Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam, với dân số hơn 80 triệu người, đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển nhanh chóng về viễn thông và Internet. Theo số liệu thống kê năm 2011, số thuê bao điện thoại cố định và di động tăng trưởng mạnh, trong đó số thuê bao di động chiếm ưu thế với hàng chục triệu thuê bao, đồng thời tỷ lệ người sử dụng Internet đạt khoảng 30,65 người trên 100 dân. Nhu cầu sử dụng các dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là dịch vụ băng rộng đa phương tiện ngày càng tăng cao, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc hiện đại, linh hoạt và tích hợp đa dạng dịch vụ.

Mạng viễn thông truyền thống với các công nghệ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, ATM, ISDN băng hẹp và băng rộng đã bộc lộ nhiều hạn chế trong việc đáp ứng nhu cầu truyền thông đa phương tiện với băng thông lớn và chất lượng dịch vụ cao. Trong bối cảnh đó, phân hệ đa phương tiện IP (IMS) được chuẩn hóa bởi 3GPP và các tổ chức quốc tế khác như ETSI, ITU-T, trở thành giải pháp ưu tiên cho việc hội tụ mạng cố định và di động, cung cấp dịch vụ đa phương tiện trên nền IP với khả năng mở rộng, bảo mật và quản lý chất lượng dịch vụ.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu, áp dụng phân hệ đa phương tiện IP trong mạng viễn thông Việt Nam, tập trung vào kiến trúc IMS, các giao thức cơ bản, quy trình đăng ký và thiết lập phiên dịch vụ, cũng như phân tích hiện trạng và triển khai IMS tại VNPT. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mạng viễn thông Việt Nam giai đoạn 2009-2012, với trọng tâm là mạng lõi IMS và các dịch vụ VoIP trên nền IMS. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ, thúc đẩy phát triển mạng NGN và đa dạng hóa dịch vụ viễn thông tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Kiến trúc IMS (IP Multimedia Subsystem): Mô hình mạng hội tụ đa phương tiện dựa trên giao thức IP, bao gồm bốn lớp chính: lớp ứng dụng (máy chủ ứng dụng), lớp điều khiển (CSCF), lớp kết nối (bộ định tuyến, chuyển mạch) và lớp quản lý (quản lý vận hành). IMS hỗ trợ hội tụ các dịch vụ thoại, video, dữ liệu và các dịch vụ đa phương tiện khác trên một nền tảng duy nhất.

  • Các giao thức cơ bản trong IMS:

    • SIP (Session Initiation Protocol): Giao thức khởi tạo, điều khiển và kết thúc phiên truyền thông đa phương tiện.
    • Diameter: Giao thức chứng thực, ủy quyền và tính cước, thay thế RADIUS, hỗ trợ QoS và chuyển vùng.
    • COPS (Common Open Policy Service): Giao thức quản lý và áp đặt chính sách QoS giữa các thành phần mạng.
    • Megaco/H.248: Giao thức điều khiển Media Gateway, quản lý các luồng truyền thông đa phương tiện giữa mạng chuyển mạch và mạng IP.

  • Khái niệm chính:

    • CSCF (Call Session Control Function): Bao gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF, chịu trách nhiệm điều khiển phiên và định tuyến.
    • HSS (Home Subscriber Server): Cơ sở dữ liệu quản lý thông tin thuê bao, xác thực và phân phối dịch vụ.
    • MGCF, BGCF, MGW: Các phần tử điều khiển và chuyển đổi giữa mạng IMS và mạng PSTN truyền thống.
    • QoS (Quality of Service): Đảm bảo chất lượng dịch vụ truyền thông đa phương tiện.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu:

    • Số liệu thống kê viễn thông Việt Nam năm 2009-2011 từ Tổng cục Thống kê và Bộ Thông tin & Truyền thông.
    • Tài liệu chuẩn hóa IMS của 3GPP, ETSI, ITU-T.
    • Tài liệu kỹ thuật và báo cáo triển khai IMS tại VNPT.
    • Phần mềm mã nguồn mở Open IMS Core và các công cụ mô phỏng mạng (GNS3, NS2).

  • Phương pháp phân tích:

    • Phân tích kiến trúc IMS và các giao thức liên quan để hiểu rõ cơ chế hoạt động và quy trình xử lý phiên dịch vụ.
    • Đánh giá hiện trạng mạng viễn thông Việt Nam và khả năng triển khai IMS dựa trên số liệu thực tế và mô hình mạng.
    • Mô phỏng hệ thống IMS/NGN sử dụng Open IMS Core để kiểm chứng khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện như thoại, video call, chat, IPTV.
    • So sánh các giải pháp triển khai IMS trên thế giới và tại Việt Nam để đề xuất phương án phù hợp.

  • Timeline nghiên cứu:

    • Nghiên cứu lý thuyết và chuẩn hóa IMS: 3 tháng.
    • Thu thập và phân tích số liệu mạng viễn thông Việt Nam: 2 tháng.
    • Mô phỏng và thử nghiệm hệ thống IMS: 4 tháng.
    • Tổng hợp, viết luận văn và đề xuất giải pháp: 3 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Kiến trúc IMS và các phần tử chức năng:
    IMS được chuẩn hóa với kiến trúc gồm bốn lớp, trong đó lớp điều khiển với các phần tử CSCF (P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF) và HSS đóng vai trò trung tâm trong việc quản lý phiên và xác thực thuê bao. Ví dụ, HSS lưu trữ thông tin thuê bao và hỗ trợ đăng ký, xác thực với tỷ lệ thành công đăng ký đạt khoảng 98% trong mô hình mô phỏng.

  2. Giao thức SIP và quy trình thiết lập phiên:
    SIP cho phép thiết lập, điều khiển và kết thúc các phiên đa phương tiện với các bản tin INVITE, ACK, BYE. Trong mô hình mô phỏng, thời gian thiết lập cuộc gọi video giữa hai thuê bao IMS trung bình khoảng 1,2 giây, đáp ứng yêu cầu thời gian thực của dịch vụ.

  3. Tình hình triển khai IMS tại VNPT:
    VNPT đã triển khai IMS với kiến trúc tổng thể dựa trên giải pháp của Alcatel-Lucent, bao gồm các thành phần MMAS, MMCS, MGCF, MRS, HSS và các thiết bị truy nhập như MSAN, DSLAM. Số lượng thuê bao di động và cố định tại VNPT chiếm hơn 60% thị phần, với doanh thu ngành viễn thông tăng trưởng khoảng 15% mỗi năm.

  4. Mô phỏng hệ thống IMS/NGN:
    Mô hình mô phỏng sử dụng Open IMS Core cho phép thực hiện các dịch vụ đa phương tiện như thoại, video call, chat, IPTV. Kết quả cho thấy khả năng đăng nhập thành công của các client IMS đạt trên 95%, các phiên thoại và video được thiết lập ổn định với tỷ lệ mất gói dưới 1%, độ trễ truyền tải dưới 150 ms.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu cho thấy IMS là giải pháp hiệu quả để hội tụ các dịch vụ đa phương tiện trên nền IP, đáp ứng nhu cầu phát triển dịch vụ băng rộng tại Việt Nam. Việc triển khai IMS tại VNPT dựa trên giải pháp của Alcatel-Lucent đã tận dụng được ưu điểm của kiến trúc IMS chuẩn hóa, đồng thời tích hợp được với mạng PSTN truyền thống và mạng di động hiện có.

So với các nghiên cứu quốc tế, mô hình IMS tại Việt Nam có sự phù hợp cao với điều kiện hạ tầng và nhu cầu thị trường trong nước. Việc sử dụng phần mềm mã nguồn mở Open IMS Core trong mô phỏng giúp giảm chi phí nghiên cứu và thử nghiệm, đồng thời tạo nền tảng phát triển dịch vụ mới.

Biểu đồ thể hiện số lượng thuê bao điện thoại di động và cố định tăng trưởng đều qua các năm, trong khi biểu đồ doanh thu ngành viễn thông cũng cho thấy xu hướng tăng trưởng ổn định, minh chứng cho sự phát triển bền vững của ngành. Bảng so sánh các giao thức SIP, Diameter, COPS và Megaco/H.248 cho thấy sự phối hợp chặt chẽ giữa các giao thức trong việc đảm bảo tính năng, bảo mật và chất lượng dịch vụ của IMS.

Tuy nhiên, việc triển khai IMS cũng đặt ra thách thức về bảo mật, tính phí dịch vụ và chính sách quản lý, đòi hỏi nghiên cứu tiếp tục để hoàn thiện hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống tính phí hoàn chỉnh:
    Triển khai các giải pháp tính cước phức tạp theo từng dịch vụ sử dụng, phân chia cước giữa các nhà cung cấp dịch vụ và mạng, nhằm tối ưu hóa doanh thu và minh bạch cho người dùng. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng. Chủ thể: VNPT phối hợp với các nhà cung cấp giải pháp công nghệ.

  2. Tăng cường bảo mật trong IMS:
    Nghiên cứu và áp dụng các cơ chế bảo mật nâng cao để phòng chống các nguy cơ tấn công từ Internet, bảo vệ dữ liệu người dùng và đảm bảo an toàn mạng. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Bộ Thông tin & Truyền thông, VNPT và các chuyên gia an ninh mạng.

  3. Phát triển dịch vụ đa phương tiện mới:
    Khuyến khích các nhà cung cấp dịch vụ phát triển các ứng dụng đa phương tiện dựa trên nền tảng IMS như hội nghị truyền hình, nhắn tin tức thời, IPTV, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và thu hút khách hàng. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể: Các nhà cung cấp dịch vụ, doanh nghiệp CNTT.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự:
    Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về IMS, các giao thức liên quan và quản lý mạng NGN cho kỹ sư, cán bộ kỹ thuật nhằm đảm bảo vận hành và phát triển mạng hiệu quả. Thời gian thực hiện: 6 tháng đến 1 năm. Chủ thể: Trường đại học, trung tâm đào tạo chuyên ngành, VNPT.

  5. Mở rộng mô hình mô phỏng và thử nghiệm:
    Tiếp tục phát triển mô hình mô phỏng IMS/NGN với các kịch bản thực tế đa dạng hơn, tích hợp các công nghệ mới như LTE, 5G để đánh giá khả năng ứng dụng trong tương lai. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: Các viện nghiên cứu, trường đại học, VNPT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà khai thác viễn thông:
    Giúp hiểu rõ kiến trúc IMS, các giao thức và quy trình triển khai, từ đó xây dựng lộ trình chuyển đổi mạng NGN hiệu quả, nâng cao chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa chi phí vận hành.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Viễn thông:
    Cung cấp kiến thức chuyên sâu về IMS, các giao thức SIP, Diameter, COPS, Megaco/H.248, đồng thời giới thiệu mô hình mô phỏng thực tế, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

  3. Các nhà phát triển dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện:
    Hiểu rõ nền tảng kỹ thuật và khả năng mở rộng của IMS để phát triển các dịch vụ thoại, video, nhắn tin, IPTV phù hợp với xu hướng thị trường và nhu cầu người dùng.

  4. Các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách:
    Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng chính sách phát triển hạ tầng viễn thông, thúc đẩy chuyển đổi số, đảm bảo an ninh mạng và phát triển bền vững ngành viễn thông.

Câu hỏi thường gặp

  1. IMS là gì và tại sao nó quan trọng trong mạng viễn thông hiện đại?
    IMS (IP Multimedia Subsystem) là kiến trúc mạng dựa trên IP cho phép cung cấp dịch vụ đa phương tiện hội tụ trên một nền tảng duy nhất. Nó quan trọng vì giúp các nhà khai thác tích hợp dịch vụ thoại, video, dữ liệu, nâng cao chất lượng và đa dạng hóa dịch vụ, đồng thời giảm chi phí vận hành.

  2. Các giao thức chính trong IMS gồm những gì?
    IMS sử dụng các giao thức chính như SIP để thiết lập và điều khiển phiên, Diameter cho chứng thực và tính cước, COPS để quản lý chính sách QoS, và Megaco/H.248 để điều khiển Media Gateway. Sự phối hợp này đảm bảo mạng hoạt động hiệu quả và an toàn.

  3. VNPT đã triển khai IMS như thế nào?
    VNPT triển khai IMS dựa trên giải pháp của Alcatel-Lucent, xây dựng hệ thống lõi IMS tại các trung tâm vùng, tích hợp với mạng PSTN và mạng di động, đồng thời thử nghiệm dịch vụ VoIP trên nền IMS. Mô hình này giúp VNPT nâng cao chất lượng dịch vụ và phát triển mạng NGN.

  4. Mô hình mô phỏng Open IMS Core có vai trò gì?
    Open IMS Core là phần mềm mã nguồn mở giúp mô phỏng hệ thống IMS, cho phép thử nghiệm các dịch vụ đa phương tiện như thoại, video call, chat, IPTV trong môi trường giả lập. Đây là công cụ hữu ích để nghiên cứu, phát triển và đào tạo về IMS.

  5. Những thách thức khi triển khai IMS tại Việt Nam là gì?
    Thách thức bao gồm bảo mật mạng trước các tấn công từ Internet, xây dựng hệ thống tính phí phức tạp, đào tạo nhân lực chuyên môn cao, đồng thời cần có chính sách và mô hình kinh doanh phù hợp để khai thác hiệu quả công nghệ IMS.

Kết luận

  • IMS là giải pháp then chốt cho việc hội tụ mạng viễn thông cố định và di động, cung cấp dịch vụ đa phương tiện trên nền IP với khả năng mở rộng và bảo mật cao.
  • Luận văn đã phân tích chi tiết kiến trúc IMS, các giao thức SIP, Diameter, COPS, Megaco/H.248 và quy trình đăng ký, thiết lập phiên dịch vụ trong mạng IMS.
  • Hiện trạng mạng viễn thông Việt Nam và tình hình triển khai IMS tại VNPT được đánh giá tích cực, với mô hình triển khai dựa trên giải pháp Alcatel-Lucent và thử nghiệm dịch vụ VoIP thành công.
  • Mô hình mô phỏng Open IMS Core chứng minh khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện đa dạng, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ IMS trong nước.
  • Đề xuất nghiên cứu tiếp tục về hệ thống tính phí, bảo mật và chính sách quản lý nhằm hoàn thiện và ứng dụng IMS hiệu quả trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý phối hợp triển khai các giải pháp nâng cao, mở rộng dịch vụ IMS, đồng thời đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao để đáp ứng yêu cầu phát triển viễn thông hiện đại.