IMS và phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền IMS

LỜI NÓI ĐẦU IMS, thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

TRẦN ĐỨC THUẬN

IMS VÀ PHÁT TRIỂN CÁC DỊCH VỤ GIÁ TRỊ

GIA TĂNG TRÊN NỀN IMS

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 60.52.70

TÓM TẮT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2011

Luận văn được hoàn thành tại:

Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

Phản biện 1: ………

………

Phản biện 2: ………

………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LỜI NÓI ĐẦU

IMS, thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương tác được với nhau IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút được sự quan tâm lớn của giới công nghiệp

Tại Việt Nam, VNPT đang triển khai Softswitch trên mạng của mình và chắc rằng điểm cuối của lộ trình đó sẽ là IMS IMS sẽ trở thành “lõi” cho NGN và là cơ sở cho hội tụ di động – cố định trong tương lai không xa

Việc tìm hiểu về IMS cũng như các ứng dụng trên IMS giúp cho chúng ta làm chủ công nghệ để có thể phát triển cũng như đầu tư các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền IMS hướng tới việc phục vụ khách hàng ngày càng tốt hơn

Được sự giúp đỡ của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh, tôi lựa chọn đề tài

tốt nghiệp cao học: "IMS và phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền IMS"

Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về xu hướng hội tụ mạng

Chương 2: Kiến trúc về IMS

Chương 3: Xây dựng ứng dụng trên nền IMS

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ XU HƯỚNG HỘI TỤ MẠNG

Chương này tìm hiểu về xu hướng hội tụ mạng viễn thông đồng thời đưa ra nguyên nhân hình thành ý tưởng xây dựng IMS, tìm hiểu về các chuẩn xây dựng IMS

1.1 Xu thế phát triển mạng viễn thông

1.1.1 Phát triển dịch vụ

Mạng Internet: Trong tương lai, nhu cầu sử dụng các dịch vụ Internet sẽ rất

cao Các trang web nhiều âm thanh, nhiều hình ảnh sẽ rất phổ biến Người dùng sẽ được cung cấp các sản phẩm truyền thông đa phương tiện như giáo dục từ xa, hội nghị truyền hình, nhóm làm việc phân tán Nhu cầu về giải trí trực tuyến cũng phát triển Nội dung thông tin mang tính tổng hợp cao Những điều này làm thay đổi căn bản bản chất lưu lượng thông tin

Mạng cố định: Trong số các công nghệ truy nhập băng rộng hiện nay, DSL là

công nghệ truy nhập chủ đạo, đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng Với lợi thế là tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng cáp đồng và công nghệ DSL đã được chuẩn hoá và các thiết bị đã được kiểm chứng về độ tương thích, các quốc gia trên thế giới đều có thể đẩy nhanh sự phát triển truy nhập băng rộng một cách hiệu quả cả về kỹ thuật cũng như kinh tế

Mạng di động: Một số năm trước đây, dịch vụ “truyền số liệu trên di động” chỉ

mới manh nha ở dạng gửi bản tin văn bản hay duyệt các nội dung đơn giản như thông tin cổ phiếu hay bản tin thời tiết trên Internet qua kết nối có tốc độ thấp Ngày nay, khách hàng đã được sử dụng các ứng dụng đa phương tiện di động

1.1.2 Phát triển mạng

Trong khi đó, mạng Internet đang phát triển một cách hết sức nhanh chóng Nhờ có cơ chế kỹ thuật lưu lượng của MPLS, công nghệ IP đã thực sự chiếm lĩnh thị

trường viễn thông Các công nghệ MPLS mới cho phép mạng IP/MPLS có khả năng

mở rộng rất cao và đủ mềm dẻo để tích hợp tất cả các dịch vụ vào cùng một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất, hoàn toàn không phụ thuộc vào loại hình dịch vụ cung cấp

1.2 Xu hướng hội tụ mạng

1.2.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, các nhà khai thác mạng bắt đầu xem xét lại vấn đề hội tụ và coi đó là một cơ hội để giành khách hàng cũng như cung cấp giá trị gia tăng cho khách hàng

Ví dụ về các dịch vụ và công nghệ tích hợp hiện có là:

 Dịch vụ khách hàng: thuê bao trọn gói cho dịch vụ cố định, di động và băng rộng, triple play, một số, một hộp thư thoại

 Thiết bị: đồng thời hỗ trợ WLAN/2G/3G, điện thoại di động sử dụng băng tần

có phép và không phép, thiết bị di động có tính năng đa phương tiện và máy tính PC

 Mạng: kiến trúc nhiều lớp với IMS

Kiến trúc của mạng hội tụ mục tiêu như sau:

 Sử dụng một cơ sở hạ tầng truyền tải chung dựa trên công nghệ IP

 Có kiến trúc báo hiệu IP chung cho các dịch vụ đa phương tiện có yêu cầu báo hiệu (các dịch vụ truyền số liệu sẽ không cần báo hiệu IP)

 Môi trường kiến tạo dịch vụ mở, có giao diện chuẩn mở với phần báo hiệu IP, cho phép triển khai dịch vụ của nhà khai thác cũng như của bên thứ 3

 Cho phép truy nhập mạng bằng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau

Việc hội tụ dịch vụ hay hội tụ thiết bị đầu cuối nằm ngoài phạm vi của đề tài này Tuy nhiên, lợi ích của hội tụ dịch vụ hay thiết bị có ảnh hưởng không nhỏ đến thành công của dịch vụ mạng

Nhu cầu của khách hàng sẽ bị chi phối bới sự thay đổi trong cách sử dụng dịch vụ

và đòi hỏi tối thiểu của khách hàng ngày nay Các vấn đề có liên quan đến nhu cầu hội tụ cần xem xét là:

 Sự thuận tiện về dễ dàng trong sử dụng

 Luôn luôn kết nối với chất lượng tốt nhất

 Độ tin cậy và bảo mật

Với sự cạnh tranh như hiện nay, các nhà khai thác phải tìm cách mở rộng kinh doanh và giảm chi phí dài hạn Có nghĩa là cần tìm cách tích hợp dịch vụ một cách hợp lý nhằm giảm việc nhảy mạng và chi phí liên quan

Xu thế sử dụng công nghệ IP trong mọi lĩnh vực của viễn thông đã tương đối rõ ràng Một mạng IP chung cung cấp các tính năng chung và do đó giảm chi phí khai thác và vận hành Khả năng cắt giảm chi phí cho nhà khai thác cũng là một trong những động lực thúc đẩy việc hội tụ mạng Ngoài ra, khi cấu trúc nền tảng mạng đã được chuẩn hoá, các dịch vụ mới dành riêng cho một phân đoạn thị trường nào đó sẽ được phát triển và triển khai một cách dễ dàng và hiệu quả hơn

Dịch vụ

Báo hiệu IP

Truyền tải IP

Cố định

Không dây Di động

Hình 1.1: Kiến trúc mạng hội tụ

Chương 2

KIẾN TRÚC IMS

Chương này giới thiệu cấu trúc, chức năng của những thực thể trong một phân

hệ IMS và mối quan hệ giữa chúng Mỗi thực thể được trình bày trực quan theo mô hình phân lớp NGN Lớp ứng dụng gồm máy chủ ứng dụng và HSS, đây chính là cơ

sở dữ liệu về dịch vụ và người dùng của toàn hệ thống Lớp điều khiển gồm các thành phần quản lý cuộc gọi và quản lý tài nguyên Lớp này đóng vai trò quan trọng trong phân hệ IMS dùng để điều khiển, thiết lập phiên Lớp truyền tải thể hiện mối quan hệ giữa phân hệ IMS và các hệ thống hiện có như PSTN, UMTS, GSM, mạng IP Trên

cơ sở phân lớp giúp người phát triển có kiến thức để xây dựng ứng dụng sau này

2.1 Tổng quan về IMS

IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX

Hình 2.1: Kiến trúc IMS

Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp: lớp ứng dụng, lớp điều khiển (hay còn gọi

là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp truyền tải (hay lớp người dùng)

 Lớp ứng dụng bao gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server) và các

máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server)

 Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi

 Lớp truyền tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các mạng

truy nhập kết nối vào mạng lõi IP Hai thực thể chức năng NASS (Network Attachment Subsystem) và RACS (Resource & Admission Control Subsystem) định nghĩa bởi TISPAN có thể được xem như thuộc lớp truyền tải hay thuộc lớp điều khiển ở trên

2.2 Lớp ứng dụng

2.2.1 Máy chủ ứng dụng

Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi lưu trữ và vận hành các dịch vụ IMS AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó Nếu AS là một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng AS có thể cung cấp các dịch

vụ như quản lý sự truy cập của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghị truyền hình, tính cước trực tuyến,…

2.2.2 Cơ sở dữ liệu

2.2.2.1 HSS

Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS có thể xem như là một cải tiến của

bộ đăng ký định vị thường trú HLR và AuC trong mạng GSM HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả thuê bao và những thông tin dịch vụ liên quan đến thuê bao Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ chuyển vùng, thông số chứng thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao Thông tin nhận dạng người dùng gồm khóa nhận dạng riêng và khóa nhận dạng chung Khóa nhận dạng riêng được tạo ra bởi nhà khai thác mạng và được dùng

với mục đích đăng ký và chứng thực Khóa nhận dạng người dùng chung được sử dụng để truyền thông giữa các người dùng HSS cũng đáp ứng địa chỉ một S-CSCF nếu có yêu cầu trong thủ tục đăng ký Hơn nữa, HSS còn thực hiện những chính sách

hệ thống như lưu trữ thông tin hoặc xóa thông tin những UE không hợp lệ

2.2.2.2 SLF

Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị SLF

sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng

Để tìm được địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF phải gởi đến SLF bản tin yêu cầu LIR Hình trên mô tả quá trình tìm ra địa chỉ HSS phù hợp khi I-CSCF nhận được bản tin INVITE trong trường hợp mạng có ba HSS

2.3 Lớp điều khiển

CSCF có 3 loại: Proxy-CSCF (P-CSCF), Serving-CSCF (S-CSCF) và Interrogating-CSCF (I-CSCF) Mỗi CSCF có chức năng riêng Chức năng chung của CSCF là tham gia trong suốt quá trình đăng kí và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS Hơn nữa, những thành phần này còn có chức năng gởi dữ liệu tính cước đến Server tính cước Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF trong hoạt động là cả hai có thể đại diện cho user để kết thúc phiên và có thể kiểm tra nội dung của bản tin trong giao thức SDP

2.4 Lớp truyền tải

2.4.1 Thiết bị người dùng cuối

Là thiết bị đầu cuối thực hiện các yêu cầu dịch vụ Người dùng sử dụng các thiết bị này để giao tiếp với mạng và thực hiện các dịch vụ Ở trạng thái bình thường,

UE chứa thông tin về: địa chỉ của P-CSCF, tên miền mạng nhà (Home Network), thuật toán mã hóa, bảo mật, khóa nhận dạng thuê bao Chúng ta sẽ tìm hiểu về khóa nhận dạng người dùng bao gồm: khóa nhận dạng người dùng chung và khóa nhận dạng người dùng riêng

2.4.2 Khóa nhận dạng người dùng riêng

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS đều có một khóa nhận dạng người dùng riêng Khóa này được cung cấp bởi nhà điều hành mạng (khóa này giống như IMSI trong mạng GSM), được sử dụng trong thủ tục đăng ký, chứng thực, quản lý thuê bao và tính cước Khóa nhận dạng người dùng riêng có những đặc tính sau:

 Không được sử dụng để định tuyến các bản tin SIP

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS có thể có một hoặc nhiều khóa nhận dạng người dùng chung Khóa này được người dùng sử dụng khi truyền thông với các người dùng khác Khóa này được công khai và có thể trao đổi với người dùng khác thông qua danh bạ, trang web hoặc business card Trong giai đoạn đầu triển khai IMS, vẫn còn tồn tại những mạng khác nhau như PSTN/ISDN, GSM, Internet,…

Chương 3

XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIÁ TRỊ GIA TĂNG TRÊN NỀN IMS

Chương này sẽ khảo sát tình hình cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng cũng như

đề phương pháp xây dựng ứng dụng dịch vụ giá trị gia tăng trên nền IMS và khuyến nghị các vấn đề cần lưu ý khi triển khai dịch vụ này

3.1 Dịch vụ giá trị gia tăng

3.1.1 Giới thiệu

Dịch vụ gia tăng (VAS – Value Added Service) là dịch vụ mà nhà cung cấp đưa

ra thêm bên cạnh các dịch vụ sẵn có của mình Ví dụ khi sử dụng điện thoại di động mỗi người sẽ chọn cho mình một nhà cung cấp dịch vụ như Vinaphone, Mobifone hay Viettel… Khi đó người sử dụng sẽ được cung cấp các dịch vụ cơ bản như hiển thi

số thuê bao gọi tới, gọi và nhận cuộc gọi, gửi và nhận tin nhắn ngắn (SMS), chặn cuộc gọi đi và đến, chờ cuộc gọi…tất cả các dịch vụ này đều miễn phì và được thực hiện tự động trên hệ thống ngay sau khi bạn hoà mạng

Ngoài các dịch vụ cơ bản cung cấp miễn phí cho người sử dụng các nhà cung cấp còn đưa ra một số dịch vụ như cung cấp thông tin hay giải trí như tải hình, nhạc chuông, game, ứng dụng…các dịch vụ này có thu phí và được gọi là các dịch vụ gia tăng

3.1.2 Dịch vụ thoại

Khi nói đến dịch vụ giá trị gia tăng chủ yếu là các dịch vụ trên mạng di động được phát triển còn các dịch vụ khác như IPTV hiện đang phát triển dịch vụ là chủ yếu chứ chưa được quan tâm đến các dịch vụ giá trị gia tăng Dịch vụ giá trị gia tăng trên di động bao gồm các loại hình dịch vụ sau:

 Tin nhắn (SMS)

 Các dịch vụ đi kèm với hệ thống (gọi giấu số, gọi hội nghị, chuyển cuộc gọi, cuộc gọi chờ)

 Các dịch vụ trả trước, nhạc chuông, hình ảnh, hộp thư thoại

 Dịch vụ WAP

 Dịch vụ Mobile IP – kêt nối Internet, truyền file

 Thanh toán trực tuyến – M commerce (mobile commerce)

 Mobile Gaming

 …

3.1.3 Dịch vụ đa phương tiện

Ngoài ra các dịch vụ IPTV thông thường như trên, với MiViewTV, các khách hàng IPTV dựa trên IMS sẽ có được:

- Truyền thông kết hợp với trải nghiệm TV, nghĩa là:

 Xem nội dung và truyền thông cùng một lúc

 Xử lý các cuộc gọi đến và các tin nhắn qua máy thu hình

 Duy trì một cuốn sổ địa chỉ tiện lợi có thể hiển thị

- Tính tương tác, có nghĩa là: một tính năng thăm dò và bầu cử, chẳng hạn như bỏ phiếu cho cầu thủ hay nhất khi xem một trận bóng đá trên TV

- Đem TV theo họ, cho phép

 Tính di động của phiên với việc chuyển một phiên TV sang một thiết bị khác (chuyển chỗ)

 Chọn khi nào, ở đâu, và trên thiết bị nào (máy thu hình, chiếc máy tính hay điện thoại di động) mà họ muốn thưởng thức nội dung

- Điều khiển từ xa các dịch vụ TV của họ qua các thiết bị di động cá nhân (điện thoại di động, PDA )

 Thiết lập các bộ ghi nhớ chương trình và các ghi chép công việc hàng ngày

 Quyết định sự quản lý từ xa của cha mẹ

 Kiểm tra ai đang xem nội dung gì

3.2 Sơ lược về mô hình triển khai IMS tại Việt Nam

Dựa trên những yêu cầu cơ bản từ VNPT, Alcatel-Lucent đã đưa ra kiến trúc mạng IMS tổng thể dựa trên TISPAN và 3GPP để thực hiện một hệ thống IMS mới, chuyển đổi các khách hàng PSTN hiện tại sang mạng IMS mới, và cung cấp nhiều dịch vụ IMS mới cho khách hàng