Nghiên cứu IMS và ứng dụng cung cấp các dịch vụ băng rộng cho mạng viễn thông cua VNPT

i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Dương


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn tới khoa Quốc tế & Đào tạo sau đại học của Học
viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng và các thầy cơ đã tận tình giảng dậy và giúp
đỡ truyền đạt cho tơi nhiều kiến thức bổ ích cho hoạt động thực tiễn của bản thân
cũng như đúc kết kiến thức vào bản luận văn này.
Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Hoàng Văn Võ,
người đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến q báu giúp tơi hồn thành
luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị, bạn bè đồng nghiệp và các bạn cùng lớp
Cao học Kỹ thuật Viễn thông khóa 2012-2013 đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên
trong thời gian học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành luận văn, nhưng với thời gian và khả năng
cho phép, nên luận văn không thể tránh khỏi cịn những thiếu sót, hạn chế. Tơi rất
mong được sự góp ý chân thành của các thầy, cơ và các bạn để bổ sung hồn thiện
trong q trình nghiên cứu tiếp về vấn đề này.
Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, tháng 11 năm 2013
HỌC VIÊN

Nguyễn Hoàng Dương


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................iii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT...............................................................iii
Mơ hình kết nối các MAN-E thơng qua mạng trục.............................vii
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ IMS............................................................ix
Dịch vụ băng rộng.................................................................................xi
Hội tụ dịch vụ.......................................................................................xii
CHƯƠNG 2-CÔNG NGHỆ IMS VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP CÁC DỊCH
VỤ BĂNG RỘNG......................................................................................................xx
Như chương 1 ta đã trình bầy hiện nay sự phát triển của các dịch vụ băng
rộng là rất lớn và các dịch vụ này là trọng tâm của sự phát triển mạng lưới cũng như
là doanh thu chính cho các nhà cung cấp dịch vụ. Do nhu cầu phát triển đa dạng các
dịch vụ như vậy nên việc hội tụ dịch vụ là tất yếu nên việc cần phải hội tụ các dịch
vụ băng rộng cũng khơng nằm ngồi sự hội tụ các dịch vụ nói chung.....................xx
IMS là phân hệ đa phương tiện IP là nền tảng hạ tầng công nghệ chung nhằm
cung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng, IMS dựa trên hai yếu tố cơ
bản là công nghệ IP và các giao thức chính như: SIP, Diameter, COPS..................xx
Vì vậy để hiểu được bản chất của IMS và khả năng cung cấp dịch vụ băng
rộng chúng ta lần lượt nghiên cứu những nội dung sau:...........................................xx
2.3.2. Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng đối với mạng hội tụ

NGN IMS

xlii

2.3.3. Một số dịch vụ của IMS trên mạng NGN............................xliii
1.1.1. Phương án tổ chức MAN-E cho mỗi tỉnh, thành phố...............lvii
1.1.2. Phương án kết nối giữa các MAN-E..........................................lix
Hình 3.11 Mơ hình kết nối các MAN-E thông qua mạng trục...........lix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ

viết Tiếng Anh

Tiếng Việt


iv

tắt
3GPP
AAA
ADSL
APON
AS
BGCF
BSC
CCF
CIR
CO
CSCF

DNS
DSL
DTE
DWDM
E-LAN
E-Line
EMS
EPON
ETSI
EVC
FTTB
FTTC
FTTH
GSM
HLR

Third Generation Partnership
Project
Authentication, Authorisation, and
Accounting
Asymmetric Digital Subscriber
Line
ATM Passive Optical Network

Dự án phát triển mạng thế
hệ thứ 3
Xác thực, nhận dạng và
tính cước
Đường dây th bao số
khơng đối xứng

Mạng quang thụ động
dùng ATM
Application Server
Máy chủ ứng dụng
Breakout gateway control function Chức năng điều khiển
cổng chuyển mạng
Base Station Controller
Bộ điều khiển tạm gốc
Charging Conllection Funtion
Chức năng thu thập cước
Constant Information Rate
Tốc độ thông tin tốt nhất
Central Office
Tổng đài trung tâm
Call Session Control Function
Thực thể chức năng điều
khiển phiên cuộc gọi
Domain Name System
Hệ thống tên miền
Digital Subcriber Loop
Vòng thuê bao số
Data Terminal Equipment
Thiết bị đầu cuối số liệu
Dense
Wavelength
Division Ghép bước sóng với mật
Multiplexing
độ cao
Ethernet Local Area Network
Mạng LAN Ethernet

Ethernet Line
Đường Ethernet
Element Management System
Phần tử quản lý hệ thống
Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động
dùng Ethernet
European Telecommunication
Viện tiêu chuẩn viễn
Standards Institute
thông châu Âu
Ethernet Virtual Connection
Kết nối ảo Ethernet
Fiber to the Building
Cáp quang nối đến toà nhà
Fiber to the Curb
Cáp quang nối đến cụm
dân cư
Fiber to the Home
Cáp quang nối tận nhà
Global System for Mobile
Hệ thống truyền thơng di
communications
động tồn cầu
Home Location Register
Đăng ký thông tin thường
trú


v

HSS
HTTP

Home Subscriber Server
Hypertext Transfer Protocol

ICID
I-CSCF

IETF

IMS Charging ID
Interrogating CallState Control
Function
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Internet Engineering Task Force

IMS
IP
IPsec

IP Multimedia Subsystem
Internet Protocol
Internet Protocol Security

IPTV

Internet Protocol Television

ISDN

LAN
MAN
MEN

Integrated Services Digital
Network
Internet Service Provider
ITU Telecommunication
Standardization Sector
Local Area Network
Metro Area Network
Metro Ethernet Network

MGC

Media gateway controller

MGCF

Media gateway control function

MGW
MIB
MII

Media gateway
Management Information Base
Medium Independent Interface

MPLS

Multi Protocol Label Switching

MSC

Mobile Switching Centre

NGN

Next Generation Network

IEEE

ISP
ITU-T

Máy chủ lưu chữ thuê bao
Giao thức truyền siêu văn
bản
Định danh tính cước IMS
Chức năng điều khiển
trạng thái cuộc gọi
Viện kỹ sư điện và điện từ
Nhóm đặc trách kỹ thuật
Internet
Phân hệ đa phương tiện IP
Giao thức mạng
Giao thức Internet an ninh

mạng
Truyền hình giao thức
Internet
Mạng thơng tin số tích
hợp đa dịch vụ
Nhà cung cấp dịch vụ
Chuẩn viễn thông quốc tế
Mạng nội bộ
Mạng diện rộng
Mạng diện rộng dùng
Ethernet
Bộ điều khiển cổng
phương tiện
Chức năng điều khiển
cổng phương tiện
Cổng phương tiện
Cơ sở thông tin quản lý
Giao diện phụ thuộc môi
trường
Chuyển mạch nhãn đa
giao thức
Trung tâm chuyển mạch di
động
Mạng thế hệ tiếp theo


vi

OLT
ONU

P-CSCF
PON
PPP
PPPoA
PPPoE
QoS
SGW
SIP
SLF
SME
STB
TCP
VLAN
VoIP
VPN
WAN
WDM

Optical Line Terminal

Thiết bị kết cuối đường
quang
Optical Network Terminal
Thiết bị kết cuối mạng
quang
Proxy CallState Control Function
Máy chủ điều khiển trạng
thái cuộc gọi
Passive Optical Network
Mạng quang thụ động

Point-to-Point Protocol
Giao thức điểm điểm
PPP over ATM
Giao thức điểm điểm qua
ATM
PPP over Ethernet
Giao thức điểm điểm qua
Ethernet
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
Signaling gateway
Cổng báo hiệu
Session Initial Protocol
Giao thức khởi tạo phiên
Subscription Locator Function
Chức năng định vị thuê
bao
Station Management Entity
Thực thể quản lý trạm
Set Top Box
Thiết bị chuyển đối sang
tín hiện video
Transport Control Protocol
Giao thức điều khiển
truyền tải
Virtual Local Area Network
Mạng LAN ảo
Voice over Internet Protocol
Thoại qua IP
Virtual Private Network

Mạng riêng ảo
Wide Area Network
Mạng diện rộng
Wavelength
Division Ghép kênh theo bước sóng
Multiplexing


vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 3.1

Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14

Tên hình vẽ

Trang

Cấu trúc cơ bản của IMS (theo 3GPP 23.002)
Vị trí của IMS trong mạng NGN-IMS
Kiến trúc phân lớp trong mạng viễn thông NGN-IMS
Cấu trúc header của Diameter
Cấu trúc AVP
COPS header
IMS và các tính năng
Kiến trúc IMS theo 3GPP [5]
Kiến trúc phân hệ IMS
Máy chủ ứng dụng
Cơ sở dữ liệu HSS/UPSF
Khối chức năng CSCF

Khối chức năng BGCF
Khối chức năng MGCF
Khối chức năng MRFC
Khối chức năng MRFP
Sơ đồ logic mạng IP Core VN2
Sơ đồ kết nối vật lý mạng VN2
Sơ đồ các giao thức định tuyến
Cấu trúc BGP
Đường đi của lưu lượng dịch vụ của VN2
Sơ đồ mô tả cân bằng lưu lượng trên link
Sơ đồ mô tả cân bằng lưu lượng trên hai hướng
Sơ đồ mơ tả dự phịng và cân bằng lưu lượng trên mặt
phẳng
Cấu trúc mạng MAN-E điển hình
Mơ hình mạng MAN-E cho một tỉnh/thành phố
Mơ hình kết nối các MAN-E thơng qua mạng

7
10
12
19
19
20
20
23
25
26
27
28
30

31
31
32
42
42
43
44
46
47
48
48

trục
Mơ hình mạng quang thụ động
Các kiểu kiến trúc của PON
Phương án cung cấp dịch vụ Internet tốc độ cao qua
IMS

49
51
52
54
55
59


viii

Hình 3.15
Hình 3.16

Hình 3.17

Hình 3.19

Phương án cung cấp dịch vụ MyTV qua hệ thống
IMS
Phương án cung cấp dịch vụ Metronet qua hệ thống
IMS
Phương án cung cấp dịch vụ Megawan nội tỉnh trên
G-PON và Switch qua hệ thống IMS

61

Phương án cung cấp dịch vụ Internet+MyTV

67

63
64

MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của cơng nghệ thơng tin thì sự
bùng nổ về các dịch vụ tiện ích trên mạng viễn thông và internet là tất yếu, đặc biệt
đối với thị trường đầy tiềm năng như nước ta. Để đáp ứng được sự phát triển vượt
bậc đó, mạng viễn thơng cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn,
băng thông rộng, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thơng tin của xã hội.
Trong đó đẩy mạnh phát triển các dịch vụ ứng dụng trên hạ tầng băng rộng, hội tụ
các dịch vụ về mọi mặt, phát triển các dịch vụ mới phù hợp với xu hướng hội tụ
công nghệ dịch vụ Viễn thông.
Để đáp ứng nhu cầu đó, các nhà khoa học, các tổ chức viễn thông quốc tế,

các hãng cung cấp thiết bị, các nhà khai thác,… đã và đang nghiên cứu phát triển và
áp dụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện để
phát triển mạng viễn thơng. Trong đó, IP là cơng nghệ mang tính hội tụ cao, giúp
cho nhà khai thác dịch vụ viễn thông cung cấp đa dạng dịch vụ trên một hạ tầng
mạng duy nhất.
Mặt khác, xu hướng phát triển mạng NGN hiện nay theo hướng toàn IP với
việc sử dụng phân hệ IMS (IP Multimedia Subsystem – Phân hệ đa phương tiện IP)
cho phép nhiều mạng truy nhập khác, bao gồm cả mạng di động lẫn mạng cố định,
cung cấp các dịch vụ băng rộng một cách nhanh chóng, kết nối với nhau thông qua
lớp dịch vụ chung để cung cấp các gói dịch vụ hội tụ.


ix

Hiện nay, VNPT đã triển khai IMS để cung cấp dịch vụ điện thoại cố định
trên toàn bộ các tỉnh thành, nhưng chưa được đồng bộ và tận dụng hết khả năng của
hệ thống. Do đó, việc nghiên cứu đề xuất các phương án triển khai các dịch vụ băng
rộng trên nền mạng NGN IMS cho VNPT là một vấn đề cấp thiết.
Trước thực trạng như vậy, học viên đề xuất « Nghiên cứu IMS và ứng dụng
cung cấp các dịch vụ băng rộng cho mạng viễn thông của VNPT».
Cấu trúc luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về IMS
- Xu hướng phát triển mạng viễn thông
- Xu hướng phát triển các dịch vụ viễn thông
- Tổng quan về mạng NGN-IMS
- Khả năng phát triển dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS
Chương 2: Công nghệ IMS và khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng
- IMS: các định nghĩa liên quan và tính năng
- Cấu trúc cơ bản và các khối chức năng của IMS, NGN-IMS
- Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng

Chương 3 : Phương án triển khai các dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS
của VNPT
- Hiện trạng mạng truyền tải băng rộng của VNPT
- Nhu cầu phát triển các dịch vụ băng rộng của VNPT.
- Phương án truyền tải các dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS của VNPT.
- Đề xuất lộ trình triển khai các dịch vụ băng rộng đối với phân khúc các tỉnh
thành của VNPT.

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ IMS
Mục tiêu của chương này nhằm giới thiệu xu hướng phát triển mạng viễn
thông, xu hướng phát triển các dịch vụ viễn thông, giới thiệu tổng quan về NGNIMS và khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng của IMS.

1.1.Xu hướng phát triển mạng viễn thông
Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn bao
giờ hết. Bảo đảm chất lượng dịch vụ trở thành tiêu chí sống cịn, là ngun nhân
dẫn tới thành cơng của các nhà cung cấp dịch vụ. Song song với xu thế này, nhu cầu


x

cũng ngày càng gia tăng đối với các dịch vụ truyền thơng mới, địi hỏi khả năng đáp
ứng việc cung cấp dịch vụ hoặc tăng tính cạnh tranh. Chính là vậy một mạng viễn
thông mới ra đời phải đảm bảo sự hội tụ của 3 yếu tố:
-

Hội tụ dịch vụ

-

Hội tụ về thiết bị đầu cuối

-

Hội tụ hạ tầng

Hiện nay các dịch vụ thường được cung cấp bởi các mạng truy nhập riêng rẽ
chưa có sự hội tụ như: mạng truy nhập tốc độ cao xDSL, mạng truy nhập G-PON,
mạng điện thoại….
Mạng NGN là một mạng chuyển mạch gói có khả năng cung cấp các dịch vụ
bao gồm các dịch vụ viễn thông, các dịch vụ băng rộng, các công nghệ truyền tải
đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong đó các dịch vụ cung cấp hồn tồn độc lập
với các công nghệ truyền dẫn lớp dưới. Mạng này cho phép người dùng có thể truy
cập tới nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau đồng thời hỗ trợ các tính năng di
động nhằm mục đích cung cấp dịch vụ một cách thống nhất và hoàn toàn trong suốt
với người dùng.
Mạng viễn thông thế hệ kế tiếp – NGN (Next Generation Network) đã trở
thành xu hướng của nhiều nước trên thế giới do những lợi ích của nó cả về kinh tế
và kỹ thuật trong việc cung cấp các dịch vụ đa phương tiện. NGN bắt đầu được xây
dựng với mơ hình chuyển mạch mềm (Softswitch) và đã thu được một số thành
công nhất định. Nhưng từ khi 3GPP giới thiệu IMS (Phân hệ đa phương tiện IP – IP
Multimedia Subsystem) thì IMS đã chứng tỏ được khả năng vượt trội hơn so với mơ
hình sử dụng Softswitch về nhiều mặt, và IMS dần trở thành tiêu chuẩn chung để
xây dựng mạng NGN ngày nay. Cùng trên xu hướng phát triển đó các mạng viễn
thơng tại Việt nam đang từng bước được xây dựng theo định hướng tiến tới mạng
hội tụ NGN-IMS.

1.2.Xu hướng phát triển dịch vụ viễn thông
Ngày nay, mong muốn của rất nhiều khách hàng là được triển khai các dịch
vụ mới đặc biệt là các dịch vụ băng rộng, tích hợp các dịch vụ trên cùng một đường

xi

dây thuê bao, tích hợp đa chức năng của mạng trong khoảng thời gian ngắn nhất.
Chính vì lý do đó mà các nhà cung cấp dịch vụ luôn muốn cung cấp cho khách hàng
các dịch vụ đa dạng và hấp dẫn nhất, đồng thời phát triển các dịch vụ mới phù hợp
với xu hướng hội tụ công nghệ và dịch vụ.

Dịch vụ băng rộng
Theo xu hướng phát triển trên thế giới, nhu cầu về các dịch vụ băng thông
rộng như: truy nhập Internet tốc độ cao, truyền hình theo yêu cầu (Video on
Demand), truyền hình HD sẽ cịn tăng cao trong tương lai, hình thành các mạng
riêng ảo (VPN) có tốc độ cao, Webhosting…và di động là động lực thúc đẩy sự
phát triển của xã hội. Do đó, nhu cầu băng thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụ
băng rộng mới và đa phương tiện trong đời sống kinh tế - xã hội của từng quốc gia
cũng như kết nối tồn cầu. Để đáp ứng được vài trị động lực thúc đẩy sự phát triển
với khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn,
đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thơng tin của xã hội. Do đó, các dịch vụ
băng rộng hay tốc độ cao và chất lượng cao ngày càng phát triển. Còn các dịch vụ
băng hẹp hay tốc độ thấp có xu thế chững lại và giảm dần.
Một số các dịch vụ băng rộng hay tốc độ cao điển hình như sau:
-

Truy nhập Internet tốc độ cao

-

Truyền hình qua Internet

-

Dịch vụ Webhosting

-

Mạng riêng ảo VPN

-

Thương mại điện tử

-

Các ứng dụng y tế từ xa, chăm sóc sức khỏe và nghiên cứu khoa học

-

E-Govemment

-

Nghiên cứu và giảng dạy từ xa

-

Thư viện kỹ thuật số


xii

-

Ứng dụng trong khoa học vũ trụ, thiên văn học và vật lý học

-

Ứng dụng trong khoa học địa lý

-

Ứng dụng trong nghiên cứu hóa lý

-

Các ứng dụng nâng cao khả năng nhận thức của con người

Hội tụ dịch vụ
Hội tụ dịch vụ lấy giao thức IP làm chủ đạo, với những lý do cơ bản như: IP
có một số ưu việt: điều khiển đơn giản, IP V6 ra đời cung cấp số lượng địa chỉ lớn,
hỗ trợ QoS và di động. Lưu lượng truyền tải Internet đột biến vì thế IP đã làm ưu
thế cho các mạng truyên tải. Các công nghệ IP hiện nay phát triển rất mạnh.
Hội tụ về mặt dịch vụ có nghĩa là cùng một nội dung có thể được truy cập từ
các kiểu cơ sở hạ tầng kỹ thuật khác nhau (ví dụ truy cập Internet có thể thực hiện
thơng qua mạng như: xDSL, MEN, G-PON ). Việc số hoá nội dung là một trong các
yếu tốc chính dẫn đến hội tụ. Trong thế giới số, cùng một nội dung có thể được
truyền dẫn qua các mạng khác nhau và các dịch vụ khác nhau có thể được cung cấp
dựa trên cùng một nội dung.
Hội tụ dịch vụ cũng có thể được định nghĩa là cùng một đường dây thuê bao
có thể được cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, ví dụ như: trên cùng một
đường dây thuê bao bất kỳ hiện nay có thể cung cấp các dịch vụ đơng thời: VoIP +

Internet +MyTV.
Hội tụ dịch vụ cũng có thể hiểu là cùng một thiết bị đầu cuối có thể cung cấp
đồng thời nhiều dịch vụ khác nhau cho khách hàng. Như hiện nay một số lượng lớn
các thiết bị đầu cuối thơng minh có thể cung cấp nhiều dịch vụ cho khách hàng
đồng thời như: VoIP + Internet +MyTV. Các thiết bị đầu cuối thơng minh này có
thể kể đến như: các thiết bị smart phone.
Việc hội tụ các dịch vụ băng rộng sẽ đem lại rất nhiều lợi ích cho khách hàng
và nhà cung cấp như:


xiii

• Có thể cung cấp nhiều tiện nghi cho người dùng bằng nhiều cách khác
nhau.
• Giảm chi phí quản lý, giảm chi phí thiết bị đầu cuối và giảm chi phí dịch
vụ hàng tháng…
Khả năng hội tụ các dịch vụ băng rộng ta có thể kể đến như: Internet + IPTV,
Internet + VPN, Internet + IPTV+VPN….
Với các tiện ích của việc hội tụ mang lại thì hội tụ dịch vụ trở thành một
hướng đi tất yếu của ngành viễn thông trong tương lai.

1.3.Tổng quan về mạng NGN-IMS
Tổng quan về IMS
IMS là một kiến trúc chuẩn, mở nhằm mục đích chuyển tiếp các dịch vụ đa
phương tiện qua các mạng di động và IP, sử dụng cùng một loại giao thức chuẩn
cho cả các dịch vụ di động cũng như IP cố định. Dựa trên SIP, IMS định nghĩa các
giao diện mặt bằng điều khiển chuẩn để tạo ra các ứng dụng mới.
Đầu tiên IMS được phát triển bởi 3GPP như một cấu trúc cho hệ thống điện
thoại 3G trong mạng UMTS. Tuy nhiên, việc giới hạn này là không cần thiết và các
phiên bản kế tiếp của IMS đã được định nghĩa độc lập với phần truy nhập. Bước

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 như WiMAX. Các mạng GSM và GPRS cũng được hỗ trợ.
3GPP2 (một tổ chức khác với 3GPP) xây dựng CDMA2000 Multimedia Domain
trên nề 3GPP IMS, bổ sung thêm phần hỗ trợ CDMA2000. Từ phiên bản 5, giao
thức SIP được sử dụng như nguyên tắc hoạt động chính. Trong phiên bản 6, WLAN
được hỗ trợ. Với sự hợp tác của 3GPP và TISPAN, phiên bản 7 ra đời mở rộng
miền làm việc của IMS với sự hỗ trợ cho mạng cố định. Đến nay IMS đã được
3GPP phát triển lên tới các phiên bản 3GPP Release 11, 3GPP Release 12. Lợi ích
có thể thấy ngay được của IMS là việc cung cấp một nền tảng chung cho toàn bộ hệ


xiv

thống viễn thông, cho phép hội tụ: truy nhập, điều khiển và dịch vụ. Như hình vẽ
sau:

Hình 1.1: Cấu trúc cơ bản của IMS (theo 3GPP 23.002)

Sự phát triển của NGN
NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực truyền thông trên thế giới, truyền
thông được hỗ trợ bởi ba mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không dây-Wireless
và mạng số liệu Internet. NGN là sự hội tụ cả ba mạng trên vào một kết cấu thống
nhất để hình thành một mạng chung, thơng minh, hiệu quả cho phép truy nhập
mang tính tồn cầu, tích hợp nhiều cơng nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho
các cơ hội kinh doanh phát triển hơn. Thuật ngữ NGN nói chung được sử dụng để
đặt tên cho một cấu trúc mạng ở đó các cơ sở hạ tầng dịch vụ được nhà cung cấp
hội tụ về công nghệ thông tin và viễn thông trên đó.

xv

NGN là một mạng trên cơ sở cơng nghệ gói, có khả năng cung cấp các dịch
vụ kể cả các dịch vụ Viễn thơng và có khả năng tận dụng các đường truyền băng
rộng, các công nghệ truyền dẫn đảm bảo QoS và trên đó các chức năng liên quan tới
dịch vụ là độc lập với các công nghệ truyền dẫn.
Nó cho phép người dùng truy cập khơng hạn chế từ phía các nhà cung cấp
dịch vụ khác nhau. Mạng NGN đảm bảo tính lưu động nói chung và khả năng cung
cấp dịch vụ ở khắp nơi và như nhau tới các khách hàng.
Các tiêu chuẩn NGN hiện tại không đủ cho việc thực thi trong môi trường
hội tụ dịch vụ băng rộng. Điều khiển cuộc gọi đã được định nghĩa rõ ràng, tuy nhiên
việc điều khiển nội dung, dữ liệu (streaming) và quảng bá cịn ít được đề cập đến
trong các chuẩn NGN hiện tại. Ngoài ra, các thủ tục kiểm tra tính phối hợp hoạt
động giữa các nền tảng (platform) dịch vụ khác nhau phục vụ cho dịch vụ hội tụ
chưa có. Mạng viễn thơng vẫn đang tiếp tục phát triển theo xu hướng hội tụ, do vậy
các chuẩn cho mạng vẫn còn đang được 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 được từ nhiều loại thiết bị qua các mạng truy nhập khác nhau.
Vấn đề chính để đạt được mức phối hợp hoạt động này là phải phát triển được 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 được việc liên kết giữa thiết bị và dịch vụ đó là IMS
– cho phép một thiết bị bất kỳ được kết nối tới bất kỳ một dịch vụ nào. Để có được
sự kết nối như vậy cần phải có một q trình nghiên cứu và phát triển. Trong vài
năm gần đây, các tổ chức như 3GPP và ETSI đã lần lượt đưa ra các phiên bản tiêu
chuẩn. Mỗi phiên bản đều hứa hẹn cho phép các tính năng ưu việt hơn so với phiên
bản trước của nó.

Vai trị của IMS trong NGN
Hiện nay, IMS là sự lựa chọn tối ưu cho việc phân phát dịch vụ hội tụ và đa

phương tiện, cũng như cho phép cung cấp các dịch vụ IP trên cả mạng di động và


xvi

cố định. Trong các khảo sát gần đây về ngành công nghiệp viễn thông đều cho thấy
mối quan tâm đặc biệt đến IMS. IMS được dự đoán sẽ thương mại hoá dần dần từ
năm 2006-2008.
Ưu điểm của IMS là khả năng hỗ trợ đa dịch vụ và các kiểu truy nhập khác
nhau. Thiết kế của IMS cho phép phối hợp hoạt động giữa các dịch vụ và ứng dụng
IP cũng như phối hợp động giữa các thuê bao. IMS đặc biệt tối ưu hoá cho các ứng
dụng SIP và đa phương tiện. Ngoài ra, IMS cho phép phát triển nhanh chóng và linh
hoạt các dịch vụ mới, cùng với khả năng hội tụ cố định với di động, IMS cho phép
giảm đáng kể chi phí đầu tư.
Kiến trúc IMS cũng được sử dụng để hỗ trợ các truy nhập cố định như
xDSL. Với khả năng này, nhiều dịch vụ mới và các mảng kinh doanh mới có thể
được 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).
IMS là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây,
cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản và dữ
liệu. Các dịch vụ này có thể chia thành ba loại sau:
• Dịch vụ khơng u cầu thời gian thực như tin nhắn đa phương tiên MMS.
• Dịch vụ gần thời gian thực như Push to talk, dịch vụ game.
• Dịch vụ thời gian thực như thoại, audio/video, hội nghị truyền hình.
NGN-IMS có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây FMC. NGN-IMS
thực hiện được điều này nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập với
nhau như Hình 1.22:


xvii

Hình 1.2 : Vị trí của IMS trong mạng NGN-IMS

Lớp đầu tiên là lớp truyền tải, truyền tải dung lượng báo hiệu và dữ liệu. Lớp
này bao gồm các Switch, Router, Media GateWay, Media Server. Lớp này có thể
kết nối tới nhiều loại mạng khác nhau:
• Mạng đi động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA).
• Mạng di động 2.5G (GPRS).
• Mạng IP có dây (xDSL, GPON,…) và khơng dây (WLAN, WiMAX).
• PSTN, IDSL.
Lớp thứ hai là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu
(CSCF, HSS, MGCF...), có khả năng điều khiển phiên chung, điều khiển luồng dữ
liệu và điều khiển luồng truy nhập thông qua các giao thức báo hiệu như SIP,
Diameter, H248 (MEGACO). Lớp này là mạng lõi của NGN-IMS.


xviii

Lớp thứ ba là lớp ứng dụng. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng AS như
Server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ dành cho nhà cung cấp thứ 3 và các
điểm điều khiển dịch vụ. NGN-IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao
nhà và các thành phần mạng báo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển.

1.4.Khả năng phát triển dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS
Kiến trúc mạng NGN cho phép triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng trên
mạng viễn thông một cách linh hoạt và phong phú hơn nhiều so với các thế hệ mạng
trước đó.
Hình 1.3 trình bày kiến trúc mạng NGN-IMS theo ETSI TISPAN, bao gồm 2
tầng chính là tầng truyền tải và tầng dịch vụ. Tầng truyền tải sẽ đảm nhận trách
nhiệm cung cấp đường đường truyền tốt nhất đáp ứng được yêu cầu hoạt động của

dịch vụ.Tầng dịch vụ đảm nhận việc điều khiển hoạt động của dịch vụ.
Với mơ hình phân lớp, tách biệt giữa dịch vụ và truyền tải của mình, NGNIMS đã mở ra cơ hội phát triển mới và hội tụ cho các dịch vụ băng rộng trên mạng
viễn thông. Các dịch vụ nội dung đã nhìn thấy cơ sở hạ tầng để phát triển, điều cần
quan tâm là một cơ chế báo hiệu, điều khiển phù hợp để các dịch vụ này có thể
được triển khai.


xix

Hình 1.3: Kiến trúc phân lớp trong mạng viễn thông NGN-IMS

Kết chương
Nội dung chương này đã đề cập được xu hướng phát triển mạng và các dịch
vụ viễn thông hiện nay để thấy được những bất cập về các công nghệ mạng cũ đơn
lẻ và các dịch vụ đơn lẻ, đối với sự bùng phát về nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng
rộng của người dùng đầu cuối. Từ đó có thể dự báo được xu hướng phát triển mạng
và dịch vụ viễn thông đặc biệt là các dịch vụ băng rộng trong tương lai là cần phải:
hội tụ mạng, hội tụ dịch vụ và hội tụ thiết bị đầu cuối và sự phát triển và hội tụ của
các dịch vụ băng rộng là rất lớn vì vậy triển khai IMS để cung cấp và hội tụ các
dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS là một tất yếu của VNPT.


xx

CHƯƠNG 2-CÔNG NGHỆ IMS VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP
CÁC DỊCH VỤ BĂNG RỘNG
Như chương 1 ta đã trình bầy hiện nay sự phát triển của các dịch vụ băng
rộng là rất lớn và các dịch vụ này là trọng tâm của sự phát triển mạng lưới cũng như
là doanh thu chính cho các nhà cung cấp dịch vụ. Do nhu cầu phát triển đa dạng các
dịch vụ như vậy nên việc hội tụ dịch vụ là tất yếu nên việc cần phải hội tụ các dịch

vụ băng rộng cũng không nằm ngồi sự hội tụ các dịch vụ nói chung.
IMS là phân hệ đa phương tiện IP là nền tảng hạ tầng công nghệ chung nhằm
cung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng, IMS dựa trên hai yếu tố cơ
bản là công nghệ IP và các giao thức chính như: SIP, Diameter, COPS.
Vì vậy để hiểu được bản chất của IMS và khả năng cung cấp dịch vụ băng
rộng chúng ta lần lượt nghiên cứu những nội dung sau:

2.1.IMS: Các định nghĩa liên quan và tính năng
2.1.1. Công nghệ IP
2.1.1.1. Tổng quan
Công nghệ IP được đánh giá là cơng nghệ mang tính hội tụ cao, giúp cho các
nhà khai thác dịch vụ viễn thông cung cấp đa dạng dịch vụ trên một hạ tầng mạng
duy nhất. Đây là một hướng đi bắt buộc nhằm giảm chi phí đầu tư, nâng cao hiệu
quả hoạt động và cung cấp cơ sở cho những gói sản phẩm/dịch vụ giá trị cao.
IP đã trở thành công nghệ viễn thông được lựa chọn trong suốt thập kỷ qua
cùng với sự bùng nổ của Internet. Sự gia tăng về số lượng máy tính cá nhân, kết nối
băng thông rộng, cũng như các ứng dụng trên nền IP ngày càng trở nên đa dạng.
Hiện nay, đa phần các nhà cung cấp dịch vụ đều sử dụng các hạ tầng mạng
riêng rẽ để cung cấp các loại dịch vụ khác nhau như: điện thoại cố định, di động,
dịch vụ cho doanh nghiệp…Bằng cách hội tụ tất cả vào một mạng IP duy nhất, giúp
giảm cả chi phí đầu tư hạ tầng lẫn chi phí vận hành mạng lưới. Ngồi ra, sử dụng
cơng nghệ IP giúp doanh nghiệp nhanh chóng giới thiệu các dịch vụ gia tăng mới và
độc đáo ra thị trường, thu hút khách hàng mới đồng thời nâng cao chỉ số lợi nhuận


xxi

với các khách hàng. Điều này giúp cho các nhà cung cấp dễ dàng đi trước, đón đầu
thị trường tùy thuộc vào chiến lược kinh doanh mà không bị cản trở về vấn đề năng
lực mạng lưới hiện tại và thời gian triển khai. Các dịch vụ mới rất đa dạng như:

Dịch vụ 3 trong 1 đối với khách hàng dân cư (thoại, video và dữ liệu trên một
đường dây băng rộng duy nhất); Dịch vụ mạng riêng ảo cao cấp cho khách hàng
doanh nghiệp và các loại hình dịch vụ thoại và video liên quan; Dịch vụ di động
3G…

2.1.1.2. Sự phát triển của cơng nghệ IP


IPv4

Kể từ khi chính thức được đưa vào sử dụng và được định nghĩa trong kiến
nghị RFC791 năm 1981 đến nay, IPv4 đã chứng minh được khả năng dễ triển khai,
dễ phối hợp và hoạt động, tạo ra sự phát triển bùng nổ của các mạng máy tính. Tuy
nhiên đến thời điểm hiện tại với sự phát triển công nghệ hiện nay, hầu như tất cả các
thiết bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, hơn nữa sự tăng vọt ồ ạt các
ứng dụng và công nghệ cũng như các thiết bị di động khác đã làm cho không gian
địa chỉ IPv4 ngày càng chật hẹp và bộc lộ nhiều điểm yếu của Ipv4:
• Thiếu địa chỉ IP do sự tăng quá nhanh của các host trên mạng Internet đã
dẫn đến tình trạng thiếu địa chỉ IP trầm trọng để gán cho các node.
• Quá nhiều các bản ghi định tuyến trên các backbone router: Với tình hình
hiện tại, do khơng có sự phân cấp địa chỉ IPv4 nên số lượng các bản ghi
định tuyến trở nên rất lớn, lên tới 110.000 bản ghi. Việc này làm chậm
quá trình xử lý của router, làm giảm tốc độ mạng.
• An ninh của mạng: Với IPv4, đã có nhiều giải pháp khắc phục nhược
điểm như IPSec…nhưng các giải pháp này đều phải cài đặt thêm và có
nhiều phương thức khác nhau với mỗi loại sản phẩm chứ không được hỗ
trợ ở mức bản thân của giao thức.


xxii

• Nhu cầu về các ứng dụng thời gian thực hay vấn đề đảm bảo chất lượng
dịch vụ QoS: Các thách thức mới từ việc nảy sinh các dịch vụ viễn thông,
các yêu cầu truyền thời gian thực cho các dịch vụ multimedia, video, âm
thanh qua mạng, sự phát triển của thương mại điện tử…
 Hạn chế của địa chỉ IPv4 và sự ra đời của IPv6
Vấn đề lớn nhất của IPv4 mà thế giới phải đối mặt hiện nay chính là sự cạn
kiệt của khơng gian địa chỉ này. Điều này là do hiện nay nhu cầu sử dụng Internet
đang bùng nổ mạnh tại các khu vực đông dân cư đặc biệt là khu vực Châu Á.
• Ngày 15/4 năm 2011trung tâm thông tin mạng Châu Á – Thái Bình
Dương (APNIC) chính thức cơng bố đã cấp phát hết hoàn toàn địa chỉ
IPv4 phục vụ cho việc cấp phát theo chính sách thơng thường.
• Đầu tháng 2 năm 2011 tổ chức quản lý địa chỉ Internet toàn cầu (IANA)
và các tổ chức quản lý địa chỉ Internet khu vực RIR đã đồng loạt thông
báo về việc cấp phát hết địa chỉ IPv4 tự do sau 30 năm sử dụng.
• Ở Việt Nam đến đầu năm 2011 số lượng địa chỉ IPv4 là 12,6 triệu địa chỉ
trong riêng năm 2010 đã cấp phát tới 5.681.152 địa chỉ IPv4, tài nguyên
IPv4 còn lại chỉ khoảng 2%. Số lượng địa chỉ IPv4 của Việt Nam đứng
đầu Đông Nam Á và đứng thứ 23 trong tổng số các quốc gia giữ nhiều
IPv4 nhất tồn cầu. Thời điểm hiện nay ở nước ta cịn rất ít địa chỉ để cấp
phát.
Để giải quyết vấn đề cạn kiệt địa chỉ IPv4, một giải pháp công nghệ mới
mang tên IPv6 ra đời. IPv6 hay Internet Protocol version 6 ra đời không những giải
quyết được vấn đề cạn kiệt địa chỉ mà còn khắc phục được những hạn chế của IPv4
và cung cấp thêm những thuộc tính vượt trội như:
• Khơng gian địa chỉ lớn: địa chỉ IPv6 gồm 128 bit được chia thành 8 octet
mỗi octet 16 bit dưới dạng số Hexa. Số lượng địa chỉ IPv6 có thể là 2 mũ


xxiii

128 địa chỉ trong khi đó với dân số trên thế giới hiện nay vào khoảng hơn
6 tỷ người ước tính mỗi người trên trái đất có thể có khoảng
665.570.793.348.866.943.898.599 địa chỉ IPv6. Một không gian địa chỉ
lớn cung cấp một số đặc tính nâng cao như:
- Cải thiện tính linh hoạt và khả năng định tuyến toàn cục.
- Cung cấp khả năng tổ hợp tiền tố IP tốt hơn trong bảng định tuyến.
- Khơng có địa chỉ Broadcast do đó loại trừ nguy cơ về bão quảng bá
(broadcast storm).
- Multihomed hosts: Multihoming là một kỹ thuật cho phép tăng độ tin
cậy của kết nối Internet trên một mạng IP. Với IPv6, một host có thể có
nhiều địa chỉ IP trên một liên kết vật lý luồng lên.
- Cung cấp khả năng tự động cấu hình (Autoconfiguration).
- Hỗ trợ Public-toprivate, end-to-end dễ dàng mà không cần NAT, tạo
điều kiện triển khai dễ dàng các ứng dụng peer-to-peer.
- Có các cơ chế đơn giản giúp sửa đổi địa chỉ khi cần.
• Tiêu đề đơn giản: Tiêu đề IPv6 có 40 octet trong đó có 3 trường cơ bản
như IPv4 và năm trường khác. Nhờ đó mà IPv6 cung cấp một số tiện ích
so với IPv4 như:
- Định tuyến hiệu quả hơn và tốc độ chuyển tiếp cao hơn.
- Không cần quá trình checksums.
- Cơ chế mở rộng bổ sung vào header đơn giản và hiệu quả hơn.
• Khả năng di động và bảo mật: IPv6 đạt được điều này với hai chuẩn công
nghệ Mobile IP và Ipsec.
- Mobile IP cho phép người sử dụng di động hoặc thiết bị kết nối khơng
dây có thể di chuyển trên mạng. Chuẩn IETF Mobile IP hỗ trợ cho cả
IPv4 và IPv6, nó cho phép thiết bị không dây di chuyển mà không cần
ngắt phiên kết nối với mạng. Để thực hiện điều này thiết bị sử dụng một
địa chỉ home và một địa chỉ care-of chúng được cấu hình tự động.

xxiv

- Công nghệ Ipsec đang được sử dụng trên IPv4 thực chất là công nghệ
được tạo ra để hỗ trợ cho IPv6 do đó thực thi Ipsec trên IPv6 giúp phát
huy đầy đủ các thế mạnh của công nghệ này là IPv6 có tính bảo mật cao.
Với những thuộc tính ở trên cho thấy IPv6 dần dần trở thành công nghệ chủ
đạo cho tất cả các mạng truyền thông trong tương lai.

2.1.2. Giao thức SIP
2.1.2.1. Tổng quan về giao thức SIP
SIP là giao thức khởi tạo phiên, dùng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc các
cuộc gọi điện thoại VoIP. SIP được phát triển bởi IETF và ban hành trong tài liệu
RFC 3261 vào tháng 5 năm 2003.
SIP có thể sử dụng cho rất nhiều các dịch vụ khác nhau trong mạng IP như
dịch vụ tin nhắn, thoại, hội nghị thoại, hội nghị truyền hình, email, dạy học từ xa,
quảng bá, … SIP sử dụng khuôn dạng text, một khn dạng thường gặp trong mạng
IP. Nó kế thừa các các nguyên lý và khái niệm của các giao thức Internet như HTTP
và SMTP. SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trường header của HTTP, xác
định nội dung luồng thông tin theo header.

2.1.2.2.

Cấu trúc SIP

 Máy chủ
Là một chương trình ứng dụng chấp nhận các bản tin yêu cầu từ máy khách
để phục vụ các yêu cầu này và gửi trả các đáp ứng cho các yêu cầu đó. Ta có các
loại máy chủ sau:
Người dùng là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoại

SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP
- Máy chủ ủy quyền
- Máy chủ định vị
- Máy chủ chuyển đổi địa chỉ
- Máy chủ đăng ký
 Máy khách


xxv

Máy khách trong giao thức SIP chính là các thiết bị mà người dùng sử dụng
để khởi tạo yêu cầu SIP đến các máy chủ. Thiết bị này có thể là các thiết bị phần
cứng hổ trợ chuẩn SIP như điện thoại IP hay là phần mềm hổ trợ chuẩn SIP như
Express Talk, Sidefisk,… hay hổ trợ cả IMS như: Mercuro IMS Client, UCT Client,
OpenIC_Lite,. . .

2.1.2.3.

Bản tin SIP

SIP sử dụng các bản tin để khởi tạo, hiệu chỉnh và kết thúc phiên giữa các
người dùng.

2.1.2.4. Tính năng của SIP
Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau: Tích hợp với các giao
thức đã có của IETF. Đơn giản và có khả năng mở rộng. Hỗ trợ tối đa sự di động
của đầu cuối. Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ.
- Tích hợp với các giao thức đã có của IETF
Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng
SIP. SIP có thể hoạt động cùng với nhìu giao thức như: RSVP, RTP, RTSP, SAP,

SDP, MIME, HTTP, COPS, OSP.
- Đơn giản và có khả năng mở rộng
- Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối
- Dễ dàng tạo tính năng mới và dịch vụ mới.

2.1.3. Giao thức Diameter
2.1.3.1. Tổng quan về giao thức Diameter
Giao thức Diameter chia ra 2 phần: Diameter Base Protocol và Diameter
Application. Diameter Base Protocol cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ
liệu, khả năng thương lượng, kiểm soát lỗi và khả năng mở rộng. Diameter là giao
thức truyền thông hoạt động trên giao diện Sh giữa HSS, AS, S-CSCF.
2.1.3.2.

Cấu trúc giao thức Diameter

Trong Diameter có 3 thành phần chính là Server, Client và Agent. Client là
một thiết bị ở biên, thực hiện các truy vấn và sử dụng dịch vụ. Một Diameter Agent
thực hiện chức năng như một Proxy, Relay, Redirect Agent va dịch các bản tin.
Diameter Server quản lý các yêu cầu về AAA cho một hệ thống.