Ths. Hoàng Anh
Tóm tắt: Tích hợp mạng di động và cố định là đích hướng tới của các mạng thông tin thế hệ sau(NGN). Những nỗ lực nghiên cứu UMA do một nhóm các công ty, các nhà khai thác hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông thực hiện từ tháng 1 năm 2004. Công nghệ UMA cho phép thực hiện các dịch vụ GSM /GPRS trên các băng tần không cấp phép (sử dụng cho Bluetooth và WLAN 802.11…). Nhờ triển khai công nghệ này các nhà cung cấp dịch vụ di động có thể hỗ trợ khách hàng của họ chuyển giao giữa các mạng di động tế bào và các mạng vô tuyến phạm vi hẹp (Bluetooth, WLAN) sử dụng các thiết bị đầu cuối hai chế độ. Bài báo phân tích nguồn gốc, bản chất của công nghệ UMA và vai trò của công nghệ này trong lộ trình phát triển của mạng thông tin di động GSM và xu hướng tích hợp di động, cố định.
Giới thiệu
Trong năm 2005, nhiều nỗ lực đã thực hiện trong nền công nghiệp viễn thông nhằm xây dựng và triển khai các dịch vụ hội tụ cố định và di động (FMC). Trong những nghiên cứu này có nghiên cứu về UMA. Đây là công nghệ cho phép chuyển giao giữa mạng di động và WLAN.
FMC mang lại lợi ích cho cả nhà khai thác mạng di động và cố định. Các nhà cung cấp dịch vụ thông tin cố định coi FMC là giải pháp nhằm giữ khách hàng của họ khỏi chuyển sang sử dụng các dịch vụ di động. Các nhà khai thác mạng di động sử dụng các dịch vụ FMC nhằm hỗ trợ các dịch vụ di động trong nhà, đảm bảo chất lượng khi cung cấp các dịch vụ di động tại nhà thuê bao.
Những nỗ lực nghiên cứu về công nghệ UMA được khởi đầu bởi nhiều công ty viễn thông và những nhà khai thác viễn thông hàng đầu trên thế giới từ tháng 1 năm 2004. Mục tiêu của những nghiên cứu này nhằm tạo ra các tiêu chuẩn hỗ trợ truy nhập cho các mạng vô tuyến không cần cấp giấy phép tới mạng lõi GSM. Nhóm nghiên cứu về UMA [3] được thành lập bởi các công ty hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông như: Cingular, T-mobile, BT, Kineto Wireless, Ericsson, Motorola và Nokia. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu này là nhằm phát triển một bộ tiêu chuẩn mở cho phép mở rộng việc cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu của mạng GSM/GPRS trên nền các công nghệ sử dụng phổ tần không cần cấp phép (như Bluetooth, WLAN/802.11); đồng thời khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi tiêu chuẩn này của các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới (3GPP).
UMA được đề xuất với nhóm nghiên cứu tiêu chuẩn kỹ thuật GERAN của 3GPP vào tháng 6 năm 2004. Sau một thời gian ngắn, UMA đã được chuẩn hóa dưới tên gọi là Generic Access to A/Gb interface (GAN). Tiêu chuẩn này đã được chính thức thông qua vào tháng 4 năm 2005. Tiêu chuẩn UMA/GAN được định nghĩa trong TS 43.318 của 3GPP (đây là tiêu chuẩn nằm trong bộ tiêu chuẩn GERAN Release 6 của 3GPP). Tại thời điểm này, nhóm nghiên cứu về UMA không còn hoạt động dưới dạng một tổ chức nghiên cứu độc lập mà tiếp tục công việc của họ trong tổ chức 3GPP.
Công nghệ UMA
Giải pháp sử dụng công nghệ Truy nhập di động không cấp phép – Unlicensed Mobile Access (UMA) cho phép cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu di động chất lượng cao trên mạng GSM và các mạng vô tuyến băng rộng Wi-Fi/Bluetooth sử dụng ở trong nhà, văn phòng và các điểm truy nhập công cộng. Việc truy nhập trong các phổ tần vô tuyến không cấp phép của các mạng vô tuyến băng rộng có giá thành thấp hơn nhiều so với các mạng di động 2,5 G và 3G. Do vậy, thuê bao có thể sử dụng máy di động làm thiết bị thông tin cơ bản. Các nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng di động có thể tối ưu lợi nhuận thông qua việc:
· Cải thiện chất lượng dịch vụ di động ở trong nhà, văn phòng và các điểm truy nhập công cộng giảm tải cho mạng macro nhờ sử dụng các mạng vô tuyến với băng tần không cấp phép.
· Cung cấp các dịch vụ tích hợp cố định và di động.
· Giảm chi phí đầu tư cho hạ tầng mạng vô tuyến nhờ sử dụng các mạng truy nhập vô tuyến thay thế có giá thành thấp (WLAN, Bluetooth).
· Cung cấp cho thuê bao các dịch vụ băng rộng.
UMA cho phép các thuê bao di động chuyển giao giữa các mạng di động và các mạng vô tuyến trong nhà, việc truy nhập mạng cũng có thể thực hiện được tại các điểm truy nhập của WLAN. Khi thuê bao di động giữa các mạng vô tuyến, họ tiếp tục được sử dụng các dịch vụ thoại và số liệu di động với chất lượng không thay đổi so với khi ở trong mạng GSM/GPRS. Khi ở trong phạm vi phủ sóng của các hệ thống truy nhập vô tuyến không cấp phép, thuê bao di động có thể được cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ cao do không còn bị giới hạn về băng thông của mạng GSM (theo lý thuyết mạng Wi-fi có khả năng hỗ trợ tốc độ truy nhập lên tới 11 Mb/s).
Cấu trúc hệ thống UMA
Cấu trúc hệ thống UMA theo tiêu chuẩn TS 43.318 của 3GPPP, được mô tả trên hình vẽ dưới đây:
Hình 1. Cấu trúc sơ đồ khối chức năng của hệ thống UMA hay còn gọi là hệ thống GAN (Generic Access Network) trong tiêu chuẩn TS 43.318 của 3GPP [1]
Như chúng ta đã biết, UMA được chuẩn hóa bởi nhóm GERAN của 3GPPP. Hệ thống có tên gọi là Mạng truy nhập chung – Generic Access Network (GAN). Những điểm cơ bản trong cấu trúc GAN bao gồm:
· So với cấu trúc một hệ thống thông tin di động thông thường, GAN có thêm một số phần tử mới và một số phần tử với chức năng được cải tiến:
- Máy di động - Mobile Station (MS) là phần tử được cải tiến có khả năng truy nhập đa chế độ, hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến (tối thiểu là GSM/GPRS và WLAN).
- Bộ điều khiển mạng truy nhập chung - Generic Access Network Controller (GANC): nhìn từ phía mạng lõi, GANC được coi như một phân hệ điều khiển trạm gốc - GERAN Base Station Subsystem (BSS). Nó chứa một Cổng an ninh - Security Gateway (SEGW) để đảm bảo việc truy nhập tunnel an toàn từ MS, hỗ trợ nhiều cơ chế nhận thực, mã hóa sử dụng chung cho tín hiệu thoại, báo hiệu và lưu lượng số liệu.
· Mạng truy nhập IP chung -Generic IP Access Network hỗ trợ kết nối giữa MS với GANC. Kết nối truyền tải IP mở rộng từ GANC đến MS. Một giao diện duy nhất Up được định nghĩa giữa GANC và MS.
· GAN là hệ thống tương đương với mạng truy nhập vô tuyến GSM/GPRS (GERAN) và kết nối với mạng lõi di động (CN) qua các giao diện chuẩn được định nghĩa:
- Giao diện A sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch kênh được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 48.008 của 3GPP.
- Giao diện Gb sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 48.018 của 3GPP.
- Giao diện Lb được sử dụng cho dịch vụ hỗ trợ vị trí được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 43.059 của 3GPP.
- Giao diện CBC-BSC hỗ trợ các dịch vụ quảng bá trong cell được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 23.041 của 3GPP.
· Điều khiển kết nối (như: CC và SM) và các dịch vụ thuê bao được hỗ trợ bởi mạng lõi (MSC/VLR và SGSN/GGSN).
· GANC kết nối với máy chủ AAA qua giao diện Wm được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 29.234 của 3GPP. Máy chủ AAA được sử dụng để nhận thực MS khi nó muốn thiết lập một tunnel an toàn. Lưu ý rằng chỉ một phần các chức năng của giao diện Wm được sử dụng cho ứng dụng GAN. Chức năng tối thiểu của giao diện phần tử GANC-SEGW là hỗ trợ các thủ tục nhận thực qua giao diện Wm.
Các phần tử chức năng cơ bản của hệ thống GAN
- Máy di động (MS)
MS hỗ trợ truy nhập vô tuyến hai chế độ (GSM và hệ thống truy nhập vô tuyến không cần cấp phép) và có khả năng chuyển đổi chế độ làm việc giữa hai chế độ này. MS có thể hỗ trợ hoặc công nghệ Bluetooth (sử dụng yêu cầu hệ thống Bluetooth PAN) hoặc 802.11 (WLAN). Các tiêu chuẩn về độ nhạy thu, công suất phát và tăng ích ănten của MS ở chế độ làm việc Bluetooth/WLAN được cho trong phụ lục A của [2]. Những yêu cầu đối với các tính năng cơ bản của MS ở chế độ làm việc này được cho trong phụ lục B của [2]. MS hỗ trợ giao diện IP với điểm truy nhập (AP).
- Điểm truy nhập (AP)
Điểm truy nhập là phần tử nằm trong khối chức năng mạng truy nhập IP – Generic IP Access Network như trên Hình 1. AP chính là điểm truy nhập vô tuyến của MS sử dụng băng tần không cấp phép (2,4 GHz, 5,8 GHz…). AP được kết nối với mạng IP băng rộng tới GANC. AP hỗ trợ chức năng truy nhập Bluetooth (PAN) hoặc 802.11. Các AP không hỗ trợ các chức năng cổng truy nhập UMA. Điều đó có nghĩa là một AP thông thường có thể được sử dụng để kết nối MS tới GANC qua mạng truy nhập băng rộng. Phụ lục A của [2] thể hiện các tiêu chuẩn liên quan đến tính năng vô tuyến tối thiểu của AP.
- GANC
GANC kết nối với một MSC và một SGSN qua tương ứng các giao diện A và giao diện Gb. Cũng không loại trừ các tính năng A-flex và Gb-flex trong tiêu chuẩn TS 23.236 của 3GPP. GANC hỗ trợ các tính năng tương đương với bộ điều khiển trạm gốc GERAN. Nó kết nối với một điểm truy nhập (AP) qua mạng truyền tải IP. GANC giao tiếp với MS sử dụng giao diện Up.
GANC hỗ trợ một phần các tính năng của giao diện Wm đặc biệt là các thủ tục nhận thực. Nó duy trì thông tin đầu cuối - đến - đầu cuối với việc MS chuyển tiếp báo hiệu GERAN tới giao diện A/Gb và tới mạng lõi. Các tính năng được hỗ trợ bởi GANC bao gồm:
· Các dịch vụ thoại trong mặt phẳng người sử dụng tại giao diện Up: hỗ tương tác trợ kênh mang thoại trên giao diện Up tới kênh mang thoại trên giao diện A, chuyển mã thoại sang PCM khi MSC không sử dụng chức năng TFO/TrFO.
· Các dịch vụ số liệu trong mặt phẳng người sử dụng tại giao diện Up: các kênh truyền tải số liệu trên giao diện Up truyền gói qua giao diện Gb.
· Cổng an ninh tại giao diện Up (SGW) được sử dụng để tạo tunnel truy nhập an toàn từ xa đến MS.
· Chức năng điều khiển tại giao diện Up:
· Đăng ký truy nhập dịch vụ UMA.
· Thiết lập đường truyền kênh mang UMA cho cả dịch vụ CS và PS. Nó cũng tham gia vào việc thiết lập, quản lý và giải phóng các báo hiệu và kênh mang trên mặt phẳng người sử dụng giữa MS và GANC.
· Các chức năng UMA tương đương với GSM RR và GPRS RLC để thực hiện tìm gọi và chuyển giao.
· Truyền trong suốt các bản tin L3 giữa MS và mạng lõi.
Vai trò của UMA trong lộ trình phát triển mạng GSM và xu hướng tích hợp cố định và di động -FMC
Khi đánh giá về công nghệ UMA, các nhà khai thác mạng thông thường so sánh công nghệ này với các công nghệ mạng khác trong lộ trình phát triển mạng lên 3G:
· Hệ thống UMTS.
· MSC chuyển mạch mềm (3GPP Release 4).
· Phân hệ đa phương tiện IP -IP Multimedia Subsystem (IMS).
Ngoài ra, họ cũng so sánh UMA với các xu hướng hội tụ mạng -3GPP FMC khác:
· Liên hoạt động với mạng WLAN -WLAN Interworking (I-WLAN).
· Cung cấp dịch vụ thoại không gián đoạn (chuyển giao tín hiệu thoại giữa các công nghệ truy nhập thuộc các thế hệ thông tin di động khác nhau) -Voice Call Continuity (VCC).
Phần này sẽ phân tích vai trò của UMA trong tiến trình phát triển mạng tiến tới đích cuối cùng là hệ thống mạng cung cấp các dịch vụ hội tụ di động và cố định- FMC. Hình 2 thể hiện lộ trình nâng cấp mạng của các nhà khai thác mạng GSM, đồng thời cũng thể hiện các công nghệ hội tụ mạng – FMC có tiềm năng.
Hình 2 –Thời điểm xuất hiện của công nghệ UMA
trong tiến trình phát triển mạng
Hình 2 thể hiện 2 nhóm:
· Nhóm thứ 1 – Các bước phát triển mạng (Major Evolutionary Steps): gồm các bước cơ bản để phát triển mạng đối với các nhà khai thác mạng GSM. Trong mục 0 của bài báo này sẽ phân tích ảnh hưởng của UMA đối với tiến trình phát triển mạng UMTS, MCS chuyển mạch mềm và IMS.
· Nhóm thứ 2 – Các công nghệ hỗ trợ hội tụ có tiềm năng (Potential FMC Initiatives): gồm các công nghệ khác ngoài công nghệ UMA có khả năng hỗ trợ hội tụ mạng cố định và di động; trong đó có 2 công nghệ cơ bản nhất đó là WLAN Interworking và Voice Call Continuity. Mục 0 sẽ phân tích mối liên hệ giữa UMA với hai công nghệ này.
Đối với các nhà khai thác mạng di động, việc sử dụng UMA trong mạng GSM của họ không phải là một vấn đề lớn; không cần phải thay đổi nhiều về cấu trúc mạng khi sử dụng UMA. Việc triển khai UMA trong mạng đơn giản chỉ là thêm vào một bộ điều khiển mạng UMA- UMA Network Controller (UNC) (còn được gọi là Generic Access Network Controller- GANC trong tiêu chuẩn của 3GPP) để kết nối mạng truy nhập vô tuyến WLAN với mạng lõi GSM sử dụng các giao diện đã chuẩn hóa A và Gb (xem Hình 3). Khi đã triển khai, UMA cho phép nhà khai thác mạng cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu GSM/GPRS tới mạng truy nhập WLAN và đồng thời cho phép các thuê bao di động sử dụng các dịch vụ số liệu tốc độ cao khi trong vùng phủ sóng của WLAN.
Hình 3 – Ứng dụng công nghệ UMA trong mạng GSM
- UMA hỗ trợ cho UMTS
Trong những năm gần đây, vấn đề được quan tâm nhiều nhất trong cộng đồng các nhà khai thác mạng GSM là việc phát triển và triển khai mạng UMTS. Nhiều nhà khai thác mạng đã triển khai UMTS dưới hình thức bổ xung vào mạng GSM đang sử dụng và cũng có những nhà khai thác mạng triển khai một mạng UMTS độc lập (vd như: Hutchison 3G). Đối với phần lớn các nhà khai thác mạng, việc thêm vào UMTS là bước phát triển mạng quan trọng yêu cầu một băng tần cấp phép ở dải 2 GHz, thiết bị mạng truy nhập mới (UTRAN) và các phần từ mạng lõi mới.
UMA hỗ trợ truy nhập mạng trên băng tần không cần cấp phép tận dụng lại các thiết bị WLAN và mạng lõi di động (xem Hình 4).
Hình 4– Mạng di động GSM và UMTS sử dụng kết hợp UMA
Do UMA hiện đang được chuẩn hóa bởi nhóm xây dựng tiêu chuẩn 3GPP TSG GERAN, các nhà khai thác mạng muốn biết về khả năng làm việc phối hợp giữa UMA và UMTS. Một vấn đề quan trọng cần tính đến đó là tính di động giữa các vùng phủ sóng của WLAN và của UMTS. Từ góc nhìn tổng thể trên toàn mạng, hiện nay chuyển giao giữa GSM và UMTS đã được hỗ trợ. Đối với mạng lõi GSM, khối chức năng điều khiển UNC của UMA được coi như một BSC. Do vậy, khi một cuộc gọi đang được xử lý bởi UNC được chuyển giao sang một RNC, thì quá trình chuyển giao được thực hiện giống như đối với các cuộc gọi được chuyền giao giữa một BSC (GSM) tới một RNC (UMTS).
Chuyển giao giữa UMA và UMTS chỉ có thể thực hiện được khi cả hai công nghệ này đều được hỗ trợ trong cùng một máy di động. Hiện tại, các thiết bị UMA chỉ hỗ trợ GSM. Cùng với xu hướng phát triển của các thiết bị đầu cuối di động, các thiết bị UMA sẽ hỗ trợ cả hai công nghệ GSM và UMTS.
Các nhà khai thác mạng cũng quan tâm đến vấn đề sử dụng giao diện Iu bên trong hệ thống tiêu chuẩn UMA. Trên thực tế, nhu cầu sử dụng giao diện này rất ít. Như đã phân tích ở trên, không cần thiết phải sử dụng giao diện Iu để xử lý chuyển giao giữa UMA và UMTS. Ngoài ra, các nhà khai thác mạng sử dụng kết hợp mạng GSM và UMTS có thể hỗ trợ phần lớn các dịch vụ trên hệ thống UMA thông qua các giao diện A và Gb. Các nhà khai thác chỉ có mạng UMTS độc lập có hai lựa chọn khi sử dụng công nghệ UMA:
1) Hỗ trợ giao diện Iu bên trong UNC.
2) Hỗ trợ giao diện A/Gb trong MSC/SGSN của họ.
Dịch vụ duy nhất yêu cầu sử dụng giao diện Iu là dịch vụ điện thoại hình ảnh chuyển mạch kênh. Chính dịch vụ này tạo ra nhu cầu sử dụng Iu trong tương lai. Một số nhà khai thác mạng đã bắt đầu nghiên cứu các giải pháp để sử dụng giao diện Iu cho UMA và đề xuất thành chuẩn trong 3GPP.
Một trong những nguyên nhân cơ bản khiến các nhà khai thác mạng muốn triển khai UMA là mong muốn cải thiện chất lượng phủ sóng trong nhà. Do đặc tích của dải tần 2 GHz, việc phủ sóng trong nhà là một thách thức lớn đối với hệ thống UMTS. Điều đó có nghĩa là cần thiết sử dụng một công nghệ khác có hiệu quả để thực hiện phủ sóng trong nhà (GSM hoặc UMA).
Ngoài ra, UMA cũng cho phép sử dụng các ứng dụng băng thông rộng hơn so với GSM, do đó mở rộng vùng phủ cho các ứng dụng UMTS tới tận nhà thuê bao. Ngoài ra, các nhà khai thác mạng đang cân nhắc khả năng sử dụng UMA là một công nghệ hỗ trợ cho UMTS nhằm đạt được dung lượng lớn để thỏa mãn nhu cầu số lượng các thuê bao di động ngày càng tăng do xu thế thay thế cố định – di động.
Như vậy, về mặt kỹ thuật sẽ không có rào cản nào cho việc sử dụng UMA kết hợp với các mạng GSM và UMTS, do việc chuyển giao giữa hệ thống truy nhập UMTS và UMA được hỗ trợ.
Về lâu dài, giao diện Iu có khả năng được sử dụng trong UNC để cung cấp tất cả các dịch vụ UMTS. Mặc dù các máy cầm tay UMTS có hỗ trợ UMA có thể sẽ không xuất hiện trên thị trường cho đến cuối năm 2006, tuy nhiên chúng ta vẫn có cơ sở để khẳng định rằng UMA có thể được sử dụng cùng với UMTS.
- Lợi ích của UMA trong giải pháp sử dụng Soft MSC
Giải pháp sử dụng MSC chuyển mạch mềm (Soft MSC) được định nghĩa trong chuẩn Release 4 của 3GPP. Giải pháp này phân chia MSC của mạng di động truyền thống thành MSC Server (MSC-S) thực hiện xử lý cuộc gọi và Cổng phương tiện- Mobile-Media Gateway (M-MGW) có chức năng chuyển mạch lưu lượng thuê bao. Các nhà khai thác mạng triển khai Soft MSC với mục đích tiết kiệm dung lượng truyền dẫn. Chẳng hạn, việc phân bố các Cổng phương tiện -Mobile-Media Gateways tại các điểm truy nhập mạng vô tuyến cho phép chuyển mạch nội bộ các cuộc gọi từ máy di động sang máy di động và chuyển tiếp nội hạt tới PSTN.
Đây cũng là bước quan trọng nhằm nâng cấp miền chuyển mạch kênh đang sử dụng hiện nay lên các mạng thế hệ mới hội tụ dựa trên nền IP. Việc triển khai Soft MSC trong mạng hỗ hợp GSM, UMA và UMTS được mô tả trên Hình 5. Những nhà khai thác mạng muốn triển khai UMA quan tâm đến những ảnh hưởng của công nghệ này trong giải pháp sử dụng Soft MSC. Do UMA là công nghệ truy nhập mạng và Soft MSC là kiến trúc mạng lõi cho nên ảnh hưởng của UMA đối với giải pháp sử dụng Soft MSC là rất nhỏ.
Hình 5 – Triển khai Soft MSC (3GPP Release 4) trong mạng hỗ hợp
GSM, UMA và UMTS
Tuy vậy, các nhà đầu tư UNC (UMA) có thể cải thiện xu hướng sử dụng Soft MSC và cho phép UNC kết nối trực tiếp với mạng lõi chuyển mạch gói không cần phải đi qua MGW (giao diện này không thuộc 3GPP Release 4). Khi đó, lưu lượng thoại từ máy cầm tay truyền dẫn trên nền IP tới UNC không cần phải chuyển mã về dạng tín hiệu chuyển mạch kênh để truyền tới MGW; tại đó lưu lượng này lại được chuyển đổi ngược lại thành IP. Nhờ vậy, có thể loại bỏ được hai chặng chuyển mã, giảm tải cho MWG và trung kế TDM trên giao diện A. Việc sử dụng UMA trong giải pháp Soft MSC cho phép giảm tải MGW và dung lượng chuyển mã.
- UMA cung cấp dịch vụ IMS qua mạng truy nhập WLAN
Khi phân tích mối quan hệ giữa IMS với UMA, có hai trường hợp cần tính đến. Đối với hầu hết các nhà vận hành mạng di động, IMS là một hạ tầng cho phép xây dựng trên đó các dịch vụ đa phương tiện. Tuy nhiên, đối với các nhà khai thác mạng cố định, IMS được triển khai với tư cách là một hạ tầng mạng được sử dụng chủ yếu cho dịch vụ thoại. Ngoài ra, IMS được coi là một phương tiện cho phép thực hiện tích hợp WLAN và mạng thông tin di động.
Khi coi IMS là một hạ tầng dịch vụ sử dụng cho các dịch vụ di động (theo quan điểm của nhà khai thác mạng di động) thì việc so sánh với UMA là không thực tế. Hai công nghệ này được sử dụng với những mục đích khác nhau. UMA hỗ trợ một công nghệ truy nhập mới (như WLAN) trong kiến trúc mạng của 3GPP; trong khi đó IMS được sử dụng để phát triển các ứng dụng mới sử dụng công nghệ truy nhập hiện có và mới (xem Hình 6). Vấn đề đặt ra là làm thế nào để sử dụng các dịch vụ IMS bên trong mạng UMA.
Giả sử WLAN có khả năng hỗ trợ băng thông tốt hơn UMTS thì nó được coi là có khả năng hỗ trợ tất cả các dịch vụ IMS được sử dụng cho mạng UMTS. Tuy vậy, một vấn đề chốt yếu trong việc sử dụng UMA/WLAN làm phương tiện truyền tải các dịch vụ IMS đó là việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng truy nhập đó.
Hình 6 – Triển khai các dịch vụ IMS bên trong mạng UMA
Trong khi UMA hỗ trợ tiêu chuẩn QoS (Diffserv) trong mạng IP, tuy vậy mạng truy nhập băng rộng không hỗ trợ QoS. Việc tận dụng các mạng băng rộng khác đồng nghĩa với việc QoS không được hỗ trợ.
Tuy vậy, nhu cầu đạt được QoS trong các mạng băng rộng (như WLAN) là còn đang tranh cãi và nhu cầu này sẽ giảm bớt đi khi yêu cầu về tốc độ truyền dẫn tăng cao.
Nói tóm lại, UMA có thể được sử dụng để truyền dẫn có hiệu quả các ứng dụng IMS. Việc hỗ trợ QoS phụ thuộc vào vấn đề điều khiển của mạng truy nhập băng rộng; tuy vậy, vấn đề này có ảnh hưởng không nhiều đến tính năng của các dịch vụ IMS. Vấn đề này không liên quan trực tiếp đến công nghệ UMA mà liên quan đến tất cả các ứng dụng yêu cầu QoS được sử dụng trên các kết nối băng rộng.
- Giải pháp WLAN Interworking có thể được xử dụng bổ sung cho UMA
WLAN Interworking được thực hiện chuẩn hóa trong 3GPP với mục đích là tích hợp WLAN với hạ tầng mạng GSM. Việc chuẩn hóa được thực hiện theo các bước với 6 ngữ cảnh có độ phức tạp tăng dần. Ngữ cảnh cơ bản nhất tập trung vào việc tái sử dụng nhận thực SIM và hạ tầng tính cước cho các điểm hot spots WLAN công cộng. Các ngữ cảnh phức tạp hơn bao gồm khả năng di động với các công nghệ vô tuyến và truy nhập đến miền chuyển mạch kênh của GSM để sử dụng dịch vụ thoại (tương tự như UMA).
Trong 6 ngữ cảnh đã được định nghĩa này, chỉ có 3 ngữ cảnh đầu tiên đã được hoàn thành việc chuẩn hóa. Ngữ cảnh thứ 4 liên quan đến việc xử lý tính di động cho các phiên truyền gói đang được nghiên cứu. Đã có nhiều sản phẩm hỗ trợ các ngữ cảnh đã chuẩn hóa, tuy vậy rất ít hệ thống thực đã được triển khai. Hiện tại, những nghiên cứu tập trung vào vấn đề nhận thực và tính cước. Ngữ cảnh 2 được thể hiện vắn tắt trên Hình 7.
Hình 7 – Ngữ cảnh 2 trong WLAN Interworking
Hiện nay, do những nghiên cứu liên quan đến WLAN Interworking tập trung vào vấn đề nhận thực trong các điểm truy công cộng, các nghiên cứu này không bị trùng lặp với UMA. Nếu thiết bị cầm tay hỗ trợ việc nhận thực sử dụng SIM card, WLAN Interworking có thể được sử dụng hỗ trợ cho UMA tại các điểm truy nhập công cộng.
Ngữ cảnh 5 và 6 được cho là có khả năng chồng lấn với công nghệ VCC. UMA cũng hỗ trợ một kiến trúc yêu cầu ít nút mạng và phải thực hiện ít công việc tích hợp hơn so với giải pháp WLAN Interworking.
Nhiều nhà khai thác mạng di động đã hoàn thành việc triển khai hệ thống mạng WLAN hotspots đã tìm ra nhiều cách để tích hợp việc nhận thực và tính cước của mạng GSM, do đó có thể giảm bớt cơ hội thực hiện giải pháp WLAN Interworking. Các phần mềm quản lý kết nối thường được sử dụng để xử lý việc nhận thực cho thuê bao.
Những nỗ lực để thay đổi hệ thống là không nhiều nhưng có cơ hội tăng thêm khi các thiết bị đầu cuối có khả năng thực hiện truy nhập các điểm truy nhập công cộng.
- Khả năng lựa chọn VCC thay thế cho UMA
Bên cạnh các nhà khai thác mạng di động, các bên liên quan khác có nhiều chiến lược phát triển IMS. Đối với các nhà khai thác mạng cố định mới như các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp (cable-TV) và các nhà cung cấp dịch vụ VoIP thì việc cung cấp dịch vụ thoại trên nền IP là một nguyên nhân thúc đẩy phát triển giải pháp dùng IMS.
Đối với các nhà khai thác mạng này, có thể coi IMS là một giải pháp thay thế cho UMA trong vấn đề hội tụ thiết bị. Tuy vậy, IMS không hỗ trợ các tính năng được cung cấp bởi UMA – tính năng quan trọng nhất là việc chuyển giao giữa WLAN và mạng di động tế bào. Để cải tiến giải pháp IMS, một số nhà khai thác mạng cố định và các nhà cung cấp IMS đã nỗ lực đề xuất nghiên cứu một giải pháp cho 3GPP đó là Voice Call Continuity (VCC) để thực hiện việc chuyển giao liên tục giữa WLAN và các mạng thông tin di động.
Tiêu chuẩn liên quan đến VCC đang được 3GPP phát triển và có khả năng được ban hành vào cuối năm 2006 (Q3 2006). Một số nhà cung cấp thiết bị đã phát triển các giải pháp đáp ứng được các yêu cầu của VCC. Chắc chắn các dịch vụ được thương mại hóa thỏa mãn VCC sẽ có mặt trên thị trường và giữa năm 2008 - tương đối chậm so với UMA (xem Hình 8).
Do vậy, công nghệ UMA có lợi thế về thời gian xuất hiện sớm hơn trên thị trường so với VCC. Để thực hiện giải pháp VCC cần sử dụng hai phần tử mới trong miền IMS: Chức năng điều khiển liên tục cuộc gọi - Call Continuity Control Function (CCCF) và Chức năng lựa chọn truy nhập mạng - Network Domain Selection (NeDS). CCCF chịu trách nhiệm quản lý cuộc gọi (thiết lập cuộc gọi mới khi người sử dụng di chuyển). NeDS là phần tử xác định mạng truy nhập nào nên sử dụng tại bất kỳ thời điểm nào.
Hình 8 – Thời gian ước tính sẽ thương mại hóa các dịch vụ VCC
Hình 9 giới thiệu tổng quan giải pháp IMS VCC được sử dụng trong mạng di động. Những ưu thế của giải pháp IMS VCC so với UMA là tùy thuộc vào loại nhà khai thác mạng. Do kiến trúc VCC hỗ trợ kiến trúc IMS, cho nên nó phụ thuộc nhiều vào giao thức SIP. Đối với các nhà khai thác mạng có chiến lược sử dụng VoIP dựa trên SIP và IMS (điển hình là các nhà khai thác mạng cố định) thì việc sử dụng giải pháp VCC là rất hấp dẫn. Đây cũng là giải pháp đáng quan tâm đối với những nhà khai thác mạng đã triển khai kiến trúc IMS. Giải pháp IMS và VCC yêu cầu nhiều vốn đầu tư hơn so với UMA. Do IMS chứa nhiều nút mạng cần được tích hợp vào các hệ thống giám sát và tính cước của HLR, cho nên giá thành triển khai hệ thống là rất cao. UMA được triển khai rất đơn giản; việc triển khai hệ thống không bị ảnh hưởng bởi giá thành của các hệ thống giám sát và tính cước. Giá thành đầu tư cho IMS VCC chắc chắn sẽ giảm khi có nhiều dịch vụ sử dụng hạ tầng IMS hoặc khi đã có hạ tầng mạng IMS.
Hình 9 – Hỗ trợ xu hướng hội tụ WLAN và mạng di động
nhờ sử dụng giải pháp IMS VCC
Ngoài ra, IMS VCC chỉ xác định vấn đề xử lý các cuộc gọi thoại. Việc truyền dẫn dịch vụ số liệu trên mạng WLAN cần được xử lý riêng biệt. Các cổng IP nhắn tin đặc biệt cần được cấu hình để hỗ trợ SMS và MMS. Thêm vào đó, một cấu trúc song song sử dụng để điều khiển và tính cước cho các dịch vụ nội dung cần được thực thi.
Một vấn đề nữa cần được cân nhắc khi lựa chọn giải pháp hội tụ đó là lựa chọn công nghệ có ưu thế khi tính đến tính kinh tế- kỹ thuật. Khi triển khai một dịch vụ mới, các nhà khai thác mạng phụ thuộc rất nhiều vào sự đa dạng của các thiết bị đầu cuối. Các nhà cung cấp thiết bị phụ thuộc nhiều vào các dịch vụ triển khai để cung cấp các đầu cuối phù hợp. Nếu có nhiều giải pháp công nghệ đồng thời cùng tồn tại thì sẽ có nguy cơ không được hỗ trợ đủ bởi nhà khai thác mạng để cung cấp số lượng thiết bị đầu cuối phù hợp. Nói cách khác, việc xuất hiện trên thị trường sớm của UMA có thể làm trì hoãn việc hỗ trợ VCC do không có đủ hệ thống triển khai để các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối điều chỉnh thiết bị của họ.
Nhìn chung, việc lựa chọn giữa UMA và VCC phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu về thời gian xuất hiện trên thị trường của các công nghệ này, hạ tầng mạng hiện có và lộ trình triển khai mạng đã quy hoạch.
Kết luận
Bài báo đã phân tích bản chất của công nghệ UMA là một công nghệ cho phép thực hiện truy nhập vào các mạng di động GSM sử dụng các băng tần không cấp phép (WLAN, Bluetooth). Giải pháp công nghệ này có thể sử dụng để mở rộng vùng phủ sóng của các mạng UTRAN trong lộ trình phát triển của mạng GSM và cũng tạo điều kiện cho phép sớm triển khai các dịch vụ tích hợp di động, cố định. Đối với các nhà khai thác mạng GSM (Vinaphone và Mobifone) ở Việt Nam, việc nghiên cứu giải pháp triển khai công nghệ UMA là cần thiết để có thể hỗ trợ cho lộ trình phát triển, nâng cấp mạng GSM, chuẩn bị cung cấp các dịch vụ hội tụ cố định, di động.
Tài liệu tham khảo
[1] 3GPP TS 43.318, “Generic access to the A/Gb interface”, V.6.7.0, 06-2006.
[2] UMA Technology Group, “UMA architecture (Stage 2)”, R 1.0.4, 05-2005.
[3] http://www.umatechnology.org
[4] Ericsson Review, “Mobile@Home - GSM services over WLAN”, No 2, 2005.
[5] Motorola White paper, “Motorola UMA – A residential seamless mobility solution”, 02- 2005. 