2.2. Cấu trúc phân lớp của mạng NGN-Mobile
2.2.2. Cấu trúc dựa trên IMS
Trong lớp điều khiển, cấu trúc dựa trên Softwitch có thể nâng cấp lên cấu trúc IMS trong những giai đoạn phát triển sau của hệ thống mạng
Hiện nay có nhiều dịch vụ Internet được sử dụng thông qua điện thoại di động. 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 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. IMS sẽ được bổ sung các tính năng phức tạp hơn trong Release 6. Các tiêu chuẩn IMS đang được mở rộng và hỗ trợ nhiều giao thức kết nối mạng khác nhau như 802.11-WiFi, cáp, DSL, cung cấp nhiều loại ứng dụng/dịch vụ IP.
IMS là giải pháp với các giao diện được tiêu chuẩn hoá. Hệ thống IMS cho phép các nhà khai thác mạng có cơ hội lựa chọn các sản phẩm và các giải pháp từ nhiều nhà cung cấp khác nhau. Điều này dẫn tới cạnh tranh giữa những nhà cung cấp và tạo điều kiện cho các nhà khai thác mạng giảm thiểu chi phí. Là dịch vụ hoàn toàn dựa trên nền IP, với việc hỗ trợ của các loại hình dịch vụ phi thời gian thực và thời gian thực. Điều này sẽ làm giảm tính phức tạp của mạng và do vậy giảm được chi phí. IMS là nhân tố trung gian có khả năng hỗ trợ các công nghệ truy nhập khác nhau (ví dụ như GPRS, UMTS - PS, WLAN, xDSL). Các nhà khai thác mạng có thể cung cấp các dịch vụ qua các công nghệ truy nhập khác nhau tới khách hàng. Để hỗ trợ và tổng hợp lợi ích của tất cả các công nghệ truy nhập này, chỉ cần một hệ thống quản lý (HSS) và hệ thống để truy nhập và quản lý dịch vụ (CSCF).
IMS hỗ trợ việc nén các báo hiệu trên giao diện vô tuyến. Tuỳ thuộc vào tính hiệu quả của cơ chế nén, hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến có thể được
tăng lên một cách đáng kể. Ngoài ra, việc nén báo hiệu làm giảm lưu lựợng truyền tải và thời gian thiết lập cuộc gọi nhờđó tăng tính thuận tiện của các dịch vụ IMS.
IMS được thiết kế để hỗ trợ cuộc gọi ngang mức (Peer-to-Peer) cũng như cuộc gọi Client-Server. Việc thực hiện dịch vụ được xử lý ở ngoài ranh giới mạng, tại thiết bị và tại server. Việc tiếp cận này tạo điều kiện đưa ra các dịch vụ mới nhanh chóng và linh hoạt mà không cần thực hiện các thay đổi lớn trong mạng. Hệ thống IMS chỉ cung cấp các chức năng cơ bản như quản lý dịch vụ và quản lý truy nhập, quản lý và cung cấp kênh mang, hỗ trợ cuộc gọi nhiều bên….
IMS hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập khác nhau. Mặc dù IMS 3GPP phiên bản 5 được thiết kếđặc biệt cho chuyển mạch gói UMTS nhưng vẫn có thể dùng cho các loại công nghệ truy cập khác như GPRS. Việc bổ sung sự hỗ trợ của mạng WLAN hiện đang được nghiên cứu trong 3GPP phiên bản 6. Kiến trúc IMS cũng được sử dụng để hỗ trợ các truy nhập cố định như thông qua xDSL. Với khả năng này, nhiều dịch vụ mới và các mảng kinh doanh mới có thểđược thực hiện, đem lại các dịch vụ thông qua các phương thức truy nhập và mạng khác nhau (như mạng cố định - di động, di động - mạng doanh nghiệp).
Giao diện tiêu chuẩn ISC (IMS Service Control interface) cho phép đưa ra nhanh chóng các máy chủ ứng dụng với các dịch vụ mới vào trong mạng của nhà khai thác mạng di động. Thông qua giao diện ISC, SIP Application Server (ví dụ Push-to-talk server), SIP Enabling Services Server (ví dụ Presence server) hay gateway có thểđược kết nối vào IMS. Với IMS và sự xuất hiện của các thiết bị đầu cuối đa phương tiện hỗ trợ SIP, việc triển khai dịch vụ mới một cách nhanh chóng và linh hoạt là hoàn toàn có thể thực hiện được. Có thể nói SIP đem lại lợi ích nhiều nhất cho các nhà khai thác mạng trong việc phát triển mới và triển khai dịch vụ.
IMS được thiết kế cho phép kết hợp một cách linh hoạt, bổ sung hoặc loại bỏ các loại hình đa phương tiện khác nhau sau khi cuộc gọi được thiết lập.Việc kết hợp linh hoạt và dễ dàng này sẽ mở ra triển vọng cho các dịch vụ mới, và tạo điều kiện cho các dịch vụ này được người dùng dễ chấp nhận hơn.
talk)…Một cơ chế khác cũng làm giảm thời gian thiết lập phiên là cơ chế nén báo hiệu SIP. Ngoài ra cơ chế này còn giúp giảm thiểu tài nguyên vô tuyến cần thiết.
Do IMS hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập (UMTS chuyển mạch gói, GPRS, WLAN, xDSL).Việc hỗ trợ vài công nghệ truy cập và mạng khác nhau (di động, cố định) thông qua cơ sở mạng kiểm soát chung, IMS sẽ tạo điều kiện đưa ra các dịch vụ mới, tăng hiệu quả của người sử dụng đặc biệt trong lĩnh vực kinh doanh.
Giao thức SIP là chuẩn báo hiệu do IETF đưa ra (RFC 2543-tháng 3/1999) nhằm giải quyết các vấn đề truyền tải tín hiệu âm thanh và hình ảnh trên môi trường mạng IP. SIP dựa trên nền tảng văn bản sử dụng bộ ký tự ISO 10646, điều này tạo cho SIP tính linh hoạt, mềm dẻo, dễ mở rộng và dễ thực thi các ngôn ngữ lập trình cấp cao như Java, Tol, Perl.
Giao thức SIP là nền tảng của lớp điều khiển phiên mới cho các mạng lõi 3G. 3GPP đã phát triển các tiêu chuẩn cho phép hiện thực hóa IMS trong mạng NGN. IMS bắt đầu được đưa ra từ Releas 5 của 3GPP.
Đối với các mạng di động, IMS cho phép các nhà khai thác sử dụng nhiều loại hình dịch vụ hấp dẫn như Push-to-Talk, đảm bảo cung cấp đa dịch vụ dựa trên IP. IMS truyền tải lưu lượng báo hiệu và kênh mang trên lớp IP và hoạt động như một thiết bịđịnh tuyến hoặc điều khiển phiên kết nối người sử dụng tới Server để xử lý phiên/cuộc gọi thích hợp, sau đó định tu yến phiên/cuộc gọi đến đích. IMS có khả năng thêm, sửa, hoặc hủy bỏ các phiên truyền tải trong một phiên thông tin đa phương tiện hoặc cuộc gọi chuyển mạch kênh hiện tại. Tính năng này mở ra khả năng triển khai các dịch vụ hỗn hợp bao gồm đồng thời các phiên thoại, dữ liệu và đa phương tiện.
Phân hệ IMS cung cấp các dịch vụ IP đa phương tiện mới bổ sung vào các dịch vụđược 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[ 5, 8 ].
Hình 2.4: 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. Cấu trúc của phân hệđa phương tiện dựa trên IP (Ip Multimedia Subsystem) như.
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 bao gồm một tập các giao diện, các proxy, các Server hỗ trợ giao thức SIP và Media Gateway (đối với các kết nối tới các mạng truyền tải không dựa trên IP như mạng lõi chuyển mạch kênh hoặc PSTN).
Hình 2.5: Kiến trúc phân lớp chức năng của IMS
Lớp truyền tải:
Điểm mạnh về kiến trúc IMS là ở chỗ, theo lý thuyết có thể truy nhập tới mạng IP từ thiết bị người sử dụng, thông qua lớp điều khiển, tới dịch vụ hoặc bên được gọi trong khi vẫn giữ nguyên loại hình truy cập mạng. Trong thực tế, sẽ dễ dàng hơn cho các nhà khai thác mạng di động có mạng lõi chuyển mạch gói 3G (tối thiểu là phiên bản R99) tích hợp IMS so với các nhà khai thác chỉ có mạng lõi chuyển mạch kênh 2G hoặc mạng lõi chuyển mạch gói không được phát triển đầy đủ.
Cũng chú ý rằng các tính năng cải tiến đối với tiêu chuẩn IMS sẽ được thực hiện trong 3GPP phiên bản 6 nhằm tới các giao diện đối với các mạng truyền tải chuyển mạch gói (hiện nay 3GPP phiên bản 5 tập trung tối ưu giao diện đối với các mạng lõi chuyển mạch di động).
Lớp điều khiển:
Chức năng lõi của IMS được tập trung tại lớp điều khiển phiên/cuộc gọi, bao gồm các phần tử sau:
o P-CSCF (Proxy-Call Session Control Function): điểm kết nối đầu tiên giữa IMS với thuê bao. P-CSCF tiếp nhận các yêu cầu và xử lý tại chỗ nếu được phép, hoặc gửi tới các khối thích hợp bên trong.
o I-CSCF (Interrogating CSCF):điểm kết nối giữa mạng của nhà khai thác cho tất cả các kết nối nhắm tới một user của mạng đó, hoặc một user chuyển mạng (roaming) hiện tại đang nằm trong vùng phục vụ của mạng này. Có thể có nhiều I-CSCF trong một mạng của nhà khai thác.
o S-CSCF (Serving CSCF): xác định quyền sử dụng dịch vụ của người sử dụng, lựa chọn truy nhập tới server ứng dụng và cung cấp truy cập tới server đó.
Các phần tử trên kết nối với nhau và được coi như một CSCF. CSCF được thực hiện bằng phần mềm chạy trong tổng đài hoặc platform phần cứng thương mại của một nhà cung cấp thiết bị. Tùy thuộc vào khách hàng, CSCF có thể là một phần cứng riêng biệt hoặc như phần mềm được nạp vào trong MSC-NGN/Call Server.
Ngoài ra, các thành phần bổ trợ khác của IMS bao gồm:
o BGCF (Breakout Gateway Control Function): lựa chọn MGW kết nối tới PSTN.
o MGCF (Media Gateway Control Function): hỗ trợ kết nối với mạng PSTN hoặc mạng lõi chuyển mạch kênh của 3GPP.
o MRF (Multimedia Resource Function): điều phối các luồng media giữa các server ứng dụng và các thiết bị đầu cuối theo các yêu cầu và các giới hạn của các loại ứng dụng.
o HSS (Home Subscriber Server): kết nối với cơ sở dữ liệu HLR của nhà khai thác di động để trao đổi thông tin về hồ sơ thuê bao. Phần tử này cũng kết nối AAA (Authentication, Authorization, Accounting).
Lớp dịch vụ:
Lớp điều khiển được yêu cầu kết nối với lớp dịch vụ qua các giao diện mở tới các server ứng dụng, các server này có thể nằm trong mạng của nhà khai thác hoặc
trong mạng của nhà cung cấp ứng dụng/dịch vụ. Khi có một phiên truyền được thiết lập, hệ thống con IMS không tham gia vào việc tạo phiên truyền đó.