Tìm hiểu hệ thống NGNIMS trong NGN

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
-----------X—W-----------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

TÌM HIỂU HỆ THỐNG NGN/IMS TRONG NGN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ:

HOÀNG HUY VIỆT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HỒ ANH TÚY

Hµ Néi - 10/2009


1

MỤC LỤC
CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT.......................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ BIỂU ĐỒ...................................................................... 7
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 10
CHƯƠNG 1: KIẾN TRÚC NGN VÀ PHÂN HỆ IMS ............................................................ 14
1.1

Kiến trúc NGN............................................................................................................ 14

1.1.1 Mạng viễn thông hiện nay ...................................................................................... 14
1.1.2 Mạng viễn thông trên con đường tiến tới NGN...................................................... 15

1.2

Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN ............................................................................ 20

1.2.1 Tổng quan IMS ....................................................................................................... 20
1.2.2 Chức năng các phần tử trong IMS .......................................................................... 22
1.2.3 Các giao diện trong IMS......................................................................................... 29
CHƯƠNG 2: GIAO DIỆN GIỮA IMS VÀ CÁC PHẦN TỬ KHÁC TRONG NGN............. 32
2.1

Thủ tục đăng kí mức ứng dụng .................................................................................... 32

2.1.1 Luồng thông tin đăng kí với người dùng chưa đăng kí........................................... 32
2.1.2 Luồng thông tin đăng kí lại cho người dùng đã đăng kí ......................................... 35
2.2

Thủ tục xóa đăng kí mức ứng dụng ............................................................................. 38

2.2.1 Xóa đăng kí khởi tạo di động.................................................................................. 38
2.2.2 Xóa đăng kí khởi tạo mạng..................................................................................... 41
2.3 Các thủ tục liên quan đến phiên đa phương tiện IP ....................................................... 47
2.3.1 Kĩ thuật thiết lập mạng............................................................................................ 47
2.3.2 Phân phối thông tin và sự kiện................................................................................ 50
2.4 Tổng quan về các thủ tục luồng phiên .......................................................................... 52
2.5 Thủ tục từ S-CSCF/ MGCF tới S-CSCF/ MGCF......................................................... 55
2.5.1 (S-S#1) Các nhà khai thác mạng khác nhau thực hiện khởi tạo và kết thúc............ 56
2.5.2 (S-S#2) Một nhà khai thác mạng thực hiện khởi tạo và kết cuối ............................ 61
2.5.3 (S-S#3) Khởi tạo phiên với đầu cuối PSTN trong cùng mạng với S-CSCF............ 64
2.5.4 (S-S#4) Khởi tạo phiên với đầu cuối PSTN ở mạng khác với S-CSCF .................. 67
2.6 Thủ tục khởi tạo ............................................................................................................. 69

2.6.1 (MO#1) Khởi tạo di động, chuyển mạng................................................................. 70
2.6.2 (MO#2) Khởi tạo di động, mạng nhà ...................................................................... 74
2.6.3 (PSTN-O) Khởi tạo PSTN ....................................................................................... 77
2.7 Thủ tục kết cuối ............................................................................................................ 79
2.7.1 (MT#1) Kết cuối di động, chuyển mạng.................................................................. 80
2.7.2 (MT#2) Kết cuối di động, mạng nhà ....................................................................... 85
2.7.3 (MT#3) Kết cuối di động, chuyển mạng miền chuyển mạch kênh.......................... 88


2
2.7.4 (PSTN-T) Kết cuối PSTN........................................................................................ 89
2.8 Thủ tục liên quan đến truy vấn thông tin định tuyến .................................................... 91
2.8.1 Nhận dạng người dùng tới giải đáp HSS ................................................................ 92
2.8.2 Đăng kí trên SLF..................................................................................................... 93
2.9 Thủ tục giải phóng phiên .............................................................................................. 95
2.9.1 Đầu cuối di động khởi tạo giải phóng phiên........................................................... 95
2.9.2 PSTN khởi tạo giải phóng phiên............................................................................. 98
2.9.3 Mạng khởi tạo giải phóng phiên ........................................................................... 100
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN UBUNTU ......................................... 108
3.1

Giới thiệu về mạng lõi OpenIMSCore...................................................................... 108

3.2

Xây dựng IMS trên Ubuntu ...................................................................................... 109

3.3

Mô phỏng cuộc gọi, và truyền dữ liệu trên hệ thống IMS........................................ 110

3.4

Các bản tin, thủ tục trong IMS.................................................................................. 111

3.4.1 Thủ tục register ..................................................................................................... 111
3.4.2 Cuộc gọi giữa thuê bao A (alice) và B (bob) ........................................................ 112
3.4.3 Thủ tục giải phóng phiên ...................................................................................... 113
3.5

Đánh giá hệ thống OpenIMSCore ........................................................................... 114

3.6

Triển vọng của mạng thế hệ mới chuyển lên IMS................................................... 114

3.7

Kết luận.................................................................................................................... 116

TÓM TẮT LUẬN VĂN ......................................................................................................... 117
SUMMARY OF THESIS ....................................................................................................... 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 119


3

CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
KÍ HIỆU:

Cx

Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một HSS

Dx

Điểm tham chiếu giữa một I-CSCF với một SLF

Gi

Điểm tham chiếu giữa GPRS với một mạng dữ liệu gói bên ngoài

Gm

Điểm tham chiếu giữa một P- CSCF với UE

ISC

Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một server ứng dụng

Iu

Giao diện giữa RNC với mạng lõi. Nó cũng được coi như một điểm
tham chiếu

Mb

Điểm tham chiếu đến các dịch vụ IPv6

Mg

Điểm tham chiếu giữa một MGCF với một CSCF

Mi

Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một BGCF

Mj

Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một MGCF

Mk

Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một BGCF khác

Mm

Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một mạng đa phương tiện IP

Mr

Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một MRCF

Mw

Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một CSCF khác

Sh

Điểm tham chiếu giữa một AS với một HSS

Si

Điểm tham chiếu giữa một IM-SSF với một HSS

Ut

Điểm tham chiếu giữa UE và một server ứng dụng (AS)


4

TỪ VIẾT TẮT:

Từ
tắt

viết Tiếng Anh

Tiếng Việt

AMR

Adaptive multi rate

Thích ứng đa tốc độ

API

Application program interface

Giao diện lập trình ứng dụng

AS

Application Server

Server ứng dụng

BCSM

Base call state model

Mô hình trạng thái cuộc gọi gốc

BG

Border gateway

Cổng biên

BGCF

Breakout

gateway

controll Chức năng điều khiển cổng

funtion

ngăn cản

BS

Bearer service

Dịch vụ mang

CAMEL

Customised application mobile Những lập luận để nâng cao tính
enhanced logic

di động ứng dụng cho khách
hàng

CAP

Camel application part

Phần ứng dụng camel

CDR

Charging data record

Đoạn dữ liệu tính cước

CN

Core network

Mạng lõi

CS

Circuit switched

Chuyển mạch kênh

CSCF

Call session control function

Chức năng điều khiển phiên
cuộc gọi

CSE

Camel service environment

DHCP

Dynamic
Protocol

DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Node hỗ trợ GPRS cổng

HSS

Home subscriber server

Server thuê bao nhà

Host

Môi trường dịch vụ camel

Configuration Giao thức cấu hình host động


5

I-CSCF

Interrogating – CSCF

CSCF – truy vấn

IETF

Internet Engineering Task Force

Nhóm đặc trách kĩ thuật internet

IM

IP multimedia

Đa phương tiện IP

IM
SS

CN IP multimedia core network Phân hệ mạng lõi đa phương
subsystem
tiện IP

IMSI

International mobile subscriber Nhận dạng thuê bao di động
identifier

toàn cầu

IMS

IP Multimedia subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP

IP

Internet Protocol

Giao thức internet

IP-CAN

IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối IP

ISDN

Integrated
Network

ISIM

IMS SIM

Modul nhận dạng thuê bao IMS

MAP

Mobile Application Part

Phần ứng dụng di động

MGCF

Media

Services

Gateway

Digital Mạng số dịch vụ tích hợp

Control Chức năng điều khiển cổng

Function

phương tiện

MGF

Media Gateway Function

Chức năng cổng phương tiện

OSA

Open services architecture

Kiến trúc dịc vụ mở

P-CSCF

Proxy – CSCF

CSCF-thể quyền

PCF

Policy control function

Chức năng điều khiển hợp đồng

PDN

Packet Data Network

Mạng dữ liệu gói

PDP

Packet data protocol

Giao thức dữ liệu gói

PEF

Policy enforcement function

Chức năng thúc ép hợp đồng

PLMN

Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất công
cộng

PSI

Public Service Identity

Nhận dạng dịch vụ chung


6

SCS

Service Capability Server

Server có khả năng phục vụ

SGSN

Serving GPRS Support Node

Node hỗ trợ GPRS phục vụ

SLF

Subscription Locator Function

Chức năng định vị thuê bao

SSF

Service Switching Function

Chức năng chuyển mạch dịch
vụ

SGW

Signalling Gateway

Cổng báo hiệu

URL

Universal Resource Locator

Vị trí tài nguyên toàn cầu

USIM

UMTS SIM

Modul nhận dạng thuê bao
UMTS

RAB

Radio access bearer

Mang truy nhập vô tuyến

SCS

Service capability server

Server có thể phục vụ

S – CSCF Serving – CSCF

CSCF – phục vụ

SLF

Subscriber locator function

Chức năng vị trí thuê bao

SIM

Subsciber identifier modul

Khối nhận dạng thuê bao

SIP

Session initiation protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SGW

Signalling gateway

Cổng báo hiệu

THIG

Topology

hiding

interwork Cổng tương tác ẩn giao thức

gateway
UE

User Equipment

Thiết bị người dùng

UMTS

Universal
mobile Hệ thống thông tin di động toàn
telecommunication system
cầu

7

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ BIỂU ĐỒ

Vị trí
Bảng 1

Tên

Trang

Kết hợp các thủ tục phiên

55

Hình 1.1

Xu hướng mạng hội tụ của 3GPP

11

Hình 1.2

Xu hướng phát triển dịch vụ mạng của 3GPP

12

Hình 1.3

Các khả năng tiến đến NGN

18

Hình 1.4

Kiến trúc mạng NGN

19

Hình 1.5

Kiến trúc CSCF

23

Hình 1.6

Kiến trúc MRF

28

Hình 2.1

Đăng kí với người dùng chưa đăng kí

33

Hình 2.2

Đăng kí lại với người dùng đã đăng kí

36

Hình 2.3

Xóa đăng kí với người dùng đã được đăng kí

39

Hình 2.4

Xóa đăng kí khỏi tại mạng – hết thời gian đăng kí

42

Xóa đăng kí ứng dụng khởi tạo mạng bởi HSS – quản

44

Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11

lý
Xóa đăng kí ứng dụng khỏi tạo mạng-mặt bằng dịch

46

vụ
Thiết lập mạng tùy chọn thông báo trước
Cung cấp các sự kiện dịch vụ liên quan đến các điểm
đầu cuối
Tổng quan về các thủ tục luồng phiên
Thủ tục phục vụ tới phục vụ của các nhà khai thác
khác nhau (phần 1)
Thủ tục phục vụ tới phục vụ - các nhà vận hành mạng
khác nhau (phần 2)

49
51
52
57
58


8

Hình 2.12 Thủ tục từ Serving tới Serving – cùng nhà khai thác
Hình 2.13
Hình 2.14

Thủ tục từ Serving tới PSTN – cùng nhà khai thác

62
65

mạng
Thủ tục từ Serving tới PSTN – khác nhà khai thác

68

mạng

Hình 2.15 Thủ tục khởi tạo di động – chuyển mạng

71

Hình 2.16 Thủ tục khởi tạo di động – mạng nhà

75

Hình 2.17 Thủ tục khỏi tạo PSTN

78

Hình 2.18 Thủ tục kết cuối di động – chuyển mạng (phần 1)

81

Hình 2.19 Thủ tục kết cuối di động – chuyển mạng (phần 2)

82

Hình 2.20 Thủ tục kết cuối di động – mạng nhà

85

Thủ tục kết cuối di động tại một thuê bao không đăng
Hình 2.21 kí dịch vụ IMS nhưng đăng kí dịch vụ chuyển mạch

88

kênh
Hình 2.22 Thủ tục kết cuối PSTN

90

Hình 2.23 Đăng kí trên SLF (trường hợp 1)

93

Hình 2.24 Đăng kí trên SLF (trường hợp 2)

93

Hình 2.25 Mời UE trên SLF

94

Hình 2.26 Di động khởi tạo giải phóng phiên

96

Hình 2.27 PSTN khởi tạo giải phóng phiên

98

Hình 2.28
Hình 2.29

Mạng khởi tạo giải phóng phiên – PCSCF khởi tạo
giải phóng phiến PDP context
P-CSCF thiết lập giải phóng phiên sau khi mất thông

101
103

tin vô tuyến

Hình 2.30 Mạng thiết lập giải phóng phiên – S CSCF giải phóng

106

Hình 3.1

Mô hình Open IMSCore

108

Hình 3.2

Bản tin đăng kí và đăng kí lại

111

Hình 3.3

Tham số trong bản tin đăng kí và đăng kí lại

112


9

Hình 3.4
Hình 3.5

Các bản tin trong cuộc gọi giữa thuê bao A và B
Tham số trong bản tin của cuộc gọi giữa thuê bao A
và B

112
113

Hình 3.6

Bản tin giải phóng phiên

113

Hình 3.7

Tham số trong bản tin giải phóng phiên

114

10

MỞ ĐẦU
Mong muốn của rất nhiều khách hàng là được triển khai các dịch vụ mới
của mạng trong khoảng thời gian ngắn nhất. Những nhà cung cấp dịch vụ viễn
thông không có đủ thời gian để xây dựng cơ sở hạ tầng mạng mới và như vậy
sự kết hợp cơ sở hạ tầng mới và cũ là giải pháp đầu tiên được đưa ra. Kết hợp
cơ sở hạ tầng để truyền tín hiệu trên nhiều phương tiện như cáp đồng, cáp
quang, vô tuyến cho đến nay vẫn là giải pháp tốt.
Những dịch vụ mới đang được sử dụng trong công nghệ hiện tại chủ yếu
như: Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, chuyển mạch kênh, chuyển mạch
gói, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, Fast
Ethernet, Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI.
Ngoài ra các công nghệ mới cũng đang được sử dụng hiện nay như: dịch vụ
số liệu multi-megabit SMDS. SONET/SDH, xDSL và B-ISDN, các công
nghệ truy nhập vô tuyến như CDMA, TDMA, FDMA…
Các công nghệ t
rên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệ thống hỗ trợ trên
chính hệ thống của mình. Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn đến tăng
trưởng các phần tử mạng và do vậy sẽ làm tăng sự phức tạp trong đồng bộ và
công tác quản lí, hơn nữa các nhà khai thác mạng khác nhau lại sử dụng các
công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng
riêng rẽ, đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay.
Trong mạng thế hệ kết tiếp (NGN) các hệ thống hỗ trợ có khả năng thích
nghi với các điều kiện trên mạng, hội tụ các công nghệ về mạng lõi, mạng
truy nhập, dịch vụ và đầu cuối hiện có nhờ vậy đáp ứng được nhu cầu của
kách hàng đòi hỏi có nhiều loại hình truyền thông (thoại, dữ liệu, Internet,
video, truy nhập không dây…) mà chỉ cần một nhà cung cấp dịch vụ. Để thực
hiện điều này các tổ chức chuẩn hóa viễn thông như ITU-T, IETF, 3GPP …

đã đưa ra các mô hình mạng hội tụ của minh, mỗi tổ chức tiếp cận vấn đề hội
tụ từ một khía cạnh riêng. ITU-T tiếp cận vấn đề mạng hội tụ từ khía cạnh


11

mạng PSTN/ ISDN, IETF tiếp cận từ khía cạnh mạng Internet, trong khi đó
3GPP và ETSI tiếp cận vấn đề từ khía cạnh mạng di động thế hệ 3 (3G).
Nhìn chung tiếp cận vấn đề hội tụ mạng từ khía cạnh nào đi nữa thì đều
xây dựng mạng hội tụ từ các mạng và công nghệ hiện có. Tuy nhiên vẫn chưa
có một chuẩn chung duy nhất nào để xây dựng mạng hội tụ.
3GPP đưa ra mô hình khai quát về hội tụ mạng như sau:
Trước đây

PCS
IS-95A

Hiện tại

IS-95B

CDMA2000
1X

Tương lai

1X EV-DO

1X EV-DV
WCDMA

Mạng di động

IEEE802.11a
IEEE802.11

Mạng hội tụ băng rộng
Toàn IP

IEEE802.11b
IEEE802.11g

Mạng không dây

PSTN
Modem

ADSL

VDSL

FTTH

ISDN

Mạng cố định

Hình 1. 1: Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP
Mạng di động trước đây với hệ thống PCS-IS95A và hệ thống IS95B chỉ
cung cấp được dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ thoại từ 14,4 Kbps đến

64 Kbps, hiện nay với hệ thống CDMA 2000-1x đã có nhiều khả năng mới
với tốc độ thoại lên tới 144 Kbps và hệ thống 1X ED-VO cho tốc độ gói thoại
lên tới 2,4 Mbps, tương lai với hệ thống di đống sẽ sử dụng hệ thống 1x EDDV và W-CDMA có khả năng cung cấp dịch vụ chất lượng cao.
Mạng không dây trước đây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11 băng tần 2,4
Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 1 Mbps, hiện nay hoạt động theo chuẩn
IEE802.11b băng tần 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ 11 Mbps, tương lai mạng
không dây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11a và IEEE802.11g trên băng tần
5 Ghz và 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 54 Mbps.


12

Mạng cố định trước đây hoạt động trên các hệ thống PSTN và ISDN
nhưng hiện nay hoạt động trên các công nghệ ADSL và VDSL cung cấp dữ
liệu tốc độ từ 1 đến 8 Mbps hoặc 50 Mbps, trong tương lai mạng cố định hoạt
động trên hệ thống FTTH cung cấp dịch vụ với tốc độ hàng trăm Mbps.
Tất cả các mạng trên thông qua IMS của 3GPP sẽ được hội tụ lại thành
một mạng chung thống nhất băng rộng với công nghệ truyền tải lõi IP.

Thôngminh

Bên cạnh hội tụ mạng 3GPP cũng đưa ra mô hình hội tụ dịch vụ như sau:

Môi trường hội tụ
Dịch vụ định vị
Điều khiển từ xa
Dịch vụ biểu cảm
Người-Máy

Hội nghị truyền hình

DAB/DVB
Thoại thấy hình
TV di động
Người-Người

Hướngthoại

VOD
Video streaming
Di động

Dịch vụ theo vị trí

SMS
Tải nhạc chuông

Hướng thoại

Dữ liệu tốc độ thấp

Multimedia

Multimedia nhanh,
băng rộng

Hình 1. 2: Xu hướng phát triển dịch vụ mạng của 3GPP
Như vậy trong môi trường mạng hội tụ dịch vụ nhà cung cấp không những
cung cấp tất cả các dịch vụ viễn thông trước đây mà còn được được bổ sung
thêm dịch vụ đa phương tiện băng rộng, nhanh và thông minh.

Các mạng đơn lẻ như di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ
liệu, mạng Internet… chỉ cung cấp được dịch vụ đơn lẻ, nhưng sang môi
trường mạng hội tụ dịch vụ được cung cấp dưới hình thức đa phương tiện
nhanh và thông minh.
Từ những phân tích trong phần trên về tình hình và xu hướng phát triển
mạng và dịch vụ viễn thông và trước tình hình mạng viễn thông Việt Nam
hiện nay ta thấy như sau:


13

Về mạng
1. Hoạt động riêng rẽ: Thị trường dịch vụ viễn thông được cung cấp bởi
hai nhà cung cấp dịch vụ là di đông và cố định. Do vậy tồn tại hai mạng
độc lập đang hoạt động.
2. Sự bất tiện: Muốn sử dụng dịch vụ thì thuê bao phải kết nôi đến cả hai
nhà cung cấp đó và họ phải thanh toán cả hai hóa đơn.
3. Các đầu cuối riêng rẽ: Dịch vụ cố đinh và dịch vụ di động được cung
cấp thông qua các đầu cuối riêng biệt nhau.
Về dịch vụ
1. Vẫn là các dịch vụ truyền thống, riêng lẻ.
2. Tốc độ truyền thấp
3. Kém thông minh
4. Không cung cấp được dịch vụ đa phương tiện.

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS: Hồ Anh Túy, người đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo và góp ý giúp tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn bè, đồng
nghiệp, đã nhiệt tình giúp đỡ, góp ý trong suốt quá trình tìm hiểu và hoàn
thiện luận văn.

Hà Nội, 10-2009
Hoàng Huy Việt


14

CHƯƠNG 1: KIẾN TRÚC NGN VÀ PHÂN HỆ IMS
1.1

Kiến trúc NGN

1.1.1 Mạng viễn thông hiện nay
Như phần trên đã trình bày, mạng viễn thông hiện nay được triển khai theo
các ứng dụng thực tiễn đơn lẻ. Ví dụ như trong mạng chuyển mạch điện thoại
công cộng PSTN, một cuộc nối được thiết lập giữa hai thuê bao thông qua
quá trình trao đổi khe thời gian cố định trong suốt quá trình cuộc gọi. Kiểu
mạng này phù hợp cho điện thọai vì chúng có tốc độ bit không đổi và thông
tin có tính thời gian thực cao. Với các ứng dụng truyền dữ liệu thì việc sử
dụng riêng một kênh thông tin để truyền là rất lãng phí về tài nguyên và
không phù hợp với yêu cầu sử dụng.
Với các mạng di động hiện nay (PLMN) mặc dù có tốc độ phát triển rất
nhanh tuy nhiên dịch vụ mà nhà khai thác mạng di động cung cấp cho khách
hàng vẫn chỉ là dịch vụ thoại truyền thống kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn
(SMS). Vẫn không đáp ứng được nhu cầu truyền thông đa phương tiện của
khách hàng hơn nữa giá cả đối với thuê bao di động còn cao và với các thuê
bao có nhu cầu sử dụng cả dịch vụ di động và dịch vụ cố định thì họ vẫn phải
thanh toán hai hóa đơn cho hai nhà cung cấp dịch vụ đó.
Tương tự như vậy mạng chuyển mạch gói là rất hữu hiệu cho việc chuyển
thông tin số liệu nhưng lại không phù hợp cho truyền thoại vì độ trễ truyền

thông tin là không kiểm sóat được.
Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là tạo ra một mạng tích hợp có thể
cung cấp nhiều loại hình dịch vụ có yêu cầu băng thông, thời gian thực và
chất lượng dịch vụ khác nhau.
Bước đầu tiên trong hướng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấp
báo hiệu kênh chung giữa các người sử dụng cho tất cả các dịch vụ thoại và
số liệu. Trong khi đó vẫn duy trì sự riêng biệt giữa chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói tại trạm trung gian. Người dùng được cung cấp các truy
nhập số tốc độ 2B+D cho cả thoại và số liệu cùng với 16 Bbps cho báo hiệu
và các dịch vụ chuyển mạch gói. Tuy nhiên hướng phát triển này dần dần bộc


15

lộ yếu điểm khi nhu cầu dịch vụ băng thông rộng ngày càng phát triển. Tốc độ
truy nhập 2B+D là quá thấp so với nhu cầu dịch vụ băng rộng hiện nay.
ISDN ngày càng thể hiện nhược điểm không thể đáp ứng được nhu cầu
truyền thông, trong khi đó công nghệ truyền dẫn và công nghệ điện tử VLSI
(Very large scale intergration) ngày càng phát triển và xuất hiện công nghệ
mới có khả năng truyền tải cao được đánh giá là có nhiều hứa hẹn để truyền
dẫn cả thoại và dữ liệu đó là ATM đã đưa ra một hướng mới để phát triển
ISDN băng hẹp thành ISDN băng rộng (B-ISDN). B-ISDN cung cấp các dịch
vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đơn phương tiện, đa
phương tiện, theo kiểu hướng kết nối hay phi kết nối và theo cấu hình đơn
hướng hoặc đa hướng.
Tuy nhiên khi triển khai B-ISDN với công nghệ nền tảng là ATM thì vấn
đề giá thành xây dựng mạng lại quá lớn vì B-ISDN không tận dụng tối đa nền
tảng mạng hiện có do vậy không đáp ứng kịp thời cho nhu cầu sử dụng dịch
vụ của khách hàng.
1.1.2

Mạng viễn thông trên con đường tiến tới NGN

Từ tình hình mạng viễn thông hiện nay và sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụ
băng rộng, việc xây dựng một mạng cung cấp đa loại hình dịch vụ tốc độ cao
băng thông lớn là vấn đề tất yếu của các nhà khai thác mạng.
ISDN, B-ISDN đều có nhược điểm khi được triển khai để cung cấp dịch
vụ tốc độ cao băng thông lớn cho khách hàng. Vậy thì câu hỏi đặt ra là mô
hình mạng nào có thể khắc phục được nhược điểm của hai mạng trên trong
khi vẫn có thể cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng.
Để trả lời câu hỏi đó các tổ chức chuẩn hóa viễn thông đã nghiên cứu và
đưa ra mô hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho
khách hàng trong khi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻ nhất và
nhanh nhất – đó chính là mạng NGN.


16

NGN được ITU-T định nghĩa như sau:
“Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) là mạng dựa trên nền gói có thể cung cấp các
dịch vụ truyền thông và có thể tận dụng được các dải băng tần rộng, các công
nghệ truyền tải với QoS cho phép và ở đó các chức năng liên quan đến dịch
vụ sẽ độc lập với các công nghệ truyền tải ở lớp dưới. NGN cho phép người
dùng truy nhập không hạn chế tới các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác
nhau. NGN hỗ trợ tính lưu động nói chung để có thể cung cấp dịch vụ thích
hợp và rộng khắp tới các người dùng.
Như vậy NGN được mô tả theo các đặc điểm cơ bản như sau:
ƒ Truyền tải trên nền gói
ƒ Tách biệt các chức năng điều khiển với các khả năng mang, cuộc gọi/
phiên và ứng dụng/ dịch vụ

ƒ Tách riêng việc cung cấp dịch vụ khỏi mạng và cung cấp các giao diện
mở
ƒ Hỗ trợ tất cả các dịch vụ, các ứng dụng và các kỹ thuật dựa trên khối
xây dựng dịch vụ (bao gồm dịch vụ thời gian thực, phân loại dịch vụ,
dịch vụ phi thời gian thực và dịch vụ đa phương tiện)
ƒ Các khả năng băng rộng với QoS đầu cuối tới đầu cuối và truyền tải
trong suốt
ƒ Tương tác với các mạng trước đây thông qua các giao diện mở
ƒ Tính lưu động nói chung
ƒ Truy nhập không hạn chế cho người dùng tới các nhà cung cấp dịch vụ
khác nhau
ƒ Một sự đa dạng về kế hoạch nhận dạng để giải quyết địa chỉ IP cho
mục đích định tuyến trong mạng IP
ƒ Nhìn từ phía UE, dịch vụ được hội tụ thành một dịch vụ chung duy nhất
ƒ Hội tụ dịch vụ giữa mạng cố định và mạng di động
ƒ Các chức năng liên quan đến dịch vụ độc lập với các công nghệ lớp
dưới


17

ƒ Phục tùng tất cả các thủ tục theo quy tắc như truyền thông khẩn cấp và
an ninh/ riêng lẻ”
NGN tập hợp được ưu điểm của các công nghệ mạng hiên có, tận dụng
băng thông rộng và lưu lượng truyền tải cao của mạng gói để đáp ứng sự bùng
nổ nhu cầu lưu lượng thoại truyền thông hiện nay và nhu cầu truyền thông đa
phương tiện của người dùng đầu cuối. Điện thoại IP (IPT) là ví dụ điển hình
để minh họa cách tín hiệu thoại được chuyển đổi thành gói dữ liệu rồi truyền
trên nền IP trong mạng NGN như thế nào. Có thể nói truyền thoại trên nền gói
là ưu điểm lớn nhất mà NGN đã thực hiện được hơn hẳn so với các công nghệ

mạng trước đây.
Đặc điểm của NGN là cấu trúc phân lớp theo chức năng và phân tán các
tài nguyên trên mạng. Điều này đã làm cho mạng được mềm hóa và sử dụng
các giao diện mở API (Application program interface) để kiến tạo các dịch vụ
mà không phụ thuộc nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ mạng.
Xu hướng phát triển công nghệ viễn thông cho NGN có ba lĩnh vực cần chú ý
tập chung:
ƒ Công nghệ truyền dẫn: Từ quang cho đến quang hóa hoàn toàn.
ƒ Công nghệ chuyển mạch: Tích hợp vi mạch, kĩ thuật số, IP. Kết hợp
chuyển mạch kênh với chuyển mạch gói, đa dịch vụ, đa tốc độ,
chuyển mạch quang.
ƒ Công nghệ truy nhập: Kết hợp truyền thông và tin học: có các kiểu
truy nhập như quang, cáp đồng (ADSL, HDSL), vô tuyến.
Xu hướng phát triển dịch vụ cho NGN cần đạt được những điều sau:
ƒ Băng rộng.
ƒ Đa phương tiện truyền thông.
ƒ Truyền hình chất lượng cao HDTV.
ƒ Dịch vụ phải được tích hợp
Động lực chính cho sự phát triển hay “di cư” sang mạng NGN chính là
vấn đề giá cả. Vì xây dựng mạng NGN không những tận dụng tối ưu cơ sở hạ


18

tầng mạng hiện có mà còn tập hợp được những ưu điểm chính, loại bỏ những
khuyết điểm cố hữu của các công nghệ mạng hiện nay.
Một động lực quan trọng khác đó là sự phân biệt dịch vụ. Trọng tâm ban
đầu của nhiều mạng NGN là hỗ trợ các dịch vụ truyền thống thoại hoặc dữ
liệu. Song ngày nay có nhiều nhà cung cấp dịch vụ thực hiện chiến lược của
mình trên các mặt bằng dịch vụ hội tụ.

Như vậy trên quan điểm của nhà khai thác dịch vụ thì lí do chính để xây
dựng mạng NGN là:
ƒ Giảm thời gian tung ra thị trường cho các công nghệ và dịch vụ mới.
ƒ Thuận tiện cho các nhà cung cấp thiết bị, các nhà cung cấp mạng
mang, hay cho các nhà phát triển phần mềm.
ƒ Giảm độ phức tạp trong vận hành bằng việc cung cấp các hệ thống
phân chia theo khối đã được chuẩn hóa.
ƒ Hỗ trợ phương thức phân chia một mạng chung thành các mạng ảo
riêng rẽ về mặt lôgic.
ITU-T cũng đưa ra khuyến cáo khi tiến hành xây dựng NGN từ mạng hiện có
cho các nhà xây dựng mạng theo mô hình sau:

Hình 1. 3: Các khả năng tiến đến NGN


19

Nhìn từ mô hình thì các mạng hiện có như PSTN, IN, mạng số liệu, mạng
Internet, mạng cáp, mạng vô tuyến đều có thể phát triển lên NGN theo hai con
đường là có thể phát triển từng bước thông qua mạng lai ghép, mạng VoIP rồi
tiến tới NGN hoặc tiến thẳng lên NGN.
Tùy theo điều kiện cụ thể của từng vùng mạng mà xây dựng NGN với giá
thành thấp nhất và nhanh nhất.
Mô hình NGN do ETSI đưa ra như sau:

Hình 1. 4: Kiến trúc mạng NGN
Từ kiến trúc NGN tổng quan của ETSI có các đặc điểm sau:
ƒ NGN kế thừa các mạng hiện có như PSTN, ISDN, Internet, PLMN
vv.
ƒ Xây dựng thêm các phân hệ mới các giao thức mới với mục đích là để

bổ sung thêm các loại hình dịch vụ, cung cấp dịch vụ đa phương tiện
và hội tụ mạng (phân hệ IMS).
ƒ Mạng truyền tải được IP hóa, công nghệ mạng truyền tải được sử
dụng là IP.


20

ƒ Các mạng riêng rẽ trước đây được kết hợp thành một mạng chung duy
nhất. Nhờ điều này mà nhà cung cấp dịch vụ mới có thể cung cấp
dịch vụ đa phương tiện kết hợp cả tất cả các loại hình truyền thông
thời gian thực như thoại, video, audio, ảnh động. . với loại hình truyền
thông dữ liệu.
1.2

Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN

1.2.1 Tổng quan IMS
Hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xây dựng bổ
sung cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp
dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối.
IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát
triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương 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 được thiết kế dựa trên SIP cho phép truyền bất kì phương tiện truyền
thông nào như thoại, video hay dữ liệu qua bất kì mạng nào.
Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng
lõi (CN) để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP. Các thành phần này bao
gồm tất cả các thành phần liên quan đến mạng báo hiệu và mạng mang như đã

xác định ở 3GPP TS 23. 002: "Network Architecture". Dịch vụ đa phương
tiện IP được dựa trên khả năng điều khiển phiên, các mạng mang đa phương
tiện, các tiện ích của miền chuyển mạch gói (PS) do IETF xác định.
Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo
dưỡng qua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đã cố gắng tương thích
với các chuẩn IETF (chuẩn Internet). Trong một số trường hợp là lấy chuẩn
giao thức của IETF do đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn
Internet ví dụ như giao thức SIP. . . .
Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di
động mặt đất PLMN sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa phương tiện cho khách
hàng của họ bằng cách xây dựng lên các ứng dụng, các dịch vụ với các giao


21

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 được
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 người 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 phương 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
được mô tả trong đồ án này.
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 như 3G, Wifi, DSL, cable …

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền
thống sang VoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư 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 tư, giá cước 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 hướng kết nối đa phương tiện thời gian thực
chạy trên mạng IP và cùng chia sẽ một sự sắp xếp client-server chung như
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 như dich vụ đa
phương tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ
mới. Nền tảng ở đây được 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 đường dây và mạng không dây.


22

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:
ƒ Tách lớp đầu cuối và truyền tải khỏi lớp điều khiển phiên.
ƒ Quản lí phiên qua các dịch vụ thời gian thực
ƒ Tương thích với dịch vụ mạng thông minh tiên tiến.
ƒ Tương tác trong suốt với các mạng TDM trước đây.
ƒ Hội tụ dịch vụ mạng không dây và dịch mạng đường dây.
ƒ Pha trộn thoại với các dịch vụ thời gian thực.
ƒ Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thông tin thuộc tính người dùng qua dịch
vụ
ƒ Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bá người dùng đầu cuối.

ƒ 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 trước đây qua phiên bản sau:
TÓM LẠI: IMS trong NGN thực hiện 3 chức năng chính:
¾ Hội tụ mạng di động và mạng cố định
¾ Hội tụ dịch vụ. Cung cấp dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên nền
gói IP
¾ Hội tụ đầu cuối.
1.2.2 Chức năng các phần tử trong IMS
CSCF có thể có một số vai trò khác nhau khi được sử dụng trong phân hệ
đa phương tiện IP. Nó có thể hoạt động như một Proxy-CSCF (P-CSCF), như
một Serving-CSCF (S-CSCF), và có thể như một Interrogating-CSCF (ICSCF). Hình sau thể hiện kiến trúc CSCF với các giao diện của nó.


23

Hình 1. 5: Kiến trúc các CSCF
1.2.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF)
P-CSCF là điểm giao tiếp đầu tiên trong phân hệ IM CN. Địa chỉ của nó
được UE phát hiện sau khi tích cực thành công một PDP Context. P-CSCF xử
lí như một người 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 cư xử như một UA nhưng nó có thể kết thúc độc lập với
giao dịch SIP.
Chức năng điều khiển hợp đồng (PCF) là một thực thể logic của P-CSCF.
P-CSCF thực hiện các chức năng sau:
ƒ Chuyển tiếp yêu cầu đăng kí SIP nhận được từ UE tới một I-CSCF đã
xác định sử dụng tên miền mạng nhà khi được UE cung cấp.
ƒ Chuyển tiếp một bản tin SIP nhận được từ UE tới một Server SIP (e.g
S-CSCF) với tên của P-CSCF đã nhận được từ thủ tục đăng kí.

ƒ Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu tới UE.
Phát hiện hoặc điều khiển các yêu cầu thiết lập phiên khẩn cấp như các thủ
tục điều khiển lỗi.
ƒ Phát ra các CDRs.
ƒ Bảo dưỡng hệ thống bảo mật giữa nó và UE
ƒ Thực hiện nén hoặc giải nén các bản tin SIP
ƒ Trao quyền quản lí mạng mang và quản lí QoS


24

1.2.2.2 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:
ƒ Đăng kí.
9

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

ƒ Các luồng liên quan đến phiên và không liên quan đến phiên
9

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

9

Nhận địa chỉ của S-CSCF từ HSS.

9

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

ƒ Sử dụng tài nguyên và thanh toán.
9

Phát ra các CDRs

ƒ Cổng liên mạng ẩn cấu hình: 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 được 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 được phép
vận hành và bảo dưỡng độc lập cấu hình.
1.2.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF)
S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE. Nó bảo dưỡng 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 như sau:
ƒ Đăng kí