Theo phân tích ở trên thì mạng hội tụ theo cấu trúc của TISPAN là hiệu quả hơn và quá trình hội tụ giữa cố định và di động rõ ràng hơn cả, chính vì thế để hướng tới mạng hội tụ thì nên sử dụng cấu trúc mạng của TISPAN. Phương pháp chính để xây dựng mạng FMC là tận dụng những cơ sở hạ tầng của NGN cố định hiện nay. Ánh xạ các thực thể chính của NGN sang thực thể trong kiến trúc mạng hội tụ của TISPAN.
Kiến trúc chức năng mạng FMC được mô tả ở Hình 1-8 dưới đây tuân theo mô hình tham chiếu chung của ITU-U cho mạng thế hệ kế tiếp (ITU-T Recommendation Y.2011: “General principles and general reference model for next generation network”.) và theo mô hình IMS của TISPAN, [10].
Dịch vụ Điều khiển Truyền tải IP Không dây Di động Cố định
Hình 1-8. Kiến trúc chức năng mạng hội tụ FMC
Kiến trúc này có thể phân làm 4 lớp:
Lớp quản lý ứng dụng.
Lớp điều khiển.
Lớp truyền tải IP.
Lớp mạng truy nhập
Thành phần và cấu trúc của các lớp của mạng hội tụ FMC theo mô hình của TISPAN được thể hiện trên Hình 1-9 dưới đây.
Resource and Admission Control Subsystem
S-CSCF P-CSCF MRFC BGCF I-CSCF SLF Mg Mj Mr Mi Mi Mw Mw Mw Dx
IP Transport (Access and Core)
MRFP Mp Gq I-BGF O th e r I P N e tw o rk s Network Attachment Subsystem Core IMS AS HSS Charging Functions ISC Dh Cx Cx Rf/Ro Rf/Ro Sh If IBCF ld lc IWF la lb Mw/Mk/Mm A-BGF MGCF T-MGF Mm PSTN/ISDN SGF UE le
Hình 1-9. Cấu trúc mạng hội tụ FMC theo mô hình của TISPAN 1.5.1. Lớp quản lý ứng dụng
a. Thành phần:
Bao gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server), máy chủ đa phương tiện, lưu trữ thông tin người sử dụng, các khối chức năng điều khiển tính cước CCF (Charging Controller Function)…
b. Các chức năng:
Chức năng máy chủ ứng dụng AS (Application Server)
Server ứmg dụng (AS) là nơi thực hiện các dịch vụ, giao diện với S-CSCF thông qua báo hiệu SIP. Đây là cơ sở để bên cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng tích hợp và triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng của họ trên cơ sở hạ tầng IMS.
Tuỳ thuộc vào dịch vụ cụ thể, Server ứng dụng có thể hoạt động ở chế độ SIP Proxy, SIP UA hoặc SIP B2BUA. Server ứng dụng có thể được đặt tại mạng chủ hoặc mạng của bên thứ ba. Dựa trên giao diện giữa AS và S-CSCF mà nó có thể được phân ra làm các loại sau:
- SIP AS: server ứng dụng IMS chuẩn.
- OSA-SCS: server ứng dụng OSA.
- IM-SSF: server ứng dụng CAMEL dùng giao thức CAP.
Chức năng máy chủ đa phương tiện:
Khối MRF (Media Resource Function) cung cấp các chức năng đa phương tiện như:
- Đưa ra các thông báo (thoại hoặc video).
- Hội nghị đa phương tiện (trộn nhiều luồng thoại và video).
- TTS (Text-To-Speech conversation) và nhận dạng tiếng nói.
- Chuyển đổi thông tin đa phương tiện (chuyển đổi giữa các codecs với
nhau).
Khối MRF lại được phân ra làm một số loại:
- MRFC (Media Resource Function Controller): là chức năng của phần
báo hiệu, có nhiệm vụ của SIP UA đối với S-CSCF và điều khiển phần MRFP qua giao diện H.248.
- MRFP: là chức năng của phần chuyển tải, thực hiện các chức năng liên
quan đến thoại, video.
Chức năng lưu trữ thông tin người sử dụng (UPSF)
Chức năng lưu giữ thông tin người sử dụng (UPSF) chịu trách nhiệm lưu giữ thông tin liên quan đến người sử dụng, bao gồm các thông tin sau:
- Thông tin nhận dạng người sử dụng mức dịch vụ, thông tin đánh số và
thông tin đánh địa chỉ.
- Thông tin an ninh người sử dụng mức dịch vụ, thông tin điều khiển
truy nhập cho nhận thực và cấp quyền.
- Thông tin vị trí người sử dụng tại mức liên kết nối: UPSF hỗ trợ đăng
ký người sử dụng và lưu trữ thông tin vị trí liên hệ thống…
UPSF có thể lưu trữ thông tin người sử dụng liên quan tới một hay nhiều phân hệ điều khiển dịch vụ và ứng dụng. UPSF không chứa các thông tin liên quan đến kết nối IP. Những thông tin như vậy được lưu trong phân hệ NASS. Tuy nhiên, cũng có trường hợp UPSF có thể được đặt cùng với chức năng cơ sở dữ liệu của NASS.
Tập con của UPSF lưu giữ thông tin liên quan tới IMS là tương đương với tập con của thực thể HSS. HSS (Home Subscriber Server) là cơ sở dữ liệu gốc có chức năng hỗ trợ các thành phần khác của IMS, có nhiệm vụ xử lý các phiên kết nối. HSS chứa các thông tin thuê bao, thực hiện việc xác thực thuê bao và cung cấp các thông tin về vị trí hiện tại của thuê bao. Nói một cách khác, nó có chức năng tương tự như của HLR và AUC của hệ thống GSM. Chức năng SLF (Subscriber Location Function) được thực hiện khi nhiều HSS được sử dụng. HSS và SLF đều phải hỗ trợ giao thức DIAMETER.
Chức năng tính cước
Việc tính cước ngoại tuyến được sử dụng cho các thuê bao trả sau. Tính cước trực tuyến được dùng cho các dịch vụ trả trước. Một phiên kết nối có thể được tính cước cả ngoại tuyến và trực tuyến.
- Đối với tính cước ngoại tuyến: tất cả các thành phần SIP của mạng (P- CSCF, I-CSCF, S-CSCF, BGCF, MRFC, MGCF, AS) sử dụng giao diện Rf của giao thức DIAMETER để gửi các thông tin cước đến khối CCF (Charging Collector Function) đặt tại trong cùng vùng mạng với chúng. CCF sẽ thu thập toàn bộ các thông tin cước để xây dựng một bản ghi cước CDR và gửi đến hệ thống tính cước của mạng. Mỗi phiên kết nối được gán một ID riêng. Tham số IOI (Inter Operator Identifier) sẽ cho biết mạng khởi tạo và mạng kết cuối của phiên kết nối. Mỗi mạng có hệ thống tính cước riêng. Các hệ thống tính cước của các vùng mạng khác nhau sẽ có thể trao đổi thông tin với nhau để có thể tính cước các cuộc gọi chuyển vùng.
- Đối với tính cước trực tuyến: P-CSCF trao đổi trực tiếp với SCF (Session Charging Function) có chức năng của một server ứng dụng SIP thông thường. SCF có thể báo hiệu để C-CSCF kết thúc phiên kết nối đang hoạt động nếu tài khoản thuê bao đã hết tiền. Server ứng dụng và MRFC thông tin đến khối ECF (Event Charging Function) qua giao thức DIAMETER với hai trường hợp sau:
o Ở chế độ IEC (Immediate Event Charging): một số tiền được
phép cung cấp dịch vụ. Nếu tài khoản hết tiền thì dịch vụ sẽ bị khoá.
o Ở chế độ ECUR (Event Charging with Unit Reservation): ECF
để dành một số tiền nhất định trong tài khoản thuê bao và sau đó cho phép MRFC hoặc AS cung cấp dịch vụ. Sau khi kết thúc dịch vụ, số tiền sử dụng được báo lại và trừ khỏi tài khoản, lượng tiền dành riêng sau đó sẽ được trả lại tài khoản của thuê bao.
1.5.2. Lớp điều khiển
Thành phần chức năng của lớp điều khiển bao gồm các thành phần chính của các thành phần điều khiển trong mạng lõi IMS. Các thành phần chức năng trong lớp điều khiển bao gồm:
Chức năng điều khiển cuộc gọi/phiên kết nối
Các server CSCF (Call/Session Control Function): là các SIP server có nhiệm vụ xử lý các gói tin báo hiệu SIP trong IMS. P-CSCF là một SIP Proxy Server có nhiệm vụ làm Proxy cho đầu cuối IMS. P-CSCF có thể là server nằm tại mạng khách (nếu mạng khách tuân thủ IMS) hoặc mạng chủ (nếu mạng khách không tuân thủ IMS). Thiết bị đầu cuối phát hiện P-CSCF cho nó thông qua DHCP hoặc được gán bởi PDP Context. Một P-CSCF có các tính chất sau:
- Được gán cho một thiết bị đầu cuối IMS khi thiết bị này đăng ký với
mạng và không được thay đổi trong suốt thời gian đăng ký.
- Nằm trên tuyến báo hiệu và có thể giám sát tất cả các bản tin báo hiệu.
- Xác thực người dùng và thiết lập liên kết bảo mật IPSec với thiết bị
đầu cuối IMS. Điều này cho phép loại trừ nguy cơ tấn công mạng kiểu giả danh hay chuyển tiếp cũng như bảo vệ thông tin cá nhân của người sử dụng. Các nút mạng khác có thể tin tưởng kết quả xác thực của P- CSCF nên không cần xác thực lại.
- Nén và giải nén bản tin SIP nên giúp giảm thiểu trễ báo hiệu trên kết
nối vô tuyến tốc độ thấp.
- Có thể có chức năng PDF (Policy Decision Function), làm nhiệm vụ
cấp phép sử dụng tài nguyên của phần chuyển tải và quản lý chất lượng dịch vụ và được sử dụng vào những mục đích như quản lý sử dụng theo chính sách, bắt thông tin theo luật, quản lý băng thông, v.v… PDF cũng có thể là một chức năng riêng biệt, ví dụ như trong phần điều khiển phiên ngoài biên.
- Gửi các thông tin tính cước đến nút thu thập thông tin cước: Server I-
mạng. Địa chỉ của I-CSCF được quảng bá thông qua hệ thống địa chỉ miền DNS nên các server khác nhau (ví dụ như P-CSCF trong mạng khách hay S-CSCF trong mạng khác) có thể tìm được và kết nối với nó như cửa ngõ chính để gửi gói tin SIP vào mạng. I-CSCF truy vấn HSS quan giao diện Cx và Dx qua giao thức DIAMETER để xác định vị trí thuê bao để có thể định tuyến yêu cầu SIP đến server S-CSCF phục vụ thuê bao đó. I-CSCF cũng được sử dụng với mục đích bảo vệ cấu trúc nội bộ của mạng.
- Server S-CSCF (Serving-CSCF) là nút có vai trò trung tâm trong hệ
thống báo hiệu. Trên thực tế, nó là một SIP server nhưng có thêm chức năng điều khiển phiên. S-CSCF bao giờ cũng nằm ở mạng gốc của thuê bao. S-CSCF sử dụng giao diện Cx và Dx của giao thức DIAMETER để truy vấn HSS và tải xuống hay cập nhật profile của thuê bao. S-CSCF hoàn toàn không lưu thông tin thuê bao. Các nhiệm vụ chính của S-CSCF bao gồm:
o Xử lý các bản tin đăng ký SIP.
o Nằm trên tuyến báo hiệu và có thể giám sát từng bản tin báo
hiệu.
o Xác định server ứng dụng để gửi bản tin báo hiệu SIP.
o Cung cấp dịch vụ định tuyến, thường sử dụng dịch vụ ENUM.
o Áp đặt chính sách của nhà vận hành mạng.
Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện
Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function) có thể phân ra thành 2 thành phần: MRFC (Media Resource Function Controller) và MRFP (Media Resource Function Processor).
- MRFC có vài trò quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương
tiện trong MRFP, giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng dụng AS 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 dung dịch vụ,
chuyển đổi định dạng (transcoding) nội dung.
Chức năng định tuyến gateway ngõ ra BGCF
BGCF (Breakout Gateway Control Function) là một máy chủ SIP chứa đựng chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại. Nó được sử dụng khi một thiết bị IMS thực hiện cuộc gọi đến mạng nối chuyển mạch hay mạng điện thoại cố định truyền thống PSTN. BGCF hỗ trợ khả năng kết nối liên mạng thông qua
việc định tuyến yêu cầu SIP trong trường hợp S-CSCF xác định rằng không thể định tuyến yêu cầu này bằng DNS/ENUM. BGCF sẽ xác định nút mạng tiếp theo trên đường định tuyến hoặc là MGCF hoặc là một BGCF của mạng khác rồi chuyển báo hiệu đến nút mạng tương ứng.
Chức năng Gateway PSTN
Gateway PSTN là phần kết nối IMS với mạng chuyển mạch kênh PSTN. Về báo hiệu, mạng chuyển mạch kênh dùng báo hiệu ISUP/MTP, trong khi IMS dùng báo hiệu SIP. Về thoại, mạng chuyển mạch kênh dùng PCM trong khi IMS dùng RTP. Chức năng Gateway PSTN bao gồm các thành phần cơ bản sau:
- SGW (Signalling Gateway): giao diện với phần báo hiệu của mạng
chuyển mạch kênh, có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức lớp dưới như SCTP/IP sang MTP để giúp cho việc gửi báo hiệu ISUP từ MGCF sang mạng chuyển mạch kênh và ngược lại.
- MGCF (Media Gateway Controller Function): có nhiệm vụ quản lý
cổng phương tiện, bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh phương tiện, làm trung gian chuyển đổi giữa giao thức báo hiệu ISUP và SIP. MGCF quản lý một hay nhiều IM-MGW (IP Multimedia-Media Gateway). IM-MGW 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. MGCF điều khiển việc sử dụng tài nguyên của MGW qua H.248.
- MGW (Media Gateway): giao tiếp với phần chuyển tải của mạng
chuyển mạch kênh, có nhiệm vụ chuyển đổi giữa RTP và PCM. Ngoài ra, nó còn thực hiện việc chuyển đổi định dạng thoại/video khi cần.
Chức năng liên mạng (IWF)
Chức năng liên mạng IWF (InterWorking Function) thực hiện liên mạng giữa các giao thức được sử dụng bên trong phân hệ điều khiển dịch vụ NGN TISPAN và các giao thức dựa trên IP khác (Chẳng hạn, giữa SIP được sử dụng trong IMS và giao thức dựa trên IP như H.323).
Chức năng điều khiển biên mạng liên kết nối (IBCF)
Chức năng điều khiển biên mạng liên kết nối (IBCF) điều khiển biên giữa các miền của các nhà khai thác. Chức năng của IBCF bao gồm:
- Tương tác với các tài nguyên truyền tải, thông qua phân hệ điều khiển
chấp nhận kết nối và tài nguyên – RACS bao gồm NAPT và chức năng firewall.
- Chèn IWF vào trong tuyến báo hiệu khi cần.
- Lọc thông tin báo hiệu dựa trên nguồn và đích, ngoài những gì đã được
thực hiên bên trong mỗi phân hệ (chẳng hạn, chức năng THIG của I- CSCF cho phân hệ IMS lõi).
Khi tương tác với thành phần IMS của kiến trúc, IBCF bao gồm chức năng của gateway mức ứng dụng (ALG).
1.5.3. Lớp truyền tải
Lớp truyền tải chứa phân lớp điều khiển truyền tải đặt trên chức năng truyền tải. Phân lớp điều khiển truyền tải lại được phân chia thành 2 phân hệ:
- Phân hệ NASS
- Phân hệ RACS
1.5.3.1. Phân lớp điều khiển truyền tải
a. Phân hệ NASS
Phân hệ NASS cung cấp các chức năng sau:
- Phân bổ động các địa chỉ IP và các tham số cấu hình đầu cuối khác.
- Nhận thực tại lớp IP, trước hay trong thủ tục phân bổ địa chỉ.
- Cấp quyền truy nhập mạng dựa trên thông tin người sử dụng.
- Cấu hình mạng truy nhập dựa trên thông tin người sử dụng.
- Quản lý vị trí tại lớp IP.
Kiến trúc NGN R1 không yêu cầu một NASS hỗ trợ nhiều mạng truy nhập. Điều này không ngăn cản việc các nhà khai thác triển khai các chức năng NASS dùng chung cho nhiều mạng truy nhập (chẳng hạn một cơ sở dữ liệu thông tin người sử dụng có thể dùng chung cho nhiều mạng truy nhập khác nhau). Hình 1-10 đưa ra kiến trúc chức năng của phân hệ NASS.
CLF AMF UAAF NACF PDBF CNGCF ARF Resource and Admission Control Subsystem CNG TE Service control subsystems and application e4 e5 a3 a4 a1 a2 e1 e1 e2 e2 UE
b. Phân hệ RACS
Phân hệ RACS cung cấp các chức năng điều khiển cổng và điều khiển chấp nhận kết nối (Bao gồm điều khiển NAPT và đánh dấu theo mức ưu tiên). Điều khiển chấp nhận kết nối bao gồm việc kiểm tra việc cấp quyền cho người sử dụng dựa trên thông tin của người đó được lưu tại phân hệ NASS, theo các chính sách của nhà khai thác và theo độ khả dụng của tài nguyên. Việc kiểm tra độ khả dụng của tài nguyên ngụ ý rằng chức năng điều khiển chấp nhận kết nối kiểm tra xem là liệu băng thông được yêu cầu có tương thích với cả băng thông đã thuê và lượng băng thông đã được sử dụng bởi cùng người sử dụng trên cùng