Dịch vụ hội nghị truyền hình trên nền IMS

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Bùi Thị Hương DỊCH VỤ HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH TRÊN NỀN IMS Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 2 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Minh Hà 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 3 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội là nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cấp bách đối với cuộc sống con người. Hiện tại và trong tương lai nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày một tăng và không thể tách rời đời sống xã hội. Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ đa phương tiện. Mạng phải có tổ chức đơn giản nhưng đủ chức năng. Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải được tích hợp thì mới có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng đa phương tiện cho khách hàng. Thực tế mạng viễn thông hiện nay đã có một bước tiến dài nhờ có sự bùng nổ của các công nghệ mới và nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông của khách hàng. Tuy nhiên trong tương lai mạng viễn thông không những chỉ thỏa mãn cho khách hàng các dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và các dịch vụ băng rộng mà còn phải đáp ứng cho khách hàng các dịch vụ có độ tích hợp cao, các dịch vụ đa phương tiện với các thuộc tính an ninh, bảo mật, đảm bảo chất lượng, linh hoạt và thông minh nhất. Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹp sang mạng số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho người dùng đầu cuối. Và dịch vụ hội nghị truyền hình - dịch vụ tích hợp thoại, âm thanh, hình ảnh, và vượt trội cả về khả năng tương tác với người dùng; cũng không nằm ngoài tiến trình phát triển đó. Với những ưu điểm vượt trội và tính hiện đại mà nó mang tới, hội nghị truyền hình đã được một loạt các quốc gia trên thế giới triển khai như Nga, Pháp, Anh, Trung Quốc, … Tại Việt Nam cũng đã có nhiều nhà cung cấp triển khai dịch vụ hội nghị truyền hình như Viettel, VNPT,… Hiện nay phân hệ đa phương tiện IP - IMS xuất hiện, đem lại khả năng cung ứng dịch vụ đa phương tiện cho người dùng đầu cuối mà không phụ thuộc vào vị trí, công nghệ truy nhập mạng và thiết bị đầu cuối của người dùng. IMS có thể giúp tạo ra các ứng dụng đa phương tiện mới, nó có một lớp điều khiển nằm ngang có thể phân chia mạng truy nhập từ lớp dịch vụ. Mỗi dịch vụ mới được phát triển không cần các chức năng điều khiển riêng mà có thể dùng lại cơ sở hạ tầng chung được cung cấp bởi IMS. Vì vậy, em chọn đề tài: “Dịch vụ hội nghị truyền hình trên nền IMS” nhằm đưa ra và giải quyết các vấn đề liên quan tới hội nghị truyền hình, tập trung chủ yếu vào kiến trúc 4 IMS, các phương thức mã hóa, truyền tải và giao thức sử dụng trong IMS, đồng thời nhấn mạnh vào kiến trúc, nguyên lý của hội nghị truyền hình và so sánh hai phương pháp báo hiệu điều khiển trong dịch vụ hội nghị truyền hình. Để thực hiện nội dung đó, Luận văn được chia thành 3 phần như sau: Chương 1: Giải quyết các vấn đề liên quan tới phân hệ đa phương tiện IP – IMS, tiến trình phát triển IMS theo thời gian và các tiêu chuẩn được hoàn thiện ra sao. Đưa ra kiến trúc phân hệ và các khối chức năng trong đó. Chương 2: Giới thiệu về các phương thức mã hóa và truyền tải sử dụng trong phân hệ đa phương tiện IP - IMS. Các giao thức được sử dụng, như SIP dùng cho khởi tạo phiên lớp ứng, giao thức mô tả phiên SDP, giao thức truyền tải thời gian thực RTP và giao thức điều khiển RTP. Chương 3: So sánh hai phương pháp xử lý báo hiệu điều khiển trong dịch vụ hội nghị truyền hình trên nền phân hệ đa phương tiện IP – IMS: server – client và distributed P2P. Nêu kiến trúc, nguyên lý và các thủ tục thực hiện dịch vụ hội nghị truyền hình trên nền IMS. Do có sự hạn chế về thời gian và thực tế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn! Trong quá trình hoàn thành đồ án, em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Phạm Minh Hà đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian qua. Học viên Bùi Thị Hương 5 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP - IMS 1.1. Tiến trình phát triển IMS 1.1.1. 3GPP phiên bản 99 Truy nhập vô tuyến WCDMA là sự nâng cao có ý nghĩa nhất đối với hệ thống 3G cơ sở GSM trong phiên bản 1999. Cùng với WCDMA, mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS cũng đưa ra giao diện Iu. Được so sánh với các giao diện A và Gb, đó là hai điểm khác có ý nghĩa. 1.1.2. 3GPP phiên bản 4 Chức năng mới quan trọng nhất trong 3GPP phiên bản 4 là: khái niệm trung tâm chuyển mạch di động (MSC)–cổng đa phương tiện (MGW), các giao thức mạng lõi truyền tải IP, nâng cao dịch vụ định vị (LCS) cho UTRAN, bản tin đa phương tiện, truyền tải IP tới mặt phẳng người dùng Gb. 3GPP phiên bản 4 chính thức hoàn thành tháng 3 năm 2001. Yêu cầu tương thích nền cho sự thay đổi, cần thiết cho giao diện vô tuyến, có hiệu lực cuối tháng 12 năm 2002. 1.1.3. 3GPP phiên bản 5, 6 và 7 Cuối cùng phiên bản 5 giới thiệu IMS là một trong các tiêu chuẩn 3GPP. IMS được cho là tiêu chuẩn kiến trúc trên cơ sở IP truy nhập độc lập, kết nối với các mạng thoại và dữ liệu đang tồn tại cho cả người dùng cố đinh (PSTN, ISDN, Internet) và di động (GSM, CDMA). Kiến trúc IMS tạo ra khả năng thiết lập liên lạc IP ngang cấp với tất cả các khách hàng có dịch vụ yêu cầu chất lượng dịch vụ. Thêm vào đó trong quản lý phiên, kiến trúc IMS cũng đặt địa chỉ chức năng cần thiết cho việc hoàn thành phân phối dịch vụ (đó là, đăng ký, bảo mật, tính cước, điều khiển biên, chuyển mạng). Tóm lại, IMS sẽ định dạng trung tâm của mạng lõi IP. 6 1.2. Kiến trúc phân hệ đa phương tiện IMS 1.2.1. Các yêu cầu kiến trúc - Các phiên đa phương tiện IP Các mạng liên lạc đang tồn tại có thể yêu cầu các loại dịch vụ thoại, video và tin nhắn sử dụng chuyển mạch kênh biên. Theo tự nhiên, yêu cầu dịch vụ của khách hàng cuối không bị từ chối khi khách hàng chuyển từ miền chuyển mạch gói sang sử dụng IMS. - Kết nối IP Như tên gọi phân hệ đa phương tiện IP đã chỉ ra, yêu cầu nền tảng là thiết bị phải có kết nối IP để có thể truy nhập. Kết nối IP có thể đạt được từ mạng nhà lẫn mạng khách. Khi người dùng nằm trong mạng nhà thì tất cả các yếu tố cần thiết nằm trong mạng nhà và kết nối IP đạt được trong mạng đó. - Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ đa phương tiện IP Trong mạng Internet công cộng, trễ có xu hướng cao và đa dạng, các gói tới bị hỏng và một vài gói bị mất hoặc bị loại. Với IMS thì trường hợp này sẽ không còn tồn tại lâu nữa. Các mạng truy nhập và tuyền tải cơ bản cùng với IMS cung cấp chất lượng dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối (QoS). - Điều khiển chính sách IP đảm bảo sử dụng đúng nguồn phương tiện Điều khiển chính sách IP có nghĩa là khả năng xác nhận và điều khiển cách dùng lưu lượng biên cho môi trường IMS, dựa trên các tham số có ý nghĩa tại phiên IMS. Điều này yêu cầu tương tác giữa mạng truy nhập kết nối IP và IMS. - Liên lạc đảm bảo Bảo mật là yêu cầu cơ bản trong mọi hệ thống viễn thông và IMS không phải ngoại lệ. IMS có các cơ chế cho phép và nhận thực giữa UE và mạng IMS thêm vào thủ tục mạng truy nhập (mạng GPRS). Hơn nữa, tính tin cậy của bản tin SIP hoặc lựa chọn được cung cấp giữa UE, mạng IMS ảo và giữa các thực thể mạng IMS mà không quan tâm tới mạng lõi cơ sở (đó là RAN và GPRS). Vì vậy, IMS cung cấp ít nhất mức bảo mật là GPRS tương ứng và các mạng chuyển mạch kênh. - Điều chỉnh tính cước 7 Nhà vận hành hoặc nhà cung cấp dịch vụ tính cước người dùng là yêu cầu trong bất cứ mạng nào. Kiến trúc IMS cho phép sử dụng các mô hình tính cước khác nhau. - Hỗ trợ chuyển vùng Đặc điểm chuyển vùng làm cho người dùng có thể sử dụng dịch vụ thậm chí khi không ở những vùng trong vùng dịch vụ của mạng nhà. Phần kết nối IP đã mô tả hai ví dụ về chuyển vùng: chuyển vùng GPRS và chuyển vùng IMS. - Làm việc tương tác với các mạng khác IMS hỗ trợ liên lạc với PSTN, ISDN, khách hàng Internet và di động. Thêm vào đó, có thể hỗ trợ các phiên với các ứng dụng Internet thực hiện không thuộc về tổ chức 3GPP. - Mô hình điều khiển dịch vụ Các mạng di động 2G đang sử dụng điều khiển dịch vụ mạng khách, có nghĩa là, khi người dùng đang chuyển vùng, thực thể trong mạng khách cung cấp dịch vụ và điều khiển lưu lượng cho người dùng. Điều khiển dịch vụ khách bị dừng lại vì là giải pháp phức tạp và không cung cấp thêm bất cứ giá trị đáng chú ý nào được so sánh với điều khiển dịch vụ nhà. Vì vậy, điều khiển dịch vụ nhà được lựa chọn; có nghĩa là thực thể truy cập vào cơ sở dữ liệu thuê bao và tương tác trực tiếp với nền dịch vụ luôn luôn được đặt tại mạng nhà của người dùng. - Sự phát triển dịch vụ Kiến trúc IMS gồm khung làm việc dịch vụ cung cấp khả năng hỗ trợ thoại, video, đa phương tiện, tin nhắn, chia sẻ, truyền dữ liệu, và các dịch vụ bổ sung cơ bản trong IMS. - Thiết kế phân lớp 3GPP quyết định tiếp cận các lớp để thiết kế kiến trúc, có nghĩa là các dịch vụ biên và truyền tải là riêng biệt với mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên. - Truy nhập độc lập IMS được thiết kế để truy nhập độc lập vì vậy các dịch vụ IMS được cung cấp qua các mạng kết nối IP (GPRS, WLAN). Tuy nhiên, các tiêu chuẩn IMS phiên bản 5 có vài đặc điểm riêng của GPRS. Trong phiên bản 6 (GPRS) vấn đề truy nhập riêng được chia từ các mô tả IMS và kiến trúc IMS trở lại trạng thái gốc (truy nhập độc lập). 8 1.2.2 Mô tả các chức năng và các thực thể trong IMS Những thực thể trong IMS có thể được phân thành sáu loại: Quản lý phiên và định tuyến (CSCFs), cơ sở dữ liệu (HSS, SLF), các dịch vụ (server ứng dụng, MRFC, MRFP), các hàm làm việc tương tác (BGCF, MGCF, IMS – MGW, SGW), các chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG), tính cước. - Các chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) Có ba loại chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF): đại diện–CSCF (P-CSCF), dịch vụ-CSCF (S-CSCF) và truy vấn–CSCF (I-CSCF). Mỗi CSCF có các nhiệm vụ riêng. o Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF) Khối chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF) là điểm liên lạc đầu tiên của người dùng trong IMS, nghĩa là tất cả lưu lượng báo hiệu SIP từ UE sẽ được gửi tới P-CSCF. Tương tự, tất cả các đầu cuối báo hiệu SIP từ mạng được gửi từ P-CSCF tới UE. o Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF) Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF) là điểm liên lạc trong mạng nhà vận hành cho tất cả các kết nối xác định đích tới thuê bao của nhà vận hành mạng đó. o Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF) Chức năng điều khiển cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF) - điểm trọng tâm của IMS là khi chịu trách nhiệm xử lý quá trình đăng ký, tạo quyết định định tuyến, duy trì trạng thái phiên, và lưu đặc điểm dịch vụ. S-CSCF có trách nhiệm với những quyết định định tuyến quan trọng khi nhận sự chuyển tiếp và các phiên xuất phát từ UE và đầu cuối UE. - Cơ sở dữ liệu Có hai cơ sở dữ liệu chính trong kiến trúc IMS: server thuê bao thường trú (HSS) và chức năng định vị thuê bao (SLF). HSS là bộ lưu dữ liệu chính cho tất cả các thuê bao và dữ liệu dịch vụ liên quan của IMS. SLF được dùng như là cơ chế giải quyết cho phép I-CSCF, S-CSCF và AS tìm kiếm địa chỉ của HSS nắm giữ dữ liệu thuê bao của thực thể người dùng đã đưa ra khi HSS có thể xác định nhiều địa chỉ và riêng rẽ được thực hiện bởi nhà vận hành mạng. 9 - Các chức năng dịch vụ Có ba chức năng được đưa ra là các chức năng liên quan dịch vụ IMS là: bộ điều khiển chức năng nguồn đa phương tiện (MRFC), bộ xử lý chức năng nguồn đa phương tiện (MRFP), và server ứng dụng (AS). - Các chức năng ảnh hưởng lẫn nhau Phần này giới thiệu bốn chức năng ảnh hưởng lẫn nhau, chúng cần cho trao đổi báo hiệu và phương tiện giữa IMS và CS CN. Để S-CSCF dừng gửi yêu cầu phiên SIP tới khối chức năng điều khiển cổng tháo gỡ (BGCF). - Các chức năng hỗ trợ PDF có trách nhiệm tạo ra các quyết định chính sách trên cơ sở thông tin phiên và liên quan tới phương tiện đạt được từ P-CSCF. Nó hoạt động như điểm quyết định chính sách cho điều khiển SBLP. Cổng bảo mật (SEG) có chức năng bảo vệ lưu lượng mặt phẳng điều khiển giữa các miền bảo mật. Miền bảo mật là mạng được quản lý bởi quyền quản lý đơn Chức năng THIG có thể được dùng để ẩn cấu hình, khả năng và cấu hình của mạng từ nhà vận hành mạng bên ngoài. - Các thực thể GPRS o Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) o Node hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) 1.3. Kết luận Chương I của luận văn giới thiệu về khái niệm IMS do 3GPP đưa ra: IMS là 1 miền phân hệ mạng thực hiện chức năng điều khiển, tích hợp các dịch vụ đa phương tiện. Nó thực hiện nhiệm vụ hội tụ giữa thoại, audio, video với dữ liệu; và hội tụ truy nhập giữa mạng 2G, 3G với mạng vô tuyến. Có thể nói IMS đã kết hợp các ưu điểm của hai mô hình truyền thông khá thành công là công nghệ chuyển mạch tế bào và Internet. Trình bày về kiến trúc IMS bao gồm ba lớp chính: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, và lớp truyền tải. Mỗi lớp đều có chức năng và nhiệm vụ riêng: Lớp dịch vụ là các máy chủ ứng dụng AS là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS. Lớp lõi IMS có chức năng chính là quản lý việc tạo lập phiên 10 liên lạc và dịch vụ đa phương tiện. Lớp vận tải có chức năng cung cấp linh hoạt địa chỉ IP và các thông số cấu hình khác cho UE, xác nhận người dùng, quản lý người dùng… [...]... gia hội nghị sẽ nghe những gì Kevin đang nói vào microphone của anh ấy Ví dụ này được chỉ ra trong hình 3.2 3.2 Các thủ tục hội nghị truyền hình IMS 3.2.1 Tạo một tổ chức hội nghị / chính sách hội nghị Trước khi các thành viên có thể tham gia một hội nghị, hội nghị cần được tạo ra tại AS/MRFC hội nghị, nghĩa là, các tham số cho một hội nghị cần được cấu hình Cấu hình như vậy được gọi là chính sách hội. .. lớn hơn 31 KẾT LUẬN Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) được xây dựng nhằm cung cấp, kết hợp các dịch vụ đa phương tiện và hội tụ di đông-cố định Trong đó hội nghị truyền hình là dịch vụ được phát triển trên nền IMS đặc trưng cho sự hội tụ giữa thoại, số liệu và băng rông Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu các dịch vụ hội nghị truyền hình trên nền IMS luận văn đã làm rõ được những nội dung sau:... thức SDP,…  Nêu kiến trúc và nguyên lý của dịch vụ hội nghị truyền hình Phân tích và đánh giá các thủ tục thực hiện dịch vụ So sánh hai phương pháp xử lý báo hiệu trong dịch vụ hội nghị truyền hình trên nền phân hệ đa phương tiện IP – IMS, đó là server – client và distributed P2P Hiện nay phân hệ đa phương tiện IP – IMS và các dịch vụ hội nghị truyền hình thế giới cũng như ở Việt Nam vẫn đang trong... cũng như kí tự Đồng thời đưa ra các phương thức truyền tải thông tin cũng như các phương thức báo hiệu sử dụng trong phân hệ đa phương tiện như SIP, RTP, … 15 CHƯƠNG III DỊCH VỤ HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH TRÊN NỀN IMS 3.1 Kiến trúc và nguyên lý hội nghị IMS 3.1.1 SIP Focus/conferencing AS/MRFC Hình 3.1 đưa ra cái nhìn tổng quan về kiến trúc hội nghị truyền hình IMS AS/MRFP SIP focus Mp H.248 MRFP Mixer Ut... ‘AS/MRFC hội nghị 3.1.2 Bộ trộn hội nghị (Mixer) – MRFP Trong khi tất cả báo hiệu SIP và cả điều khiển hội nghị cơ sở được thực hiện bởi AS/MRFC hội nghị truyền hình, tất cả các luồng phương tiện có liên quan tới hội nghị được định giới hạn trong mạng bởi một bộ được gọi là bộ trộn ‘mixer’ 16 3.1.3 Thành viên tham gia hội nghị Người dùng tham gia vào một hội nghị được gọi là các thành viên tham gia hội nghị. .. người dùng gọi và AS/MRFC hội nghị 20 Hình 3.4: User calling trong một hội nghị AS/MRFC hội nghị sẽ kiểm tra chính sách hội nghị, người dùng gọi được cho phép tham gia hay không tham gia hội nghị và ngoài ra hội nghị đang hoạt động hay không Nếu các kiểm tra thành thông, AS/MRFC hội nghị sẽ chấp nhận cuộc gọi bằng cách gửi hồi đáp SIP 200 (OK) tới thành viên mới AS/MRFC hội nghị cũng sẽ cho MRFP biết... các cuộc gọi đến từ hội nghị b AS/MRFC hội nghị gọi một người dùng vào hội nghị Ví dụ, trên cơ sở chính sách hội nghị cũng có thể là một AS/MRFC hội nghị sẽ chủ động gọi tới một người dùng cụ thể, để mời họ tham gia hội nghị Để làm được như vậy, AS/MRFC sẽ gửi một yêu cầu SIP INVITE tới người dùng được gọi Nếu người được gọi chấp nhận cuộc gọi, người dùng sẽ được tham gia vào hội nghị như là một thành... trong các hội nghị lớn, khi một vài thành viên tham gia muốn thảo luận một vấn đề riêng không liên quan tới hội nghị chính 3.1.6 Gói sự kiện trạng thái hội nghị Mỗi thành viên có thể đăng ký vào gói sự kiện trạng thái hội nghị, để có thông tin về các thành viên khác trong một hội nghị Để làm như vậy, các thành viên gửi yêu cầu SIP SUBSCRIBE tới URI hội nghị, cho biết gói sự kiện trạng thái hội nghị và... luồng hình ảnh và âm thanh cần được xử lý theo các cách khác nhau Mỗi đối tượng tham gia thêm vào hoặc client tham gia hội nghị truyền hình cần có báo hiệu riêng, báo hiệu này ảnh hưởng tới khả năng mở rộng của bất cứ hệ thống hội nghị truyền hình nào Mục đích của chương III là thực hiện, đánh giá và thảo luận về hai kiến trúc hệ thống khác nhau để tạo ra một hệ thống hội nghị truyền hình sử dụng IMS: ... tạo ra một hội nghị ad-hoc Hình 3.3: Tạo hội nghị ad - hoc Người dùng gọi không cần thiết làm thêm bất cứ việc gì, bằng việc nhận được hồi đáp 200 (OK), người dùng là người tham gia hoạt động đầu tiên trong một hội nghị ad-hoc mới được thành lập Các thành viên khác có thể tham gia ngay vào hội nghị 3.2.3 Tạo một hội nghị ad-hoc với danh sách URI 19 Trong ví dụ trên, người dùng đã tạo một hội nghị ad-hoc . bởi IMS. Vì vậy, em chọn đề tài: Dịch vụ hội nghị truyền hình trên nền IMS nhằm đưa ra và giải quyết các vấn đề liên quan tới hội nghị truyền hình, . đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho người dùng đầu cuối. Và dịch vụ hội nghị truyền hình - dịch vụ tích hợp thoại, âm thanh, hình ảnh, và vượt trội cả