CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IMS 1. Tổng quan IMS trên viễn thông thế giới Từ năm 2000 đến 2008, lượng thuê bao di động trên toàn thế giới tăng bình quân mỗi năm khoảng 22.63%, trong đó khu vực có tỷ lệ tăng cao nhất là Châu Phi (145%), Đông Âu (137.5%) và Châu Á – Thái Bình Dương (127. Mặc dù các thị trường Châu Phi, Đông Âu, Trung Đông có tỷ lệ tăng lớn, nhưng lượng thuê bao tại các khu vực này lại tương đối thấp (chỉ chiếm dưới 10% tổng thuê bao di động toàn cầu), nên xét về con số tuyệt đối, lượng thuê bao phát triển tại các khu vực này không cao. Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương là khu vực có lượng thuê bao tăng thực lớn nhất, chiếm tỷ trọng khoảng 43% trong tổng thuê bao di động trên toàn thế giới.
Với tốc độ tăng trưởng thuê bao hiện tại, dự kiến vào năm 2012, thế giới sẽ có khoảng gần 6 tỷ thuê bao di động.1 Biểu đồ phát triển thuê bao di động trên toàn thế giới. (Nguồn: Wireless Intelligence) Xuất hiện lần đầu tiên trên thế giới vào năm 2000, nhưng phải đến năm 2004, thuê bao 3G mới thực sự phát triển mạnh, tỷ lệ thuê bao 3G trên toàn thế giới từ năm 2004 đến hết 2008 tăng bình quân mỗi năm khoảng 295. Nếu trong năm 2004, tỷ trọng thuê bao 3G trong tổng thuê bao di động chỉ chiếm khoảng 0.98% thì đến hết năm 2008, tỷ trọng thuê bao 3G ước đã đạt đến con số 8.53% tổng số thuê bao di động trên toàn thế giới. Theo Wireless Intelligence, dự kiến trong năm 2012, số lượng thuê bao 3G sẽ chiếm khoảng Hoàng Sỹ Hùng Luận văn tốt nghiệp cao học Nghiên cứu kiến trúc IMS và các dịch vụ gia tăng liên quan Trang 16 21.96% trong tổng thuê bao di động toàn cầu, tương đương khoảng 1.3 tỷ thuê bao.
Trong bối cảnh đó: IMS, tạm dịch là hệ thống con đa phương tiện IP, không đơn thuần là một nền tảng dịch vụ (service plaftorm) mà là một kiến trúc mạng dùng để thao tác, quản lý và điểu khiển các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng cố định và di động. IMS định nghĩa một lớp quản lý dịch vụ chung cho tất cả các loại hình dịch vụ đa phương tiện, độc lập với loại hình mạng truy nhập mà người dùng đang kết nối. IMS xây dựng trên nền mạng lõi IP và cho phép nhiều mạng truy nhập khác, bao gồm cả mạng di động lẫn mạng cố định, kết nối với nhau thông qua lớp dịch vụ chung để cung cấp các gói dịch vụ hội tụ và đặc biệt phát triển rất mạnh với tốc độ của công nghệ hiện nay. Một trong những mục đích đầu tiên của IMS là giúp cho việc quản lý mạng trở nên dễ dàng hơn bằng cách tách biệt chức năng điều khiển và chức năng vận tải thông tin.
Một cách cụ thể, IMS là một mạng phủ (overlay), phân phối dịch vụ trên nền hạ tầng chuyển nối gói. IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối gói trên nền IP, tạo thuận lợi cho việc quản lý mạng thông tin di động. Việc kết nối giữa mạng cố định và di động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai. IMS cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể dùng cùng một dịch vụ.
Kiến trúc IMS cung cấp nhiều giá trị gia tăng cho nhà cung cấp mạng, người phát triển ứng dụng, người cung cấp dịch vụ cũng như người sử dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới được triển khai một cách nhanh chóng với chi phí thấp. IMS cung cấp khả năng tính cước phức tạp hơn nhiều so với hệ thống tài khoản trả trước hay trả sau, ví dụ như việc tính cước theo từng dịch vụ sử dụng hay phân chia cước giữa các nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp mạng. Khách hàng sẽ chỉ nhận một bảng tính cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng thường trú.
IMS hứa hẹn mang đến nhiều dịch vụ đa phương tiên, giàu bản sắc theo yêu cầu và sở thích của từng khách hàng, do đó tăng sự trải nghiệm của khách hàng (customer experience). Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác vận tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung Hoàng Sỹ Hùng Luận văn tốt nghiệp cao học Nghiên cứu kiến trúc IMS và các dịch vụ gia tăng liên quan Trang 17 lượng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng như kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng. Tóm lại:, IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ mới. Và cuối cùng IMS mang lại những dịch vụ mới hướng đến sự tiện nghi cho khách hàng.
Phân tích xu hướng phát triển công nghệ IMS IMS được định hình và phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3G.IP, thành lập năm 1999. Kiến trúc ban đầu của IMS được xây dựng bởi 3G.IP và sau đó đã được chuẩn hóa bởi 3GPP (3rd Generation Partnership Project) trong Release 5 công bố tháng 3 năm 2003. Trong phiên bản đầu tiên này, mục đích của IMS là tạo thuận lợi cho việc phát triển và triển khai dịch vụ mới trên mạng thông tin di động. Tiếp đến, tổ chức chuẩn hóa 3GPP2 đã xây dựng hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) nhằm hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trong mạng CDMA2000 dựa trên nền 3GPP IMS.
Trong Release 6 của 3GPP IMS, cùng với khuynh hướng tích hợp giữa mạng tế bào và mạng WLAN, mạng truy nhập WLAN đã được đưa vào như một mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập tế bào. IMS khởi đầu như một chuẩn cho mạng vô tuyến. Tuy nhiên, cộng đồng mạng hữu tuyến, trong quá trình tìm kiếm một chuẩn thống nhất, sớm nhận thấy thế mạnh của IMS cho truyền thông hữu tuyến. Khi đó ETSI (the European Telecommunication Standards Institute) đã mở rộng chuẩn IMS thành một phần của kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo NGN (Next Generation Network) mà họ đang xây dựng.
Tổ chức chuẩn hóa TISPAN (Telecoms & Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking) trực thuộc ETSI, với mục đích hội tụ mạng thông tin di động và Internet, đã chuẩn hóa IMS như một hệ thống con của NGN. Kết hợp với TISPAN, trong Release 7 của IMS, việc cung cấp dịch vụ IMS qua mạng cố định đã được bổ sung. Năm 2005, phiên bản Release 1 của TISPAN về NGN được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định-di động trong IMS. Gần đây, 3GPP và TISPAN đã có được một thỏa thuận để cho ra phiên bản Release 8 của IMS Hoàng Sỹ Hùng Luận văn tốt nghiệp cao học Nghiên cứu kiến trúc IMS và các dịch vụ gia tăng liên quan Trang 18 với một kiến trúc IMS chung, có thể hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ như IPTV.
Đa phần các giao thức sử dụng trong IMS được chuẩn hóa bởi IETF (Internet Engineering Task Force), điển hình nhất là giao thức tạo phiên SIP (Session Initiation Protocol). Rất nhiều các phát triển và cải tiến của SIP để hỗ trợ các chức năng theo yêu cầu của hệ thống IMS đã được đề nghị và chuẩn hóa bởi IETF như SIP hỗ trợ tính cước, bảo mật v. Bên cạnh IETF và TISPAN, một tổ chức chuẩn hóa khác mà 3GPP hợp tác chặt chẽ trong việc phát triển IMS là Liên minh di động mở OMA (Open Mobile Alliance) nhằm phát triển các dịch vụ trên nền IMS. Một trong những dịch vụ do OMA phát triển là Push-to-Talk over Cellular (PoC) hay OMA SIMPLE Instant Messaging.
Trong mạng thế hệ kết tiếp (NGN) các hệ thống hỗ trợ có khả năng thích nghi với các điều kiện trên mạng, hội tụ các công nghệ về mạng lõi, mạng truy nhập, dịch vụ và đầu cuối hiện có nhờ vậy đáp ứng được nhu cầu của kách hàng đòi hỏi có nhiều loại hình truyền thông (thoại, dữ liệu, Internet, video, truy nhập không dây…) mà chỉ cần một nhà cung cấp dịch vụ. Để thực hiện điều này các tổ chức chuẩn hóa viễn thông như ITU-T, IETF, 3GPP … đã đưa ra các mô hình mạng hội tụ của 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.
Tuy nhiên vẫn chưa có một chuẩn chung duy nhất nào để xây dựng mạng hội tụ. 3GPP đưa ra mô hình khai quát về hội tụ mạng như sau: Hoàng Sỹ Hùng Luận văn tốt nghiệp cao học Nghiên cứu kiến trúc IMS và các dịch vụ gia tăng liên quan Trang 19 Trước đây Hiện tại Tương lai PCS CDMA2000 1X EV-DV IS-95B 1X EV-DO IS-95A 1X WCDMA Mạng di động IEEE802.11b Mạng hội tụ băng rộ ng Toàn IP IEEE802.11g Mạng không dây PSTN Modem ADSL VDSL FTTH ISDN ng cố định Mạng Mạ Hình 1. 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 ED-DV 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, hiện nay hoạt động theo chuẩn IEE802.11b băng tần 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ 11 Mbps, tương lai mạng không dây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11g trên băng tần 5 Ghz và 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 54 Mbps.
Mạng cố định trước đây hoạt động trên các hệ thống PSTN và ISDN nhưng hiện nay hoạt động trên các công nghệ ADSL và VDSL cung cấp dữ liệu tốc độ từ 1 đến 8 Mbps hoặc 50 Mbps, trong tương lai mạng cố định hoạt động trên hệ thống FTTH cung cấp dịch vụ với tốc độ hàng trăm Mbps.