I. Tổng Quan Về Chuyển Mạch Mềm và Mạng NGN Hiện Đại
Mạng thế hệ mới (NGN) ra đời từ sự phát triển của công nghệ thông tin, chuyển mạch gói và truyền dẫn băng rộng. NGN là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ đa dạng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động. Về cấu trúc, NGN kết hợp mạng thoại chuyển mạch kênh TDM truyền thống PSTN với mạng chuyển mạch dữ liệu PSDN. Về lưu lượng, NGN hỗ trợ sự hội tụ giữa lưu lượng thoại và số liệu trên một cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất. Hiện nay, mạng thế hệ mới NGN vẫn đang là vấn đề tranh cãi của các tổ chức viễn thông quốc tế. ITU-T vẫn chưa đưa ra một mô hình chuẩn hóa cụ thể nào của NGN cùng với các tiêu chuẩn của nó. Do đó, định nghĩa ở đây chỉ mang khái niệm chung chung về NGN.
1.1. Định Nghĩa và Đặc Điểm Của Mạng NGN
Mạng NGN là hệ thống mạng mở, giao diện và giao thức giữa các phần tử mạng phải dựa theo chuẩn mở. Trong mạng NGN, dịch vụ thực hiện độc lập với mạng lưới. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên giao thức IP thống nhất. Thực tế giao thức IP đã trở thành giao thức vạn năng, có mặt ở mọi nơi, hạ tầng cơ sở cho IP đã có sẵn. Chỉ có mạng NGN mới có đủ dung lượng để đáp ứng mọi nhu cầu thông tin ngày càng tăng của xã hội. Theo tài liệu gốc, mạng NGN có đặc điểm là hệ thống mạng mở, dịch vụ độc lập với mạng lưới, sử dụng giao thức IP thống nhất và có khả năng đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng tăng.
1.2. Kiến Trúc Mạng NGN Phân Lớp Chức Năng và Vật Lý
Kiến trúc luận lý NGN chia làm 4 phần: lớp ứng dụng và dịch vụ mạng, lớp điều khiển, lớp truyền tải và lớp truy nhập. Lớp ứng dụng và dịch vụ mạng cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN, trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng. Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM/IP) của lớp chuyển tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp truyền tải có chức năng chính là truyền tải mọi loại hình thông tin dưới dạng gói IP dưới sự điều khiển của Softswitch trong lớp điều khiển. Lớp truy nhập thu thập tất cả các loại hình thông tin từ các end user, chuyển đổi thành các gói IP để truyền qua mạng truyền tải đường trục.
II. Softswitch Giải Pháp Chuyển Mạch Mềm Cho Mạng NGN
Trong tương lai, mạng thế hệ mới sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng là mạng gói. Vì thế việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn. Để tận dụng sự hoạt động tốt của PSTN và ưu điểm của chuyển mạch gói, cấu hình mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Phần mềm sử dụng trong các tổng đài nội hạt phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài. Điều này gây khó khăn cho việc tích hợp mạng PSTN và mạng chuyển mạch gói khi xây dựng NGN – là mạng dựa trên cơ sở mạng gói. Một giải pháp có thể thực thi là tạo ra một thiết bị lai (hybrid) có thể chuyển mạch thoại ở cả dạng kênh và gói với sự tích hợp của phần mềm xử lý cuộc gọi. Thiết bị đó chính là MGC sử dụng chuyển mạch mềm (Softswitch).
2.1. Khái Niệm và Ưu Điểm Của Chuyển Mạch Mềm Softswitch
Chuyển mạch mềm (softswitching) là khái niệm tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995. Chuyển mạch mềm là công nghệ chuyển mạch các cuộc gọi trên nền công nghệ gói (như VoIP chẳng hạn), và không chuyển mạch trực tiếp các cuộc gọi PSTN (mặc dù có thể hỗ trợ các đầu cuối analog như máy điện thoại thông thường). Phần mềm hệ thống chạy trên các máy chủ có kiến trúc mở (Sun, Intel.). Có giao diện lập trình mở. Hỗ trợ đa dịch vụ, từ thoại/ fax, cuộc gọi video đến tin nhắn. Các hệ thống chuyển mạch mềm đã thực hiện gói hoá các cuộc gọi. Cấu trúc mở, phân tán trên nhiều máy chủ khác nhau tại nhiều địa điểm khác nhau trên mạng, khả năng mở rộng nâng cấp tốt, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí trên một thuê bao thấp, hỗ trợ đa dịch vụ trên nền mạng gói, hỗ trợ giao diện lập trình chuẩn.
2.2. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống Chuyển Mạch Mềm
Thành phần chính của chuyển mạch mềm (Softswitch) là Media Gateway Controller (MGC). Bên cạnh đó còn có các thành phần khác hỗ trợ hoạt động như Signaling Gateway (SG), Media Server và Application Server. MGC đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau. SG làm cho Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ SG là xử lý thông tin báo hiệu.
III. Hướng Dẫn Chuyển Đổi Từ Chuyển Mạch Mềm Lên IMS Trong NGN
Việc chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự chuẩn bị kỹ lưỡng về hạ tầng và kỹ thuật. IMS (IP Multimedia Subsystem) là một kiến trúc mạng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện dựa trên giao thức IP. IMS cho phép cung cấp các dịch vụ như thoại, video, tin nhắn và dữ liệu trên cùng một nền tảng mạng. Việc chuyển đổi lên IMS giúp các nhà mạng cung cấp các dịch vụ đa dạng hơn, tăng doanh thu và giảm chi phí vận hành.
3.1. Các Bước Chuyển Đổi Lên IMS Từ Chuyển Mạch Mềm
Quá trình chuyển đổi lên IMS từ chuyển mạch mềm bao gồm nhiều bước, từ việc đánh giá hạ tầng hiện tại, lựa chọn giải pháp IMS phù hợp, triển khai và tích hợp các thành phần IMS, đến việc kiểm thử và tối ưu hóa hệ thống. Các nhà mạng cần có kế hoạch chi tiết và nguồn lực đầy đủ để đảm bảo quá trình chuyển đổi diễn ra suôn sẻ. Việc lựa chọn nhà cung cấp giải pháp IMS uy tín cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của dự án.
3.2. Thách Thức và Giải Pháp Khi Chuyển Đổi Lên IMS
Việc chuyển đổi lên IMS đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm chi phí đầu tư lớn, sự phức tạp trong việc tích hợp các hệ thống khác nhau, và yêu cầu về kỹ năng chuyên môn cao. Để vượt qua những thách thức này, các nhà mạng cần có kế hoạch tài chính hợp lý, lựa chọn giải pháp IMS linh hoạt và dễ tích hợp, và đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên có trình độ cao. Ngoài ra, việc hợp tác với các đối tác công nghệ có kinh nghiệm cũng giúp giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả của quá trình chuyển đổi.
IV. Kiến Trúc IMS Các Lớp và Thành Phần Quan Trọng Nhất
Kiến trúc IMS bao gồm nhiều lớp và thành phần khác nhau, mỗi lớp và thành phần đảm nhận một chức năng riêng biệt. Các lớp chính trong kiến trúc IMS bao gồm lớp ứng dụng, lớp điều khiển và lớp truyền tải. Các thành phần quan trọng trong kiến trúc IMS bao gồm CSCF (Call Session Control Function), MRF (Media Resource Function) và các máy chủ ứng dụng.
4.1. Lớp Ứng Dụng và Các Máy Chủ Ứng Dụng Trong IMS
Lớp ứng dụng trong IMS cung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho người dùng. Các máy chủ ứng dụng trong IMS chịu trách nhiệm xử lý các yêu cầu dịch vụ từ người dùng và tương tác với các thành phần khác trong mạng IMS. Các máy chủ ứng dụng có thể cung cấp các dịch vụ như thoại, video, tin nhắn, trò chơi và các ứng dụng web.
4.2. Lớp Điều Khiển và Chức Năng CSCF Trong IMS
Lớp điều khiển trong IMS chịu trách nhiệm quản lý các phiên truyền thông và điều khiển các cuộc gọi. Chức năng CSCF là thành phần quan trọng nhất trong lớp điều khiển, chịu trách nhiệm định tuyến các cuộc gọi, xác thực người dùng và quản lý chất lượng dịch vụ (QoS). CSCF bao gồm các thành phần như P-CSCF (Proxy-CSCF), I-CSCF (Interrogating-CSCF) và S-CSCF (Serving-CSCF).
V. Ứng Dụng Thực Tế Của Chuyển Mạch Mềm và IMS Trong Viễn Thông
Chuyển mạch mềm và IMS được ứng dụng rộng rãi trong mạng viễn thông hiện đại, từ việc cung cấp dịch vụ VoIP cho đến việc triển khai các dịch vụ đa phương tiện phức tạp. Các nhà mạng sử dụng chuyển mạch mềm và IMS để cung cấp các dịch vụ như thoại, video, tin nhắn, hội nghị truyền hình và các ứng dụng web cho người dùng.
5.1. Triển Khai Dịch Vụ VoIP Với Chuyển Mạch Mềm
Chuyển mạch mềm là nền tảng cơ bản để triển khai dịch vụ VoIP. Chuyển mạch mềm cho phép các nhà mạng cung cấp dịch vụ thoại qua mạng IP với chi phí thấp và chất lượng cao. Dịch vụ VoIP có thể được cung cấp cho cả người dùng cá nhân và doanh nghiệp.
5.2. Cung Cấp Dịch Vụ Đa Phương Tiện Với IMS
IMS cho phép các nhà mạng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện phức tạp như hội nghị truyền hình, trò chơi trực tuyến và các ứng dụng web. IMS cung cấp một nền tảng linh hoạt và có khả năng mở rộng để triển khai các dịch vụ mới và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.
VI. Tương Lai Của Mạng NGN và IMS Xu Hướng Phát Triển Mới
Mạng NGN và IMS tiếp tục phát triển với nhiều xu hướng mới, bao gồm việc tích hợp với các công nghệ như Cloud, Virtualization, 5G và IoT. Các xu hướng này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội mới cho các nhà mạng và người dùng.
6.1. Cloud IMS và Virtual IMS Giải Pháp Linh Hoạt và Tiết Kiệm Chi Phí
Cloud IMS và Virtual IMS là các giải pháp cho phép các nhà mạng triển khai IMS trên nền tảng đám mây hoặc môi trường ảo hóa. Các giải pháp này giúp giảm chi phí đầu tư và vận hành, đồng thời tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống.
6.2. 5G và IoT Cơ Hội Mới Cho IMS
5G và IoT mở ra nhiều cơ hội mới cho IMS. IMS có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho các thiết bị IoT và hỗ trợ các ứng dụng 5G như thực tế ảo và thực tế tăng cường.
