(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu xây dựng dịch vụ VOLTE và VOWIFI trên nền giải pháp IMS

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN ĐÌNH TRUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN GIẢI PHÁP IMS download by : skknchat@gmail.com LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - download by : skknchat@gmail.com NGUYỄN ĐÌNH TRUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN GIẢI PHÁP IMS CHUYÊN NGÀNH : MÃ SỐ: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG TRUNG KIÊN HÀ NỘI - 2020 download by : skknchat@gmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Trương Trung Kiên Để hoàn thành đồ án, sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu tham khảo khác mà không ghi Tôi xin cam đoan nội dung đồ án khơng giống hồn tồn với cơng trình hay thiết kế tốt nghiệp có trước Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn download by : skknchat@gmail.com ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nhận giúp đỡ nhiệt tình anh chị em đồng nghiệp việc xây dựng giải pháp Ngoài ra, tơi nhận phối hợp nhiệt tình anh chị VNPT việc cung cấp thông tin xây dựng phương án cuối việc triển khai IMS mạng lưới VNPT Tôi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy anh chị Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Khoa Quốc tế Đào tạo Sau Đại học Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng thầy giáo, cô giáo truyền đạt kiến thức tảng giúp tơi nghiên cứu hồn thiện luận văn Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ Trương Trung Kiên dành nhiều thời gian tâm huyết giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, thầy khoa Quốc tế Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập Do hạn chế thân hạn hẹp thời gian Luận văn không tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận thơng cảm đóng góp ý kiến thầy bạn lớp Xin chân thành cảm ơn ! download by : skknchat@gmail.com iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi LỜI MỞ ĐẦU 14 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TỔNG QUAN IMS .16 1.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu liên quan .16 1.2 Kiến trúc mạng IMS 18 1.3 Một số khái niệm IMS 22 1.3.1 Đánh số, định danh đánh địa 22 1.3.2 Nhận thực 25 1.3.3 Đăng ký .27 1.3.4 Định tuyến lưu lượng SIP .30 1.4 Các giao diện sử dụng IMS .31 1.5 Các giao thức báo hiệu sử dụng IMS 34 1.5.1 Giao thức khởi tạo phiên (SIP) 34 1.5.2 Giao thức Diameter 38 1.6 Một số thủ tục IMS 38 1.6.1 Đăng ký (AKA Registration) .38 1.6.2 Cuộc gọi 43 1.6.3 Cuộc gọi bên 48 1.6.4 Cuộc gọi từ vào (Break – in) 49 1.7 Tổng kết chương 51 CHƯƠNG 2: DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN TẢNG IMS .52 2.1 Giới thiệu dịch vụ VoLTE 52 2.1.1 Tổng quan dịch vụ VoLTE 52 2.1.2 Các nút mạng VoLTE 53 2.1.3 Các giao diện VoLTE .54 2.1.4 Chuyển giao dịch vụ thoại VoLTE dịch vụ thoại 2G/3G (SRVCC) .56 2.2 Giới thiệu dịch vụ VoWiFi 64 download by : skknchat@gmail.com iv 2.2.1 Tổng quan dịch vụ wi-fi calling 64 2.2.2 Các nút mạng VoWiFi 65 2.2.3 Các giao diện VoWiFi 67 2.2.4 Các chức cho VoWiFi .68 2.3 Tổng kết chương 75 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG DỊCH VỤ VOLTE/VOWIFI TRÊN NỀN TẢNG IMS CHO MẠNG VNPT 76 3.1 Sản phẩm Ericsson cho giải pháp IMS 76 3.1.1 vSBG 77 3.1.2 vMTAS 79 3.1.3 vCSCF .80 3.1.4 vIPWorks 81 3.1.5 vMRS 81 3.1.6 vWMG (ePDG) 83 3.2 Giải pháp IMS cho mạng VNPT 84 3.2.2 Hiện trạng mạng lưới VNPT .84 3.2.3 Đề xuất ứng dụng triển khai cho VNPT 89 3.2.4 Mơ hình kiến trúc mạng .90 3.2.5 Các giao diện kết nối 91 3.2.6 Các định danh địa sử dụng cho VNPT 97 3.3 Kết số dịch vụ triển khai mạng VNPT 98 3.3.2 VNPT_VoWiFi: Khởi tạo-Đăng ký 98 3.3.3 VNPT_VoWiFi: Cuộc gọi VoWiFi với VoWiFi .104 3.3.4 VNPT_VoLTE_SRVCC: Cuộc gọi handover SRVCC MO (A-VoLTE- 4G, B-VoLTE-4G) .108 3.4 Tổng kết chương .111 KẾT LUẬN 112 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 download by : skknchat@gmail.com v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các loại địa người dùng IMS 23 Bảng 2.1: Các giao diện sử dụng dịch vụ VoLTE 55 Bảng 2.2: Các giao diện giải pháp Wi-Fi Calling 67 Bảng 3.1: Hiện trạng mạng vô tuyến VNPT 89 Bảng 3.2: Tổng hợp nút mạng chức giải pháp VoLTE VoWiFi Ericsson 91 Bảng 3.3: Tổng hợp giao diện kết nối giải pháp VoLTE VoWiFi .94 Bảng 3.4: Bản định danh cho thuê bao VoLTE VNPT 97 download by : skknchat@gmail.com vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Kiến trúc mạng đa truy cập IMS 16 Hình 1.2: Mơ hình tham chiếu IMS 18 Hình 1.3: Mối quan hệ định danh người dùng công cộng người dùng cá nhân 24 Hình 1.4: Chuỗi tin SIP 36 Hình 1.5: Ví dụ tin SIP 38 Hình 1.6: Luồng tin đăng ký 39 Hình 1.7: Luồng tin đăng ký với bên thứ ba 42 Hình 1.8: Luồng tin gọi VoLTE – VoLTE phần 43 Hình 1.9: Luồng tin gọi VoLTE – VoLTE phần 44 Hình 1.10: Luồng tin gọi người dùng IMS người dùng PSTN 48 Hình 1.11: Luồng tin gọi người dùng CS người dùng IMS 50 Hình 2.1: Kiến trúc logic VoLTE 53 Hình 2.2: Kiến trúc logic dịch vụ SRVCC .57 Hình 2.3: Luồng gọi SRVCC 63 Hình 2.4: Wi-Fi Calling 64 Hình 2.5: Kiến trúc mạng dịch vụ Wi-Fi Calling 65 Hình 2.6: Cuộc gọi thoại qua mạng Wi-Fi khơng tin cậy 69 Hình 2.7: Nút mạng liên quan đến Xác thực Ủy quyền .70 Hình 2.8: Đường hầm IPsec 71 Hình 2.9: SCC AS: Nguyên tắc hoạt động nguyên tắc T-ADS để truy cập Wi-Fi, LTE CS 72 Hình 2.10 Chuyển giao liền mạch LTE Wi-Fi 73 Hình 3.1: Kiến trúc IMS giải pháp Ericsson .76 Hình 3.2: Chức CSCF .81 Hình 3.3: Chức BGF MRS .82 Hình 3.4: Chức MRFP MRS 83 Hình 3.5|:Hiện trạng mạng EPC VNPT 86 Hình 3.6: Tổng quan mơ hình mạng IMS cho VNPT 90 download by : skknchat@gmail.com vii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ NGHĨA TIẾNG VIỆT xG xGeneration Thế hệ thứ x 3GPP AAA AAAC Third Generation Partneship Project Dự án đối tác hệ Authentication, Authorization, Xác thực, cấp quyền and Accounting tính cước Authentication, Authorization, Xác thực, cấp quyền, tính Accounting and Charging cước, trả tiền AAL ATM adaptation layer Lớp thích nghi ATM AC Access Category Danh mục truy cập ADSL AKA AS 10 ARIB 11 ATCF 12 Asymmetric Digital Subscriber Đường dây thuê bao số bất Line đối xứng Authentication and Key Xác thực thỏa thuận Agreement khóa Application Server Máy chủ ứng dụng Association of Radio Industries Hiệp hội công nghiệp and Businesses Access Transfer thương mại vô tuyến Control Chức điều khiển truy Function cập ATGW Access Transfer Gateway Cổng truy cập 13 BER Bit Error Ratio Tỉ số lỗi bit 14 BGCF 15 BS/BTS 16 CN Breakout Gateway Control Chức điều khiển cổng Function Base Station/ Base Transceiver Station Core Net chuyển mạng Trạm gốc Mạng lõi download by : skknchat@gmail.com 83 SBG thêm thông tin ATCF Nút cục S-CSCF I-CSCF chọn dựa danh sách khả từ HSS tin nhắn UAR / UAA HSS gửi Vector xác thực đến S-CSCF tin nhắn MAR / MAA Lõi IMS trả lời SIP 401 không phép với thách thức AKA cho UE download by : skknchat@gmail.com 84 UE xây dựng yêu cầu ĐĂNG KÝ mới, bao gồm tiêu đề ủy quyền với tham số phản hồi theo nonce download by : skknchat@gmail.com 85 7.SBG thêm thông tin ATCF chuyển tiếp ĐĂNG KÝ cho I-CSCF I-CSCF gửi UAR tới HSS HSS trả lời tên máy chủ S-CSCF tin nhắn UAA download by : skknchat@gmail.com 86 Id iFC chia sẻ tải xuống từ HSS đến S-CSCF tin nhắn SAR / SAA 10 Lõi IMS trả lời SIP 200 OK cho ĐĂNG KÝ với UE download by : skknchat@gmail.com 87 11 Đăng ký bên thứ S-CSCF thực cho máy chủ ứng dụng MMTel, SCC 12 Trong giải pháp VoLTE, MMTel AS SCC-AS xếp chung để thông báo ĐĂNG KÝ gửi S-CSCF lần 13 MTAS trả lời 200OK cho S-CSCF biết đăng ký bên thứ thành công download by : skknchat@gmail.com 88 3.3.3 VNPT_VoWiFi: Cuộc gọi VoWiFi với VoWiFi Mục tiêu: Bài test để đảm bảo hệ thống IMS cài đặt thực gọi VoWiFi UE Điều kiện: Hệ thống IMS thiết lập cấu hình cho dịch vụ VoLTE & VoWiFi Các đầu cuối UE phải đăng ký thành công A: VoWiFi, B: VoWiFi Cách thực thi: Thực gọi UE A với UE B Thuê bao B trả lời thành công Điểm kiểm tra: 1.SBG gửi tin INVITE với SDP m=audio to S-CSCF and with P-AccessNetwork-Info: IEEE-802.11;i-wlan-node-id;country=VN, dịch vụ SCC MMTel gọi MMTel AS hỏi HSS để lấy Network Provided Location Information tin UDR/UDA Bản tin INVITE forwarded đến I-CSCF kết cuối S-CSCF sau hỏi ENUM download by : skknchat@gmail.com 89 S-CSCF kết cuối gọi tới MMTel AS SCC AS SCC AS gửi tin Sh-Pull UDR tới HSS hỏi thông tin T-ADS Dựa thông tin T-ADS, SCC-AS kết cuối định phân phối gọi tới miền PS and máy chủ SCC-AS kết cuối gửi tin INVITE SBG kết cuối thông qua S-CSCF kết cuối Dựa trả lời SDP SIP 183 với P-Access-Network-Info: IEEE-802.11;iwlan-node-id;country=VN, SBG tạo tin Rx để khởi tạo phiên AF tới SAPC download by : skknchat@gmail.com 90 Thuê bao B gửi SIP 180 bắt đầu đổ chuông Thuê A nghe thấy ring tone Thuê bao B trả lời gọi thành công download by : skknchat@gmail.com 91 10 Thuê bao B dập máy, User A nhận tin Bye từ thuê bao B 11 SBG/MTAS gửi ACR(start) đến EMM sau 200OK ACR(stop) đén EMM sau BYE download by : skknchat@gmail.com 92 12 MTAS gửi CCR(initial) đến OCS sau INVITE CCR(termination) đến OCS sau BYE 3.3.4 VNPT_VoLTE_SRVCC: Cuộc gọi handover SRVCC MO (A-VoLTE4G, B-VoLTE-4G) Mục tiêu: Bài test để kiểm tra hệ thống IMS hỗ trợ SRVCC Điều kiện: Mạng VoLTE cài đặt định cấu hình UE phải đăng ký thành công A: VoLTE (4G), B: VoLTE (4G) Cấu hình SRVCC sẵn sàng IMS / EPC / CS Cách thực thi: UE A gọi UE B số B Người dùng B Trả lời thành công SRVCC từ 4G sang 3G download by : skknchat@gmail.com 93 Điểm kiểm tra: Cuộc gọi UE A UE B thiết lập giống gọi MME khởi tạo thủ tục chuyển quyền truy cập từ PS sang CS MSC mỏ neo (SRVCC GW) cách gửi SRVCC PS tới CS Request với IMSI, Target ID, STN-SR C-MSISDN (Đây tiến tình thực giao diện Sv, khơng thể nhìn thấy miền IMS.) MSC neo (SRVCC GW) khởi tạo chặng gọi tới ATCF thông qua I-CSCF INVITE gửi tới ATCF với R-URI = STN-SR, P-A-I: C-MSISDN SDP mà khơng có điều kiện tiên download by : skknchat@gmail.com 94 Bản tin INVITE định tuyến đến I-CSCF UE A; I-CSCF trao đổi LIR / LIA thông qua liên kết diameter với HSS; Tên máy chủ ATCF trả lời LIA Sau truy vấn DNS, INVITE định tuyến đến ATCF ATCF nhận tin INVITE, xác định phiên chuyển CMSISDN thông báo cho SCC-AS việc chuyển quyền truy cập qua INVITE SCC-AS nhận thông tin việc chuyển quyền truy cập INVITE, bao gồm “R-URI = ATU-STI” nhận từ ATCF 200 OK trả lời từ SCC-AS đến ATCF ACK nhận từ ATCF SCC-AS bắt đầu khởi tạo việc chấm dứt gọi PS sau thủ tục chuyển giao SRVCC hồn thành thành cơng BYE gửi đến ATCF để giải phóng phần gọi PS download by : skknchat@gmail.com 95 3.4 Tổng kết chương Chương xem xét yếu tố cụ thể để triển khai VoLTE VoWiFi cho VNPT Giải pháp xây dựng sở tìm hiểu giải pháp cho IMS hãng cụ thể, Ericsson VoLTE VoWiFi triển khai mạng lưới VNPT, luận văn xác định thành phần mạng sẵn có để triển khai dịch vụ nêu trên, dựa vào điều kiện cụ thể VNPT đề xuất kiến trúc cần thiết, kết nối mạng thiết bị xây dựng định danh cho thuê bao VoLTE/VoWiFi VNPT Luận văn tiến hành kiểm định lại luồng dịch vụ sau kết nối thành phần mạng với thiết bị Ericsson Thực tế luồng dịch vụ triển khai mạng VNPT phù hợp với khung lí thuyết tìm hiểu download by : skknchat@gmail.com 96 KẾT LUẬN Với tiêu chí “Nghiên cứu xây dựng dịch vụ VoLTE VoWiFI tảng giải pháp IMS”, luận văn nêu lên cấu trúc IMS 3GPP mạng di động hệ mới, phân tích vị trí vai trò, nhiệm vụ, chức phần tử tham chiếu IMS; thủ tục giao diện IMS nhằm hỗ trợ cho dịch vụ VoLTE VoWiFi Đồng thời, luận văn giới thiệu, đánh giá khả sử dụng giải pháp Ericsson mạng lưới VNPT Để thực ý tưởng đề ra, luận văn trình bày nội dung sau: - Nghiên cứu kiến trúc mạng tham chiếu dựa 3GPP để xác định thành phần cần thiết để xây dựng IMS cho thuê bao di động Trên sở giao diện, thủ tục IMS làm sở xây dựng giải pháp IMS cho mạng di động - Tìm hiểu cách triển khai dịch vụ VoLTE VoWiFi IMS, xác định chi tiết luồng dịch vụ giao diện cần có để triển khai dịch vụ nêu Đây tảng sở để xây dựng giải pháp triển khai cho VNPT - Tiến hành tìm hiểu trạng mạng VNPT để xác định thành phần có thành phần cịn thiếu để triển khai VoLTE VoWiFi Trên sở trạng mạng lưới VNPT, tìm hiểu giải pháp Ericsson có để đáp ứng thành phần triển khai thêm mạng VNPT Trên sở tổng quan lí thuyết IMS, xem xét vấn đề cụ thể liên quan triển khai mạng VNPT như: kết nối, cách đánh địa chỉ, dịch phụ trợ cần triển khai xem xét thực tế thủ tục sau triển khai xong Hướng nghiên cứu mở rộng luận văn bao gồm: - Nghiên cứu bổ sung thành phần mạng cần thiết để cung cấp dịch vụ cho thuê bao VoLTE VNPT ví dụ SMS, USSD - Nghiên cứu triển khai mạng IMS hội tụ cho miền truy cập: LTE, VoWiFi cố định download by : skknchat@gmail.com 97 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), Thông tin di động hệ ba [2] TS Hoàng Trọng Minh (2013), Báo hiệu điều khiển kết nối [3] 3GPP, TS 23.228 “IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2” [4] Alcaltel (2011), VNPT Next Generation Network (NGN) [5] Ericsson (2016), Eicsson WiFi Calling Solution Description [6] Ericsson (2016), Mobile Telephony Evolution Solution Guideline [7] GSM Association (2014), VoLTE Service Description and Implementation Guidelines [8] K R Rao, Z S Bojkovic and D A Milovanovic (2002) Multimedia Communications Systems: Techniques, Standards and Networking Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall download by : skknchat@gmail.com ... luận văn nghiên cứu triển khai thực tế cho dịch vụ VoLTE VoWiFi VNPT Bố cục luận văn gồm chương sau: Chương 1: Giới thiệu chung IMS Chương 2: Dịch vụ VoLTE VoWiFi tảng IMS Chương 3: Xây dựng dịch. .. hướng ? ?nghiên cứu xây dựng dịch vụ VoLTE VoWiFi tảng IMS? ?? IMS giải pháp tiềm cho mục tiêu hội tụ mạng truy cập (cố định với di đông, VoLTE VoWiFi) VNPT triển khai giải pháp IMS từ năm 2011 với... gọi từ vào (Break – in) 49 1.7 Tổng kết chương 51 CHƯƠNG 2: DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN TẢNG IMS .52 2.1 Giới thiệu dịch vụ VoLTE 52 2.1.1 Tổng quan dịch vụ VoLTE