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

MỤC LỤC  Trang   Lời nói đầu .......................................................................................................... Các thuật ngữ viết tắt........................................................................................... Danh mục các hình vẽ ......................................................................................... Danh mục các bảng biểu ..................................................................................... Chương I: Mạng thế hệ sau NGN..................................................................... Cấu trúc của mạng NGN ................................................................. Lớp truy nhập....................................................................... Lớp truyền tải........................................................................ Lớp điều khiển...................................................................... Lớp ứng dụng........................................................................ Lớp quản lý........................................................................... Vai trò của chuyển mạch mềm và IMS trong mạng thế hệ sau NGN................................................................................................. Vai trò của chuyển mạch mềm.............................................. Vai trò của IMS..................................................................... Kết luận chương I............................................................................. Chương II: Chuyển mạch mềm và phân hệ IMS ........................................... Khái niệm chuyển mạch mềm.......................................................... Kiến trúc của chuyển mạch 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................................................................... Các thành phần của chuyển mạch mềm .......................................... Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) ........................... Cổng báo hiệu (SG).............................................................. Cổng phương tiện (MG)....................................................... Máy chủ phương tiện (MS).................................................. Máy chủ ứng dụng/Máy chủ đặc tính (AS/FS)..................... Khái niệm phân hệ IMS................................................................... Cấu trúc phân hệ IMS....................................................................... Lớp dịch vụ........................................................................... Lớp lõi IMS........................................................................... Lớp vận tải............................................................................ Các thành phần của phân hệ IMS..................................................... Kêt luận chương II........................................................................... Chương III: Quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS............... So sánh công nghệ chuyển mạch mềm với phân hệ IMS................. Giống nhau............................................................................ Khác nhau............................................................................. Quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS...................... Phân tách chuyển mạch mềm................................................ Thêm vào Server ứng dụng................................................... Bắt đầu kinh doanh và them vào các điểm kết cuối SIP....... Hội tụ di động, cố định......................................................... Kết luận chương III.......................................................................... Kết luận chung...................................................................................................... Tài liệu tham khảo................................................................................................  3 4 8 8 9 9 11 12 13 13 14 14 14 14 15 16 16 17 18 19 19 20 20 21 22 22 23 23 24 25 25 26 28 29 31 32 32 32 33 34 35 35 36 36 37 38 38   LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ trong lĩnh vực viễn thông và nhu cầu thông tin liên lạc ngày càng tăng. Mạng viễn thông của nước ta hiện nay đã và đang được đầu tư một cách nhanh chóng, ứng dụng các trang thiết bị kỹ thuật tiên tiến nhất trên thế giới nhằm phục vụ mọi nhu cầu dịch vụ từ khách hàng. Mạng viễn thông thế hệ sau – NGN đã trở thành xu hướng của nhiều nước trên thế giới do những tính chất tiên tiến của nó trong việc truy nhập và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện. Trước đây, mạng NGN bắt đầu được xây dựng với mô hình chuyển mạch mềm và đã thu được một số thành công nhất định. Nhưng từ khi 3GPP giới thiệu IMS thì IMS đã chứng tỏ được khả năng vượt bậc hơn so với chuyển mạch mềm về nhiều mặt, và IMS dần trở thành tiêu chuẩn chung để xây dựng mạng NGN ngày nay. Với mong muốn tìm hiểu về công nghệ chuyển mạch mềm và quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS nên chúng em tìm hiểu về chuyên đề “Chuyển mạch mềm và định hướng phát triển lên IMS ” Trong chuyên đề này tập trung phân tích và so sánh giữa chuyển mạch mềm và IMS để thấy được những ưu điểm rõ ràng của IMS so với chuyển mạch mềm để từ đó thấy được quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS trong NGN là tất yếu. Nội dung chuyên đề gồm 3 chương: Chương 1: Mạng thế hệ sau NGN Chương 2: Chuyển mạch mềm và phân hệ IMS Chương 3: Quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch mềm lên IMS Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Tiến sỹ Lê Nhật Thăng, khoa Viễn thông 1, Học viện Công nghệ bưu chính Viễn thông đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm chuyên đề. Do điều kiện thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế nên trong quá trình làm chuyên đề không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong nhận được sự góp ý của Thầy cô cùng các bạn để các chuyên đề sau nhóm em làm tốt hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 11năm 2011 Nhóm 9 Các thuật ngữ viết tắt  Nghĩa tiếng Anh  Nghĩa tiếng Việt   3GPP  3rd Generation Partnership Project  Dự án hợp tác về mạng viễn thông thế hệ thứ 3   AG  Access Gateway  Cổng truy nhập   ANSI  American National Standards Institute  Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ   API  Application Programming Interface  Giao diện lập trình ứng dụng   AS  Application server  Máy chủ ứng dụng   AS/FS  Application server/Feature server  Máy chủ ứng dụng/Máy chủ đặc tính   ATM  Asynchronous Transfer Mode  Phương thức truyền dẫn bất đối xứng   BGCF  Breakout Gateway Control Funciton  Chức năng điều khiển cổng vào ra   BSS  Business Support System  Hệ thống hỗ trợ doanh nghiệp   CAS  Channel Associated Signaling  Báo hiệu kênh liên kết   CDMA  Code Division Multiple Access  Đa truy nhập phân chia theo mã   CDR  Charging Data Record  Bản ghi dữ liệu tính cước   CPU  Central Processor Unit  Bộ xử lý trung tâm   CSCF  Call Session Control Function  Chức năng điều khiển cuộc gọi ủy quyền   DNS  Domain Name Sever  Tên miền máy chủ   DSP  Digital Signal Processor  Bộ xử lý tín hiệu số   DTMF  Dual Tone Multifrquency  Mã đa tần   ENUM  Telephone Number Mapping  Ánh xạ số điện thoại   ETSI  European Telecommunication Standards Insttitute  Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu   FS  Feature server  Máy chủ đặc tính   GPRS  General Packet Radio Service  Dịch vụ vô tuyến gói thông thường   GSM  Global System for Mobile  Hệ thống thông tin di động toàn cầu   HLF  Subscriber location Function  Chức năng định vị người dùng   HFC  Hybrib Fiber coaxial  Mạng truyền hình cáp hữu tuyến   HLR  Home Location Register  Thanh ghi định vị thường trú   HSS  Home Subscriber Server  Máy chủ thuê bao thường trú   I/O  Int/Out  Vào/Ra   IAD  Intergated Aceess Divice  Thiết bị truy nhập tích hợp   I-CSCF  Interrogating – Call Session Control Function  Tra vấn – Chức năng điều khiển phiên gọi   IDSL  Digital Subscriber Line  Đường dây thuê bao kỹ thuật số   IETF  Internet Engineering Task Force  Uỷ ban tư vấn kỹ thuật Internet   IMS  IP Multimedia Subsystem  Phân hệ đa phương tiện dựa trên giao thức Internet   IP  Internet Protocol  Giao thức Internet   ISC  IMS Service Control  Giao diện điều khiển dịch vụ IMS   ISDN  Intergrated Services Digital Network  Mạng số đa dịch vụ tích hợp   ISUP  ISDN User Part  Phần người dùng ISDN   ITU  International Telecommunication 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