Nghiên cứu và đặc tính hóa lưu lượng của các dịch vụ đa phương tiện trong các mạng IMS 3g từ đó đề xuất mô hình qoe (quality of experience) cho các dịch vụ tương ứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN CÔNG SƠN

NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH HÓA LƢU LƢỢNG CỦA CÁC DỊCH VỤ
ĐA PHƢƠNG TIỆN TRONG CÁC MẠNG IMS/3G, TỪ ĐÓ ĐỀ
XUẤT MÔ HÌNH QOE (QUALITY OF EXPERINENCE) CHO CÁC
DỊCH VỤ TƢƠNG ỨNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN TÀI HƢNG

Hà Nội –2013


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn
LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Trần Công Sơn
Sinh ngày 11 tháng 11 năm 1986
Học viên lớp cao học khoá 2011B – Kỹ thuật truyền thông – Trƣờng đại học Bách
Khoa Hà Nội.

Hiện đang công tác tại: Tập đoàn viễn thông quân đội Viettel
Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu và đặc tính hóa lưu lượng của các dịch vụ đa
phương tiện trong các mạng IMS/3G từ đó đề xuất mô hình QoE (Quality of Experience)
cho các dịch vụ tương ứng” do thầy giáo, TS Nguyễn Tài Hƣng hƣớng dẫn là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung
trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm
trƣớc Hội đồng khoa học và trƣớc pháp luật.

Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2013
Tác giả luận văn

Trần Công Sơn

Lớp 11BKTTT2

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ........................................................................................................................................... 3
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................................... 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................................. 9
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................... 11

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC IMS VÀ CÁC KỸ THUẬT NHẮM ĐẢM BẢO
DỊCH VỤ NHÀ CUNG CẤP QOS CŨNG NHƢ CHẤT LƢỢNG TRẢI NGHIỆM NGƢỚI SỬ
DỤNG QOE ...................................................................................................................................... 12
1.1. Tổng quan IMS ....................................................................................................................... 12
1.1.1. Chức năng các phần tử trong IMS ..................................................................................... 15
1.1.1.1.
P-CSCF (Proxy-CSCF) ................................................................................................... 15
1.1.1.2.
I-CSCF (Interrogating-CSCF ) ....................................................................................... 16
1.1.1.3.
S-CSCF (Serving-CSCF) ................................................................................................ 16
1.1.1.4.
BGCF (Breakout Gateway Control Function) ................................................................ 17
1.1.1.5.
HSS (Home subscriber Server) ....................................................................................... 18
1.1.1.6.
MGCF (Media Gateway Control Function) ................................................................... 18
1.1.1.7.
MRF (Multimedia resource function) ............................................................................. 18
1.1.1.8.
IMS-MGW (IP multimedia sbsystem-Media gateway function) ..................................... 19
1.1.1.9.
SGW (Signalling gateway function) ................................................................................ 19
1.1.2. Các giao diện trong IMS..................................................................................................... 20
1.1.3. IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác ............................................................................ 21
1.2. Chất lượng dịch vụ QoS và chất lượng trải nghiệm QoE ...................................................... 24
1.2.1.1.
Băng thông ...................................................................................................................... 25
1.2.1.2.
Độ trễ .............................................................................................................................. 25

1.2.1.3.
Jiiter (Độ biến đổi trễ) .................................................................................................... 25
1.2.1.4.
Tỉ lệ lỗi/mất gói ............................................................................................................... 25
1.2.1.5.
Độ tin cậy ........................................................................................................................ 25
1.2.1.6.
Tính bảo mật ................................................................................................................... 25
1.2.2. QoE ..................................................................................................................................... 26
1.2.3. Mối quan hệ giữa QoS và QoE ........................................................................................... 26
1.2.4. Đo đạc và kiểm soát QoE ................................................................................................... 30
CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ MOBITV.................................................................... 34
2.1. Giới thiệu chung:.................................................................................................................... 34
2.2. Giới thiệu về hệ thống MobiTV: ............................................................................................. 35
2.2.1. Tổng quan về hệ thống MobiTV:.................................................................................. 35
2.2.2. Tính năng hệ thống ............................................................................................................. 35
2.2.3. Kiến trúc hệ thống ............................................................................................................... 37
2.2.4. Mô hình mạng ..................................................................................................................... 38
2.2.5. Mô hình phân tải ................................................................................................................. 39
2.3. Chức năng dịch vụ với người dùng ......................................................................................... 39
2.3.1. Đăng ký, truy vấn thông tin dịch vụ .................................................................................... 39
2.3.2. Sử dụng dịch vụ qua WAP................................................................................................... 40
2.3.3. Sử dụng dịch vụ qua ứng dụng client .................................................................................. 41
2.3.4. Streaming server ................................................................................................................. 42
2.3.5. Live TV streaming server .................................................................................................... 42
2.3.6. VoD Streaming Server ........................................................................................................ 43
Lớp 11BKTTT2

Trang 3

Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

2.3.7. Xem trạng thái của streaming server .................................................................................. 43
2.3.8. VOD offline encoder ........................................................................................................... 44
2.3.9. Database and web server .................................................................................................... 45
2.3.9.1.
Database ......................................................................................................................... 45
2.3.9.2.
Web server ....................................................................................................................... 45
2.4. Lưu đồ dịch vụ hệ thống MobiTV:.......................................................................................... 45
2.4.1. Lưu đồ tương tác người dùng ............................................................................................. 45
2.4.2. Đăng ký dịch vụ qua SMS ................................................................................................... 46
2.4.3. Xem, tải VOD ...................................................................................................................... 47
2.4.4. Xem LiveTV......................................................................................................................... 48
2.4.5. Đăng ký kênh bổ sung ......................................................................................................... 49
2.4.6. Mua thêm giờ ...................................................................................................................... 50
2.4.7. Lưu đồ xử lý VOD ............................................................................................................... 51
2.4.8. Lưu đồ luồng data VOD ..................................................................................................... 52
2.4.9. Quá trình xử lý LiveTV ....................................................................................................... 52
2.4.10.
Lưu đồ SMS Gateway ...................................................................................................... 53
CHƢƠNG III: MIDDLEWARE CỦA HỆ THỐNG MOBITV ........................................................ 54
3.1. Giới thiệu về Web Service: ..................................................................................................... 54
3.1.1. Giới thiệu công nghệ .......................................................................................................... 54
3.1.2. Đặc điểm của dịch vụ web .................................................................................................. 55
3.1.1.1.
Đặc điểm ......................................................................................................................... 55

3.1.1.2.
Ưu điểm của dịch vụ web ................................................................................................ 56
3.1.1.3.
Nhược điểm của dịch vụ web .......................................................................................... 56
3.1.3. Kiến trúc của dịch vụ web .................................................................................................. 56
3.2. Giới thiệu về SOAP ................................................................................................................ 58
3.2.1. Đặc trưng SOAP ................................................................................................................. 58
3.2.2. Cấu trúc một message theo dạng SOAP ............................................................................. 60
3.2.3. Những kiểu truyền thông .................................................................................................... 60
3.2.4. Mô hình dữ liệu ................................................................................................................... 61
3.3. Webservice cho MobiTV......................................................................................................... 61
3.3.1. Thông số kỹ thuật ................................................................................................................ 61
3.3.2. Danh sách các hàm ............................................................................................................. 61
3.3.3. Danh sách các lỗi ............................................................................................................... 62
3.3.4. Đặc tả các hàm sử dụng ..................................................................................................... 63
3.3.4.1.
Đăng ký dịch vụ............................................................................................................... 63
3.3.4.2.
Đăng ký dịch vụ không trả về SMS ................................................................................. 64
3.3.4.3.
Đăng ký dịch vụ không trả về SMS và không check 3G .................................................. 65
3.3.4.4.
Cập nhật dịch vụ ............................................................................................................ 67
3.3.4.5.
Đăng ký dịch vụ dành cho BCCS .................................................................................... 69
3.3.4.6.
Hủy đăng ký dịch vụ ........................................................................................................ 70
3.3.4.7.
Tạm ngừng dịch vụ .......................................................................................................... 71
3.3.4.8.

Lấy thông tin gói cơ bản ................................................................................................. 73
3.3.4.9.
Thêm kênh Add-on .......................................................................................................... 75
3.3.4.10. Bỏ kênh Add-on ............................................................................................................... 76
3.3.4.11. Lấy thông tin kênh ........................................................................................................... 77
3.3.4.12. Lấy thông tin người dùng ................................................................................................ 79
3.3.4.13. Lấy lịch sử giao dịch của người dùng ............................................................................. 81
3.3.4.14. Gia hạn thời gian sử dụng .............................................................................................. 84
3.3.4.15. Đăng ký khuyến mại theo chương trình khuyến mại của VAS ........................................ 85

Lớp 11BKTTT2

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

CHƢƠNG IV: TRIỂN KHAI HỆ THỐNG MOBILE TV TRÊN NỀN TẢNG MẠNG SỬ DỤNG
KIẾN TRÚC IMS VÀ CUNG CẤP DỊCH VỤ VỚI VIỆC HỖ TRỢ QOE TRONG HỆ THỐNG
MOBILE TV TRÊN NỀN TẢNG IMS ............................................................................................ 87
4.1. Những ưu điểm và thách thức khi chuyển hệ thống Mobile TV 3G lên sử dụng trong các
mạng có nền tảng là kiến trúc IMS và tiến tới kiến trúc hệ thống TV trên nền IMS ......................... 87
4.1.1. Triển khai chuyển hệ thống Mobile TV lên sử dụng trong mạng có nền tảng là kiến trúc
khung IMS.......................................................................................................................................... 87
4.1.2. Hệ thống TV trên nền hệ thống IMS ................................................................................... 88
4.1.3. Xây dựng hệ thống TV tương tác và cá nhân hóa .............................................................. 90
4.1.3.1.
Tổng quan mạng lưới – Từ hệ thống IPTV cơ bản đến trải nghiệm hệ thống TV cá nhân .

......................................................................................................................................... 90
4.1.3.2.
Tổng quan mạng lưới – Từ hệ thống Mobile TV đến trải nghiệm hệ thống TV cá nhân 92
4.1.3.3.
Tổng quan phân lớp dịch vụ – sự tiến hóa lên middleware IPTV trên nền IMS ............. 92
4.1.3.4.
Các dịch vụ đi kèm với hệ thống TV hội tụ ..................................................................... 95
4.2. Kiến trúc IMS đảm bảo QoE cho dịch vụ Mobile IPTV ứng dụng trong mạng Viettel .......... 96
4.2.1. Kiến trúc IMS đảm báo QoE đề xuất .................................................................................. 97
4.2.1.1.
Kiến trúc MCMS đề xuất và sự tích hợp IMS NGN ........................................................ 98
4.2.1.2.
Các đặc tính kỹ thuật của kiến trúc MCMS đề xuất...................................................... 101
4.2.1.3.
Định nghĩa ra các ngưỡng quan sát cảnh báo đỏ ......................................................... 105
4.2.2. Đánh giá mẫu phạm vi hẹp ............................................................................................... 105
4.2.3. Lưu đồ cuộc gọi dịch vụ Mobile TV hỗ trợ QoE trên nền IMS......................................... 111
4.2.3.1.
Lưu đồ một cuộc gọi dịch vụ Mobile TV thông thường trong mạng IMS ..................... 111
4.2.3.2.
Lưu đồ cuộc gọi đảm bảo QoE của các dịch vụ Mobile IPTV trên nền IMS ................ 113
TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ CUỐI CÙNG ......................................................................................... 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................... 117

Lớp 11BKTTT2

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT

Từ viết tắt

Tên đầy đủ

01

3GPP

Third Generation Partnership Project

02

3GPP2

Third Generation Partnership Project 2

03

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

04

ADSL2+

Asymmetric Digital Subscriber Line 2+

05

AS

Application Server

06

ATM

Asynchoronous Transfer Mode

07

B2BUA

Back-to-back User Agent

08

BGCF

Breakout Gateway Control Function

09

BICC

Bearer Independent Call Control

10

COPS

Common Open Policy Service

11

CSCF

Call Session Control Function

12

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

13

DNS

Domain Name System

14

ENUM

Telephone Number Mapping

15

GGSN

Gateway GPRS Support Node

16

GPRS

General Packet Radio Service

17

GSM

Global System for Mobile Communications

18

HLR

Home Location Register

19

HSS

Home Subscriber Server

20

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

21

I-CSCF

Interrogating-CSCF

22

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

23

IETF

Internet Engineering Task Force

24

IM-SSF

IP Multimedia Service Switching Function

25

IMS

IP Multimedia Subsystem

26

IMSI

International Mobile Subscriber Identifier

27

IP

Internet
Protocol Identifier
Mobile Subscriber

28

IPTV

IP Television

Lớp 11BKTTT2

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

29

ISC

IMS Service Control

30

ISIM

IP Multimedia Services Identity Module

31

ISUP

ISDN
User
Part Module
Services
Identity

32

ITU-T

International Telecommunication Union-Telecommunications

33

MAP

Mobile Application Part

34

MEGACO

Media Gateway Control

35

MGCF

Media Gateway Control Function

36

MGW

Media Gateway

37

MIME

Multipurpose Internet Mail Extensions

38

MRF

Media Resource Function

39

MRFC

Media Resource Function Controllers

40

MRFP

Media Resource Function Processors

41

MSISDN

Mobile Subscriber ISDN Number

42

NAI

Network Access Identifier

43

OSA-SCS

Open Service Access–Service Capability Server

44

P-CSCF

Proxy-CSCF

45

PA

Presence Agent

46

PDF

Policy Decision Function

47

PEP

Policy Enforcement Point

48

PIDF

Presence Information Data Format

49

PS

Presence Agent

50

PSI

Public Service Identity

51

PSTN

Public Switched Telephone Network

52

QoE

Quality of Experience

53

QoS

Quality of Service

54

RTP

Real-Time Transport Protocol

55

RTCP

RTP
TimeControl
ProtocolProtocol

56

RTSP

Real-Time Streaming Protocol

57

S-CSCF

Serving-CSCF

58

SCTP

Stream Control Transmission Protocol

59

SDP

Session Description Protocol

Lớp 11BKTTT2

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp cao học
60

SFC

Subsequent Filter Criteria

61

SGSN

Serving GPRS Support Node

62

SGW

Signalling Gateway

63

SIM

Subscriber Indetity Module

64

SIP

Session Initiation Protocol

65

SLF

Subscriber Location Function

66

SPT

Service Point Trigger

67

SS7

Sinaling System No. 7

68

TCP

Transmission Control Protocol

69

THIG

Topology Hiding Inter-network Gateway

70

UA

User Agent

71

UAC

User Agent Client

72

UAS

User Agent Server

73

UDA

User Data Answer

74

UDP

User Datagram Protocol

75

UDR

User Data Request

76

UE

User Equipment

77

UICC

Universal Integrated Circuit Card

78

UMTS

Universal Mobile Telecommunication System

79

URI

Uniform Resource Identifier

80

URL

Uniform Resource Locator

81

USIM

Universal Subscriber Identity Module

82

VoIP

Voice over IP

83

VoD

Video on Demand

84

WAP

Wireless Application Protocol

85

WLSS

WebLogic SIP Server

86

WSDL

Web Service Description Language

87

XML

Extensible Markup Language

Lớp 11BKTTT2

Trần Công Sơn

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. So sánh kiến trúc IMS của các tổ chức viễn thông
Bảng 1.2: Ánh xạ từ các tham số QoS sang QoE của dịch vụ truy nhập web sử dụng WAP/ xHTML
trong mạng di động

Bảng 4.1. Đánh giá chủ quan
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ kiến trúc IMS của 3GPP
Hình 1.2: Kiến trúc IMS trong NGN
Hình 1.3: Kiến trúc các CSCF
Hình 1.4: Kiến trúc MRF
Hình 1.5: Mô hình IMS của ETSI
Hình 1.6: Mô hình IMS của ITU-T
Hình 1.7: Minh họa hai khái niệm QoS và QoE
Hình 1.8. Đánh giá theo hệ thị giác chủ quan của NSD
Hình 1.9. Mô hình đánh giá QoE cần sự so sánh giữa hình ảnh gốc và hình ảnh đầu nhận
Hình 1.10. Mô hình MPQM đánh giá QoE của IPTV
Hình 1.11. Mô hình MPQM
Hình 1.12. Mô hình V-factor
Hình 2.20. Lưu đồ tương tác với hệ thống SMS Gateway
Hình 2.19. Lưu đồ quá trình xử lý LiveTV
Hình 2.18. Lưu đồ luồng data VOD
Hình 2.17. Lưu đồ upload nội dung VOD
Hình 2.16. Lưu đồ mua thêm giờ xem MobiTV
Hình 2.15. Lưu đồ đăng ký kênh bổ sung
Hình 2.14. Lưu đồ xem LiveTV
Hình 2.13. Lưu đồ xem, tải VOD
Hình 2.12. Lưu đồ đăng ký dịch vụ qua SMS
Hình 2.11. Lưu đồ tương tác người dùng MobiTV
Hình 2.10. Thông số hệ thống streaming server
Hình 2.9. Logon to Streaming server
Hình 2.8. VOD Streamingserver
Hình 2.7. Live Streaming server
Lớp 11BKTTT2

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

Hình 2.6. Giao diện ứng dụng client
Hình 2.5. Giao diện WAP
Hình 2.4. Mô hình hệ thống MobiTV
Hình 2.3. Mô hình hệ thống MobiTV
Hình 2.2. Kiến trúc hệ thống
Hình 2.1. Tổng quan dịch vụ
Hình 3.1. Kiến trúc cơ bản của dịch vụ web
Hình 3.2. Chồng giao thức trong dịch vụ web
Hình 3.3. Một SOAP Operation đơn giản
Hình 3.4. Cấu trúc thông điệp SOAP
Hình 3.5. Cấu trúc message SOAP
Hình 4.1. Kiến trúc dịch vụ băng rộng với hệ thống TV trên nền IMS (cái nhìn chi tiết)
Hình 4.2. TV trên nền IMS mang lại cho các mạng nhà và các mạng của nhà khai thác lại cùng
nhau
Hình 4.3. Sự tiến hóa về mặt hội tụ giữa hệ thống Mobile TV và IPTV về phía hệ thống TV trải
nghiệm cá nhân
Hình 4.4. Sự hội tụ về mặt công nghệ các hệ thống về phía IMS-TV
Hình 4.5. Tổng thể kiến trúc IMS đảm bảo QoE đề xuất
Hình 4.6. Kiến trúc MCMS đề xuất và sự tương tác IMS NGN
Hình 4.7. Ví dụ về việc tiếp nhận cảnh báo dự báo sớm
Hình 4.8. Ví dụ về việc tiếp nhận cảnh báo đỏ
Hình 4.9. Các bước cảnh báo sớm và cảnh báo đỏ trên dịch vụ Mobile IPTV
Hình 4.10. Các kết quả kiểm tra chủ quan về ngưỡng quan sát hệ thống Mobile TPTV

Hình 4.11. Các thực thể cơ bản hệ thống Testbed trong phòng thì nghiệm
Hình 4.12. Cấu trúc mạng nguyên mẫu phạm vi hẹp
Hình 4.13. Chấm điểm chủ quan dành cho dịch vụ IPTV
Hình 4.14. Lưu đồ cuộc gọi dịch vụ trong mạng IMS
Hình 4.15. Lưu đồ cuộc gọi hỗ trợ QoE của các dịch vụ Mobile IPTV trên nền IMS

Lớp 11BKTTT2

Trang 10


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn
MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội là nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cấp bách đối với cuộc
sống con ngƣời. Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi
thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày một tăng và không thể tách rời
đời sống xã hội. Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh
hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ đa phƣơng tiện. Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải
đƣợc tích hợp thì mới có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng đa phƣơng tiện cho khách hàng.
Thực tế mạng viễn thông hiện nay đã có một bƣớc tiến dài nhờ có sự bùng nổ của các công
nghệ mới và nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông của khách hàng. Tuy nhiên trong tƣơng lai mạng
viễn thông không những chỉ thỏa mãn cho khách hàng các dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và các
dịch vụ băng rộng mà còn phải đáp ứng cho khách hàng các dịch vụ có độ tích hợp cao, các dịch vụ
đa phƣơng tiện với các thuộc tính an ninh, bảo mật, chất lƣợng, linh hoạt và thông minh nhất. Chính
vì vậy cần có một tổ chức mạng mới tập hợp đƣợc tất cả các ƣu điểm của mạng viễn thông hiện tại
và phải đáp ứng đƣợc các nhu cầu truyền thông trong tƣơng lai. Kiến trúc IMS ra đời nhằm giải
quyết các vấn đề trên và là một thành phần không thể thiếu để xây dựng nên mạng thế hệ mới NGN.

Ngoài ra, một mạng viễn thông hoạt động ổn định cũng phải đảm bảo các tiêu chí về mặt dịch
vụ đối với ngƣời sử dụng. Điều này thể hiển bởi sự hài lòng của khách hàng khi sử dụng các dịch
vụ viễn thông đƣợc cung cấp ra thị trƣờng. Khái niệm chất lƣợng dịch vụ QoS đã đƣợc đƣa ra bao
gồm một bộ các thông số chất lƣợng mạng nhằm đảm bảo dịch vụ của nhà cung cấp đối với ngƣời
sử dụng. Tuy nhiên, khi đánh giá dịch vụ ở phía ngƣời sử dụng cụ thể ở đây thể hiện ở sự hài lòng
thì QoS chƣa đánh giá đƣợc vấn đề này. Khái niệm chất lƣợng trải nghiệm QoE ra đời nhằm giải
quyết vấn đề trên và đƣa ra các thông số chỉ tiêu cho QoS nhằm cung cấp dịch vụ thỏa mãn sự hài
lòng của khách hàng đối với dịch vụ đƣợc cung cấp.
Trong bối cảnh nhƣ vậy việc triển khai đề tài “Nghiên cứu và đặc tính hóa lưu lượng của các
dịch vụ đa phương tiện trong các mạng IMS/3G từ đó đề xuất mô hình QoE (Quality of
Experience) cho các dịch vụ tương ứng” là rất cần thiết. Nội dung của đề tài này giải quyết một số
vấn đề cụ thể về phân hệ đa phƣơng tiện IP (IMS), đƣa ra khái niệm chất lƣợng trải nghiệm QoE
đối với nhà cung cấp dịch vụ. Dịch vụ đa phƣơng tiện đƣợc đề xuất ở đây là dịch vụ MobiTV đã và
đang đƣợc triển khai trên hệ thống mạng 3G của nhà mạng Viettel. Cuối cùng, đề tài sẽ đề cập đến
việc chuyển giao hệ thống MobiTV lên hạ tầng mạng có sử dụng kiến trúc IMS và đề xuất mô hình
nhằm đảm bảo QoE cho hệ thống này.

Lớp 11BKTTT2

Trang 11


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC IMS VÀ CÁC KỸ THUẬT NHẮM ĐẢM BẢO
DỊCH VỤ NHÀ CUNG CẤP QOS CŨNG NHƢ CHẤT LƢỢNG TRẢI NGHIỆM NGƢỚI SỬ
DỤNG QOE
Tổng quan IMS

1.1.

Hệ thống con đa phƣơng tiện IP (IMS) là phần mạng đƣợc xây dựng bổ sung cho các mạng hiện
tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho khách hàng đầu
cuối.
IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp đƣợc cấu thành và phát triển bởi tổ chức
3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phƣơng tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và
hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây.
IMS đƣợc thiết kế dựa trên SIP cho phép truyền bất kì phƣơng tiện truyền thông nào nhƣ thoại,
video hay dữ liệu qua bất kì mạng nào.
Phân hệ mạng lõi đa phƣơng tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng lõi (CN) để cung cấp
các dịch vụ đa phƣơng tiện IP. Các thành phần này bao gồm tất cả các thành phần liên quan đến
mạng báo hiệu và mạng mang nhƣ đã xác định ở 3GPP TS 23. 002: "Network Architecture". Dịch
vụ đa phƣơng tiện IP đƣợc dựa trên khả năng điều khiển phiên, các mạng mang đa phƣơng tiện, các
tiện ích của miền chuyển mạch gói (PS) do IETF xác định.
Để các đầu cuối đƣờng dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo dƣỡng qua mạng
Internet, phân hệ đa phƣơng tiện IP đã cố gắng tƣơng thích với các chuẩn IETF (chuẩn Internet).
Trong một số trƣờng hợp là lấy chuẩn giao thức của IETF do đó các giao diện này tƣơng thích hợp
lý với các chuẩn Internet ví dụ nhƣ giao thức SIP. . . .
Phân hệ mạng lõi đa phƣơng tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di động mặt đất PLMN
sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa phƣơng tiện cho khách hàng của họ bằng cách xây dựng lên các
ứng dụng, các dịch vụ với các giao thức Internet. Ở đây không có mục đích là để chuẩn hóa các
dịch vụ trong phạn vi của phân hệ IM CN, mà mục đích chính là để các dịch vụ sẽ đƣợc phát triển
do các nhà khai thác mạng PLMN và hiệp hội các nhà cung cấp thứ ba khác bao gồm cả không gian
Internet đang sử dụng và phân hệ IM CN. Phân hệ IM CN có thể cho phép hội tụ để truy nhập thoại,
hình ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho ngƣời dùng đầu cuối không
dây, và có thể phối hợp sự phát triển về Internet với sự phát triển của truyền thông di động.
Giải pháp cuối cùng để có thể hỗ trợ các ứng dụng đa phƣơng tiện IP gồm có các đầu cuối,
mạng truy nhập vô tuyến GERAN hoặc UTRAN, mạng lõi GPRS tiên tiến, và các thành phần chức

năng đặc biệt của phân hệ IM CN đƣợc mô tả trong đồ án này.

Lớp 11BKTTT2

Trang 12


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

Sự khác biệt của IMS với kiến trúc mạng truyền thống là lớp ứng dụng và chuyển mạch rất gần
với mạng truy nhâp, với kiến trúc này nó có thể áp dụng cho bất kì mạng truy nhập nào nhƣ 3G,
Wifi, DSL, cable …
Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền thống sang VoIP để tối
ƣu cho giá thành đầu tƣ và giá thành dịch vụ. Tuy nhiên nếu chỉ chuyển sang mỗi mạng VoIP thì
vẫn không đủ để giải quyết hết những lo âu về giá thành đầu tƣ, giá cƣớc thu nhập và còn phải tăng
nhiều chi phí mới. Khi dịch vụ thoại chuyển sang mạng IP, nó sẽ trở thành một phần của bộ các
dịch vụ truyền thông hƣớng kết nối đa phƣơng tiện thời gian thực chạy trên mạng IP và cùng chia
sẽ một sự sắp xếp client-server chung nhƣ dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị mạng và các
dịch vụ VoIP, 3G … Thêm vào đó để VoIP có thể hỗ trợ lớp các dịch vụ mới nhƣ dich vụ đa
phƣơng tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ mới. Nền tảng ở đây
đƣợc chọn chính là IMS (IP Multimedia Subsystem) do 3GPP định nghĩa và phát triển. Giải pháp
của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ thống dữ liệu, phần mềm và các dịch vụ chuyên nghiệp, để đáp
ứng mạng cần hoạt động cả mạng đƣờng dây và mạng không dây.
Tuy nhiên để các thành phần này hội tụ với các lớp dịch vụ mới và đảm bảo QoS thì mạng phải
có một kiến trúc dịch vụ phù hợp và có khả năng để hỗ trợ cho:


Tách lớp đầu cuối và truyền tải khỏi lớp điều khiển phiên.



Quản lí phiên qua các dịch vụ thời gian thực



Tƣơng thích với dịch vụ mạng thông minh tiên tiến.



Tƣơng tác trong suốt với các mạng TDM trƣớc đây.



Hội tụ dịch vụ mạng không dây và dịch vụ mạng đƣờng dây.



Pha trộn thoại với các dịch vụ thời gian thực.



Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thông tin thuộc tính ngƣời dùng qua dịch vụ



Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bá ngƣời dùng đầu cuối.



Mở ra giao diện chuẩn và giao diện lập trình ứng dụng
3GPP, ETSI và diễn đàn Parlay định nghĩa kiến trúc dịch vụ IMS để hỗ trợ các yêu cầu đã nói

đến trƣớc đây qua phiên bản sau:

Lớp 11BKTTT2

Trang 13


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

M¹ng ®a ph-¬ng tiÖn IP

M¹ng b¸o hiÖu di
®éng kÕ thõa

PSTN
Mb

Mb

PSTN

BGCF

CSCF

Mm

PSTN

Mk

Mk
Mw

C, D,
Gc, Gr

BGCF

Mj

Mi

IMSMGW

MGCF

Mr

Mb

MRFP

MRFC

Mb

SLF

Dx

Mw

P-CSCF

UE
Gm

Mp
Mb

HSS

CSCF

Mg

Mn

Cx

Mb

Ph©n hÖ IM

Gq

Hình 1.1: Sơ đồ kiến trúc IMS của 3GPP
Và kiến trúc IMS mức cao khi nó đƣợc đặt trong mạng cùng với các giao diện tƣơng ứng nhƣ sau:
M¹ng di ®éng kÕ thõa
Gc

HSS

HLR

Mh

R-SGW
Server øng dông
Sh

SLF

Cx

Gr

ISC

Dx

UE
GGSN

BSS GERAN
UE

Ms

Cx

RNC UTRAN

Go
P-CSCF

Mw

I-CSCF

Mw S-CSCF

Iu

Mr

MRFC
Mp

Mi

SGSN

Mg

Mm

MGCF

Gi
Iu

MRFP
Mj

BGCF
MRF

Mm
MGW

D÷ liÖu vµ b¸o hiÖu
B¸o hiÖu

T-SGW

Mk

M¹ng IMS ngoµi

M¹ng PSTN kÕ thõa

Hình 1.2: Kiến trúc IMS trong NGN
TÓM LẠI: IMS trong NGN thực hiện 3 chức năng chính:



Hội tụ mạng di động và mạng cố định

Lớp 11BKTTT2

Trang 14


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn



Hội tụ dịch vụ. Cung cấp dịch vụ truyền thông đa phƣơng tiện trên nền gói IP



Hội tụ đầu cuối.

1.1.1. Chức năng các phần tử trong IMS
CSCF có thể có một số vai trò khác nhau khi đƣợc sử dụng trong phân hệ đa phƣơng tiện IP. Nó
có thể hoạt động nhƣ một Proxy-CSCF (P-CSCF), nhƣ một Serving-CSCF (S-CSCF), và có thể nhƣ
một Interrogating-CSCF (I-CSCF). Hình sau thể hiện kiến trúc CSCF với các giao diện của nó.

Hình 1.3: Kiến trúc các CSCF

1.1.1.1.

P-CSCF (Proxy-CSCF)

P-CSCF là điểm giao tiếp đầu tiên trong phân hệ IM CN. Địa chỉ của nó đƣợc UE phát hiện sau
khi kích hoạt thành công một PDP Context. P-CSCF xử lí nhƣ một ngƣời đại diện ví dụ tiếp nhận
hay yêu cầu rồi phục vụ hoặc gửi chúng đi. P-CSCF sẽ không thay đổi các URI yêu cầu trong bản
tin INVITE SIP. P-CSCF có thể cƣ xử nhƣ một UA nhƣng nó có thể kết thúc độc lập với giao dịch
SIP.
Chức năng điều khiển chính sách (PCF) là một thực thể logic của P-CSCF.
P-CSCF thực hiện các chức năng sau:


Chuyển tiếp yêu cầu đăng kí SIP nhận đƣợc từ UE tới một I-CSCF đã xác định sử dụng tên

miền mạng nhà khi đƣợc UE cung cấp.


Chuyển tiếp một bản tin SIP nhận đƣợc từ UE tới một Server SIP (e.g S-CSCF) với tên của

P-CSCF đã nhận đƣợc từ thủ tục đăng kí.


Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu tới UE.

Phát hiện hoặc điều khiển các yêu cầu thiết lập phiên khẩn cấp nhƣ các thủ tục điều khiển lỗi.


Phát ra các CDRs.



Bảo dƣỡng hệ thống bảo mật giữa nó và UE



Thực hiện nén hoặc giải nén các bản tin SIP



Trao quyền quản lí mạng mang và quản lí QoS

Lớp 11BKTTT2

Trang 15


Luận văn tốt nghiệp cao học
1.1.1.2.

Trần Công Sơn

I-CSCF (Interrogating-CSCF )

I-CSCF là điểm giao tiếp trong phạm vi mạng của nhà khai thác cho tất cả các kết nối tới thuê
bao của nhà khai thác mạng, hoặc một thuê bao chuyển mạng hiện tại nằm trong phạm vi vùng phục
vụ của nhà khai thác mạng. Trong một mạng có thể có nhiều I-CSCF.
I-CSCF thực hiện các chức năng sau:


Đăng kí.



Phân bổ một S-CSCF cho một ngƣời dùng thực hiện đăng kí SIP.



Các luồng liên quan đến phiên và không liên quan đến phiên



Định tuyến yêu cầu SIP nhận đƣợc từ mạng khác tới S-CSCF.



Nhận địa chỉ của S-CSCF từ HSS.



Gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới S-CSCF đã xác định trong bƣớc trên.



Sử dụng tài nguyên và thanh toán.



Phát ra các CDRs



Cổng liên mạng ẩn cấu hình (THIG): trong việc thực hiện các chức năng trên nhà khai thác

có thể sử dụng chức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình (THIG) trong I-CSCF hoặc kĩ thuật khác để
ẩn cấu hình và khả năng của mạng khỏi các mạng ngoài. Khi một I-CSCF đƣợc chọn để ẩn cấu hình
thì để truyền phiên qua các miền mạng khác nhau I-CSCF(THIG) sẽ gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP
tới I-CSCF(THIG) khác đƣợc phép vận hành và bảo dƣỡng độc lập cấu hình.
1.1.1.3.

S-CSCF (Serving-CSCF)

S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE. Nó bảo dƣỡng trạng thái một phiên khi cần
thiết để nhà khai thác mạng hỗ trợ các dịch vụ. Trong phạm vi mạng của nhà khai thác các S-CSCF
khác nhau có thể có các chức năng khác nhau. S-CSCF thực hiện các chức năng nhƣ sau:


Đăng kí



Có thể xử lí nhƣ một REGISTRAR, nó tiếp nhận yêu cầu đăng kí và thiết lập thông

tin khả dụng cho nó qua server vị trí (e.g HSS).


Lƣu lƣợng liên quan đến phiên và không liên quan đến phiên



Điều khiển phiên cho các đầu cuối đã đăng kí. Nó sẽ từ chối truyền thông IMS từ/

tới nhận dạng ngƣời dùng chung đã bị ngăn chặn khỏi IMS sau khi đã hoàn thành các thủ tục đăng
kí.


Nó có thể xử lí nhƣ một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và phục vụ tại chỗ

hoặc gửi chúng đi.


Nó có thể xử lí nhƣ một UA. Nó có thể kết thúc mà không phụ thuộc vào phiên giao

dịch SIP.


Tƣơng tác với mặt bằng dịch vụ để hỗ trợ các loại dịch vụ.

Lớp 11BKTTT2

Trang 16


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn



Cung cấp cho các điểm đầu cuối bằng việc cung cấp các thông tin.



Thay mặt cho một điểm đầu cuối khởi tạo (e.g thuê bao khởi tạo hoặc UE)
Nhận địa chỉ của I-CSCF từ cơ sở dữ liệu để nhà khai thác mạng phục vụ thuê bao

o

đích từ tên ngƣời dùng đích (e.g Số điện thoại đƣợc quay hoặc URL SIP), khi thuê bao đích là
khách từ một nhà khai thác mạng khác gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới I-CSCF đó.
Khi tên của thuê bao đích (số điện thoại đƣợc quay hoặc URL SIP) và thuê bao

o

khởi tạo là khách của cùng một nhà khai thác mạng gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới một I-CSCF
trong phạm vi mạng của nhà khai thác.
Phụ thuộc vào chính sách của nhà khai thác mà yêu cầu hoặc đáp ứng SIP gửi tới

o

server SIP khác đặt trong phạm vi một miền ISP bên ngoài phân hệ IM CN.
Gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới BGCF để định tuyến cuộc gọi tới miền PSTN

o

hoặc miền chuyển mạch kênh.


Thay mặt điểm đầu cuối đích (thuê bao kết cuối hoặc UE)
Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu SIP tới một P-CSCF cho thủ tục MT tới một thuê bao

o

nhà trong phạm vi mạng nhà, hoặc cho một thuê bao chuyển mạng trong phạm vi mạng khách mà ở
đó mạng nhà không có một I-CSCF trong tuyến.
Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu SIP tới một I-CSCF trong thủ tục MT cho thuê bao

o

chuyển mạng trong phạm vi một mạng khách mà ở đó mạng nhà không có I-CSCF trong tuyến này.
Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu SIP tới một BGCF để định tuyến cuộc gọi tới PSTN

o

hoặc miền chuyển mạch kênh.


Sử dụng tài nguyên và thanh toán



Phát ra các CDRs

1.1.1.4.

BGCF (Breakout Gateway Control Function)

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) lựa chọn mạng PSTN hoặc mạng chuyển
mạch kênh (CSN) mà lƣu lƣợng sẽ đƣợc định tuyến sang. Nếu BGCF xác định đƣợc rằng lƣu lƣợng
chuyển mạng đó sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn
một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN. Nếu lƣu lƣợng chuyển sang mạng
không nằm cùng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báo hiệu phiên này tới BGCF đang quản lí mạng đích

đó.
BGCF thực hiện các chức năng nhƣ sau:


Nhận yêu cầu từ S-CSCF để lựa chọn một điểm chuyển lƣu lƣợng phù hợp sang PSTN hay

CSN


Lựa chọn mạng đang tƣơng tác với PSTN hay CSN. Nếu nhƣ sự tƣơng tác ở trong một

mạng khác thì BGCF sẽ gửi báo hiệu SIP tới BGCF của mạng đó. Nếu nhƣ sự tƣơng tác nằm trong
Lớp 11BKTTT2

Trang 17


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

một mạng khác và nhà khai thác yêu cầu ẩn cấu hình mạng đó thì BGCF gửi báo hiệu SIP thông
qua một I-CSCF(THIG) về phía BGCF của mạng đó.


Lựa chọn MGCF trong mạng đang tƣơng tác với PSTN hoặc CSN và gửi báo hiệu SIP tới

MGCF đó. Điều này không thể sử dụng khi tƣơng tác nằm trong một mạng khác.


Đƣa ra các CDRs

BGCF có thể sử dụng thông tin nhận đƣợc từ các giao thức khác hoặc sử dụng thông tin quản lí khi
lựa chọn mạng sẽ tƣơng tác.
1.1.1.5.

HSS (Home subscriber Server)

Đây là cơ sở dữ liệu chung cho tất cả các ngƣời dùng, nó chứa cả HLR trong thể thức mạng
GPRS. Nó chịu trách nhiệm lƣu trữ danh sách các đặc điểm và thuộc tính dịch vụ của ngƣời dùng
đầu cuối. Danh sách này đƣợc sử dụng để kiểm tra vị trí và các biện pháp truy nhập thuê bao. Nó
cung cấp thông tin thuộc tính ngƣời dùng một cách trực tiếp hoặc thông qua các server. Thuộc tính
thuê bao lƣu trữ gồm: nhận dạng ngƣời dùng, dịch vụ đã thuê bao, thông tin trao quyền. HSS chứa
các chức năng đa phƣơng tiện IP để truyền tải thông tin tới các thực thể thích hợp trong mạng lõi
để thiết lập cuộc gọi/ phiên, an ninh, trao quyền vv. Nó cũng truy nhập vào các server nhận thực
nhƣ AUC, AAA.
1.1.1.6.

MGCF (Media Gateway Control Function)

Thành phần này là điểm kết cuối cho PSTN/ PLMN cho một mạng xác định.
MGCF thực hiện các chức năng sau:


Điều khiển trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênh phƣơng tiện

trong một MGW


Truyền thông với CSCF



MGCF lựa chọn CSCF phụ thuộc vào số định tuyến cho các cuộc gọi lối vào từ các mạng kế

thừa


Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa mạng kế thừa (ví dụ ISUP, R1/ R2 vv) và các giao

thức điều khiển cuộc gọi mạng R00


Giải sử MGCF nhận đƣợc thông tin ngoài băng thì nó có thể chuyển tiếp thông tin này tới

CSCF/ MGW
1.1.1.7.

MRF (Multimedia resource function)

Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện (MRF) đƣợc thể hiện trong hình
nhƣ sau:

Lớp 11BKTTT2

Trang 18


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

Hình 1.4: Kiến trúc MRF
MRF đƣợc phân tách thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện MRFC và bộ xử
lí chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện MRFP nhƣ hình vẽ trên thể hiện.
Nhiệm vụ của của MRFC nhƣ sau:


Điều khiển tài nguyên phƣơng tiện trong MRFP



Dịch thông tin đến từ AS và S-CSCF (Ví dụ nhận dạng phiên) để điều khiển MRFP một

cách phù hợp
Nhiệm vụ của MRFP nhƣ sau:


Điều khiển phần mang giữa MRFP và GGSN



Cung cấp tài nguyên để MRFC điều khiển



Trộn các luồng phƣơng tiện lối vào



Tài nguyên luồng phƣơng tiện



Xử lí luồng phƣơng tiện

1.1.1.8. IMS-MGW (IP multimedia sbsystem-Media gateway function)
Một IMS-MGW có thể kết thúc các kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh và các luồng
phƣơng tiện từ mạng chuyển mạch gói (ví dụ dòng RTP trong mạng IP). IMS-MGW có thể hỗ trợ
chuyển đổi phƣơng tiện điều khiển mang và xử lí tải trọng (ví dụ mã hóa, triệt vọng, cầu hội nghị).
Nó có thể:


Tƣơng tác với MRCF để điều khiển tài nguyên



Tự nó điều khiển tài nguyên nhƣ triệt tiếng vọng…



Có thể cần phải mã hóa
IMS-MGW sẽ đƣợc cung cấp tài nguyên cần thiết để hỗ trợ các phƣơng tiện truyền tải UMTS/

GSM. Hơn nữa IMS-MGW còn phải bổ sung thêm nhiều bộ mã hóa và các giao thức khung và hỗ
trợ các chức năng đặc tả di động.
1.1.1.9.

SGW (Signalling gateway function)

Chức năng cổng báo hiệu đƣợc sử dụng để kết nối các mạng báo hiệu khác nhau ví dụ mạng báo
hiệu SCTP/ IP và mạng báo hiệu SS7. Chức năng cổng báo hiệu có thể triển khai nhƣ một thực thể
đứng một mình hoặc bên trong môj thực thể khác. Các luồng phiên trong đặc tả này không thể hiện
Lớp 11BKTTT2

Trang 19


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

SGW nhƣng khi làm việc với PSTN hay miền chuyển mạch kênh thì cần có một SGW để chuyển
đổi truyền tải báo hiệu. SGW đƣợc triển khai nhƣ hai node logic sau:
Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW)
Vai trò của R-SGW liên quan đến chuyển mạng từ/ tới miền chuyển mạch kênh 2G/ R99 và
miền GPRS tới/ từ miền dịch vụ thoại MUTS R00 và miền GPRS UMTS. Để chuyển mạng đúng
cách R-SGW thực hiện chuyển đổi báo hiệu tại lớp transport
Cổng báo hiệu truyền tải T-SGW (Transport Singnalling Gateway)
Thành phần này trong mạng R4/5 là các điểm kết cuối PSTN/ PLMN trong một mạng xác định.
Nó ánh xạ báo hiệu cuộc gọi từ/ tới PSTN/ PLMN lên mạng mang IP và gửi nó từ/ tới MGCF.
1.1.2. Các giao diện trong IMS
Để các loại dịch vụ đa phƣơng tiện đƣợc chuyển qua miền chuyển mạch gói (PS) trong phạm vi
kiến trúc IMS thì một giao thức điều khiển phiên đơn cần phải đƣợc sử dụng giữa thiết bị ngƣời
dùng (UE) và CSCF qua giao diện Gm.
Các giao thức đƣợc sử dụng trên giao diện Gm giữa UE và CSCF trong kiến trúc này sẽ dựa
trên SIP.
Giao thức điều khiển một phiên đơn đƣợc sử dụng để điều khiển phiên giữa các giao diện nhƣ
sau:


Giữa MGCF và CSCF là giao diện Mg



Giữa các CSCF là giao diện Mw



Giữa một CSCF và mạng IP bên ngoài là Mm



Giữa CSCF và BGCF là giao diện Mi



Giữa BGCF và MGCF là giao diện Mj



Giữa BGCF và BGCF là giao diện Mk



Giữa một CSCF và một MRCF là giao diện Mr
Giao thức điều khiển phiên đƣợc sử dụng trên các giao diện Mg, Mw, Mm, Mi, Mj, Mk, sẽ dựa

trên SIP.
Báo hiệu SIP tƣơng tác giữa các phần tử mạng lõi của IMS và có thể khác so với báo hiệu SIP

giữa UE và CSCF.
SIP đƣợc 3GPP lựa chọn làm giao thức báo hiệu trong phần lõi IMS còn trên các giao diện giữa
phần lõi IMS và các phần tử ngoài không đƣợc chuẩn hóa, 3GPP chỉ khuyến cáo sử dụng các giao
thức H.248 và DIAMETER.
Để cấu hình mạng độc lập thì mạng phải có khả năng ẩn cấu hình khỏi các nhà khai thác mạng
khác. Để mạng có thể hạn chế các luồng thông tin sau không đƣợc chuyển ra ngoài khỏi mạng của

Lớp 11BKTTT2

Trang 20


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

nhà khai thác: Số lƣợng chính xác các S-CSCF, các khả năng của các S-CSCF hoặc các khả năng
của mạng.
Để hạn chế truy nhập từ các mạng bên ngoài, giải pháp báo hiệu cũng sẽ cho phép nhà khai thác
mạng hạn chế truy nhập từ các mạng bên ngoài (mức ứng dụng)
Với truy nhập HSS, nhà khai thác mạng cũng có thể điều khiển truy nhập tới HSS.
1.1.3. IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác
Bên cạnh 3GPP, các tổ chức khác nhƣ IETF, ITU-T, ARIB, ETSI. . . và các công ty điện tử-viễn
thông nhƣ NEC, MOTOROLA,SIEMEN. . cũng nghiên cứu và đƣa ra các phát hành của mình
Mô hình IMS trong NGN của ETSI đƣa ra nhƣ sau:

Hình 1.5: Mô hình IMS của ETSI
Với kiến trúc IMS của ETSI, so với kiến trúc của 3GPP thì một số khối chức năng đƣợc thêm
vào để thực hiện chức năng tƣơng tác với các mạng IP khác nhƣ IWF, SPDF, I-BCF, SGF. Còn lại
các thành phần cơ sở dữ liệu HSS, thành phần điều khiển IMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF;

thành phần điều khiển tƣơng tác nhƣ MGCF, BGCF, SGW; các thành phần tƣơng tác nhƣ OSASCS, OSA-AS, IM-SSF, CSE; các thành phần tài nguyên MRF; thành phần tƣơng tác phƣơng tiện
MGW; và các giao diện trong mạng đều tƣơng tự nhƣ kiến trúc của 3GPP.
ITU-T cũng đƣa ra mô hình IMS của mình, mô hình này nhƣ sau:

Lớp 11BKTTT2

Trang 21


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

C¸c m¹ng ®a ph-¬ng tiÖn IP kh¸c

AS

PSTN

Mm

Sh

ISC

PSTN
MGW

BGCF

CSCF

HSS
AAA+DB

Mk
Mn

Mw

BGCF
Mj

Mb

Cx
Mi

Dh

Mg
CSCF

MGCF
Mb

SLF

MRCF
Mb

Dx

Mr

MRFP

Mw

Mp

P-CSCF

Mb

Gq

Gm

M¹ng truy nhËp kÕt nèi IP

UE

Hình 1.6: Mô hình IMS của ITU-T
Các đặc điểm giống và khác nhau trong kiến trúc IMS của ba tổ chức ITU-T, IETF và 3GPP có thể
đƣợc tổng kết nhƣ bảng 1.1:

3GPP

ITU-T

IETF

Phần tử chức năng Thành phần cơ sở dữ Thành phần cơ sở dữ Có các phần tử chức
trong kiến trúc

liệu HSS

liệu HSS

năng nhƣ 3GPP và

Các thành phần điều Các thành phần điều ITU-T nhƣng bổ sung
khiển IMS: P-CSCF, khiển IMS: P-CSCF, thêm phân hệ điều
I-CSCF, S-CSCF

I-CSCF, S-CSCF

khiển chấp nhận và

Các thành phần điệu Các thành phần điệu tài nguyên (RACS)
khiển tài nguyên và khiển tài nguyên và chứa các khối chức
điều khiển tƣơng tác điều khiển tƣơng tác năng IWF, I-BCF,
BGCF, MGCF, SGW

BGCF, MGCF, SGW

SGF, SPDF để thực

Các thành phần tài Các thành phần tài hiện tƣơng tác với

nguyên và tƣơng tác nguyên và tƣơng tác các mạng trƣớc đây.
phƣơng tiện MGF, phƣơng tiện MGF,
MGW
Quan điểm xây dựng

MGW

Cung cấp dịch vụ đa Cung cấp dịch vụ đa Cung cấp dịch vụ đa
phƣơng tiện cho các phƣơng tiện cho các phƣơng tiện cho các
đầu cuối 3G

Lớp 11BKTTT2

đầu

cuối

PSTN/ trạm (host)
Trang 22


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn
ISDN

Bảng 1.1. So sánh kiến trúc IMS của các tổ chức viễn thông
Cách tiếp cận IMS của mỗi tổ chức khác nhau là khác nhau, ITU-T định hƣớng xây dựng mạng
NGN của mình từ nền tảng mạng cố định, IETF lại xây dựng NGN với nền tảng là mạng Internet
còn 3GPP xây dựng NGN với nền tảng mạng di động 3G. Dù lựa chọn nền tảng nào đi nữa, khi xây

dựng NGN thì tất cả các mạng hiện tại nhƣ 3G, Internet, hay PSTN/ISDN ... đều hội tụ chung thành
một mạng duy nhất để cung cấp đa loại hình dịch vụ tới ngƣời dùng đầu cuối.
Tuy nhiên vấn đề lựa chọn nền tảng để xây dựng NGN sẽ quyết định tốc độ thành công khi xây
dựng NGN.
PSTN/ ISDN hiện nay đã phát triển toàn cầu, số lƣợng thuê bao hiện đang chiếm ƣu thế hơn hẳn
so với các thuê bao di động hay internet . Nhƣng với cơ sở công nghệ mạng thì vẫn dựa trên nền
mạng chuyển mạch kênh và đầu cuối cố định không có khả năng đáp ứng các dịch vụ thông minh,
hơn nữa mạng truy nhập vẫn chƣa số hóa hoàn toàn do vậy khả năng truyền tải tốc độ cao băng
thông lớn với mạng cố định đã bộc lộ nhiều khuyết điểm.
Internet hiện nay có tốc độ phát triển nhanh nhất, chỉ trong khoảng thời gian cỡ 10 năm, internet
đã phát triển toàn cầu. Nền tảng công nghệ cho Internet dựa trên công nghệ gói IP do vậy Internet
đƣợc coi là mạng dữ liệu có khả năng truyền tài lớn nhất. Tuy nhiên, mong muốn của ngƣời dùng
không phải là chỉ truyền dữ liệu, họ còn cần các dịch vụ thời gian thực và hƣớng kết nối. Khi yêu
cầu này đặt ra với internet rõ ràng Internet không thể đáp ứng .
Từ hiện trạng mạng nhƣ vậy, giải pháp để cải thiện mạng viễn thông là kết hợp ƣu điểm tốc độ
bit cố đinh, hƣớng kết nối và đảm bảo tính thời gian thực cao của PSTN/ ISDN với những ƣu điểm
khả năng truyển tải lớn, tiết kiệm tài nguyên mạng, đầu cuối thông minh của mạng internet và loại
bỏ những nhƣợc điểm của các mạng này cho đến nay vẫn là một giải pháp tốt.
Mạng 3G hiện nay có tốc độ phát triển vƣợt bậc, mắc dù ra đời sau PSTN/ ISDN và Internet
nhƣng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS). 3G đƣợc xây dựng trên nền mạng thông minh
PLMN, 3G còn thông minh hơn nữa . Với các công nghệ truy nhập tiên tiến nhƣ TDMA, CDMA và
đầu cuối thông minh, 3G đã cho phép ngƣời dùng đầu cuối vừa có khả năng sử dụng dịch vụ thời
gian thực lại có khả năng truyền tải và truy nhập dữ liệu.
Nhƣ vậy so với PSTN/ ISDN và Internet thì 3G đã thực hiện đƣợc bƣớc đầu trong tiến trình hội
nhập dịch vụ thoại và dữ liệu. Điều này đã tạo cơ hội rất thuận tiện để 3G tiến đến NGN.

Lớp 11BKTTT2

Trang 23

Luận văn tốt nghiệp cao học
1.2.

Trần Công Sơn

Chất lượng dịch vụ QoS và chất lượng trải nghiệm QoE

Khi thiết kế, xây dựng và vận hành một hệ thống truyền thông đa phƣơng tiện, yếu tố tiên quyết cần
thực thi là đảm bảo cho các dịch vụ thực hiện trên hệ thống có thể vận hành đúng theo các tiêu chí
đặt ra, nhằm cung cấp chất lƣợng không thấp hơn mức tối thiểu nào đó. Khái niệm chất lƣợng nhằm
mô tả cho sự vận hành của chính hệ thống hay cho chính ngƣời đang sử dụng những dịch vụ mà hệ
thống cung cấp. Căn cứ vào đó chúng ta có hai khái niệm là chất lƣợng dịch vụ (QoS) và chất lƣợng
trải nghiệm (QoE).
Trong vòng hai thập kỷ vừa qua, khái niệm chất lƣợng dịch vụ (QoS: Quality of Service) trên nền
mạng IP đã đƣợc đƣa vào nhận thức của đông đảo ngƣời sử dụng (NSD) cũng nhƣ các nhà cung cấp
và khai thác dịch vụ mạng. QoS cũng chính là động lực thúc đẩy mạnh mẽ sự đầu tƣ của các nhà
khai thác dịch vụ viễn thông và sự tập trung cao độ của cộng đồng nghiên cứu lĩnh vực mạng,
hƣớng tới các giải pháp có tính ổn định và hiệu quả cao nhằm đảm bảo chất lƣợng cho các dịch vụ
qua mạng.
Trong nhận thức chung của cộng đồng chuyên ngành mạng, cũng nhƣ đã đƣợc chuẩn hóa bởi các tổ
chức quốc tế có uy tín nhƣ Liên minh Viễn thông quốc tế ITU (ITU), QoS trong mạng viễn thông
đƣợc định nghĩa cụ thể qua các tham số kỹ thuật đƣợc lƣợng hóa rõ ràng. Trên nền mạng IP, QoS
đƣợc định nghĩa theo mức gói IP hoặc theo mức kết nối. Ở mức gói IP, các tham số QoS điển hình
bao gồm độ trễ của các gói IP, độ biến thiên trễ của các gói IP, tỷ lệ mất gói IP. Ở mức kết nối/cuộc
gọi, QoS có thể đƣợc đánh giá qua các tham số nhƣ tỷ lệ cuộc gọi/kết nối bị chặn, tỷ lệ các cuộc
gọi/kết nối bị rớt giữa chừng.
Tuy nhiên, trong bối cảnh hiện nay, khi các dịch vụ viễn thông trên nền mạng IP, đặc biệt là VoIP
(Voice over IP), IPTV (Internet Protocol Television) ngày càng trở nên phổ biến và thông dụng
hơn, QoS không còn là yếu tố duy nhất mang tính quyết định trong cuộc cạnh tranh chiếm lĩnh thị

trƣờng giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Theo xu hƣớng chung, yếu tố dần trở nên quan trọng hơn để
phân biệt mức độ và đánh giá các nhà cung cấp dịch vụ là những gói dịch vụ đƣợc thiết lập tốt đến
mức nào theo nhu cầu cá nhân của NSD, có thể đƣợc tùy chỉnh theo yêu cầu cá nhân khách hàng
đến đâu để thỏa mãn tối đa yêu cầu của họ. Đây chính là tiền đề dẫn đến khái niệm chất lƣợng trải
nghiệm QoE (Quality of Experience), một khái niệm đƣợc đƣa vào bức tranh cung cấp dịch vụ
trong ngành công nghệ viễn thông. Một cách đơn giản nhất, chất lƣợng trải nghiệm QoE là nhận xét
chủ quan của NSD đánh giá về dịch vụ họ đang sử dụng.
1.2.1. QoS
Về cơ bản QoS bao gồm tất cả các chức năng, cơ chế và thủ tục trong mạng và thiết bị đầu cuối, để
đảm bảo hiệu suất chất lƣợng cao cho việc cung cấp dịch vụ giữa thiết bị ngƣời sử dụng và mạng
lõi. Mục đích của Qos là cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng bằng cách đảm bảo đủ băng thông,
Lớp 11BKTTT2

Trang 24


Luận văn tốt nghiệp cao học

Trần Công Sơn

kiểm soát độ trễ, kiểm soát jitter và giảm mất dữ liệu. Đây cũng chính là các yếu tố then chốt ảnh
hƣởng đến QoS một cách tổng thể. QoS đƣợc xác định bởi các giá trị trung bình, đƣợc thiết lập tại
phân lớp mạng và chỉ trải rộng đến phần mạng truy nhập.
1.2.1.1.

Băng thông

Mỗi ứng dụng đòi hỏi lƣợng băng thông phù hợp, thể hiện bởi tốc độ dữ liệu (xác định bằng số bit
trao đổi trong 1 giây - bps). Ví dụ nhƣ băng thông cho ứng dụng video thƣờng cao hơn thoại.
1.2.1.2.

Độ trễ

Các ứng dụng thời gian thực yêu cầu quá trình phân phối thông tin từ nguồn đến đích trong một
khoảng thời gian nhất định. Nếu vƣợt quá ngƣỡng này sẽ gây ra các sự cố nhƣ mất hay không sử
dụng đƣợc dữ liệu. Các nguyên nhân gây trễ có thể do quá trình xử lý từ nguồn (phụ thuộc vào cấu
hình phần cứng của nguồn và tải trọng của nó), do quá trình truyền dẫn (thời gian truyền dẫn của
một gói tin là một hàm của kích thƣớc gói và tốc độ truyền dẫn), do mạng (quá trình truyền trong
mạng, giao thức sử dụng, xử lý hàng đợi, …), do quá trình xử lý tại đích (phụ thuộc vào cấu hình
phần cứng của đích và tải tại thời điểm xử lý), …
1.2.1.3.

Jiiter (Độ biến đổi trễ)

Đây là sự thay đổi trễ giữa các gói liên tiếp nhau trong cùng một luồng lƣu lƣợng. Chất lƣợng các
ứng dụng thời gian thực nhƣ voice, video rất nhạy với jiiter.
1.2.1.4.

Tỉ lệ lỗi/mất gói

Mất gói có thể xảy ra do ảnh hƣởng bởi các phƣơng tiện truyền dẫn vật lý, hoặc có thể xảy ra tại các
nút mạng khi bị nghẽn mạch. Một số giao thức mạng (nhƣ TCP/IP) đƣa ra giải pháp bảo vệ mất gói
bằng cách phát lại các gói bị mất trong quá trình truyền. Nếu nghẽn mạch xảy ra liên tục thì hiệu
suất mạng giảm đáng kể do bằng thông bị tiêu tốn cho việc truyền lại các gói bị mất.
1.2.1.5.

Độ tin cậy

Nhìn từ khía cạnh mạng, để xác định tính ổn định của hệ thống, độ tin cậy đồng nghĩa với tính khả
dụng. Độ khả dụng là thời gian hệ thống hoạt động để cung cấp dịch vụ. Tổn thất khi mạng ngƣng

trệ là rất lớn. Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của mạng càng lớn, do đó tính ổn
định của hệ thống càng cao. Độ khả dụng thƣờng đƣợc tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và
tổng số thời gian hoạt độdụng. Ví dụ độ khả dụng của các mạng chuyển mạch gói hiện nay là
99.995% tức là một năm ngừng hoạt động khoảng 26 phút, kết nối khôi phục nhỏ hơn 4 giờ.
1.2.1.6.

Tính bảo mật

Bảo mật là một thông số mới trong danh sách QoS, nhƣng lại là một thông số quan trọng. Thực tế,
trong một số trƣờng hợp độ bảo mật có thể đƣợc xét ngay sau băng thông. Gần đây, do sự đe doạ
rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở
thành vấn đề hàng đầu. Hầu hết vấn đề bảo mật liên quan tới các vấn đề nhƣ tính riêng tƣ, sự tin
Lớp 11BKTTT2

Trang 25