Chương 1 Nghiên cứu kiến trúc IMS 1.1 Xu hướng hội tụ mạng viễn thông Trong mạng viễn thông hiện tại, các công nghệ đƣợc sử dụng chủ yếu bao gồm: chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, Fast Ethernet, Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI. Bên cạnh đó, các công nghệ mới cũng đã đƣợc áp dụng hiện nay nhƣ: SONET/SDH, xDSL và B-ISDN, các công nghệ truy nhập vô tuyến nhƣ CDMA, TDMA, FDMA, Wifi, Wimax, … Các công nghệ trên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệ thống hỗ trợ trên chính hệ thống của mình. Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn đến tăng trƣởng các phần tử mạng và do vậy sẽ làm tăng sự phức tạp trong đồng bộ và công tác quản lí, hơn nữa các nhà khai thác mạng khác nhau lại sử dụng các công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng riêng rẽ. Đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay.
Nhƣ vậy, các mạng đơn lẻ trƣớc đây nhƣ di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ liệu, mạng Internet, mạng không dây… chỉ cung cấp đƣợc các dịch vụ đơn lẻ. Ví dụ nhƣ trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, một cuộc nối đƣợc 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 dịch vụ thoại vì chúng có tốc độ bit không đổi và thông tin có tính thời gian thực cao. Với các ứng dụng truyền dữ liệu, 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 mặc dù có tốc độ phát triển rất nhanh tuy nhiên dịch vụ mà nhà khai thác mạng di động cung cấp cho ngƣời dùng vẫn chủ yếu là dịch vụ thoại truyền thống kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn. Bên cạnh đó, có các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ thấp và giá thành dịch vụ cao và chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông đa phƣơng tiện của ngƣời dùng. Tƣơng tự nhƣ vậy mạng chuyển mạch gói là rất hữu hiệu cho việc chuyển thông tin số liệu nhƣng lại không phù hợp cho truyền thoại do chƣa kiểm soát đƣợc độ trễ truyền thông tin và tỷ lệ thất thoát gói tin. 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 lƣợng dịch vụ khác nhau.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 Bƣớc đầu tiên trong hƣớng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấp báo hiệu kênh chung giữa các ngƣời 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. Ngƣời dùng đƣợc 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 hƣớng 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 nhƣợc điểm không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông, trong khi đó công nghệ truyền dẫn và công nghệ điện tử VLSI ngày càng phát triển và xuất hiện công nghệ mới có khả năng truyền tải cao đƣợc đánh giá là có nhiều hứa hẹn để truyền dẫn cả thoại và dữ liệu đó là ATM đã đƣa ra một hƣớng 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 phƣơng tiện, đa phƣơng tiện, theo kiểu hƣớng kết nối hay phi kết nối và theo cấu hình đơn hƣớng hoặc đa hƣớng. Tuy nhiên khi triển khai B-ISDN với công nghệ nền tảng là ATM thì vấn đề giá thành xây dựng mạng lại 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 ngƣời dùng. 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 nhƣợc điểm khi đƣợc triển khai để cung cấp dịch vụ tốc độ cao băng thông lớn cho ngƣời dùng. Vấn đề đặt ra là mô hình mạng nào có thể khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của hai mạng trên trong khi vẫn có thể cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho ngƣời dùng.
Để thực hiện đƣợc điều trên các tổ chức chuẩn hóa viễn thông đã nghiên cứu và đƣa ra mô hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho ngƣời dùng trong khi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻ nhất và nhanh nhất đó chính là mạng IMS/NGN. Lợi ích của IMS: - Đối với ngƣời dùng, dịch vụ dựa trên IMS cho phép liên lạc ngƣời với ngƣời và ngƣời với nội dung thông tin theo một loạt các phƣơng thức - bao gồm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 17 cả giọng nói, văn bản, hình ảnh và video, hoặc sự kết hợp của các phƣơng thức trên một cách cá nhân hóa cao và kiểm soát tốt. - Đối với các nhà khai thác, IMS tiến thêm một bƣớc nữa về khái niệm kiến trúc nhiều lớp bằng cách định nghĩa một kiến trúc nằm ngang, nơi mà dịch vụ đƣợc triển khai và các chức năng phổ biến có thể đƣợc tái sử dụng cho nhiều ứng dụng. Kiến trúc nằm ngang trong IMS còn xác định khả năng tƣơng tác và chuyển vùng, cung cấp điều khiển truyền tải, tính cƣớc và bảo mật.
Hơn thế nữa, nó cũng đƣợc tích hợp với các mạng thoại và dữ liệu hiện tại, trong khi áp dụng nhiều thành tựu quan trọng của ngành CNTT. Điều này làm cho IMS trở thành một khả năng then chốt cho sự hội tụ di động cố định. Với những lý do trên, IMS sẽ trở thành giải pháp ƣu tiên cho các nhà khai thác cố định và di động kinh doanh đa phƣơng tiện.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thông Trên thực tế sự hội tụ đã và đang diễn ra. Các công nghệ của mạng 2,5G/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng.
Một số dịch vụ trƣớc kia chỉ đƣợc cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã có thể đƣợc cung cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác. Ví dụ nhƣ dịch vụ SMS đã đƣợc cung cấp cho cả điện thoại cố định, di động và Internet. Sự hội tụ trên xuất phát từ yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó. Để có thể cung cấp đồng thời dịch vụ nhƣ vậy phải có phƣơng án cụ thể triển khai cho từng dịch vụ.
Đó là xu hƣớng đang phát triển mạnh. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP IMS đƣợc định nghĩa nhƣ sau: “IMS là kiến trúc toàn cầu, độc lập với truy nhập; điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên giao thức IP. Kiến trúc này cho phép cung cấp nhiều loại dịch vụ đa phƣơng tiện tới ngƣời dùng thông qua các giao thức thông dụng trên Internet”. IMS đƣợc dự án hợp tác về viễn thông thế hệ thứ 3 (3GPP-3rd Generation Partnership Project) giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5 (Release 5) vào tháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản.
IMS đƣợc mô tả là một cấu trúc chuẩn hóa truy nhập không giới hạn trên nền IP, có khả năng thích ứng với các mạng thoại, số liệu và di động. Cùng với 3GPP, trong năm 2002 3GPP2 cũng đƣa ra chuẩn hóa IMS của riêng mình. Về cơ bản 3GPP IMS và 3GPP2 là giống nhau tuy nhiên giữa chúng cũng có một vài khác biệt nhƣ là giải pháp tính cƣớc hay hỗ trợ các phiên bản IP. Đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6.
Phiên bản này tập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 (tính cƣớc, quản lý chất lƣợng dịch vụ) và bổ sung một số đặc tính mới (hỗ trợ truy nhập từ các mạng khác nhau). Release 6 đƣợc hoàn thành vào tháng 3/2005. Những kết quả chuẩn hóa IMS trong Release 6 của 3GPP đƣợc ETSI TISPAN sử dụng để thực hiện chuẩn hóa phiên bản NGN R1. Đây đƣợc coi nhƣ một sự khởi đầu cho hội tụ cố định - di động trong IMS.
Release 7 đƣợc 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và đƣợc hoàn thiện vào khoảng tháng 3-9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng cố định. Tháng 6/2007, ETSI TISPAN kết hợp với 3GPP để tiếp tục chuẩn hóa xây dựng cấu trúc mạng IMS chung nhằm hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ mới nhƣ IPTV. Cấu trúc này đƣợc chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release 8. Hiện nay phiên bản này vẫn đang đƣợc tiếp tục hoàn thiện.
Đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu đƣợc chuẩn hóa với một số tính năng nhƣ: Giải pháp cho dịch vụ thoại và video trong miền chuyển mạch kênh, tính năng hỗ trợ di động WiMAX - LTE, WiMAX - UMTS. Ngoài 02 tổ chức chuẩn hóa trên, Liên minh Di động mở OMA (Open Mobile Alliance) cũng đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phát triển các dịch vụ IMS. Tuy nhiên, trong khi 3GPP và 3GPP2 tiếp tục phát triển và chuẩn hóa kiến trúc lõi IMS, xây dựng các dịch vụ cơ bản IMS nhƣ là thoại, video và dịch vụ hội nghị, thì OMA tập trung phát triển sáng tạo, thiết kế nhiều ứng dụng và dịch vụ khác nhau trên đỉnh của kiến trúc IMS. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Kiến trúc IMS Kiến trúc của một hệ thống IMS đƣợc chia thành bốn lớp bao gồm: Hình 1.2 Mô hình kiến trúc IMS Lớp ứng dụng: bao gồm các máy chủ ứng dụng và thực hiện các dịch vụ giá trị gia tăng cho ngƣời sử dụng.
Tiêu chuẩn IMS định nghĩa ra các thực thể khởi tạo dịch vụ chung (chẳng hạn nhƣ quản lý danh sách nhóm và sự hiện diện) đƣợc thực hiện nhƣ các dịch vụ trong một máy chủ ứng dụng SIP. Lớp điều khiển: (hay còn gọi là lớp IMS lõi): bao gồm các máy chủ điều khiển mạng để quản lý cuộc gọi hoặc thiết lập phiên, sửa đổi và giải phóng.