Nghiên cứu và thực hiện mô hình đánh giá qoe và ánh xạ qoe qos trong

Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các b

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG 8

LỜI CAM ĐOAN 10

LỜI MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG I: MẠNG NGN 13

I, Giới thiệu mạng NGN 13

1, Khái niệm mạng NGN 13

2, Đặc điểm mạng NGN 13

3, Các công nghệ nền tảng cho mạng NGN 14

4 Kiến trúc mạng NGN 17

5 Các phần tử trong mạng NGN 19

6 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN 25

7 Hoạt động của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm 26

CHƯƠNG II: IMS 32

I, Khảo sát IMS 32

1, Phân tích nhu cầu của các đối tượng khác nhau về IMS 32

2,Tính tất yếu của IMS 35

II, Tổng quan về các thành phần trong IMS 38

1, Tổng quan 38

2, Các thành phần 39

III Các điểm tham chiếu trong hệ thống IMS 54

1 Điểm tham chiếu Gm 54

2 Điểm tham chiếu Mw 55

3 Điểm tham chiếu ISC 56

4 Điểm tham chiếu Cx 56

5 Điểm tham chiếu Dx 57

6 Điểm tham chiếu Mn 57

8 Điểm tham chiếu Go 58

IV Các giao thức sử dụng trong hệ thống IMS 58

1 SIP 58

1.1 Định nghĩa 58

1.2 Đặc điểm 59

1.3 Chức năng 60

1.4 Các thành phần 61

1.5 Các bản tin SIP 62

1.6 Các giao diện sử dụng SIP 65

2 Diameter 66

2.1 Tổng quan 66

2.2 Các thành phần 67

2.3 Cấu trúc bản tin 68

2.4 Các giao diện sử dụng Diameter 69

3Cops 70

3.1 Tổng quan 70

3.2 Bản tin Cops 71

V Kết luận 72

CHƯƠNGIII: IPTV 74

I, Tổng quan về IPTV 74

1 Khái niệm 74

2 Đặc điểm của IPTV 74

3 Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet 75

II Các dịch vụ của IPTV 76

1 Dịch vụ Live TV 76

2 Dịch vụ VOD 76

3 TVoD (TV on Demand) 76

4 Time-shifted TV 77

5 NVoD (Near Video on Demand) 77

6 Các dịch vụ gia tăng –VAS 77

III Mô hình hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 77

1 Mô hình tham chiếu IPTV 77

2Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 82

3 Sơ đồ khối chức năng 85

4 Phương thức phát truyền tín hiệu của IPTV 86

IV IPTV trên nền IMS 88

1 Các bước phát triển của IPTV 88

2, Lợi ích của IPTV trên nền IMS 89

2 Kiến trúc chức năng các dịch vụ IPTV trên nền IMS 90

3 Mô hình IPTV dựa trên IMS 93

CHƯƠNGIV QoE, QoS TRONG MÔI TRƯỜNG IMS IPTV 96

ITổng quan 96

II, QoS 97

1, Khái niệm 97

2 Các tham số QoS trong mạng IP 98

3 Phân lớp QoS cho mạng IP 99

4 Các giải pháp đảm bảo QoS trong IPTV 100

4.1 Đảm bảo QoS IPTV ở mạng cung cấp nội dung 100

4.2 Đảm bảo QoS IPTV ở mạng quản lý 101

4.3 Đảm bảo QoS ở Home network 101

4.4 Đảm bảo QoS ở mạng truyền dẫn 101

5 Một số mô hình đánh gía QoS cho IPTV 105

5.1 Mô hình tham chiếu đầy đủ 105

5.2 Mô hình không tham chiếu 105

5.3 Mô hình tham chiếu rút gọn 105

6 QoS trong mạng VNPT 105

III, QoE 108

1, Khái niệm 108

2, Ảnh hưởng của các tham số QoS lên QoE 109

3, Đo đạc và kiểm soát QoE 110

4 Đề xuất mô hình quản lý QoE trong IPTV 114

KẾT LUẬN 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

interface Giao diện lập trình ứng dụng

BCSM Base call state model Mô hình trạng thái cuộc gọi

gốc

BGCF Breakout gateway controll

funtion

Chức năng điều khiển cổng ngăn cản

CAMEL Customised application

mobile enhanced logic

Những lập luận để nâng cao tính di động ứng dụng cho khách hàng

CAP Camel application part Phần ứng dụng camel

CDR Charging data record Đoạn dữ liệu tính cước

CSCF Call session control function Chức năng điều khiển phiên

cuộc gọi CSE Camel service environment Môi trường dịch vụ camel

DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol Giao thức cấu hình host động

HSS Home subscriber server Server thuê bao nhà

I – CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn

IETF Internet Engineering Task

Force

Nhóm đặc trách kĩ thuật internet

IMCNS IP multimedia core network

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IP-CAN IP-Connectivity Access

ISDN Integrated Services Digital

IMS MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

Function

Chức năng điều khiển cổng phương tiện

MGF Media Gateway Function Chức năng cổng phương tiện

PDP Packet data protocol Giao thức dữ liệu gói

PEF Policy enforcement function Chức năng thúc ép hợp đồng

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công

cộng PSI Public Service Identity Nhận dạng dịch vụ chung RAB Radio access bearer Mang truy nhập vô tuyến

SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch

dịch vụ

THIG Topology hiding interwork

telecommunication system

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG

Hình 1.1 Kiến trúc mạng NGN 17

Hình 1.2 các thành phần trong mạng NGN 20

Hình 1.3 Vai trò của MGC trong NGN 22

Hình 1.4 Cấu trúc và các giao thức điều khiển, báo hiệu trong NGN 26

Hình 1.5 Mô hình của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm 27

Hình 1.6 Các chức năng chính của MGC 28

Hình 1.7 Lưu đồ xử lý cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm 31

Hình 2.1 Vai trò của IMS trong mạng chuyển mạch gói 35

Hình 2.2 IMS trong mạng hội tụ 36

Hình 2.3 Kiến trúc phân lớp của IMS 39

Hình 2.4 Kiến trúc IMS theo 3GPP 40

Hình 2.5 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF 41

Hình 2.6 Thủ tục tìm địa chỉ IP của P-CSCF 42

Hình 2.7 Tìm địa chỉ IP của P-CSCF bằng cách dùng DHCP và DNS server 43 Hình 2.8 Chức năng định tuyến và thiết lập phiên của S-CSCF 47

Hình 2.9 Cấu trúc HSS 49

Hình 2.10 SLF chỉ định HSS phù hợp 50

Hình 2.11 Chức năng MRF 51

Hình 2.12 chuyển đổi báo hiệu trong SGW 53

Hình 2.13 Các điểm tham chiếu trong mạng IMS 55

Hình 2.14 Các loại bản tin SIP 63

Hình 2.15 Các loại bản tin đáp ứng của SIP 65

Hình 2.16 Cấu trúc header của Diameter 68

Hình 2.17 Cấu trúc AVP 69

Hình 2.18 Mô hình Cops 71

Hình 2.19 Cops Header 72

Hình 2.20 Object format 72

Hình 3.1 Mô hình tham chiếu IPTV 78

Hình 3.2 Xử lý tín hiệu IPTV 79

Hình 3.3 Cấu tạo của NAL unit 80

Hình 3.4 Cấu trúc gói PES 80

Hình 3.5 gói tin lớp RTP 81

Hình 3.6 Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 83

Hình 3.7 Sơ đồ tổng thể IPTV 85

Hình 3.8 Hệ thống IPTV phát quảng bá 87

Hình 3.9 Hệ thống IPTV phát theo yêu cầu 87

Hình 3.10 Các bước phát triển chính của IPTV 89

Hình 3.11 Kiến trúc chức năng các dịch vụ IPTV trên IMS 90

Hình 3.12 Mô hình IPTV dựa trên IMS 94

Bảng 4.1: Phân Lớp dịch vụ theo đề xuất của ETSI 99

Bảng 4.2: Phân lớp dịch vụ theo ITU-T Y.1541 99

Bảng 4.3: Lớp QoS và các giá trị NP mạng IP 100

Hình 4.4 Mô hình tổ chức mạng VNPT 106

Hình 4.5 Mô hình xây dựng giải pháp QoS cho VNPT 106

Hình 4.6 Mô hình triển khai QoS trên NGN 107

Hình 4.7 Các thành phần của QoE 108

Hình 4.8 So sánh QoS và QoE 109

Bảng 4.9: Ánh xạ từ các tham số QoS sang QoE của dịch vụ truy nhập web111 Hình 4.10 Mô hình đánh giá QoE cần so sánh ảnh gốc và ảnh nhận 112

Hình 4.11 Mô hình MPQM đánh giá QoE của IPTV 113

Hình 4.12 Mô hình MPQM 114

Hình 4.13 Mô hình MPQM 114

Hình 4.15: Thuật toán tiến trình QoE 115

Hình 4.16 : Mô hình triển khai Quản lý QoE và QoS trong thực tế 116

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật“Nghiên cứu và thực hiện mô hình đánh giá QoE và ánh xạ QoE-QoS trong môi trường IMS IPTV” này là chính tôi nghiên cứu và thực hiện Các thông tin, số liệu được sử dụng trong luận văn là hoàn toàn trung thực, chính xác và có nguồn gốc rõ ràng

Hà Nội, ngày 31 tháng 03 năm 2015

Tác giả

Phan Huy Trình Di

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển liên tục của công nghệ viễn thông nếu chúng ta không

có sự hiểu biết về bản chất của công nghệ sẽ dẫn đến không theo kịp sự phát triển này và kết quả sẽ không biết được hướng đó sẽ dẫn đến đâu?, việc triển khai công nghệ ở Việt Nam sẽ theo hướng nào?, thực hiện ra sao?, chúng ta có hoặc không thể làm gì?

Hướng nghiên cứu về IMS-IPTV hiện tại đang có sự tham gia sôi động của chủ

đề Viễn thông - Internet, các đề xuất, các khuyến nghị mới được đưa ra từng ngày thể hiện rõ sự quan tâm của các công ty, tổ chức trên thế giới

Hệ thống con đa phương tiện trên nền giao thức internet được biết đến là IMS dựa trên giao thức cơ bản là SIP Giao thức SIP chỉ là một giao thức cơ bản trong IMS, ngoài ra còn có một số giao thức khác IMS là một cấu trúc cho sự hội tụ của

dữ liệu, thoại của mạng cố định và mạng mobile và nó được dựa trên các giao thưc được công bố rộng rãi, chủ yếu là giao thức được định nghĩa bởi IETF

IPTV được gọi là truyền hình trên giao thức Internet

Trong đề tài “Nghiên cứu và thực hiện mô hình đánh giá QoE và ánh xạ QoS trong môi trường IMS IPTV” đưa ra những nội dung sau:

QoE-Chương I: Mạng NGN Trong chương này giới thiệu về đặc điểm, kiến trúc và

các phần tử trong mạng NGN

Chương II: IMS, giới thiệu đặc điểm, kiến trúc, các thành phần trong IMS

Chương 2 cũng trình bày về các giao thức sử dụng trong IMS

Chương III: IPTV, trình bày các đặc điểm IPTV, mô hình hệ thống cung cấp

dịch vụ IPTV, các dịch vụ do IPTV cung cấp, kiến trúc của IPTV trên nền IMS

Chương IV: QoE, QoS trong IPTV Chương 4 trình bày khái niệm QoE, QoS,

ảnh hưởng của QoE, QoS, các vấn đề để đảm bảo QoE, QoS Chương 4 giới thiệu các mô hình đánh giá QoE, QoS từ đó đề xuất mô hình quản lý QoE, QoS trong IPTV

Do có sự hạn chế về thời gian, thực tiễn, nội dung kiến thức của luận văn còn mới và năng lực bản thân tác giả còn hạn chế nên nội dung của luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và được áp dụng vào thực

tế mang lại hiệu quả cao

Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Tài Hưng và các thầy cô giáo trong

Khoa Điện tử - Viễn thông - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hướng dẫn tôi

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 31tháng 03 năm 2015

Tác giả

Phan Huy Trình Di

số liệu, giữa cố định và di động

Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ mới là mạng tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kĩ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói IP, dựa trên kĩ thuật IP/ATM Nó có thể chuyển tải tất các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể gánh những gánh nặng của mạng PSTN Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và số liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và mạng di động Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đến từ quá trình hội tụ này Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một số lượng lớn dịch vụ và phức tạp bao gồm cả đa phương tiện

2, Đặc điểm mạng NGN

 Nền tảng là hệ thống mạng mở

Các khối chức năng của tổng đài truyền thống được chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được chia theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập Giao diện giữa các phần tử phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng

Việc phân tách chức năng làm cho mạng viễn thông dần dần đi theo hướng mới Nhà khai thác có thể căn cư nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới

Việc tiêu chuẩn hoá giao diện giữa các phần tử để có thể liên kết các mạng có cấu hình khác nhau

 Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, những dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới

Việc tác dịch vụ độc lập với mạng lưới nhằm thực hiện một cách linh hoạt và hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch

vụ của mình, không quan tâm tới mạng truyền tải và thiết bị đầu cuối

 Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên các giao thức thống nhất Với sự phát triển của IP, người ta nhận thấy các mạng khác nhau như mạng viễn thông, mạng máy tính, mạng truyền hình… có thể tích hợp trong mạng IP thống nhất

 Mạng NGN có dung lượng và tính thích ứng cao, có đủ năng lực để đáp ứng nhu cầu

Với việc sử dụng nền chuyển mạch gói và cấu trúc mở, NGN có khả năng cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ, đặc biệt là các dịch vụyêu cầu băng thông cao như truyền thông đa phương tiện, truyền hình, giáo dục, … Vì vậy dung lượng mạng phải ngày càng tăng để đáp ứng nhu cầu người sử dụng, đồng thời mạng NGN cũng phải có khả năng thích ứng với những mạng viễn thông đã tồn tại trước nó nhằm tận dụng cơ sở hạ tầng mạng, dịch vụ và khách hàng sẵn có

3, Các công nghệ nền tảng cho mạng NGN

3.1 Công nghệ truyền dẫn

Trong cấu trúc mạng thế hệ mới, truyền dẫn là một thành phần của lớp truy nhập

và truyền dẫn Trong vòng hai thập kỷ vừa qua, công nghệ quang đã chứng minh được là một phương tiện truyền tải thông tin hiệu quả trên khoảng cách lớn, và hiện nay nó là công nghệ chủ đạo trong truyền dẫn trên mạng lõi Các cải tiến trong kĩ thuật ghép kênh theo bước sóng đã nâng cao đáng kể hiệu quả kinh tế về truyền tải trên mạng cáp quang

Một số điểm mạnh của hệ thống truyền dẫn trên cáp quang có thể kể đến là:

 Hiện nay trên 60% lưu lượng thông tin truyền đi trên toàn thế giới được truyền trên mạng quang

 Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo đường truyền dẫn tốc độc cao (n*155 Mb/s) với khả năng bảo vệ của các mạch vòng đã được sử dụng rộng rãi

ở nhiều nước và ở Việt Nam

 Công nghệ WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kết hợp một số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài các bước sóng khác nhau và có thể sử dụng được các cửa sổ không gian, thời gian và độ dài bước sóng WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên tới 100Gb/s

 Một vấn đề quan trọng là ngày nay IP đã trở thành giao diện hoàn thiện thực

sự cho các mạng lõi NGN Vì vậy các mạng truyền dẫn phải tối ưu cho điều khiển lưu lượng IP Một giải pháp có tính thuyết phục hiện nay là hội tụ các lớp dữ liệu và các lớp quang trong mạng lõi Việc hội tụ này mang lại một số lợi thế như cung cấp các dịch vụ tốc độ cao, bảo vệ dòng thông tin liên tục cho mạng quang với chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

3.2 Công nghệ truy nhập

Trong xu hướng phát triển NGN sẽ duy trì nhiều loại hình mạng truy nhập vào một môi truyền dẫn chung như:

- Mạng truy nhập quang,

- Mạng truy nhập vô tuyến,

- Mạng truy nhập cáp đồng sử dụng các công nghệ ADSL, HDSL, …

- Các mạng truy nhập băng rộng

Nhìn chung là phải đa dạng hoá các phương thức truy nhập, cảvô tuyến và hữu tuyến Xu hướng hiện nay là tích cực phát triển và hoàn thiện để đem vào ứng dụng rộng rãi các công nghệtruy nhập tiên tiến nhưtruy nhập quang, truy nhập WLAN, truy nhập băng rộng, đặc biệt là triển khai rộng hình thức truy nhập ADSL và hệ thống di động 3G

Sự lựa chọn công nghệ chuyển mạch cho NGN có thể là IP, ATM hay MPLS Tuy nhiên, những nghiên cứu hoàn thiện về công nghệ MPLS thì công nghệ này sẽ

là công nghệ chuyển mạch chủ đạo trong NGN Bên cạnh đó, một công nghệ khác

là chuyển mạch quang cũng đang được nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm Trong tương lai sẽ có các chuyển mạch quang phân chia theo không gian, theo thời gian hay theo độ dài bước sóng Hy vọng các chuyển mạch quang tốc độcao sẽ sớm được ứng dụng trong thực tế

3.4 MPLS

Xét từ góc độ các nhà thiết kế mạng thì sự phát triển nhanh chóng và mở rộng

của các loại hình dịch vụ đã dần dần làm cho mạng viễn thông hiện tại không còn kham nổi Một mặt, các nhà khai thác than phiền khó kiếm được lợi nhuận, nhưng mặt khác thì thuê bao lại kêu ca là giá cả quá cao, tốc độ quá chậm Thị trường bức bách đòi hỏi có một mạng tốc độ cao hơn với giá cả thấp hơn Đây là nguyên nhân căn bản để ra đời một loạt các kỹ thuật mới, trong đó có kỹ thuật chuyển mạch nhãn

đa giao thức MPLS

MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển

Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng

cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, và do vậy, cải thiện được khả năng của thiết bị Các router sử dụng

kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch Router)

Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Bateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến nhanh (fast rerouting)

Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Tuy nhiên, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được

dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển gói tin theo các luồng, các gói tin thuộc một lớp chuyển tiếp FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn Nhờ

đó, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thểdựa trên nhãn đểphân loại các gói tin Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM ( Real Time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn

có thể được xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ

từ điểm đầu đến điểm cuối trong miền MPLS)

4 Kiến trúc mạng NGN

Hiện nay các hãng khai thác và cung cấp thiết bị viễn thông đã đưa ra một số mô hình khác nhau Các diễn đàn, hiệp hội và tổ chức viễn thông khác cũng đang cố gắng để tiến tới những nguyên tắc và chuẩn chung cho mạng NGN Từ các mô hình này có thể thấy cấu trúc mạng viễn thông thế hệ sau có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau: lớp truy nhập và truyền dẫn, lớp truyền thông và lớp điều khiển Nếu xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ Trong môi trường phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ này Ngoài ra, trong mô hình cấu trúc mạng còn có lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt bốn lớp trên Kết nối giữa các lớp chức năng là các giao diện lập trình mở API

lý

Giao diện mở API

Giao diện mở API

Giao diện mở API

Với truy nhập hữu tuyến, cáp đồng và xDSL đang được sử dụng hiện nay truyền dẫn quang DWDM,FTTX, PON đang dần chiếm ưu thế, thị trường của xDSL và modem sẽ dần thu nhỏ lại

Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp thích hợp NGN cũng cung cấp hầu hết các truy nhập chuẩn cũng như không chuẩn của các thiết bị đầu cuối như: truy nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, …

Lớp truyền tải có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ

và cho các dịch vụ khác nhau Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện yêu cầu đó

4.3 Lớp điều khiển

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là MGC hay Call Agent, được kết nối với các thành phần khác nhau như SG, MS, FS, AS để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP

Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức báo hiệu nào Các chức năng quản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển Nhờ có giao diện

mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng

Hiện nay lớp điều khiển vẫn rất phức tạp, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề cần quan tâm Các giao thức, giao diện báo hiệu và điều khiển kết nối rất đa dạng, còn chưa được chuẩn hoá và đang tiếp tục phát triển Do vậy, cần có thời gian để xem xét và quan tâm đến tính tương thích của các loại giao diện và giao thức khi lựa chọn thiết bị mới

4.4 Lớp ứng dụng

Lớp này gồm các nút thực thi dịch vụ (thực chất là các server dịch vụ), có chức năng cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải Các dịch vụ cung cấp có thể là dịch vụ mạng thông minh IN, dịch vụ trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet, v.v Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API Nhờ giao diện mở này mà các nhà cung cấp có thể triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng

Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ Một số dịch vụ sẽt thực hiện làm chủ việc điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một sốdịch vụ khác sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điều khiển

4.5 Lớp quản lý

Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến ứng dụng Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây dựng mạng quản lý viễn thông TMN như một mạng riêng để theo dõi và điều phối các thành phần mạng đang hoạt động Các chức năng quản lý được chú trọng là quản lý mạng, quản lý dịch vụ và quản lý kinh doanh

Hình 1.2 các thành phần trong mạng NGN

5.1 Cổng phương tiện MG

Cổng phương tiện (Media Gateway - MG) là thiết bị chuyển đổi giao thức đóng khung và truyền tải từ loại mạng này sang một định dạng yêu cầu của một loại mạng khác, thông thường là từ dạng chuyển mạch kênh sang dạng gói Thực tế, nó chuyển đổi giữa các mã truyền trong mạng IP (truyền trên RTP/UDP/IP) với mã hoá truyền trong mạng SCN (PCM, GSM) Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng Softswitch MG thực hiện việc mã hoá, giải mã và nén dữ liệu Các hoạt động này được thực hiện bởi các bộ xử lý tín hiệu số DSP Ngoài ra, MG còn tập hợp dữ liệu cho việc tính cước và hệ thống chăm sóc khách hàng (khả năng cung cấp hồ sơ, hỗ trợ nhanh cuộc gọi cả trong thời gian thực và phi thời gian thực) hay phát hiện ngưỡng dữ liệu nếu yêu cầu MG hỗ trợ các giao thức định tuyến chính như OSPF, IS-IS, BGP

Tùy theo vị trí và chức năng, người ta phân ra nhiều loại cổng phương tiện khác nhau:

 MG trung kế(TG - Trunking Gateway): kết nối các chuyển mạch thuộc PSTN/ISDN tới phần lõi NGN

 MG truy nhập (AG - Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi NGN với mạng truy nhập

 MG dân cư (RG - Regidental Gateway): Kết nối mạng lõi NGN với mạng thuê bao nhà dân

 MG truy nhập di động (WAG – Wireless Access Gateway): cho phép các khách hàng của mạng di động 3G kết nối tới NGN

 MG trung kế di động (WG – Wireless Gateway): cho phép mạng di động 3G kết nối tới NGN

 MG báo hiệu (SG – Signalling Gateway): chuyển đổi tín hiệu báo hiệu số7 giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng gói

Yêu cầu chính đối với MG là phải cung cấp chất lượng thoại tốt, cụ thể là phải đảm bảo trễ và tỉ lệ mất gói thấp Nhưng trong trường hợp dải thông quan trọng hơn chất lượng thì việc nén dữ liệu lại là một đặc tính quan trọng MG cung cấp tập hợp các codec thoại như G723.1, G711, G729, G726, GSM và các hỗ trợ cần thiết khác cho phép lựa chọn các yêu cầu về chất lượng thoại và giải thông Thêm vào đó, các đặc tính như khử tiếng vọng và bộ đệm jitter cũng nhằm để cải tiến chất lượng thoại

và tiện nghi người dùng MG hỗ trợ lấp khoảng lặng và tạo các nhiễu nền để giảm khối lượng tải trong mạng

Một yêu cầu gần như bắt buộc đối với MG là tính mở Điều này cho phép kết nối

MG với các phần tử mạng khác như MGC sử dụng các giao thức chuẩn như MGCP, MEGACO/H.248 hay SIP Việc sử dụng các giao thức chuẩn cho phép nhà điều hành ít phụ thuộc nhất vào các nhà cung cấp và thuận tiện trong việc thay thế các phần tử mạng Ngày nay các Media Gateway hỗtrợ IPv4, nhưng chúng có thể phát triển để hỗ trợ IPv6 là chuẩn được mong đợi cho tương lai

Vấn đềquan trọng khác là tính bảo mật Người dùng không được nhận thực sẽ không thể sử dụng MG Trong thiết bị Media Gateway sử dụng các giao thức nhận thực nhưPAP, CHAP hay IPSec Độ linh hoạt của các Gateway là một yêu cầu quan trọng, bởi vì nó cho phép nhà điều hành mạng mở rộng mạng nếu cần thiết Ngoài

ra, độ tin cậy cũng là một yếu tố không thể thiếu đối với các thiết bị MG

5.2 Bộ điều khiển cổng phương tiện – MGC

MGC (Media Gateway Controller - MGC) là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm MGC thường được gọi là tác nhân cuộc gọi (Call Agent) hay bộ điều khiển cổng (Gateway Controller), hay chuyển mạch mềm

MGC điều khiển xử lý cuộc gọi, nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG

và SG sẽ thực hiện các quy luật đó MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc

MGC chính là cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như PSTN, SS7, mạng IP Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau

Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho chuyển mạch mềm

MGSG

 Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG

 Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG

 Trao đổi các bản tin giữa 2 MG-F

 Xử lý bản tin báo hiệu SS7

 Xử lý các bản tin liên quan đến QoS như RTCP

 Thực hiện định tuyến cuộc gọi

 Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước

 Điều khiển băng thông

Các giao thức MGC có thể thực hiện:

 Giao thức thiết lập cuộc gọi: H323, SIP

 Giao thức điều khiển MG: MGCP, MEGACO/H248

 Giao thức điều khiển SG: SIGTRAN

 Giao thức truyền thông tin: RTP, RCTP/

5.3 Cổng báo hiệu SG

Cổng báo hiệu (Signalling Gateway - SG) tạo ra chiếc cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC)

SG làm cho MGC giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7 Nhiệm vụ của

SG là xử lý thông tin báo hiệu

SG đảm nhiệm các chức năng sau:

 Cung cấp một kết nối vật lý tới mạng báo hiệu

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

 Thiết lập đường truyền dẫn cho thoại và các dạng dữ liệu khác

5.4 Máy chủ phương tiện MS

Máy chủ phương tiện (Media Server - MS) là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt Một MS phải hổ trợ cho phần cứng với hiệu suất cao nhất

Các chức năng của MS:

 Chức năng voice-mail cơ bản

 Khả năng nhận dạng tiếng nói

 Khả năng truyền hình hội nghị

 Khả năng chuyển đổi thoại sang văn bản

Trên thị trường MS là các thiết bị được điều khiển bằng SIP, MGCP, hoặc Megaco/H248

5.5 Máy chủ ứng dụng/đặc tính

Máy chủ đặc tính (Feature Server – FS) là một server ở lớp ứng dụng chứa một loạt dịch vụ của doanh nghiệp Chính vì vậy nó còn được gọi là máy chủ ứng dụng thương mại (Application Server) Vì hầu hết các AS/FS tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng Giữa Softswitch và FS có thểsửdụng các giao thức chuẩn hoặc giao diện chương trình ứng dụng mởAPI

FS là Máy chủ đặc tính xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch

Một số tính năng cơ bản của FS

 FS phải cung cấp sự tích hợp Web để hỗ trợ giao diện Web cho người quản

lý, khai thác và bảo trì

 Tính năng xác thực và bảo mật

 Điều khiển các phần tử mạng thực hiện xác thực, cấp phép và các khả năng tính toán cho các dịch vụ được cung cấp

 Trợ giúp cơ chế đăng ký, có thể là yêu cầu đăng ký SIP hoặc H.323

 Cung cấp các dịch vụ bảo mật như mã hoá hay xác thực để đảm bảo truy cập bảo mật tới các dịch vụ

 Tính năng truyền thông

 Truyền thông với các ứng dụng trong hoặc ngoài;

 Truyền thông với các máy chủ điều khiển tài nguyên mạng bên ngoài

 Tính năng cung cấp dữ liệu

 Cung cấp cơ sở dữ liệu thuê bao và dịch vụ;

 Quản lý giao dịch trên cơ sở của các luật ACID Nói chung, nhà quản trị giao dịch hoặc bộ giám sát được thiết kế để nhận thực khái niệm ACID

 Tính năng hoạt động, quản lý và điều khiển

 Quản lý dịch vụ, bao gồm các phần tử liên quan đến kiểm toán, đặc tính dịch vụ…

 Quản lý hệ thống, bao gồm các phần tử liên quan đến hoạt động, quản lý và khai thác các máy chủ ứng dụng (ví dụ như quản lý cảnh báo, giám sát đặc tính, bắt giữ và khôi phục hư hỏng, …)

 Quản lý thời gian vòng đời dịch vụ, bao gồm trợ giúp sự triển khai dịch vụ, cung cấp dịch vụ, thuê dịch vụ, kích hoạt và giải kích hoạt dịch vụ, xác định phiên bản của dịch vụ, …

 Tính năng thực hiện dịch vụ

 Trợ giúp thực hiện đa ứng dụng hay đa trường hợp của cùng ứng dụng

 Môi trường trợ giúp thực hiện dịch vụ, bao gồm tập các khả năng độc lập dịch vụ để truy cập các hệ thống bên ngoài thông qua các giao thức, giao diện

chương trình ứng dụng để quản lý các phiên dịch vụ, truy cập dịch vụ, các sự kiện

và khai báo, đăng nhập và tương tác logic dịch vụ, …

6 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN

Kiến trúc của NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệu và điều khiển chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi được thực hiện bởi các phần tử nằm phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra kết nối giữa các thiết bị đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển với nhau Cách thức trao đổi thông tin báo hiệu và điều khiển

đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và giao thức điều khiển Trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển cơ bản sau:

Giao thức ngang cấp H323, SIP được sử dụng để trao đổi thông tin báo hiệu giữa các MGC, giữa MGC và các Server

Giao thức chủ tớ MGCP, Megaco là giao thức báo hiệu điều khiển giữa MGC và các Gateway (trong đó MGC điều khiển Gateway)

SIGTRAN là giao thức báo hiệu giữa MGC và Signaling Gateway

BICC là giao thức đảm bảo truyền thông giữa các server (hay MGC) Mỗi giao thức sẽ định nghĩa các thiết bị phần cứng, ngăn xếp giao thức, các loại bản tin, lệnh cũng như thủ tục thiết lập, duy trì và giải phóng kết nối khác nhau

Hình 1.4 Cấu trúc và các giao thức điều khiển, báo hiệu trong NGN

7 Hoạt động của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm

Với chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi, softswitch là thành phần chính trong mạng thếhệsau NGN Một cách đơn giản, chúng ta có thểhiểu softswitch là hệ thống chuyển mạch dựa trên phần mềm, thực hiện được đầy đủ các chức năng của các tổng đài điện tử truyền thống Ngoài ra, softswitch còn cho phép liên kết giữa các mạng IP, Mobile và PSTN truyền thống, điều khiển và chuyển mạch lưu lượng hỗn hợp thoại-dữ liệu-video Softswitch là hệ thống mềm dẻo, tích hợp được cả chức năng của tổng đài nội hạt hoặc tandem với chức năng tổng đài doanh nghiệp (PBX) Tuy nhiên, khác với mạng chuyển mạch kênh dựa trên các tổng đài điện tử, lưu lượng cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm không đi qua softswitch, các đầu cuối trao đổi dữ liệu với nhau thông qua các thiết bị của lớp truyền thông

7.1 Mô hình hệ thống

Mô hình tối thiểu của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm cho ở trên hình 1.5

Từ hình vẽ có thể thấy các khối cơ bản của hệ thống bao gồm: chuyển mạch mềm (softswitch hay MGC - Media Gateway Controller), cổng kết nối SS7/IP, các cổng phương tiện MG (Media Gateway), khối tính cước, hệ thống quản lí, các máy chủ ứng dụng và thành phần cuối cùng không thể thiếu là mạng lõi chuyển mạch gói

Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện Media Gateway Controller (MGC)

Hình 1.5 Mô hình của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm

Như trên hình vẽ ta cũng thấy rõ trong chuyển mạch mềm các thành phần cơ bản của hệ thống là các module riêng biệt nhau, phần mềm xử lý điều khiển cuộc gọi không phụ thuộc vào phần cứng chuyển mạch vật lý cũng như môi trường lõi truyền thông tin Còn đối với mạng truyền thống thì tất cả các thành phần đều tích hợp trong một thiết bị phần cứng Như vậy, mạng chuyển mạch mềm là mạng xử lý tập trung về mặt logic nhưng tài nguyên phân tán, chuyển mạch cuộc gọi được thực hiện trên nền mạng chuyển mạch gói và tạo ra nhiều ưu thế vượt trội so với mạng truyền thống

Các ưu điểm cơ bản của mạng chuyển mạch mềm có thể kể đến như sau:

Thứ nhất, chuyển mạch mềm cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý cuộc gọi Phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói (áp dụng được với các dạng gói và môi trường truyền dẫn khác nhau)

Thứ hai, do phần mềm điều khiển có thể chạy trên các hệ điều hành và môi trường máy tính chuẩn, cho phép tiết kiệm một cách đáng kể chi phí trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi

Thứ ba, chuyển mạch mềm cho phép các phần mềm thông minh của nhà cung cấp dịch vụ có thể điều khiển từ xa thiết bịchuyển mạch đặt tại trụ sở của khách

hàng Đây là một yếu tốquan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng trong tương lai

7.2 Chức năng MGC

MGC hay Softswitch là trung tâm của mạng NGN Nó có nhiệm vụ tạo cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau bao gồm PSTN, SS7 và IP Khác với tổng đài truyền thống, trong MGC tất cả các chức năng điều khiển hay chuyển mạch đều do phần mềm đảm nhiệm Các chức năng chính của MGC được thể hiện trên hình 1.6

Chức năng liên mạng

IW-F

Bộ quản lý phiên kết

nốiMGC-F

Bộ quản lý phiên truy nhậpR-F/A-F

Bộ quản lý giữa các

MGC

Báo hiệu và điều

khiển cuộc gọi CA-F

Server phương tiện MS-F

Server ứng dụng AS-F

Cổng báo hiệu

SG-F

Cổng phương tiệnMG-F

Bộ điều khiển cổng phương tiện

Hình 1.6 Các chức năng chính của MGC

Nhiệm vụ của từng thực thể chức năng cụ thể như sau:

 AS-F (Application Server Function) là thực thể thi hành các ứng dụng, có nhiệm

vụ chính là cung cấp các logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều ứng dụng/dịch

 A-F (Accounting Function) cung cấp thông tin dùng cho việc tính cước

 SG-F (Signaling Gateway Function) dùng để chuyển các thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP

 MG-F (Media Gateway Function) dùng để chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng truyền dẫn khác

Chú ý rằng CA-F và IW-F là hai chức năng con của MGC-F Riêng thực thể Inter-operator Manager có nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau

Từ ý nghĩa của các thực thể chức năng có thểthấy MGC đảm nhiệm các công việc sau đây:

 Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một Media

Gateway;

 Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của Media Gateway, Signaling Gateway;

 Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F;

 Xử lý bản tin SS7 (khi sử dụng SIGTRAN);

 Xử lý bản tin liên quan QoS;

 Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu;

 Định tuyến (bao gồm bảng định tuyến, phân tích sốvà dịch số);

 Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sửdụng;

 Có thể quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần, …)

Trên đây chỉ là những chức năng cơ bản nhất Ngoài ra, tùy thuộc vào nhu cầu thực tế mà MGC còn có thể được bổ sung thêm những chức năng khác nữa

7.3 Quá trình xử lý cuộc gọi

Để hiểu rõ hơn hoạt động của hệ thống dựa trên chuyển mạch mềm, sau đây trình bày khái quát các bước xử lí cuộc gọi trong trường hợp thuê bao gọi đi là thuộc mạng điện thoại truyền thống PSTN Các trường hợp khác thì hoạt động của chuyển mạch mềm cũng sẽ tương tự

Cụ thể các bước xử lí cuộc gọi được thực hiện như sau:

B1: Khi có một thuê bao (thuộc PSTN) nhấc máy và chuẩn bị thực hiện cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao SG nối với tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái mới của thuê bao

B2: SG báo cho MGC trực tiếp quản lý mình thông qua CA-F, đồng thời cung cấp tín hiệu mời quay số cho thuê bao Ta gọi MGC này là MGC chủ gọi

B3:MGC chủ gọi gửi yêu cầu tạo kết nối đến MG nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F

B4: Các con số quay số của thuê bao sẽ được SG thu và chuyển tới MGC chủ gọi

B5: MGC chủ gọi sử dụng những số này để quyết định công việc tiếp theo sẽ thực hiện Cụ thể là các số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F và R-F sẽ sử dụng thông tin lưu trữ của các máy chủ để định tuyến cuộc gọi

Trường hợp đầu cuối đích cùng loại với đầu cuối gọi (đều là thuê bao PSTN):

 Nếu thuê bao bị gọi cùng thuộc MGC chủ gọi, tiến trình thực hiện tiếp bước (7),

 Còn nếu thuê bao bị gọi thuộc sự quản lý của một MGC khác, tiến trình thực hiện theo bước (6)

B6: MGC chủ gọi sẽ gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác Nếu MGC đó chưa phải là của thuê bao bị gọi (ta gọi là MGC trung gian) thì nó tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến MGC khác nữa cho đến khi đến đúng MGC

bị gọi Trong quá trình này, các MGC trung gian luôn phản hồi lại MGC đã gửi yêu cầu đến nó Các công việc này được thực hiện bởi CA-F

B7: MGC bịgọi gửi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi (MG trung gian)

B8: Đồng thời MGC bịgọi gửi thông tin đến SG trung gian, thông qua mạng SS7

để xác định trạng thái của thuê bao bịgọi

B9: Khi SG trung gian nhận được bản tin thông báo trạng thái của thuê bao bịgọi (giả sử là rỗi) thì nó sẽ gửi ngược thông tin này trở về MGC bị gọi

B10: MGC bị gọi gửi phản hồi về MGC chủ gọi để thông báo tiến trình cuộc gọi B11: MGC bịgọi gửi thông tin đểcung cấp tín hiệu hồi âm chuông cho MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi đến thuê bao chủ gọi

B12: Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì quá trình thông báo tương tự như các bước trên: qua nút báo hiệu số7, qua SG trung gian đến MGC bị gọi, rồi đến MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi đến thuê bao thực hiện cuộc gọi

B13: Kết nối giữa thuê bao chủ gọi và thuê bao bị gọi được hình thành thông qua

MG chủ gọi và MG trung gian

B14: Khi kết thúc cuộc gọi thì quá trình sẽ diễn ra tương tự như thiết lập cuộc gọi

Hình1.7 Lưu đồ xử lý cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm

Có thể nhận thấy, cũng giống như trong chuyển mạch kênh, chuyển mạch mềm phải thiết lập kết nối trước khi thực hiện đàm thoại Trong chuyển mạch kênh, kênh báo hiệu và kênh thoại là hai kênh khác nhau nhưng cùng truyền đến một điểm xử

lý trên cùng kết nối vật lý (kênh báo hiệu được thiết lập trước, sau đó kênh thoại mới được thiết lập) Còn đối với chuyển mạch mềm thì hai kênh này không chỉ là riêng biệt mà chúng còn được truyền trên hai kết nối khác nhau: thông tin báo hiệu được truyền qua SG và thông tin thoại được truyền qua MG

CHƯƠNG II: IMS

Trong những năm gần đây, lĩnh vực viễn thông phát triển mạnh mẽ, nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông của con người ngày càng tăng Yêu cầu các dịch vụ có QoS cao, đảm bảo tính thời gian thực Sự hội tụ giữa di động và cố định là tất yếu Những vấn đề đó đặt ra yêu cầu cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông Trong bối cảnh đó, hệ thống con đa phương tiện IP IMS được xem như một giải pháp hứa hẹn để thoả mãn các yêu cầu về hội tụ, tích hợp các dịch vụ trên một kết nối

Hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xây dựng bổ sung cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ

kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy cập

I, Khảo sát IMS

1, Phân tích nhu cầu của các đối tượng khác nhau về IMS

Trong lĩnh vực viễn thông có các tác nhân chính: người dùng, nhà khai thác mạng, và các nhà cung cấp khác (nhà sản xuất thiết bị), nhà phát triển dịch vụ, ) Những nhu cầu của họ là động lực để phát triển mạng lưới viễn thông.Một số tác nhân được hưởng lợi từ kiến trúc mạng so với các mạng hiện tại:

Người dùng:

 Đối với các thuê bao riêng lẻ hoặc các thuê bao doanh nghiệp cũng có các lợi ích chính từ sự phát triển của kiến trúc IMS Lợi ích có thể thấy rõ nhất là sự mềm dẻo trong sự kết hợp các loại dịch vụ đa phương tiện trong cùng một call hoặc cùng một session

 Ngày nay, các dịch vụ multimedia có thể được cung cấp bởi các công nghệ hiện tại, thêm vào đó IMS tăng cường sự tích hợp và tương tác dịch vụ Người dùng

có thể cùng một lúc quản lý nhiều sessions với các tương tác phong phú hơn và mức

độ cá nhân hoá cao hơn Các khách hàng doanh nghiệp có thể đưa ra các dịch vụ multimedia tới nhân viên ở xa công sở hoặc làm việc trong môi trường đi lại để cải thiện hiệu quả trong sản xuất và giảm giá thành

 Người dùng có thể dễ dàng mở rộng các truyền thông point-to-point thành các sessions multi-point bởi việc khả năng invite thêm các thành phần tham gia Bởi

vì thông tin presence có thể được chia sẻ, các người dùng có thể tạo ra được cuộc gọi hội nghị bằng cách sử dụng sự kết hợp của các dịch vụ voice, data, video Sự

thay đổi các đặc tính của session, khi mà thêm các thành phần tham gia hoặc thêm các dịch vụ thì không kết thúc hoặc thiết lập lại session

 Tính đa nhiệm cũng được đưa một mức mới, khi người dùng có thể tham gia nhiều sessions sử dụng các media khác nhau cùng một lúc Cho ví dụ, người dùng

có thể có cuộc gọi videophones trong khi trả lời e-mail hoặc có thể ngay khi send files hoặc video clips trong khi đang đàm thoại hoặc tham gia vào các cuộc hội nghị truyền hình (videconference)

 Việc truyền thông sẽ đơn giản và thuân tiện hơn cho người dùng, người dùng

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

Nhà cung cấp dịch vụ:

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

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

log-in/log- Kiến trúc IMS phân ra các chức năng của mạng lõi như quản lý và cước dịch

vụ, vì thế các hệ thống phía cuối chỉ cần được tích hợp với các bộ phận thiết bị phụ của IMS mà không cần các dịch vụ riêng lẻ

 Cung cấp đa dịch vụ cho khách hàng: Các dịch vụ như voice, text, data, video sẵn sàng được cung cấp tới người dùng bất chấp kết nối mạng của người dùng, chỉ bị giới hạn bởi khả năng của thiết bị đầu cuối IMS đưa ra một dịch vụ mới như push-to-talk, presence detection và multimedia advertising

 Các lựa chọn mềm dẻo của phương thức tính cước

 Giảm giá thành thông qua mạng chuyển mạch gói: IMS là cấu trúc mạng chuyển mạch gói, tất cả những thuận lợi liên quan đến mạng điện thoại chuyển mạch gói IMS đều có Những thuận lợi này bao gồm giảm giá thành của phần cứng

và giảm giá thành của các hoạt động của mạng lưới so với mạng chuyển mạch kênh

 Rút ngắn thời gian đưa dịch vụ ra thị trường: IMS cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa dịch vụ ra thị trường nhanh chóng

 Chức năng mạng chuyển mạch mới: Danh mục các dịch vụ mới có thể đưa ra một cách thuận lợi của các đặc điểm của mạng chuyển mạch gói như push-to-talk, instant message, picture… cùng với cuộc gọi

 Người dùng có thể kết nối tới mạng IMS thông qua các giao diện mạng khác nhau như mạng có dây (wireline), mạng không dây (wireless), mạng cáp Thêm vào

đó, người dùng có thể kết nối tới mạng IMS thông qua sử dụng PC kết nối thông qua DSL hoăc qua modem Thậm chí, sử dụng PSTN có thể được kết nối tới mạng IMS thông qua network gateway

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

 Cho phép nhà khai thác mạng mở rộng mạng của họ tới các đối tác thứ 3 để nâng cao khả năng của các dịch vụ cung cấp cho khách hàng và giảm thiểu khả năng bị mất khách hàng vào tay các đối thủ cạnh tranh

 Hướng tới một mạng dựa trên các giao diện mở đầu đủ cho phép các Nhà khai thác mạng có thể tự do lựa chọn các thành phần mạng từ nhiều nhà cung cấp khác nhau

 Xây dựng các mạng đơn giản hơn/rẻ hơn và đưa ra các dịch vụ mềm dẻo hơn

là những lý do khiến các nhà khai thác mạng quan tâm đến kiến trúc IMS

Nhà sản xuất và nhà phát triển thứ 3:

 Các dòng sản phẩm đồng nhất, nhà sản xuất giảm chi phí nghiên cứu và phát triển

 Nhà sản xuất có cơ hội cung cấp các thiết bị, sản phẩm cho mạng mới

 Các nhà cung cấp dịch vụ khác có thể tham gia phát triển dịch vụ linh hoạt hơn, độc lập hơn

Hình 2.1 Vai trò của IMS trong mạng chuyển mạch gói 2,Tính tất yếu của IMS

 Sự hội tụ đang xảy ra

Trên thực tế sự hội tụ đã và đang diễn ra Các công nghệ của mạng 2,5/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng Một số dịch vụ trước kia chỉ được cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã có thể được cung cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác Ví dụ, từ điện thoại cố định có thể gửi SMS tới máy di động, thông qua máy di động có thể truy nhập internet Một số dịch vụ đa phương tiện có thể cung cấp cho cả thuê bao di động và thuê bao cố định Các hội tụ trên xuất phát từ yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó

Để có thể cung cấp đồng thời dịch vụ như vậy phải có phương án cụ thể triển khai cho từng dịch vụ Đó là xu hướng đang phát triển mạnh

 Xu hướng hội tụ

Doanh thu từ dịch vụ thoại của nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống đã tiến tới ngưỡng tối đa và đang có xu hướng giảm dần do sự có sự cạnh tranh rất lớn từ các nhà cung cấp khác Các công nghệ mới cho phép nhà cung cấp mới thâm nhập vào lĩnh vực kinh doanh dịch vụ thoại truyền thống Thị trường này đang có sự xuất hiện của các ISP, và các doanh nghiệp khác Sự cạnh tranh, hấp dẫn rất lớn từ dịch

cung cấp dịch vụ IP-Phone giá rẻ, ngoài ra còn có các dịch vụ băng rộng khác như: thoại truyền hình, xem phim theo yêu cầu Băng thông rộng chính là yếu tố hình thành khái niệm xVNO Tồn tại các Nhà khai thác mạng ảo; có thể là mạng cố định

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

cố định và mạng di động Một Nhà khai thác mạng nói chung có thể đóng vai trò Nhà khai thác mạng di động, hoặc mạng cố định

Hình 2.2 IMS trong mạng hội tụ

 Tóm lại

IMS hội tụ cả ba mạng thành phần (thoại, không dây và số liệu) vào một kết cấu thống nhất để hình thành nên hạ tầng thông tin duy nhất, dựa trên công nghệ chuyển mạch gói nên nó cho phép triển khai các dịch vụ một cách nhanh chóng và đa dạng, đáp ứng sự hội tụ giữa thông tin thoại, truyền dữ liệu và Internet, giữa cố định và di động với giá thành thấp Với ưu thế cấu trúc phân lớp theo chức năng và sử dụng rộng rãi các giao diện mở API để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng

Hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xây dựng nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho đầu cuối của khách hàng

IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây

IMS được thiết kế dựa trên SIP cho phép truyền bất kì phương tiện truyền thông nào như thoại, video hay dữ liệu qua bất kì mạng nào

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng lõi (CN) để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP Các thành phần này bao gồm tất

cả các thành phần liên quan đến mạng báo hiệu và mạng mang như đã xác định ở 3GPP TS 23 002: "Network Architecture" Dịch vụ đa phương tiện IP được dựa trên khả năng điều khiển phiên, các mạng mang đa phương tiện, các tiện ích của miền chuyển mạch gói (PS) do IETF xác định

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

đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn Internet ví dụ như giao thức SIP

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di động mặt đất PLMN sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng của họ bằng cách xây dựng lên các ứng dụng, các dịch vụ với các giao thức Internet Ở đây không có mục đích là để chuẩn hóa các dịch vụ trong phạn vi của phân hệ IM CN,

mà mục đích chính là để các dịch vụ sẽ được phát triển do các nhà khai thác mạng PLMN và hiệp hội các nhà cung cấp thứ ba khác bao gồm cả không gian Internet đang sử dụng và phân hệ IM CN Phân hệ IM CN có thể cho phép hội tụ để truy nhập thoại, hình ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho người dùng đầu cuối không dây, và có thể phối hợp sự phát triển về Internet với sự phát triển của truyền thông di động

Giải pháp cuối cùng để có thể hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện IP gồm có các đầu cuối, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, mạng lõi GPRS tiên tiến, và các thành phần chức năng đặc biệt của phân hệ IMS CN được mô tả trong luận văn này

Sự khác biệt của IMS với kiến trúc mạng truyền thống là lớp ứng dụng và chuyển mạch rất gần với mạng truy nhập, với kiến trúc này nó có thể áp dụng cho bất kì

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền thống sang VoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư và giá thành dịch vụ Tuy nhiên nếu chỉ chuyển sang mỗi mạng VoIP thì vẫn không đủ để giải quyết hết những lo âu về giá thành đầu tư, giá cước thu nhập và còn phải tăng nhiều chi phí mới Khi dịch vụ thoại chuyển sang mạng IP, nó sẽ trở thành một phần của bộ các dịch vụ truyền thông hướng kết nối đa phương tiện thời gian thực chạy trên mạng IP và cùng chia

sẽ một sự sắp xếp client-server chung như dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị mạng và các dịch vụ VoIP, 3G … Thêm vào đó để VoIP có thể hỗ trợ lớp các dịch

vụ mới như dich vụ đa phương tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ mới Nền tảng ở đây được chọn chính là IMS (IP Multimedia Subsystem) do 3GPP định nghĩa và phát triển Giải pháp của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ thống dữ liệu, phần mềm và các dịch vụ chuyên nghiệp, để đáp ứng mạng cần hoạt động cả mạng đường dây và mạng không dây

Tuy nhiên để các thành phần này hội tụ với các lớp dịch vụ mới và đảm bảo QoS thì mạng phải có một kiến trúc dịch vụ phù hợp và có khả năng để hỗ trợ cho:

 Tách lớp đầu cuối và truyền tải khỏi lớp điều khiển phiên

 Quản lí phiên qua các dịch vụ thời gian thực

 Tương thích với dịch vụ mạng thông minh tiên tiến

 Tương tác trong suốt với các mạng TDM trước đây

 Hội tụ dịch vụ mạng không dây và dịch mạng đường dây

 Pha trộn thoại với các dịch vụ thời gian thực

 Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thông tin thộc tính người dùng qua dịch vụ

 Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bá người dùng đầu cuối

 Mở ra giao diện chuẩn và giao diện lập trình ứng dụng

II, Tổng quan về các thành phần trong IMS

1, Tổng quan

3GPP thiết kế kiến trúc IMS theo mô hình phân lớp

Điều này có nghĩa rằng, các dịch vụ truyền tải và kênh mang được phân chia từ mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên Hơn nữa, các dịch vụ được chay trên đỉnh của mạng báo hiệu IMS Cấu trúc phân lớp với mục đích giảm thiểu sự phụ thuộc giữa các lớp Lợi ích của việc phân lớp là dễ dàng cho việc thêm một mạng truy nhập mới vào hệ thống về sau WLAN truy nhập tới IMS được thêm vào trong 3GPP Release 6 và truy nhập băng rộng cố định được thêm vào IMS tại 3GPP Release 7

Hình 2.3 Kiến trúc phân lớp của IMS

Cấu trúc phân lớp làm tăng tầm quan trọng của lớp ứng dụng như các dịch vụ được thiết kế để làm việc một cách độc lập với mạng truy nhập Thuê bao có thể sử dụng điện thoại di động hoặc PC Client để truyền thông trong cùng một dịch vụ như presence hoặc group list Các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu khác nhau như: Băng tần, Trễ, Khả năng xử lý của thiếy bị

Điều này có nghĩa rằng, để có các dịch vụ khác nhau được thực hiện theo đúng cách của nó, mạng yêu cầu điều khiển truy nhập và logic dịch vụ cho các dịch vụ

đa phương tiện Chức năng đa truy nhập được xây dựng trong cấu trúc IMS, cái mà đưa ra cách cho các nhà điều hành mạng cố định và di động đưa ra giải pháp hội tụ mạng cố định và di động Điều này sẽ cho phép nhà cung cấp dịch vụ sử dụng các đặc tính và khả năng của các thiết bị hiện thời và các phương thức truy nhập của nó

2, Các thành phần

Các thành phần trong IMS có thể chia thành các nhóm chính sau:

- Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF

- Cơ sở dữ liệu HSS, SLF

- Chức năng quyết định chính sách PDF

- Chức năng dự trữ tài nguyên MRF

- Chức năng giao tiếp với các mạng chuyển mạch kênh BGCF, MGCF, MGW, SGW

IMS-Hình 2.4 Kiến trúc IMS theo 3GPP

2.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF

Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF (Call Session Control Function) thiết lập, giám sát, hỗ trợ và giải phóng các phiên cuộc gọi và quản lý tương tác của thuê bao CSCF có thể hoạt động như là một:P-CSCF (Proxy Call Session Control Function), I-CSCF (Interrogating CSCF) hoặc S-CSCF (Serving CSCF) Mỗi CSCF có một chức năng riêng Các CSCF có thể gửi dữ liệu tính cước tới server tính cước

Có một số chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF Cả hai có thể đại diện cho user để kết thúc phiên ( ví dụ như khi S-CSCF xác định được tình trạng phiên bị treo hoặc khi P-CSCF nhận được khai báo về mất sóng mang và có thể kiểm tra nội dung trong bản tin giao thức SDP (Session Description Protocol)