MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THEO CẤU TRÚC NGN (NGN-Mobile)

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
THEO CẤU TRÚC NGN (NGN-Mobile)
Mạng thông tin di động đã phát triển mạnh mẽ và rộng khắp trên toàn thế giới
trong mười năm vừa qua với khả năng cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ.
Hiện nay, nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu ngày càng tăng cao, các dịch vụ dữ
liệu chiếm một tỉ trọng đáng kể trong tổng doanh thu của nha khai thác mạng
thông tin di động. Trong vài năm tới các dịch vụ thông tin đa phương tiện dựa
trên nền IP, sẽ là nguồn doanh thu chính khi doanh thu từ các dịch vụ thoại
đang trở nên bão hoà. Xu hướng này đòi hỏi mạng thông tin di động phải phát
triển theo một cấu trúc mới tiên tiến hơn, cấu trúc dựa trên nguyên tắc của
mạng NGN (Next Generation Network), với các tiêu chí cơ bản: a) Sự hội tụ
dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu; b) Sự phân tách lớp điều khiển khỏi lớp truyền
tải. Xu hướng này bắt đầu từ phiên bản Release 4 (của 3GPP) và được hoàn
thiện trong Release 5/6 và cũng có một ánh xạ tương ứng đối với mạng thông
tin di động của 3GPP2.
Bài viết này phân tích xu hướng phát triển mạng thông tin di động theo cấu
trúc NGN dựa trên các phiên bản tiêu chuẩn của tổ chức 3GPP/3GPP2.
1. Mở đầu
Khái niệm cấu trúc mạng NGN xuất phát từ mạng thông tin cố định. Theo
khuyến nghị của Liên minh Viễn thông thế giới (ITU), mạng thế hệ mới - Next
Generation Network (NGN) được coi là mạng gói có khả năng cung cấp các
dịch vụ viễn thông, sử dụng băng tần rộng và các công nghệ truyền tải hỗ trợ
QoS trong đó các chức năng liên quan đến dịch vụ không phụ thuộc vào công
nghệ truyền tải. Hệ thống hỗ trợ tính di động linh hoạt cho phép cung cấp dịch
vụ cho thuê bao một cách ổn định mọi lúc, mọi nơi.
NGN được hiểu là mạng dựa trên mạng chuyển mạch gói trong đó các phần tử
thực hiện chức năng chuyển mạch định tuyến và các phần tử điều khiển được
phân tách một cách logic và vật lý theo khả năng thông minh điều khiển dịch
vụ hoặc cuộc gọi. Mạng NGN hỗ trợ rất đa dạng các loại hình dịch vụ dựa trên
một cơ sở hạ tầng truyền dẫn chung, bao gồm từ các dịch vụ thoại cơ bản cho
đến các dịch vụ số liệu, video, đa phương tiện, dịch vụ băng thông rộng, và các

ứng dụng quản lý mạng thông minh.
Về cơ bản, mô hình chức năng của mạng NGN như. Trong mô hình này, mạng
NGN được chia thành các phân lớp cơ bản: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp
điều khiển và lớp ứng dụng. Mỗi phân lớp có chứa một số phần tử chức năng
cơ bản như: Máy chủ cuộc gọi (Call Sever) hay còn gọi là Chuyển mạch mềm
(SoftSwitch), Cổng truy nhập (Media Gateway), Cổng báo hiệu (Signalling
Gateway) và Máy chủ dịch vụ (Feature Server).
Với yêu cầu cung cấp các dịch vụ số liệu, đặc biệt là dịch vụ truyền thông đa
phương tiện, mạng thông tin di động hiện nay cũng đang phát triển theo cấu
trúc NGN. Có thể nói, các tổ chức tiêu chuẩn 3GPP và 3GPP2 đóng vai trò chủ
yếu trong việc xây dựng kiến trúc mạng NGN-Mobile cho các hệ thống thông
tin di động dựa trên mạng lõi GSM và CDMA. Xu hướng phát triển theo cấu
trúc NGN của mạng lõi 3GPP bắt đầu từ Release 4 (R4), sau đó được hoàn
thiện bởi Release 5 (R5) và Release 6 (R6) với khả năng hỗ trợ các dịch vụ
thông tin đa phương tiện. Về nguyên tắc, có thể xây dựng mạng thông tin di
động NGN-Mobile dựa trên các cấu trúc: mạng lõi R4 hoặc cấu trúc mạng lõi
R5&R6.

Hình 1. Cấu trúc phân lớp chức năng của mạng NGN
Các nhà khai thác mạng GSM hiện nay chủ yếu đang ở giai đoạn R99. Họ có
thể lựa chọn các giải pháp triển khai nâng cấp như sau:
• Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R4
• Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R5
• Mạng lõi R99 -> Mạng lõi R4 -> Mạng lõi R5
Việc lựa chọn giải pháp nâng cấp mạng của mỗi nhà khai thác cụ thể phụ thuộc
vào nhiều yếu tố khác nhau, như hiện trạng mạng hiện tại; chiến lược phát triển
mạng/dịch vụ; chi phí đầu tư. Điều này cho phép nhà khai thác lựa chọn
phương án triển khai mạng phù hợp.
Trên thị trường thế giới hiện nay, các hãng sản xuất thiết bị mạng thông tin di
động đã tung ra các sản phẩm thiết bị mạng lõi dựa trên tiêu chuẩn R4 và R5.

Nhiều nhà khai thác đang có chiến lược phát triển hướng tới một mạng lõi theo
cấu trúc NGN-Mobile nhằm xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng truyền tải chung
cũng như khả năng cung cấp, quản lý linh hoạt tất cả các loại hình dịch vụ/ứng
dụng.
2. Xu hướng phát triển mạng thông tin di động của 3GPP/3GPP2 theo
hướng NGN
Tổ chức 3GPP thực hiện chuẩn hoá công nghệ WCDMA cho hệ thống thông
tin di động 3G UMTS. Cho đến nay, mạng lõi UMTS đã được phát triển theo 3
Release cơ bản: R99, R4 và R5; ngoài ra, R6 đang trong quá trình thực hiện
chuẩn hoá. Sau đây sẽ phân tích những thay đổi trong quá trình chuyển đổi cấu
trúc mạng lõi của 3GPP theo hướng NGN. Lưu ý rằng, mạng thông tin di động
3G-Cdma2000 của 3GPP2 cũng có sự phát triển hướng theo cấu trúc NGN,
tương tự như mạng lõi của 3GPP, do vậy bài viết chỉ tập trung phân tích mạng
lõi di động do 3GPP chuẩn hóa.
2.1 Mạng lõi 3GPP R99
Mô tả kiến trúc phân tách theo loại hình dịch vụ (chuyển mạch gói và chuyển
mạch kênh) của mạng lõi UMTS R99. Tiêu chí của cấu trúc theo R99 bao gồm:
tương thích ngược với GSM; hỗ trợ truy nhập các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao;
và quản lý được QoS. Như đã chỉ ra trong Hình 2, có hai loại mạng truy nhập
vô tuyến có thể kết nối với mạng lõi (CN) của 3GPP: hệ thống BSS của GSM
và RNS của UTRAN. Các mạng truy nhập vô tuyến này kết nối với mạng CN
thông qua các giao diện chuẩn. Cụ thể, BSS của GSM kết nối với miền CS qua
giao diện A và miền PS qua giao diện Gb; UTRAN kết nối với miền CS qua
giao diện Iu-cs và tới miền PS qua giao diện Iu-ps. Miền CS (Circuit-Switched
Domain) cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh dựa trên tổng đài MSC (bao
gồm cả GSM), trong khi miền PS (Packet-Switched Domain) cung cấp kết nối
IP giữa Mobile và các mạng IP (bao gồm cả GPRS).

Hình 2. Cấu trúc tham chiếu cơ bản của 3GPP R99 (Nguồn: 3GPP)
2.2 Mạng lõi 3GPP R4/R5

Có thể nói cấu trúc mạng lõi theo R00 phát triển tiếp sau R99, hay hiện nay
được chia thành hai pha R4 và R5, được gọi là cấu trúc mạng chuyển tiếp nhằm
tiến tới cấu trúc NGN toàn IP trong tương lai. Các tiêu chí đặt ra cho cấu trúc
R4/5 bao gồm: tương thích với R99; bổ sung thêm các dịch vụ đa phương tiện
dựa trên IP; và hỗ trợ hiệu quả VoIP vô tuyến đối với dịch vụ đa phương tiện.
Điểm cần lưu ý là trong cấu trúc R4/5, vẫn tồn tại hai miền tách biệt CS và PS,
R5 chính thức đưa ra khái niệm hệ thống IMS:
+ Miền CS vẫn tồn tại và hỗ trợ khả năng tương thích ngược hoàn toàn đối với
các dịch vụ miền CS R99, có thể thực hiện miền này bằng cách nâng cấp MSC
thành MSC Server và Media Gateway.
+ Miền PS tiếp tục hỗ trợ các kết nối IP, được nâng cấp thêm để hỗ trợ QoS đối
với các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP.
+ Phân hệ IMS cung cấp các dịch vụ IP đa phương tiện mới bổ sung vào các
dịch vụ được 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.

Hình 3. 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, nó là phần tử
lõi của cấu trúc mạng NGN-Mobile hiện nay. Cấu trúc của phân hệ đa 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 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 của
họ 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.
Hệ thống tiêu chuẩn và đề xuất phát triển IMS của 3GPP hiện nay đã bắt đầu
được công nghiệp viễn thống vô tuyến và hữu tuyến chấp thuận.

Hình 4. Kiến trúc phân lớp chức năng của IMS
Đối với các mạng di động, IMS cho phép các nhà khai thác giới thiệu nhiều
loại hình dịch vụ hấp dẫn, như Push-to-Talk, một cách hiệu quả và linh hoạt.
Đối với các nhà khai thác mạng cố định, IMS sẽ khơi mào cho sự phát triển
bùng nổ các ứng dụng VoIP và dựa trên SIP thông qua truy nhập băng rộng.
Mong muốn chung của các nhà khai thác viễn thông hiện nay là họ không chỉ
thu được lợi nhuận từ việc truyền tải các bít dữ liệu mà còn từ việc cung cấp đa
dạng các dịch vụ tiềm năng dựa trên IP và IMS chính là câu trả lời khả thi nhất
[1].
2.3 Kiến trúc tích hợp theo mô hình NGN của R00 (R4/R5)
Kiến trúc tích hợp theo mô hình NGN của R00 nhìn ở quan điểm phân lớp chức
năng được mô tả trong . Mạng bao gồm 4 lớp chức năng: Lớp truy nhập bao
gồm các phương thức truy nhập vô tuyến, hữu tuyến; Lớp truyền tải gói đường
trục dựa trên nền IP; Lớp điều khiển với phần tử lõi là IMS; và Lớp dịch vụ bao
gồm các Server cung cấp dịch vụ. Lớp dịch vụ kết nối với Lớp điều khiển
thông qua các hàm giao diện lập trình ứng dụng (API) cho phép cung cấp, phát
triển, mở rộng dịch vụ một cách mềm dẻo và linh hoạt. Kiến trúc này cũng cho

thấy xu hướng hội tụ các phương thức truy nhập mạng khác nhau tới một mạng
lõi NGN duy nhất.

So với kiến trúc mạng UMTS R99, kiến trúc mạng R00 có những đặc điểm nổi
bật:
+ Mạng lõi UMTS R00 có cấu trúc phân lớp, bao gồm 4 lớp cơ bản: Lớp truy
nhập với nhiều phương thức truy nhập khác nhau (vô tuyến và hữu tuyến); Lớp
truyền tải IP/ATM; Lớp điều khiển; và Lớp ứng dụng. Đây chính là kiến trúc
hướng tới một mạng lõi NGN duy nhất.
+ Bắt đầu từ R4, miền CS đã tách phần điều khiển MSC Server ra khỏi phần
truyền tải MGW (Media GateWay). R5 chính thức đưa ra khái niệm Phân hệ IP
đa phương tiện (IMS) cho phép cung cấp và quản lý các dịch vụ truyền thông
đa phương tiện dựa trên nền IP tới đầu người sử dụng.

Hình 5. Kiến trúc tích hợp theo R00 (R4/R5).
2.4 Kiến trúc mạng lõi 3GPP tương lai
Sau giai đoạn chuyển tiếp với kiến trúc R00 (bao gồm R4 và R5), dịch vụ đa
phương tiện dựa trên IP đã trở nên phổ biến, 3GPP hướng tới một hạ tầng tích