KIẾN TRÚC NGN VÀ PHÂN HỆ IMS

KIẾN TRÚC NGN VÀ PHÂN HỆ IMS
2.1 Kiến trúc NGN
2.1.1 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 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.
2.1.2 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.
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:
 Truyền tải trên nền gói

 Tách biệt các chức năng điều khiển với các khả năng mang, cuộc gọi/ phiên và ứng
dụng/ dịch vụ
 Tách riêng việc cung cấp dịch vụ khỏi mạng và cung cấp các giao diện mở
 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)
 Các khả năng băng rộng với QoS đầu cuối tới đầu cuối và truyền tải trong suốt
 Tương tác với các mạng trước đây thông qua các giao diện mở
 Tính lưu động nói chung
 Truy nhập không hạn chế cho người dùng tới các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau
 Một sự đa dạng về kế hoạch nhận dạng để giải quyết địa chỉ IP cho mục đích định
tuyến trong mạng IP
 Nhìn từ phía UE, dịch vụ được hội tụ thành một dịch vụ chung duy nhất
 Hội tụ dịch vụ giữa mạng cố định và mạng di động
 Các chức năng liên quan đến dịch vụ độc lập với các công nghệ lớp dưới
 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:

 Công nghệ truyền dẫn: Từ quang cho đến quang hóa hoàn toàn.
 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.
 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:
 Băng rộng.
 Đa phương tiện truyền thông.
 Truyền hình chất lượng cao HDTV.
 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 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:
 Giảm thời gian tung ra thị trường cho các công nghệ và dịch vụ mới.
 Thuận tiện cho các nhà cung cấp thiết bị, các nhà cung cấp mạng mang, hay cho các
nhà phát triển phần mềm.
 Giảm độ phức tạp trong vận hành bằng việc cung cấp các hệ thống phân chia theo
khối đã được chuẩn hóa.
 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 2. 1: Các khả năng tiến đến NGN
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 2. 2: Kiến trúc mạng NGN
Từ kiến trúc NGN tổng quan của ETSI có các đặc điểm sau:
 NGN kế thừa các mạng hiện có như PSTN, ISDN, Internet, PLMN vv.
 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).
 Mạng truyền tải được IP hóa, công nghệ mạng truyền tải được sử dụng là IP.
 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.
2.2 Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN
2.2.1 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 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.
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
 Tương thích với dịch vụ mạng thông minh tiên tiến.
 Tương tác trong suốt với các mạng TDM trước đây.
 Hội tụ dịch vụ mạng không dây và dịch mạng đường dây.
 Pha trộn thoại với các dịch vụ thời gian thực.
 Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thông tin thộc tính người dùng qua dịch vụ
 Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bá người 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 trước đây qua phiên bản sau: