Luận văn Tóm tắt Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch mềm di động và khả năng ứng dụng cho viễn thông Lào

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG -------------------------------- KONG SYSOMBOUN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM DI ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHO VIỄN THÔNG LÀO LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2013 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ NHẬT THĂNG Phản biện 1: ........................................................... ............................................................... ............................................................... Phản biện 2: ........................................................... .............................................................. .............................................................. Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: ........ giờ ........ ngày ........ tháng ....... năm ............... Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 MỞ ĐẦU Thị trường di động trong những năm gần đây đã có những bước phát triển vô cùng mạnh mẽ. Dịch vụ chủ đạo là thoại và tin nhắn SMS. Tuy nhiên, các dịch vụ dữ liệu dựa trên nền IP ngày càng phát triển. Nhu cầu của con người về dịch vụ mới là không giới hạn, đòi hỏi các dịch vụ đa dạng và chất lượng cao. Người sử dụng di động mong muốn cùng một thời điểm họ có thể sử dụng nhiều dịch vụ như vừa gọi điện thoại vừa gửi hình ảnh, chia sẻ file cho nhau... Mạng chuyển mạch kênh truyền thống chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, không có khả năng để đáp ứng các nhu cầu trên của khách hàng. Vì vậy, mạng thế hệ sau (Next General Network - NGN) ra đời nhằm thỏa mãn những nhu cầu trên. Trong luận văn này, em tập trung nghiên cứu về mạng chuyển mạch mềm và giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động – Mobile Switching Solution. Giải pháp này dựa trên kiến trúc mạng phân lớp, mạng tích hợp ngang. Đó là kiến trúc mạng có sự phân tách chức năng điều khiển với chức năng vận chuyển dữ liệu. Sự phân tách lớp điều khiển khỏi lớp truyền tải phù hợp với xu hướng phát triển của các hệ thống thông tin di động 3G và phù hợp với các tổ chức tiêu chuẩn 3GPP. Nội dung luận văn của em gồm: Chương 1: Tổng quan về chuyển mạch mềm Chương 2: Công nghệ chuyển mạch mềm di động và giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động của một số hãng cung cấp Chương 3: Đề xuất ứng dụng triển khai chuyển mạch mềm di động cho Viễn thông Lào 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH MỀM 1.1. Chuyển mạch mềm trong mạng NGN Trong tương lai, mạng thế hệ mới sẽ hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng là mạng gói. Vì thế việc chuyển từ mạng viễn thông hiện tại lên mạng thế hệ mới phải trải qua nhiều giai đoạn. Do PSTN hiện tại vẫn hoạt động tốt và cung cấp dịch vụ khá tin cậy (99.999%) nên việc chuyển cả mạng truy nhập và mạng lõi của PSTN thành mạng gói là rất tốn kém. Để tận dụng cơ sở hạ tầng của PSTN và ưu điểm của chuyển mạch gói, cấu hình mạng NGN bao gồm chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói được thể hiện như trong hình 1.1 sau: Hình 1.1: Cấu trúc mạng NGN Việc phân tách chức năng điều khiển cuộc gọi và các dịch vụ từ mạng truyền tải nằm phía dưới là giải pháp cho các mạng dựa trên chuyển mạch mềm. Hỗ trợ các giao diện báo hiệu chuẩn sẽ cung cấp kết nối liền mạch giữa PSTN truyền thống và các mạng công cộng thế hệ mới, đảm bảo việc phát triển mềm dẻo cho các hệ thống. Thoại qua mạng gói, mạng chuyển tiếp khung và mạng tế bào thể hiện một thị trường to lớn, tạo cơ hội cho các nhà kinh doanh và nhà khai thác. Công nghệ chuyển mạch mềm cho phép kết nối giữa Internet, các mạng vô tuyến, các mạng cáp và các mạng điện thoại truyền thống. Hình 1.2 giới thiệu về sự hội tụ mạng có thể đạt được nhờ sử dụng chuyển mạch mềm. Chuyển mạch mềm cho phép mạng điện thoại thông tin với 3 thế giới Internet. Phương thức kết nối, hệ thống đánh số danh bạ và phương thức tính cước của thế giới thoại sẽ có sẵn đối với các mạng khác (gồm cả Internet) sử dụng chuyển mạch mềm. Hình 1.2: Vị trí của chuyển mạch mềm trong mạng NGN 1.2. Khái niệm về chuyển mạch mềm - 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). 1.3. Ưu điểm của chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm Softswitch có những ưu điểm sau: Cho cơ hội mới về doanh thu 4 Thời gian tiếp cận thị trường ngắn Khả năng thu hút khách hàng Giảm chi phí xây dựng mạng Giảm chi phí điều hành mạng Sử dụng băng thông một cách hiệu quả: Quản lý mạng hiệu quả Cải thiện dịch vụ Tiết kiệm thời gian đặt thiết bị Cung cấp môi trường tạo lập dịch vụ mềm dẻo An toàn vốn đầu tư 1.4. Các tiêu chí kỹ thuật của chuyển mạch mềm Nhìn chung, một hệ thống chuyển mạch mềm có 4 tiêu chí kỹ thuật sau: Tính tương thích. Hỗ trợ nhiều giao thức. Năng lực hệ thống Khả năng mở rộng của hệ thống 1.5. Các thành phần chính của chuyển mạch mềm Thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển thiết bị Media Gateway Controller (MGC). Bên cạnh 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 Service Layer. 5 Cách kết nối các thành phần trên được thể hiện ở hình sau: Hình 1.3: Các thành phần của chuyển mạch mềm 1.6. Ứng dụng của chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm Softswitch hiện nay, khi vẫn tận dụng mạng PSTN, được sử dụng trong mạng công cộng để thay thế cho tổng đài cấp 4 (Tandem switch) và trong mạng riêng. Và phần mềm điều khiển chuyển mạch lúc này chỉ có nhiệm vụ đơn giản là thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Trong tương lai khi tiến lên mạng NGN hoàn toàn thì các MGC sử dụng Softswitch sẽ thay thế cả các tổng đài nội hạt (lớp 5). Khi đó chuyển mạch mềm Softswitch không chỉ thiết lập và xóa cuộc gọi mà sẽ thực hiện tất cả các chức năng phức tạp khác của một tổng đài lớp 5. 1.7. Thiết lập cuộc gọi trong chuyển mạch mềm Với chức năng chuyển mạch và điều khiển cuộc gọi, softswitch là thành phần chính trong mạng thế hệ mới. Tuy nhiên khác với tổng đài điện tử, lưu lượng cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm không đi qua softswitch, các đầu cuối trực tiếp trao đổi dữ liệu với nhau (trong cuộc gọi VoIP các đầu cuối thiết lập kết nối RTP trực tiếp) 6 Hình 1.4: Thiết lập cuộc gọi trong mạng chuyển mạch mềm Để hiểu rõ hơn vai trò của softswitch chúng ta xem xét quá trình thiết lập cuộc gọi như trên hình 1.4. Máy điện thoại SIP thực hiện quay số đến máy điện thoại analog được kết nối vào Access gateway. Softswtich, máy điện thoại SIP và gateway trao đổi với nhau các bản tin báo hiệu cuộc gọi SIP. Sau khi thủ tục báo hiệu cuộc gọi thực hiện xong, máy điện thoại SIP và Access gateway thiết lập kết nối RTP và trực tiếp trao đổi các gói dữ liệu thoại, không cần đến sự can thiệp của softswitch. Như vậy, mạng chuyển mạch mềm là mạng xử lý tập trung về mặt logic nhưng tài nguyên phân tán. Chuyển mạch cuộc gọi trên nền mạng chuyển mạch gói và tạo ra nhiều ưu thế vượt trội mà chúng ta sẽ tiếp tục xem xét. 1.8. So sánh hoạt động của chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh Việc so sánh sẽ dựa vào các tiêu chí sau: đặc tính của chuyển mạch (về phần cứng và phần mềm), cấu trúc chuyển mạch (các thành phần cơ bản và sự liên hệ giữa chúng) và phương thức xử lý cuộc gọi Bảng dưới đây biểu diễn sự so sánh về các đặc tính của chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh. Softswitc h Mạng IP/ MPLS Máy điện thoại SIP Máy điện thoại analog Báo hiệu Báo hiệu Kết nối RTP Access gateway 7 Bảng 1.1: Các đặc tính của chuyển mạch Đặc tính Chuyển mạch mềm Chuyển mạch kênh Phương thức chuyển mạch cơ bản Dựa trên phần mềm Dựa trên “kênh” Giữa phần mềm và phần cứng Không phụ thuộc Phụ thuộc chặt chẽ Cấu trúc Module, tiêu chuẩn mở Độc nhất Khả năng thay đổi Có Khó khăn Giá thành Rẻ hơn 40% Cao Khả năng mở rộng Dễ dàng với số lượng lớn Đòi hỏi phải thêm thiết bị Khả năng sử dụng đa phương tiện Dễ dàng, nhiều loại hình Rát hạn chế Hội nghị truyền hình Chất lượng tốt Có hỗ trợ Loại hình dịch vụ Thoại, dữ liệu, video, fax Chủ yếu là thoại Chất lượng dịch vụ Tốt Tốt Phần cứng Nhỏ gọn Chiếm không gian lớn 1.9. Kết luận chương 1 Với 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 dễ dàng và thuận lợi, từ đó phát triển lên NGN hoàn toàn. 8 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM DI ĐỘNG 2.1. Tổng quan về chuyển mạch mềm di động Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS - Mobile Softswitch Solution) dựa trên kiến trúc mạng phân lớp, mạng tích hợp ngang. Đó là kiến trúc mạng có sự phân chia về mặt vật lý và logic, sự phân chia về chức năng điều khiển và quản lý dịch vụ (Lớp điều khiển) với chức năng vận chuyển dữ liệu (Lớp kết nối). Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS) là sự kết hợp 2 nút khác nhau: MSC server (MSC-S) thuộc lớp điều khiển và Mobile Media Gateway (M-MGw) thuộc lớp kết nối. Trong MSS cho mạng WCDMA, lớp kết nối chủ yếu dựa trên giao thức IP và ATM. MSC Server điều khiển tất cả báo hiệu mạng và các quá trình thiết lập, giải phóng và giám sát các cuộc gọi chuyển mạch kênh. Còn M-MGw điều khiển quá trình xử lý và vận chuyển lưu lượng cuộc gọi chuyển mạch kênh, và kết nối với các mạng ngoài như PSTN, các mạng di động mặt đất công cộng (PLMN) khác và các mạng viễn thông quốc tế. Hình 2.1: Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS) Trong mối tương quan của những điểm khác biệt đó, khái niệm "tích hợp dọc" được sử dụng để mô tả những hệ thống mạng khi chúng kết hợp thành những chức năng rất khác biệt có liên quan tới 9 nhau để thực hiện chức năng điều khiển và kết nối. Ngược lại, mạng MSS kết hợp thành một dạng kiến trúc "tích hợp ngang" và phân tách chức năng kết nối, điều kiển và ứng dụng thành những tầng riêng biệt. D a ta /I P N e tw o rk s P L M N P S T N /I S D N C A T V Services Access Transport & Switching Networks Vertical Integration D a ta /I P N e tw o rk s P L M N P S T N /I S D N C A T V Services/Applications Connectivity Horizontal Integration D a ta /I P N e tw o rk s P L M N P S T N /I S D N C A T V D a ta /I P N e tw o rk s P L M N P S T N /I S D N C A T V Hình 2.2: Mạng tích hợp dọc và mạng tích hợp ngang MSS mang lại những lợi ích chính sau:  MSS đưa ra một kiến trúc mở linh hoạt có khả năng đáp ứng những yêu cầu của hiện tại và tương lai.  MSS cho phép xử lý linh hoạt khi mạng được mở rộng hay thay đổi loại lưu luợng (chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói).  MSS cho phép mạng dễ dàng tiến tới một giải pháp “all-IP”.  Đối với các công nghệ truyền tải khác nhau, cả công nghệ đang tồn tại lẫn các công nghệ đang nghiên cứu phát triển, ví dụ công nghệ ATM hay IP, đều có thể được triển khai mà không ảnh hưởng tới lớp điều khiển hay lớp ứng dụng. MSS cho phép các mạng dịch vụ khác nhau có thể chia sẻ chung một mạng truyền tải. 2.2. Kiến trúc MSS Kiến trúc phân lớp Mạng lõi di động 2G và 2.5G ngày nay thường là mạng ngang hàng, nghĩa là các chức năng điều khiển, chuyển mạch và ứng dụng được tích hợp trong cùng một phần tử. Với sự xuất hiện của khái niệm mạng phân lớp, các chức năng này được tách biệt, thấp nhất là lớp chuyển mạch, ở giữa là lớp điều khiển và trên cùng là lớp ứng dụng. 10 Lớp điều khiển: Lớp điều khiển được đặt trong các phần tử được gọi là Network Server (MSC Server, HLR, AUC, EIR ...). Các server này có chức năng thực hiện bảo mật, quản lý di động, thiết lập và giải phóng cuộc gọi… Các server này liên lạc với nhau và các phần tử mạng khác bằng các giao thức chuẩn lớp 3 như ISUP, MAP, BICC. MSC-Server điều khiển các MGw và đưa ra các chức năng và tài nguyên cần thiết cho một cuộc gọi. Giao thức được sử dụng ở đây là H.248 (MGCP). Lớp kết nối Mạng kết nối là mạng phân tán dùng để chuyển mạch các cuộc gọi. Phần tử chính ở đây là các MGw. MGw dùng để thiết lập các kết nối giữa các người dùng và khi cần nó có thể chuyển đổi các công nghệ chuyển tải khác nhau (TDM, ATM, IP). MGw cũng thực hiện việc xử lý dữ liệu người dùng như mã hoá/giải mã thoại, khử tiếng vọng... Tài nguyên cho một cuộc gọi có thể được phân bố trên nhiều MGw, ví dụ một MSC-Server có thể điều khiển nhiều MGw cho cùng một cuộc gọi. Các phần tử trong mạng phân lớp có thể chạy trên nền mạng IP (Mobile Backbone Packet Network). MPBN có thể chỉ dùng riêng cho mạng phân lớp hoặc dùng chung với mạng GPRS/CS hay kết hợp nhiều loại mạng khác nhau (OSS, Billing ...) Lớp dịch vụ Lớp này cho phép triển khai các dịch vụ khác trên nền mạng di động ngoài dịch vụ thoại truyền thống như video, hình ảnh ... So sánh với kiến trúc không phân lớp Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng không phân lớp: Với dự đoán phát triển thuê bao di động trong các năm tới, việc mở rộng mạng, trong đó có mạng lõi, là tất yếu. Việc thiết lập các tổng đài có lưu lượng lớn sẽ là biện pháp phải tính đến để giảm chi phí đầu tư về mặt truyền dẫn. Do số phần tử chuyển mạch trong mạng lõi ngày càng nhiều, phải tính đến việc trang bị các thiết bị chuyển mạch trung gian (GMSC/TSC) để kết nối giữa các phần tử trong mạng với nhau cũng như kết nối với các phần tử mạng ngoài. Việc phát triển mạng lõi theo công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống cho ta khả năng dễ dàng trong công tác vận hành khai thác vì đây là công nghệ cũ, ngoài ra công nghệ này đã được triển khai rộng rãi trên thế giới, có tính ổn định cao. Tuy nhiên, toàn bộ việc đầu tư này sẽ vẫn kéo theo một mạng truyền dẫn rất lớn, đấu nối phức tạp, chi phí tốn kém vì phải xây dựng mạng truyền dẫn TDM dựa trên các kênh có tốc độ nhỏ nhất 64kbps chỉ dùng cho các cuộc gọi 16kbps. Cũng vì vấn đề không tương thích về tốc độ nên trong mạng di động luôn có phần tử tương thích tốc độ. Đây là phần tử làm góp phần làm suy giảm chất lượng thoại. Ngoài ra, trong xu hướng phát triển của thế giới, trong tương lai sẽ mất dần các 11 mạng chuyển mạch kênh. Khi đó tất cả các dịch vụ viễn thông sẽ chạy trên nền IP, không còn ranh giới giữa di động, cố định.  Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc mạng phân lớp: Mạng phân lớp có đặc tính cơ bản là phân tán hệ thống chuyển mạch trong khi vẫn giữa một số node mạng điều khiển và xử lý cuộc gọi tại một số ít trạm trung tâm. Các MGw có thể được đặt tại các trạm Remote (có thể đặt cùng một vài BSC ở các tỉnh) và cho phép chuyển mạch các lưu lượng nội vùng. Mặc dù có sự phụ thuộc vào vùng địa lý, nhưng nhìn chung phần lớn lưu lượng được sinh ra và kết thúc tại cùng một vùng nào đó, vì vậy, sẽ tiết kiệm được một lượng lớn đầu tư cho truyền dẫn. Số trạm trung tâm ít chỉ gồm các phần tử lớp Điều khiển cho ta khả năng tiết kiệm về mặt điện năng tiêu thụ, tiền xây dựng mặt bằng nhà trạm mới trong quá trình vận hành khai thác. Các phần tử thuộc lớp Kết nối và lớp Điều khiển có thể được định cỡ độc lập và như vậy mạng có thể mở rộng một cách dễ dàng tại bất kì thời điểm nào tuỳ thuộc vào đặc tính lưu lượng của từng vùng. Hơn nữa, sự độc lập này cũng cho phép mỗi lớp có thể được nâng cấp độc lập nhau. Về nhược điểm của kiến trúc mạng phân lớp, đây là công nghệ mới, cũng chưa được triển khai nhiều trên thế giới nên khó đánh giá được tính chín muồi, khả năng tương thích với các hệ thống đang có. Mặt khác, dung lượng của thiết bị nhỏ là một trở ngại không nhỏ đối với các nhà khai thác lớn muốn thay đổi hệ thống hiện có. Kiến trúc mạng phân lớp là công nghệ mới nên giá thành còn cao, bên cạnh đó việc nâng cao kiến thức để nhân viên vận hành làm quen với công nghệ viễn thông trên nền mạng IP cũng là một khó khăn. Bảng 2.1 So sánh mạng không phân lớp và phân lớp So với MSC truyền thống thực hiện cả hai chức năng chuyển mạch và điều khiển, trong kiến trúc MSS, hai chức năng này đã được phân tách và do hai nút mạng khác nhau thực hiện. Chức năng Mạng không phân lớp Mạng phân lớp Dễ dàng trong vận hành khai thác và độ ổn định cao. Chi phí truyền dẫn lớn. Do phần tử tương thích tốc độ dẫn đến ảnh hưởng chất lượng thoại. Phân tách giữa điều khiển và chuyển mạch, nên có thể đặt MGW tại các tỉnh xa để tiết kiệm chi phí truyền dẫn. Tiết kiệm trong việc xây dựng và vận hành tổng trạm. Dễ dàng trong việc thay đổi và định cỡ lại mạng. Tiết kiệm băng thông. 12 điều khiển do MSC server đảm nhiệm và MSC server thuộc lớp điều khiển, còn chức năng chuyển mạch do M-MGw đảm nhiệm và M-MGw thuộc lớp kết nối. Hình 2.4: So sánh cấu trúc MSC truyền thống và giải pháp MSS Hình 2.5: Kiến trúc MSS MSC truyền thống (Control and Switching) Cấu trúc MSC truyền thống TDM MSC MSC MSC MSC MSC MSC MSC Server (Control) Mobile Media Gateway (Switching) IP/ATM/TDM Control Layer Connectivity Layer MSC- S MG w MSC- S MG w MG w MG w MG w MG w Mobile Softswitch Solution Cấu trúc phân lớp IP Control Layer Connectivity Layer MSC-S MGw MGw MGw MGw MGw Chức năng chính của MSC-S • Điều khiển cuộc gọi • Điều khiển và lựa chọn MGW • Có thể điều khiển nhiều hơn một MGW • Quản lý di động • … Chức năng chính của Media Gateway • Xử lý thoại • Thiết lập và giải phóng user data bearers • Giao tiếp giữa các chuẩn truyền tải khác nhau (IP/ATM/TDM) • Ranh giới với các mạng khác • Có thể được điều khiển bởi nhiều MSC-server 13 2.3. Mô hình tham chiếu 3GPP Với yêu cầu cung cấp các dịch vụ số liệu, đặc biệt là dịch vụ truyền thông đa phương tiện, mạng thông tin di động hiện nay cũng đang phát triển theo cấu trúc NGN. Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP đóng vai trò chủ yếu trong việc xây dựng kiến trúc mạng NGN-Mobile cho các hệ thống thông tin di động dựa trên mạng lõi GSM. HLR C A U C SGSN Gn Gi Note: Not all interfaces are shown and named BTS Um Abis BSS F D E IR A GMSC Server Gf Gn Gb Gr SGSN GGSN Gs Gc Gd IuCS MGW H Gp IuPS RNCNode B Uu Iur Iub RNCNode B Iub RNS RNS UTRAN Iur ME Cu or SIM-ME i/f USIM SIM MS ISDN PSTN PSPDN CSPDN PDN: - Intranet - Extranet - Internet SCF ME SIM-ME i/f SIM MS MGW MSC/VLR Server Mc Nb Nc MGW Nb Mc Mc EGNc T- S G W BSC C SMS SCF MSC/VLR Server A U C A U C E IR A U C Hình 2.9: Mô hình tham chiếu 3GPP 2.4. Các phần tử mạng của MSS Hình 2.10 chỉ ra các nút logic và giao diện với mạng truy nhập vô tuyến, mạng ngoài. 14 SGSNGGSN . BSS RNS PABX VIG A IuCS D Nb Nc Gs Mc Lg F Mc C Lh IuCS Mc Nb Nc H X1,X2 HI3 PRA support MGW MGW MGW TSC Server MSC Server gsmSSF GMSC Server gsmSSF legacy support Internet support OSS-RCSMS IWMSC/GMSC SMS-SC LCS SCS CSE ADC LIS Charg SNM CA SYN SC GMLC SCS gsmSCF DCR LI-IMS LEMF BGw SOG NTP Serv AUC HLRFNR EIR Control plane User plane User & control Engine Multi-Service Network PLMN Internet ISDN / PSTN CAS, TUP Legacy NW PS Domain RAN SAT RAN Inmarsat Hình 2.10: Các thành phần mạng WCDMA MSS 2.5. Các giao thức báo hiệu Hình 2.13: Các giao thức báo hiệu  Giao thức BSSAP giữa MSC-S và BSC (giao diện A)  Giao thức RANAP giữa MSC Server và RNC (giao diện Iu)  Giao thức GCP (Gateway Control Protocol) giữa MSC Server và M-MGw (giao diện Mc)  Giao thức BICC (Bearer Independent Call Control) định tuyến giữa các MSC Server (giao diện Nc) 15  Giao thức Q.AAL2 (Bearer Control Protocol) trong lớp vận chuyển AAL2 (giao diện Iu và Iur)  Giao thức ISUP (ISDN User Part) định tuyến tới mạng ISDN  Giao thức IPBCP (IP bearer control protocol) giữa các M-MGw (giao diện Nb) 2.6. Giải pháp chuyển mạch mềm di động của một số hãng 2.6.1. Giải pháp của Huawei Các giải pháp softswitch di động của Huawei được dựa trên các yêu cầu kết nối mạng và các tính năng mạng của hãng. Nó cung cấp một sơ đồ mạng 2G hoặc 3G tích hợp, dễ dàng để hoạt động và duy trì. Giải pháp này hỗ trợ cho các mạng GSM, 3GPP, R99, 3GPP R4, và 3GPP R5. Hình 2.16: Cấu trúc mạng giải pháp mobile softswitch của Huawei 2.6.2. Giải pháp của Nokia Siemens Network (NSN). Các hệ thống máy chủ MSC của NSN sử dụng một mạch kiến trúc mạng lõi, độc lập với đường trục truyền dẫn, như quy định trong thông số kỹ thuật 3GPP 4. Đó là sự phát triển quan trọng trong việc thực hiện của mạng lõi cho các dịch vụ thoại và tin nhắn SMS. Cũng như TDM hiện nay và các giải pháp xương sống ATM, nó hỗ trợ IP cho cả lưu lượng và báo hiệu. Nó tạo ra ý tưởng cho việc tích hợp các dịch vụ thoại trong việc phát triển mạng lưới đa dịch vụ dựa trên nền IP. HLR MSC Server (MSOFTX3000) MGW (UMG8900) SGSN GGSN UTRAN PSTN Internet GMSC Server (MSOFTX3000) 2G Access CN CS Other Networks BSS MGW (UMG8900) 3G Access PS Bearer Signaling 16 Các hệ thống máy chủ MSC NSN tách điều khiển cuộc gọi và báo hiệu và lưu lượng thực tế vào các thành phần mạng khác nhau: máy chủ MSC và Gateway đa phương tiện. Kiến trúc phân chia này cho phép chi phí có thể được giảm thiểu do năng lực xử lý của các hệ thống máy chủ NSN MSC, gấp ba lần so với hệ thống MSC truyền thống. Cách bố trí đơn giản của mạng lõi giúp loại bỏ sự cần thiết phải quá cảnh MSC tại máy chủ MSC mạng VoIP. Kiến trúc 3GPP Release 4 cho phép tối ưu mở rộng mạng lưới - điều khiển cuộc gọi và dung lượng lưu lượng có thể được mở rộng một cách riêng biệt. NSN MSC Server hỗ trợ cả hai mạng GSM / EDGE và mạng vô tuyến WCDMA. Dung lượng mạng lõi có thể được tự động chia sẻ giữa hai mạng truy cập vô tuyến, hỗ trợ tốt nhất khi đầu tư mạng lõi khi thuê bao chuyển sang WCDMA. Các hệ thống máy chủ MSC NSN hỗ trợ tất cả các giao diện tín hiệu của mạng vô tuyến hiện có, cho phép tích hợp các mạng lưới an toàn của cả một và nhiều nhà cung cấp. 2.6.3. Giải pháp của Alcatel-Lucent. MSC Alcatel là một sản phẩm chuyển mạch di động thế hệ tiếp theo nó là cầu nối giữa thoại và giao thức báo hiệu dữ liệu của các mạng di động thế hệ thứ 2 và thứ 3 với mạng thông minh. Nó cung cấp giao diện được gói hóa và kênh hóa cho liên kết Trung tâm cung cấp dịch vụ kết nối chuyển mạch cũng như giao diện cho phép kết nối với hệ thống điện thoại công cộng bên ngoài. MSC Alcatel có thể được sử dụng như chuyển mạch Trung tâm di động (MSC). Nền tảng này được kiến trúc với phần mềm và phần cứng module hóa cho phép nhà điều hành triển khai những yếu tố cần thiết cho bất kỳ ứng dụng cụ thể hoặc triển khai toàn mạng. 2.6.4. Giải pháp của Ericsson Đây là giải pháp mà Ericsson đưa ra nhằm tiến tới kiến trúc mạng phân lớp (Mobile Softswitch – MSS). Giải pháp sử dụng phiên bản MSS R4.1 (MSC-server R12 và MGW R4.1). Căn cứ theo phân bố lưu lượng và thuê bao, Ericsson đưa ra giải pháp với mạng có các MSC-Server (in pools), HLR, MGW and BSC. Lưu lượng qua giao diện Nb từ M-MGw cũng như lưu lượng báo hiệu SS7 (SIGTRAN) từ MSC Server và M-MGw được vận chuyển qua IP. Giao diện STM-1 được sử dụng cho lưu lượng TDM tới các mạng khác. 17 Giao diện STM-1 được sử dụng cho giao diện A, vận chuyển cả tải và lưu lượng báo hiệu BSSAP. Với site co nhiều hơn một M-MGw thì mỗi BSC được nối tới 2 M-MGw. Lưu lượng Gb từ BSC được vận chuyển qua IP với giao diện Gigabit Ethernet. 2.6.5. Giải pháp của ZTE Hệ thống chuyển mạch mềm ZTE, mạng hội tụ theo định hướng, giúp cung cấp một giải pháp tổng thể để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện thế hệ mới, và trên cơ sở thừa kế, nhận ra ảnh hưởng lẫn giữa các mạng dịch vụ hiện tại như PSTN / ISDN, PLMN, IN, CATV, internet … Ngoài ra, bằng cách tối ưu hóa cấu trúc mạng, nó mang đến sự hội tụ mạng cũng như hội tụ dịch vụ, vì thế cho phép mạng chuyển mạch gói cung cấp không chỉ các dịch vụ mới mà còn dịch vụ phong phú cho mạng chuyển mạch kênh. Kiến trúc chuyển mạch mềm chuyển mạch mềm ZTE là hệ thống là một mở, hệ thống phần mềm tiêu chuẩn thực hiện truyền thông phân phối trên một nền tảng máy tính mở. Nó kết hợp thoại, dữ liệu và video với nhau. Nó hỗ trợ các giao thức chuyển đổi thông thường (như SS7). 2.7. Kết luận chương 2 Giải pháp chuyển mạch mềm trong mạng di động (MSS - Mobile Softswitch Solution) dựa trên kiến trúc mạng phân lớp, mạng tích hợp ngang. MSS dựa trên nền tảng của mạng thiết kế theo cấu trúc phân lớp (bao gồm cả vật lý và logic): lớp dịch vụ (service layer), lớp điều khiển (control layer), lớp kết nối (connectivity layer). MSS chỉ ứng dụng cho mạng di động và cụ thể hơn là áp dụng cho mạng lõi chuyển mạch kênh (CNCS - Core Network Circuit Switched). 18 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM DI ĐỘNG CHO VIỄN THÔNG LÀO 3.1. Giới thiệu chung về mạng Viễn thông Lào Năm 2008, thành phố Viêng Chăn khai trương nghiệp vụ mạng 3G, đánh dấu ngành thông tin-Viễn thông Lào đi vào thời đại 3G, cùng với sự phổ cập của điện thoại di động thông minh, số thuê bao nghiệp vụ 3G ở Lào hiện nay vào khoảng 280 nghìn thuê bao, chủ yếu tập trung tại các thành phố lớn như Thủ đô Viêng Chăn. 3.1.1. Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông chính của Lào  LTC (Lao Telecommunications company)  ETL (Enterprise of Telecommunications Lao) Star Telecom: LAT (Lào Asia Telecommunication) và Viettel Global (ViệtNam)  MLL (Milicom Lào Limited)  Sky Telecom Limited  Planet Limited Ngoài ra còn một số công ty viễn thông mới ra đời đó là: Stea và LanXang Limited. 3.1.2. Tình hình phát triển và dịch vụ viễn thông Lào Cùng với sự đầu tư của Chính phủ, ngành thông tin-Viễn thông của Lào phát triển nhanh chóng, tính đến năm 2010, t lệ thuê bao điện thoại di động đạt 65%, thuê bao điện thoại cố định đạt 1,66% và thuê bao băng thông rộng đạt 0,19%; tổng chiều dài cáp quang đạt khoảng 5 nghìn km, che phủ 138 huyện thuộc 17 tỉnh thành, trong đó mạng 3G đã che phủ 2 nghìn thôn làng. Theo kế hoạch của Bộ Bưu chính Viễn thông Lào, trong những năm tới sẽ nâng tổng số trạm thu và tiếp sóng trong cả nước lên 6.684 trạm, che phủ 7.300 trong tổng số 9.119 thôn làng trong cả nước, trong đó mạng 3G sẽ che phủ 130 trong số 143 huyện của cả nước. 3.1.3 Các dịch vụ viễn thông đang hoạt động triển khai tại Lào. - Dịch vụ thoại: sử dụng qua mạng 2G, 3G và mạng cố định PSTN - Dịch vụ dữ liệu: qua mạng 3G bao gồm dịch vụ data, thoại.. - Dịch vụ VIDEO IP TV chưa có chính thức - Các dịch vụ giá trị gia tăng khác… 19 3.2. Giới thiệu về công ty thông tin di động Star Telecom(Unitel) Mạng di động Star telecom Mobile được đưa vào hoạt động chính thức từ ngày 1/4/2008 liên doanh giữa Viễn thông Quân đội Lào(LAT) và Viễn thông Quân đội Việt Nam(Viettel). Hiện tại, mạng di dộng Star telecom hầu như cung cấp cho khách hàng tất cả các dịch vụ thoại, SMS và các đầy đủ các dịch vụ giá trị gia tăng khác. kiến trúc mạng của Star telecom là mạng phân lớp, các thành phần chính trong mạng gồm có 6 MSCs, 4 HLRs (1 dự phòng), 15 BSCs, 05 RNC và hơn 3000 trạm thu phát sóng trên toàn quốc. Tất cả các MSCs của Star telecom tập trung tại thành phố Viêng Chăn ở hai trung tâm PhoneXay và NongPhaya. Đây là thành phố trung tâm của nước và lưu lượng luôn xuất phát từ thành phố này. Trong đó kết nối mạng cố định các tỉnh thông qua tổng đài Toll, kết nối với điện thoại nội hạt thông qua các tổng đài TANDEM nội hạt, và kết nối trực tiếp đến các mạng di động khác qua các MSC Gateway. 3.3. Đề xuất ứng dụng triển khai công nghệ chuyển mạch di động cho công ty thông tin di động Star telecom Đề xuất việc sử dụng cộng nghệ chuyển mạch mềm áp dụng cho Star Teleccom cụ thể như sau: 3.3.1. Lựa chọn công nghệ Với quan điểm chống độc quyền về công nghệ trong mạng và dựa trên các giải pháp, Ưu điểm và nhuộc điểm của các hãng cung cấp dich vụ mạng Viễn thông. Star Telecom lựa chọn tối thiểu hai vendor (nhà cung cấp) khác nhau cho mỗi hệ thống mạng. Hiện tại, các nhà cung cấp chính đang cung cấp thiết bị cho Star Telecom là: Ericson, Huawei, ZTE và Nokia Simen Network. Với những hệ thống thuộc các nhà cung cấp khác nhau và liên tục được cập nhật các version mới nhất. Hạ tầng mạng Star Telecom có khả năng hỗ trợ tất cả các phương thức kết nối thoại và báo hiệu khác nhau. Sẵn sàng kết nối tới các đối tác VAS, các đối tác trong và ngoài nước để cung cấp đầy đủ các dịch vụ tới khách hàng. 3.3.2. Giao diện kết nối của MSOFTX3000 Là thiết bị điều khiển trong mạng lõi, có thể đóng vai trò là MSC Server, GMSC Server,TMSC và cung cấp chức năng SSP. 3.3.3. Cấu trúc hệ thống 20 Cấu trúc mạng Star Telecom được minh họa ở hình dưới đây. Hình 3.3: Cấu trúc mạng Star Telecom 3.4. Kết luận chương 3 Với việc lựa chọn công nghệ và triển khai tổ chức mạng theo các quan điểm rõ ràng như:  Quan điểm về lựa chọn công nghệ chuyển mạch mềm (Lựa chọn khi đầu tư thiết bị và công nghệ triển khai)  Quan điểm về tổ chức phân lớp mạng.  Quan điểm về dự phòng Với việc ứng dụng công nghệ chuyển mạch mềm di động, mạng Star Telecom được đánh giá là nhà mạng có hạ tầng kỹ thuật hiện đại nhất ở Lào và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật khắt khe về công nghệ và khả năng cung cấp dịch vụ viễn thông. Hiện tại, Star Telecom được các tổ chức Viễn thông quốc tế đánh giá cao và đã có được rất nhiều giải thưởng quốc tế trong thời gian vừa qua. 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sự phát triển bùng nổ của mạng Internet, nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói di động ngày càng tăng, đặc biệt là các dịch vụ truyền thông đa phương tiện dựa trên nền IP chính là động lực thúc đẩy sự phát triển của công nghệ mạng thông tin di động theo một kiến trúc mới, kiến trúc phân lớp mềm dẻo và linh hoạt. Đối với các mạng GSM, việc lựa chọn kiến trúc mạng phân lớp lấy nền tảng truyền dẫn là công nghệ IP là giải pháp tiết kiệm, chất lượng và phù hợp với xu hướng chung trên thế giới. Kết quả của quá trình chuyển đổi ta sẽ được mạng phân lớp. Đây là kiến trúc mạng đã tiết kiệm đáng kể về mặt truyền dẫn. Bên cạnh đó, mạng có tính tập trung điều khiển mang lại khả năng dễ dàng quản lý, tiết kiệm chi phí vận hành khai thác. Hơn nữa, các phương thức TrFO và TFO sẽ nâng cao chất lượng và giảm chi phí về mặt đầu tư truyền dẫn trong mạng một cách đáng kể. Việc chuyển đổi kiến trúc mạng phải đảm bảo các yêu cầu: 1. Các bước phát triển mạng phải tuân theo các khuyến nghị của 3GPP, tương thích với công nghệ GSM và các công nghệ trong tương lai đã được thử nghiệm, triển khai thành công trên thế giới; đảm bảo các không có sự khác biệt lớn giữa các dòng sản phẩm trên thị trường. 2. Quá trình chuyển đổi không làm gián đoạn dịch vụ trong mạng hiện tại. 3. Đảo bảo việc tái sử dụng tối đa với các tài nguyên sẵn có. 4. Các bước trong quá trình phát triển mạng phải riêng biệt, sự phức tạp và chi phí phải được giảm thiểu để không có sự chênh lệch so với mạng truyền thống. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Lê Nhật Thăng và các thầy cô của Học viện Công Nghệ Bưu chính Viễn thông đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. 22 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), “Thông tin di động 3G”, Nhà xuất bản Bưu điện. 2. TS. Đặng Đình Lâm, TS Chu Ngọc Anh, Ths. Nguyễn Phi Hùng, Ths. Hoàng Anh (2004), “Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật. 3. Tổng công ty Viễn thông quân đội (2008), Báo cáo quy hoạch mạng thổng thể 2008, Hà Nội. 4. Tiếng Anh 5. Alcatel Technologies Co.Ltd.(2006) Next Generation Network Division – NGN, feature Overview, Tài liệu kỹ thuật 6. AXE 810 Platform Description. Tài liệu kỹ thuật 7. GSM MSC/MSC-S R12 Configuration, Ericsson student book. Tài liệu kỹ thuật 8. Ericsson MSC Server R12 Product Description. Tài liệu kỹ thuật 9. GSM/WCDMA M-MGw R4 Operation and Configuration, Ericsson student book. Tài liệu kỹ thuật 10. Ericsson MSC R12 Product Description. Tài liệu kỹ thuật 11. Ericsson M-MGw R4 Product Description. Tài liệu kỹ thuật 12. Ericsson WCDMA System Overview, Ericsson student book. Tài liệu kỹ thuật 13. Huawei Technologies Co. Ltd. (2007), GSM MSOFTX3000 Product Training, Tài liệu kỹ thuật 14. Huawei Technologies Co. Ltd. (2007), Mobile Softswitch Product Overview.Training, Tài liệu kỹ thuật 15. Huawei Technologies Co. Ltd. (2009), HUAWEI MSOFTX3000 Product Description, Tài liệu kỹ thuật 16. Keiji Tachikawa (2001), “W-CDMA Mobile communications system” , John Wiley & Sons, Ltd. Tài liệu kỹ thuật 17. Jjuh-cheng Chen, Tao Zhang (2004), “IP-Based Next-Generation Wireless Networks”, John Wiley & Sons, Inc. Tài liệu kỹ thuật 18. DR. Jonathan P. Castro (2001), “The UMTS Network and Radio Access Technology”, John Wiley & Sons, Ltd. Tài liệu kỹ thuật 19. WCDMA MSS R4 Introduction, Ericsson student book. Tài liệu kỹ thuật 20. 3GPP, Technical Specification TS 21.105, V4.0.0, Services and Service Capabilities, December 2000. Tài liệu kỹ thuật