Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và hạ tầng truyền dẫn băng rộng, nhu cầu trao đổi thông tin đa phương tiện của xã hội ngày càng tăng cao. Mạng chuyển mạch kênh truyền thống (PSTN/TDM) bộc lộ sự phụ thuộc chặt chẽ giữa phần mềm xử lý cuộc gọi và phần cứng chuyển mạch chuyên dụng, gây cản trở lớn cho việc tích hợp dịch vụ mới và mở rộng mạng lưới. Mạng thế hệ sau (Next Generation Network - NGN) ra đời nhằm cung cấp hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên nền tảng chuyển mạch gói IP, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa mạng cố định và mạng di động.
Đồ án tốt nghiệp "Chuyển mạch mềm trong NGN và hướng phát triển lên IMS" được sinh viên Nguyễn Ân Trường thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Văn Thọ tại Khoa Điện – Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Giao thông Vận tải TP. Hồ Chí Minh (tháng 9/2011). Đề tài tập trung giải quyết vấn đề điều khiển cuộc gọi trong NGN thông qua công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch), nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật bảo đảm chất lượng dịch vụ (QoS) cho thoại qua IP (VoIP), đồng thời xác định lộ trình chuyển đổi cấu trúc mạng từ Softswitch lên phân hệ đa phương tiện IP (IP Multimedia Subsystem - IMS).
Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác lập gồm:
- Tổng quan cấu trúc phân lớp, các phần tử chức năng của mạng NGN và mô hình triển khai của các hãng Alcatel, Cisco cũng như mạng thực tế của VNPT.
- Phân tích nguyên lý, cấu tạo của chuyển mạch mềm (Softswitch/MGC) và khảo sát toàn diện các kỹ thuật quản lý, điều khiển chất lượng dịch vụ QoS (cRTP, các cơ chế hàng đợi FIFO, WFQ, CQ, PQ, phân loại gói qua IP Precedence, giao thức RSVP, các công cụ sửa dạng lưu lượng CAR, GTS, FRTS).
- Đề xuất quy trình và lộ trình chuyển đổi từng bước từ mạng chuyển mạch mềm lên kiến trúc IMS.
- Phân tích kiến trúc phân lớp, các thực thể chức năng (HSS, SLF, CSCF, AS) và các thủ tục xử lý báo hiệu cơ bản trong phân hệ IMS.
- Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch, các tham số và kỹ thuật QoS trong mạng gói, kiến trúc phân hệ IMS và các giao thức báo hiệu (SIP, H.323, MGCP, Megaco/H.248, SIGTRAN, DIAMETER).
- Phạm vi nghiên cứu: Không gian nghiên cứu tập trung vào mô hình mạng viễn thông NGN/IMS theo chuẩn hóa của ITU-T, 3GPP, ETSI/TISPAN và thực trạng mạng NGN của VNPT tại Việt Nam tại thời điểm năm 2011.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết của đồ án dựa trên các tiêu chuẩn viễn thông quốc tế và kiến trúc phân lớp mạng:
- Khung kiến trúc NGN: Khái niệm mạng hội tụ thoại - dữ liệu theo định hướng ITU-T với cấu trúc phân tách độc lập 4 lớp: Lớp ứng dụng/dịch vụ, Lớp điều khiển, Lớp truyền tải và Lớp truy nhập.
- Mô hình Chuyển mạch mềm (Softswitch): Tách biệt khối chức năng điều khiển cuộc gọi (Call Agent/MGC) khỏi phần cứng chuyển mạch vật lý, sử dụng các máy chủ kiến trúc mở (Sun, Intel) chạy trên các hệ điều hành Solaris, Linux, Windows NT/2000.
- Tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ (QoS): Khuyến nghị ITU-T G.114 về giới hạn tổng trễ một chiều từ đầu cuối đến đầu cuối đối với thoại ($ \le 150\text{ ms}$), tỷ lệ mất gói chấp nhận được ($< 10%$), và thang đo chất lượng thoại chủ quan MOS (Mean Opinion Score) từ 1 đến 5 điểm.
- Khung kiến trúc IMS: Cấu trúc phân lớp chuẩn hóa bởi 3GPP và ETSI/TISPAN, dựa trên giao thức khởi tạo phiên SIP và giao thức quản lý cơ sở dữ liệu DIAMETER.
Phương pháp nghiên cứu bao gồm:
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Hệ thống hóa các tiêu chuẩn kỹ thuật của ITU-T, 3GPP, ETSI/TISPAN, tài liệu thiết bị của Alcatel, Cisco và kiến trúc mạng VNPT.
- Phương pháp tính toán và phân tích kỹ thuật: Tính toán chi tiết các tham số trễ tuần tự dựa trên kích thước gói tin và tốc độ đường truyền; tính toán tỉ lệ nén tiêu đề qua giao thức cRTP; xây dựng thuật toán phân bổ byte cho các hàng đợi tùy biến (Custom Queuing) và phân tích nguyên lý giải thuật Cái thùng rò (Leaky Bucket).
- Nguồn dữ liệu: Tài liệu chuẩn hóa kỹ thuật viễn thông quốc tế, tài liệu cấu hình thiết bị của Cisco Systems, thông số kỹ thuật hệ thống chuyển mạch Alcatel 1000 mm E10, và số liệu cấu trúc mạng trục NGN của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan mạng NGN
Chương 1 trình bày định nghĩa, các đặc tính cốt lõi và cấu trúc mạng NGN. NGN được phân tách logic thành 4 lớp chức năng: Lớp ứng dụng/dịch vụ (liên kết qua API mở), Lớp điều khiển (Softswitch điều khiển kết nối, tính cước), Lớp truyền tải (mạng lõi IP/ATM dung lượng lớn) và Lớp truy nhập (thu thập thông tin qua các cổng POTS, VoIP, xDSL, vô tuyến).
Các phần tử mạng chính được xác định:
- Media Gateway (MG): Phối hợp giữa mạng gói và mạng PSTN (chuyển đổi tín hiệu DS0 sang gói IP), sử dụng bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) để chuyển đổi A/D, nén mã thoại, triệt tiếng vọng, loại bỏ khoảng lặng và truyền tín hiệu DTMF qua giao thức RTP.
- Media Gateway Controller (MGC / Call Agent): Đơn vị xử lý quy luật cuộc gọi của Softswitch, điều khiển MG và Signalling Gateway (SG), hỗ trợ các giao thức SIP, H.323, MGCP, Megaco/H.248, SIGTRAN và RTCP.
- Signalling Gateway (SG): Điểm giao tiếp vật lý và truyền thông tin báo hiệu SS7 giữa mạng PSTN và MGC thông qua giao thức SIGTRAN.
- Media Server (MS) & Application Server (AS): MS cung cấp các chức năng hội nghị truyền hình, hộp thư thoại, nhận dạng tiếng nói; AS chứa các ứng dụng thương mại, tương tác với Call Agent qua SIP/H.323.
Văn bản so sánh mô hình triển khai của các nhà cung cấp và mạng thực tế VNPT:
| Đơn vị / Nhà sản xuất |
Kiến trúc phân lớp & Thiết bị tiêu biểu |
Đặc tính kỹ thuật & Năng lực mạng |
| Alcatel |
4 lớp: Truy nhập/truyền tải, Trung gian, Điều khiển, Dịch vụ mạng. Thiết bị: Alcatel 1000 Softswitch, 1000 mm E10. |
Xử lý lên đến 8 triệu BHCA, tốc độ chuyển mạch ATM đạt 80 Gbit/s; điều khiển cuộc gọi đặt trên máy chủ Unix. |
| Cisco |
5 lớp: Quản lý, Ứng dụng, Báo hiệu/điều khiển, Chuyển mạch/định tuyến, Truyền tải. |
Kiến trúc module tiêu chuẩn mở, hợp nhất đa dịch vụ IP, sử dụng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. |
| VNPT (Việt Nam) |
- Truy nhập: MG kết nối PSTN, BRAS kết nối DSLAM-HUB (10 Gb/s), hỗ trợ ADSL/SHDSL (Mega VNN).
- Truyền tải: 3 nút trục (Hà Nội, TP.HCM, Đà Nẵng) và 11 nút vùng.
- Điều khiển: 2 Softswitch Siemens HiQ9200 đặt tại Hà Nội và TP.HCM. |
Tuyến trục ban đầu dùng STM-1 (155 Mb/s) trên SDH, nâng cấp lên STM-16 (2.5 Gb/s); cung cấp dịch vụ thẻ trả trước 1719, dịch vụ đầu số 1800, 1900. |
Chương 2: Chuyển mạch mềm
Chương 2 đi sâu vào cấu trúc bên trong của Softswitch và toàn bộ các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho thoại qua gói (VoIP):
- Cơ chế Softswitch: Phân tách chức năng điều khiển cuộc gọi ra khỏi chuyển mạch vật lý. MGC-F gồm 2 chức năng con: chức năng tác nhân cuộc gọi (CA-F) và chức năng liên kết liên mạng (IW-F), kết hợp với thực thể Inter-operator Manager để quản lý giao tiếp giữa các MGC.
- Các yếu tố suy hao chất lượng VoIP:
- Trễ (Delay/Latency): Gồm trễ lan truyền ($186.000\text{ dặm/s}$ trong chân không, $125.000\text{ dặm/s}$ trong cáp quang/cáp đồng; tuyến cáp quang $13.000\text{ dặm}$ gây trễ khoảng $70\text{ ms}$), trễ xử lý (DSP tạo mẫu thoại $10\text{ ms}$ với G.729; 2 mẫu/gói gây trễ $20\text{ ms}$), trễ hàng đợi và trễ tuần tự ($ \text{Trễ tuần tự} = \frac{\text{Kích thước gói (bit)}}{\text{Băng thông đường truyền (bps)}} $).
- Trễ biến đổi (Jitter): Khắc phục bằng bộ đệm phát lại (playout jitter buffer) tại Media Gateway.
- Mất gói (Packet Loss): Mất gói trên $10%$ là ngưỡng không thể chấp nhận được đối với dịch vụ thoại.
- Tiếng vọng (Echo): Hiện tượng rò rỉ âm thanh do bộ chuyển đổi 2 dây - 4 dây, xử lý bằng bộ triệt tiếng vọng và tối ưu hóa trễ khứ hồi (round-trip delay).
Bảng tính toán trễ tuần tự theo kích thước gói và tốc độ đường truyền được tác giả tổng hợp như sau:
| Băng thông đường truyền |
1 Byte |
64 Bytes |
128 Bytes |
256 Bytes |
512 Bytes |
1024 Bytes |
1500 Bytes |
| 56 kbps |
$143\text{ }\mu\text{s}$ |
$9\text{ ms}$ |
$18\text{ ms}$ |
$36\text{ ms}$ |
$72\text{ ms}$ |
$144\text{ ms}$ |
$214\text{ ms}$ |
| 64 kbps |
$125\text{ }\mu\text{s}$ |
$8\text{ ms}$ |
$16\text{ ms}$ |
$32\text{ ms}$ |
$64\text{ ms}$ |
$128\text{ ms}$ |
$187\text{ ms}$ |
| 128 kbps |
$62.5\text{ }\mu\text{s}$ |
$4\text{ ms}$ |
$8\text{ ms}$ |
$16\text{ ms}$ |
$32\text{ ms}$ |
$64\text{ ms}$ |
$93\text{ ms}$ |
| 256 kbps |
$31\text{ }\mu\text{s}$ |
$2\text{ ms}$ |
$4\text{ ms}$ |
$8\text{ ms}$ |
$16\text{ ms}$ |
$32\text{ ms}$ |
$46\text{ ms}$ |
| 512 kbps |
$15.5\text{ }\mu\text{s}$ |
$1\text{ ms}$ |
$2\text{ ms}$ |
$4\text{ ms}$ |
$8\text{ ms}$ |
$16\text{ ms}$ |
$23\text{ ms}$ |
| 768 kbps |
$10\text{ }\mu\text{s}$ |
$640\text{ }\mu\text{s}$ |
$1.24\text{ ms}$ |
$2.6\text{ ms}$ |
$5.3\text{ ms}$ |
$10.6\text{ ms}$ |
$15.6\text{ ms}$ |
| 1536 kbps |
$5\text{ }\mu\text{s}$ |
$320\text{ }\mu\text{s}$ |
$640\text{ }\mu\text{s}$ |
$1.3\text{ ms}$ |
$2.6\text{ ms}$ |
$5.3\text{ ms}$ |
$7.8\text{ ms}$ |
- Các công cụ thực hiện QoS:
- Nén tiêu đề cRTP (Compressed RTP): Nén tiêu đề 40 byte IP/UDP/RTP xuống còn 2 đến 4 byte. Với codec G.729, cRTP giảm tải lưu lượng mỗi cuộc gọi từ $24\text{ kbps}$ xuống $11.2\text{ kbps}$, cho phép liên kết $56\text{ kbps}$ tải đồng thời 4 cuộc gọi thay vì 2 cuộc gọi. Khuyến nghị duy trì mức tải CPU thiết bị dưới $70%$.
- Cơ chế hàng đợi (Queuing): FIFO; Xếp hàng cân bằng trọng (Weighted Fair Queuing - WFQ, mặc định trên router Cisco cho giao tiếp $< 2\text{ Mbps}$); Xếp hàng tùy biến (Custom Queuing - CQ, tối đa 17 hàng đợi ngõ ra gồm hàng đợi 0 cho hệ thống/báo hiệu và hàng đợi 1-16 cấu hình phân bổ số byte xoay vòng); Xếp hàng theo độ ưu tiên (Priority Queuing - PQ, phân thành 4 mức High, Medium, Normal, Low).
- Phân loại gói tin (IP Precedence): Sử dụng 3 bit trong trường Type of Service (ToS) của tiêu đề IP để phân chia 8 mức độ ưu tiên:
| Giá trị bit (0-7) |
Tên mức ưu tiên |
Ý nghĩa / Mục đích sử dụng |
| 0 |
Routine |
Mức ưu tiên thông thường |
| 1 |
Priority |
Cài đặt ưu tiên cao hơn |
| 2 |
Immediate |
Mức ưu tiên trực tiếp (Immediate) |
| 3 |
Flash |
Mức ưu tiên nhanh (Flash) |
| 4 |
Flash-override |
Ghi đè ưu tiên nhanh (Flash override) |
| 5 |
Critical |
Mức ưu tiên khẩn cấp (Critical) |
| 6 |
Internet |
Điều khiển liên mạng (Dành riêng cho cập nhật định tuyến) |
| 7 |
Network |
Điều khiển mạng (Dành riêng cho thông tin mạng nội bộ) |
- Định tuyến theo chính sách (Policy Routing) & RSVP: Sử dụng Route Maps để phân luồng; RSVP thực hiện đặt trước tài nguyên mạng theo cơ chế out-of-band do phía nhận yêu cầu.
- Giám sát và sửa dạng lưu lượng (Traffic Policing & Shaping): CAR (Committed Access Rate) giám sát lưu lượng và loại bỏ/đánh dấu lại gói vượt ngưỡng; GTS (Generic Traffic Shaping) dùng bộ đệm WFQ; FRTS (Frame Relay Traffic Shaping) điều tiết lưu lượng dựa trên các cờ báo nghẽn FECN/BECN; Thuật toán Cái thùng rò (Leaky Bucket do Tuner đề xuất năm 1986).
Chương 3: Tiến lên IMS từ chuyển mạch mềm
Chương 3 luận giải nhu cầu nâng cấp lên phân hệ đa phương tiện IP (IMS) do 3GPP và ETSI/TISPAN chuẩn hóa. Quá trình nâng cấp được đề xuất thực hiện qua 4 giai đoạn cụ thể:
- Giai đoạn 1 - Phân tách chuyển mạch mềm: Phân tách Softswitch thành 2 thành phần chức năng độc lập: AGCF (Access Gateway Control Function) để giao tiếp truy nhập thuê bao và MGCF (Media Gateway Controller Function) để giao tiếp mạng PSTN; tích hợp bổ sung CSCF và BGCF (Breakout Gateway Control Function).
- Giai đoạn 2 - Thêm vào Server ứng dụng (AS): Đưa các máy chủ ứng dụng AS mới vào mạng, chuẩn hóa giao tiếp liên lạc giữa các AS thông qua giao diện ISC (IMS Service Control) hoạt động trên nền giao thức SIP.
- Giai đoạn 3 - Phát triển kinh doanh và bổ sung các điểm kết cuối SIP: Kết nối các thiết bị đầu cuối chuẩn SIP với mạng thông qua P-CSCF (Proxy-CSCF), đồng thời kết nối tới các máy chủ chính sách nhằm quản lý QoS và an ninh bảo mật.
- Giai đoạn 4 - Hội tụ cố định và di động (FMC): Hỗ trợ dịch vụ Triple Play (thoại, dữ liệu, video) trên 3 loại màn hình (TV, máy tính, thiết bị cầm tay); hỗ trợ thiết bị cầm tay đa chế độ (Dual-mode Handset); tích hợp đầy đủ cơ sở dữ liệu thuê bao HSS (Home Subscriber Server) và Handoff Server để chuyển giao liền mạch giữa mạng tế bào và Wi-Fi qua các giao diện Cx và Sh.
Chương 4: Kiến trúc phân hệ IMS
Chương 4 phân tích chi tiết cấu trúc 3 lớp và các thực thể của IMS:
- Lớp ứng dụng: Máy chủ ứng dụng AS (cung cấp dịch vụ hiện diện, hội nghị, tính cước; giao tiếp với S-CSCF qua SIP và HSS qua DIAMETER); Cơ sở dữ liệu HSS (nâng cấp từ HLR/AuC của GSM, lưu trữ khóa nhận dạng riêng Private Identity và khóa nhận dạng chung Public Identity, hỗ trợ cả miền PS qua SGSN/GGSN và miền CS qua MSC/BSC); Thực thể định vị thuê bao SLF (Subscription Locator Function - xử lý bản tin LIR để chỉ định HSS tương ứng khi mạng có nhiều cơ sở dữ liệu HSS).
- Lớp điều khiển: Chức năng điều khiển phiên CSCF (gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF) và Chức năng tài nguyên đa phương tiện MRF (Media Resource Function).
- Lớp truyền tải & Thủ tục báo hiệu: Giao tiếp với mạng PS, GSM/GPRS và mạng IP thuần. Các thủ tục mạng bao gồm: Thủ tục đăng ký (Registration), Đăng ký lại (Re-registration), Xóa đăng ký (Deregistration khởi tạo bởi UE hoặc nhà khai thác mạng), và Thủ tục thiết lập phiên đa phương tiện giữa các thuê bao IMS.
Chương 5: Chương trình mô phỏng
Chương 5 có tiêu đề được liệt kê trong mục lục văn bản, phản ánh nội dung xây dựng và chạy chương trình mô phỏng các hoạt động chuyển mạch/báo hiệu trong đồ án.
Kết quả và đóng góp
- Hệ thống hóa cơ sở kỹ thuật NGN và Softswitch: Làm rõ bản chất của chuyển mạch mềm là việc tách rời lớp điều khiển cuộc gọi khỏi phần cứng chuyển mạch TDM, phân tích chi tiết vai trò của Media Gateway Controller (MGC) cùng các giao thức tương tác chuẩn mở (SIP, H.323, MGCP, Megaco/H.248, SIGTRAN).
- Phân tích định lượng và giải pháp QoS cho mạng VoIP:
- Đưa ra bảng đối sánh chi tiết về thời gian trễ tuần tự trên các mức băng thông từ $56\text{ kbps}$ đến $1536\text{ kbps}$ tương ứng với các kích thước gói từ $1\text{ byte}$ đến $1500\text{ bytes}$.
- Xác lập hiệu quả kỹ thuật nén tiêu đề cRTP (giảm tải gói thoại G.729 từ $24\text{ kbps}$ xuống $11.2\text{ kbps}$, tiết kiệm băng thông hơn $50%$).
- Hệ thống hóa các cơ chế hàng đợi (FIFO, WFQ, CQ, PQ), bảng phân loại 8 mức ưu tiên IP Precedence (0-7), và các giải pháp định hình lưu lượng (CAR, GTS, FRTS, Leaky Bucket).
- Tổng hợp hiện trạng triển khai NGN thực tế tại Việt Nam: Cung cấp thông số cấu trúc mạng NGN của VNPT với 2 tổng đài Softswitch HiQ9200 (Hà Nội, TP.HCM), mạng truyền tải đường trục SDH nâng cấp từ STM-1 ($155\text{ Mb/s}$) lên STM-16 ($2.5\text{ Gb/s}$), cùng hệ thống DSLAM-HUB dung lượng $10\text{ Gb/s}$.
- Xây dựng lộ trình chuyển đổi 4 giai đoạn lên IMS: Đề xuất giải pháp phân kỳ đầu tư rõ ràng từ việc phân tách Softswitch (AGCF, MGCF), đưa vào các máy chủ ứng dụng AS qua giao diện ISC, mở rộng điểm kết cuối SIP qua P-CSCF, đến tích hợp HSS/Handoff Server để hoàn thiện mạng hội tụ cố định - di động FMC.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nội dung tài liệu cung cấp tập trung chủ yếu vào phần phân tích kiến trúc lý thuyết, tiêu chuẩn hóa giao thức và các thông số mạng viễn thông; phần trích đoạn văn bản chưa hiển thị chi tiết mã nguồn và kết quả chạy thử nghiệm cụ thể của chương trình mô phỏng ở Chương 5.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu mô phỏng kịch bản trao đổi bản tin báo hiệu SIP chi tiết giữa các thực thể P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF và HSS khi thực hiện đăng ký và thiết lập cuộc gọi; đo kiểm thực nghiệm hiệu năng chuyển giao cuộc gọi không ngắt quãng (seamless handoff) giữa mạng di động 3G/LTE và mạng vô tuyến Wi-Fi.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên và học viên ngành Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Mạng: Nắm vững cấu trúc phân lớp NGN, nguyên lý phân tách điều khiển của Softswitch và cơ chế vận hành của phân hệ IMS.
- Kỹ sư vận hành và quy hoạch mạng viễn thông:
- Tham khảo Chương 2 để cấu hình các tham số chất lượng dịch vụ QoS trên thiết bị định tuyến Cisco (cài đặt bit IP Precedence, phân chia byte trong hàng đợi Custom Queuing, tối ưu cRTP, quản lý lưu lượng qua CAR/GTS).
- Tham khảo Chương 3 để xây dựng chiến lược chuyển đổi từng bước từ tổng đài TDM/Softswitch lên mạng lõi IMS mà không làm gián đoạn các dịch vụ khách hàng hiện hữu.
Câu hỏi thường gặp
1. Hạ tầng mạng NGN của VNPT thời điểm năm 2011 được trang bị và phân bổ như thế nào?
Mạng NGN của VNPT được triển khai trên 4 lớp: Lớp truy nhập gồm Media Gateway kết nối PSTN và BRAS kết nối DSLAM-HUB ($10\text{ Gb/s}$) cung cấp ADSL/SHDSL (Mega VNN); Lớp truyền tải gồm 3 nút trục quốc gia (Hà Nội, TP.HCM, Đà Nẵng) và 11 nút vùng với băng thông ban đầu STM-1 ($155\text{ Mb/s}$) nâng cấp lên STM-16 ($2.5\text{ Gb/s}$) trên truyền dẫn SDH; Lớp điều khiển sử dụng 2 Softswitch Siemens HiQ9200 đặt tại Hà Nội và TP.HCM; Lớp dịch vụ cung cấp các dịch vụ thẻ trả trước 1719, dịch vụ 1800, 1900.
2. Kỹ thuật cRTP giúp cải thiện băng thông thoại VoIP như thế nào và cần lưu ý gì khi triển khai?
cRTP thực hiện nén tiêu đề IP/UDP/RTP từ 40 byte xuống còn từ 2 đến 4 byte. Đối với cuộc gọi dùng codec G.729, lượng tải trên mỗi cuộc gọi giảm từ $24\text{ kbps}$ xuống còn $11.2\text{ kbps}$, giúp một liên kết $56\text{ kbps}$ có thể truyền đồng thời 4 cuộc gọi VoIP thay vì chỉ 2 cuộc gọi nếu không nén. Tuy nhiên, việc nén và giải nén tiêu đề làm tăng cường độ làm việc của CPU; do đó chỉ nên dùng cRTP cho các liên kết tốc độ thấp và khuyến nghị giữ cường độ CPU của thiết bị hoạt động dưới $70%$.
3. Trường IP Precedence có cấu trúc ra sao và các mức ưu tiên được phân chia như thế nào?
IP Precedence sử dụng 3 bit trong trường Type of Service (ToS) của tiêu đề gói IP, cho phép định nghĩa 8 mức lớp dịch vụ (CoS) từ 0 đến 7: Mức 0 (Routine - ưu tiên thường), Mức 1 (Priority), Mức 2 (Immediate), Mức 3 (Flash), Mức 4 (Flash-override), Mức 5 (Critical - khẩn cấp). Hai mức cao nhất là 6 (Internet) và 7 (Network) được dành riêng cho việc truyền thông tin điều khiển mạng và cập nhật bảng định tuyến.
4. Quá trình chuyển đổi từ mạng chuyển mạch mềm lên IMS được thực hiện qua 4 giai đoạn nào?
Quá trình chuyển đổi gồm: Giai đoạn 1 phân tách Softswitch thành AGCF (điều khiển truy nhập) và MGCF (điều khiển cổng kết nối PSTN), bổ sung CSCF và BGCF; Giai đoạn 2 bổ sung các máy chủ ứng dụng AS và giao diện chuẩn ISC dựa trên SIP; Giai đoạn 3 mở rộng các điểm kết cuối SIP thương mại kết nối qua P-CSCF; Giai đoạn 4 hoàn thiện mạng hội tụ cố định - di động (FMC), tích hợp cơ sở dữ liệu thuê bao thường trú HSS, bổ sung Handoff Server cho thiết bị đa chế độ và kết nối các giao diện Cx, Sh.
5. Thực thể SLF (Subscription Locator Function) có vai trò gì trong kiến trúc IMS?
Trong các mạng IMS quy mô lớn có triển khai nhiều máy chủ HSS, thực thể SLF được thiết lập nhằm xác định chính xác HSS nào đang lưu trữ dữ liệu hồ sơ của người dùng. Khi nhận được yêu cầu (ví dụ bản tin SIP INVITE), các thực thể điều khiển I-CSCF hoặc S-CSCF sẽ gửi bản tin yêu cầu thông tin định vị LIR (Location Information Request) đến SLF để nhận lại địa chỉ HSS phù hợp.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Ân Trường đã trình bày hệ thống và chi tiết về công nghệ chuyển mạch mềm (Softswitch) trong cấu trúc mạng thế hệ sau NGN cũng như các giải pháp điều khiển chất lượng dịch vụ QoS cho thoại gói. Nghiên cứu đã làm rõ các cơ chế hàng đợi, phương pháp nén tiêu đề cRTP, quản lý băng thông và phân loại gói tin theo các chuẩn khuyến nghị quốc tế của ITU-T và Cisco. Đồng thời, công trình đề xuất một lộ trình 4 giai đoạn khoa học nhằm hỗ trợ các nhà khai thác viễn thông nâng cấp hạ tầng mạng từ chuyển mạch mềm lên phân hệ đa phương tiện IP (IMS), hướng tới mục tiêu hội tụ hoàn chỉnh mạng cố định và di động (FMC).
