KS. Nguyễn Thu Trang, TS. Lê Nhật Thăng,

TS. Nguyễn Chấn Hùng, Th.S. Lâm Quang Tùng

1. Giới thiệu

Mạng viễn thông thế hệ mới – NGN (Next Generation Network) 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 (Softswitch) và đã thu được một số thành công nhất định. Nhưng từ khi 3GPP giới thiệu IMS (Phân hệ đa phương tiện IP – IP Multimedia Subsystem) thì IMS đã chứng tỏ được khả năng vượt bậc hơn so với Softswitch về nhiều mặt, và IMS dần trở thành tiêu chuẩn chung để xây dựng mạng NGN ngày nay.

Bài báo tập trung phân tích và so sánh giữa Softswitch và IMS để thấy được những ưu điểm rõ ràng của IMS so với Softswitch để từ đó thấy được quá trình chuyển đổi từ Softswitch lên IMS trong NGN là tất yếu thông qua một số giải pháp cụ thể của các hãng viễn thông lớn trên thế giới như Alcatel, Nortel và Huawei.   

2. Chuyển mạch mềm

Với sự phát triển mở rộng của mạng VoIP, Softswitch vẫn là hệ thống thu hút sự quan tâm của các nhà khai thác cũng như cung cấp thiết bị. Softswitch là phần tử chính trong mạng VoIP và các sản phẩm Softswitch của các nhà cung cấp thiết bị cũng khá đa dạng. Đa số các hệ thống Softswitch ban đầu chỉ có ba phần tử chính là Gateway báo hiệu (SG), cổng phương tiện (MG - Media Gateway) và Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC - Media Gateway Controller) (Hình 1). MG chuyển lưu lượng thoại từ TDM sang dạng gói tin IP. MG nối giữa PSTN nội hạt và mạng IP backbone hoặc làm giao diện giữa đường dây truy nhập TDM và mạng VoIP. SG phiên dịch các bản tin báo hiệu của các giao thức báo hiệu PSTN sang SIP (Session Initiation Protocol) hoặc H.323 của mạng IP. MGC căn cứ vào các bản tin này để điều khiển cuộc gọi: thiết lập/giải phóng cuộc gọi, đưa ra thông báo, chuyển tiếp cuộc gọi,…

Hình 1: Hệ thống chuyển mạch mềm

Nhiều hệ thống Softswitch được bổ sung thêm các SBC (Session Border Controller). Các SBC nối giữa mạng của các doanh nghiệp và nhà cung cấp dịch vụ hoặc đặt tại các node cung cấp dịch vụ. SBC có các cơ chế bảo vệ, xử lý cả luồng báo hiệu và media để bảo vệ MGC và các phần tử mạng khác khỏi sự xâm nhập trái phép.

Vì tính phân tán của mạng IP, các nhà cung cấp thiết bị đã có những thay đổi trên cơ sở kiến trúc Softswitch ban đầu: chuyển từ dạng tích hợp sang mô hình các phần tử chức năng như trong NGN. Một hệ thống Softswitch đầy đủ có các thành phần sau: điều khiển cuộc gọi (Call Control/Call Agent), Media Gateway (MG), Gateway báo hiệu (SG), SIP server, SIP client, cơ sở dữ liệu thuê bao, máy chủ ứng dụng, Media server, điều khiển Media Gateway (MGC) và tính cước.

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 Softswitch này được gọi là “supper – class” hoặc “classless” Softswitch.

3. Phân hệ đa phương tiện IP - IMS

IMS ban đầu được đưa ra với mục đích áp dụng tính mềm dẻo, khả năng cung cấp dịch vụ và tiết kiệm chi phí của chuyển mạch mềm IP cho mạng di động. Sau đó, IMS được các tổ chức chuẩn hóa như ITU-T, ETSI chọn làm nền tảng mạng lõi cho NGN.

Do IMS hiện nay chỉ được chuẩn hóa về giao diện giữa các thành phần chức năng, chưa có mô tả cụ thể vị trí hay phần tử nào sẽ thực hiện các chức năng đó nên cấu hình thiết bị và các phần tử IMS của các nhà cung cấp thiết bị không giống nhau. Các chức năng này có thể được tích hợp trong một thiết bị hoặc phân tách thành nhiều phần tử nhưng vẫn phải đáp ứng đầy đủ các chức năng chính như Hình 2.

Hình 2: Cấu trúc chức năng của IMS

IMS có kiến trúc phân tán, tách biệt các chức năng cho phép các nhà khai thác và nhà cung cấp dịch vụ thứ ba (third party) dễ dàng thêm các dịch vụ mới. Truyền tải và dịch vụ đều được tách biệt với lớp điều khiển (Hình 3).

Hình 3: IMS tách biệt hoàn toàn truyền tải, dịch vụ và điều khiển

Cơ sở dữ liệu thuê bao được tách khỏi logic dịch vụ nên việc quản lý thuê bao thống nhất, triển khai dịch vụ cũng nhanh hơn. Logic dịch vụ chung cho tất cả các cơ chế truy nhập của IMS là cơ sở để cung cấp các dịch lai ghép, thể hiện rõ nét sự hội tụ cố định-di động (FMC - Fixed Mobile Convergence). Xây dựng hệ thống IMS thành công có nghĩa là NSD có thể duy trì cuộc gọi khi di chuyển giữa các vùng mạng của các nhà cung cấp khác nhau như cố định, di động, các mạng Wi-Fi hoặc WiMax. Hệ thống IMS cung cấp các dịch vụ sử dụng SIP. So với chồng giao thức H.323, SIP cũng có những chức năng tương tự nhưng đơn giản và mềm dẻo hơn. IMS có khả năng đáp ứng tốt yêu cầu của NSD đối với các dịch vụ nội dung, multimedia tốc độ cao mà hệ thống Softswitch khó có thể thực hiện được. Do đó, IMS được nhiều nhà cung cấp dịch vụ tính đến khi lựa chọn giải pháp cho mạng thế hệ sau.

4. So sánh Softswitch và IMS

Xét về cấu trúc, Softswitch và IMS có nhiều điểm chung. Đó là sự tách biệt điều khiển và truyển tải (Hình 4). Các chức năng như báo hiệu, gateway, điều khiển cuộc gọi,… cũng tương tự nhau (Bảng 1).

Hình 4: So sánh kiến trúc Softswitch và IMS

Bảng 1: Các phần tử của Softswitch có chức năng tương tự IMS

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

5. Chuyển đổi từ Softswitch lên IMS

Theo các tài liệu được đưa ra trong Diễn đàn phát triển khu vực châu Á-Thái Bình Dương tháng 9/2008, dù tại thị trường phát triển hay những thị trường đang phát triển thì lượng kết nối thoại truyền thống và doanh thu từ các dịch vụ này cũng có xu hướng giảm dần, trong khi đó, doanh thu từ kết nối di động và các dịch vụ VoIP tiếp tục tăng lên. Rõ ràng là nhu cầu của khách hàng đã có sự thay đổi và nhà cung cấp dịch vụ thì luôn mong muốn tăng doanh thu và tiết kiệm chi phí đầu tư, vận hành, khai thác. Chính vì thế mà các nhà cung cấp dịch vụ đều nghiên cứu để đưa ra kế hoạch hợp lý, chuyển đổi từ mạng chuyển mạch kênh truyền thống sang NGN.

Với những lợi ích IMS mang lại nhiều nhà khai thác đã có kế hoạch chuyển đổi hệ thống mạng của mình trong những năm tới. Nắm bắt được xu hướng này, các đối tác cũng lần lượt đưa ra giải pháp chuyển đổi từ Softswitch sang IMS. Đối với những nhà khai thác vẫn sử dụng mạng chuyển mạch kênh TDM thì Softswitch được xem như một bước trung gian để chuyển đổi sang IMS.

Trong hệ thống Softswitch hiện nay, có khá nhiều phần tử thực hiện chức năng tương tự các chức năng IMS nên về lý thuyết, có thể chuyển đổi từ Softswitch sang IMS mà vẫn tiếp tục sử dụng các phần tử chức năng hiện có. Tùy theo mục đích của nhà khai thác di động hay cố định, họ sẽ có các chức năng IMS khác nhau (về dung lượng và phương thức đóng gói), nhà cung cấp Softswitch có thể thực hiện bằng cách bổ sung thiết bị mới hoặc cài đặt phần mềm. Các nhà cung cấp thiết bị Softswitch đều đưa ra lộ trình rõ ràng cho quá trình này.

Trong đa số các trường hợp, các Gateway được chuyển thành MGW và MGCF. Ggateway báo hiệu chuyển thành SGW trong IMS. Một số chức năng định tuyến cuộc gọi thực hiện trong BGCF. Cơ sử dữ liệu của thuê bao tập trung trong UPSF. Các chức năng Call Agent sẽ do S-CSCF và I-CSCF thực hiện hoặc được định nghĩa trong các phần tử mới. Chức năng chuyển mạch class 4/5 được đưa vào các server ứng dụng. Các SBC cung cấp cơ chế bảo vệ báo hiệu và chức năng Gateway giữa các mạng VoIP được đưa vào P-CSCF.

Hình 5: Tách các chức năng của SBC theo mô hình lõi IMS của ETSI

6. Một số giải pháp chuyển đổi lên IMS của các nhà cung cấp thiết bị

Trong những năm gần đây, nhiều vendor đã cung cấp thiết bị thực hiện các chức năng IMS. Tuy nhiên, do IMS chỉ được chuẩn hóa về mặt chức năng nên việc tích hợp các chức năng trong một thiết bị hoàn toàn phụ thuộc vào các vendor. Mỗi vendor trong đó có các vendor lớn như Alcatel, Nortel, Huawei,… cũng chọn cho mình một giải pháp riêng.

Giải pháp IMS của Alcatel

Hình 6: Giải pháp IMS của Alcatel

Alcatel đã đưa ra giải pháp chuyển đổi cho toàn bộ hệ thống mạng theo mô hình mạng NGN của TISPAN với các giao thức đã được chuẩn hóa như: SIP, H323, SS7, Diameter,... Softswitch thực hiện chức năng của tổng đài class 5/4 và MGCF trong kiến trúc IMS, có dung lượng tối đa là 2 triệu thuê bao và khả năng xử lý 4500 CAPS (Call Attempts per Second). Các chức năng điều khiển: S-CSCF, I-CSCF, AGCF, BGCF, iFS được tích hợp trong cùng một thiết bị A5020 CSC. A5430 SRB thực hiện chức năng NASS và RACS. P-CSCF được kết hợp với SBC hoặc chức năng quyết định chính sách - PDF (Policy Decision Function). Các chức năng khác được tách thành các thiết bị riêng: A1430 HSS, A8688 MRF, A5350 iAS (server ứng dụng IMS),… 

Với giải pháp này, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các dịch vụ di động, cố định hoặc Internet trên một hạ tầng mạng IP duy nhất như: dịch vụ tin nhắn tức thời, push-to-X, hiển thị và quản lý danh bạ,…

Giải pháp IMS của Huawei

Hình 7: Giải pháp IMS của Huawei

Huawei đưa ra giải pháp chuyển đổi từ Softswitch có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ như: dịch vụ quản lý nhóm, nhắn tin đa phương tiện, VCC,... c thiết bị chính gồm có: CSC 3300 – Call Session Control Function cung cấp đầy đủ các chức năng liên quan đến nhận thực người dùng, quản lý phiên, quản lý roaming; là phần tử chính trong giải pháp về hệ thống mạng IMS và mạng kết hợp cố định, di động của Huawei. Ngoài các chức năng cơ bản như: P-CSCF, S-CSCF, I-CSCF của một CSCF, nó còn có thêm chức năng BGCF lựa chọn đường truyền từ IMS tới mạng chuyển mạch kênh và nhận diện chức năng thanh toán trực tiếp (OCG). HSS 9820 là server lưu trữ các thông tin người dùng, được tích hợp cả chức năng HSS và SLF của mạng IMS với số lượng thuê bao có thể tới 10 triệu. MRS 6200 gồm 2 thành phần MRC 6200 và MRP 6200 kết hợp với nhau để nhận biết cơ chế phân biệt điều khiển tài nguyên phương tiện từ sóng mang như: audio conference, video conference, voice mailbox, video mailbox, nhạc chuông đa âm, hình màu, PoC. AIM 6300 có chức năng quản lý vị trí, cấu hình mạng truy nhập và lưu trữ thông tin người dùng của mạng cố định, phân bố các tham số mạng và vị trí hiện tại của thiết bị người dùng. Nó bao gồm cả chức năng NACF và CLF trong NASS. AGC 3000 được nâng cấp từ Softswitch theo hai hướng tùy thuộc vào cấu hình hiện tại của mạng NGN, việc nâng cấp được thực hiện bằng thao tác nâng cấp phần mềm. AGC 3000 có thể đóng vai trò như một AGCF hoặc MGCF. SoftX3000 tiếp tục được sử dụng để thực hiện chức năng I-BCF.

7. Kết luận

Có thể nói IMS đã kết hợp được những xu hướng kỹ thuật hiện đại nhất, có thể truy nhập mạng mọi lúc, mọi nơi, với mọi thiết bị đầu cuối. IMS còn tạo nền tảng chung để phát triển các dịch vụ đa phương tiện khác nhau và hỗ trợ các ứng dụng phụ trội của mạng chuyển mạch gói di động, tạo thuận lợi cho việc trao đổi thông tin của khách hàng.

Lộ trình chuyển đổi từ Softswitch sang IMS cho mạng thế hệ sau đã trở nên rõ ràng. 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] John Longo, IMS & The future of Softswitch in Next Generation Network, Heavy Reading, Vol. 4, No 19, December 2006.

[2] Gonzalo Camarillo, Miguel A. García-Martín, The 3G IP Multimedia Subsystem, Second Edition, John Wiley & Sons, 2006.

[3] Bob Bellman, From Softswitch to IMS: Are we there yet?, Business Communication Review, 2006.

[4] www.itu.int/dms_pub/itu-t/oth/26/06/T26060000030032PDFE.pdf

[5] http://www.tec.gov.in

[6] http://www.etsi.org

[7] http://www.itu.com

[8] http://www.3gpp.org

[9] http://www.nortel.com

[10] http://www.alcatel-lucent.com

[11] http://www.huawei.com

Ý kiến của bạn Tên của bạn: Email: Tiêu đề: Tắt bộ gõ Tự động Telex VNI VIQR