Nhằm tƣơng thích với tốc độ truyền dữ liệu thấp của các đƣờng liên kết vô tuyến, IMS bổ sung cơ chế nén báo hiệu nhằm tăng hiệu quả của quá trình truyền thông báo hiệu và đƣợc thực hiện thông qua SigComp. SigComp là một cơ chế mà các giao thức lớp ứng dụng dùng để nén bản tin trƣớc khi gửi vào mạng. Nó không chỉ cung cấp phƣơng thức giảm thiểu kích thƣớc bản tin SIP mà còn có những chức năng giải nén cho một phạm vi rộng lớn các thuật toán nén. Cơ chế nén SigComp đƣợc xem nhƣ một lớp nằm giữa SIP và giao thức lớp truyền tải. Về mặt kiến trúc SigComp đƣợc chia làm năm thực thể:
o Bộ điều phối nén: Đây là giao diện giữa ứng dụng và hệ thống SigComp. Nó sẽ yêu cầu một bộ nén đƣợc chỉ thị bởi ứng dụng thông qua một nhận dạng
nhóm. Bộ điều phối nén sẽ gửi trả lại các bản tin đã đƣợc nén đến đích của chúng.
o Bộ điều phối giải nén: Là giao diện giữa hệ thống SigComp và ứng dụng tƣơng ứng. Nó yêu cầu UDVM thực hiện giải nén bản tin. Sau đó nó gửi bản tin đã đƣợc giải nén đến phần ứng dụng. Nếu ứng dụng đó yêu cầu bộ giải nén duy trì trạng thái bản tin nó sẽ gửi trả lại một nhận dạng tƣơng ứng. o Bộ nén: Đây là thực thể thực hiện nén bản tin ứng dụng. Nó sử dụng một
nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Các bản tin đã đƣợc nén đƣợc gửi đến bộ điều phối nén.
Hình 4.7: Kiến trúc SigComp
o UDVM: là thiết bị ảo giải nén tổng thể (vạn năng)UDVM (Universal Decompressor Virtual Machine). Nó cung cấp các chức năng giải nén. Khi thu nhận một bản tin SigComp, bản tin này đƣợc lƣu trong bộ nhớ giải nén. Các mã byte và từ điển nén đƣợc lƣu tại thực thể giải nén sẽ đƣợc nạp cho UDVM để UDVM thực hiện giải nén. Sau khi bản tin đó đƣợc giải nén, thông tin mà nó lƣu trữ đƣợc sử dụng để cập nhật từ điển và lƣu lại thành một trạng thái mới.
o Bộ xử lý trạng thái: Lƣu trữ thông tin về trạng thái các bản tin SigComp. Ứng dụng SIP có thể nhóm các bản tin có liên quan với nhau lại. Ví dụ các bản tin thuộc cùng hội thoại hoặc có cùng địa chỉ node kế tiếp. Ứng dụng SIP sẽ định vị
bộ nén cho mỗi một nhóm và lƣu lại thông tin trạng thái tƣơng ứng. Nó cũng xác định khi nào thì một nhóm này đƣợc tạo ra hoặc loại bỏ. Một nhóm bản tin đƣợc xác định bởi một nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Ứng dụng cũng chịu trách nhiệm xác định nhận dạng cho bộ giải nén. Khi nó thu nhận đƣợc một bản tin đã đƣợc giải nén nó sẽ xác định nhận dạng nhóm tƣơng ứng cho bản tin và cung cấp cho hệ thống SigComp.
Trong IMS thực thể thực hiện nén và giải nén bản tin đến và đi từ đầu cuối là P- CSCF. Bản tin SIP đƣợc nén bởi SigComp trong UE gửi qua giao diện vô tuyến, trạm gốc BS, bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC của mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN. Từ UTRAN nó sẽ đƣợc gửi qua node SGSN và GGSN để tới P-CSCF là nơi mà các bản tin SigComp đƣợc giải nén. Từ P-CSCF bản tin SIP đƣợc gửi đi không cần nén. Trong pha đăng ký thiết bị ngƣời dùng và chức năng P-CSCF thông báo cho nhau mong muốn thực hiện nén bản tin và khả năng của mình nhƣ kích thƣớc bộ nhớ, năng lực xử lý, trạng thái và các lệnh nén. Khi UE hoặc P-CSCF muốn gửi một bản tin SIP đƣợc nén nó phải gửi bản tin đến bộ điều phối nén. Bộ điều phối nén gửi bản tin đến bộ nén, tìm trạng thái nén cần thiết, nhận dạng nhóm và sử dụng một thuật toán nén để mã hóa bản tin. Cuối cùng bộ điều phối nén gửi bản tin đã đƣợc nén đến lớp truyền tải để phân phối đến P-CSCF. Tại P-CSCF khi bộ điều phối giải nén nhận đƣợc một bản tin, nó kiểm tra tiền tố của bản tin đó và xác định bản tin đã đƣợc nén và gửi đến UDVM. UDVM truy vấn bộ quản lý trạng thái để nhận lấy trạng thái tƣơng ứng cho giải nén bản tin. Sau khi giải nén UDVM sẽ gửi trả bản tin lại bộ điều phối để gửi đến phần ứng dụng.
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Nội dung chƣơng tập trung vào các khía cạnh liên quan tới báo hiệu trong IMS. Kiến trúc chức năng và các điểm tham chiếu của IMS đƣợc trình bày nhằm chỉ rõ các chức năng và giao thức phối hợp hoạt động trong IMS. Đặc tính hoạt động của giao thức SIP đƣợc trình bày trong chƣơng này đƣợc khái quát bởi các điểm khác biệt nhất định với môi trƣờng mạng IP thuần. Bên cạnh đó, các giao thức hỗ trợ cho
kết nối đa phƣơng tiện cũng đƣợc trình bày trên các khía cạnh chức năng nhận thực, xác lập chính sách hay nén thông tin cũng đƣợc trình bày.
Các nội dung ôn tập chính trong chương
- Kiến trúc, thành phần chức năng và các điểm tham chiếu IMS;
- Các thủ tục SIP ứng dụng trong IMS;
- Đặc tính của giao thức Diameter, COPS;
- Cơ chế nén báo hiệu trong SigComp.
CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LIÊN MẠNG
Tóm tắt: Vấn đề kết nối liên điều hành và đảm bảo các phiên kết nối truyền thông từ một hạ tầng mạng này sang hạ tầng mạng khác luôn được đặt ra trong nỗ lực hội tụ mạng. Chương này chỉ ra các vấn đề cơ bản của điều khiển chấp nhận kết nối, kiến trúc điều khiển phân tán và các giao thức, thủ tục báo hiệu cho kết nối liên mạng.
5.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG 5.1.1 Hội tụ mạng cố định và di động
Nhƣ trong chƣơng 2 đã trình bày sơ lƣợc về xu hƣớng hội tụ hạ tầng mạng truyền thông trong những năm gần đây. Bên cạnh hƣớng tiếp cận máy chủ cuộc gọi, tập trung vào mục tiêu gắn kết giữa hạ tầng mạng cố định với mạng internet, tiếp cận IMS đƣợc coi là giải pháp tiềm năng hiện nay cho mục tiêu hội tụ mạng di động và mạng cố định và đƣợc gọi là FMC (Fixed Mobile Convergence). Mạng hội tụ cố định/di động cho phép thuê bao di động có thể chuyển vùng ra ngoài vùng phục vụ của mạng di động mà vẫn có khả năng truy nhập các dịch vụ cung cấp trong mạng thƣờng trú. Sự phát triển của công nghệ mạng lõi theo hƣớng dựa trên mạng IP là giải pháp lâu dài để tích hợp các công nghệ mạng khác nhau và tích hợp các mạng cố định và di động. Mạng hội tụ FMC tạo cơ hội cho phép mở rộng phạm vi và vùng phục vụ của các dịch vụ mà các mạng trƣớc đó không thể thực hiện đƣợc. Tiếp cận này hoàn toàn có thể từng bƣớc thay thế cho tiếp cận chuyển mạch mềm trong tƣơng lai. Khái niệm FMC liên quan đến vấn đề hội tụ mạng cố định và mạng di động. Do vậy, những nghiên cứu về FMC xoay quanh hai mạng: cố định và di động. Đối với mạng di động, các công nghệ mạng sau đây có thể đƣợc sử dụng để thực hiện việc hội tụ với mạng cố định:
o Miền IMS: liên quan đến việc sử dụng miền IMS của 3GPP để cung cấp các dịch vụ dựa trên SIP.
o PLMN-CS: miền chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại (không đƣợc điều khiển bởi IMS).
o PLMN-PS: miền chuyển mạch gói cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói (không đƣợc điều khiển bởi IMS).
Mạng cố định có thể đƣợc phân thành 3 loại công nghệ truy nhập cố định sau đây, có thể thực hiện hội tụ với mạng di động:
o Mạng vô tuyến: Thiết bị đầu cuối truy nhập với mạng cố định qua giao diện vô tuyến (ví dụ: các chuẩn IEEE 802.11, 802.15 và 802.16). Thuê bao có thể sử dụng cùng một loại đầu cuối để truy nhập cả mạng di động và mạng vô tuyến cố định (sử dụng đầu cuối hai chế độ). Chức năng điều khiển đối với mạng này bao gồm IMS và UMA.
o Truy nhập cố định băng rộng: Thiết bị đầu cuối truy nhập mạng cố định qua kết nối hữu tuyến. Thuê bao không thể sử dụng cùng một loại thiết bị để truy nhập cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng này là IMS.
o Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN: Thiết bị đầu cuối là điện thoại cố định truyền thống. Thuê bao không thể sử dụng cùng một đầu cuối để truy nhập tới cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng cố định này là: PES kết hợp với IMS;UMA-J:POTS đƣợc kết nối với miền PLMN-CS sử dụng cổng kết nối; thiết bị chuyển mạch PSTN; PES kết hợp với chuyển mạch mềm.
5.1.2 Cấu trúc FMC dựa trên IMS
Cấu trúc FMC dựa trên IMS thể hiện trên hình 5.1. Cấu trúc này đƣợc xây dựng với giả thiết rằng: một nền tảng dịch vụ IMS chung đƣợc thực hiện để cung cấp các dịch vụ cả mạng cố định và di động. Nền tảng IMS hội tụ này có thể đƣợc sử dụng để chuyển các dịch vụ giữa các thiết bị đầu cuối kết nối với các mạng khác nhau dựa trên khả năng kết nối (reachability), sở thích của thuê bao hoặc yêu cầu rõ ràng của thuê bao. Cấu trúc này cũng có thể đƣợc sử dụng để chuyển các dịch vụ từ một
hệ thống truy nhập này sang một hệ thống truy nhập khác để hỗ trợ tính liên tục dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối đa chế độ; những thiết bị này có thể kết nối đến đồng thời các điểm truy nhập vô tuyến cố định và mạng di động.
Hình 5.1: Cấu trúc hội tụ FMC trên nền IMS
Cách sử dụng thay thế cho chuyển giao mức dịch vụ là phƣơng thức chuyển giao lớp truyền tải bằng cách sử dụng các giao thức quản lý di động phù hợp. Loại chuyển giao này yêu cầu một lõi chuyển mạch gói chung trong đó thông tin nhận thực và thông tin QoS của phần truy nhập mạng có thể đƣợc chuyển giữa các phân hệ truy nhập khác nhau.
Trong vấn đề hội tụ cố định di động, cấu trúc hỗ trợ tính liên tục dịch vụ giữa mạng chuyển mạch gói điều khiển bởi IMS với các mạng di động chuyển mạch kênh là điểm mấu chốt của vấn đề đảm bảo QoS. Cấu trúc này yêu cầu các chức năng hội tụ PS/CS điển hình để kết nối giữa mạng điều khiển bởi IMS với mạng CS. Những chức năng này đƣợc thể hiện trên hình 5.1 bao gồm: lớp dịch vụ FMC app và IWF ở lớp truyền tải. Những chức năng này sẽ có trong mạng IMS để tận dụng các giao diện CS. Cấu trúc phỏng tạo PSTN/ISDN dựa trên IMS có thể đƣợc coi là cấu trúc FMC dựa trên IMS do cấu trúc IMS hội tụ có thể cung cấp các dịch vụ đồng thời cho thuê bao di động và đầu cuối PSTN/ISDN.
5.1.3 Mô hình tham chiếu IMS trong FMC
Mục tiêu lâu dài của FMC là cung cấp cho thuê bao các dịch vụ không hạn chế trong môi trƣờng truy nhập mạng cố định và di động. Hình 5.2 mô tả các miền
mobile PS AN fixed PS AN mobile CS AN IMS mobile CS core IWF FMC appl.
PS Core Convergence fixed mobile IMS Convergence PS/CS Conver- gence service transfer mobile PS AN fixed PS AN mobile CS AN IMS mobile CS core IWF FMC appl.
PS Core Convergence fixed mobile IMS Convergence PS/CS Conver- gence service transfer PTIT
mạng cho cả mạng cố định và di động để thể hiện các mức hội tụ khác nhau có thể đạt đƣợc với cấu trúc này.
User Equipment Domain application service domain 3rd Party Applications Application Service Domain Session Control Domain (IMS Core)
Core Transport Domain Access Transport Domain
Radio/wired Access Domain Access Aggregation Domain Other Networks
Hình 5.2: Mô hình tham chiếu cấu trúc FMC dựa trên IMS
Miền truyền tải truy nhập (Access Transport) hỗ trợ kết nối giữa miền thiết bị đầu cuối thuê bao (User Equipment Domain) với miền truyền tải lõi (Core Transport Domain) độc lập với công nghệ truy nhập. Bên trong miền truyền tải truy nhập, chúng ta phân biệt giữa khối miền truy nhập hữu tuyến/ không dây (Radio/Wired Access Domain, bao gồm phân hệ truy nhập DSLAM, trạm gốc và bộ điều khiển trạm gốc 3G, điểm truy nhập WLAN…) với miền tích hợp truy nhập (Access Aggregation Domain, thực hiện chức năng tập hợp lƣu lƣợng từ nhiều miền truy nhập hữu tuyến/ không dây chuyển tới nút biên). Cấu trúc mạng GPRS (một phần mạng truy nhập kết nối IP 3GPP) là ví dụ đặc trƣng cho miền tích hợp truy nhập. Tƣơng tự nhƣ vậy, mạng kết nối DSLAM tới các thiết bị biên BRAS/IP cũng là một ví dụ điển hình của miền tích hợp truy nhập. Một miền tích hợp truy nhập di động phải chứa các chức năng quản lý di động.
Miền truyền tải lõi cũng phải chứa chức năng quản lý di động để hỗ trợ tính di động giữa các miền truy nhập khác nhau (vd nhƣ: chức năng quản lý di động của máy chủ thƣờng trú MIP). Miền truyền tải lõi kết nối với các miền truy nhập trong cùng một mạng và với các miền truyền tải lõi của các mạng khác để hỗ trợ chức năng xử lý đa phƣơng tiện khi cần. Chức năng truy nhập mạng, chức năng điều
khiển truy nhập và quản lý tài nguyên đều đƣợc thực hiện ở các miền truy nhập và miền truyền tải lõi.
Truyền tải IP trong mạng lõi tại mặt phẳng truyền tải cho phép ghép nối giữa các công nghệ truy nhập cố định và di động. Tuy vậy, khả năng làm việc liên mạng giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau tại lớp truyền tải không đủ hỗ trợ tính di động toàn cầu trong môi trƣờng hỗn tạp nhƣ vậy; lớp điều khiển thực hiện các công việc nhƣ: các cơ chế nhận thực và nhận dạng thuê bao, các chức năng xác thực và điều khiển truy nhập, quản lý và phân bổ địa chỉ IP, quản lý môi trƣờng thuê bao (VHE), quản lý thông tin về thuê bao và khả năng truy nhập tới số liệu thuê bao… để đảm bảo hội tụ toàn phần giữa các công nghệ truy nhập và giữa các mạng khác nhau.
Điều khiển phiên kết nối giữa thiết bị đầu cuối thuê bao với các mạng khác đƣợc hỗ trợ bởi miền điều khiển phiên (Section Control Domain) – miền này chứa các chức năng hỗ trợ dịch vụ vị trí và dịch vụ hiển thị. Miền điều khiển phiên giao diện với miền truyền tải lõi để truyền các yêu cầu tài nguyên truyền tải và thông tin NAT binding nếu cần. Miền này cũng giao tiếp với miền truyền tải truy nhập (để truyền thông tin vị trí trong trƣờng hợp miền truy nhập hữu tuyến).
Cuối cùng, miền dịch vụ ứng dụng (Application Service Domain) chứa các chức năng hỗ trợ các dịch vụ thông tin và nhắn tin đƣợc xây dựng bên trên các dịch vụ điều khiển phiên.
Cấu trúc FMC sử dụng miền điều khiển phiên và miền dịch vụ chung cho cả thuê bao cố định và di động. Miền điều khiển phiên là phần cốt yếu của tiêu chuẩn IMS của 3GPP. Hội tụ dịch vụ bao gồm một số tính năng dịch vụ FMC cơ bản có thể đƣợc mô tả dƣới đây sử dụng các miền dùng chung và các điểm tham chiếu chung cho cả đầu cuối cố định và di động:
o Truy nhập cùng dịch vụ từ các đầu cuối khác nhau với các số nhận dạng công cộng khác nhau (một thiết bị đầu cuối thuê bao có thể chứa nhiều số nhận dạng công cộng).
o Truy nhập cùng dịch vụ từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sử dụng cùng một số nhận dạng thuê bao công cộng. Tính năng này cho phép thuê bao lựa chọn dịch vụ nào đƣợc chuyển tiếp đến đầu cuối nào và theo trình tự nào, trong khi bên gọi chỉ cần biết một số nhận dạng thuê bao duy nhất.
o Tính liên tục dịch vụ trên một thiết bị đầu cuối đa chế độ khi di chuyển giữa môi trƣờng mạng cố định ở nhà hoặc ở cơ quan và môi trƣờng mạng di động (Vd: máy di động hoặc PDA hai chế độ UTRAN và WLAN/Bluetooth có thể