức có thể đóng vai trò thay thế việc cung cấp dịch vụ trước đây vốn được miền CS thực hiện Chúng ta thấy rằng, miền PS vẫn tiếp tục được giữ lại trong khi miền CS

đã bị loại bỏ Một vấn đề lớn sẽ gặp phải với hệ thống này chính là việc tích hợp dịch vụ và các vấn đề bảo mật vẫn đang trong tiến trình chuẩn hoá của 3GPP/3GPP2

Hình 1.7: Kiến trúc mạng UMTS trong tương lai

Ưu điểm của mạng NGN-Mobile:

Xu hướng hội tụ và tích hợp về công nghệ lẫn dịch vụ đang diễn ra rất mạnh mẽ trong mạng viễn thông ngày nay Giải pháp mạng NGN sẽ cho phép chúng ta thực hiện thành công cuộc cách mạng này Các lợi ích chính của mạng NGN-Mobile không nằm ngoài khả năng cung cấp mềm dẻo và đa dạng nhiều loại hình dịch vụ, đặc biệt là dịch vụ thông tin đa phương tiện thời gian thực, các dịch vụ dữ liệu phong phú Sau đây là một số ưu điểm cơ bản của mạng NGN-Mobile:

+ Một mạng lõi duy nhất: mạng lõi dựa trên công nghệ chuyển mạch gói,

cho phép tối ưu khả năng sử dụng tài nguyên

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

tuyến lẫn hữu tuyến

+ Kiến trúc mở: các nhà phát triển dịch vụ/ứng dụng bên thứ ba dễ dàng

tham gia vào việc cung cấp dịch vụ bằng cách sử dụng các hàm mở API (Application Programming Interface) do mạng cung cấp

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

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

Tuy có rất nhiều ưu điểm như trên, nhưng cũng cần giải quyết nhiều vấn

đề liên quan đến cấu trúc mạng NGN-Mobile, bao gồm:

+ Vấn đề bảo mật, tính tin cậy, và khả năng thực thi: NGN-Mobile là

mạng có cấu trúc mở hỗ trợ nhiều loại ứng dụng với nhiều mức chất lượng khác nhau do vậy vấn đề bảo mật, đảm bảo chất lượng dịch vụ sẽ càng khó khăn hơn

+ Vấn đề phát triển phần mềm: mạng NGN-Mobile là cơ hội rất lớn cho

các nhà phát triển phần mềm ứng dụng, sẽ có rất nhiều phần mềm được sử dụng lại Việc tích hợp các ứng dụng sử dụng các thành phần phần mềm trung gian do nhiều nhà cung cấp làm phức tạp mạng cung cấp dịch vụ

+ Vấn đề tiêu chuẩn kết nối mạng: mạng NGN-Mobile hỗ trợ rất nhiều

giao thức kết nối mạng Do đó việc phối hợp hoạt động suôn sẻ giữa các giao thức đang là một vấn đề cần giải quyết

Sự phát triển bùng nổ của mạng Internet, nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói di động ngày càng tăng, đặc biệt là các dịch vụ truyền thông đa phương tiện dựa trên nền IP chính là động lực thúc đẩy sự phát triển của công nghệ mạng thông tin di động theo một kiến trúc mới tiến tiến, mềm dẻo và linh hoạt hơn, cấu trúc NGN Có thể nói rằng trong cấu trúc NGN-Mobile, phân hệ IP đa phương tiện chính là phần tử lõi của hệ thống có vai trò như một hạ tầng chung hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện và hiện nay, đã có rất nhiều nhà khai thác mạng thông tin di động trên thế giới triển khai nâng cấp mạng của họ theo cấu trúc mạng NGN-Mobile

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MẠNG HỘI TỤ

2.1 Lý do ra đời mạng hội tụ

Mạng di động của Việt Nam đã có những bước tiến nhảy vọt với 6 nhà cung cấp dịch vụ di động và số lượng thuê bao di động ngày một tăng Đồng thời, mạng NGN cố định cũng đã được triển khai cùng với nhiều dịch vụ giá trị gia tăng Tuy nhiên, thuê bao của mạng này không thể sử dụng dịch vụ của mạng khác Để tăng nguồn thu cho nhà cung cấp mạng cố định cũng như bổ sung dịch vụ có sẵn trên mạng cố định cho các thuê bao di động, sự hội tụ cố định – di động là một hướng đi tất yếu của ngành viễn thông trong tương lai, nhằm đáp ứng được nhu cầu của khách hàng cũng như nhà cung cấp dịch vụ Quá trình hội tụ này mang lại lợi ích cho cả người sử dụng và các nhà cung cấp dịch vụ, cụ thể:

Thứ nhất là về 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 tòa nhà… Chính điều này đã làm giảm đáng kể chi phí triển khai và vận hành (OPEX và CAPEX) Về phía nhà cung cấp mạng

cố định, họ dùng giải pháp hội tụ để cung cấp dịch vụ quadruple-play đến người dùng Lợi ích về phía người dùng là họ sẽ được hưởng các mức giá ưu đãi (rất rẻ thậm chí miễn phí) khi dùng dịch vụ thoại tại nhà (thông qua WiFi hay femtocell) Về phía các công ty, 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

Thứ hai là 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 tòa nhà cũng như những khu vực xa xôi mà không cần thiết phải triển khai cơ sở hạ tầng mạng di động Đối với các khu vực xa xôi, việc triển khai các trạm phát sóng, triển khai đường back-haul để phục vụ một số ít người dùng là quá tốn kém và không có 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

Thứ ba là dung lượng: 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 truyền tải khối lượng lớn traffic Do đó, đối với các ứng dụng như video streaming, chia sẻ nội dung,…tại từng thời điểm, người dùng (nếu có thể) sẽ được chuyển giao sang kết nối với mạng WiFi, WiMAX hay IP-based femtocell 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 sử dụng 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

Thứ tư là tiện ích: Hội tụ cố định - di động cải tiến đáng kể tính hữu dụng của các dịch vụ cũng như cung cấp nhiều tiện ích 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 hình dịch vụ và chỉ phải trả một biên lai thu tiền hàng tháng Chính điều này sẽ làm giảm tỉ lệ churn (bỏ nhà cung cấp dịch vụ này sang dùng dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ khác) đồng thời tăng ARPU (Average Revenue Per User ), doanh thu bình quân của một thuê bao/tháng

Theo ETSI Ad Hoc Group [5] thì hội tụ cố định và di động được định

nghĩa như sau: “Hội tụ cố định và di động là sự cung cấp năng lực của mạng và

khả năng dịch vụ độc lập so với kỹ thuật truy nhập Nghĩa là không cần thiết hội

tụ các mạng về mặt vật lý Nó cũng liên quan đến sự phát triển về khả năng mạng hội tụ và hỗ trợ các chuẩn Tập hợp các chuẩn này có thể được sử dụng

để cung cấp một tập các dịch vụ nhất quán qua truy nhập cố định hoặc di động tới các mạng cố định hoặc di động, công cộng hoặc mạng riêng”

2.2 Ba nội dung của khái niệm Hội tụ

Khái niệm hội tụ cố định – di động thường được sử dụng để ám chỉ việc tích hợp công nghệ hữu tuyến và công nghệ vô tuyến Tuy nhiên, khái niệm hội

tụ không chỉ dừng lại ở đó mà còn mở rộng thành sự hội tụ giữa media, số liệu

và viễn thông và có thể được chia thành 3 nhóm khác nhau đó là: hội tụ dịch vụ, hội tụ thiết bị và hội tụ mạng:

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

và phát triển dịch vụ di động và cố định không có sự khác biệt Do đó, 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 sẽ tốt hơn, các loại hình dịch vụ sẽ được phát triển đa dạng hơn

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 lẫn cố định Hội tụ về thiết

bị được thực hiện trên cả 4 phân lớp (hình 2.2):

 Lớp ứng dụng: sử dụng chung máy chủ cung cấp dịch vụ cho cả hai mạng

 Lớp điều khiển: sử dụng chung các thiết bị điều khiển như softswitch (hoặc IMS), các thiết bị quản lý kết nối, cổng báo hiệu,…

 Lớp truyền tải: sử dụng cùng một phương tiện truyền dẫn, các cổng phương tiện, các thiết bị chuyển mạch

 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 hai khả thi hơn vì tận dụng được hầu hết các mạng truy nhập sẵn có: CDMA2000, WCDMA, GSM, hữu tuyến băng rộng và WLAN

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, đem lại hiệu quả kinh

tế cho nhà khai thác mạng

Khái niệm hội tụ là một khái niệm tương đối mở, tuy nhiên kiến trúc của mạng hội tụ cần hướng tới các mục tiêu như sau:

 Sử dụng một cơ sở hạ tầng truyền tải chung dựa trên công nghệ IP

 Có kiến trúc báo hiệu IP chung cho các dịch vụ đa phương tiện có yêu cầu báo hiệu (các dịch vụ truyền số liệu sẽ không cần báo hiệu IP)

 Môi trường kiến tạo dịch vụ mở, có giao diện chuẩn mở với phần báo hiệu IP, cho phép triển khai dịch vụ của nhà khai thác cũng như của bên thứ 3

 Cho phép truy nhập mạng bằng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau (như xDSL, WLAN, 3G)

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 kế hoạch và vận hành 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 hoá, các dịch vụ mới dành riêng cho một phân đoạn thị trường nào đó sẽ được phát triển và triển khai dễ dàng và hiệu quả hơn

2.2.1 Các nghiên cứu về cấu trúc mạng hội tụ

2.2.1.1 Cấu trúc mạng hội tụ theo ITU-T

Kiến trúc FMC dựa trên nền IMS để truyền tải dịch vụ giữa các mạng cố định và di động được mô tả như hình 2.1

Hình 2.1: Cấu trúc FMC theo ITU-T [14]

Trong đó:

Fixed PS AN: Mạng truy nhập chuyển mạch kênh cố định

Mobile PS AN: Mạng truy nhập chuyển mạch kênh di động

Mobile CS AN: Mạng truy nhập chuyển mạch gói di động

PS Core Convergence: Hội tụ mạng lõi chuyển mạch kênh

Mobile CS core: Mạng lõi chuyển mạch gói di động

IMS Convergence: Hội tụ IMS

PS/CS Convergence: Hội tụ chuyển mạch kênh/chuyển mạch gói

IWF (Inter – Working Function): Chức năng liên mạng

Mặt phẳng hội tụ IMS đƣợc sử dụng để truyền tải dịch vụ giữa các thiết bị đầu cuối đƣợc kết nối vào các mạng truy nhập cố định và di động khác nhau Nó cũng cho phép cung cấp dịch vụ một cách liên tục cho các thiết bị đầu cuối đa mode (là các thiết bị có thể kết nối vào cả điểm truy nhập cố định và di động)

Mạng FMC đƣợc kiến trúc để cung cấp dịch vụ liên tục giữa mạng chuyển mạch gói đƣợc điều khiển bới IMS và các mạng chuyển mạch kênh di động Chức năng hội tụ PS/CS đóng vai trò là cầu nối giữa mạng điều khiển IMS và mạng chuyển mạng kênh di động, cho phép hội tụ dịch vụ tại lớp ứng dụng FMC và chức năng liên mạng lớp truyền tải

Chức năng liên mạng thực hiện chuyển giao liên mạng giữa các giao thức đƣợc sử dụng bên trong mạng điều khiển IMS và các giao thức quản lý di động phù hợp khác

Nhƣ vậy theo ITU, mạng hội tụ FMC có cấu trúc phân lớp nhƣ sau:

Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp mạng hội tụ [1 ]

Cấu trúc chức năng mạng FMC tuân theo mô hình cấu trúc phân lớp cho mạng NGN của ITU-T [8], đƣợc phân thành 4 lớp:

 Lớp quản lý ứng dụng (lớp dịch vụ): bao gồm các máy chủ ứng dụng AS, máy chủ đa phương tiện, lưu trữ thông tin người dùng, khối chức năng điều khiển tính cước

 Lớp điều khiển: bao gồm các thành phần chính của mạng lõi IMS có chức năng điều khiển cuộc gọi/ phiên kết nối, quản lý tài nguyên đa phương tiện, định tuyến, chức năng liên mạng, chức năng điều khiển biên kết nối

 Lớp truyền tải: bao gồm phân lớp điều khiển truyền tải và phân lớp truyền tải cho phép truy nhập mạng và định tuyến lưu lượng các luồng đa phương tiện trong suốt một phiên truyền thông

 Khối các chức năng điều khiển truyển tải: cung cấp các chức năng kiểm soát tài nguyên và truy cập, điều khiển cổng, điều khiển chấp nhận kết nối, cấp quyền cho người sử dụng dựa trên thông tin của người dùng theo các chính sách của nhà khai thác và độ khả dụng của tài nguyên mạng

 Khối các chức năng truyền tải: quy định kết nối cho tất cả các thành phần và các khối chức năng riêng lẻ trong FMC, có khả năng hỗ trợ cho việc truyền tải thông tin truyền thông cũng như thông tin điều khiển và quản lý Khối này bao gồm các chức năng truy nhập mạng, các chức năng biên, các chức năng truyền tải lõi và các chức năng cổng (MGF, BGF, SGF )

 Lớp mạng truy nhập: bao gồm các phần tử hệ thống thực hiện việc kết nối thuê bao với hệ thống cung cấp dịch vụ Trong mạng hội tụ có rất nhiều các phương thức truy nhập khác nhau đòi hỏi những ký thuật thực hiện và quản lý truy nhập riêng

2.2.1.2 Cấu trúc mạng hội tụ FMC theo 3GPP

Cấu trúc mạng FMC theo 3GPP (hình 2.3 ) cũng tuân theo mô hình phân lớp chức năng của ITU-T, bao gồm 4 lớp:

Lớp quản lý ứng dụng: bao gồm các thành phần chức năng sau:

3GPP AAA (Authentication/Authorization/Accounting) server: 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

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

HSS (Home Subscriber 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 (Subscriber 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 (lớp lõi IMS): Các chức năng của nó bao gồm:

Chức năng điêu 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

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

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

Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp

dịch vụ là điểm liên lạc cho tất cả các kết nối 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 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

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

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

quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương tiện trong MRFP (Media Resource Function Processor), giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng dụng 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 dụng dịch vụ, chuyển đổi định dạng (transcoding) nội dung

Lớp truyền tải:

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

và mạng truy nhập

SBC (Session Border Controllers): được biết đến như một chức năng điều

khiển lưu trú trong IMS Đây là các cổng kết nối IP to IP triển khai tại điểm tiếp giáp giữa mạng IMS và các mạng khác (NNI-Network to Network Interface) Đối với một mạng truy nhập băng rộng, P-CSCF và các chức năng điều khiển trong IMS có thể hoạt động giống như một SBC nhằm hỗ trợ các giao diện mạng cho người sử dụng (UNI-Network to User 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

MG (Media Gateway): được điều khiển bởi MGCF, đáp ứng các kết nối

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

GGSN ( Gateway GPRS Support Node): đóng vai trò là một gateway kết

nối giữa IMS và mạng các mạng ở ngoài (như Internet hoặc các mạng GPRS

khác) trong kiến trúc của mạng tế bào Vài 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

SGSN (Serving GPRS Support Node): là một phần tử nhằm nối kết giữa

mạng truy nhập (RAN) và gateway GGSN Vài trò chính của SGSN là: Xác thực các UE đang dùng dịch vụ GPRS nối kết với nó; Quản lý việc đăng ký của một

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…

WAG (WLAN Access Gateway): Cổng kết nối truy nhập WLAN với máy

chủ AAA hoặc chuyển tiếp tới PDG

PDG (Packet Data Gateway): cổng dữ liệu gói: có nhiệm vụ chuyển tiếp

dữ liệu tới mạng lõi IMS, mạng dữ liệu gói PDN hoặc bộ tính cước trực tuyến OCS

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

Chức năng quyết định chính sách dịch vụ S-PDF (Serving Policy Decision

Function), dưới yêu cầu của các ứng dụng, sẽ tạo ra các quyết định về chính

sách (policy) Bằng cách sử dụng S-DPF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ

PDN (Packet Data Network): mạng dữ liệu gói

Lớp truy nhập:

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

đã được định nghĩa bởi 3GPP: GENRAN, 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

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 như hình vẽ 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

đƣợc sử dụng cho việc nhận thực, cấp phép cho mạng truy nhập WLAN và định

vị kết nối tới mạng IP (ví dụ: mạng Internet)

Hình 2.3: Cấu trúc FMC theo 3GPP [TR 23.882]

2.2.1.3 Cấu trúc mạng hội tụ theo 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 2.4 dưới đây mô tả kiến trúc mạng FMC dựa trên mạng lõi MMD được định nghĩa bởi 3GPP2:

Hình 2.4: Cấu trúc FMC theo 3GPP2 [TR 23.882]

MMD (Multimedia Domain): là cấu trúc phát triển tiếp theo của cấu trúc

mạng lõi CDMA2000 Tổ chức và chức năng của 3GPP2-MMD tương tự như chức năng và cấu trúc mạng lõi R5,R6 theo mô hình IMS của 3GPP Cấu trúc 3GPP2-MMD kế thừa những tính năng của LMSD và bổ sung thêm các thực thể MMD 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 Session 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

2.2.1.4 Cấu trúc mạng hội tụ theo TISPAN

Ban đầu, SIP trong IMS được phát triển cho IP trên cở 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 ETSI TISPAN như hình vẽ 2.5

Kiến trúc FMC của TISPAN bổ sung thêm hai khối chức năng so với IMS của 3GPP là phần Kết nối mạng NASS (Network Attachment Subsystem ) và Điều khiển truy nhập và tài nguyên RASC (Recource and Adminssion Control Subsystem)

Trong đó, kiến trúc FMC của TISPAN bao gồm các thành phần chức năng sau :

Khối thiết bị người dùng:

TE (Terminal Equipment): thiết bị đầu cuối của người sử dụng

CGN (Customer Network Gateway): cống kết nối người dùng với mạng truy

nhập

Hình 2.5: Cấu trúc mạng FMC theo ETSI TISPAN [13]

Lớp mạng truy nhập:

L2 (Layer 2): lớp 2

ARF (Access Relay Function): chức năng chuyển tiếp truy nhập giữa thiết bị

người dùng và phân hệ NASS ARP đóng vai trò chuyển tiếp DHCP (co thể bổ sung thông tin trước khi chuyển tiếp bản tin) hoặc chuyển tiếp từ PPP tới Radius

L2TF (Layer 2 Terminal Function): chức năng kết cuối lớp 2 kêt thúc các thủ

tục lớp 2 của mạng truy nhập

Lớp truyền tải:

RCEF (Resource Control Enforcement Function): chức năng tăng cường điều

khiển tài nguyên, nó cũng là một kiểu BGF thực hiện một tập còn các chức năng thu gọn của BGF thông thường (áp đặt chính sách lên lưu lượng lối vào, đánh dấu gói tin, mở/đóng cổng-lọc gói tin dựa trên địa chỉ IP hay số cổng) và lưu giữ

mô hình của các tài nguyên mạng truy nhập

C-BGF (Core-Border Gateway Function):chức năng cổng biên cung cấp giao

diện giữa các miền truyền tải IP Nó được đặt giữa mạng truy nhập và mạng lõi, bao gồm các chức năng như RCEF và thêm các chức năng khác như: phân bổ và biên dịch các địa chỉ IP và sô cổng (NAPT), phân bổ tài nguyên và dành trước băng tần

NASS (Network Attachment Subsystem) bao gồm các chức năng sau:

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)

CLF (Connectivity Session Location and Repository Function): nhận thực người

dùng tại lớp IP trước và trong quá trình cấp phát địa chỉ IP

UUAF (User Access Authorization Function): cấp quyền truy nhập và thu thập

thông tin tính cưới cho người sử dụng

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

CNGCF (CNG Configuration Function): chức năng cấu hình mạng truy nhập

người dùng

RACS (Resource & Admission Control Functionality): Chức năng 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)

Chức năng quyết định chính sách dịch vụ S-PDF (Serving Policy Decision

Function), dưới yêu cầu của các ứng dụng, sẽ tạo ra các quyết định về chính

sách (policy) bằng việc sử dụng các luật chính sách và chuyển những quyết định này tới A-RACF S-DPF 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-DPF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ

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

Lớp ứng dụng dịch vụ:

Có 2 loại ứng dụng:

ASF-1 (Applications Server Funtion -1): là loại dịch vụ không sử dụng phân hệ

điều khiển IMS mà kết nối trực tiếp tới RACS

ASF-2: sử dụng phân hệ điều khiển dịch vụ IMS

UPSF (User Profile Server Function): chức năng server lưu trữ thông tin người

dùng

SLF (Subscription Locator Function): chức năng định vị người dùng

Cấu trúc của TISPAN có tính tổng quát nhất về FMC, nó có sự kế thừa từ mô hình NGN của MSF và cấu trúc điều khiển IMS của 3GPP

2.2.2 Hội tụ dịch vụ cố định – di động dựa trên truy nhập di động không cấp phép UMA [1]

Trong năm 2005, nhiều nỗ lực đã thực hiện trong nền công nghiệp viễn thông nhằm xây dựng và triển khai các dịch vụ hội tụ cố định và di động (FMC) Trong những nghiên cứu này có nghiên cứu về UMA Đây là công nghệ cho phép chuyển giao giữa mạng di động và WLAN

Những nỗ lực nghiên cứu về công nghệ UMA được khởi đầu bởi nhiều công ty viễn thông và những nhà khai thác viễn thông hàng đầu trên thế giới từ tháng 1 năm 2004 Mục tiêu của những nghiên cứu này nhằm tạo ra các tiêu chuẩn hỗ trợ truy nhập cho các mạng vô tuyến không cần cấp giấy phép tới mạng lõi GSM Nhóm nghiên cứu về UMA được thành lập bởi các công ty hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông như: Cingular, T-mobile, BT, Kineto Wireless, Ericsson, Motorola và Nokia Mục tiêu của nhóm nghiên cứu này là nhằm phát triển một bộ tiêu chuẩn mở cho phép mở rộng việc cung cấp các dịch vụ thoại và

số liệu của mạng GSM/GPRS trên nền các công nghệ sử dụng phổ tần không cần cấp phép (như Bluetooth, WLAN/802.11), đồng thời khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi tiêu chuẩn này của các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới (3GPP)

UMA được đề xuất với nhóm nghiên cứu tiêu chuẩn kỹ thuật GERAN của 3GPP vào tháng 6 năm 2004 Sau một thời gian ngắn, UMA đã được chuẩn hóa dưới tên gọi là Generic Access to A/Gb interface (GAN) Tiêu chuẩn này đã được chính thức thông qua vào tháng 4 năm 2005 Tiêu chuẩn UMA/GAN được định nghĩa trong TS 43.318 của 3GPP (đây là tiêu chuẩn nằm trong bộ tiêu chuẩn GERAN Release 6 của 3GPP) Tại thời điểm này, nhóm nghiên cứu về UMA không còn hoạt động dưới dạng một tổ chức nghiên cứu độc lập mà tiếp tục công việc của họ trong tổ chức 3GPP

a)Công nghệ UMA

Giải pháp sử dụng công nghệ Truy nhập di động không cấp phép – Unlicensed Mobile Access (UMA) cho phép cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu di động chất lượng cao trên mạng GSM và các mạng vô tuyến băng rộng Wi-Fi/Bluetooth sử dụng ở trong nhà, văn phòng và các điểm truy nhập công cộng Việc truy nhập trong các phổ tần vô tuyến không cấp phép của các mạng

vô tuyến băng rộng có giá thành thấp hơn nhiều so với các mạng di động 2,5 G

và 3G Do vậy, thuê bao có thể sử dụng máy di động làm thiết bị thông tin cơ bản Các nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng di động có thể tối ưu lợi nhuận thông qua việc:

 Cải thiện chất lượng dịch vụ di động ở trong nhà, văn phòng và các điểm truy nhập công cộng giảm tải cho mạng macro nhờ sử dụng các mạng vô tuyến với băng tần không cấp phép

 Cung cấp các dịch vụ tích hợp cố định và di động

 Giảm chi phí đầu tư cho hạ tầng mạng vô tuyến nhờ sử dụng các mạng truy nhập vô tuyến thay thế có giá thành thấp (WLAN, Bluetooth)

 Cung cấp cho thuê bao các dịch vụ băng rộng

UMA cho phép các thuê bao di động chuyển giao giữa các mạng di động

và các mạng vô tuyến trong nhà, việc truy nhập mạng cũng có thể thực hiện được tại các điểm truy nhập của WLAN Khi thuê bao di động giữa các mạng vô tuyến, họ tiếp tục được sử dụng các dịch vụ thoại và số liệu di động với chất lượng không thay đổi so với khi ở trong mạng GSM/GPRS Khi ở trong phạm vi phủ sóng của các hệ thống truy nhập vô tuyến không cấp phép, thuê bao di động

có thể được cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ cao do không còn bị giới hạn về băng thông của mạng GSM (theo lý thuyết mạng Wi-fi có khả năng hỗ trợ tốc độ truy nhập lên tới 11 Mb/s)

Cấu trúc hệ thống UMA theo tiêu chuẩn TS 43.318 của 3GPPP, được mô

tả trên hình vẽ 2.6 dưới đây:

Hình 2.6: Cấu trúc sơ đồ khối chức năng của hệ thống UMA [TS 43.318 -

3GPP]

Hệ thống GAN (Generic Access Network), Mạng truy nhập chung, có những điểm cơ bản sau:

 So với cấu trúc một hệ thống thông tin di động thông thường, GAN có thêm một số phần tử mới và một số phần tử với chức năng được cải tiến:

- Máy di động - Mobile Station (MS) là phần tử được cải tiến có khả năng truy nhập đa chế độ, hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến (tối thiểu là GSM/GPRS và WLAN)

- Bộ điều khiển mạng truy nhập chung - Generic Access Network Controller (GANC): nhìn từ phía mạng lõi, GANC được coi như một phân hệ điều khiển trạm gốc - GERAN Base Station Subsystem (BSS) Nó chứa một Cổng an ninh - Security Gateway (SEGW) để đảm bảo việc truy nhập tunnel an toàn từ MS, hỗ trợ nhiều cơ chế nhận thực, mã hóa sử dụng chung cho tín hiệu thoại, báo hiệu và lưu lượng số liệu

 Mạng truy nhập IP chung -Generic IP Access Network hỗ trợ kết nối giữa MS với GANC Kết nối truyền tải IP mở rộng từ GANC đến MS Một giao diện duy nhất Up được định nghĩa giữa GANC và MS

 GAN là hệ thống tương đương với mạng truy nhập vô tuyến GSM/GPRS (GERAN) và kết nối với mạng lõi di động (CN) qua các giao diện chuẩn được định nghĩa:

 Giao diện A sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch kênh được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 48.008 của 3GPP

 Giao diện Gb sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 48.018 của 3GPP

 Giao diện Lb được sử dụng cho dịch vụ hỗ trợ vị trí được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 43.059 của 3GPP

 Giao diện CBC-BSC hỗ trợ các dịch vụ quảng bá trong cell được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 23.041 của 3GPP

 Điều khiển kết nối (như: CC và SM) và các dịch vụ thuê bao được hỗ trợ bởi mạng lõi (MSC/VLR và SGSN/GGSN)

 GANC kết nối với máy chủ AAA qua giao diện Wm được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 29.234 của 3GPP Máy chủ AAA được sử dụng để nhận thực MS khi nó muốn thiết lập một tunnel an toàn Lưu ý rằng chỉ

một phần các chức năng của giao diện Wm được sử dụng cho ứng dụng GAN Chức năng tối thiểu của giao diện phần tử GANC-SEGW là hỗ trợ các thủ tục nhận thực qua giao diện Wm

Các phần tử chức năng cơ bản của hệ thống GAN:

Máy di động (MS)

MS hỗ trợ truy nhập vô tuyến hai chế độ (GSM và hệ thống truy nhập vô tuyến không cần cấp phép) và có khả năng chuyển đổi chế độ làm việc giữa hai chế độ này MS có thể hỗ trợ hoặc công nghệ Bluetooth (sử dụng yêu cầu hệ thống Bluetooth PAN) hoặc 802.11 (WLAN)

Điểm truy nhập (AP)

Điểm truy nhập là phần tử nằm trong khối chức năng mạng truy nhập IP – Generic IP Access Network như trên Hình 2.6 AP chính là điểm truy nhập vô tuyến của MS sử dụng băng tần không cấp phép (2,4 GHz, 5,8 GHz…) AP được kết nối với mạng IP băng rộng tới GANC AP hỗ trợ chức năng truy nhập Bluetooth (PAN) hoặc 802.11 Các AP không hỗ trợ các chức năng cổng truy nhập UMA Điều đó có nghĩa là một AP thông thường có thể được sử dụng để kết nối MS tới GANC qua mạng truy nhập băng rộng

GANC

GANC kết nối với một MSC và một SGSN qua tương ứng các giao diện

A và giao diện Gb Cũng không loại trừ các tính năng A-flex và Gb-flex trong tiêu chuẩn TS 23.236 của 3GPP GANC hỗ trợ các tính năng tương đương với

bộ điều khiển trạm gốc GERAN Nó kết nối với một điểm truy nhập (AP) qua mạng truyền tải IP GANC giao tiếp với MS sử dụng giao diện Up

GANC hỗ trợ một phần các tính năng của giao diện Wm đặc biệt là các thủ tục nhận thực Nó duy trì thông tin đầu cuối - đến - đầu cuối với việc MS chuyển tiếp báo hiệu GERAN tới giao diện A/Gb và tới mạng lõi Các tính năng được hỗ trợ bởi GANC bao gồm:

 Các dịch vụ thoại trong mặt phẳng người sử dụng tại giao diện Up: hỗ tương tác trợ kênh mang thoại trên giao diện Up tới kênh mang thoại trên giao diện A, chuyển mã thoại sang PCM khi MSC không sử dụng chức năng TFO/TrFO

 Các dịch vụ số liệu trong mặt phẳng người sử dụng tại giao diện Up: các kênh truyền tải số liệu trên giao diện Up truyền gói qua giao diện

Gb