2.3.1 Các tổ chức chuẩn hoá có liên quan
Các tiêu chuẩn NGN hiện tại không đủ cho việc thực thi trong môi trƣờng hội tụ dịch vụ băng rộng. Điều khiển cuộc gọi đã đƣợc định nghĩa rõ ràng, tuy nhiên việc điều khiển nội dung, dữ liệu (streaming) và quảng bá còn rất ít đƣợc đề cập đến trong các chuẩn NGN hiện tại. Ngoài ra, các thủ tục kiểm tra tính phối hợp hoạt động giữa các platform dịch vụ khác nhau phục vụ cho dịch vụ hội tụ chƣa có.
Dƣới đây là một số các tổ chức chuẩn hoá có liên quan trong BcN: - Điều khiển cuộc gọi:
o Báo hiệu và API: IETF, ITU-T SG11, Parlay
o Kiến trúc: ITU-T, 3GPP, 3GPP2, ETSI,…
o Khả năng phối hợp hoạt động: MSF, IMPP,… - Mạng trong nhà:
o ECHONET, HAVi, HomePNA, HomeRF, UPnP, UWB - Quảng bá:
o OpenCable, T-DMB, S-DMB, DVB-T,…
- Các chuẩn liên quan đến việc hội tụ cố định-di động, HPi, Mobile IP; các vấn đề về AAA, QoS, bảo mật trong môi trƣờng hội tụ.
Mạng viễn thông vẫn đang tiếp tục phát triển theo xu hƣớng hội tụ, do vậy các chuẩn cho mạng BcN vẫn còn đang đƣợc tiếp tục xây dựng và hoàn thiện.
Mục tiêu của mạng hội tụ là cho phép phát triển nhanh chóng các dịch vụ mới có thể truy nhập đƣợc từ nhiều loại thiết bị qua các mạng truy nhập khác nhau. Vấn đề chính để đạt đƣợc mức phối hợp hoạt động này là phải phát triển đƣợc tập hợp các chuẩn cho phần truy nhập và phân phát dịch vụ. Một thành phần quan trọng trong mạng hội tụ để thực hiện đƣợc việc liên kết giữa thiết bị và dịch vụ đó là IMS – cho phép một thiết bị bất kỳ đƣợc kết nối tới bất kỳ một dịch vụ nào. Để có đƣợc sự kết nối nhƣ vậy cần phải có một quá trình nghiên cứu và phát triển. Trong vài năm gần đây, các tổ chức nhƣ 3GPP và ETSI đã lần lƣợt đƣa ra các phiên bản tiêu chuẩn. Mỗi phiên bản đều hứa hẹn cho phép các tính năng ƣu việt hơn so với phiên bản trƣớc của nó.
IMS là một kiến trúc chuẩn, mở nhằm mục đích chuyển tiếp các dịch vụ đa phƣơng tiện qua các mạng di động và IP, sử dụng cùng một loại giao thức chuẩn cho cả các dịch vụ di động cũng nhƣ IP cố định. Dựa trên SIP, IMS định nghĩa các giao diện mặt phẳng điều khiển chuẩn để tạo ra các ứng dụng mới.
IMS ban đầu đƣợc 3GPP định nghĩa và phiên bản đầu tiên đƣợc thiết kế riêng cho mạng di động nhằm tìm cách triển khai các ứng dụng IP trên mạng di động 3G. Tuy nhiên, việc giới hạn này là không cần thiết và các phiên bản kế tiếp của IMS đã đƣợc định nghĩa độc lập với phần truy nhập. Bƣớc tiến này đã thúc đẩy sự phối hợp hoạt động giữa các thiết bị truy nhập khác nhau và do vậy đã kích thích sự hội tụ về mạng di động và cố định. Hiện nay, các kiểu truy nhập có thể hoạt động với lõi IMS là DSL, WLAN, GPRS hay bất kỳ một công nghệ mới nào chẳng hạn nhƣ WiMax.
2.3.2 3GPP
3 GPP thực ra là một tập hợp các tổ chức tiêu chuẩn, kết hợp với nhau nhằm mục đích xây dựng các chỉ tiêu kỹ thuật và chuẩn hoá cho di động thế hệ thứ 3. Các tổ chức tiêu chuẩn từ châu Âu, Mỹ, Nhật bản, Trung quốc và Hàn quốc đều tham gia tổ chức này. Các chỉ tiêu kỹ thuật của 3GPP đƣợc nhóm vào các gói gọi là các Release. Bắt đầu từ phiên bản Release 5, 3GPP đã đề ra pha 1 của phân hệ đa phƣơng tiện IP (IMS) hoạt động trên cơ sở hạ tầng truy nhập vô tuyến, mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN).
IMS về cơ bản đƣợc sử dụng cho domain chuyển mạch gói sử dụng SIP để cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện qua IP. Nó tái sử dụng nhiều định nghĩa về SIP của IETF, bổ sung thêm phần các yêu cầu cho tính di động. Một điều quan trọng cần chú ý là 3GPP IMS không cung cấp dịch vụ tƣơng đƣơng với miền chuyển mạch
kênh. Do vậy, sự dịch chuyển về phía IMS thay thế cho lõi chuyển mạch kênh sẽ còn phải đƣợc thực hiện trong một quá trình dài.
Một nguyên tắc quan trọng trong chuẩn 3GPP Release 6 là lõi IMS độc lập với công nghệ truy nhập. Điều này có nghĩa là bất kỳ một yêu cầu nhất định nào cho truy nhập di động phải đƣợc xử lý bởi mạng truy nhập, ví dụ, các yêu cầu nén để tối ƣu hoá việc sử dụng băng thông. Trên thực tế, tính độc lập với truy nhập của IMS vẫn chƣa đƣợc thực hiện đối với truy nhập mạng cố định và do vậy vấn đề này đã đƣợc TISPAN thực hiện.
Hiện nay 3GPP đang làm việc để đƣa ra Release 7 với các nội dung sau:
- Truy nhập băng rộng cố định tới IMS: cho phép truy nhập mạng cố định tới IMS của 3GPP (đối với TISPAN).
- Đƣa ra cơ chế quản lý và đảm bảo QoS end-to-end.
- Cho phép thực hiện các cuộc gọi khẩn cấp chuyển mạch gói qua IMS. - Kết hợp các cuộc gọi chuyển mạch kênh với phiên IMS.
- Phát triển điều khiển chính sách và tính cƣớc dựa trên IP-flow
- Các vấn đề khác nhƣ các dịch vụ nội hạt IMS, hội nghị, quản lý nhóm,…
2.3.3 ETSI TISPAN
Tổ chức TISPAN của ETSI làm về mạng cố định cũng đang thực hiện chuẩn hoá các mạng hội tụ trong đó sử dụng IMS ở kiến trúc lõi. Điều này có nghĩa là nó bổ sung cho khả năng truy nhập mạng cố định để giao tiếp với IMS và nó cũng yêu cầu 3GPP tăng cƣờng chỉ tiêu kỹ thuật IMS. Với mục tiêu dịch chuyển chức năng PSTN hiện tại vào lõi IP, IMS đƣợc tập trung vào việc cung cấp phỏng tạo (emulation) PSTN, điều này nhằm mục đích cung cấp các dịch vụ tƣơng đƣơng bới PSTN. Các dịch vụ phỏng tạo PSTN cung cấp định nghĩa về những gì tối thiểu cần phải đƣợc cung cấp (thí dụ nhƣ việc truy tìm cuộc gọi có mục đích xấu), nhƣng cũng phải cho phép cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện. Mục tiêu cuối cùng là có kiến trúc IMS chung cho cả dịch vụ cố định lẫn di động vào khoảng năm 2008/2009.
Các mục tiêu của TISPAN cho chuẩn hoá các mạng hội tụ sử dụng IMS làm kiến trúc lõi là:
- Cung cấp đa dịch vụ, đa giao thức, đa truy nhập, dựa trên cơ sở IP, bảo an mạng và có độ tin cậy
- Cung cấp các dịch vụ peer-to-peer hay client-server theo thời gian thực hoặc phi thời gian thực.
- Cung cấp tính di động của ngƣời sử dụng và thiết bị đầu cuối với các dịch vụ truyền thông đƣợc cá nhân hoá của khách hàng ở khắp mọi nơi với bất kỳ thiết bị đầu cuối nào.
TISPAN ƣu tiên xây dựng sự phối hợp hoạt động với 3GPP về IMS để bổ sung các tính năng cho truy nhập cố định và yêu cầu sự tăng cƣờng chỉ tiêu kỹ thuật IMS từ 3GPP. Ngoài ra, nhóm này cũng hỗ trợ cho các dịch vụ PSTN/ISDN hiện tại.
TISPAN lập kế hoạch đƣa ra 3 tài liệu kỹ thuật là:
- Release 1: Hƣớng vào tính di chuyển và roaming do khách hàng điều khiển dựa trên việc sử dụng phân hệ gắn vào mạng truy nhập cũng nhƣ các phƣơng pháp truy nhập DSL/WLAN.
- Release 2: Hƣớng vào tối ƣu hoá việc sử dụng tài nguyên phù hợp với profile của khách hàng và việc sử dụng dịch vụ.
- Release 3: Đƣa ra các phƣơng pháp về tính di chuyển và truy nhập băng thông cao nhƣ FTTH, VDSL và WiMax.
2.3.4 3GPP2
Công việc tƣơng tự cũng đang đƣợc nhóm 3GPP2 thực hiện, nhóm này sử dụng IMS làm cơ sở cho giải pháp miền đa phƣơng tiện (MMD) của họ. Điều này cho phép các mạng truy nhập dựa trên CDMA-2000 cung cấp các dịch vụ di động thế hệ thứ 3. Định nghĩa lõi của 3GPP2 tuân theo một cách chặt chẽ với định nghĩa IMS nhƣng có thêm 1 số khác biệt phục vụ cho công nghệ vô tuyến. 3GPP2 cũng cho phép sử dụng IPv4 và tách biệt GGSN và P-CSCF.
2.4 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG BcN
Mục tiêu chính của chất lƣợng dịch vụ (QoS) là giảm hoặc huỷ bỏ trễ của các gói thoại hay gói dịch vụ đa phƣơng tiện thời gian thực cũng nhƣ mất mát gói khi chuyển qua mạng. QoS có thể đƣợc định nghĩa nhƣ khả năng của mạng cho phép cung cấp dịch vụ tốt hơn đối với lƣu lƣợng mạng nhất định trên nền các công nghệ khác nhau nhƣ Frame Relay, ATM và IP. Đặc điểm này của mạng làm dễ dàng cho việc phân biệt các loại lƣu lƣợng khác nhau cũng nhƣ đối xử chúng theo các cách khác nhau. Các tham số chuẩn để đánh giá QoS là:
- Tính khả dụng của dịch vụ (service availability): Tính khả dụng về kết nối mạng của ngƣời sử dụng và phụ thuộc vào thiết bị mạng đƣợc kết nối tới.
- Thông lƣợng (throughput): Tốc độ phân phát gói đến đích.
- Biến đổi trễ (delay jittter): Biến đổi trễ giữa các gói giống nhau khi đi qua cùng một đƣờng dẫn trong mạng.
Mạng có QoS cao hay không đƣợc đánh giá thông qua khả năng đạt đƣợc tối đa tính khả dụng dịch vụ cũng nhƣ thông lƣợng và đồng thời cũng phải tối thiểu hoá 3 tham số còn lại kia.
2.4.1 Tính cần thiết của QoS
Trong kiến trúc mạng hiện nay, các kiểu lƣu lƣợng khác nhau (nhƣ thời gian thực và dữ liệu) cần phải dùng chung một liên kết của mạng. Các kiểu lƣu lƣợng khác nhau này cần phải có sự đối xử khác nhau từ phía mạng. Nhƣ vậy, để cung cấp sự đối xử đặc biệt, không thể cung cấp một máy bay riêng cho những hành khách hạng nhất, thì tƣơng tự nhƣ vậy, cũng không thể cung cấp từng kênh riêng hay từng kết nối mạng riêng cho các khách hàng khác nhau mặc dù chúng cần phải đƣợc đối xử khác nhau. Toàn bộ băng thông phải đƣợc chia sẻ giữa các lƣu lƣợng ƣu tiên và lƣu lƣợng thông thƣờng, chỉ tại những nơi luồng lƣu lƣợng đi qua các phần tử tích cực của mạng nhƣ các router thì các luồng này mới đƣợc tách biệt và đối xử khác nhau.
Các kiểu lƣu lƣợng khác nhau có thể đƣợc phân thành các loại nhƣ sau:
- Dữ liệu hay không yêu cầu thời gian thực: Các ứng dụng quan tâm đến việc phân phát gói một cách tin cậy chẳng hạn nhƣ đảm bảo về TCP. Các ứng dụng này không quan tâm đến các yêu cầu về trễ hay băng thông. Ví dụ là các ứng dụng duyệt web, email, tính toán phân tán,…
- Thời gian thực: Các ứng dụng này đòi hỏi việc phân phát chính xác theo thời gian cùng với độ tin cậy. Một số ứng dụng này có thể cho phép có dung sai về trễ, trong khi một số ứng dụng khác không cho phép có dung sai trễ nhƣ vậy. Các ứng dụng loại thứ hai đƣợc sử dụng cho việc phân loại cao hơn về các ứng dụng thời gian thực theo mô hình QoS.
2.4.2 QoS cho BcN
Công nghệ băng rộng làm tăng khả năng hội tụ, tuy nhiên cần phải đảm bảo các yêu cầu end-to-end đƣợc đáp ứng cho từng dịch vụ. Đối với thông tin thoại, các yêu cầu này bao gồm hội tụ giao thức báo hiệu cũng nhƣ điều khiển jitter và trễ (latency) trên tất cả các liên kết trong hệ thống end-to-end. Các yêu cầu về jitter và trễ nói chung đƣợc coi nhƣ là chất lƣợng dịch vụ QoS. Dƣới đây sẽ nói cụ thể về các yêu cầu báo hiệu và QoS.
2.4.3 Hội tụ báo hiệu
Hình 2.6 chỉ ra một hệ thống minh họa việc hội tụ giữa di động và cố định băng rộng. Trong việc chuyển vùng cuộc gọi di động điển hình (đƣợc chỉ ra ở phải bên phải của hình 2.6), máy điện thoại di động (MS) liên lạc qua kênh vô tuyến với trạm
kết cuối gốc (BTS). BTS kết nối tới “đám mây” mạng di động, bao gồm bộ điều khiển trạm gốc (BSC), trung tâm chuyển mạch di động (MSC) và các phần tử khác của cơ sở hạ tầng di động. Mỗi BTS phủ sóng trên một phạm vi cỡ vài km.
Khi một cuộc gọi đến một máy điện thoại di động nhất định, MSC sẽ phát bản tin nhắn tin tới tất cả các BSC, các BSC này lại sẽ phát bản tin đó qua không gian tới các máy điện thoại di động. Mỗi máy điện thoại di động đều đáp ứng lại qua BTS/BSC kết hợp với một tế bào thích hợp. Ngay khi vị trí của MS phù hợp đƣợc nhận biết thì MSC sẽ gửi đi bản tin cấp chuông. Kênh thoại cho cuộc gọi sẽ đƣợc thiết lập và sử dụng cho đến khi kết thúc cuộc đàm thoại. Giao thức dùng cho gọi ra cũng tƣơng tự nhƣ trên ngoại trừ việc tiến trình nhắn tin, vì MS khởi hoạt cuộc gọi.
Hình 2.7 Mạng hội tụ giữa di động và cố định băng rộng
Khi MS rời khỏi vùng phủ sóng của BTS, nó sẽ chuyển sang BTS khác. Quá trình chuyển vùng bao gồm các đánh giá kênh vô tuyến để lựa chọn BTS sẵn có tốt nhất, đăng ký với BTS mới và kết thúc kết nối với BTS trƣớc đấy.
Một giao thức báo hiệu tƣơng tự nhƣ vậy có thể đƣợc sử dụng trong hệ thống hội tụ di động-cáp. Lớp kênh vô tuyến đƣợc thay thế bằng ống dẫn băng rộng nhƣ đƣợc minh họa ở phía trái của hình 2.6. BSC, BTS và kênh vô tuyến tế bào đƣợc thay thế bằng gateway quản lý truy nhập (để phỏng tạo BSC), hệ thống kết cuối modem cáp (CMTS), modem cáp (CM) có tích hợp điểm truy nhập (AP) WLAN, và kênh vô tuyến WLAN.
Registration: đăng ký
PSTN: mạng điện thoại cố định
Packet Cable Media Gateway, CMTS, Access Manager: các tổng đài chuyển mạch
Cellular Network (MSC, BSC): mạ ng di động 2G
Mobile Station: thiết bị di động đầu cuối Handover: chuyển giao
BTS: trạm thu phát sóng di động.
Với báo hiệu phù hợp, một cuộc gọi di động có thể đƣợc chuyển vùng sang ống dẫn băng rộng. Một khía cạnh quan trọng khác của định tuyến cuộc gọi qua băng rộng là việc đối xử đặc biệt cần thiết cho lƣu lƣợng thoại trong ống dẫn băng rộng. Các phần kế tiếp sẽ nói rõ việc làm thế nào để thiết lập QoS trong ống dẫn DOCSIS®/WLAN/IP.
2.4.4 QoS trong hệ thống hội tụ end-to-end
QoS dựa trên ý tƣởng là các tốc độ truyền dẫn, tỉ lệ lỗi và các đặc tính khác có thể đƣợc đo kiểm, cải thiện và trong một mức độ nào đó là đƣợc bảo đảm trƣớc. QoS là vấn đề đƣợc quan tâm đặc biệt cho việc truyền dẫn liên tục thông tin thoại, video băng thông cao và thông tin đa phƣơng tiện. Việc truyền dẫn các loại nội dung này một cách đáng tin cậy là khá khó khăn trong các mạng công cộng đang sử dụng các giao thức “best effort” thông thƣờng.
Tai của con ngƣời rất nhạy với trễ trong khi thực hiện đàm thoại 2 chiều. Trễ vƣợt quá 200 msec tạo ra sự khó chịu. Nó gây ra 2 vấn đề: tiếng vọng và sự chồng lấn đàm thoại. Hầu hết các vấn đề về tiếng vọng có thể đƣợc xử lý bằng các bộ triệt tiếng vọng. Chồng lấn đàm thoại (hay là việc ngƣời này nói chồng lên tiếng nói của ngƣời kia) trở nên quan trọng nếu nhƣ trễ một chiều lớn hơn 200 msec.
Việc giảm trễ end-to-end sẽ đƣợc hƣớng vào việc giảm trễ qua mạng gói. Mỗi phần tử trong hệ thống end-to-end phải tối thiểu hóa phần góp trễ của nó vào tổng trễ. Trễ sinh ra từ trễ trực tiếp của các phần tử thông tin hoặc từ các đệm de-jitter cần thiết để bù cho thời gian đến biến thiên của các gói trong các liên kết nhất định. Mỗi phần của mạng cần sử dụng các cơ chế để điều khiển trễ và đảm bảo sự biến thiên thời gian đến của gói (jitter). Phần tiếp sẽ kiểm tra QoS ở mỗi phần của mạng từ một máy điện thoại di động, đi qua điểm truy nhập WLAN và DOCSIS vào Media Gateway.