Chuyên đề Chuyển mạch mềm và định hướng phát triển lên IMS

mmunication Union Liên minh viễn thông quốc tế IVR Interacrive Voice Response Đáp ứng thoại tương tác IWG Interworking Gateway Cổng tương tác LAN Local Area network Mạng cục bộ LDAP Lightweight Directory Aceess Protocol Giao thức truy nhập danh bạ đơn giản MEGCO Media Gateway control Protocol Giao thức điều khiển cổng phương tiện MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng phương tiện MGCF Media Gateway Control Function Điều khiển cổng vào ra truyền thông MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng truyền thông MGW Media Gateway Function Chức năng cổng vào ra truyền thông MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MRFC Multimedia Resource Function Controller Bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MS Media Server Máy chủ phương tiện MTA Message Transfer Agent Đại lý chuyển tin nhắn NASS Network Attachment Subsystem Phân hệ truy nhập mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau OS Operating System Hệ điều hành OSS Operations Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động P-CSCF Proxy-CSCF CSCF ủy quyền PDF Policy Decision Function Chức năng quyết định chính sách PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng POTS Plain Old Telephone System Hệ thống điện thoại truyền thống PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QSIG Q Signaling Q tín hiệu RG Residental Gateway Cổng thuê bao RTCP Real-Time Transport Protocol Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực S-CSCF Serving-CSCF CSCF phục vụ SEN Service Excution Node Nút thực thi dịch vụ SGW Signalling Gateway Cổng vào ra báo hiệu SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SS7 Signalling system # 7 Giao thức báo hiệu số 7 TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TG Trunks Gateway Cổng giao tiếp TISPAN Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Networks Tổ chức hội tụ viễn thông và internet về dịch vụ và giao thức cho các mạng tiên tiến TMN Telecommunication Management Network Mạng giám sát viễn thông UE User Equipment Thiết bị của người dùng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động phổ biến URI Uniform Resource Identifier Nhận dạng tài nguyên đồng dạng VCC Voice Call Continuity Sự liên tục của cuộc gọi thoại VoDSL Voice Over Digital Subscriber Line Thoại trên kênh thuê bao số VoIP Voice over IP Thoại nhờ thức Internet VPN Virtual Private Networks Dịch vụ mạng riêng ảo WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia mã băng rộng WiMAX Wordwide Interoperability for Microwave Access Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba WLN Wireless Local Area Network Mạng nội vùng không dây xDSL x Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số Danh mục các hình vẽ Hình 1.1: Cấu trúc mạng thế hệ sau góc độ mạng Hình 1.2: Cấu trúc mạng NGN góc độ dịch vụ Hình 1.3: Cấu trúc tổng quan mạng NGN Hình 2.1: Kiến trúc của chuyển mạch mềm Hình 2.2 : Các thành phần của chuyển mạch mềm Hình 2.3 : Các chức năng của MGC Hình 2.4: Cấu trúc phân hệ của IMS Hình 2.5: Kiến trúc các CSCF Hình 3.1: So sánh kiến trúc Softswitch và IMS Hình 3.2: Phân tách chuyển mạch mềm lên IMS  Hình 3.3: Thêm vào các server ứng dụng (SA) Hình 3.4:Thêm thành phần HSS và Handoff Server cho hội tụ cố định,di động Danh mục các bảng biểu Bảng 3.1: Các phần tử của Softswitch có chức năng tương tự IMS Bảng 3.2: Sự khác nhau giữa Softswitch và IMS CHƯƠNG I: MẠNG THẾ HỆ SAU NGN Cấu trúc của mạng NGN Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệp viễn thông vẫn đang trăn trở về vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các nhà khai thác mạng trong bối cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh chóng. Sự cạnh tranh ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Khái niệm mạng thế hệ sau ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh doanh. Mạng thế hệ sau NGN là mạng dựa trên nền gói có thể cung cấp các dịch vụ truyền thông và có thể tận dụng được các dải băng tần rộng, các công nghệ truyền tải với QoS cho phép và ở đó các chức năng liên quan đến dịch vụ sẽ độc lập với các công nghệ truyền tải ở lớp dưới. NGN cho phép người dùng truy nhập không hạn chế tới các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác nhau. NGN hỗ trợ tính lưu động nói chung để có thể cung cấp dịch vụ thích hợp và rộng khắp tới các người dùng. Mạng viễn thông NGN là một mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ gói để có thế triển khai nhanh chóng các loại hình dịch vụ khác nhau dựa trên sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động.Trong đó: Có sự phân cách rõ ràng giữa các lớp truyền tải, truy cập, điều khiển và dịch vụ. Liên kết hoạt động giữa các lớp và mạng khác nhau qua giao diện mở. Điều khiển trong suốt qua các công nghệ truyền tải khác nhau (ATM, IP, TDM,…). Sử dụng các thành phần trên cơ sở đã chuẩn hoá. Cấu trúc tổng quan mạng NGN Nhìn chung từ các mô hình, cấu trúc mạng thế hệ mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau: Lớp truy nhập (Access ) Lớp truyền tải (Transport / Core ) Lớp điều khiển (Control) Lớp ứng dụng Lớp quản lý (Management) Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng khác nhau là vấn đề mà nhà khai thác quan tâm. Để thấy rõ hơn ta xét cấu trúc mạng NGN dưới các góc độ khác nhau : Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN góc độ mạng. Hình 1.1: Cấu trúc mạng thế hệ sau góc độ mạng Nếu xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc mạng NGN còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ. Trong môi trường phát triển cạnh tranh có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ. Hình 1.2: Cấu trúc mạng NGN góc độ dịch vụ Phân tích cấu trúc Tổng quan mạng NGN Hình 1.3: Cấu trúc tổng quan mạng NGN Kiến trúc mạng NGN sử dụng mạng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó phân chia các khối của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng rẽ, các lớp này liên hệ với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn. Sự thông minh trong xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực chất là được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch. Bây giờ sự thông minh đó nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm cũng được gọi là một bộ điều khiển truyền thông cổng truyền thông hoặc là một tác nhân cuộc gọi, đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mới. Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành 5 lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay. Lớp truy nhập Thành phần: Phần truy nhập bao gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng thông qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hay vô tuyến Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD (Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập như: Tương tự, Số, TDM, ATM, IP…để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN) Chức năng: Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục (thuộc lớp truyền dẫn ) thông qua cổng giao tiếp MGW thích hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, vô tuyến, vệ tinh, VoDSL, VoIP… Lớp truyền tải Thành phần: Các node chuyển mạch/Router(IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN các khối chuyển mạch PLM nhưng ở mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM. Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi. Chức năng: Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chuyển mạch. Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một loại dịch vụ và cho nhiều loại dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép…đối với mạng chuyển mạch gói; Băng thông và độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM). Lớp ứng dụng đưa ra yêu cầu về năng lực truyền tải và lớp truyền tải sẽ thực hiện các yêu cầu đó. Phần trung gian Thành phần: Các cổng truy nhập AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi và mạng truy nhập, RG(Residental Gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà. Các cổng giao tiếp TG (Trunks Gateway) kết nối giữa mạng lõi và mạng PSTN /ISDN, WG (Wireless GateWay) kết nối mạng lõi với mạng di động. Chức năng: Lớp truyền tải có khả năng tương thích các kĩ thuật truy cập khác nhau với kĩ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở đường trục. Hay nói cách khác, lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (Như PSTN, FlamRelay, LAN, Vô tuyến...) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. Nhờ đó, các node chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển. Lớp điều khiển Thành phần: Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent được kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như: SGW (Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature server), AS(Application Server) Chức năng: Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối tới đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Cụ thể lớp điều khiển thực hiện các chức năng sau : Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch. Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (lable mapping) giữa các giao diện cổng. Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS. Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp Media.Thống kê và ghi lại những thông số về chi tiết cuộc gọi và đồng thời thực hiện các cảnh báo. Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển các thông tin này tới các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển. Quản lý và bảo dưỡng hoat động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển.Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp. Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ có giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, việc này cho phép các dịch vụ mới được triển khai nhanh chóng và dễ dàng hơn. Lớp ứng dụng Thành phần: Lớp ứng dụng bao gồm các node thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. Chức năng: Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy cập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể phất triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các mạng dịch vụ. Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ lớp kết nối tới lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần viễn thông đang hoạt động.Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển.Vì căn bản NGN dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác với nhiều loại hình dịch vụ được khai thác. Vai trò của chuyển mạch mềm và IMS trong mạng thế hệ sau NGN Vai trò của chuyển mạch mềm (Softswitch) Chuyển mạch mềm giúp các mạng truyền thống có thể cung cấp các dịch vụ dựa trên nền mạng IP. Cấu trúc này tách riêng điều khiển dịch vụ và truy cập dịch vụ bằng cách sử dụng một lớp lõi dựa trên IP trong mạng chuyển mạch. Nó thực hiện điều khiển các cổng trung kế mở rộng, cổng truy nhập và các server truy nhập từ xa. Chuyển mạch mềm chạy trên hệ điều hành và các máy tính thương mại, nó cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng mở. Mỗi nhà cung cấp thiết bị có sự thay đổi khác nhau nhưng nhìn chung là tạo ra sự tách biệt giữa Call Control, Media Gateway, Gateway báo hiệu và tách riêng các phần tử trong Softswitch lõi. Do việc chia tách các thành phần chức năng Softswitch nên sự phân biệt giữa chuyển mạch class 4 và 5 trở nên không cần thiết và các Softswitch có các gói chức năng khác nhau là có thể thay thế cho cả chuyển mạch class 4/5. Các chuyển mạch mềm này được gọi là “supper – class” hoặc “classless” Softswitch. Vai trò của IMS IMS là sự phát triển cao hơn của công nghệ NGN. IMS là một cấu trúc mạng được chuẩn hóa sử dụng giao thức SIP - được thiết kế đầu tiên bởi 3GPP cho việc phát triển các mạng di động từ mạng GSM, sau đó ETSI/TISPAN mới đẩy mạnh nó cho mạng cố định. Nó có thể hỗ trợ các dịch vụ sử dụng bất cứ công nghệ truy nhập nào. Đến nay, IMS đã được chấp nhận bởi các tổ chức chuẩn hóa, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và đương nhiên là cả các nhà sản xuất thiết bị. Lý do để nâng cấp từ chuyển mạch mềm lên IMS là vì IMS là một hệ thống mở, được chuẩn hóa, thân thiện với các nhà khai thác, cấu trúc đa phương tiện cho các dịch vụ di động, vô tuyến và cố định. Vậy làm thế nào để tiến lên IMS? Để xây dựng một cấu trúc dựa trên IMS từ mạng TDM, các nhà khai thác có thể bỏ qua quá trình quá độ qua chuyển mạch mềm. Tuy nhiên tiến lên IMS thông qua 2 bước, nghĩa là từ TDM lên một mạng NGN dựa trên chuyển mạch mềm rồi cuối cùng là tiến lên IMS sẽ đảm bảo cho các nhà khai thác có thể phân phối bình đẳng các đặc tính và có nhiều thời gian để chờ hoàn thiện tiêu chuẩn IMS trước khi ứng dụng vào mạng của họ. IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ mới. Và cuối cùng IMS mang lại những dịch vụ mới hướng đến sự tiện nghi cho khách hàng. Kết luận chương I Trong chương 1 đã trình bày rõ về cấu trúc tổng quan của mạng thế hệ sau NGN, đồng thời cũng làm rõ vai trò của chuyển mạch mềm và IMS trong mạng thế hệ sau NGN. Mạng thế hệ sau với kiến trúc mở phân lớp sẽ đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ đa dạng trong tương lai. Chuyển mạch mềm giúp các mạng truyền thống có thể cung cấp các dịch vụ dựa trên nền mạng IP. Cấu trúc này tách riêng điều khiển dịch vụ và truy cập dịch vụ bằng cách sử dụng một lớp lõi dựa trên IP trong mạng chuyển mạch. IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ mới. Và cuối cùng IMS mang lại những dịch vụ mới hướng đến sự tiện nghi cho khách hàng. Vì vậy quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS trong NGN là tất yếu. CHƯƠNG II: CHUYỂN MẠCH MỀM VÀ PHÂN HỆ IMS Khái niệm chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm (Softswitch) là khái niệm tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1995. Hiện nay khái niệm chuyển mạch đang gây nhiều tranh cãi, và có nhiều khái niệm khác nhau, tùy thuộc vào từng hãng viễn thông. ISC là tổ chức đại diện cho các nhà đứng đầu công nghệ, các nhà sản xuất thiết bị viễn thông, ITU và IETF. ISC định nghĩa chuyển mạch mềm là tập hợp các công nghệ cho phép các dịch vụ viễn thông thế hệ mới dựa trên các tiêu chuẩn mở. Đây là điểm khác so với mô hình truyền thống: các dịch vụ, điều khiển cuộc gọi và phần cứng truyền tải là độc quyền. Theo hãng Mobile IN, chuyển mạch mềm là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Theo hãng Nortel, chuyển mạch mềm chính là thành phần quan trọng nhất của mạng thế hệ mới. Chuyển mạch mềm là một phần mềm theo mô hình mở, có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có chức năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và video. Và nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau. Theo CopperCom, chuyển mạch mềm là tên gọi dùng cho một phương pháp tiếp cận mới trong chuyển mạch thoại, có thể giúp giải quyết được các thiếu sót của các chuyển mạch trong các tổng đài nội hạt truyền thống. Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau. Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện (MG), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC). Việc tách hai chức năng này là một giải pháp tốt nhất vì: Cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý cuộc gọi. Và phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói (áp dụng được với các dạng gói và các môi trường truyền dẫn khác nhau). Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn, tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi. Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều khiển từ xa thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng tương lai. Nói tóm lại, chuyển mạch mềm là: Công nghệ chuyển mạch các cuộc gọi trên nền công nghệ gói (như VoIP), và không chuyển mạch trực tiếp các cuộc gọi PSTN (mặc dù có thể hỗ trợ đầu cuối tương tự như máy điện thoại thông thường). Phần mềm hệ thống chạy trên máy chủ có kiến trúc mở (Sun, Intel…) Có giao diện lập trình mở. Hỗ trợ đa dịch vụ, từ thoại, fax, cuộc gọi video đến tin nhắn… Thuật ngữ chuyển mạch mềm cũng được sử dụng như một tên sản phẩm của thành phần chính thực hiện kết nối cuộc gọi như Tác nhân cuộc gọi (Call Agent) hay bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controller). Kiến trúc của chuyển mạch mềm Kiến trúc chuyển mạch mềm có thể được chia thành các mặt bằng phần mềm như sau (Hình 2.1). Các mặt bằng này thể hiện sự phân chia giữa các thực thể chức năng trong mạng VoIP. Có 4 mặt bằng chức năng riêng biệt được thực hiện bởi chuyển mạch mềm để mô tả chức năng của mạng VoIP đâu cuối tới đầu cuối : Mặt bằng truyền tải. Mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng. Mặt bằng quản lý. Hình 2.1: Kiến trúc của chuyển mạch mềm Mặt bằng truyền tải. Thực hiện xử lý và truyền tải các bản tin báo hiệu cuộc gọi, cuộc gọi và thiết lập phương tiện qua mạng VoIP. Cơ chế truyền tải được sử dụng dựa trên bất kỳ công nghệ nào phù hợp với các tiêu chuẩn như SS7, ANSI hoặc ITU. Nhìn từ mạng ngoài, mặt bằng này giống như lớp truy nhập có thể vào để sử dụng các dịch vụ điều khiển cuộc gọi. Các thiết bị và các chức năng của mặt bằng này được điều khiển bởi các chức năng trong mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Mặt bằng truyền tải có thể được chia làm 3 miền : Miền truyền tải IP. Miền tương tác (Interworking). Truy nhập không IP. Miền truyền tải IP Miền này bao gồm: Mạng đường trục truyền tải và định tuyến/trường chuyển mạch. Các thiết bị như: các bộ định tuyến và các chuyển mạch. Các thiết bị cung cấp các cơ chế chất lượng dịch vụ (QoS) và các chính sách truyền tải thuộc về miền này. Miền tương tác Gồm có các thiết bị thực hiện biến đổi báo hiệu hoặc phương tiện nhận được từ các mạng ngoài và có thể gửi đến cho các thực thể trong mạng VoIP.Chẳng hạn như, cổng báo hiệu SG (biến đổi báo hiệu truyền tải giữa các lớp truyền tải khác nhau), cổng phương tiện MG ( biến đổi phương tiện giữa các mạng truyền tải và phương tiện khác nhau), và các cổng tương tác IWG (Interworking Gateway) (tương tác báo hiệu trên cùng một lớp truyền tải nhưng giao thức khác nhau). Miền truy nhập không IP Ứng dụng cơ bản đối với các thiết bị đầu cuối không IP và các mạng vô tuyến truy nhập tới mạng VoIP. Gồm có: các cổng truy nhập AG hoặc các cổng thường trú RG cho các thiết bị hoặc máy điện thoại không IP, các thiết bị ISDN, các thiết bị truy nhập tích hợp (IAD) cho các mạng DSL, modem cáp/bộ tương thích thiết bị đa phương tiện (MTA) cho các mạng HFC, và các cổng phương tiện cho mạng truy nhập vô tuyến di động GSM/3G. Mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu Thực hiện điều khiển các thành phần cơ bản của mạng VoIP, đặc biệt là các thành phần trong mặt bằng truyền tải. Mặt bằng này là trái tim của hệ thống, thực hiện xử lý cuộc gọi và báo hiệu, cụ thể như: xử lý các yêu cầu của thuê bao để thiết lập và giải phóng kênh thoại, thực hiện điều khiển cuộc gọi dựa trên cơ sở các bản tin báo hiệu nhận được, điều khiển các thành phần trong mặt bằng truyền tải, đảm bảo việc biên dịch số và định tuyến theo các con số danh bạ,… Mặt bằng này gồm có các thiết bị như: Bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (hay Call Agent hoặc Bộ điều khiển cuộc gọi), Gatekeeper và các máy chủ LDAP. Mặt bằng dịch vụ và ứng dụng. Cung cấp việc điều khiển chức năng và thực thi của máy chủ đặc tính và các ứng dụng khác như các mạng thông minh, tức là cung cấp các dịch vụ khác nhau tới thuê bao. Các thiết bị trong mặt bằng này điều khiển luồng cuộc gọi dựa trên chức năng thực thi dịch vụ và đạt được điều này nhờ việc trao đổi thông tin với các thiết bị khác trong mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu. Ngoài ra, mặt bằng cũng thực hiện việc điều khiển các thành phần mang đặc biệt như các máy chủ phương tiện, thực hiện các chức năng: hội nghị, IVR, xử lý âm báo. Mặt bằng này bao gồm các thiết bị như: các máy chủ ứng dụng và các máy chủ đặc tính. Mặt bằng quản lý Cung cấp các chức năng hỗ trợ vận hành, tính hoá đơn cước và các công việc quản lý mạng khác. Mặt bằng này có thể tương tác với bất kỳ mặt bằng nào trong ba mặt bằng trên thông qua các tiêu chuẩn hoặc các giao thức thích hợp và các API. Điều đó có nghĩa là mặt bằng trên tạo ra một vùng vận hành và bảo dưỡng. Các thành phần của chuyển mạch mềm Thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển thiết bị Media Gateway Controller (MGC ) . Bên cạch đó còn có các thành phần hỗ trợ hoạt động như : Signalling Gateway (SG) , Media Gateway (MG) , Media Server (MS) , Application Server (AS)/Feature Server (FS) . Trong đó Media gateway là thành phần nằm trên lớp Media Layer , Signalling Gateway là thành phần ở trên cùng lớp với MGC ; Media Server và Application Server / Feature Server nằm trên lớp Application và Server Layer . Cách kết nối các thành phần trên được thể hiện ở hình sau : Hình 2.2 : Các thành phần của chuyển mạch mềm Một Media Gateway Controlle có thể quản lý nhiều Media Gateway . Hình trên chỉ minh họa 1 MGC quản lý 1 MG . Và một Media Gateway có thể kết nối nhiều loại mạng khác nhau . Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm , và cũng thường được gọi là Call Agent hay bộ điều khiển cổng (Gateway Controller) , hay chuyển mạch mềm . MGC điều khiển xử lý cuộc gọi , còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thong . MGC điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi . Ngoài ra còn giao tiếp với hệ thống OS và BSS . MGC chính là chiếc kết nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN , SS7 , mạng IP . Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dử liệu qua các mạng khác nhau . Một MGC kết hợp với MG , SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho chuyển mạch mềm . Các chức năng của MGC Hình 2.3: Các chức năng của MGC Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG. Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG. Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F. Xử lý bản tin báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN). Xử lý các bản tin liên quan QoS như RTCP. Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu. Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch). Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người sử dụng. Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail Record). Quản lý các tài nguyên mạng (port, băng tần…). Cổng báo hiệu (SG) 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. Các chức năng của SG 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. Cổng phương tiện (MG) MG cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng: chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF… Các chức năng của MG Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức thời gian thực (RTP - Real Time Protocol). Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của MGC. Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này. Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1. Quản lý tài nguyên và kết nối T1. Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP. Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (ports), cards, các nút, mà không làm thay đổi các thành phần khác. Máy chủ phương tiện (MS) MS là thành phần tuỳ chọn của chuyển mạch mềm, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt. Một MS phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất. Các chức năng của MS Chức năng thư thoại. Hộp thư fax tích hợp, hay các thông báo có thể sử dụng thư điện tử, hay các bản tin ghi âm trước (pre-recorded message). Khả năng nhận dạng tiếng nói (nếu có). Khả năng hội nghị truyền hình (video conference). Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text). 2.3.5. Máy chủ ứng dụng/Máy chủ đặc tính (AS/FS) Máy chủ đặc tính là một máy chủ ở mức ứng dụng, chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là máy chủ ứng dụng thương mại. Do hầu hết các máy chủ tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với chuyển mạch mềm về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. Các dịch vụ bổ sung có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như: SIP, H.323,… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng. Chức năng chính Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch. Khái niệm phân hệ IMS IMS (IP multimedia subsystem) là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây, cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản và dữ liệu. Các dịch vụ này có thể chia thành ba loại sau: Dịch vụ không yêu cầu thời gian thực như tin nhắn đa phương tiên MMS. Dịch vụ gần thời gian thực như Push to talk, dịch vụ game. Dịch vụ thời gian thực như thoại, audio/video, hội nghị truyền hình. IMS có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây FMC. IMS thực hiện được điều này nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập với nhau . Lớp đầu tiên là lớp mạng, truyền tải dung lượng báo hiệu và dữ liệu. Lớp này bao gồm các Switch, Router, Media GateWay, Media Server. Lớp này có thể kết nối tới nhiều loại mạng khác nhau: Mạng đi động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA) Mạng di động 2.5G (GPRS) Mạng IP có dây (xDSL, Cable) và không dây (WLAN, WiMAX) PSTN, IDSL Lớp thứ hai là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu (CSCF, HSS, MGCF...), có khả năng điều khiển phiên chung, điều khiển luồng dữ liệu và điều khiển luồng truy nhập thông qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H248 (MEGACO). Lớp này là mạng lõi của IMS. Lớp thứ ba là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng AS như Server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ dành cho nhà cung cấp thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ. IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà và các thành phần mạng báo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân hệ IMS Hình 2.4: Cấu trúc phân hệ của IMS Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp ứng dụng, lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng). Lớp dịch vụ bao gồm các máy chủ ứng dụng  AS (Application Server) và các máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server). Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi. Lớp vận tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các mạng truy nhập kết nối vào mạng lõi IP. Hai thực thể chức năng NASS và RACS định nghĩa bởi TISPAN có thể được xem như thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp điều khiển ở trên. Lớp dịch vụ  Máy chủ ứng dụng AS (Application Server)  là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS. AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng. Máy chủ VCC (Voice Call Continuity), đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP, là một ví dụ về máy chủ ứng dụng AS. AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó. Nếu AS là một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng (user profiles). AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện (presence) của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội thảo trực tuyến, tính cước trực tuyến… Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) có thể xem như là một cải tiến của bộ đăng ký định vị thường trú HLR (Home Location Register). HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả khách hàng thuê bao. Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ roaming, thông số xác nhận thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao.  Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF (Subscriber location Function) sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.  Lớp lõi IMS Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đa phương tiện. Các chức năng của nó bao gồm: CSCF (Call Session Control Function) có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ trợ và giải phóng các phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tương tác dịch vụ của người dùng. CSCF được phân ra 3 loại : Serving-CSCF, Proxy-CSCF và Interogating-CSCF. Proxy-CSCF (P-CSCF) là một proxy SIP. Sở dĩ gọi là proxy vì nó có thể nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận khác trong hệ thống IMS. Đây là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Một vài hệ thống mạng có thể dùng SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này. Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối. Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua giao thức DHCP hoặc sẽ được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động gói tế bào. Chức năng của P-CSCF bao gồm: P-CSCF nằm trên đường truyền của tất cả các thông điệp báo hiệu trong hệ thống IMS. Nó có khả năng kiểm tra bất kỳ thông điệp nào. P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như những thông điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE. P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị IMS của người dùng. Nó còn có vai trò ngăn cản các tấn công như spoofing, replay để đảm bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng.   P-CSCF cũng có thể nén và giải nén các thông điệp SIP để giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp. P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (Policy Decision Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện. P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ. Serving-CSCF (S-CSCF)  là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệu IMS. S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ. Các chức năng chính của S-CSCF bao gồm: Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ người dùng (địa chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP. S-CSCF đóng vai trò như một máy chủ Registar trong hệ thống SIP. S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS về người dùng. Nó có thể kiểm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn. S-CSCF giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ cho người dùng.  Nó giữ vai trò định tuyến dịch vụ thông qua việc sử dụng giải pháp DNS/ENUM (Electronic Numbering). S-CSCF thực hiện các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ.  S-CSCF tương tác với máy chủ AS để yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng. S-CSCF liên lạc với HSS để lấy thông tin, cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng và tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ. Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp dịch vụ là điểm liên lạc cho tất cả các kết nối hướng đến một UE nằm trong mạng đó. Địa chỉ IP của I-CSCF được công bố trong máy chủ DNS của hệ thống. Chức năng của I-CSCF bao gồm: Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng. Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP.  Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác.  BGCF (Breakout Gateway Control Function) là một máy chủ SIP chứa đựng chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại. Nó được sử dụng khi một thiết bị IMS thực hiện cuộc gọi đến mạng nối chuyển mạch hay mạng điện thoại cố định truyền thống PSTN. BGCF hỗ trợ khả năng kết nối liên mạng thông qua việc định tuyến yêu cầu SIP trong trường hợp S-CSCF xác định rằng không thể định tuyến yêu cầu này bằng DNS/ENUM.  BGCF sẽ xác định nút mạng tiếp theo trên đường định tuyến, hoặc là MGCF hoặc là một BGCF của mạng khác rồi chuyển báo hiệu đến nút mạng tương ứng.   MGCF ( Media Gateway Control Function) có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện, bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh phương tiện, làm trung gian chuyển đổi (conversion) giữa giao thức báo hiệu ISUP và SIP. MGCF quản lý một hay nhiều  IM-MGW (IP Multimedia-Media Gateway). IM-MGW sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài nguyên. IM-MGW đóng vai trò là điểm chuyển đổi nội dung đa phương tiện giữa mạng chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác. Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function) có thể phân ra thành 2 thành phần: MRFC (Media Resource Function Controller) và MRFP (Media Resource Function Processor). MRFC có vai trò quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương tiện trong MRFP (Media Resource Function Processor), giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng dụng AS truyền qua S-CSCF, điều khiển MRFP tương ứng cũng như tham gia vào quá trình tính cước. MRFP đóng vai trò quan trọng trong việc thích ứng nội dụng dịch vụ, chuyển đổi định dạng (transcoding) nội dung. Lớp vận tải Ở đây, chúng ta tạm xem NASS và RACS là 2 thành phần thuộc lớp vận tải. Vài trò của 2 thành phần này được miêu tả dưới đây: NASS ( Network Attachment Subsystem): Chức năng chính của NASS bao gồm: Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình khác cho UE (sử dụng DHCP) Xác nhận thực người dùng trước và trong quá trình cấp phát địa chỉ IP Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ mạng Quản lý định vị người dùng Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng. RACS (Resource & Admission Control Functionality) bao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-PDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF). Các thành phần của phân hệ IMS CSCF có thể có một số vai trò khác nhau khi được sử dụng trong phân hệ đa phương tiện IP. Nó có thể hoạt động như một Proxy-CSCF (P-CSCF), như một Serving-CSCF (S-CSCF), và có thể như một Interrogating-CSCF (I-CSCF). Hình sau thể hiện kiến trúc CSCF với các giao diện của nó. Hình 2.5: Kiến trúc các CSCF P-CSCF (Proxy-CSCF) P-CSCF là điểm giao tiếp đầu tiên trong phân hệ IM CN. Địa chỉ của nó được UE phát hiện sau khi tích cực thành công một PDP Context. P-CSCF xử lí như một người đại diện ví dụ tiếp nhận hay yêu cầu rồi phục vụ hoặc gửi chúng đi. P-CSCF sẽ không thay đổi các URI yêu cầu trong bản tin INVITE SIP. P-CSCF có thể cư xử như một UA nhưng nó có thể kết thúc độc lập với giao dịch SIP. I-CSCF (Interrogating-CSCF ) I-CSCF là điểm giao tiếp trong phạm vi mạng của nhà khai thác cho tất cả các kết nối tới thuê bao của nhà khai thác mạng, hoặc một thuê bao chuyển mạng hiện tại nằm trong phạm vi vùng phục vụ của nhà khai thác mạng. S-CSCF (Serving-CSCF) S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE. Nó bảo dưỡng trạng thái một phiên khi cần thiết để nhà khai thác mạng hỗ trợ các dịch vụ. Trong phạm vi mạng của nhà khai thác các SCSCF khác nhau có thể có các chức năng khác nhau. BGCF (Breakout Gateway Control Function) Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) lựa chọn mạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng sẽ được định tuyến sang. Nếu BGCF xác định được rằng lưu lượng chuyển mạng đó sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCF để đáp ứng cho lien mạng với PSTN hay CSN. Nếu lưu lượng chuyển sang mạng không nằm cùng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báo hiệu phiên này tới BGCF đang quản lí mạng đích đó. HSS (Home subscriber Server) Đây là cơ sở dữ liệu chung cho tất cả các người dùng, nó chứa cả HLR trong thể thức mạng GPRS. Nó chịu trách nhiệm lưu trữ danh sách các đặc điểm và thuộc tính dịch vụ của người dùng đầu cuối. Danh sách này được sử dụng để kiểm tra vị trí và các biện pháp truy nhập thuê bao. Nó cung cấp thông tin thuộc tính người dùng một cách trực tiếp hoặc thông qua các server. Thuộc tính thuê bao lưu trữ gồm: nhận dạng người dùng, dịch vụ đã thuê bao, thông tin trao quyền. HSS chứa các chức năng đa phương tiện IP để truyền tải thông tin tới các thực thể thích hợp trong mạng lõi để thiết lập cuộc gọi/ phiên, an ninh, trao quyền vv. Nó cũng truy nhập vào các server nhận thực như AUC, AAA. MGCF (Media Gateway Control Function) Thành phần này là điểm kết cuối cho PSTN/ PLMN cho một mạng xác định. MRF (Multimedia resource function) MRF được phân tách thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP như hình vẽ trên thể hiện. IMS-MGW (IP multimedia sbsystem-Media gatewayfunction) Một IMS-MGW có thể kết thúc các kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh và các luồng phương tiện từ mạng chuyển mạch gói (ví dụ dòng RTP trong mạng IP). IMS-MGW có thể hỗ trợ chuyển đổi phương tiện điều khiển mang và xử lí tải trọng (ví dụ mã hóa, triệt vọng, cầu hội nghị). SGW (Signalling gateway function) Chức năng cổng báo hiệu được sử dụng để kết nối các mạng báo hiệu khác nhau ví dụ mạng báo hiệu SCTP/ IP và mạng báo hiệu SS7. Chức năng cổng báo hiệu có thể triển khai như một thực thể đứng một mình hoặc bên trong môj thực thể khác. Các luồng phiêntrong đặc tả này không thể hiện SGW nhưng khi làm việc với PSTN hay miền chuyển mạch kênh thì cần có một SGW để chuyển đổi truyền tải báo hiệu Kết luận chương II Trong chương II đã nói rõ cấu trúc và các thành phần của chuyển mạch mềm và phân hệ IMS. Từ đó ta có thể thấy sự ra đời của chuyển mạch mềm đã làm cho việc thực hiện chuyển mạch được linh hoạt không còn phụ thuộc vào phần cứng của tổng đài. Đây là yếu tố giúp cho việc kết hợp mạng PSTN với mạng IP một cách dễ dàng và thuận lợi, từ đó phát triển lên NGN hoàn toàn. IMS là một giải pháp hứa hẹn cho việc quản lý dịch vụ trong thế hệ mạng tiếp theo. IMS là một bước đi mang tính chiến lược lâu dài của nhiều công ty và tập đoàn viễn thông. Trong thời gian ngắn sắp tới, sẽ còn nhiều thay đổi xoay quanh giải pháp IMS nhằm hoàn thiện những điểm yếu của nó. Tất cả những giải pháp IMS hiện tại chỉ là một giải pháp sớm (early IMS). Giải pháp IMS đầy đủ (full IMS) vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu và chuẩn hóa. CHƯƠNG III: QÚA TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TỪ CHUYỂN MẠCH MỀM LÊN IMS So sánh công nghệ chuyển mạch mềm với phân hệ IMS Giống nhau Xét về cấu trúc, Softswitch và IMS có nhiều điểm chung. Đó là sự tách biệt điều khiển và truyển tải . Các chức năng như báo hiệu, gateway, điều khiển cuộc gọi,… cũng tương tự nhau. Hình 3.1: So sánh kiến trúc Softswitch và IMS Bảng 1: Các phần tử của Softswitch có chức năng tương tự IMS Phần tử của Softswitch Phần tử IMS Các Gateway Media Gateway/MGCF Features Server ứng dụng Chức năng và cơ sở dữ liệu định tuyến BGCF Gateway báo hiệu SGW Dữ liệu thuê bao HSS – phần tử mới Điều khiển cuộc gọi I-CSCF và S-CSCF SBC báo hiệu P-CSCF Khác nhau Tuy nhiên, hai hệ thống này cũng có những điểm khác biệt. Tất cả Softswitch đều kết hợp định tuyến cuộc gọi và điều khiển gateway còn IMS tách riêng các chức năng này. Ngoài ra, cấu trúc IMS cũng có sự độc lập giữa điều khiển và cung cấp dịch vụ. Với khả năng tính cước linh hoạt (online, offline) của IMS nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng đưa ra các hình thức thu phí khác nhau, phù hợp với từng loại hình dịch vụ. Bảng 2 minh họa những sự khác biệt chủ yếu giữa Softswitch và IMS. Bảng 2: Sự khác nhau giữa Softswitch và IMS Softswitch IMS Tính chuẩn hóa Không có tổ chức nào đưa ra tiêu chuẩn cụ thể, phụ thuộc vào giải pháp của các hãng thiết bị. 3GPP chuẩn hóa (Release 5, Release 6, Release 7, Release 8) Mục đích Chuyển mạch bằng phần mềm, thay thế tổng đài điện tử số, tách chức năng điều khiển và chuyển mạch, sử dụng công nghệ chuyển mạch gói. Cung cấp các dịch vụ Internet mọi lúc, mọi nơi cho khách hàng sử dụng di động trên nền mạng chuyển mạch gói. Kiến trúc mạng - Kiến trúc mạng dựa trên sự phân tán chức năng diều khiển cuộc gọi và chức năng chuyển mạch, mọi hoạt động điều khiển tập trung ở Call server (MGC). - Gồm có bốn mặt bằng phần mềm: mặt bằng truyền tải; mặt bằng điều khiển cuộc gọi và báo hiệu; mặt bằng dịch vụ và ứng dụng; mặt bằng quản lý. - Sử dụng các giao diện lập trình mở - API - Kiến trúc phân tán theo mô hình server, chức năng điều khiển không tập trung tại một server nên Call server (CSCF) chỉ là một trong số các server điều khiển. - Được chia thành 3 lớp: lớp dịch vụ, lớp điều khiển, lớp truyền tải. - Sử dụng các giao diện đã được chuẩn hóa. Giao thức điều khiển và báo hiệu SIP, H.323, MGCP, MEGACO/H248,… Chủ yếu sử dụng SIP. Khả năng cung cấp dịch vụ Dễ dàng cung cấp các dịch vụ PSTN truyền thống và các dịch vụ mạng thông minh (IN), không hỗ trợ triển khai dịch vụ di động. Là nền tảng để cung cấp các dịch multimedia cho khách hàng di động, không sử dụng mạng thông minh (IN), khó triển khai dịch vụ PSTN truyền thống. Có chế độ tính cước online. Khả năng tích hợp với thiết bị của nhà cung cấp khác Có khả năng tương thích, tuy hơi khó khăn. Khá dễ dàng vì các thiết bị đều phải tuân theo chuẩn. Bảo mật Có khả năng bảo mật tốt đối với các dịch vụ VoIP. Có nhiều cơ chế bảo mật khác nhau, đảm bảo an toàn thông tin cá nhân của người dùng, độ an toàn cao. Lưu lượng Vẫn còn hạn chế Băng thông rộng, đáp ứng nhu cầu người dùng tốt hơn Chi phí Tiết kiệm Có thể quá trình nâng cấp lên hơi tốn kém, nhưng sau đó sẽ không tốn nhiều chi phí cho việc quản lý, nâng cấp, bảo dưỡng thiết bị. Quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS Để xây dựng một cấu trúc dựa trên IMS từ mạng TDM, các nhà khai thác có thể bỏ qua quá trình quá độ qua chuyển mạch mềm. Tuy nhiên tiến lên IMS thông qua 2 bước, nghĩa là từ TDM lên một mạng NGN dựa trên chuyển mạch mềm rồi cuối cùng là tiến lên IMS sẽ đảm bảo cho các nhà khai thác có thể phân phối bình đẳng các đặc tính và có nhiều thời gian để chờ hoàn thiện tiêu chuẩn IMS trước khi ứng dụng vào mạng của họ.  Quá trình quá độ từ qua chuyển mạch mềm lên IMS có thể là quá trình tiêu tốn phần lớn chi phí đầu tư của các nhà cung cấp dịch vụ cho NGN. Ban đầu kiến trúc nền tảng IMS có thể được triển khai song song với kiến trúc chuyển mạch mềm để giới thiệu các ứng dụng đa phương tiện vào các dịch vụ của nhà khai thác.  Phân tách chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm sẽ được phân tách vào 2 thành phần là: khối giao tiếp với thuê bao và khối giao tiếp với mạng PSTN. Khối giao tiếp với thuê bao sẽ được nâng cấp từ chức năng điều khiển cổng truy nhập AGCF (Access Gateway Control Function) và khối giao tiếp PSTN được nâng cấp từ chức năng bộ điều khiển cổng phương tiện MGCF (Media Gateway Controller Function) . Việc chia vào 2 thành phần này giúp mạng có thể mở rộng dễ dàng và tăng hiệu năng của mạng. Các AGCF có thể được thêm vào tùy theo yêu cầu để tăng số lượng thuê bao. Tương tự như vậy, cũng có thể thêm vào các trung kế PSTN để tăng dung lượng. Các thành phần mới của IMS như CSCF, BGCF cũng có thể được thêm vào ở giai đoạn này. BGCF là giao diện kết nối giữa mạng IMS mới với các mạng PSTN.  Hình 3.2: Phân tách chuyển mạch mềm lên IMS  Thêm vào Server ứng dụng Duy trì các khách hàng hiện có và thu hút thêm những khách hàng mới, các dịch vụ dựa trên SIP có thể được giới thiệu và phân phối một cách nhanh chóng bằng cách triển khai các Server ứng dụng mới AS (Application Server). IMS giới thiệu giao diện ISC là một giao diện dựa trên SIP cho giao tiếp giữa các AS. Cấu trúc này cho phép các AS của các nhà cung cấp thiết bị khác nhau có thể làm việc được với nhau thông qua giao diện IMS ISC. Hình 3.3: Thêm vào các server ứng dụng (SA) Bắt đầu kinh doanh và thêm vào các điểm kết cuối SIP Ở giai đoạn này các nhà cung cấp dịch vụ có thể tập trung vào kinh doanh, mở rộng trạm thuê bao thương mại. Các khách hàng này thường sẽ yêu cầu chất lượng cao và một đặc tính mở rộng được thiết lập với những khả năng như cuộc gọi hội nghị, tích hợp giữa tin nhắn và email thoại. Việc chú tâm đến kết quả kinh doanh, xây dựng một môi trường IMS, các điểm kết cuối SIP có thể được thực hiện thêm ở bước này. Các điểm kết cuối SIP được giao tiếp với P-CSCF. P-CSCF có thể kết nối tới các server chính sách để cung cấp mức bảo mật và QoS. Hội tụ di động, cố định Tiến lên mạng hội tụ di động, cố định (FMC) một nhà cung cấp dịch vụ có thể xác định các cách thức kinh doanh của mình nhằm giới thiệu các dịch vụ “triple play”. Các ứng dụng mới sẽ yêu cầu các mạng tốc độ cao để phân phối tất cả các loại dữ liệu từ thoại, data đến video trên cả 3 loại thiết bị đầu cuối là TV, máy tính để bàn và các máy cầm tay. Hòan thành giai đoạn này phải bao gồm cả việc hỗ trợ các thiết bị cầm tay đa chế độ (Dual-mode Handset) Các thiết bị Dual-mode có thể truyền thông trên mạng tế bào hoặc hoạt động như một điểm kết cuối trên mạng IP. Server thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) - thành phần còn thiếu cuối cùng của IMS được đưa vào ở giai đoạn này. Nó có nhiệm vụ quản lý dữ liệu thuê bao giữa các mạng IP và mạng tế bào. Handoff Server cũng được đưa vào trong giai đoạn này. Nó giúp tín hiệu không bị ngắt quãng khi thuê bao di chuyển từ mạng tế bào sang một mạng WiFi. Các phần còn lại của AGCF giữ chức năng trung tâm của mạng nhưng với việc thêm vào của HSS và hai giao diện Cx, Sh đã đưa đến những bước xa hơn để hòan thiện SCSCF. Tiếp tục đạt được những lợi ích của AGCF trong mỗi giai đoạn các nhà cung cấp dịch vụ đã hoàn thành quá trình đi lên IMS của mình. Hình 3.4:Thêm thành phần HSS và Handoff Server cho hội tụ cố định,di động Kết luận chương III Kết quả so sánh giữa Softwitch và IMS cho ta thấy ưu điểm vượt trội của IMS. IMS cho phép các nhà khai thác có được tối đa những lợi ích từ mạng lõi IP hiện có của họ, khả năng mở rộng thêm nhiều loại hình dịch vụ mới cũng như hội tụ giữa mạng cố định và di động. Có thể nói IMS đã kết hợp được những kỹ thuật hiên đại nhất, với mọi thiết bị đầu cuối có thể truy nhập mạng mọi lúc mọi nơi. Quá trình chuyển đổi lên IMS đã trở nên rõ ràng và là xu thế chung của hầu hết các nhà khai thác viễn thông trên thế giới. KẾT LUẬN CHUNG Xu hướng phát triển tất yếu của mạng thế hệ sau cần phải có sự hội tụ thoại – dữ liệu, di động – cố định. Do đó, với những mục đích mà IMS hướng tới nhằm tạo nền tảng chung để phát triển các dịch vụ đa phương tiện khác nhau và hỗ trợ các ứng dụng của mạng chuyển mạch gói di động, tạo thuận lợi cho việc trao đổi thông tin của khách hàng, IMS sẽ là hướng phát triển chủ đạo của mạng thế hệ sau trong tương lai. Đây cũng là lý do các tổ chức chuẩn hóa như 3GPP, ETSI và ITU chọn IMS làm nền tảng mạng lõi để xây dựng hệ thống tiêu chuẩn cho NGN. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TS Hoàng Minh, ThS. Hoàng Trọng Minh, Giáo trình “Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch”, nhà xuất bản thông tin và truyền thông, 2009. [3]. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động 3G, nhà xuất bản khoa hoc hỹ thuật, năm 2007. [4]. John Longo, IMS & The future of Softswitch in Next Generation Network, Heavy Reading, Vol. 4, No 19, December 2006. [5]. Gonzalo Camarillo, Miguel A. García-Martín, The 3G IP Multimedia Subsystem, Second Edition, John Wiley & Sons, 2006. [6]. Các địa chỉ internet: www.mobilein.com