Đồ án Xu hướng phát triển của mạng di động dùng mạng NGN

MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A 1G First Generation Thế hệ thứ nhất 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP Third-Generation Partnership Project Đề án xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3GPP2 Third-Generation Partnership Project 2 Đề án 2 xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba AAA Authentication, Authorization, Accounting Xác thực, cấp phép và tính cước AAAF AAA Foreign AAA ngoại lai AAAH AAA Home AAA thường trú AAAL AAA Local AAA cục bộ AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM AMPS Advanced Mobile Phone Systems Hệ thống điện thoại di động tiện ích API Application Programming Interface Giao diện chương trình ứng dụng APN Access Point Name Tên điểm truy nhập ATM Asynchronous Tranfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực B BGCF Breakout Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng ngắt BICC Bear Independent Call Control Protocol Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang BRAN Broadband Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến băng rộng BS Base Station Bearer Service Trạm gốc Dịch vụ tải tin BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Base Transceiver System Trạm thu phát gốc Hệ thống thu phát gốc C CAMEL Customized Applications for Mobile Enhanced Logic Logic cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động CAP CAMEL Application Part Phần ứng dụng CAMEL CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDR Call Detail Record Báo cáo sơ lược cuộc gọi CM Connection Management Quản lý kết nối CN Core Network Mạng lõi CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra vòng dư CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call State Control Function Call Session Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi CSE CAMEL Service Environment Môi trường dịch vụ CAMEL CS-MGW Circuit Switched Media Gateway Cổng phương tiện chuyển mạch kênh D DB Database Cấu trúc dữ liệu cơ bản DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức thiết lập host tự động DNS Domain Name System Hệ thống tên vùng DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp E EDGE Enhanced Data Rates for Global GSM Evolution Tốc độ số liệu tăng cường phát triển GSM EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị ESA Enhanced Subscriber Authentication Nhận thực thuê bao tăng cường ETSI European Telecommunication Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu F FA Foreign Agent Tác tử ngoại lai FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số G GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GFA Gateway Foreign Agent Tác tử ngoại lai cổng GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GMSC Gateway Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GRE General Routing Encapsulation Sự bao bọc định tuyến chung GSCF GPRS Service Control Function Chức năng điều khiển dịch vụ GPRS GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS H HA Home Agent Tác tử thường trú HAAA Home AAA AAA thường trú HDB Home Database Cấu trúc dữ liệu thường trú HDR High Data Rate Tốc độ dữ liệu cao HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSS Home Subscriber Server Bộ phục vụ thuê bao thường trú HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao I I-CSCF Interrogating Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi thẩm vấn IETF Internet Engineering Steering Group Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IM Instant Message Bản tin tức thời IMEI International Mobile Station Equipment Identity Bộ nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IM-MGW IP Multimedia Media Gateway Cồng đa phương tiện IP IMT-2000 International Mobile Telecommunication - 2000 Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu 2000 IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ đa phương tiện IP IN Intelligent Network Mạng thông minh IP Internet Protocol Giao thức Internet IPOA IP Over ATM IP trên ATM IPOS IP Over SONET IP trên SONET IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 IS-54 Interim Standard-54 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT &T đề xuất) IS-136 Interim Standard-136 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (do AT&T đề xuất) IS-95A Interim Standard-95A Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA của Mỹ (do Qualcom đề xuất) ISC IMS Service Control Điều khiển dịch vụ IMS ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tích hợp dịch vụ số ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part Phần đối tượng sử dụng ISDN ITU International Telecommunication Union Liên đoàn viễn thông quốc tế ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector Vùng chuẩn viễn thông ITU IWF Interworking Function Chức năng kết nối mạng L LA Location Area Vùng định vị LAC L2TP Access Concentrator Link Access Control Location Area Code Bộ tập trung truy nhập L2TP Điều khiển truy nhập đường truyền Mã vùng định vị LAI Location Area Identifier Bộ nhận dạng vùng định vị LAN Local Area Network Mạng cục bộ LSP Label Switched Parth Tuyến đường sử dụng phương thức chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn M MAC Media Access Control Message Authentication Code Điều khiển truy nhập mức phương tiện truyền thông Mã nhận thực tin nhắn MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của di động MC-CDMA Multi-Carrier Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã đa sóng mang ME Mobile Equipment Thiết bị di động MG Media Gateway Cổng phương tiện MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng phương tiện MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương tiện MIP Mobile IP IP của di động MMD Multimedia Domain Vùng đa phương tiện MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MN Mobile Node Nút di động MNC Mobile Network Code Mã mạng của di động MRC Multimedia Resource Controller Bộ điều khiển nguồn tài nguyên đa phương tiện MRF Multimedia Resource Function Chức năng dự trữ tài nguyên đa phương tiện MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multiprotocol over ATM Đa giao thức qua ATM MRFC Multimedia Resource Function Controller Bộ điều khiển chức năng dự trữ tài nguyên đa phương tiện MRFP Multimedia Resource Function Processor Bộ xử lý chức năng dự trữ tài nguyên đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile-services Switching Center Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Trung tâm chuyển mạch di động MSF MultiService Switching Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ MSIN Mobile Subscriber Identification Number Số nhận dạng thuê bao di động MSIDN Mobile Subscriber ISDN Number Số ISDN của thuê bao di động MSS MultiService Switching Systems Hệ thống chuyển mạch đa dịch vụ MT Mobile Termination Mobile Terminal Kết cuối ở MS Đầu cuối di động N NAI Network Access Identifier Bộ nhận dạng truy nhập mạng NAS Network Access Server Bộ phục vụ truy nhập mạng NAT Network Address Translator Bộ chuyển (dịch) địa chỉ mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau N-ISDN Narrowband-ISDN Mạng ISDN băng hẹp NID Network ID ID của mạng NMSI National Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc gia NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động bắc âu Node B Node B Nút B NSAPI Network-Layer Service Access Point Identifier Bộ nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ lớp mạng O OAM&P Operation, Administration, Maintenance, and Provisioning Vận hành, khai thác, bảo dưỡng, va cung cấp OSA Open Service Access Truy nhập dịch vụ mở OSI Open Systems Interconnection Các liên kết hệ thống mở P PCF Packet Control Function Policy Control Function Chức năng điều khiển gói Chức năng điều khiển chính sách PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói P-CSCF Proxy Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi dự trữ PDF Policy Decision Function PDP Packet Data Protocol Policy Decision Point Giao thức dữ liệu gói PDS Packet Data Subsystem Phân hệ dữ liệu gói PDSN Packet Data Serving Node Nút dịch vụ dữ liệu gói PDU Packet Data Unit Đơn vị dữ liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng P-MIP Paging in Mobile IP Tìm gọi trong Mobile IP PMM Packet Mobility Management Quản lý di động gói POST Plain Old Telephone Service Dịch vụ thoại truyền thống PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm-điểm PS Packet Switched Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng P-TMSI Packet TMSI TMSI gói Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá chuyển pha vuông góc R RAB Radio Access Bearer Dịch vụ mang truy nhập vô tuyến RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RAB ID RAB Identifier Bộ nhận dạng RAB RB Radio Bearer Định vị vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP cho các ứng dụng thời gian thực RN Radio Network Mạng vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RTP Realtime Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực RTT Radio Transmission Technology Kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến S SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ SCS Service Capability Server Bộ phục vụ dung lượng dịch vụ S-CSCF Serving Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi đang phục vụ SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ SDU Selection and Distribution Unit Service Data Unit Đơn vị phân phối và lựa chọn Đơn vị dữ liệu dịch vụ SG Signalling Gateway Cổng báo hiệu SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS đang phục vụ SIM Subscriber Identity Module Cấu trúc nhận dạng thuê bao SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi động phiên SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn SN Service Node Serving Network Nút dịch vụ Mạng đang phục vụ SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang đồng bộ SRNS Serving Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến phục vụ SS7 Signalling System No.7 Mạng báo hiệu số 7 STP Signalling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu T TA Terminal Adapter Bộ thích ứng đầu cuối TACS Total Access Communication Services Dịch vụ viễn thông truy nhập tổng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TEID Tunnel Endpoint Identifier Bộ nhận dạng điểm kết thúc đường hầm TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity Bộ nhận dạng thuê bao di động tạm thời TTL Time to Live Thời gian tồn tại U UA User Agent Tác nhân người sử dụng UAC User Agent Client UA khách UDP User DatagramProtocol Giao thức dữ liệu người dùng UE User Equipment Thiết bị người dùng UIM User Identity Module Cấu trúc nhận dạng người dùng UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu 3G URA UTRAN Registration Area Vùng đăng ký UTRAN USIM UMTS Subscriber Identity Module Universal Subscriber Identity Module Cấu trúc nhận dạng thuê bao UMTS Cấu trúc nhận dạng thuê bao toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu V VAAA Visited AAA AAA tạm trú VAS Value-Added Service Dịch vụ giá trị gia tăng VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú VMS Voice Message System Hệ thống bản tin thoại VoIP Voice over IP Thoại trên IP VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây WWW World Wide Web Mạng toàn cầu DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mạng PSTN hiện nay 6 Hình 1.2: Mạng đường dài trên nền chuyển mạch gói thế hệ mới 8 Hình 1.3: Mô hình mạng thế hệ sau 9 Hình 1.4: So sánh cấu trúc chuyển mạch truyền thống và chuyển mạch mềm 11 Hình 1.5 : So sánh giữa chuyển mạch mềm và tổng đài nội hạt 15 Hình 1.6 : Năm kiến trúc sử dụng MG trong mạng điện thoại nội hạt 22 Hình 1.7 : Tổng đài chuyển tiếp 25 Hình 1.8 : Tổng đài chuyển tiếp dùng chuyển mạch mềm 25 Hình 1.9 :Tổng quan về sơ đồ giao thức 26 Hình 2.1: Tóm tắt quá trình phát triển lên WCDMA 29 Hình.2.2: Triển khai WCDMA 30 Hình 2.3: Kiến trúc 3G-WCDMA R3 (R99) 31 Hình 2.4: Kiến trúc 3G-WCDMA R4 32 Hình 2.5: Kiến trúc 3G-WCDMA R5 32 Hình 2.6 : Sự phát triển của mạng 3GPP 33 Hình 2.7: Kiến trúc mạng theo quan điểm của 3GPP(R5) 34 Hình 2.8: Kiến trúc chức năng của một thiết bị người dùng (UE) 36 Hình 2.9: Cấu trúc của bộ nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI) 37 Hình 2.10: Phân hệ đa phương tiện IP của 3GPP 45 Hình 2.11: Đánh địa chỉ cho trạm di động để truy nhập vào dịch vụ IMS 47 Hình 2.12: Kiến trúc dịch vụ cho các dịch vụ thời gian thực 48 Hình 2.13: Hoạt động tương tác giữa S-CSCF và các nền dịch vụ 49 Hình 2.14: Phát hiện P-CSCF cục bộ của 3GPP 51 Hình 2.15: Thủ tục đăng ký IMS của 3GPP 52 Hình 2.16: Sự giải phóng khởi động di động 55 Hình 2.17: Sự giải phóng khởi động mạng bằng đăng ký timeout 56 Hình 2.18: Sự giải phóng khởi động mạng bằng HSS 57 Hình 2.19: Sự giải phóng khởi động mạng bằng S-CSCF 57 Hình 2.20: Kiến trúc mạng 3GPP và module giao thức chuẩn (Release 5) 58 Hình 3.1 : Cấu trúc của NGN và cấu trúc của các mạng di động 64 Hình 3.2 : Sử dụng một Backbone chung cho NGN Mobile 68 Hình 3.3 : Không cần lớp trung gian MSC cho NGN Mobile 68 Hình 3.4 : Mạng Signalling/Packet Backbone chung cho NGN Mobile 69 Hình 3.5 : Mạng CN/RAN chung cho NGN Mobile 69 Hình 3.6 : Tiết kiệm dải thông trong 3G/3G 70 Hình 3.7 : Tiết kiệm dải thông trong 3G đến PSTN/2G PLMN 71 Hình 3.8 : Các dịch vụ được hợp nhất trong NGN 71 Hình 4.1 : Thẻ điện thoại 1719 75 Hình 4.2 : Mô hình mạng của dịch vụ 1719 76 Hinh 4.3 : Sử dụng dịch vụ VoIP trả trước 1719 77 Hình 4.4 : Dịch vụ thẻ cào 78 Hình 4.5 : Dịch vụ thẻ chíp 78 Hình 4.6 : Biểu tượng dịch vụ 1900 79 Hình 4.7 : Mô hình mạng của dịch vụ 1900 80 Hình 4.8 : Sử dụng dịch vụ 1900 81 Hình 4.9 : Biểu tượng dng dịch vụ 1800 83 Hình 4.10: sử dụng dịch vụ 1800 84 Hình 4.11: VPN 87 Hình 4.12: So sánh VPN với mạng leased line 87 Hình 4.13: Sơ đồ kết nối VPN (logic) 88 Hình 4.14: Sơ đồ kết nối VPN (thực tế) 89 Hình 4.15: Mô hình kết nối dịch vụ hội nghị truyền hình 92 LỜI NÓI ĐẦU Mạng thông tin di động đã phát triển mạnh mẽ và rộng khắp trên toàn thế giới trong mười năm vừa qua với khả năng cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ. Hiện nay, nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu ngày càng tăng cao, các dịch vụ dữ liệu chiếm một tỉ trọng đáng kể trong tổng doanh thu của nhà khai thác mạng thông tin di động. Trong vài năm tới các dịch vụ thông tin đa phương tiện dựa trên nền IP, sẽ là nguồn doanh thu chính khi doanh thu từ các dịch vụ thoại đang trở nên bão hoà. Xu hướng này đòi hỏi mạng thông tin di động phải phát triển theo một cấu trúc mới tiên tiến hơn, cấu trúc dựa trên nguyên tắc của mạng NGN (Next Generation Network), với các tiêu chí cơ bản: Sự hội tụ dịch vụ thoại và dịch vụ dữ liệu; Sự phân tách lớp điều khiển khỏi lớp truyền tải. Với mong muốn tìm hiểu về sự tích hợp giữa mạng di động thế hệ 3 và mạng NGN đang được triển khai em đã chọn đề tài: “Xu hướng phát triển của mạng di động dùng mạng NGN” làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung của đề tài gồm 4 chương Chương 1: Tổng quan về mạng thế hệ sau (NGN) Chương 2: Kiến trúc mạng di động 3GPP Chương 3: Mạng di động tích hợp trong mạng NGN Chương 4: Tình hình triển khai các dịch vụ NGN ở Việt Nam Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức và tài liệu tham khảo hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp và sự giúp đỡ của các Thầy, Cô. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Hồ Văn Phi khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Quy nhơn, ngày tháng năm 2010 Sinh viên thực hiện Phạm Minh Tuấn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU (NGN) 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Thị trường thông tin đang thay đổi một cách nhanh chóng. Sự thay đổi này không chỉ liên quan đến các nhà sản xuất, các nhà nghiên cứu thị trường viễn thông mà còn tới nhiều đối tượng trong các lĩnh vực khác nhau của xã hội. Phương thức mà con người trao đổi thông tin, giao tiếp với nhau, kinh doanh với nhau đang dần dần được thay đổi cùng với những thay đổi của nền công nghiệp viễn thông. Các đường dây điện thoại không chỉ còn mang thông tin thoại mà còn truyền cả số liệu và video. Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ khác đang được cung cấp tới các đầu cuối là máy điện thoại, thiết bị di động, máy tính cá nhân, các máy móc tự động…với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ từ phía người sử dụng ngày càng cao. Lưu lượng thông tin số liệu đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn tăng không ngừng với tốc độ gấp 10 lần tốc độ tăng của lưu lượng thông tin thoại. Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống trong suốt thế kỷ qua đang nhường bước cho chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau vì không còn thích hợp nữa và tỏ ra có nhiều nhược điểm đối với các dịch vụ phi thoại: Sử dụng băng tần không linh hoạt. Lãng phí tài nguyên hệ thống. Không có cơ chế phát hiện và sửa lỗi. Hiệu năng sử dụng không cao... Để thoả mãn nhu cầu của khách hàng, đồng nghĩa với việc gia tăng lợi nhuận, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông yêu cầu những giải pháp công nghệ mới thay thế (hoặc bổ sung) cho mạng PSTN. Cùng với sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, công nghệ chuyển mạch gói cũng góp phần đưa ngành công nghiệp viễn thông chuyển sang một thời kỳ mới. Công nghệ chuyển mạch gói đưa ra các giải pháp chuyển giao thông tin dưới dạng các gói tin theo phương thức hướng kết nối hay phi kết nối trên các kênh ảo. Mạng chuyển mạch gói có thể được xây dựng theo các giao thức khác nhau: X25, IP,...trong đó giao thức IP là giao thức đang được quan tâm nhiều nhất. Mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP được coi là giải pháp công nghệ đáp ứng được sự gia tăng nhu cầu của khách hàng. Với khả năng của mình, các dạng lưu lượng khác nhau được xử lý hoàn toàn trong suốt trong mạng IP, điều này cho phép mạng IP có khả năng cung cấp các loại dịch vụ phong phú và đa dạng, bao gồm cả các dịch vụ đa phương tiện chứ không riêng gì các dịch vụ thoại. Như vậy, để đáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản trị mạng có 2 sự lựa chọn, hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới cho mạng IP hoặc là xây dựng một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên hạ tầng mạng PSTN hiện có. Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong một sớm, một chiều và vì thế phương án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn – đó là mạng thế hệ sau NGN – Next Generation Network. Như vậy mạng thế hệ sau (NGN: Next Generation Network) đã được hình thành, đó không phải là một cuộc cách mạng mà là một bước phát triển. 1.1.1. Mạng thế hệ sau là mạng tích hợp đa dịch vụ Hiện nay các mạng số liệu và mạng thoại tiếng nói đang song song tồn tại với lưu lượng gần tương đương nhau. Tuy nhiên mức độ phát triển về lưu lượng của mạng số liệu gấp 10 đến 15 lần so mạng thoại, nguyên nhân là do sự bùng nổ truy nhập Internet trên toàn thế giới. Cùng với truyền thoại và số liệu, việc thực hiện truyền hình qua mạng đã ra đời và phát triển mạnh mẽ. Trao đổi giữa các cá nhân và các tổ chức, công ty với nhau không chỉ còn gói gọn trong việc trao đổi điện đàm, mà đang có xu hướng tiến tới hội tụ cả thoại, số liệu, truyền hình. Sự tiến bộ vượt bậc về công nghệ trong lĩnh vực phần mềm, giao vận, liên kết, sự bùng nổ của Internet đã tạo tiền đề cho các nhà cung cấp dịch vụ liên kết với nhau và tạo ra các dịch vụ có thể gọi là các dịch vụ hội tụ. Các dịch vụ khác nhau như thoại nội hạt, di động, đường dài với các dịch vụ nhắn tin, truy nhập Internet ngày nay có thể thống nhất lại trong các dịch vụ khách hàng và tính cước tập trung. Như một sự lựa chọn, một số các nhà cung cấp dịch vụ đã cố gắng để xây dựng một cơ sở hạ tầng hội tụ có thể cung cấp các dịch vụ số liệu, thoại, đa dịch vụ trên một mạng duy nhất - mạng thế hệ sau (Next Generation Network). Mạng thế hệ sau ra đời không những cho phép hội tụ các dịch vụ trên một mạng duy nhất mà còn đưa ra khả năng cung cấp các dịch vụ thông minh, đa dạng theo yêu cầu khách hàng. Khả năng triển khai dịch vụ dễ dàng, nhanh chóng, linh hoạt với chi phí thấp, việc cho phép khách hàng tự thiết lập các dịch vụ tuỳ chọn thông qua truy nhập từ xa là những mục tiêu mà mạng thế hệ sau đang đang hướng tới. 1.1.2. Mạng thế hệ sau là sự chuyển dần từ mạng chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói 1.1.2.1. Mạng chuyển mạch kênh Ngay từ đầu, mạng chuyển mạch kênh chỉ được thiết kế để cung cấp dịch vụ đàm thoại. Tuy nhiên với sự phát triển của xã hội, yêu cầu về chất lượng và sự đa dạng, phong phú của dịch vụ ngày càng nhiều đặc biệt là các dịch vụ về dữ liệu, truyền hình. Cùng với đó là việc lưu lượng trao đổi trên mạng ngày càng tăng đã làm cho những nhược điểm cơ bản của mạng chuyển mạch kênh bộc lộ ngày càng rõ và trở thành một trở ngại lớn, khiến cho mạng chuyển mạch kênh trở nên lỗi thời, không đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển. Hai nhược điểm chính của chuyển mạch kênh là : Trong mạng chuyển mạch kênh, mỗi người dùng khi thực hiện kết nối sẽ chiếm một kênh truyền (khe thời gian). Điều này đảm bảo tính tin cậy và độ sẵn sàng và chất lượng cho việc truyền thoại. Tuy nhiên nó lại dẫn đến việc lãng phí tài nguyên băng thông do người dùng chỉ sử dụng một phần nhỏ của kênh truyền được cấp, thời gian đường dây rảnh rỗi là rất lớn. Do đó, chuyển mạch kênh không thể đáp ứng được các dịch vụ chất lượng cao yêu cầu băng thông lớn như truyền hình qua mạng cũng như không thể đáp ứng được thực tế là lưu lượng trao đổi trên mạng ngày càng tăng. Trong mạng chuyển mạch kênh, việc kết nối chỉ phục vụ cho những thiết bị có cùng tốc độ dữ liệu nghĩa là cùng tốc độ thu và phát. Điều này hạn chế việc liên kết nhiều loại máy tính chủ và các thiết bị đầu cuối khác nhau. 1.1.2.2. Mạng chuyển mạch gói Mạng chuyển mạch gói đã khắc phục được hai khuyết điểm nói trên. Vì trong mạng chuyển mạch gói, dữ liệu trao đổi giữa người dùng được đóng thành các gói và truyền đi trên mạng nên hiệu suất sử dụng tài nguyên của nó là lớn hơn nhiều so với mạng chuyển mạch kênh. Và do việc trao đổi thực hiện bằng truyền các gói tin nên thiết bị thu phát không nhất thiết phải có cùng tốc độ. Với mạng chuyển mạch gói, do tính đơn giản, không những nó có lợi thế về thời gian phát triển nhanh, khả năng nâng cấp linh hoạt, ứng dụng công nghệ mới dễ dàng mà còn giảm được chi phí vận hành và duy trì bảo dưỡng. Trong mạng IP, tất cả các thông tin đều được số hoá và đóng thành gói tin. Điều này dẫn đến khả năng tích hợp dữ liệu, thoại, truyền hình. Hơn nữa với sự tiến bộ trong kỹ thuật nén, trong việc giải quyết bài toán chất lượng dịch vụ, xử lý dữ liệu trong thời gian thực, cũng như trong việc nâng cao tốc độ đường truyền và tốc độ của vi xử lý, việc cung cấp dịch vụ chất lượng cao như truyền hình qua mạng chuyển mạch gói IP đang dần trở thành hiện thực. Với những ưu điểm nổi trội trên, việc chuyển từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói là điều tất yếu. Đó là lý do vì sao các nhà điều hành mạng ngày càng tập trung chú ý đến công nghệ ATM và công nghệ IP. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra hiện nay là việc nên xây dựng một mạng mới hay phát triển, thay thế dần mạng chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói để tận dụng được cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng chuyển mạch kênh. Xu hướng chung mà hiện nay người ta hay nói tới là việc hình thành và xây dựng các mạng thế hệ mới và chuyển đổi các mạng điện thoại công cộng PSTN với các cơ sở hạ tầng chuyển mạch kênh dựa trên nền công nghệ TDM sáng kiến trúc cơ sở hạ tầng chuyển mạch gói với công nghệ IP hoặc ATM. 1.1.2.3. Sự chuyển dần từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rất nhiều mạng, công nghệ và các hệ thống khác nhau, Phần lớn chúng vẫn là các cơ sở hạ tầng là các hệ thống chuyển mạch kênh được trình bày ở hình 1-1. Các mạch vòng tương tự nội hạt (Analog Local Loop) được liên kết với tổng đài nội hạt, thường được tạo ra sau khi kết hợp các mạch vòng thuê bao. Tổng đài nội hạt được kết nối qua 2 mạng riêng biệt đến tổng đài toll/tandem và các tổng đài nội hạt khác. Một trung kế (IMT) tạo môi trường truyền dẫn ở dạng TDM 64kbps. Các thông tin điều khiển kết nối được truyền trên một mạng báo hiệu và điều khiển SS7 hay hệ thống báo hiệu kênh chung (CCS7). Hình 1.1 : Mạng PSTN hiện nay Mạng báo hiệu số 7 về cơ bản gồm có 3 phần: Điểm chuyển mạch dịch vụ (SSP - Service Switching Point), điểm vận chuyển tín hiệu (STP - Signal Transfer Point), và điểm điều khiển dịch vụ (SCP - Service Control Point). Mỗi điểm trên được nhận biết bởi một mã số độc nhất, tương tự như địa chỉ ở giao thức Internet (IP) trên mạng Internet. SSP là các hệ thống chuyển mạch nhằm khởi tạo, kết thúc và chuyển tiếp các cuộc gọi. STP là các hệ chuyển mạch gói nhằm kết nối và định hướng lưu lượng các cuộc gọi trong mạng SS7. Nhiệm vụ của STP gần giống như là các thiết bị IP-Router, nhưng cũng khác nhau đáng kể. SCP là các hệ thống máy chủ lưu trữ cơ sở dữ liệu tập chung cho các chức năng như chuyển dịch số trong dịch vụ 800 và các thông tin cá nhân. Trung kế PRI, hay đường DS1 hoặc thông dụng hơn, người ta hay gọi là trung kế T1. Trung kế T1 có một kênh dành riêng cho tín hiệu giao diện tốc độ sơ cấp (Primary Rate Interface). Các trung kế tín hiệu kênh kết hợp hay Trung kế CAS được hiểu là tín hiệu trong băng, nó có thể chạy trên các đường trung kế DS1 hoặc T1. Phần lớn các thông tin logic cần thiết để khởi tạo, kết nối và định hướng cho các cuộc gọi, truyền dữ liệu... trên mạng đều được hệ thống chuyển mạch xử lý. Các thông tin khác cho các dịch vụ tiên tiến (Ví dụ dịch vụ 800, 900, 700...) đều do các hệ thống SCP thực hiện thông qua mạng báo hiệu số 7 kết nối đến các hệ thống chuyển mạch. Trong một số các trường hợp, các hệ thống ngoại vi thông minh (Intelligent peripherial) cung cấp các khả năng như việc nhận dạng các số đa tần, các thông báo (Announcement), nhận dạng âm thanh cho quay số bằng giọng nói, tổng hợp tiếng nói (Text to Speech)... là các thành phần quan trọng của các dịch vụ tiên tiến. Nói chung, các hệ thống ngoại vi thông minh được coi như là các hệ thống bổ trợ thực hiện một số các công việc xử lý các dòng dữ liệu âm thanh. Khi thực hiện chuyển tiếp sang mạng chuyển mạch gói, yêu cầu đặt ra là phải đưa ra được một giải pháp hiệu quả, có chi phí thấp, tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng của mạng PSTN, cho phép người dùng tiếp cận công nghệ mới, dịch vụ chất lượng cao với một chi phí thấp nhất. Hình 1.2 mô tả việc thay thế các phần chuyển mạch toll/tandem hoặc các tổng đài đường dài của mạng PSTN bằng các mạng đường trục chuyển mạch gói. Mạng đường trục gói về bản chất nó được dùng để tải các lưu lượng về thông tin dữ liệu (Voice, data ...). Các lưu lượng thông tin điều khiển, báo hiệu được truyền trên một mạng gói riêng như ở các mạng cũ hoặc có thể được truyền trên một băng tần được bảo vệ trên bản thân mạng đường trục đó. Hình 1.2 : Mạng đường dài trên nền chuyển mạch gói thế hệ mới 1.1.3. Các thành phần mạng thế hệ sau Mạng NGN là một mạng trong đó có phần lõi là chuyển mạch gói và các thành phần giao tiếp với các mạng: Hình 1.3 : Mô hình mạng thế hệ sau Các thành phần chính của mạng thế hệ sau bao gồm: Media Gateway, Media Gateway Controller (Softswitch), Signaling Gateway. Media Gateway (MG) hoạt động như một cổng giao diện giữa mạng lõi IP và các mạng bên ngoài. MG có chức năng chuyển các lưu lượng thoại, dữ liệu, fax, video giữa mạng lõi chuyển mạch gói và mạng ngoài chuyển mạch kênh. Media Controller thực hiện chức năng chính là thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi, điều khiển các cổng phương tiện trong việc giao tiếp với các mạng khác, nó đồng thời quản lý lưu lượng và quản lý dữ liệu của các mạng khác nhau. Signaling Gateway (SG) là cầu nối giữa mạng báo hiệu số 7 và mạng IP. Chi tiết về các thành phần chính của mạng thế hệ sau sẽ được đề cập chi tiết trong phần sau của chương này. 1.2. KHÁI QUÁT VỀ CHUYỂN MẠCH MỀM 1.2.1. Định nghĩa chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm - softswitch - là khái niệm tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995. Thuật ngữ softswitch còn có thể được dùng để miêu tả Media Gateway Controller (MGC), SIP proxy server và H.323 gatekeeper. Theo định nghĩa chung nhất hiện nay, chuyển mạch mềm được định nghĩa là một giải pháp chuyển mạch dựa trên phần mềm mà chạy trên phần cứng chuẩn để bổ sung hoặc thay thế các chức năng của chuyển mạch điện thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm là một thuật ngữ tổng quát cho bất kỳ phần mềm giao diện chương trình ứng dụng chuẩn mở nào được sử dụng để làm cầu nối giữa các mạng PSTN và IP... bằng cách tách biệt chức năng điều khiển cuộc gọi, cung cấp dịch vụ với chức năng chuyển mạch. Các đặc trưng cơ bản nhất cho một chuyển mạch mềm là : Điều khiển chuyển mạch các cuộc gọi trên nền công nghệ gói qua mạng IP (như VoIP chẳng hạn) Thực hiện tách biệt phần cứng với phần mềm mạng, với sự quản lý tập trung, từ xa, thống nhất. Là phần mềm hệ thống chạy trên các máy chủ có kiến trúc mở (Sun, Intel v…v), có giao diện lập trình mở. Hỗ trợ đa dịch vụ, từ thoại/fax, tin nhắn đến cuộc gọi video v...v. Cung cấp các dịch vụ đa dạng, thông minh với khả năng cài đặt dễ dàng và linh hoạt. Thực hiện điều khiển các cổng giao tiếp, có khả năng hỗ trợ các giao thức khác nhau của mạng PSTN, ATM, và IP, cho phép tích hợp các mạng khác nhau vào một mạng chung, thống nhất. Như vậy, các hệ thống chuyển mạch mềm đã thực hiện gói hoá các cuộc gọi. Đây là một bước phát triển quan trọng của công nghệ chuyển mạch, sau khi việc số hoá thoại đã được thực hiện trong các tổng đài điện tử khoảng 30 năm trước đây. Về mặt vật lý, những hệ thống phần cứng hoàn toàn đóng của nhà cung cấp tổng đài đã không còn được tái sử dụng. Thay vào đó là các máy chủ kiến trúc mở, với các giao diện chuẩn, chạy các hệ điều hành thông dụng như Solaris, Linux, Windows NT, Windows 2000 … được dùng làm nền tảng cho hệ thống. Có cấu trúc mở, phân tán trên nhiều máy chủ khác nhau tại nhiều địa điểm khác nhau trên mạng, khả năng mở rộng nâng cấp tốt, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí trên một thuê bao thấp, hỗ trợ đa dịch vụ trên nền mạng gói, hỗ trợ giao diện lập trình chuẩn...đó là những ưu điểm của các hệ thống chuyển mạch mềm. Hình 1.4 : So sánh cấu trúc chuyển mạch truyền thống và chuyển mạch mềm Việc triển khai mạng chuyển mạch mềm sẽ cho phép tích hợp mạng, sử dụng một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất cho mọi dịch vụ, bất kể đó là thoại, thông điệp hay dữ liệu...Chi phí vận hành bảo dưỡng mạng sẽ giảm đáng kể do khả năng quản lý tập trung tốt. Như vậy, chuyển mạch mềm tách biệt phần cứng mạng khỏi phần mềm mạng. So với mạng chuyển mạch kênh truyền thống, phần cứng và phần mềm là không độc lập, nên việc tách riêng phần cứng và phần mềm này sẽ làm cho chuyển mạch đơn giản hơn, hiệu quả hơn, và rẻ hơn. Chuyển mạch sẽ chỉ việc tập trung vào chuyển mạch. Trong khi đó phần mềm mạng sẽ tập trung vào điều khiển cuộc gọi, điều khiển báo hiệu và cung cấp các dịch vụ. 1.2.2. Các lợi ích khi sử dụng chuyển mạch mềm Với những ưu điểm vượt trội của mình, việc sử dụng chuyển mạch mềm chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả cao. Dưới đây trình bày một vài lợi ích cơ bản mà chuyển mạch mềm đem lại. 1.2.2.1. Khả năng giảm giá thành Một trong những nguyên nhân các công ty đầu tư vào công nghệ chuyển mạch mềm là nó cho phép các công ty viễn thông giảm giá thành của việc xử lý lưu lượng, đặc biệt là với sự bùng nổ của việc trao đổi dữ liệu qua mạng như hiện nay. Chuyển mạch mềm thực hiện vận chuyển lưu lượng qua mạng chuyển mạch gói IP nhờ đó mà tiết kiệm được băng thông, giảm được chi phí so với khi thực hiện qua chuyển mạch kênh. Hơn nữa, do chuyển mạch mềm có kiến trúc mở, tách biệt các chức năng thành các môđun nên phá bỏ được sự độc quyền trong mạng viễn thông, cho phép nhiều công ty nhỏ có thể tham gia vào thị trường viễn thông, tạo ra sự cạnh tranh bình đẳng hơn giữa các công ty. Đồng thời việc tách biệt các chức năng cho phép các công ty có thể chuyên môn hoá vào một phần từ đó nâng cao hiệu suất lao động. Việc chuyển mạch mềm có kiến trúc chuẩn mở cho phép các công ty có thể liên kết, phối hợp với nhau nhờ đó mà nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm. 1.2.2.2. Khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng Trong môi trường viễn thông cạnh tranh ngày càng khốc liệt như hiện nay thì những dịch vụ mới, hấp dẫn chính là một trong những yếu tố quan trọng giúp cho các công ty tạo ra sự khác biệt, tạo ra ưu thế riêng. Do chuyển mạch mềm thực hiện tách biệt phần cứng với phần mềm mạng nên việc thêm các dịch vụ mới là dễ dàng, linh hoạt. Với chuyển mạch kênh truyền thống, khi nhà cung cấp muốn đáp ứng yêu cầu dịch vụ mới của khách hàng, thì họ thường phải thay thế hoặc nâng cấp phần cứng. Điều này dẫn đến là chi phí cho việc đưa ra một dịch vụ mới là khá cao, đồng thời việc triển khai chậm và kém linh hoạt. Với chuyển mạch mềm, việc thêm dịch vụ mới có thể được thực hiện như một phần mềm chạy trên server phục vụ riêng biệt. Việc sử dụng các server riêng biệt cho các chức năng khác nhau cho phép các công ty viễn thông có thể đưa thêm các dịch vụ mới độc lập với cơ sở hạ tầng chuyển mạch. Nhờ đó mà các công ty viễn thông có thể triển khai dịch vụ mới một cách nhanh chóng với giá thành thấp hơn phương pháp truyền thống. Các nhà cung cấp có thể triển khai các dịch vụ tại bất kỳ đâu và bất kỳ khi nào họ cần. Mặt khác do chuyển mạch mềm thực hiện chuyển đổi giữa hai mạng PSTN và mạng IP, nên nó cung cấp cho người sử dụng những dịch vụ cấp cao mà chuyển mạch kênh truyền thống không đáp ứng được do giới hạn về chi phí và băng thông như dịch vụ hội thảo truyền hình Các dịch vụ mà chuyển mạch mềm có thể cung cấp bao gồm : Hội thảo truyền hình Chuyển tiếp cuộc gọi Phân phối cuộc gọi tự động Xác định người gọi Xác nhận, chứng thực người gọi Các số điện thoại đặc biệt : 1080, 113,. Số điện thoại lưu động Ngoài ra các nhà cung cấp có thể cấu hình lại chuyển mạch mềm bằng cách sử dụng Java, XML, hoặc cung cấp các công cụ phần mềm cho phép khách hàng của họ có thể tự cấu hình dịch vụ theo ý mình. 1.3. KIẾN TRÚC CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM 1.3.1. Media Gateway và Media Gateway Controller Mạng chuyển mạch gói với những ưu điểm nổi bật như tiết kiệm tài nguyên băng thông hệ thống, khả năng kết nối giữa các thiết bị khác nhau sẽ là sự thay thế tât yếu cho mạng chuyển mạch kênh PSTN truyền thống. Tuy nhiên, để tận dụng được cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng điện thoại PSTN thì vấn đề đặt ra là phải kết nối được mạng chuyển mạch kênh hiện tại vào mạng lõi chuyển mạch gói. Việc kết nối này yêu cầu khả năng xử lý cả gói thoại lẫn kênh thoại. Một giải pháp đưa ra cho vấn đề này là tạo ra một thiết bị trung gian có khả năng chuyển đổi thông tin thoại từ dạng gói sang dạng kênh và ngược lại, với tất cả các phần mềm xử lý cuộc gọi cần thiết được tích hợp trong thiết bị chuyển mạch này. Trong khi cách tiếp cận này có thể giải quyết được vấn đề trên, nó lại không thực hiện được yêu cầu giảm giá thành thiết bị và cung cấp các dịch vụ cuộc gọi phong phú và linh hoạt. Điều này đã dẫn đến sự ra đời của chuyển mạch mềm. Trong chuyển mạch mềm, thiết bị trung gian giữa mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói sẽ được tách biệt thành hai thiết bị, một thiết bị thực hiện chức năng chuyển mạch vật lý và một thiết bị thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi. Hai thiết bị này sẽ giao tiếp với nhau bằng một giao thức chuẩn. Thiết bị chịu trách nhiệm chuyển mạch vật lý được gọi là Media Gateway (MG), thiết bị thực hiện xử lý cuộc gọi được gọi là Media Gateway Controller (MGC). Dưới đây là một số lý do giải thích tại sao việc phát triển chuyển mạch mềm lại được coi là giải pháp phù hợp nhất để giải quyết vấn đề trên Thứ nhất, nó tạo cơ hội cạnh tranh cho các công ty viễn thông nhỏ. Các công ty này có thể tập trung đi sâu vào nghiên cứu phần mềm xử lý cuộc gọi hoặc chỉ chuyên về phần cứng chuyển mạch. Điều này giúp phá vỡ sự độc quyền của các tập đoàn lớn trên thị trường viễn thông hiện nay. Thứ hai, việc phát triển chuyển mạch mềm cho phép tạo ra giải pháp phần mềm xử lý cuộc gọi chung cho các thiết bị phần cứng khác nhau, trên các mạng khác nhau. Giải pháp chuyển mạch mềm cho phép chuẩn hoá nền tảng tính toán, hệ điều hành và môi trường phát triển từ đó thúc đẩy sự cải tiến công nghệ, sự phát triển các phần mềm điện thoại, đem lại các lợi ích kinh tế to lớn. Chuyển mạch mềm tập trung các chức năng thông minh trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ để điều khiển từ xa các thiết bị chuyển mạch đặt tại các thuê bao, một yêu cầu then chốt cho việc khai thác tối đa mạng điện thoại IP trong tương lai. Hình 1.5 cung cấp một sự so sánh giữa tổng đài truyền thống và tổng đài trong giải pháp chuyển mạch mềm. Hình 1.5 : So sánh giữa chuyển mạch mềm và tổng đài nội hạt 1.3.1.1. Media Gateway Media Gateway (MG) là một thiết bị có chức năng chuyển mạch cuộc gọi. MG phải có khả năng xử lý cả kênh thoại và gói thoại. Trường hợp điển hình, MG làm trung gian giữa mạng chuyển mạch kênh với mạng chuyển mạch gói. Khi đó nó phải chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng sau: Chuyển đổi dạng lưu lượng giữa hai mạng (chuyển đổi thoại từ dạng tương tự sang dạng số, từ dạng kênh sang dạng gói và ngược lại), đóng gói và phân tách gói thoại, mã hoá và giải mã, thực hiện nén và giải nén, tạo ra và đính vào các tiêu đề IP hoặc ATM cho các gói, gửi các gói đi toàn mạng…. Tạo ra và phát hiện các tín hiệu đường dây vật lý như âm chuông, các xung DTMF. Thông báo các sự kiện phát hiện được tới MGC. 1.3.1.2. Media Gateway Controller Đây chính là chuyển mạch mềm (softswitch) và đôi khi nó còn được gọi là Call Agent. Media Gateway Controller (MGC) là thực thể chịu trách nhiệm cho toàn bộ quá trình thực hiện cuộc gọi. Tuy nhiên, MGC không trực tiếp xử lý cuộc gọi mà nó thực hiện nhiệm vụ này thông qua MG. MGC ra lệnh cho các MG để thực hiện xử lý quá trình đàm thoại. Một MGC có thể điều khiển nhiều hơn một MG thông qua giao thức MGCP hoặc Megaco/H.248. Trong mô hình này, MGC là “chủ”, MG là “tớ”. Tất cả các tính năng xử lý cuộc gọi thông minh sẽ nằm trên MGC. MG không nhận thức được hoạt động của cuộc gọi, nó chỉ cung cấp khả năng kết nối phần cứng các dòng lưu lượng khác nhau dưới sự điều khiển của MGC và báo cáo về các thông tin báo hiệu kết hợp với các dòng lưu lượng đấy (ví dụ CAS, ISDN …).Các hoạt động điều khiển của MGC đối với các MG và các giao thức MGCP và Megaco/H.248 sẽ được trình bày chi tiết trong phần sau của chương này. 1.3.2. Signaling Gateway SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP. SG làm cho chuyển mạch mềm giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu. SG có các chức năng sau: Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu. Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP. Cung cấp đường thoại, dữ liệu và các dạng thông tin khác. 1.3.3. Media Server và Feature Server Chúng ta đã nghiên cứu ba thành phần cơ bản trong một giải pháp chuyển mạch mềm là MGC, MG và Signaling Gateway. Nói chung, ba thành phần đã có thể đảm bảo việc hội tụ mạng chuyển mạch kênh vào mạng lõi chuyển mạch gói. MGC, MG và Signaling Gateway có thể cung cấp các chức năng cuộc gọi cơ bản thay thế cho các tổng đài điện thoại truyền thống. Việc tách biệt các thành phần chức năng thành các đơn vị vật lý riêng biệt giao tiếp với nhau thông qua các giao thức chuẩn đã làm cho giải pháp chuyển mạch mềm có giá thành thấp hơn nhiều so với tổng đài điện thoại trước kia, đồng thời tạo ra cơ hội cạnh tranh cho các công ty nhỏ, thúc đẩy sự phát minh, cải tiến công nghệ. Đối với các khách hàng sử dụng PBX, một chuyển mạch mềm MGC chỉ cần cung cấp các chức năng cuộc gọi cơ bản như thiết lập và xoá bỏ cuộc gọi v...v. Đó là bởi vì bản thân PBX đã có khả năng cung ứng rất nhiều dịch vụ cuộc gọi cho khách hàng đầu cuối như các dịch vụ hộp thoại, chuyển tiếp cuộc gọi, đợi gọi … Vì thế việc kết nối từ một tổng đài nội bộ PBX vào mạng điện thoại công cộng chỉ yêu cầu các dịch vụ truyền tải cơ bản. Tuy nhiên, các doanh nghiệp nhỏ và các thuê bao cá nhân nói chung là không có tổng đài nội bộ riêng. Nhưng họ vẫn mong muốn có được các tính năng cuộc gọi phong phú từ các công ty viễn thông. Mặt khác, việc cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng này không những sẽ đem lại một nguồn lợi lớn cho các công ty, mà còn tạo ra sức cạnh tranh, ưu thế cho công ty trên thị trường. Công ty nào đưa ra được nhiều tính năng cuộc gọi mới, thông minh, công ty đó sẽ thu hút được nhiều khách hàng, giành chiến thắng trên thị trường. Vì vậy, chuyển mạch mềm phải có khả năng đưa ra và triển khai dịch vụ mới một cách dễ dàng, nhanh chóng, linh hoạt. Trong một giải pháp chuyển mạch mềm toàn diện, chức năng cung cấp dịch vụ cuộc gọi sẽ được thực hiện bởi một hệ thống dịch vụ cơ sở dữ liệu riêng. Hệ thống này có thể tách ra làm hai thành phần là Media Server và Feature Server. Như vậy, mô hình của một giải pháp chuyển mạch toàn diện sẽ gồm có các thành phần sau: Media Gateway Controller Media Gateway Signaling Gateway Media Server Feature Server Media Server có thể cung cấp các dịch vụ cuộc gọi sau: Chức năng hộp thư thoại cơ bản (voicemail) Hộp thư fax tích hợp, khai báo có thể sử dụng email hoặc bản tin được ghi trước. Khả năng nhận dạng giọng nói, nếu được hỗ trợ sẽ cung cấp cho khách hàng các tính năng cuộc gọi thông minh. Ví dụ chức năng quay số bằng giọng nói có thể định tuyến một cuộc gọi bằng giọng nói bằng cách tra cứu trong cơ sở dữ liệu, và sau đó định tuyến cuộc gọi đến đích thông qua chính sách định tuyến. Khả năng hội thảo truyền hình bao gồm thiết lập hội thảo và truyền tải thông qua H.323 hoặc SIP. Khả năng chuyển đổi từ giọng nói thành văn bản (Speech-to-text) để gửi văn bản tới hòm thư điện tử hoặc máy nhắn tin mà không cần phải soạn thảo. Khả năng Speech-to-Web để chuyển các từ chính trong giọng nói thành một chuỗi ký tự mà được sử dụng để truy cập Web hoặc tìm kiếm trang Web. Bản tin thống nhất (Unified messaging): dịch vụ thoại, fax, và bản tin thư điện tử đều thông qua một giao diện người dùng chung. IVR/VRU là một quá trình xử lý tương tác dưới dạng menu, được kích hoạt bởi DTMF, hay thoại phản hồi. Mục đích của IVR/VRU là cung cấp thông tin, dẫn xuất dịch vụ, hoặc định tuyến cuộc gọi tới một đích xác định thông qua DTMF hay thoại đầu vào. Fax-over-IP bằng cách sử dụng giao thức T38 (một chuẩn fax-over-IP thời gian thực). Các Feature Server có thể cung cấp các tính năng dịch vụ sau: Dịch vụ số điện thoại đặc biệt: dịch vụ này chuyển đổi các số điện thoại đặc biệt ví dụ 19001570, 1080 … thành số điện thoại đích đến thật sự thông qua cơ sở dữ liệu số điện thoại. Bên được gọi sẽ trả cho các cuộc gọi này. Dịch vụ hoá đơn tính cước: Các bản ghi chi tiết cuộc gọi (CDR) được tạo ra bởi call agent. Chương trình CDR đem lại nhiều tính năng như khả năng tính cước theo giờ trong ngày, khả năng cho phép khách hàng có thể xem các hoá đơn tính cước theo yêu cầu thông qua gọi điện thoại hoặc truy cập Web. Calling card service: Dịch vụ này cho phép người gọi truy cập tới các dịch vụ ở xa thông qua điện thoại truyền thống. Việc tính cước, xác thực PIN, và hỗ trợ định tuyến được cung cấp bởi dịch vụ. Call authorization: Dịch vụ này cho phép thiết lập một mạng riêng ảo VPN thông qua việc sử dụng xác thực PIN. Dịch vụ này đảm bảo tính bí mật của cuộc gọi. H.323 GateKeeper: Dịch vụ này hỗ trợ việc định tuyến thông qua các miền. Mỗi miền được quản lý bởi một Softswitch có thể đăng ký số điện thoại của nó và số truy nhập trung kế với GateKeeper thông qua H.323. GateKeeper cung cấp dịch vụ định tuyến cuộc gọi và biên dịch số điện thoại cho mỗi đầu cuối H.323. GateKeeper có thể cung cấp việc điều khiển tính cước và quản lý băng thông tới Softswitch. VPN: Dịch vụ này thiết lập những mạng thoại riêng ảo. Các mạng thoại riêng này đưa ra các tính năng sau: Băng thông dành trước Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. Các tính năng tăng cường mà không cần phải đưa thành chuẩn Kế hoạch quay số riêng. Bảo mật mã hoá việc truyền thoại. Các dịch vụ Centrex: Với dịch vụ này, các nhà cung cấp đưa ra các tính năng tương tự như trong hệ thống tổng đài nội bộ lớn PBX cho các thuê bao cá nhân và các công ty nhỏ (những người mà không có tổng đài nội bộ riêng). Các tính năng này bao gồm: Các tính năng cơ bản như đợi gọi, chuyển tiếp cuộc gọi, tìm kiếm cuộc gọi, hòm thư thoại, .. Các tính năng thuận tiện như tự động quay số, quay số nhanh, gọi theo tên… Kế hoạch quay số có thể thiết lập tùy ý. Trung tâm dịch vụ cuộc gọi: Cung cấp các tính năng như: Tự động phân phối cuộc gọi, nghĩa là định tuyến các cuộc gọi đến một cách hiệu quả đến nhiều đích. Các hệ thống trả lời cuộc gọi dựa trên lược đồ quản lý chính sách được cấu hình. 1.3.4. Các ứng dụng của chuyển mạch mềm Tổng đài chuyển mạch mềm có thể sử dụng cho mọi ứng dụng thay thế tổng đài điện tử truyền thống trong mạng PSTN Cụ thể là: Tổng đài nội hạt: Softswitch hỗ trợ đầu cuối analog qua các cổng phương tiện MG, và hỗ trợ trực tiếp các đầu cuối kỹ thuật số (SIP, H323 …). Tổng đài chuyển tiếp: hỗ trợ các giao diện luồng trung kế, Ethernet, ATM. PRI Gateway (giảm tải Internet): hỗ trợ giao diện luồng trung kế cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet. 1.3.4.1. Ứng dụng cho tổng đài nội hạt Hình dưới đây minh hoạ năm ví dụ của các kiến trúc mạng mà sử dụng MG để tạo ra các giải pháp dựa trên chuyển mạch mềm cho mạng điện thoại nội hạt. Sơ đồ minh hoạ năm vùng mạng: vùng của khách hàng, vùng mạng truy cập, vùng tổng đài kết cuối, vùng mạng lõi, và vùng tổng đài đích. Trong các ví dụ này, tổng đài đích được biểu diễn như là một tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống, trong khi tổng đài kết cuối được thay thế bằng MG (MG cung cấp xung đa tần và các chức năng khác của một tổng đài nội hạt). Để cho sơ đồ được rõ ràng, MGC điều khiển MG sẽ không được biểu diễn trong sơ đồ này. Kiến trúc thứ nhất trông tương tự như mạng điện thoại hiện nay, ngoại trừ chức năng tổng đài đầu cuối được thực hiện bởi MG. Trong trường hợp này, MG đơn giản chỉ là một tổng đài chuyển mạch kênh và không được yêu cầu để chuyển đổi dạng lưu lượng. Hình 1.6 : Năm kiến trúc sử dụng MG trong mạng điện thoại nội hạt Trong kiến trúc thứ hai, mạng điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống được thay thế bằng mạng VoDSL. Một thiết bị truy nhập tích hợp IAD (Integrated Access Device) ở phía khách hàng sẽ cung cấp chức năng truy cập mạng thoại gói. Mặc dù, IAD thực hiện chuyển đổi dữ liệu thoại từ tương tự sang dạng gói, nhưng nó không phải là một MG trong khái niệm softswitch bởi vì nó không được điều khiển bởi MGC. MG trong tổng đài đầu cuối thực hiện chuyển đổi dữ liệu giữa mạng truy nhập gói và mạng lõi chuyển mạch kênh. Kiến trúc thứ ba biểu diễn một mạng truy cập điện thoại truyền thống nhưng mạng lõi chuyển mạch kênh được thay thế bằng chuyển mạch gói. MG trong tổng đài đầu cuối thực hiện chuyển đổi dữ liệu giữa mạng truy nhập chuyển mạch kênh và mạng lõi chuyển mạch gói. MG thứ hai có chức năng chuyển đổi dữ liệu gói ở đường dây trung kế để cho phép cuộc gọi có thể đưa đến tổng đài nội hạt chuyển mạch kênh truyền thống. Chú ý rằng, chức năng chuyển mạch mềm gắn với MG thứ hai là ít phức tạp hơn so với MG thứ nhất, bởi vì MG thứ hai ở phía đường dây trung kế chỉ phải thực hiện thiết lập và xoá bỏ cuộc gọi mà không phải cung cấp các dịch vụ cuộc gọi như MG thứ nhất ở phía tổng đài đầu cuối. Kiến trúc thứ tư là sự kết hợp mạng truy nhập chuyển mạch gói trong kiến trúc 2 với mạng lõi chuyển mạch gói trong kiến trúc 3. Trong ví dụ này, mạng chuyển mạch gói gần như thay thế hoàn toàn mạng chuyển mạch kênh, từ phía khách hàng thuê bao cho tới tận MG trên mạng lõi, gần sát với tổng đài đích. Trong kiến trúc cuối, MG được đặt tại ngay phía khách hàng thuê bao. MG khách hàng này được điều khiển bởi một MGC tại mạng công cộng. Cho dù kiến trúc này khá giống với kiến trúc trong ví dụ 4, nhưng nó đem lại một số lợi ích cơ bản, khác biệt là khả năng cung cấp cho các thuê bao cá nhân các dịch vụ cuộc gọi phong phú. Khả năng đó được thực hiện bởi MG khách hàng dưới sự điều khiển của MGC. Trong các kiến trúc có xuất hiện nhiều MG, mỗi MG có thể được điều khiển bởi một MGC riêng biệt, hoặc một MGC thể điều khiển đồng thời nhiều MG. Các MG được điều khiển cùng bởi một MGC sẽ hoạt động như một MG đơn phân tán. Các giao thức báo hiệu điện thoại được sử dụng để hỗ trợ việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các MG được điều khiển bởi các MGC khác nhau. Nếu mạng kết nối các MG là mạng chuyển mạch kênh, thì giao thức báo hiệu điện thoại truyền thống, như SS7 sẽ được sử dụng giữa các MGC. Nếu mạng là chuyển mạch gói, thì giao thức báo hiệu cho mạng IP, như H.323 hay SIP sẽ được yêu cầu. Các ví dụ trên minh hoạ hai loại MG: MG nằm ở tổng đài đầu cuối hay trên phía khách hàng sẽ thực hiện chức năng cung cấp xung đa tần và hỗ trợ đầy đủ chức năng của chuyển mạch đầu cuối, trong khi MG ở phía đường dây trung kế chỉ cần thực hiện các chức năng cơ bản là thiết lập và xoá bỏ cuộc gọi. 1.3.4.2. Ứng dụng cho tổng đài chuyển tiếp Ứng dụng Packet Tandem hướng vào các nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống với mong muốn giảm vốn đầu tư và chi phí điều hành các tổng đài chuyển tiếp chuyển mạch kênh hiện nay, ngoài ra còn cung cấp các dịch vụ mới về số liệu. Giải pháp chuyển mạch TDM hiện nay đang bộc lộ dần nhược điểm trước nhu cầu ngày càng tăng nhưng rất thất thường của lưu lượng thoại nội hạt (phát sinh do truy cập Internet), vô tuyến và đường dài. Trong hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống, một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (Lớp 5 như tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động) được nối với nhau và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (Lớp 3, 4) bằng một mạng lưới trung kế điểm - điểm khá phức tạp. Khi một cuộc gọi diễn ra giữa hai tổng đài, thông tin sẽ đi trên trung kế nối trực tiếp giữa hai tổng đài, nếu đường nối trực tiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến qua tổng đài chuyển tiếp. Một số cuộc gọi (ví dụ như truy cập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói …) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung phục vụ cho các dịch vụ cao cấp. Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay và đã được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn sau: Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian, việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm tránh bị nghẽn mạng, hơn nữa luôn phải thiết lập mạng lớn hơn nhu cầu thực tế cho các tổng đài chuyển tiếp. Ví dụ, khi một tổng đài nội hạt được thêm vào mạng lưới, phải xây dựng các nhóm trung kế từ tổng đài đó tới tổng đài chuyển tiếp và tới một số tổng đài nội hạt khác. Các trung kế điểm - điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết kế để hoạt động trong những giờ cao điểm, và những giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng. Hình 1.7 : Tổng đài chuyển tiếp Hình 1.8 : Tổng đài chuyển tiếp dùng chuyển mạch mềm 1.4. HOẠT ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM 1.4.1. Tổng quan về giao thức điều khiển Media Gateway Các giao thức điều khiển MG được ra đời từ nhu cầu của việc hợp nhất mạng điện thoại truyền thống vào mạng IP để tạo thành một mạng tích hợp duy nhất, mạng thế hệ sau. Các giao thức điều khiển MG cho phép hỗ trợ việc triển khai cuộc gọi từ điện thoại tới điện thoại thông qua mạng IP. Các giao thức điều khiển MG cung cấp điều khiển từ xa dòng lưu lượng media khi chúng được vận chuyển giữa mạng IP và mạng điện thoại truyền thống. Các giao thức điều khiển MG xác định kiến trúc chủ tớ (master/ slave) giữa các Gateways. MGC hay softswitch là chủ, và các MG là tớ. Một MGC có thể điều khiển nhiều MG. Hình 1.9 : Tổng quan về sơ đồ giao thức 1.4.2. Các giao thức trong mạng NGN Các mạng thoại và dữ liệu ngày nay có thể xem như là hai thế giới riêng, một là mạng chuyển mạch PSTN/ISDN hay PLMN, cung cấp chất lượng cao và các dịch vụ thời gian thực, thứ hai là bao gồm các mạng nền tảng là gói dữ liệu, đặc biệt là Internet. Nếu ta nhìn nhận việc kinh doanh thoại-dữ liệu trên cùng một cấp bậc mạng thế hệ mới (NGN) thì gộp cả hai “thế giới” trên lại thành một “thế giới” duy nhất. Để hợp nhất nhiều mạng trong cùng một hệ thống thì ngoài các giao thức đang được sử dụng hiện nhiều hiện nay như IP, X.25, ATM thì có thêm các giao thức mới được đưa ra như H.323, MGCP/MEGACO, SIP, SIGTRAN 1.4.2.1. Giao thức MGCP MGCP/Megaco được phát triển bởi các công ty điện thoại để giải quyết vấn đề tích hợp mạng báo hiệu SS7 với mạng VoP. Trong cấu trúc MGCP/Megaco, thông tin báo hiệu được giải phóng khỏi dữ liệu. Đây là một giao thức chủ tớ trong đó Media Gateway Controller nắm quyền điều khiển hoàn toàn còn Media Gateway chỉ thuần tuý thực hiện lệnh. Có hai khái niệm cơ bản trong MGCP/Megaco là kết cuối (termination) và ngữ cảnh (context). Kết cuối đại diện cho các luồng thông tin vào hoặc ra khỏi Gateway. Mỗi kết cuối được đặt tên hay TerminationID bởi Gateway. Còn các ngữ cảnh được tạo và giải phóng bởi Gateway dưới sự chỉ đạo của Gateway Controller. Ngay khi ngữ cảnh được tạo, nó sẽ được gán tên, lúc này có thể thêm vào hay loại bỏ các kết cuối ra khỏi ngữ cảnh. Một ngữ cảnh được tạo khi thêm vào kết cuối đầu tiên và giải phóng khi kết cuối cuối cùng được loại bỏ. 1.4.2.2. Giao thức SIP Sự hiện diện của các mạng NGN sẽ phải đối mặt với các thách thức là phân tán và hội tụ các dịch vụ vào mạng, đòi hỏi giao thức phải đơn giản mềm dẻo trong việc khởi tạo và giải phóng các cuộc gọi một cách dễ dàng SIP là giao thức báo hiệu và điều khiển cuộc gọi một cách mềm dẻo và hơn nữa là nó có xu hướng đưa các dịch vụ tích hợp vào NGN. Nó được phát triển theo Internet Task Force (IETF) tức là cấu trúc mạng xử lý theo các kết nối chéo IP thời gian thực. Việc sử dụng SIP, các dịch vụ đa phương tiện hoặc thoại không chỉ giống các ứng dụng Web mà còn dễ dàng tích hợp vào mạng hiện tại và các loại hình truyền dẫn thoại mới. Giao thức SIP thường được sử dụng để thiết lập một phiên và nó cung cấp một cơ chế để chuyển đổi thông tin. Nó được sử dụng để cho phép các thiết bị truy nhập vào một thiết bị khác. SIP cho phép phân bổ thoại dưới dạng gói (VoP) và kích hoạt các dịch vụ đa phương tiện mới. Nó thường sử dụng “các thiết bị thông minh” không giống như các thiết bị thông minh mà không thuộc phần chính của mạng. 1.4.2.3. Tổng quan về SIGTRAN Sigtran là giải pháp đáp ứng với những yêu cầu của các nhà cung cấp lớn về độ dự phòng, khả năng mở rộng cũng như là độ tin cậy. Sigtran (Signalling Transport) định nghĩa một tập giao thức và các lớp thích ứng để chuyển thông tin báo hiệu qua mạng IP, ATM. SIGTRAN là một thành phần then chốt trong kiến trúc truyền thoại trên mạng chuyển mạch gói và nó có thể được tích hợp vào các sản phẩm như Signalling Gateway, Media Gateway Controller và các điểm điều khiển dịch vụ IP để phát triển giải pháp hội tụ giữa thoại và số liệu. CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC MẠNG DI ĐỘNG 3GPP 2.1. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN UMTS WCDMA WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động thế hệ 3 của IMT-2000 được phát triển chủ yếu bởi Châu Âu. Mục đích của WCDMA là cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ một dải rộng các dịch vụ thoại, số liệu và dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA mới được xây dựng trên sự thành công của GSM và tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của những nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển về dịch vụ và mạng là từ mạng GSM hiện nay, qua giai đoạn phát triển GPRS và cuối cùng tiến lên mạng WCDMA. Quá trình này có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau: Hình 2.1 : Tóm tắt quá trình phát triển lên WCDMA 2.1.1. WCDMA hay UMTS/FDD WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS-Direct Sequence Spread Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong băng tần 5MHz. Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn, đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị băng tần cho IMT-2000. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả nhất. Hơn thế, WCDMA hỗ trợ các tốc độ số liệu của người sử dụng có tính thay đổi cao, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ, trong đó tỷ lệ dung lượng số liệu giữa những người sử dụng có thể thay đổi từ khung này qua khung khác. Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK nhiều, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng. WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS). Nhưng cần chú ý rằng mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và WCDMA đã được cụ thể hóa, và quá trình chuyển giao cũng như chọn lại cell cũng đã được thiết lập giữa các hệ thống này Với nhà khai thác GPRS hoặc EDGE khi triển khai WCDMA cần thực hiện (theo R99) Hình.2.2 : Triển khai WCDMA 2.1.1.1. 3GPP R99 Phương án chuyển đổi nhằm tận dụng tối đa hạ tầng GSM và GPRS hiện có. Mạng lõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Mạng truy nhập vô tuyến của 3G có thể nối cả với phần chuyển mạch kênh của GSM sau khi đã có phần bổ sung cho 3G. Phần mạng lõi với 2 nút mạng SGSN và GGSN của GPRS trước đây được sử dụng lại hoàn toàn. Như vậy phương án này phù hợp cho thị trường có cả dịch vụ yêu cầu chuyển mạch kênh (thoại, hình) và dịch vụ dữ liệu gói. Hình 2.3 : Kiến trúc 3G-WCDMA R3 (R99) 2.1.1.2. 3GPP R4 Phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên. Trung tâm chuyển mạch di động MSC của hệ thống được tách thành hai phần: phần điều khiển chuyển mạch và cổng đa phương tiện (thực hiện chức năng chuyển mạch). Một bộ điều khiển có thể quản lý được rất nhiều cổng chuyển mạch đa phương tiện. Hình 2.4 : Kiến trúc 3G-WCDMA R4 2.1.1.3. 3GPP R5 (IMS) Hình 2.5 : Kiến trúc 3G-WCDMA R5 Đây là giải pháp sử dụng mạng lõi toàn IP, có thể được truyền trên ATM. Như vậy vai trò của mạng truy nhập vô tuyến chỉ là thành giao diện vô tuyến của 3G. Mạng lõi IP có thể tương thích với bất kỳ công nghệ truy nhập vô tuyến nào: WCDMA, cdma2000, EDGE... Hệ thống hoàn toàn không còn phần chuyển mạch kênh. Thoại cũng sẽ được truyền trên IP. Như vậy công nghệ này sẽ còn phụ thuộc rất nhiều vào sự phát triển của VoIP. 2.1.1.4. 3GPP R6 Đang được tiếp tục nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm của 3GPP R5 Theo hướng WCDMA: Đến UMTS R4 : NGN trong vùng CS với sự phân chia của các lớp điều khiển và lớp ứng dụng Trung tâm chuyển mạch tách thành 2 khối chức năng: Server và Media Gateway Hình thức vận chuyển ATM và IP thay vì TDM Hình 2.6 : Sự phát triển của mạng 3GPP 2.2. KIẾN TRÚC MẠNG 3GPP Một mạng công cộng được quản lý bởi một bộ hoạt động mạng đơn lẻ để cung cấp các dịch vụ di động mặt đất được biết đến như là một mạng di động mặt đất công cộng (PLMN). Kiến trúc của 3GPP PLMN được minh họa ở hình 2.7. Nó bao gồm một hoặc nhiều RAN được kết nối với nhau thông qua một mạng lõi (CN). Hình 2.7 : Kiến trúc mạng theo quan điểm của 3GPP(R5) Một RAN cung cấp các tài nguyên vô tuyến (ví dụ như các kênh vô tuyến, dải thông) cho ngưới sử dụng để truy nhập vào mạng lõi. Hiện tại, R5 hỗ trợ GSM/EDGE RAN (GERAN) và UTRAN. Làm việc dưới 3GPP là để định rõ các phương pháp để hỗ trợ các mạng truy nhập vô tuyến dải rộng, ví dụ như IEEE 802.11. Một GERAN được chia thành các BSS. Mỗi BSS bao gồm một hay nhiều BTS và BSC. Mỗi BTS duy trì giao diện vô tuyến. Nó thiết lập việc báo hiệu và xử lý tốc độ qua giao diện vô tuyến. Một BSC điều khiển các kết nối vô tuyến về đầu cuối di động cũng đảm bảo tốt như các kết nối đường dây về mạng lõi. Mỗi BSC có thể điều khiển một hay nhiều BTS. Một UTRAN được chia thành các RNS. Mỗi RNS bao gồm một hay nhiều nút B được điều khiển bởi một RNC. Mỗi nút B là một trạm gốc không dây, nó đóng vai trò như một BTS trong mạng GSM, và nó cung cấp các giao diện vô tuyến với các đầu cuối di động. Một RNC đóng vai trò tương tự như một BC trong mạng GSM, nó điều khiển các kết nối vô tuyến về phía các đầu cuối di động và các giao diện đường dây với mạng lõi. Mạng lõi CN thực hiện khả năng hỗ trợ cho cả các dịch vụ viễn thông chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tới các thuê bao di động. Các dịch vụ viễn thông này bao gồm cả các dịch vụ cơ bản và các dịch vụ mới. Các dịch vụ chuyển mạch kênh cơ bản bao gồm việc chuyển mạch kênh cho các cuộc gọi thoại và dữ liệu, các chức năng điều khiển cuộc gọi để hỗ trợ các cuộc gọi chuyển mạch kênh điểm-điểm cơ bản. Các dịch vụ chuyển mạch gói cơ bản bao gồm việc định tuyến và vận chuyển các gói IP của người dùng. Các dịch vụ mới, được đề cập chung như là các dịch vụ bổ sung hay là các dịch vụ được thêm vào, bao gồm bất cứ dịch vụ nào cung cấp các hữu ích ngoài các dịch vụ cơ bản. Ví dụ như các dịch vụ chuyển mạch kênh mới bao gồm các cuộc gọi trả trước, các cuộc gọi miễn thuế, cuộc gọi chuyển tiếp (ví dụ chuyển tiếp một cuộc gọi thoại này đến một cuộc gọi thoại khác hay đến một hòm thư)…Các dịch vụ chuyển mạch gói mới có thể bao gồm tất cả các dịch vụ hay tất cả các ứng dụng trên nền mạng IP ngoại trừ sự vận chuyển gói đơn giản. Một vài ứng dụng là dịch vụ thư điện tử, World-Wide-Web, các dịch vụ dựa vào sự phân vùng, các dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, trò chơi trên mạng và dịch vụ thương mại điện tử. Mạng lõi CN được chia thành các khối chức năng như sau: Vùng chuyển mạch kênh (CS) Vùng chuyển mạch gói (PS) Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) Các bộ dịch vụ thông tin Mỗi RAN sẽ định tuyến lưu lượng chuyển mạch kênh tới vùng CS của mạng lõi và định tuyến lưu lượng chuyển mạch gói tới vùng PS của mạng lõi. 2.2.1. Các thiết bị di động, các thuê bao, và các đặc điểm của chúng. Một thiết bị di động trong mạng GSM được gọi là trạm di động, MS đồng bộ với thiết bị người dùng(UE) trong UMTS. Hình 2.8 minh hoạ cấu trúc chức năng của một ME. UE bao gồm một thiết bị máy di động (ME) và Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM). USIM được phát triển dưa trên module nhận dạng thuê bao (SIM) được sử dụng trong các hệ thống GSM. Một ME bao gồm đầu cuối máy di động (MT) và thiết bị đầu cuối (TE). ME là thiết bị người dùng sử dụng để truy nhập vào các dịch vụ mạng. TE cung cấp các chức năng cho việc hoạt động của các giao thức truy nhập. Nói một cách khác, MT hỗ trợ việc truyền sóng vô tuyến và quản lý kênh. Tùy vào các ứng dụng mà một MT có thể có một kết nối của các bộ thích ứng đầu cuối khác. Thực tế, MT có thể là một máy di động cầm tay và TE có thể là máy tính xách tay. Ta cũng có thể tích hợp cả MT và TE trong cùng một thiết bị. Mỗi MT được xác định bởi một bộ nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế duy nhất toàn cầu. Mỗi trạm di động có thể được bố trí để truy nhập vào vùng PS hoặc chỉ vào vùng CS hoặc cả vùng CS và PS. Hình 2.8 : Kiến trúc chức năng của một thiết bị người dùng (UE) Mỗi thuê bao truy nhập vào các dịch vụ của mạng 3GPP được ấn định một bộ nhận dạng thuê bao di động quốc tế toàn cầu duy nhất (IMSI). Mỗi thuê bao có một IMSI cố định. Mỗi thuê bao sử dụng IMSI của mình là một phương pháp chung để truy nhập vào các dịch vụ PS, dịch vụ CS hay cả dịch vụ PS và CS cùng một lúc. IMSI của mỗi thuê bao được lưu trữ trên một USIM ở một tram di động. Mối thuê bao có thể di chuyển USIM của mình từ trạm di động này đến trạm di động khác để thuê bao đó có thể sử dụng các trạm di động khác nhau để truy nhập vào mạng trong khi nó đang được một mạng nhận dạng là cùng một thuê bao. Mạng sử dụng IMSI để nhận dạng một thuê bao và để nhận dạng các dịch vụ mạng và các nguồn tài nguyên mà thuê bao sử dụng cho các mục đích của mình. IMSI của một máy di động có thể được sử dụng như là bộ nhận dạng của di động ở các lớp đa giao thức trong mạng 3GPP, ví dụ như ở lớp vật lý, lớp liên kết và lớp mạng. Một IMSI có thể chỉ gồm các ký tự bằng số 0 đến 9. Nó gồm có 3 phần được trình bày ở hình 2.9. Hình 2.9 : Cấu trúc của bộ nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI) Mã quốc gia di động (MCC): Mỗi MCC nhận dạng duy nhất một quốc gia mà thuê bao di động thường trú. Mã mạng di động (MNC): Mỗi MNC xác định duy nhất một mạng PLMN thường trú của một thuê bao di động trong quốc gia thường trú của thuê bao di động đó. MNC có thể dài 2 hay 3 số, phụ thuộc vào giá trị của MCC. Số nhận dạng thuê bao di động (MSIN): Mỗi MSIN xác định duy nhất một thuê bao di động bên trong một PLMN. Sự cấp phát các MCC được quản lý bởi ITU-T. MNC+MSIN nói chung được đề cập tới là bộ nhận dạng thuê bao di động quốc gia (NMSI). Các NMSI được cấp phát bởi sự quản lý bằng số trong mỗi quốc gia. Khi có hơn một PLMN tồn tại trong một nước, một MNC duy nhất được ấn định cho mỗi mạng PLMN. Để giảm bớt sự cần thiết phải truyền IMSI- để nhận dạng duy nhất một thuê bao di động-qua không khí, 3GPP sử dụng bộ nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI) để xác định một di động bất cứ khi nào có thể. Mỗi TMSI là một số có 4-octet được ấn định tạm thời cho một máy di động bằng một MSC/VLR cho các dịch vụ chuyển mạch kênh hay bằng một SGSN cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Hai bit có ý nghĩa nhất trong một TMSI chỉ rõ TMSI nào là để cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Một TMSI cho các dịch vụ chuyển mạch gói được đề cập đến là một Packet TMSI hay P-TMSI. Mỗi MSC hay SGSN sử dụng một TMSI để xác định duy nhất một di động. Còn TMSI sẽ chỉ được cấp phát ở dạng mật mã. Hơn nữa, việc thẩm định sẽ được diễn ra để đảm bảo sự tương thích giữa IMSI và TMSI của một thuê bao di động chỉ được máy di động và nút mạng (MSC hay SGSN) –nút được ấn định TMSI- biết đến. TMSI của thuê bao di động, thay vì IMSI của nó, sẽ vì vậy mà được sử dụng là bộ nhận dạng của thuê bao di động bất cứ khi nào có thể trong các tin nhắn báo hiệu được truyền qua không khí. Vì chỉ có thuê bao di động và MSC (hay SGSN) –nút được ấn định TMSI cho di động- biết sự tương thích giữa IMSI và TMSI của một thuê bao di động và vì vậy một TMSI có giá trị chỉ khi người dùng được MSC hay SGSN –nút được ấn định TMSI- phục vụ, hiệu quả an toàn của việc truyền TMSI không được mã hoá qua không khí sẽ thấp hơn sự truyền IMSI không được mã hoá. Để gửi và nhận các gói IP qua vùng PS của mạng lõi, một máy di động cũng cần phải được cấu hình với ít nhất là một địa chỉ IP. Thuê bao di động có thể sử dụng nhiều địa chỉ IP đồng thời. Mặc dù vậy, một thuê bao di động không cần đòi hỏi phải có một địa chỉ IP có giá trị ở tất cả các thời điểm trong khi nó được kết nối tới vùng PS. Để thay thế, một thuê bao di động có thể thu được một địa chỉ IP chỉ khi nó cần phải làm cho các dịch vụ dữ liệu gói hoạt động qua vùng PS của mạng lõi. 2.2.2. Vùng chuyển mạch kênh trong mạng lõi Vùng CS bao gồm tất cả các thực thể mạng lõi để cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu chuyển mạch kênh cho các thuê bao di động. Vùng chuyển mạch kênh trong mạng lõi được xây dựng dựa trên các kỹ thuật của mạng lõi GSM. Các thực thể mạng chính của nó là: Tổng đài di động cổng Gateway MSC Cổng Gateway MSC Bộ ghi định vị tạm trú VLR Bộ phục vụ thuê bao thường trú HSS. Bộ ghi nhận thực thiết bị EIR và trung tâm nhận thực AuC. MSC đóng vai trò chuyển mạch và các chức năng điều khiển cuộc gọi cần thiết để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cơ bản cho các đầu cuối di động. Mặt khác, nó cũng giữ chức năng quản lý di động, bao gồm các chức năng đăng ký vị trí và handoff cho các đầu cuối di động. MSC liên kết các RAN tới vùng CS trong mạng lõi. Một MSC có thể nối với nhiều BSS trong GSM hay với nhiều RNS trong UTRAN. Trong 3GPP Release 5, vùng CS trong mạng lõi có một sự cải tiến đáng kể so với các release trước: nó cho phép các chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi của một MSC trở nên được tách rời và được thực hiện trên mỗi thực thể mạng riêng biệt: MSC Server cho việc xử lý chức năng điều khiển cuộc gọi và quản lý di động. CS Media Gateway (CS-MGW) cho việc xử lý chuyển mạch kênh, chuyển đổi phương tiện, và qúa trình xử lý trọng tải (ví dụ như loại bỏ tiếng vang, lập-giải mã) và vận chuyển trọng tải qua các mạch. Sự tách rời chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi cho phép các kỹ thuật chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi phát triển độc lập. Nó cũng giúp cho việc tăng khả năng mở rộng mạng. Ví dụ, một MSC Server có thể hỗ trợ nhiều CS-MGW và các MSC mới và/hoặc các CS-MGW có thể được thêm vào để tăng khả năng điều khiển cuộc gọi và/hoặc khả năng chuyển mạch. Một MSC riêng biệt được gọi là Gateway MSC (GMSC) có thể được sử dụng để kết nối với các mạng chuyển mạch kênh bên ngoài. Một GMSC có trách nhiệm trong việc định tuyến cuộc gọi chuyển mạch kênh tới các đích cuối cùng của nó trong các mạng bên ngoài. Các chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi của một GMSC có thể cũng được tách ra và được thực hiện trên các thực thể mạng riêng biệt: CS-MGW cho việc chuyển mạch và điều khiển phương tiện và một GMSC Server cho việc điều khiển cuộc gọi. Một VLR duy trì vị trí và dịch vụ thu thập thông tin cho các di động tạm trú tạm thời trong khi chúng ở bên trong phần được điều khiển bởi VLRcủa mạng. Nó theo dõi vị trí của một di động tạm trú và báo tin cho HLR của di động tạm trú về vị trí hiện tại của di động. Nó khôi phục dịch vụ thu thập thông tin của một di động tạm trú từ HLR của di động đó, duy trì một bản sao thông tin trong khi di động tạm trú ở bên trong phần được điều khiển bởi VLR của mạng và sử dụng thông tin để cung cấp dịch vụ điều khiển cho di động tạm trú. Một VLR nói chung được hòa nhập với mỗi MSC bởi vì không có một giao diện chuẩn mở nào được xác định giữa một MSC và một VLR. Giao thức MAP (Mobile Application Part) được sử dụng trong việc báo hiệu giữa một VLR và một HLR. Các bộ phục vụ thông tin khác là HSS, EIR và AuC được chia sẻ bởi các vùng PS và CS. 2.2.3. Vùng chuyển mạch gói trong mạng lõi (PS CN Domain ) Vùng PS CN cung cấp các chức năng chính dưới đây để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói: Điều khiển truy nhập mạng: xác định những thuê bao di động nào được cho phép để sử dụng vùng PS. Các chức năng này bao gồm việc đăng ký, việc nhận thực và việc uỷ quyền, điều khiển sự cho phép, việc chọn lọc tin nhắn, và thu thập dữ liệu sử dụng. Định tuyến và vận chuyển gói: định tuyến các gói tin người dùng đến các đích của chúng hoặc trong cùng một PLMN hoặc trong các mạng bên ngoài. Quản lý di động: Cung cấp các chức năng quản lý di động ở lớp mạng. Các chức năng này bao gồm việc theo dõi các vị trí của các đầu cuối di động, đánh dấu thời điểm bắt đầu để xác định vị trí chính xác của một di động cụ thể khi mạng có dữ liệu để gửi cho di động, và duy trì cập nhật mạng lõi định tuyến tới di động khi chúng di chuyển. Vùng PS được xây dựng trên nền mạng GPRS. Như trong GPRS, vùng PS CN 3GPP bao gồm hai loại nút mạng chính: Serving GPRS Support Node (SGSN) Gateway GPRS Support Node (GGSN) Một SGSN liên kết một hay nhiều RAN tới một PS CN. Một SGSN giữ các chức năng cụ thể sau đây: Điều khiển truy nhập: SGSN có trách nhiệm trong việc tạo ra đường đầu tiên của điều khiển truy nhập người dùng vào vùng PS CN. SGSN tạo ra một đường điều khiển tổng hợp để truy nhập vào vùng PS CN. Quản lý vị trí: SGSN theo dõi các vị trí của các di động sử dụng các dịch vụ chuyển mạch gói. Nó có thể báo cáo thông tin vị trí tới HLR, vì vậy thông tin vị trí này có thể được sử dụng, ví dụ, bằng GGSN để hoàn thành các trình tự mạng được khởi đầu để thiết lập kết nối với các di động. Quản lý định tuyến: SGSN có trách nhiệm trong việc duy trì một bộ định tuyến tới một GGSN cho mỗi di động và để chuyển tiếp lưu lượng người dùng giữa di động và GGSN. Đánh số trang: SGSN có trách nhiệm trong các hoạt động đánh số trang khởi đầu vào lúc dữ liệu người dùng nhận được đi đến các di động đơn lẻ. Giao diện với các nền điều khiển dịch vụ: SGSN là điểm tiếp xúc với các chức năng CAMEL cho các dịch vụ GPRS và IP cơ bản. CAMEL (Customized Applicatión for Mobile Enhanced Logic) là một tập hợp các thủ tục và các giao thức cho phép một mạng hoạt động để tạo ra các dịch vụ hoạt động đặc biệt tới các thuê bao của nó thậm chí khi các thuê bao hiện tại đang thuộc các mạng ở ngoài nước. Ví dụ, CAMEL có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ trả trước, chẳng hạn như các cuộc gọi trả trước và dịch vụ bản tin ngắn trả trước (SMS). Một GGSN phục vụ như là giao diện giữa vùng PS CN và mạng gói khác (ví dụ như Internet, intranet, phân hệ đa phương tiện IP 3GPP). Một GGSN có thể được sử dụng để hỗ trợ cho cả các GERAN và các UTRAN. Một GGSN cung cấp các chức năng đặc biệt sau đây: Trung tâm định tuyến và chuyển tiếp gói: Một GGSN hoạt động như là một trung tâm định tuyến và chuyển tiếp gói cho các gói tin người dùng. Tất cả các gói tin người dùng tới và từ một di động trong một PLMN sẽ được gửi đầu tiên tới một GGSN, GGSN mà chúng ta sẽ đề cập tới là GGSN phục vụ của di động. GGSN phục vụ của di động sau đó sẽ chuyển tiếp các gói tin người dùng này về phía các điểm đích cuối cùng của chúng. Quản lý định tuyến và di động: GGSN phục vụ của một di động theo dõi SGSN là mỗi di động phục vụ hiện tại (SGSN mà chúng ta đề cập tới là SGSN phục vụ của di động). GGSN duy trì một bộ định tuyến tới SGSN phục vụ của di động và sử dụng bộ định tuyến để trao đổi lưu lượng người dùng với SGSN. IP được sử dụng là một giao thức cơ bản trong việc vận chuyển lưu lượng giữa các SGSN và giữa một SGSN với một GGSN. IP cũng là giao thức định tuyến giữa các GGSN và giữa một GGSN với bất kỳ một mạng IP khác. Các địa chỉ IP riêng có thể được sử dụng để định vị các SGSN và các GGSN bên trong một PLMN. Khi một PLMN sử dụng các địa chỉ IP riêng, các bộ chuyển địa chỉ mạng (Network Address Translators NAT) sẽ là cần thiết để chuyển đổi giữa các địa chỉ IP riêng được sử dụng bên trong một PLMN và các địa chỉ IP công cộng được sử dụng trong mạng công cộng, do vậy các di động bên trong mạng PLMN có thể giao tiếp với các đầu cuối bên ngoài PLMN. Mỗi PLMN có thể có nhiều mạng IP được tách riêng một cách logic được đề cập đến là các vùng địa chỉ IP. Mỗi vùng địa chỉ IP có thể cũng sử dụng các địa chỉ IP riêng có sẵn. Các Gateway và firewall có thể được sử dụng để liên kết các vùng địa chỉ IP. Các SGSN và GGSN cũng được xác định bằng các SGSN Number và GGSN Number một cách tương ứng. Các SGSN Number và GGSN Number được sử dụng đầu tiên với các giao thức non-IP, ví dụ như các giao thức MAP hay giao thức báo hiệu số 7. Các SGSN và GGSN có thể là cần thiết để sử dụng các giao thức non-IP nay để giao tiếp, ví dụ như giao tiếp với HSS. 2.3. PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IMS (IP Multimedia Subsystem) 3GPP Release 5 đã giới thiệu IMS để cung cấp các thực thể mạng lõi giúp cho việc hỗ trợ dịch vụ thoại thời gian thực và các dịch vụ IP đa phương tiện. IMS sử dụng SIP (Session Initiation Protocol) một giao thức báo hiệu ở lớp ứng dụng được IETF xác định-cho việc báo hiệu và điều khiển phiên cho tất cả các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực. Sử dụng các giao thức IETF chuẩn cho phép IMS được thực hiện không cần lệ thuộc vào các giao thức báo hiệu được xác định cho các mạng chuyển mạch kênh truyền thống. 2.3.1. Kiến trúc IMS IMS cung cấp tất cả các thực thể mạng và các thủ tục để hỗ trợ dịch vụ thoại thời gian thực và các ứng dụng IP đa phương tiện. Nó sử dụng SIP để hỗ trợ báo hiệu và điều khiển phiên cho các dịch vụ thời gian thực. Hình 2.10 minh hoạ cấu trúc chức năng của IMS. Chức năng chính của IMS là chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi (CSCF). Một CSCF là một bộ phục vụ SIP. Phụ thuộc vào từng nhiệm vụ cụ thể của một CSCF mà các CSCF có thể được chia ra làm ba loại chính: CSCF phục vụ (S-CSCF). CSCF uỷ nhiệm (P-CSCF). CSCF thẩm vấn (I-CSCF). Một CSCF cung cấp các dịch vụ điều khiển phiên cho một người dùng. Nó duy trì các trạng thái phiên cho các phiên đang hoạt động của một người dùng được đăng ký và nó còn có các chức năng sau: Đăng ký: Một S-CSCF có thể hoạt động như là một bộ đăng ký SIP để chấp nhận các yêu cầu đăng ký SIP của người dùng, thực hiện đăng ký SIP và chấp nhận thông tin về vị trí có giá trị để định vị các bộ phục vụ như là các HSS. Điều khiển phiên: Một S-CSCF có thể thực hiện các chức năng điều khiển phiên cho một người dùng đă được đăng ký. Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP giữa thực thể gọi và thực thể được gọi. Bộ phục vụ uỷ nhiệm: Một S-CSCF có thể hoạt động như là một bộ phục vụ uỷ nhiệm SIP để cho phép chuyển tiếp các tin nhắn SIP giữa những người dùng và các CSCF khác hay các bộ phục vụ SIP. Hoạt động tương tác với các bộ phục vụ ứng dụng: Một S-CSCF hoạt động như là giao diện với các bộ phục vụ ứng dụng và IP khác hay các nền dịch vụ có sẵn. Các chức năng khác: Một S-CSCF còn có một vài chức năng khác. Ví dụ nó cung cấp các khai báo sự kiện có liên quan đến dịch vụ cho người dùng và tạo ra các báo cáo đặc điểm cuộc gọi (Call Detail Record CDR) cần thiết cho việc tính cước và báo giá. Hình 2.10: Phân hệ đa phương tiện IP của 3GPP Một P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên của một thuê bao di động bên trong một IMS cục bộ (hay tạm trú). Nó hoạt động như là một một bộ phục vụ uỷ nhiệm SIP. Nói một cách khác, P-CSCF chấp nhận các đòi hỏi SIP từ các di động và sau đó phục vụ các đòi hỏi nội tại này hoặc chuyển tiếp chúng tới các bộ phục vụ khác. P-CSCF bao gồm chức năng điều khiển hoạt động (PCF) để điều khiển việc các vật mang trong GGSN nên được sử dụng như thế nào. P-CSCF có các chức năng đặc biệt sau đây: Chuyển tiếp yêu cầu trên thanh ghi SIP từ một di động đến mạng thường trú của di động đó. Một I-CSCF được sử dụng trong mạng thường trú của di động thì P-CSCF sẽ chuyển tiếp yêu cầu trên thanh ghi SIP đến I-CSCF. Mặt khác, P-CSCF sẽ chuyển tiếp yêu cầu trên thanh ghi SIP đến một S-CSCF trong mạng thường trú của di động. P-CSCF xác định vị trí mà yêu cầu trên thanh ghi SIP nên được chuyển tiếp dựa vào tên vùng thường trú trong yêu cầu trên thanh ghi SIP nhận được từ di động. Chuyển tiếp các tin nhắn SIP khác từ một di động đến một bộ phục vụ SIP (ví dụ là S-CSCF của di động trong mạng thường trú của di động đó). P-CSCF xác định đến bộ phục vụ SIP nào mà tin nhắn được chuyển tiếp tới dựa trên kết quả xử lý của việc đăng ký SIP. Chuyển tiếp các tin nhắn SIP từ mạng đến một di động. Thực hiện các thay đổi cần thiết cho các yêu cầu SIP trước khi chuyển tiếp chúng tới các thực thể mạng khác. Duy trì sự liên kết an toàn với di động. Tìm ra phiên khẩn cấp. Tạo nên các CDR. Một I-CSCF có chức năng tuỳ ý, được sử dụng để che đi cấu trúc bên trong của mạng hoạt động từ mạng bên ngoài khi một I-CSCF được sử dụng. Nó hoạt động như một điểm tiếp xúc trung tâm bên trong một mạng hoạt động cho tất cả các phiên được chọn đến một thuê bao của mạng đó hay của mạng tạm trú hiện thời của một người dùng khi chuyển vùng. Chức năng chính của nó là để lựa chọn một S-CSCF cho một phiên của một người dùng, định tuyến các yêu cầu SIP đến S-CSCF được lựa chọn và tạo ra các CDR. I-CSCF lựa chọn một S-CSCF chủ yếu dựa trên các thông tin sau: dung lượng các yêu cầu của người dùng, dung lượng và ích lợi của các S-CSCF và thông tin hình học ví dụ như vị trí của một S-CSCF và vị trí của các P-CSCF của người dùng nếu như chúng ở trong cùng mạng hoạt động với các S-CSCF. Chức năng điều khiển Media Gateway (MGCF) và IM Media Gateway (IM-MGW) có trách nhiệm trong việc báo hiệu và môi trường làm việc liên kết, lần lượt, giữa vùng chuyển mạch gói và các mạng chuyển mạch kênh (ví dụ như PSTN). Bộ xử lý chức năng nguồn đa phương tiện (MRFP) điều khiển vật mang trên giao diện Mb, bao gồm xử lý các luồng phương tiện (ví dụ như chuyển mã audio). Bộ điều khiển chức năng nguồn đa phương tiện (MRFC) làm sáng tỏ thông tin báo hiệu từ một S-CSCF hay một bộ phục vụ ứng dụng dựa trên giao thức SIP và điều khiển các luồng tài nguyên trong MRFP sao cho phù hợp. MRFC cũng có trách nhiệm trong việc tạo ra các CDR. Chức năng điều khiển Breakout Gateway (BGCF) sẽ chọn tới mạng PSTN nào mà một phiên nên được chuyển tiếp. Sau đó nó sẽ có trách nhiệm trong việc chuyển tiếp phiên báo hiệu tới MGCF và BGCF thích hợp trong mạng PSTN đích. 2.3.2. Đánh địa chỉ trạm di động để truy nhập vào IMS Hình 2.11: Đánh địa chỉ cho trạm di động để truy nhập vào dịch vụ IMS Để cho một thuê bao di động sử dụng các dịch vụ được cung cấp bởi một IMS tạm trú, di động cần phải có một địa chỉ IP (ví dụ như địa chỉ PDP của di động đó). Địa chỉ IP này là phần logic của vùng địa chỉ IP của IMS tạm trú như minh họa ở hình 2.11. Một nội dung PDP sẽ được kích hoạt cho địa chỉ này để cho các gói được đánh địa chỉ tới địa chỉ IP này có thể được chuyển tiếp tới di động do tác động của vùng gói 3GPP. Không gian địa chỉ IP được IMS sử dụng và trong một RAN có thể được tách rời ra. Điều này cũng tương tự như trong trường hợp RAN là một LAN không dây. Trong một viễn cảnh như vậy, các gói IP được đánh địa chỉ tới một địa chỉ IP trong không gian địa chỉ IP của IMS có thể không được định tuyến tới di động thông qua các cơ cấu định tuyến và chuyển tiếp IP hợp lệ. 2.4. KIẾN TRÚC DỊCH VỤ. Hình 2.12: Kiến trúc dịch vụ cho các dịch vụ thời gian thực Theo các đặc điểm của 3GPP, mỗi di động có một mạng thường trú và có thể đăng ký một tập hợp các dịch vụ với mạng thường trú của nó (Home Subscribed Services). Theo các đặc điểm của 3GPP đòi hỏi mạng thường trú của di động cung cấp sự điều khiển dịch vụ cho các dịch vụ được đăng ký thường trú của di động thậm chí khi di động đang ở trong một mạng tạm trú. Đặc biệt S-CSCF của một di động sẽ luôn là một S-CSCF trong mạng thường trú của di động. Yêu cầu này dẫn đến hình thành 2 kiến trúc dịch vụ cơ bản để cung cấp các dịch vụ thời gian thực như minh họa ở hình 2.12. Hai cấu trúc có khác nền dịch vụ không thuộc về mạng thường trú của di động hay bộ cung cấp dịch vụ bên ngoài đến mạng thường trú của di động đó. Một nền dịch vụ cung cấp sự điều khiển dịch vụ cho các dịch vụ thời gian thực. Một nền dịch vụ có thể là một tập hợp các bộ phục vụ ứng dụng dựa trên giao thức SIP hay một nền dịch vụ có sẵn, ví dụ bộ phục vụ CAMEL (Customized Applications for Mobile Enhanced Logic). I-CSCF trong hình 2.12 được thể hiện là một hình hộp vẽ bằng đường nét đứt để chỉ ra rằng I-CSCF là không bắt buộc. Với cả hai kiến trúc dịch vụ, yêu cầu SIP đầu tiên từ một di động chuyển động từ vị trí ban đầu đến P-CSCF tạm trú đầu tiên, sau đó chuyển yêu cầu này tới I-CSCF (nếu như được sử dụng) trong mạng thường trú của di động gốc. I-CSCF này sẽ lựa chọn một S-CSCF trong mạng thường trú cho phiên người dùng này và chuyển yêu cầu SIP tới S-CSCF được lựa chọn. Từ điểm tiếp theo này, các tin nhắn SIP sau đó cho phiên của di động sẽ di chuyển trực tiếp giữa P-CSCF tạm trú và S-CSCF trong mạng thường trú của di động. Hình 2.13: Hoạt động tương tác giữa S-CSCF và các nền dịch vụ S-CSCF có vai trò là mặt tiếp giáp với các nền dịch vụ trong và ngoài như minh hoạ ở hình 2.13. Có 3 loại nền dịch vụ chuẩn: (1) bộ phục vụ ứng dụng SIP, (2) bộ phục vụ khả năng dịch vụ (SCS) truy nhập dịch vụ mở (OSA), (3) chức năng chuyển mạch dịch vụ đa phương tiện IP (IM-SSF). Các dịch vụ được chúng đưa ra là các dịch vụ có giá trị được thêm vào (VAS) hay các dịch vụ hoạt động đặc biệt. S-CSCF sử dụng cùng giao diện, giao diện điều khiển dịch vụ IMS (ISC), để tiếp xúc với tất cả các dịch vụ. Giao thức báo hiệu qua giao diện ISC là SIP. Giao diện OSA SCS và giao diện IM-SSF lần lượt tới bộ phục vụ ứng dụng OSA và môi trường dịch vụ CAMEL (CSE). Mặc dù từ sự trông xa của S-CSCF, chúng vẫn thể hiện tất cả cùng một hình thái giao diện ISC. Các dịch vụ được miêu tả vắn tắt: SIP Application Server: Ngoài điều khiển phiên, một bộ phục vụ SIP có thể cũng cung cấp các dịch vụ đa dạng có giá trị được thêm vào. Một bộ phục vụ chỉ dựa một phần rất nhỏ trên giao diện SIP cho phép CSCF sử dụng các dịch vụ trên giao diện SIP và hoạt động với các bộ phục vụ ứng dụng SIP mà không cần các thành phần thêm vào. CAMEL Service Environment (CSE): CSE cung cấp các dịch vụ mạng thông minh (IN). Nó cho phép các bộ hoạt động thúc đẩy cơ sở hạ tầng có sẵn cho các dịch vụ IMS. Vì được xác định sớm hơn, CSCF có tác động qua lại với CSE thông qua IM-SSF. IM-SSF điều khiển các đặc tính CAMEL và liên kết với CSE bằng CAP (CAMEL Application Part). OSA Application Server: Các ứng dụng có thể được phát triển bởi các tổ chức 3G nhưng không phải là sở hữu kiến trúc mạng. Cấu trúc bộ phục vụ ứng dụng OSA cung cấp một phương pháp chuẩn cho các tổ chức 3G để truy nhập an toàn vào IMS. Kiến trúc chuẩn OSA xác định một bộ phục vụ ứng dụng OSA như là môi trường thực hiện dịch vụ cho các ứng dụng 3G. Bộ phục vụ ứng dụng sau đó liên kết với CSCF qua OSA SCS bằng OSA API (Application Programming Interface). 2.4.1. Đăng ký với IMS Để truy nhập vào IMS trong một mạng tạm trú, một di động cần phải trải qua các bước sau: Phát hiện P-CSCF cục bộ: Di động cần phải phát hiện ra địa chỉ IP của một P-CSCF cục bộ trong IMS tạm trú bởi vì P-CSCF cục bộ sẽ là điểm tiếp xúc đầu tiên của di động trong IMS tạm trú và đại diện cho di động đăng ký với IMS. Đăng ký với IMS: Di động cần phải thực hiện đăng ký SIP với IMS tạm trú và IMS thường trú của di động (có thể khác với IMS tạm trú). P-CSCF cục bộ (hay tạm trú) có thể được phát hiện ở một trong hai phương pháp sau đây: Di động thu được địa chỉ IP của một P-CSCF cục bộ từ GGSN tạm trú, GGSN này là phần xử lý sự hoạt động nội dung PDP. Di động sử dụng DHCP để tìm ra địa chỉ IP của một P-CSCF cục bộ sau khi nội dung PDP được làm cho hoạt động. Nếu di động có mong muốn đạt được địa chỉ IP của một P-CSCF cục bộ như là phần xử lý hoạt động nội dung PDP thì di động sẽ xác định yêu cầu đó trong tin nhắn yêu cầu nội dung PDP hoạt động. Dấu hiệu này sẽ được chuyển tiếp trong suốt bằng SGSN tới GGSN. GGSN sẽ đạt được địa chỉ IP của các P-CSCF có giá trị và thể hiện chúng trong tin nhắn trả lời nội dung PDP gửi trở lại SGSN, SGSN sẽ chuyển các địa chỉ này một cách trong suốt tới di động. Hình 2.14: Phát hiện P-CSCF cục bộ của 3GPP Nếu như di động mong muốn sử dụng DHCP để phát hiện ra P-CSCF cục bộ. Đầu tiên nó phải làm cho một nội dung PDP hoạt động với một địa chỉ PDP rỗng. Như minh hoạ ở hình 2.14, di động sau đó sẽ phải hỏi xem bộ phục vụ DHCP trên mạng tạm trú để đạt được các tên vùng của các P-CSCF cục bộ và địa chỉ IP của một bộ phục vụ hệ thống tên vùng IP (DNS), DNS có khả năng quyết định tên vùng của một P-CSCF tới địa chỉ IP của nó. Di động không cần biết địa chỉ IP của bộ phục vụ DHCP trước khi gửi các câu hỏi tới bộ phục vụ DHCP. Để thay thế, di động sẽ đánh địa chỉ các câu hỏi DHCP đầu tiên của nó cho các địa chỉ IP quảng bá cục bộ. Một khi di động biết được tên vùng của một P-CSCF, nó có thể hỏi DNS để khôi phục lại địa chỉ IP của P-CSCF. Sau khi di động phát hiện được P-CSCF cục bộ trong IMS tạm trú, nó có thể bắt đầu quá trình đăng ký SIP. Mạng thường trú của di động xác định di động nào được nhận thực để sử dụng một IMS tạm trú dựa trên sự thu thập dịch vụ của di động và sự thoả thuận giữa mạng thường trú và mạng tạm trú. Vì vậy, sự truy nhập của một di động có thể chỉ được nhận thực sau khi di động đó đã đăng ký thành công với mạng thường trú của nó. Hình 2.15 miêu tả luồng tin nhắn báo hiệu cho một di động khi thực hiện sự đăng ký IMS trong khi di động ở bên trong mạng tạm trú. Đầu tiên di động gửi một yêu cầu SIP REGISTER tới P-CSCF tạm trú được xác định bởi Flow 1. Yêu cầu SIP REGISTER sẽ mang hai thành phần thông tin quan trọng: nhận dạng di động và tên vùng mạng thường trú của di động. Hình 2.15: Thủ tục đăng ký IMS của 3GPP P-CSCF tạm trú kiểm tra tên vùng mạng thường trú chứa đựng trong yêu cầu SIP REGISTER nhận được từ di động để xác định điểm tiến vào mạng thường trú của di động, ví dụ một I-CSCF hay một S-CSCF. Được xác định bằng Flow 2, P-CSCF tạm trú sau đó sẽ chuyển yêu cầu SIP REGISTER tới điểm tiến vào (giả sử là I-CSCF) trong mạng thường trú của người dùng với thông tin được thêm vào chú ý tới tên và địa chỉ của P-CSCF thêm vào, bộ nhận dạng của mạng tạm trú. Được miêu tả bằng Flow 3, vào lúc nhận được yêu cầu SIP REGISTER từ mạng tạm trú, I-CSCF trong mạng thường trú của di động sẽ gửi IMSI của di động và bộ nhận dạng của mạng tạm trú tới HSS trong mạng thường trú trong một tin nhắn Cx-Query (qua giao diện Cx) để yêu cầu HSS kiểm tra xem người sử dụng nào được nhận thực để sử dụng IMS tạm trú. HSS gửi trả lại kết quả tới I-CSCF trong tin nhắn trả lời Cx-Query (Flow 4). Nếu như người sử dụng được nhận thực để sử dụng IMS tạm trú và HSS biết tên của S-CSCF trong mạng thường trú của di động, là mạng có thể được sử dụng để phục vụ người dùng (ví dụ khi người dùng đã đăng ký với mạng thường trú trước đó), HSS sẽ gửi trở lại vùng tên I-CSCF của S-CSCF cho người dùng. I-CSCF quyết định vùng tên của S-CSCF đến địa chỉ IP của S-CSCF thông qua việc sử dụng DNS. I-CSCF sau đó sẽ chuyển yêu cầu SIP REGISTER của người dùng đến S-CSCF được lựa chọn (Flow). Nhờ vào việc nhận yêu cầu SIP REGISTER, S-CSCF sẽ gửi tên của nó cùng với đặc điểm nhận dạng của di động tới HSS trong một tin nhắn Cx-Put (qua giao diện Cx) như minh hoạ trong Flow 8. Nhờ vào việc nhận câu trả lời Cx-Put (Flow 9) từ HSS, S-CSCF sẽ gửi một tin nhắn Cx-Pull (Flow 10) đến HSS để khôi phục lại thông tin thu thập dịch vụ của di động. HSS sẽ trả lời bằng tin nhắn đáp ứng Cx-Pull (Flow 11) chứa đựng thông tin thu thập dịch vụ được yêu cầu. S-CSCF sẽ tiếp nhận thông tin này và sử dụng nó để điều khiển các phiên ứng dụng của người dùng (Flow 12). Sau khi thực hiện sự điều khiển logic các dịch vụ được yêu cầu, S-CSCF sẽ trả lời yêu cầu của SIP REGISTER từ I-CSCF bằng một tin nhắn SIP 200 OK (Flow 13). Được xác định bằng Flow 14, tin nhắn 200 OK sẽ được chuyển tiếp xa hơn tới P-CSCF trong mạng tạm trú để thực hiện thành công việc đăng ký SIP. Khi nhận được tin nhắn SIP 200 OK từ mạng thường trú của di động, P-CSCF tạm trú sẽ ghi lại các thông tin liên quan đến mạng thường trú (ví dụ như địa chỉ của S-CSCF trong mạng thường trú của di động) được chứa đựng trong tin nhắn. P-CSCF sau đó sẽ chuyển tin nhắn SIP 200 OK tới di động được xác định bằng Flow 15, hoàn thành quá trình đăng ký SIP. Sau thành công của việc đăng ký SIP, S-CSCF trong mạng thường trú của di động có thể chuyển tiếp đơn giản tin nhắn SIP ngay sau khi các tin nhắn SIP đến di động trực tiếp để đén P-CSCF trong mạng tạm trú, cụ thể là nó không đi qua I-CSCF trong IMS thường trú của di động. P-CSCF có thể cũng chuyển theo sau các tin nhắn SIP mà không cần các đòi hỏi SIP REGISTER, tới S-CSCF trong mạng thường trú của di động một cách trực tiếp. Quá trình đăng ký được nêu ra ở trên là sự đăng ký ở lớp ứng dụng trong IMS. Nó phải được thực hiện sau khi sự đăng ký ở lớp truy nhập được diễn ra và kết nối IP được thiết lập. 2.4.2. Sự giải phóng khỏi IMS Sự giải phóng từ IMS có thể được khởi động di động hay khởi động mạng. Sự giải phóng khởi động mạng có thể cũng được khởi động bởi sự đăng ký thời gian timeout hay bởi một chức năng hành chính mạng như HSS hay S-CSCF. Hình 2.16 mô tả các luồng báo hiệu của sự giải phóng khởi động di động. Qúa trình tương tự như với thủ tục đăng ký được nói đến trong phần trước, trừ sự kết thúc thời gian là zero trong SIP REGISTER trong Flow 1, 2 và 5. Khi một thuê bao mong muốn giải phóng, nó chỉ cần gửi một yêu cầu SIP REGISTER mới. Do thuê bao đã được đăng ký sẵn sàng, HSS cho biết S-CSCF nào nên được tiếp xúc với Flow 4 trong đáp ứng để hỏi lại từ I-CSCF (Flow 3). Bởi vì thời gian kết thúc là zero; S-CSCF sẽ thực hiện các chức năng điều khiển dịch vụ cần thiết để giải phóng và di chuyển tất cả thông tin thu thập liên quan đến thuê bao này như là được chỉ ra trong Flow 6. S-CSCF sau đó sẽ gửi tên của bản thân nó cùng với các đặc điểm nhận dạng của di động tới HSS trong một tin nhắn Cx-Put như minh họa ở Flow 7. Căn cứ vào sự lựa chọn của bộ hoạt động mà Cx-Put cũng có thể hỏi HSS để xoá hay giữ lại tên S-CSCF cho thuê bao cụ thể. Trong trường hợp khác, HSS cho biết thuê bao không được đăng ký. Một khi S-CSCF nhận được đáp ứng Cx-Put, nó sẽ xoá tất cả thông tin đăng ký của thuê bao và tạo ra một tin nhắn 200 OK tới I-CSCF. Tương tự, P-CSCF sẽ phát hành tất cả thông tin đăng ký liên quan tới thuê bao khi nhận được tin nhắn 200 OK từ I-CSCF. Sự giải phóng khởi động mạng phụ thuộc vào sự đăng ký thời gian timout được minh họa ở hình 2.16. Một khi sự đăng ký ban đầu được hoàn thành, cả P-CSCF và S-CSCF duy trì cùng một bộ đếm thời gian cho phiên. Giả sử rằng các bộ đếm thời gian trong P-CSCF và S-CSCF là gần đủ vì vậy chúng không cần phải đồng bộ với nhau. Bộ đếm thời gian được refresh lại mỗi lần thuê bao đăng ký. Khi bộ đếm thời gian kết thúc, cả P-CSCF và S-CSCF phát hành tất cả thông tin đăng ký của thuê bao. Flow 2, 3 và 4 trong hình 2.17 thực hiện các chức năng giống như Flow 6, 7 và 8 trong hình 2.16. Hình 2.16: Sự giải phóng khởi động di động Để đăng ký thời gian timout, mạng cũng có thể giải phóng khỏi một phiên ứng dụng được khởi động bởi một chức năng hành chính. Điều này có thể xảy ra, ví dụ, khi mạng nhận thấy rằng một di động đang gặp sự cố. Hình 2.17 mô tả các luồng giải phóng được khởi động bởi HSS. Nhờ các đăng ký, HSS biết được tên của S-CSCF phục vụ thuê bao. HSS gửi tin nhắn Cx-Deregister, có thể bao gồm một lý do, tới S-CSCF để khởi động sự giải phóng. S-CSCF sau đó thực hiện các chức năng điều khiển dịch vụ cần thiết để giải phóng và di chuyển tất cả thông tin thu thập của người dùng. Sau đó, S-CSCF sẽ di chuyển thuê bao và gửi một tin nhắn Deregister tới P-CSCF. Lý do giải phóng nhận được từ HSS được bao gồm trong Flow 3. P-CSCF xoá thông tin người dùng và báo cho thuê bao di động bởi Flow 4 để giải phóng với lý do nhận được. Thực vậy, P-CSCF gửi một tin nhắn 200 OK trở lại S-CSCF (Flow 5). Do di động có thể ở ngoài vùng phủ sóng hay có thể không hoạt động đúng, di động có thể không nhận được tin nhắn báo lại của Flow 4 và có thể không phát ra Flow 6 của 200 OK. Hình 2.18 chỉ ra rằng P-CSCF thực hiện sự giải phóng và phát ra 200 OK tới S-CSCF mà không quan tâm xem di động có nhận được báo nhận của Flow 6 hay không. Khi nhận được tin nhắn 200 OK, S-CSCF gửi một tin nhắn đáp ứng Cx-Deregister (Flow 7) trở lại HSS. Hình 2.19 chỉ ra sự giải phóng được khởi động bởi S-CSCF. So sánh với hình 2.18, ở đây, đó là S-CSCF báo cho HSS với Flow 6 liên quan đến sự giải phóng. Hình 2.17: Sự giải phóng khởi động mạng bằng đăng ký timeout Hình 2.18: Sự giải phóng khởi động mạng bằng HSS Hình 2.19: Sự giải phóng khởi động mạng bằng S-CSCF 2.4.3. Các bộ phục vụ thông tin. Các bộ phục vụ thông tin duy trì thông tin cần thiết cho mạng hoạt động và để cung cấp các dịch vụ cho người dùng. Các vùng PS và CS chia sẻ cùng tập hợp các bộ phục vụ thông tin tới hạn. Các bộ phục vụ thông tin này là: Bộ phục vụ thuê bao thường trú (HSS): HSS là cơ sở dữ liệu logic chính gốc trong một PLMN để duy trì cho mạng thu thập thông tin của người dùng để điều khiển các dịch vụ mạng cung cấp cho người sử dụng. Thành phần chính của HSS là bộ ghi định vị thường trú (HLR), HLR để duy trì các đặc điểm của người sử dụng, các vị trí, và các dịch vụ thu thập thông tin. Trung tâm nhận thực (AuC): AuC là một thực thể logic để duy trì thông tin cần thiết cho mạng để nhận thực mỗi người dùng và để mã hoá thông tin thông qua đường vô tuyến. Các thực thể mạng truy nhập vào AuC thông qua HSS. Điều này sẽ loại bỏ sự cần thiết phải xác định các giao diện riêng giữa AuC và mỗi thực thể mạng, cần thiết cho việc truy nhập vào AuC. Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR): EIR là một thực thể logic để duy trì các IMEI của các thuê bao. 2.5. MODULE GIAO THỨC CHUẨN Hình 2.20: Kiến trúc mạng 3GPP và module giao thức chuẩn (Release 5) Hình 2.20 cung cấp một cái nhìn đóng về kiến trúc mạng 3GPP và chỉ ra module giao thức chuẩn cho cả vùng PS và CS. Một mạng 3GPP bao gồm một số lượng lớn các giao diện chức năng, chúng được phân ra thành các nhóm sau đây để tiện cho việc nghiên cứu: Các giao diện bên trong RAN: Các giao diện chính bên trong một GSM BSS là giao diện Abis giữa BSC và BTS và giao diện Um giữa di động và BTS. Giao diện Abis được xác định trong 48 dãy nối tiếp các đặc điểm kỹ thuật 3GPP: Các giao diện chính bên trong một UTRAN là: Giao diện Iub giữa RNC và nút B Giao diện Iur giữa hai nút RNC bên trong một UTRAN hay giữa một RNC trong UTRAN và một BSC trong một GERAN. Iur là một giao diện báo hiệu logic được sử dụng để hỗ trợ khả năng di động giữa các RNC. Nó có thể được thực hiện thậm chí trong sự vắng mặt của một kết nối vật lý trực tiếp giữa hai RNC (hay giữa một RNC và một BSC). Ví dụ, nếu như không có một kết nối vật lý trực tiếp giữa hai RNC tồn tại, giao diện Iur có thể được sử dụng bằng cách tạo một đường hầm cho các tin nhắn báo hiệu qua giao diện Iur từ một RNC đến các SGSN đi qua khác. Giao diện Uu giữa di động và nút B. Giao diện Uu được xác định trong khoảng 24 và 25 số nối tiếp của các thông số kỹ thuật 3GPP. Các giao diện Iub và Iur được xác định trong 25.4xx-nối tiếp của các thông số kỹ thuật của 3GPP. Các giao diện RAN-to-CN: GSM BSS có thể giao tiếp với vùng CS CN thông qua giao diện A hoặc giao diện Iu-CS. Giao diện A được xác định trong 48-số nối tiếp của các thông số kỹ thuật của 3GPP. GSM BSS có thể giao tiếp với vùng PS CN thông qua giao diện Gb hoặc giao diện Iu-PS Một UTRAN kết nối với vùng PS CN thông qua giao diện Iu-PS và kết nối tới vùng CS CN thông qua giao diện Iu-CS. Các giao diện Iu-CS và Iu-PS được xác định trong 25.41x-số nối tiếp các thông số kỹ thuật của 3GPP. Các giao diện A và Gb được thiết kế trong các mạng không dây 2G. Đặc biệt, giao diện A là để kết nối một GSM BSS tới một MSC thế hệ 2G và giao diện Gb là để kết nối một GSM BSS tới một SGSN thế hệ 2G. Các giao diện A và Gb vì vậy mà được sử dụng để hỗ trợ cho các đầu cuối di động ở các phiên bản trước R5. Các giao diện Iu được sử dụng để hỗ trợ cho các đầu cuối di động phiên bản R5. CN mà ta nói tới hoạt động trong chế độ Iu nếu như các RAN kết nối tới CN thông qua các giao diện Iu. Một di động có thể hoạt động trong một và chỉ một trong các chế độ dưới đây: - Chế độ A/Gb: truy nhập vào C