Nghiên cứu phân hệ đa phương tiện IP trên mạng NGN IMS và đề xuất giải pháp kỹ thuật triển khai IMS cho VNPT

Trong mô hình về mạng NGN, một thành phần quan trọng được nhắc đến đó chính là phân hệ đa phương tiện IP nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện.. hiểu, ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG



-NGUYỄN QUỐC HUY

NGHIÊN CỨU PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP TRÊN MẠNG NGN/IMS VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

TRIỂN KHAI IMS CHO VNPT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 60.52.70

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Tứ Thành

HÀ NỘI - NĂM 2009

Luận văn được hoàn thành tại:

Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Tứ Thành

Phản biện 1: ………

………

Phản biện 2: ………

………

Phản biện 3: ………

………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2009

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

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 người 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 các nhu cầu về dịch vụ đa phương tiện của khách hàng

Thực tế mạng viễn thông hiện nay đã có một bước tiến dài nhờ có

sự bùng nổ của các công nghệ mới cũng như nhu cầu về các dịch

vụ viễn thông của khách hàng Tuy nhiên trong tương lai, mạng viễn thông không những chỉ đáp ứng 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 phương tiện với các thuộc tính an ninh, bảo mật, chất lượng, linh hoạt và thông minh nhất

Giải pháp cho các vấn đề đó được đã được nghiên cứu và đề cập xây dựng mạng viễn thông thế hệ kế tiếp – NGN Trong mô hình

về mạng NGN, một thành phần quan trọng được nhắc đến đó chính là phân hệ đa phương tiện IP nhằm thực hiện nhiệm vụ hội

tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện Với mục đích tìm

hiểu, nghiên cứu về phân hệ đa phương tiện IP trong mạng NGN

và giải pháp kỹ thuật của các hãng viễn thông trên thế giới đề xuất

áp dụng cho VNPT, qua đó đánh giá và đề xuất phương án kỹ thuật triển khai phân hệ đa phương tiện IP cho mạng viễn thông

của VNPT Tôi đã thực hiện bản luận văn có tựa đề “Nghiên cứu

phân hệ đa phương tiện IP trên mạng NGN/IMS và đề xuất giải pháp kỹ thuật triển khai IMS cho VNPT”

Để thực hiện nội dung đó, luận văn được chia thành 3 phần như sau:

Chương 1: Nói đến xu hướng phát triển mạng, dịch vụ viễn thông

và xu hướng tiến lên mạng thế hệ kế tiếp - NGN

Chương 2: Giới thiệu phân hệ IMS trong kiến trúc NGN của

3GPP, vai trò chức năng các phần tử trong IMS, tình hình chuẩn hóa IMS của các tổ chức quốc tế

Chương 3: Trình bày hiện trạng hệ thống mạng NGN hiện tại của

VNPT và một vài giải pháp thử nghiệm của các hãng cung cấp lớn trên thế giới trong việc triển khai IMS cho VNPT Đánh giá và đề xuất lựa chọn một giải pháp triển khai IMS phù hợp cho VNPT trong việc nâng cấp mạng lên NGN/IMS Đây là nội dung chính

mà luận văn cần thực hiện

Và cuối cùng là phần kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ và mạng viễn thông

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 truyền dẫn và đáp ứng được tối đa nhu cầu của người dùng về các loại hình truyền thông (thoại, âm thanh, dữ liệu, Internet, video, truy nhập không dây,

…) với một nhà cung cấp dịch vụ Để thực hiện điều này, các tổ chức chuẩn hóa viễn thông như ITU-T, IETF, 3GPP, ETSI … đã đưa ra các mô hình mạng hội tụ, mỗi tổ chức tiếp cận vấn đề hội

tụ mạng từ một khía cạnh riêng ITU-T tiếp cận vấn đề mạng hội

tụ từ khía cạnh mạng cố định 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

3GPP đưa ra mô hình khai quát về hội tụ mạng như hình (1.1)

Hình 1.1 Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP [6]

Theo 3GPP, tất cả các mạng trên sẽ được hội tụ lại thành một mạng băng rộng chung thống nhất với công nghệ truyền tải lõi IP

Và 3GPP cũng đưa ra mô hình hội tụ dịch vụ như hình (1.2):

SMS

Tải nhạc chuông

Di động Người-Người

Người-Máy Môi trường hội tụ

DAB/DVB Thoại thấy hình

TV di động

VOD Video streaming Dịch vụ theo vị trí

Dịch vụ định vị Điều khiển từ xa Dịch vụ biểu cảm Hội nghị truyền hình

Người-Máy Môi trường hội tụ

DAB/DVB Thoại thấy hình

TV di động

VOD Video streaming Dịch vụ theo vị trí

Dịch vụ định vị Điều khiển từ xa Dịch vụ biểu cảm Hội nghị truyền hình

1.2 Con đường tiến đến mạng thế hệ kế tiếp - NGN

Như phần trên đã trình bày, mạng viễn thông hiện nay được triển khai theo các ứng dụng thực tiễn đơn lẻ Một giải pháp để giải quyết 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 Đó chính là mạng thế hệ kế tiếp – NGN

NGN được ITU-T định nghĩa như sau:

“Mạng thế hệ kế tiếp 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

gói là ưu điểm lớn nhất mà NGN đã thực hiện được hơn hẳn so với các công nghệ mạng trước đây

ITU-T cũng đưa ra khuyến cáo khi tiến hành xây dựng NGN từ mạng hiện có cho các nhà xây dựng mạng như hình (1.3) Trong

đó, 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 phát triển từng bước thông qua mạng lai ghép, mạng VoIP rồi tiến tới NGN hoặc tiến thẳng lên NGN

Hình 1.3 Con đường tiến đến NGN

 Mạng truyền tải được IP hóa

 Các mạng riêng rẽ trước đây được kết hợp thành một mạng chung duy nhất

Như ta thấy, trong mô hình kiến trúc mạng NGN, thành phần quan trọng cần xây dựng mới đó là IMS Để tìm hiểu rõ hơn về IMS, chúng ta tiếp tục đến với chương 2 của bản luận văn

9

CHƯƠNG 2 PHÂN HỆ IMS TRONG KIẾN TRÚC NGN

2.1 Tổng quan về IMS

2.1.1 Khái niệm chung

IMS là gì? 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 và hội tụ truy nhập

10 Hình (2.1) là kiến trúc IMS do 3GPP, ETSI và diễn đàn Parlay định nghĩa

2.1.2 Quá trình chuẩn hóa IMS của các tổ chức quốc tế

Chuẩn IMS định nghĩa một cấu trúc chung để đưa ra dịch vụ thoại

và dịch vụ đa phương tiện trên nền IP Đó là một chuẩn được công nhận bởi các tổ chức quốc tế, đầu tiên được đưa ra bởi 3GPP và bây giờ là sự kết hợp của các tổ chức quốc tế khác như ETSI/TISPAN Chuẩn cung cấp các loại đa truy nhập như GSM, WCDMA, CDMA2000, băng rộng có dây và WLAN [1]

Hình 2.2 Các tổ chức chẩn hóa liên quan đến IMS [1]

Các yếu tố và các thành phần khác nhau của cấu trúc IMS được định nghĩa và được chuẩn hoá bởi các Forum khác nhau

11 3GPP/3GPP2 đã xác định được các yêu cầu và cấu trúc chung Trong đó, OMA đã chú trọng đưa ra các định nghĩa về các ứng dụng và dịch vụ dựa trên cấu trúc IMS Còn tổ chức IETF thì làm việc trên các giao thức lớp mạng của cấu trúc IMS

Trong cấu trúc mạng hội tụ - FMC, TISPAN cũng chấp nhận IMS dựa trên SIP do 3GPP đề xuất làm phân hệ điều khiển cho các dịch vụ đa phương tiện trên mạng hội tụ Và từ đó, TISPAN và 3GPP làm việc cùng nhau và định nghĩa ra mạng IMS cho cả mạng cố định và mạng di động

 NGN Phiên bản 1 được phát hành bởi TISPAN vào Tháng 12/2005, cung cấp các tiêu chuẩn mở và mạnh mà công nghiệp có thể sử dụng như một nền tảng cơ sở tin cậy cho phát triển và cài đặt thế hệ đầu tiên của các hệ thống NGN

 TISPAN hiện nay đang làm việc về Phiên bản 2 (R2), với trọng tâm về tính di động, các dịch vụ mới và truyền tải nội dung được nâng cao với quản lý mạng và an ninh được nâng cấp

12

2.2 Kiến trúc mạng lõi IMS

Hình 2.3 Kiến trúc mạng lõi IMS của TISPAN [1]

Mạng lõi IMS bao gồm các thành phần như sau:

 Cơ sở dữ liệu người dùng: HSS và SLF

 Chức năng điều khiển phiên, cuộc gọi: CSCF

 Chức năng liên quan đến nguồn media: MRF bao gồm bộ điều khiển chức năng nguồn media MRFC và bộ xử lý chức năng nguồn media MRFP

 Chức năng điều khiển cổng ngăn cản BGCF

 Cổng PSTN bao gồm SGF, MGCF và MGF

13

2.3 Các giao diện trong IMS

Giao thức điều khiển một phiên đơn được sử dụng để điều khiển phiên giữa các giao diện như 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

2.4 Tìm hiểu nhu cầu và xu hướng chuyển sang NGN/IMS 2.4.1 Nhu cầu về IMS

Trong lĩnh vực viễn thông, nhu cầu của người dùng, nhà khai thác mạng và các nhà cung cấp khác (nhà sản xuất thiết bị, nhà phát triển dịch vụ, ) chính là động lực để phát triển mạng viễn thông Mỗi đối tượng sẽ thu được cái lợi khác nhau khi triển khai IMS

 Đồng thời tham gia nhiều phiên với các phương tiện

 Việc truyền thông sẽ đơn giản và thuân tiện hơn

14

Nhà cung cấp dịch vụ: Tất cả nhà cung cấp dịch vụ đều có một

yêu cầu chung là cần có một nền tảng mềm dẻo để hỗ trợ các dịch

vụ ứng dụng Mô hình IMS đưa ra một nền tảng cho các dịch vụ phát triển trên mạng thế hệ kế tiếp, nó trở thành một nền tảng cho

sự lựa chọn phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên các mạng đã tồn tại

Nhà khai thác mạng: IMS đưa ra khái niệm cấu trúc phân lớp bởi

định nghĩa cấu trúc mặt phẳng ngang đem lại các khả năng tối ưu

Nhà sản xuất và nhà phát triển thứ 3:

 Giảm chi phí nghiên cứu và phát triển với các dòng sản phẩm đồng nhất

 Cung cấp các thiết bị, sản phẩm cho mạng mới

 Các nhà cung cấp dịch vụ khác có thể tham gia phát triển dịch

vụ linh hoạt hơn, độc lập hơn

2.4.2 Tính tất yếu của việc chuyển sang kiến trúc mạng NGN/IMS

Sự hội tụ đang xảy ra

Một số dịch vụ trước kia chỉ được cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã có thể được cung cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác Đó là xu hướng đang phát triển mạng

Xu hướng hội tụ

15 Các công nghệ mới cho phép nhà cung cấp mới thâm nhập vào lĩnh vực kinh doanh dịch vụ thoại tạo nên sự cạnh tranh lớn trên thị trường Các nhà cung cấp ISP có thể cung cấp dịch vụ điện thoại IP giá rẻ, ngoài ra còn có các dịch vụ băng rộng khác như thoại truyền hình, xem phim theo yêu cầu, Đây là xu hướng của hội tụ giữa các loại hình mạng khác nhau

Tóm lại

Do NGN theo kiến trúc IMS hội tụ cả ba mạng thành phần (thoại, không dây và số liệu) vào một kết cấu thống nhất để hình thành nên hạ tầng thông tin duy nhất, dựa trên công nghệ chuyển mạch gói nên nó cho phép triển khai các dịch vụ một cách nhanh chóng

và đa dạng, đáp ứng sự hội tụ giữa thông tin thoại, truyền dữ liệu

và Internet, giữa cố định và di động

16

CHƯƠNG 3 HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

TRIỂN KHAI IMS CHO VNPT 3.1 Hiện trạng mạng NGN – C4 của VNPT

Hiện tại, mạng viễn thông cố định của VNPT đã được nâng cấp lên thành mạng NGN Class-4 dựa trên giải pháp SURPASS của Siemens (hình 3.1) và tuần theo kiến trúc mạng NGN R1 Trong

đó, mạng NGN mới được khai thác để trung chuyển báo hiệu và thoại trên IP Và trong tương lai có thể nâng cấp lên thành mạng NGN Class-5 để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện băng rộng đến khách hàng

Qua thực tế tìm hiểu, hiện tịa các giao thức thực hiện bởi Softswitch HiQ9200 (như giao thức BICC, SIP) là chưa hoàn toàn theo chuẩn Điều này ảnh hưởng tới việc phát triển mạng NGN sang kiến trúc của mạng hội tụ trong trường hợp chúng ta muốn nâng cấp Softswitch thành AGCF/MGCF trong kiến trúc mạng hội tụ dẫn tới phải xem xét khả năng nâng cấp phần mềm hoặc phải đầu tư MGCF mới

17

Hình 3.1 Sơ đồ đấu nối mạng NGN của VNPT [2]

Dự kiến trong tương lai, mạng NGN của VNPT tiếp tục được phát triển mạng FMC theo kiến trúc của TISPAN

3.2 Một số giải pháp kỹ thuật triển khai IMS

Đây là giải pháp được các hãng đề xuất xây dựng triển khai IMS cho VNPT với sự nâng cấp bắt đầu từ mạng cố định [3]

3.2.1 Giải pháp thử nghiệm của NEC

3.2.2 Giải pháp thử nghiệm của Huawei

3.2.3 Giải pháp thử nghiệm của Ericsson

3.3 Đánh giá, đề xuất giải pháp kỹ thuật triển khai IMS cho VNPT

Như chúng ta đã biết, 3 hãng cung cấp giải pháp NEC, Huawei và Ericsson đều là những hãng cũng cấp giải pháp và thiết bị viễn thông lớn trên thề giới Và hiện nay, các hãng trên đều có giải pháp IMS và tuân theo các mô hình, tiêu chuẩn do các tổ chức quốc tế đưa ra Cùng với đó, mạng lưới viễn thông của VNPT đã được chuẩn hoá như hiện nay, các giải pháp của các hãng cung cấp trên đưa ra đều có thể thực hiện, áp dụng vào mạng viễn thông của VNPT Vì vậy, việc sử dụng giải pháp của hãng nào không quá quan trọng mà vấn đề là cần có sự phân tích, so sánh và đánh giá giữa giải pháp đó với các khuyến nghị đã nêu trên và phù hợp với chiến lược, chính sách riêng của VNPT Ở đây, khi triển khai

áp dụng giải pháp về IMS nào, chúng ta cần chú ý các vấn đề đã

đề cập ở trên theo khuyến nghị của TISPAN làm cơ bản Cụ thể hơn, chúng ta cùng xem xem những vấn đề sau :

3.3.1 Khuyến nghị về các vấn đề khi triển khai IMS

Về điều khiển và báo hiệu : Khuyến nghị VNPT nên theo kiến

trúc TISPAN R1 áp dụng các giao thức Diameter, SIP, H.248 và SIGTRAN cho các giao diện tương ứng