CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Khái niệm về IMS Mạng cố định và di động đã phát triển liên tục trong hơn 20 năm qua. Trong mạng thông tin di động, các hệ thống thế hệ 1 (1G) đã được giới thiệu triển khai từ giữa thập niên 80.
Các mạng này đã hỗ trợ những dịch vụ cơ bản cho thuê bao, chủ yếu là các dịch vụ thoại và các dịch vụ có liên quan tới thoại. Các hệ thống thế hệ 2 (2G) từ những năm 1990 đã hỗ trợ thuê bao một số dịch vụ truyền số liệu và nhiều dịch vụ bổ sung khác. Thế hệ 3G hiện nay đang cho phép truyền tốc độ số liệu nhanh hơn với nhiều dịch vụ đa phương tiện khác nhau. Ở mạng cố định, như mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) và mạng số đa dịch vụ tích hợp (ISDN), các dịch vụ thông tin video và thông tin thoại truyền thống vẫn còn thống trị.
Những năm gần đây, do các kết nối Internet ngày càng nhanh và rẻ cho nên đã làm bùng nổ số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ này. Dịch vụ Internet được sử dụng phổ biến hiện nay là dịch vụ đường dây thuê bao số bất đối xứng (ADSL). Các loại kết nối Internet này cho phép luôn ở trạng thái liên kết, giúp cho thuê bao dùng chúng với các mục đích thông tin thời gian thực, ví dụ như các ứng dụng cho chat hoặc game online, thoại qua IP (VoIP). Hiện nay, chúng ta đang trải qua sự hội tụ nhanh giữa mạng cố định và di động với sự thâm nhập nhanh chóng của các thiết bị di động.
Những thiết bị di động với màn hiển thị rộng và rõ ràng hơn, được tích hợp camera và nhiều tài nguyên ứng dụng khác. Các thiết bị ứng dụng khác nhau luôn được kết nối với nhau, giúp các dịch vụ ngày càng trở nên đa dạng. Giờ đây, các ứng dụng sẽ không là các thực thể đơn độc chỉ chuyển đổi thông tin với giao diện thuê bao nữa. Trong mạng thế hệ mới có nhiều ứng dụng lý thú hơn như các thực thể IP Multimedia Subsystem - IMS Luận văn thạc sĩ khoa học 5 Phạm Mai Loan ngang hàng, chúng giúp sự chia sẻ thông tin dễ dàng hơn nhờ: trình duyệt chia sẻ, whiteboard chia sẻ, chia sẻ kinh nghiệm game, chia sẻ phiên vô tuyến 2 đường (ví dụ như: Push to Talk over Cellular).
Khái niệm kết nối cũng sẽ được định nghĩa lại. Sự quay số và đàm thoại sẽ chỉ được xem như một phần nhỏ trong các tính năng mà mạng hỗ trợ. Khả năng thiết lập một kết nối ngang hàng giữa các thiết bị mới có giao thức Internet (IP) mới là vấn đề mấu chốt. Mô hình mới của những phương tiện thông tin này sẽ tiến xa so với khả năng của dịch vụ điện thoại trước đây (POTS).
Để thực hiện việc thông tin, các ứng dụng trên nền IP cần phải sử dụng các kỹ thuật kết nối. Mạng điện thoại hiện nay hỗ trợ các tác vụ then chốt cho sự thiết lập 1 kết nối. Bằng việc quay số ngang hàng, mạng có thể thiết lập một kết nối ad hoc giữa bất kỳ 2 đầu cuối nào qua mạng IP. Khả năng kết nối IP này chỉ được sử dụng trong các môi trường nhà hỗ trợ dịch vụ đơn độc và phân tán trong mạng Internet; trong các hệ thống đóng này, cạnh tranh dựa trên nền tảng thuê bao.
Tuy vậy, ở các hệ thống này, thuê bao chỉ được giới hạn trong các dịch vụ chỉ được hỗ trợ bởi hệ thống. Vì vậy, để đa dạng hóa các loại hình dịch vụ và đơn giản quá trình hỗ trợ dịch vụ, chúng ta cần 1 hệ thống toàn cầu IMS cho phép các ứng dụng ở các thiết bị hỗ trợ IP thiết lập các kết nối ngang hàng (peer- to-peer) và peer-to-content dễ dàng và an toàn. Vậy IMS được định nghĩa là cấu trúc truy nhập độc lập, không giới hạn; cấu trúc điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên nền IP hỗ trợ cho thuê bao rất nhiều loại dịch vụ đa phương tiện khác nhau thông qua việc sử dụng các giao thức Internet thông thường. IP Multimedia Subsystem - IMS Luận văn thạc sĩ khoa học 6 Phạm Mai Loan Sự tích hợp của dịch vụ thoại và số liệu làm tăng hiệu quả triển khai các ứng dụng mới như dịch vụ hiển thị, chat đa phương tiện, push to talk và hội nghị.
Kỹ năng phối hợp tính di động và mạng IP sẽ quyết định sự thành công của dịch vụ trong tương lai. Hình 1-1 chỉ ra một mạng thông tin hội tụ môi trường di động và cố định. IMS hỗ trợ việc kiểm soát phiên truyền dẫn trên miền chuyển mạch gói, đồng thời cũng mang tới miền chuyển mạch gói (PS) các chức năng của miền chuyển mạch kênh (CS). IMS là công nghệ chủ chốt sử dụng cho sự hợp nhất mạng.
Hình 1-1 IMS trong các mạng hội tụ. IP Multimedia Subsystem - IMS Luận văn thạc sĩ khoa học 7 Phạm Mai Loan 1. Nguồn gốc khái niệm IMS 1. Từ GSM tới 3GPP Release 7 Viện Nghiên cứu Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống thông tin di động GSM từ những năm 80 và 90.
ETSI cũng đã định nghĩa cấu trúc mạng GPRS. Chuẩn GSM cuối cùng đã được ban hành vào năm 1998 và cùng năm đó 3GPP cũng được hình thành bởi các tổ chức tiêu chuẩn từ châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ và Trung Quốc để chuẩn hóa cấu trúc hệ thống 3G dựa trên công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng WCDMA, công nghệ truy nhập vô tuyến đa truy nhập phân chia theo thời gian/ mã (TD-CDMA) và mạng lõi GSM (www.org/About/3gppagre. Hầu hết công việc và các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản được kế thừa từ Nhóm Đặc trách về Di động (SMG) của ETSI. Lúc đó, 3GPP dự tính xây dựng bộ tiêu chuẩn cơ bản trong thời gian 1 năm và chỉ tiêu kỹ thuật đầu tiên được ban hành trong phiên bản Release 99 của 3GPP.
Phiên bản Release 99 của 3GPP Mất khoảng một năm để phát hành bản đầu tiên - Release 1999. Chức năng cơ bản được chuẩn hóa trong phiên bản này đã được “ấn định – frozen ” vào tháng 12 năm 1999 mặc dù một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản được hoàn thành vào tháng 3 năm 2001. Việc chuẩn hóa được thực hiện rất nhanh chóng do công việc thực sự được phân chia giữa hai tổ chức: 3GPP và ETSI SMG. 3GPP đã phát triển các dịch vụ, cấu trúc mạng, các công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA và TD-CDMA và cấu trúc mạng lõi chung.
ETSI SMG đã phát triển hệ thống truy nhập vô tuyến EDGE. IP Multimedia Subsystem - IMS Luận văn thạc sĩ khoa học 8 Phạm Mai Loan Trong phiên bản Release 99, công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA là cải tiến cơ bản nhất đối với hệ thống 3G được xây dựng dựa trên cơ sở GSM. Ngoài WCDMA, phân hệ truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN) sử dụng giao diện Iu với hai khác biệt cơ bản so với các giao diện A và Gb. Trước tiên là sự chuyển đổi mã thoại cho Iu được thực hiện trong mạng lõi, trong GSM thì công việc này được thực hiện ở Trạm gốc (BTS).
Thứ hai, sự mã hoá bảo mật và quản lý tính di động mức cell trong giao diện Iu được thực hiện ở Bộ điều Khiển mạng Vô tuyến (RNC), trong GSM thì các chức năng này được thực hiện tại SGSN. Việc kiến tạo dịch vụ được thực hiện dựa trên Kiến trúc dịch vụ mở (OSA). Về mặt dịch vụ, mục tiêu là ngừng chuẩn hoá các dịch vụ mới và tập trung vào khả năng phục vụ của dịch vụ, như các công cụ (CAMEL, ứng dụng SIM và OSA). Hình 1-2 Vai trò của IMS trong các mạng chuyển mạch gói.
IP Multimedia Subsystem - IMS Luận văn thạc sĩ khoa học 9 Phạm Mai Loan 1. Bản Release 4 của 3GPP Sau phát hành Release 1999, 3GPP bắt đầu chỉ định phát hành Release 2000. Thực tế đã cho thấy việc phát triển của IMS không thể hoàn thành trong năm, do vậy Release 2000 đã được chia thành Release 4 và Release 5. 3GPP đã quyết định Release 4 sẽ được hoàn thành mà không có IMS.
Các chức năng mới có ý nghĩa đáng kể nhất ở 3GPP Release 4 là: các khái niệm MSC Server và Cổng phương tiện (MGW), truyền tải IP của các giao thức mạng lõi, những cải tiến đối với các dịch vụ dựa trên vị trí (LCS) sử dụng phân hệ truy nhập vô tuyến UTRAN, tin nhắn đa phương tiện và truyền tải IP trong mặt phẳng thuê bao Gb. 3GPP Release 4 chính thức hoàn thành vào tháng 3 năm 2001. Những yêu cầu thay đổi liên quan đến tính tương thích ngược của phiên bản đặc biệt là đối với giao diện vô tuyến đã được điều chỉnh vào tháng 9 năm 2002. 3GPP Release 5, 6 và 7 IMS được giới thiệu trong phiên bản Release 5 của 3GPP.
IMS được giả định là một cấu trúc chuẩn hoá truy nhập không giới hạn trên nền IP, có khả năng hoạt động thích ứng với các mạng số liệu và thoại hiện có với hình thức truy nhập cố định (như PSTN, ISDN, Internet) và di động (như GSM, CDMA). Cấu trúc IMS hỗ trợ việc thiết lập thông tin ngang hàng IP với tất cả các khách hàng phù hợp với chất lượng dịch vụ yêu cầu. Đồng thời với việc sử dụng tính năng quản lý phiên, cấu trúc IMS cũng hỗ trợ các chức năng cần thiết khác để đảm bảo hỗ trợ dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, tính cước, kiểm soát kênh mang, chuyển vùng). Với những tính năng đó, IMS sẽ là phần tử trung tâm của mạng lõi IP.
IP Multimedia Subsystem - IMS Luận văn thạc sĩ khoa học 10 Phạm Mai Loan Các yêu cầu kỹ thuật trong phiên bản Release 5 đã được thảo luận kỹ càng và được ấn định vào tháng 3 năm 2002. Do thời gian hoàn thành phiên bản này rất ngắn cho nên nhiều đặc tính bị trì hoãn và sẽ phát hành tiếp theo ở Release 6. Sau khi ấn định nội dung, công việc tiếp tục tiến tới sự ổn định vào đầu năm 2004. Release 6 IMS tập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 IMS và bổ xung thêm các đặc tính mới.
Release 6 được hoàn thành vào tháng 3 năm 2005. Release 7 đang được tiếp tục xây dựng và những tính năng cơ bản của phiên bản này sẽ được công bố trong năm 2006. Phân tích các tiêu chuẩn về IMS của 3GPP Tổ chức 3GPP thực hiện chuẩn hoá cho nhánh công nghệ WCDMA. Tính đến thời điểm hiện nay, lộ trình chuẩn hóa các tính năng của mạng di động theo cấu trúc NGN của 3GPP được liệt kê dưới đây: • R99: Hoàn thành vào tháng 12/2000.