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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN CÁC DỊCH VỤ TRÊN IMS

ĐOÀN ĐẮC TUYỂN

HÀ NỘI 2009


1

LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi : Trung tâm Đào tạo và Bồi dưỡng sau Đại học
Trường Đại học Bách khoa Hà nội
Tên tôi là : Đoàn Đắc Tuyển
Sinh ngày: 15 - 08 - 1980
Học viên cao học khóa 2007 – 2009
Tôi xin cam đoan, toàn bộ kiến thức và nội dung trong bài luận văn của
mình là các kiến thức tự nghiên cứu từ các tài liệu tham khảo trong và ngoài
nước, không có sự sao chép hay vay mượn dưới bất kỳ hình thức nào để hoàn
thành bản luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Điện tử Viễn thông.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước
Trung tâm Đào tạo và Bồi dưỡng sau Đại học – Trường Đại học Bách khoa
Hà nội.

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


2

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
MỤC LỤC......................................................................................................... 2
KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... 8
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................. 10
CHƯƠNG 1……. ........................................................................................... 12
TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN VÀ PHÂN HỆ IMS................................... 12
1.1. Mạng viễn thông hiện nay. ................................................................... 12
1.2. Mạng viễn thông thế hệ mới ................................................................. 14
1.3. Khái niệm NGN ................................................................................... 14
1.4. Cấu trúc chức năng của NGN ............................................................. 16
1.5. Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP ......................................................... 21
1.6. Vị trí, vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc NGN........................... 24
1.7. IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác.............................................. 25
CHƯƠNG 2............................................................................................... …..28
KIẾN TRÚC IMS ........................................................................................... 28
2.1. Tổng quan IMS ..................................................................................... 28
2.2. Chức năng các phần tử trong IMS ........................................................ 33
2.2.1.
Các thực thể điều khiển phiên, cuộc gọi (CSCFs) ................... 34
2.2.2.
P-CSCF (Proxy-CSCF) .............................................................. 35
2.2.3.
I-CSCF (Interrogating-CSCF ) ................................................... 36

2.2.4.
S-CSCF (Serving-CSCF)............................................................ 37
2.2.5.
BGCF (Breakout Gateway Control Function) ........................... 39
2.2.6.
HSS (Home subscriber Server) .................................................. 40
2.2.7.
MGCF (Media Gateway Control Function) ............................... 41
2.2.8.
MRF (Multimedia resource function) ........................................ 42
2.2.9.
IMS-MGW.................................................................................. 43
2.2.10.
SGW (Signalling gateway function) .......................................... 44
2.3.
Các giao diện trong IMS ................................................................... 45
2.3.1. Giao diện Gm.................................................................................... 45
2.3.2. Giao diện Mw .................................................................................... 46
2.3.3. Giao diện ISC .................................................................................... 47
2.3.4. Giao diện Cx...................................................................................... 48
2.3.5. Giao diện Mr...................................................................................... 50
2.3.6. Giao diện Mp..................................................................................... 50
CHƯƠNG 3..................................................................................................... 53
Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


3

GIAO THỨC SỬ DỤNG TRONG IMS......................................................... 53
3.1. Giới thiệu các giao thức chính được sử dụng trong IMS..................... 54

3.2.
Giao thức điều khiển phiên SIP .......................................................... 55
3.2.1. Khái niệm giao thức SIP..................................................................... 55
3.2.2. Các chức năng và đặc điểm của SIP ................................................. 57
3.2.3. Các thực thể SIP ................................................................................ 59
3.2.4. Các loại bản tin SIP ........................................................................... 64
3.3.
Giao thức AAA.................................................................................. 72
CHƯƠNG 4..................................................................................................... 73
CÁC DỊCH VỤ CƠ BẢN XÂY DỰNG TRÊN KIẾN TRÚC IMS VÀ ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG VIETTEL................................................................ 73
4.1. Kiến trúc phát triển dịch vụ của 3GPP/IMS ......................................... 73
4.2. Kiến trúc phân phối dịch vụ IMS ......................................................... 74
4.3. Một số dịch vụ giá trị gia tăng xây dựng trên nền kiến trúc IMS........ 75
4.3.1. Presence ................................................................................................ 76
4.3.1.1. Khái niệm Presence ........................................................................... 76
4.3.1.2. Kiến trúc dịch vụ Presence trong IMS .............................................. 77
4.3.2. Conferencing......................................................................................... 78
4.3.2.1. Kiến trúc Conferencing ..................................................................... 78
4.3.2.2. Gói sự kiện SIP về trạng thái conference.......................................... 79
4.3.2.3. Một số luồng cơ bản trong hoạt động của dịch vụ conferencing ...... 80
4.4. ỨNG DỤNG IMS CỦA MỘT SỐ HÃNG........................................... 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 89

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


4


KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
A. KÝ 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)

B. TỪ VIẾT TẮT
AMR

Adaptive multi rate

Thích ứng đa tốc độ

API

Application program interface

Giao diện lập trình ứng dụng

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


5


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
enhanced logic

tính 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

Môi trường dịch vụ camel

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

I-CSCF

Interrogating – CSCF

CSCF – truy vấn

IETF

Internet Engineering Task Force

Nhóm đặc trách kĩ thuật
internet

Host


Configuration Giao thức cấu hình host động

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


6

IM

IP multimedia

Đa phương tiện IP

IM CN SS

IP multimedia
subsystem

IMSI

International mobile subscriber Nhận dạng thuê bao di động

core

network Phân hệ mạng lõi đa phương
tiện IP

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

Services

Digital Mạng số dịch vụ tích hợp

Network
ISIM


IMS SIM

Modul nhận dạng thuê bao
IMS

MAP

Mobile Application Part

Phần ứng dụng di động

MGCF

Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng
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

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


7

PSI

Public Service Identity

Nhận dạng dịch vụ chung

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
gateway

UE

User Equipment

Thiết bị người dùng

UMTS

Universal mobile
telecommunication system

Hệ thống thông tin di động

toàn cầu

hiding

interwork Cổng tương tác ẩn giao thức

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1
Hình 1- 1 Sự hội tụ các mạng.......................................................................... 14
Hình 1- 2 Cấu trúc luận lý mạng NGN ........................................................... 17
Hình 1- 3 Các khả năng tiến đến NGN ........................................................... 20
Hình 1- 4 Kiến trúc mạng NGN ...................................................................... 21
Hình 1- 5 Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP................................................... 22
Hình 1- 6 Xu hướng phát triển dịch vụ mạng của 3GPP................................ 23
Hình 1- 7 Kiến trúc IMS trong NGN............................................................... 24
CHƯƠNG 2
Hình 2- 1 Mô hình lớp IMS ............................................................................. 31
Hình 2- 2 Sơ đồ kiến trúc IMS của 3GPP....................................................... 32
Hình 2- 3 Kiến trúc IMS.................................................................................. 32
Hình 2- 4 Mô hình phân lớp IMS .................................................................... 33
Hình 2- 5 Thực thể và các chức năng IMS ..................................................... 34
Hình 2- 6 Kiến trúc các CSCF ........................................................................ 35
Hình 2- 7 Thiết lập phiên IMS cơ bản và định tuyến S – CSCF ..................... 39
Hình 2- 8 Kiến trúc của HSS........................................................................... 41
Hình 2- 9 Kiến trúc MRF ................................................................................ 42

Hình 2- 10 Vị trí của MGW............................................................................. 43
Hình 2- 11 Mô hình lớp thể hiện chuyển đổi tín hiệu trong SGW .................. 44
CHƯƠNG 3
Hình 3- 1 Mô hình mạng hiện tại .................................................................... 53

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


9

Hình 3- 2 Mô hình mạng đang triển khai........................................................ 53
Hình 3- 3 Tốc độ và dịch vụ phát triển ........................................................... 54
Hình 3- 4 Vị trí IMS trong mạng 3G............................................................... 54
Hình 3- 5 Vị trí giao thức SIP và Diameter .................................................... 55
Hình 3- 6 Mô hình phân lớp các giao thức đa phương tiện Internet................ 1
Hình 3- 7 Mô tả SIP Server............................................................................. 57
Hình 3- 8 Lưu trình khởi tạo SIP .................................................................... 59
Hình 3- 9 Hoạt động Proxy server ................................................................. 68
Hình 3- 10 Hoạt động của Redirect Server..................................................... 69
Hình 3- 11 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP ....................................................... 71
CHƯƠNG 4
Hình 4- 1 Kiến trúc phát triển dịch vụ của 3GPP/IMS................................... 73
Hình 4- 2 Kiến trúc phân phối dịch vụ của IMS ............................................. 74
Hình 4- 3 Mô hình các dịch vụ được cung cấp ............................................... 76
Hình 4- 4 Contact hiện nay và contact cải tiến về Presence .......................... 77
Hình 4- 5 Kiến trúc Presence để cung cấp một dịch vụ presence trong IMS. 78
Hình 4- 6 Mô hình cung cấp dịch vụ IPTV ..................................................... 81
Hình 4- 7 Mô hình IMS của Alcatel ................................................................ 83
Hình 4- 8 Bước tiến chuyển từ GSM Æ 3G .................................................... 85
Hình 4- 9 Lịch trình nghiên cứu của 3GPP .................................................... 86

Hình 4- 10 Mô hình hướng tới IMS của Viettel .............................................. 86

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


10

LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phương tiện với
yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên
mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông. Cùng với đó, sự phát triển nhanh
chóng của mạng di động, cố định và đặc biệt là mạng Internet đã làm nảy sinh
ý tưởng về khả năng hội tụ của các mạng này. Sự chuyển đổi theo khuynh
hướng hội tụ nhiều hệ thống mạng khác nhau trên nền toàn IP sẽ sớm trở
thành hiện thực. Đó là khởi nguồn để IMS - phân hệ truyền thông đa phương
tiện dựa trền nền giao thức Internet ra đời và phát triển.
IMS, theo đánh giá của các công ty tư vấn công nghệ sẽ là công nghệ
nền tảng cho phần mạng lõi của mạng thế hệ mới (NGN – Next Generation
Network). Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu bởi nhiều tổ chức trên
thế giới.
Đối với các Kỹ sư Điện tử Viễn thông nói chung và bản thân tôi nói
riêng thì việc nghiên cứu IMS là cần thiết cho việc cập nhật và xây dựng nền
tảng kiến thức về công nghệ. Đó chính là lý do để tôi chọn đề tài “Nghiên
cứu kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS ” làm luận văn
tốt nghiệp cao học.
Nội dung của đề tài tập trung giải quyết một số vấn đề về kiến trúc IMS
và các dịch vụ xây dựng trên nền kiến trúc IMS, được đề cập trong 3 chương.
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về NGN và phân hệ IMS trong mạng thế hệ
mới
Chương 2: Tìm hiểu các tổ chức quốc tế liên quan đến quá trình chuẩn hoá

IMS, các khái niệm cơ bản, các thực thể chức năng, các giao thức báo hiệu và
các giao diện trong kiến trúc mạng lõi IMS
Chương 3: Giới thiệu các giao thức quan trọng trong IMS
Chương 4: Giới thiệu các dịch vụ và ứng dụng IMS của một số hãng

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


11

Cuối cùng, để có được bản luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới gia đình, bạn bè, tới các thầy cô giáo của Trung tâm đào tạo và bồi
dưỡng sau Đại Học, Khoa Điện tử - Viễn thông, Ban Giám hiệu Trường Đại
học Bách Khoa Hà nội đã hết sức tạo điều kiện, động viên và truyền thụ các
kiến thức bổ ích. Đặc biệt tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy giáo –
TS. Nguyễn Văn Khang cùng các đồng nghiệp tại Chi nhánh Viettel Bắc
Ninh đã tận tình giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành tốt bài luận văn này.

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


12

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN VÀ PHÂN HỆ IMS
1.1.

Mạng viễn thông hiện nay.
Mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ,


ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông
riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó.
PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch
thoại công cộng, phục vụ thoại. Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ
TDM (Time Division Multipexing), một cuộc gọi được phân bổ lượng băng
thông cố định (N x 64 kbit/s) và các khe thời gian này được chiếm cố định
trong suốt thời gian diễn ra kết nối. Điều này dẫn đến một số bất lợi, ví dụ
như đối với nhiều loại dịch vụ đòi hỏi băng thông thấp hơn thì cũng không
được, hay với các dịch vụ có nhu cầu băng thông thay đổi thì TDM cũng
không thể đáp ứng được. Chuyển mạch gói quản lý băng thông mềm dẻo theo
nhu cầu dịch vụ cho nên rất tiết kiệm băng thông.
Mạng di động GSM (Global System for Mobile Telecom) chuyển mạch
dựa trên công nghệ TDM và FDM (Frequency Division Multiplexing), cung
cấp các dịch vụ thoại truyền thống tương tự như PSTN, có thêm dịch vụ bản
tin ngắn (SMS) nhưng thông qua đường truy nhập vô tuyến.
PSDN (Public Switching Data Network) là mạng chuyển mạch số liệu
công cộng. PSDN chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu. Hiện nay PSDN đang
phát triển với tốc độ rất nhanh do sự bùng nổ của dịch vụ Internet và các
mạng riêng ảo (Virtual Private Network)
Truyền hình có thể truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống
mạng truyền hình cáp CATV (Cable Television) bằng cáp đồng trục hoặc
truyền qua vệ tinh, hay còn gọi là truyền hình trực tiếp DSB (Direct Broadcast
System).

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


13

Mỗi mạng được thiết kế, vận hành và bảo dưỡng theo các phương pháp

khác nhau. Mỗi mạng cung cấp các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng
cho các mục đích khác. Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ
cho các mạng khác cùng sử dụng. Nỗ lực tổ hợp tất cả các mạng này thành
một mạng duy nhất được thực hiện từ những năm 1980 với mô hình ISDN
băng hẹp vẫn dựa trên nền công nghệ TDM. Xong 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.
Ý tưởng phát triển ISDN băng hẹp thành ISDN băng rộng (B-ISDN)
cũng được đưa ra. 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.
Khi mà nhu cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng và bản thân nhà cung
cấp dịch vụ ngày càng tăng thì các mạng hiện tại đã bộc lộ những hạn chế
không thể khắc phục được, cụ thể là:
ƒ

Cứng nhắc trong việc phân bổ băng thông

ƒ

Khó khăn trong việc tổ hợp mạng

ƒ

Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ mới, thiếu tính mềm dẻo

ƒ


Đầu tư cho mạng PSTN lớn

ƒ

Giới hạn trong phát triển mạng

ƒ

Không đáp ứng được sự tăng trưởng nhanh của các dịch vụ dữ
liệu

ƒ

Khó khăn cho các nhà khai thác mạng

Đứng trước tình hình mạng viễn thông hiện nay và sự bùng nổ về nhu
cầu dịch vụ đa phương tiện với yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ
cao, cùng với sự phát triển nhanh chóng của mạng di động, cố định và đặc
Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


14

biệt là mạng Internet đã làm nảy sinh ý tưởng về khả năng hội tụ của các
mạng này.
1.2. Mạng viễn thông thế hệ mới
Để thực hiện ý tưởng hội tụ mạng, các tổ chức chuẩn hoá 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 thế mới (NGN: Next

Generation Network).

Hình 1- 1 Sự hội tụ các mạng
1.3.

Khái niệm NGN
NGN được ITU-T định nghĩa như sau:
“Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) là mạng dựa trên chuyển mạch gói có khả

năng cung cấp các dịch vụ truyền thông và sử dụng các công nghệ truyền tải
băng rộng với QoS cho phép và ở đó các chức năng liên quan đến dịch vụ sẽ
độc lập với các công nghệ liên quan đến truyền tải ở lớp dưới. NGN cho phép
người sử dụng lựa chọn dịch vụ mà không phụ thuộc với mạng và với nhà
Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


15

cung cấp dịch vụ. NGN hỗ trợ tính lưu động nói chung để có thể cung cấp
dịch vụ thích hợp và ở mọi nơi tới người dùng”
ITU-T SG 13: Rec. Y.2001
“A NGN is a packet-based network able to provide telecommunication
services and able to make use of multiple broadband, QoS-enabled transport
technologies and in which service-related functions are independent from
underlying transport-related technologies. It enables unfettered access for
users to networks and to competing service providers and/or services of their
choice. It supports generalized mobility which will allow consistent and
ubiquitous provision of services to users”
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

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


16

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.
1.4.

Cấu trúc chức năng của NGN

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.
NGN vẫn là một xu hướng mới mẻ do vậy chưa có một khuyến nghị
chính thức nào của ITU-T được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc
NGN, song dựa vào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng thì
mạng viễn thông thế hệ sau có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng
sau:
Lớp quản lý
Lớp ứng dụng và dịch vụ
Lớp điều khiển
Lớp truyền tải

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


17

Lớp truy nhập

Hình 1- 2 Cấu trúc luận lý mạng NGN
Mô tả các lớp:
Lớp ứng dụng
Bao gồm các nút thực thi dịch vụ (thực chất là các server dịch vụ). Lớp

này cung cấp các ứng dụng và các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở
nhiều mức độ khác nhau. Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều khiển thông qua
giao diện mở. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể độc lập phát triển
ứng dụng và triển khai nhanh chóng dịch vụ trên mạng.
Lớp điều khiển
Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là
Softswitch còn gọi là MGC (Media Gateway Control). Lớp điều khiển có
nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối
với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Cụ thể , lớp điều khiển thực hiện :
¾ Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


18

¾ Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng,
điều khiển sắp xếp nhãn giữa các giao diện cổng
¾ Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối
(hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS
¾ Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp
media. Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng
thời thực hiện các cảnh báo
¾ Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này
đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.
Lớp truyền tải
Lớp truyền tải trong cấu trúc NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và
chức năng chuyển mạch.
¾ Truyền dẫn: Quang SDH, WDM
¾ Chuyển mạch: ATM/IP

Lớp truy nhập
¾ Với truy nhập hữu tuyến: có cáp đồng, cáp quang
¾ Với truy nhập vô tuyến: có hệ thống thông tin di động GSM hoặc
CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. Trong tương lại các hệ
thống truy nhập không dây sẽ phát triển rất nhanh như truy nhập
hồng ngoại, Bluetooth, hay WLAN.
Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp, từ lớp truy nhập
cho đến lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây
dựng mạng quản lý viễn thông (TMN: Telecommunication Management
Network) như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng
viễn thông đang hoạt động.
Xu hướng phát triển công nghệ viễn thông cho NGN có ba lĩnh vực cần
chú ý tập chung:
Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


19

¾ Công nghệ truyền dẫn: Từ quang cho đến quang hóa hoàn toàn.
¾ Công nghệ chuyển mạch: Tích hợp vi mạch, kỹ thuật số, IP. Kết hợp
chuyển mạch kênh với chuyển mạch gói, đa dịch vụ, đa tốc độ, chuyển
mạch quang.
¾ 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 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 lý 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.

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


20

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
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:

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


21

Hình 1- 4 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.
1.5.

Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP
Mạng thế hệ mới và vấn đề hội tụ mạng đã thu hút được sự quan tâm của

nhiều tổ chức viễn thông trên thế giới. Một loạt các tổ chức chuẩn hóa viễn
thông như ITU-T, IETF, 3GPP, ETSI … đã đưa ra mô hình mạng hội tụ của

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


22

mình, 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 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. 3GPP đưa ra mô
hình khái 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- 5 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, IEE802.11b băng tần 2,4 Ghz cung cấp

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


23

dịch vụ 11 Mbps, hiện tại 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. Tương lai IEEE802.11n
Mạng cố định trước đây hoạt động trên các hệ thống PSTN và ISDN
nhưng hoạt động trên các công nghệ ADSL và VDSL cung cấp dữ liệu tốc độ
từ 1 đến 8 Mbps hoặc 50 Mbps, hiện nay 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.

Thông minh

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

Hướng thoại

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- 6 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.

Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009


24

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.
1.6.

Vị trí, vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc NGN
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, tích hợp
dịch vụ và cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối.
IMS là một phần kiến trúc mạng thế hệ mới, nó được cấu thành và phát
triển bởi tổ chức 3GPP 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.
3GPP và ETSI đã định nghĩa kiến trúc IMS để thực hiện hội tụ mạng như
sau:
M¹ng di ®éng kÕ thõa
Gc


HLR

HSS

Mh

R-SGW
Server øng dông
Sh

SLF
Gr

Ms

Cx

ISC

Dx

UE

GGSN

BSS GERAN
UE

Cx


RNC UTRAN

Go
P-CSCF

Iu

Mw

I-CSCF

Mr

Mg

Mm

MGCF

Gi

MRFP
Mj

BGCF
MRF

Mm
MGW


D÷ liÖu vµ b¸o hiÖu
B¸o hiÖu

MRFC
Mp

Mi

SGSN

Iu

Mw S-CSCF

T-SGW

Mk

M¹ng IMS ngoµi

M¹ng PSTN kÕ thõa

Hình 1- 7 Kiến trúc IMS trong NGN
IMS trong NGN thực hiện 3 chức năng chính:
Kiến trúc và xu hướng phát triển các dịch vụ trên IMS Đoàn Đắc Tuyển CH2 2007-2009