Nghiên cứu kiến trúc IMS
Xu hướng hội tụ mạng viễn thông
Trong mạng viễn thông hiện tại, các công nghệ đƣợc sử dụng chủ yếu bao gồm: chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, Fast Ethernet, Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI Bên cạnh đó, các công nghệ mới cũng đã đƣợc áp dụng hiện nay nhƣ: SONET/SDH, xDSL và
B-ISDN, các công nghệ truy nhập vô tuyến nhƣ CDMA, TDMA, FDMA, Wifi, Wimax, …
Các công nghệ trên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệ thống hỗ trợ trên chính hệ thống của mình Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn đến tăng trưởng các phần tử mạng và do vậy sẽ làm tăng sự phức tạp trong đồng bộ và công tác quản lí, hơn nữa các nhà khai thác mạng khác nhau lại sử dụng các công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng riêng rẽ Đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay
Như vậy, các mạng đơn lẻ trước đây như di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ liệu, mạng Internet, mạng không dây… chỉ cung cấp đƣợc các dịch vụ đơn lẻ Ví dụ nhƣ trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, một cuộc nối đƣợc thiết lập giữa hai thuê bao thông qua quá trình trao đổi khe thời gian cố định trong suốt quá trình cuộc gọi Kiểu mạng này phù hợp cho dịch vụ thoại vì chúng có tốc độ bit không đổi và thông tin có tính thời gian thực cao Với các ứng dụng truyền dữ liệu, việc sử dụng riêng một kênh thông tin để truyền là rất lãng phí về tài nguyên và không phù hợp với yêu cầu sử dụng
Với các mạng di động hiện nay mặc dù có tốc độ phát triển rất nhanh tuy nhiên dịch vụ mà nhà khai thác mạng di động cung cấp cho người dùng vẫn chủ yếu là dịch vụ thoại truyền thống kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn Bên cạnh đó, có các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ thấp và giá thành dịch vụ cao và chƣa đáp ứng được nhu cầu truyền thông đa phương tiện của người dùng
Tương tự như vậy mạng chuyển mạch gói là rất hữu hiệu cho việc chuyển thông tin số liệu nhƣng lại không phù hợp cho truyền thoại do chƣa kiểm soát đƣợc độ trễ truyền thông tin và tỷ lệ thất thoát gói tin
Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là tạo ra một mạng tích hợp có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ có yêu cầu băng thông, thời gian thực và chất lƣợng dịch vụ khác nhau
Bước đầu tiên trong hướng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấp báo hiệu kênh chung giữa các người sử dụng cho tất cả các dịch vụ thoại và số liệu Trong khi đó vẫn duy trì sự riêng biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tại trạm trung gian Người dùng được cung cấp các truy nhập số tốc độ 2B+D cho cả thoại và số liệu cùng với 16 Bbps cho báo hiệu và các dịch vụ chuyển mạch gói Tuy nhiên hướng phát triển này dần dần bộc lộ yếu điểm khi nhu cầu dịch vụ băng thông rộng ngày càng phát triển Tốc độ truy nhập 2B+D là quá thấp so với nhu cầu dịch vụ băng rộng hiện nay
ISDN ngày càng thể hiện nhƣợc điểm không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông, trong khi đó công nghệ truyền dẫn và công nghệ điện tử VLSI ngày càng phát triển và xuất hiện công nghệ mới có khả năng truyền tải cao đƣợc đánh giá là có nhiều hứa hẹn để truyền dẫn cả thoại và dữ liệu đó là ATM đã đưa ra một hướng mới để phát triển ISDN băng hẹp thành ISDN băng rộng (B-ISDN) B-ISDN cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đơn phương tiện, đa phương tiện, theo kiểu hướng kết nối hay phi kết nối và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng
Tuy nhiên khi triển khai B-ISDN với công nghệ nền tảng là ATM thì vấn đề giá thành xây dựng mạng lại lớn vì B-ISDN không tận dụng tối đa nền tảng mạng hiện có Do vậy không đáp ứng kịp thời cho nhu cầu sử dụng dịch vụ của người dùng
Từ tình hình mạng viễn thông hiện nay và sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụ băng rộng, việc xây dựng một mạng cung cấp đa loại hình dịch vụ tốc độ cao băng thông lớn là vấn đề tất yếu của các nhà khai thác mạng
ISDN, B-ISDN đều có nhƣợc điểm khi đƣợc triển khai để cung cấp dịch vụ tốc độ cao băng thông lớn cho người dùng Vấn đề đặt ra là mô hình mạng nào có thể khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của hai mạng trên trong khi vẫn có thể cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho người dùng Để thực hiện đƣợc điều trên các tổ chức chuẩn hóa viễn thông đã nghiên cứu và đưa ra mô hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho người dùng trong khi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻ nhất và nhanh nhất đó chính là mạng IMS/NGN
- Đối với người dùng, dịch vụ dựa trên IMS cho phép liên lạc người với người và người với nội dung thông tin theo một loạt các phương thức - bao gồm cả giọng nói, văn bản, hình ảnh và video, hoặc sự kết hợp của các phương thức trên một cách cá nhân hóa cao và kiểm soát tốt
- Đối với các nhà khai thác, IMS tiến thêm một bước nữa về khái niệm kiến trúc nhiều lớp bằng cách định nghĩa một kiến trúc nằm ngang, nơi mà dịch vụ đƣợc triển khai và các chức năng phổ biến có thể đƣợc tái sử dụng cho nhiều ứng dụng Kiến trúc nằm ngang trong IMS còn xác định khả năng tương tác và chuyển vùng, cung cấp điều khiển truyền tải, tính cước và bảo mật Hơn thế nữa, nó cũng đƣợc tích hợp với các mạng thoại và dữ liệu hiện tại, trong khi áp dụng nhiều thành tựu quan trọng của ngành CNTT Điều này làm cho IMS trở thành một khả năng then chốt cho sự hội tụ di động cố định
Với những lý do trên, IMS sẽ trở thành giải pháp ƣu tiên cho các nhà khai thác cố định và di động kinh doanh đa phương tiện
Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thông
Trên thực tế sự hội tụ đã và đang diễn ra Các công nghệ của mạng 2,5G/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng Một số dịch vụ trước kia chỉ được cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã có thể đƣợc cung cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác Ví dụ nhƣ dịch vụ SMS đã đƣợc cung cấp cho cả điện thoại cố định, di động và Internet Sự hội tụ trên xuất phát từ yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó Để có thể cung cấp đồng thời dịch vụ như vậy phải có phương án cụ thể triển khai cho từng dịch vụ Đó là xu hướng đang phát triển mạnh.
Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP
IMS đƣợc định nghĩa nhƣ sau: “IMS là kiến trúc toàn cầu, độc lập với truy nhập; điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên giao thức IP Kiến trúc này cho phép cung cấp nhiều loại dịch vụ đa phương tiện tới người dùng thông qua các giao thức thông dụng trên Internet”
IMS đƣợc dự án hợp tác về viễn thông thế hệ thứ 3 (3GPP-3 rd Generation Partnership Project) giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5 (Release 5) vào tháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản IMS đƣợc mô tả là một cấu trúc chuẩn hóa truy nhập không giới hạn trên nền IP, có khả năng thích ứng với các mạng thoại, số liệu và di động Cùng với 3GPP, trong năm 2002 3GPP2 cũng đƣa ra chuẩn hóa IMS của riêng mình Về cơ bản 3GPP IMS và 3GPP2 là giống nhau tuy nhiên giữa chúng cũng có một vài khác biệt nhƣ là giải pháp tính cước hay hỗ trợ các phiên bản IP Đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6 Phiên bản này tập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 (tính cước, quản lý chất lượng dịch vụ) và bổ sung một số đặc tính mới (hỗ trợ truy nhập từ các mạng khác nhau) Release 6 đƣợc hoàn thành vào tháng 3/2005 Những kết quả chuẩn hóa IMS trong Release 6 của 3GPP đƣợc ETSI TISPAN sử dụng để thực hiện chuẩn hóa phiên bản NGN R1 Đây đƣợc coi nhƣ một sự khởi đầu cho hội tụ cố định - di động trong IMS
Release 7 đƣợc 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và đƣợc hoàn thiện vào khoảng tháng 3-9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng cố định Tháng
6/2007, ETSI TISPAN kết hợp với 3GPP để tiếp tục chuẩn hóa xây dựng cấu trúc mạng IMS chung nhằm hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ mới nhƣ
IPTV Cấu trúc này đƣợc chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release 8 Hiện nay phiên bản này vẫn đang đƣợc tiếp tục hoàn thiện Đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu đƣợc chuẩn hóa với một số tính năng nhƣ: Giải pháp cho dịch vụ thoại và video trong miền chuyển mạch kênh, tính năng hỗ trợ di động WiMAX - LTE, WiMAX - UMTS
Ngoài 02 tổ chức chuẩn hóa trên, Liên minh Di động mở OMA (Open Mobile Alliance) cũng đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phát triển các dịch vụ IMS Tuy nhiên, trong khi 3GPP và 3GPP2 tiếp tục phát triển và chuẩn hóa kiến trúc lõi IMS, xây dựng các dịch vụ cơ bản IMS nhƣ là thoại, video và dịch vụ hội nghị, thì OMA tập trung phát triển sáng tạo, thiết kế nhiều ứng dụng và dịch vụ khác nhau trên đỉnh của kiến trúc IMS.
Kiến trúc IM
Kiến trúc của một hệ thống IMS đƣợc chia thành bốn lớp bao gồm:
Hình 1.2 Mô hình kiến trúc IMS
Lớp ứng dụng: bao gồm các máy chủ ứng dụng và thực hiện các dịch vụ giá trị gia tăng cho người sử dụng Tiêu chuẩn IMS định nghĩa ra các thực thể khởi tạo dịch vụ chung (chẳng hạn nhƣ quản lý danh sách nhóm và sự hiện diện) đƣợc thực hiện nhƣ các dịch vụ trong một máy chủ ứng dụng SIP
Lớp điều khiển: (hay còn gọi là lớp IMS lõi): bao gồm các máy chủ điều khiển mạng để quản lý cuộc gọi hoặc thiết lập phiên, sửa đổi và giải phóng
Chức năng quan trọng nhất trong số này là CSCF (Call Session Control Function), còn đƣợc biết đến nhƣ một máy chủ SIP Lớp này cũng có một bộ đầy đủ các chức năng hỗ trợ, chẳng hạn như dữ liệu, tính cước và khai thác và quản lý Kết nối với những nhà khai thác khác hay các loại mạng khác đƣợc quản lý bởi các cổng biên giới
Lớp kết nối: bao gồm các bộ định tuyến và chuyển mạch, cả cho mạng xương sống và mạng truy cập
Lớp quản lý: bao gồm các máy chủ và các phần mềm quản lý cung cấp các công cụ giúp việc vận hành, khai thác và bảo dƣỡng hệ thống một cách thuận tiện và tự động hóa cao
Mô hình kiến trúc IMS đƣợc chuẩn hóa theo 3GPP thể hiện qua hình 1.3
Hình 1.3 Kiến trúc IMS của 3GPP
* IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác
Bên cạnh 3GPP, các tổ chức khác nhƣ IETF, ITU-T, ARIB, ETSI và các công ty điện tử - viễn thông nhƣ NEC, MOTOROLA,SIEMEN cũng nghiên cứu và đƣa ra các chuẩn của mình
Mô hình IMS trong NGN của ETSI đƣa ra nhƣ hình 1.4
Hình 1.4 Kiến trúc IMS của ETSI Với kiến trúc IMS của ETSI, so với kiến trúc của 3GPP thì một số khối chức năng được thêm vào để thực hiện chức năng tương tác với các mạng IP khác nhƣ IWF, SPDF, I-BCF, SGF Còn lại các thành phần cơ sở dữ liệu HSS, thành phần điều khiển IMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF; thành phần điều khiển tương tác như MGCF, BGCF, SGW; các thành phần tương tác như OSA-
SCS, OSA-AS, IM-SSF, CSE; các thành phần tài nguyên MRF; thành phần tương tác phương tiện MGW; và các giao diện trong mạng đều tương tự như kiến trúc của 3GPP
ITU-T cũng đƣa ra mô hình IMS của mình đƣợc trình bày trên hình 1.5
Các mạng đa ph-ơng tiện IP khác AS
Mạng truy nhập kết nối IP
Hình 1.5 Kiến trúc IMS của ITU-T Các đặc điểm giống và khác nhau trong kiến trúc IMS của ba tổ chức ITU-T, IETF và 3GPP có thể đƣợc tổng kết nhƣ bảng 1.1
Bảng 1.1 So sánh các kiến trúc IMS
Phần tử chức năng trong kiến trúc
Thành phần cơ sở dữ liệu HSS Các thành phần điều khiển IMS:
Các thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tương tác BGCF, MGCF,
Thành phần cơ sở dữ liệu HSS Các thành phần điều khiển IMS:
Các thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tương tác BGCF, MGCF,
Có các phần tử chức năng nhƣ 3GPP và ITU-T nhƣng bổ sung thêm phân hệ điều khiển chấp nhận và tài nguyên (RACS) chứa các khối chức năng IWF, I-BCF, SGF, SPDF để thực
SGW Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW
SGW Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW hiện tương tác với các mạng trước đây
Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các đầu cuối 3G
Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các đầu cuối PSTN/ ISDN
Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các trạm (host)
Cách tiếp cận IMS của mỗi tổ chức khác nhau là khác nhau, ITU-T định hướng xây dựng mạng NGN của mình từ nền tảng mạng cố định, IETF lại xây dựng NGN với nền tảng là mạng Internet còn 3GPP xây dựng NGN với nền tảng mạng di động 3G Dù lựa chọn nền tảng nào đi nữa, khi xây dựng NGN thì tất cả các mạng hiện tại nhƣ 3G, Internet, hay PSTN/ISDN đều hội tụ chung thành một mạng duy nhất để cung cấp đa loại hình dịch vụ tới người dùng đầu cuối
Tuy nhiên vấn đề lựa chọn nền tảng để xây dựng NGN sẽ quyết định tốc độ thành công khi xây dựng NGN
PSTN/ ISDN hiện nay đã phát triển toàn cầu, số lƣợng thuê bao hiện đang chiếm ƣu thế hơn hẳn so với các thuê bao di động hay internet Nhƣng với cơ sở công nghệ mạng thì vẫn dựa trên nền mạng chuyển mạch kênh và đầu cuối cố định không có khả năng đáp ứng các dịch vụ thông minh, hơn nữa mạng truy nhập vẫn chƣa số hóa hoàn toàn do vậy khả năng truyền tải tốc độ cao băng thông lớn với mạng cố định đã bộc lộ nhiều khuyết điểm
Internet hiện nay có tốc độ phát triển nhanh nhất, chỉ trong khoảng thời gian cỡ 10 năm, internet đã phát triển toàn cầu Nền tảng công nghệ cho Internet dựa trên công nghệ gói IP do vậy Internet đƣợc coi là mạng dữ liệu có khả năng truyền tài lớn nhất Tuy nhiên, mong muốn của người dùng không phải là chỉ truyền dữ liệu, họ còn cần các dịch vụ thời gian thực và hướng kết nối Khi yêu cầu này đặt ra với internet rõ ràng Internet không thể đáp ứng
Từ hiện trạng mạng nhƣ vậy, giải pháp để cải thiện mạng viễn thông là kết hợp ưu điểm tốc độ bit cố đinh, hướng kết nối và đảm bảo tính thời gian thực cao của PSTN/ ISDN với những ƣu điểm khả năng truyển tải lớn, tiết kiệm tài nguyên mạng, đầu cuối thông minh của mạng internet và loại bỏ những nhƣợc điểm của các mạng này cho đến nay vẫn là một giải pháp tốt
Mạng 3G hiện nay có tốc độ phát triển vƣợt bậc, mặc dù ra đời sau PSTN/
ISDN và Internet nhƣng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS) 3G đƣợc xây dựng trên nền mạng thông minh PLMN, 3G còn thông minh hơn nữa Với các công nghệ truy nhập tiên tiến nhƣ TDMA, CDMA và đầu cuối thông minh, 3G đã cho phép người dùng đầu cuối vừa có khả năng sử dụng dịch vụ thời gian thực lại có khả năng truyền tải và truy nhập dữ liệu
Như vậy so với PSTN/ ISDN và Internet thì 3G đã thực hiện được bước đầu trong tiến trình hội nhập dịch vụ thoại và dữ liệu Điều này đã tạo cơ hội rất thuận tiện để 3G tiến đến NGN.
Các khối chức năng cơ bản trong mạng lõi IMS
1.4.1 Các phần tử cơ sở dữ liệu 1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server)
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 đƣợc tạo ra bởi nhà khai thác mạng và đƣợc 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
HSS phải hỗ trợ những thành phần của miền PS nhƣ SGSN và GGSN Điều này giúp các thuê bao của IMS có thể sử dụng dịch vụ của miền PS và ngược lại Tương tự, do HSS đóng vai trò như HLR nên cũng hỗ trợ các thành phần của miền CS nhƣ MSC, BSC Điều này cho phép các thuê bao IMS có thể truy cập đến các dịch vụ của miền CS và hỗ trợ chuyển vùng trên toàn hệ thống GSM/UMTS Như một AuC, HSS lưu trữ khóa bí mật của mỗi thuê bao, cái này dùng để chứng thực khi đăng ký vào mạng và mã hóa dữ liệu cho mỗi thuê bao di động Tùy thuộc vào số lƣợng thuê bao mà có thể có nhiều HSS trong một mạng IMS HSS tiếp xúc với CSCF thông qua điểm tham chiếu Cx và tiếp xúc với AS thông qua điểm tham chiếu Sh
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
Hình 1.6 SLF chỉ định HSS phù hợp Để tìm đƣợc địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF phải gửi 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
Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành riêng cho IMS
1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS
Chức năng điều khiển cuộc gọi 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 ký và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS Hơn nữa, những thành phần này còn có chức năng gửi dữ liệu tính cước đến Server tính cước
P-CSCF đóng vai trò nhƣ một máy chủ SIP, là điểm đầu tiên liên lạc giữa đầu cuối IMS và mạng IMS Nó có thể đƣợc đặt ở mạng khách (trong toàn bộ mạng IMS) hoặc mạng chủ Một vài mạng có thể sử dụng thiết bị kiểm soát biên giới phiên SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải gửi đăng ký tới P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối Địa chỉ của P-CSCF đƣợc truy cập thông qua giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) hoặc sẽ đƣợc cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động tế bào
Chức năng của P-CSCF bao gồm:
+ P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ người dùng đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng nhƣ bản tin phản hồi từ máy chủ SIP về người dùng
+ P-CSCF đƣợc gán cho đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký, và không thay đổi trong suốt quá trình đăng ký
+ P-CSCF nằm trên đường đi của tất cả các bản tin báo hiệu và có thể đƣợc gán vào mỗi bản tin
+ P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị đầu cuối IMS của người dùng P-CSCF còn có vai trò ngăn cản các tấn công như spoofing, replay để đảm bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng
+ P-CSCF có thể nén và giải nén các bản tin SIP dùng sigcomp, để giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp (hay giảm độ trễ khi truyền trên các kênh có băng thông hẹp)
+ P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (Policy Decision Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện
+ P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ
I-CSCF là một máy chủ SIP khác đƣợc đặt ở biên của miền quản trị Địa chỉ IP của I-CSCF đƣợc công bố trong tên miền hệ thống, vì thế các máy chủ ứng dụng ở xa có thể tìm thấy I-CSCF và sử dụng I-CSCF nhƣ một điểm chuyển tiếp cho các gói tin SIP tới miền này
Các chức năng của I-CSCF bao gồm:
+ Định tuyến bản tin yêu cầu SIP nhận đƣợc từ một mạng khác đến S- CSCF tương ứng Để làm được điều này, I-CSCF sẽ truy vấn HSS thông qua giao diện Diameter Cx để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng (giao diện Dx đƣợc dùng để từ I-CSCF tới SLF để định vị HSS cần thiết) Nếu nhƣ chƣa có S-CSCF nào đƣợc gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S- CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP
+ Ngƣợc lại, I-CSCF sẽ định tuyến bản tin yêu cầu SIP hoặc bản tin trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác I-CSCF luôn luôn được đặt tại mạng chủ, trong một số trường hợp như THIG (Topology Hiding Inter-network Gateway), I-CSCF đƣợc đặt tại mạng khách là tốt nhất
S-CSCF là một nút trung tâm của hệ thống báo hiệu IMS S-CSCF vận hành giống nhƣ một máy chủ SIP nhƣng nó cũng bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ Thêm vào việc thực hiện chức năng là một máy chủ SIP thì nó cũng đóng vai trò nhƣ một trung tâm đăng ký SIP Điều này có nghĩa là nó duy trì mối liên hệ giữa vị trí của người dùng (nói cách khác là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) với địa chỉ SIP của người dùng đó (cũng được biết đến như là định danh chung của người dùng) Cũng giống như I-
CSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện diameter với HSS Lý do chính của việc sử dụng giao diện với HSS là: Để tải các vector nhận thực của người dùng đang cố gắng truy cập mạng từ HSS S-CSCF sử dụng vector này để nhận thực người dùng Để tải hồ sơ người dùng từ HSS Hồ sơ người dùng bao gồm các triggers có thể làm cho bản tin SIP đƣợc định tuyến qua một hoặc vài máy chủ ứng dụng Để khai báo với HSS về S-CSCF được cấp cho người dùng trong suốt quá trình đăng ký
Các điểm tham chiếu IMS
Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong và ngoài mạng IMS, trao đổi các thông tin và báo hiệu
Bảng 1.2 Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS Điểm Thực thể liên quan Mục đích Giao thức
Cr MRFC, AS MRFC nhận tƣ liệu (các kịch bản và tài nghuyên ) từ một AS HTTP
Thông tin giữa HSS và I-
Dh SIP AS, OSA, SCF,
AS sử dụng để tìm chính xác HSS cần thiết trong môi trường nhiều HSS
I-CSCF/S-CSCF sử dụng để tìm chính xác HSS cần thiết trong môi trường nhiều HSS
Gm UE, P-CSCF Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu SIP giữa UE và IMS SIP
Cho phép nhà khai thác điều khiển QoS trong mặt phẳng người dùng và chuyển đổi thông tin liên quan đến tính cước giữa
Truyền tải thông tin liên quan đến quyết định chính sách giữa P-CSCF và PDF
Truyền tải tất cả các bản tin giữa
MGCF chuyển đổi bản tin báo hiệu ISUP thành bản tin báo hiệu SIP và chuyển tiếp tới I –CSCF
Mi S-CSCF -> BGCF Truyền tải thông tin qua lại giữa
Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF và MGCF trong cùng một mạng lõi IMS
Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF và MGCF thuộc các mạng IMS khác nhau
Mm I-CSCF, S-CSCF, mạng IP ngoài
Truyền tải thông tin qua lại giữa các mạng IP và IMS SIP
Mn MGCF,IM-MGW Điều khiển tài nguyên trong mặt phẳng người dùng Megaco/H.248
Mp MRFC, MRFP Truyền tải thông tin qua lại giữa
Mr S-CSCF, MRFC Truyền tải thông tin qua lại giữa
Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu giữa các CSCF SIP
Các thực thể IMS sử dụng trong tính cước offline đến OCS Diameter
AS, MRCF, S-CSCF sử dụng cho tính cước trực tuyến tới OCS Diameter
Thông tin dịch vụ liên quan tính cước động được chuyển giữa CRF và các thực thể IMS
Sh SIP AS, OSA SCS,
Truyền tải thông tin giữa SIP
AS/OSA SCS và HSS Diameter
Si IM-SSF, HSS Truyền tải tất cả các bản tin giữa
IM-SSF và HSS MAP
Ut UE, AS (SIP AS,
Cho phép UE quản lý các thông tin liên qua đến dịch vụ của mình HTTP
Một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS
Giao thức SIP
2.1.1 Tổng quan về giao thức SIP
SIP là giao thức khởi tạo phiên, dùng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc các cuộc gọi điện thoại VoIP SIP đƣợc phát triển bởi IETF và ban hành trong tài liệu RFC 3261 vào tháng 5 năm 2003
SIP có thể sử dụng cho rất nhiều các dịch vụ khác nhau trong mạng IP nhƣ dịch vụ tin nhắn, thoại, hội nghị thoại, hội nghị truyền hình, email, dạy học từ xa, quảng bá, … SIP sử dụng khuôn dạng text, một khuôn dạng thường gặp trong mạng IP Nó kế thừa các các nguyên lý và khái niệm của các giao thức Internet như HTTP và SMTP SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trường header của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo header
2.1.2 Cấu trúc SIP 2.1.2.1 Máy chủ
Là một chương trình ứng dụng chấp nhận các bản tin yêu cầu từ máy khách để phục vụ các yêu cầu này và gửi trả các đáp ứng cho các yêu cầu đó Ta có các loại máy chủ sau:
Người dùng là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP
Máy chủ ủy quyền: là một chương trình trung gian, hoạt động như là một máy chủ và một máy khách cho mục đích tạo các yêu cầu thay mặt cho các máy khách khác Các yêu cầu đƣợc phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đến các máy chủ khác Một máy chủ ủy quyền có thể dịch và nếu cần thiết có thể tạo lại các bản tin yêu cầu SIP trước khi chuyển chúng đến máy chủ khác hoặc người dùng
Máy chủ định vị: là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của thuê bao bị gọi cho các phần mềm máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ
Máy chủ chuyển đổi địa chỉ: là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giống nhƣ máy chủ ủy quyền, máy chủ chuyển đổi địa chỉ không bao giờ hoạt động nhƣ một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ yêu cầu nào Máy chủ chuyển đổi địa chỉ cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi
Máy chủ đăng ký: là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Trong nhiều trường hợp máy chủ đăng ký đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng Thông thường máy chủ đăng ký được cài đặt cùng với máy chủ ủy quyền và máy chủ hay địa chỉ hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao
Mỗi lần đầu cuối đƣợc bật lên (ví dụ máy điện thoại hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với máy chủ Nếu đầu cuối cần thông báo cho máy chủ về địa điểm của mình thì bản tin đăng ký cũng đƣợc gửi đi Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ
Trong IMS, HSS đóng vai trò nhƣ một máy chủ đăng ký chứa cơ sở dữ liệu về thuê bao và dịch vụ thuê bao đã đăng ký S-CSCF chính là máy chủ định vị, đảm nhiệm phục vụ một nhóm thuê bao trong mạng đó hoặc chuyển vùng sang mạng IMS I-CSCF thực hiện chức năng nhƣ một máy chủ chuyển đổi địa chỉ, giao tiếp với S-CSCF của mạng khác khi UE sử dụng dịch vụ liên mạng
Máy khách trong giao thức SIP chính là các thiết bị mà người dùng sử dụng để khởi tạo yêu cầu SIP đến các máy chủ Thiết bị này có thể là các thiết bị phần cứng hỗ trợ chuẩn SIP nhƣ điện thoại IP hay là phần mềm hỗ trợ chuẩn SIP nhƣ Express Talk, Sidefisk,… hay hỗ trợ cả IMS nhƣ: Mercuro IMS Client, UCT Client, OpenIC_Lite,
SIP sử dụng các bản tin để khởi tạo, hiệu chỉnh và kết thúc phiên giữa các người dùng
Bảng 2.1 Bản tin yêu cầu SIP
INVITE Khởi tạo một phiên
ACK Khẳng định rằng client đã nhận đƣợc bản tin đáp ứng cho bản tin INVITE BYE Yêu cầu kết thúc phiên CANCEL Yêu cầu kết thúc phiên REGISTER Đầu cuối SIP đăng ký với máy chủ đăng ký OPTIONS Đầu cuối SIP đăng ký với máy chủ đăng ký INFO Sử dụng để tải các thông tin
Bảng 2.2 Bản tin đáp ứng SIP
1xx Các bản tin chung 2xx Thành công
3xx Chuyển địa chỉ 4xx Yêu cầu không đƣợc đáp ứng 5xx Sự cố Server
6xx Sự cố toàn mạng
2.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP
Trước tiên ta tìm hiểu hoạt động của máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi
+ Hoạt động của máy chủ ủy quyền Hoạt động của máy chủ ủy quyền đƣợc trình bày nhƣ trong hình 2.2 Client SIP userA@yahoo.com gửi bản tin đăng ký cho userB@hotmail.com để mời tham gia cuộc gọi
Hình 2.2 Mô tả hoạt động của máy chủ ủy quyền Các bước như sau:
Bước 1: userA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho UserB ở miền hotmail.com, bản tin này đến máy chủ ủy quyền SIP của miền hotmail.com (Bản tin INVITE có thể đi từ Máy chủ ủy quyền SIP của miền yahoo.com và đƣợc Proxy này chuyển đến Máy chủ ủy quyền của miền hotmail.com)
Bước 2: Máy chủ ủy quyền của miền hotmail.com sẽ tham khảo máy chủ định vị (Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB
Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử là UserB@hotmail.com)
Bước 4: Máy chủ ủy quyền gửi bản tin INVITE tới userB@hotmail.com
Máy chủ ủy quyền thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE
Bước 5: UAS của UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK
Bước 6: Máy chủ ủy quyền gửi đáp ứng 200 OK trở về userA@yahoo.com
Bước 7: userA@yahoo.com gửi bản tin ACK cho UserB thông qua máy chủ ủy quyền
Bước 8: Máy chủ ủy quyền huyển bản tin ACK cho userB@hostmail.com
Bước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênh RTP/RTCP đƣợc mở giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại
Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn tất, phiên làm việc bị xóa bằng cách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối
Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ:
Hình 2.3 Mô tả hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ Các bước như sau:
Bước 1: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ nhận được yêu cầu INVITE từ người gọi (Yêu cầu này có thể đi từ một máy chủ ủy quyền khác)
Bước 2: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ truy vấn server định vị địa chỉ của B
Bước 3: Máy chủ định vị trả lại địa chỉ của B cho Máy chủ chuyển đổi địa chỉ
Bước 4: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ trả lại địa chỉ của B đến người gọi A
Nó không phát yêu cầu INVITE nhƣ máy chủ ủy quyền
Bước 5: User Agent bên A gửi lại bản tin ACK đến Máy chủ chuyển đổi địa chỉ để xác nhận sự trao đổi thành công
Bước 6: Người gọi A gửi yêu cầu INVITE trực tiếp đến địa chỉ được trả lại bởi Máy chủ chuyển đổi địa chỉ (đến B) Người bị gọi B đáp ứng với chỉ thị thành công (200 OK), và người gọi đáp trả bản tin ACK xác nhận Cuộc gọi đƣợc thiết lập
Ngoài ra SIP còn có các mô hình hoạt động liên mạng với SS7 (đến PSTN) hoặc là liên mạng với chồng giao thức H.323
Tổng quát lại trong mạng SIP quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối:
Quá trình thiết lập và hủy cuộc gọi SIP cơ bản đƣợc mô tả trong hình 2.4
1 Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối
2 Xác định phương tiện của cuộc gọi, tức là mô tả phiên mà đầu cuối đƣợc mời tham gia
3 Xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không Phía bị gọi phải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hay từ chối
5 Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (ví dụ nhƣ chuyển cuộc gọi)
Hình 2.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP
Giao thức SIP đƣợc thiết kế với những chỉ tiêu sau: Tích hợp với các giao thức đã có của IETF Đơn giản và có khả năng mở rộng Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ
2.1.5.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF
Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng SIP SIP có thể hoạt động cùng với nhiều giao thức nhƣ:
- RSVP (Resource Reservation Protocol): Giao thức giành trước tài nguyên mạng
- RTP (Real-time transport Protocol): Giao thức truyền tải thời gian thực
- RTSP (Real Time Streaming Protocol): Giao thức tạo luồng thời gian thực
- SAP (Session Advertisement Protocol): Giao thức thông báo trong phiên kết nối
- SDP (Session Description Protocol): Giao thức mô tả phiên kết nối đa phương tiện
- MIME (Multipurpose Internet Mail Extension - Mở rộng thƣ tín Internet đa mục đích): Giao thức thƣ điện tử
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Giao thức truyền siêu văn bản
- COPS (Common Open Policy Service): Dịch vụ chính sách mở chung
- OSP (Open Settlement Protocol): Giao thức thỏa thuận mở
2.1.5.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng
Giao thức Diameter
2.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter
Ban đầu, người dùng muốn truy cập vào internet đến một Server cụ thể nào đó, người đó phải cung cấp thông tin về người sử dụng và mật khẩu Trong hầu hết các trường hợp, thông tin về người sử dụng và mật khẩu không được lưu ở máy chủ đáp ứng truy cập mà được lưu ở một nơi khác Do đó nảy sinh vấn đề cần một giao thức truyền thông đáng tin cậy để trao đổi thông tin giữa máy chủ truy cập và máy lưu thông tin về người sử dụng và mật khẩu Vì thế, vào 1995 RADIUS ra đời, đƣợc dùng để chứng thực, quản lý quyền truy cập dịch vụ, thông tin tài khoản người dùng
Khi công nghệ di động ngày càng phát triển thì RADIUS không đáp ứng đƣợc yêu cầu về QoS và không hỗ trợ chuyển vùng Điều này là một trở ngại lớn trong sự phát triển dịch vụ Một yêu cầu đặt ra là tìm ra một công nghệ mới không chỉ đáp ứng đƣợc tính năng của RADIUS mà còn khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của giao thức này Đến 1996, IETF chuẩn hóa Diameter trong RFC
3588 Giao thức này thỏa mãn các yêu cầu đặt ra ở trên
Giao thức Diameter chia ra 2 phần: Diameter Base Protocol và Diameter Application Diameter Base Protocol cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ liệu, khả năng thương lượng, kiểm soát lỗi và khả năng mở rộng Diameter Application định nghĩa những ứng dụng dữ liệu riêng Tại thời điểm này, ngoài ứng dụng chuẩn trong RFC3588, một số ứng dụng đã đƣợc định nghĩa nhƣ:
Mobile IP, NASREQ, EAP, Diameter điều khiển tính phí và ứng dụng Diameter trong giao thức SIP,… Diameter là giao thức truyền thông hoạt động trên giao diện Sh giữa HSS, AS, S-CSCF
2.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter
Trong Diameter có 3 thành phần chính là Server, Client và Agent Client là một thiết bị ở biên, thực hiện các truy vấn và sử dụng dịch vụ Một Diameter Agent thực hiện chức năng nhƣ một Proxy, Relay, Redirect Agent và dịch các bản tin Diameter Server quản lý các yêu cầu về AAA cho một hệ thống
Diameter Relay Agent là một thực thể chấp nhận các yêu cầu và định tuyến các bản tin đến một thực thể khác dựa trên thông tin tìm đƣợc trong bản tin nhƣ tên miền đích đến của bản tin Thông tin định tuyến này đƣợc thực hiện dựa vào bảng định tuyến được lưu trữ tại các nút mạng Bảng định tuyến này chứa các trường sau: tên miền, mã ứng dụng, hoạt động cục bộ, nhận dạng Server, cấu hình tĩnh hoặc động, thời gian hết hạn
Mã ứng dụng được dùng như trường quan trọng thứ 2 để tìm kiếm một entry Trường hoạt động cục bộ chứa một trong bốn giá trị: Local, Relay, Proxy, Redirect Dựa vào trường này mà Diamter Relay sẽ biết xử lý gói tin hay chuyển tiếp gói tin Trường nhận dạng Server để xác định nút mạng kế tiếp cần đi đến
Cấu hình tĩnh hay động cho biết entry này đƣợc cấu hình tĩnh hoặc tự động tìm ra nút kết tiếp Nếu là cấu hình động thì có thời gian hết hạn mà entry đó phải đƣợc cập nhật lại
Tổng hợp những yêu cầu đến các miền khác nhau và phân bố gói tin đến đích thích hợp giúp giảm nhẹ cấu hình máy chủ truy cập cũng nhƣ thuận tiện cho việc thay thế, thêm hoặc bỏ máy chủ truy cập
Diameter Relay Agent thay đổi bản tin bằng cách chèn vào hoặc bỏ các thông tin định tuyến mà không thay đổi bất kì phần nào khác của bản tin Relay Agent sẽ không duy trì trạng thái phiên mà chỉ duy trì trạng thái giao dịch để thực hiện chức năng Accouting
Giống nhƣ Relay, Proxy Agent định tuyến các bản tin Diameter sử dụng bảng định tuyến Tuy nhiên, giữa hai thành phần có sự khác nhau về cách thay đổi bản tin để thực hiện chính sách
Hình 2.6 Diameter Proxy Agent định tuyến các bản tin dựa vào bảng định tuyến
Diameter Reditect Agent thực hiện việc định tuyến các bản tin sang tên miền khác Nó cũng sử dụng bảng định tuyến để xác định chặng tiếp theo của đường đi đến đích đã được yêu cầu Thay vì tự định tuyến những yêu cầu, Redirect Agent sẽ đáp ứng lại địa chỉ của chặng kết tiếp để Proxy Agent định tuyến
Hình 2.8 Diameter Translation Agent Diameter Translation Agent là thành phần thực hiện việc chuyển đổi dịch vụ giữa Diameter và một giao thức thực hiện chức năng AAA khác Translation Agent sử dụng để tương thích với các dịch vụ trên cơ sở hạ tầng mạng sẵn có phổ biến nhƣ RADIUS, TACACS,…
Bản tin Diameter chứa một header và một số cặp giá trị thuộc tính AVP
Header gồm nhiều trường với dữ liệu dạng nhị phân giống header của giao thức
Hình 2.9 Cấu trúc bản tin trong giao thức Diameter
Hình 2.10 Cấu trúc header của Diameter
Version: đƣợc thiết lập bằng 1 ứng với phiên bản hiện nay của giao thức
Command Flags: trường này dài 8 bit Có dạng RPETrrrr, có ý nghĩa như sau:
+ R (request): nếu bằng 1, đây là bản tin yêu cầu Nếu bằng 0 là bản tin đáp ứng
+ P (proxiable): nếu bằng 1, bản tin có thể chuyển tiếp bởi Proxy, Relay hoặc Redirect Nếu bằng 0 thì bản tin sẽ đƣợc xử lý tại nút
+ E (error): Nếu bằng 1, bản tin đáp ứng chứa lỗi giao thức, và bản tin sẽ không phù hợp với mô tả ABNF Nếu bằng 0 trong bản tin yêu cầu và không lỗi
+ T (potentially re-transmitted masage): Bit này bằng 1 khi liên kết bị đứt, bản tin yêu cầu bị trùng hoặc không có trả lời từ Server
Command Code: trường này dài 24 bit, được quản lý bởi IANA, giá trị từ 0- 24 dùng riêng cho RADIUS, 16777214 và 16777215 dùng thí nghiệm, các số còn lại dùng trong giao thức DIAMETER
Giao thức COPS
2.3.1 Tổng quan về giao thức COPS
COPS là giao thức đƣợc IETF chuẩn hóa nhằm thực hiện việc quản lý, cấu hình và áp đặt chính sách Giao thức này hoạt động theo mô hình Client- Server Nó định nghĩa một giao thức yêu cầu và đáp ứng một cách đơn giản trong việc trao đổi thông tin chính sách và quyết định chính sách giữa server và Client Trong đó điểm thực hiện chính sách PEP đƣợc xem là Client và server là điểm quyết định chính sách PDP Và một thành phần đặc biệt là điểm quyết định chính sách cục bộ LPDP, nó thay thế cho PDP trong việc liên lạc với PEP khi PDP không đƣợc tìm thấy COPS điều khiển chính sách theo 2 mô hình chính:
PEP chỉ định một PDP bên ngoài chịu trách nhiệm xử lý những sự kiện gửi ra từ PEP Mô hình này cho thấy sự tương quan one-to-one giữa những sự kiện ở PEP và những quyết định từ một PDP
Không giống như mô hình trước, là không có sự ánh xạ trực tiếp những sự kiện tại PEP và những quyết định từ PDP PDP có thể cấu hình những sự kiện bên ngoài đƣợc khởi tạo bởi một PEP bất kỳ và sự kiện gửi từ PEP có thể đƣợc xử lý bởi PDP cùng khối với nó hoặc PDP thuộc khối khác Xét về mặt thời gian thì mô hình này linh động hơn mô hình outsourcing
COPS sử dụng phương thức truyền TCP để truyền những bản tin đáng tin cậy giữa PEP và PDP Không giống nhƣ giao thức client - server khác, cặp bản tin yêu cầu - đáp ứng này phải phù hợp với cặp bản tin yêu cầu - đáp ứng khác Ở đây, server có thể áp đặt chính sách cho client và xóa những chính sách trên client nếu chính sách đó không còn phù hợp nữa PEP khởi tạo kết nối TCP đến PDP, PEP gửi yêu cầu và nhận những quyết định chính sách từ PDP và sự liên lạc giữa PEP và PDP là sự trao đổi yêu cầu, đáp ứng Tuy nhiên PDP hoặc PEP có thể gửi đi những bản tin độc lập, ví dụ nhƣ PDP gửi những quyết định tới
PEP bắt buộc PEP thay đổi những chính sách được PDP chấp nhận trước đó (không phải bản tin đáp ứng cho những yêu cầu của PEP) và PEP có thể gửi những bản tin báo cáo về trạng thái cho PDP Sự mở rộng có thể đƣợc mô tả trong phần định dạng bản tin và những phần tử mang dữ liệu về chính sách không cần yêu cầu bất kỳ thay đổi nào trong giao thức
COPS đƣợc sử dụng trong liên lạc giữa khối PDF và GGSN, tạo sự kết nối giữa mạng IMS và mạng GPRS nhằm cung cấp mức độ bảo mật các bản tin cho việc xác thực, bảo vệ toàn vẹn bản tin COPS cũng có thể tái sử dụng giao thức về bảo mật nhƣ IPSEC hoặc TLS để xác thực và bảo vệ kênh truyền giữa PEP và PDP
2.3.2 Chức năng chính của COPS
Giao thức này giao việc cho Client hỗ trợ cho mô hình Client/Server
Trong đó Client sẽ gửi những bản tin: yêu cầu, cập nhật, và xóa tới PDP và PDP gửi trả những quyết định cho PEP
COPS sử dụng phương thức TCP để trao đổi bản tin giữa Server và Client nên ta không cần bổ sung thêm chức năng hỗ trợ việc liên lạc có đảm bảo giữa Server và Clients
COPS thực hiện việc quản lý, cấu hình và thực thi các chính sách
COPS cung cấp mức độ bảo mật các bản tin cho việc xác thực, phát lại bảo vệ và toàn vẹn bản tin COPS cũng có thể tái sử dụng giao thức về bảo mật nhƣ IPSEC hoặc TLS để xác thực và bảo vệ kênh truyền giữa PEP và PDP
COPS cho phép Server áp dụng chính sách cho Client hoặc xóa chính sách đang thực thi trên Client nếu nó không còn đƣợc sử dụng nữa
Version (4bits): chỉ phiên bản của giao thức COPS đang đƣợc dùng, hiện nay đang sử dụng COPS version 1
Flags (4bits): mặc định là 0, cờ flag đặt lên 1 khi bản tin gửi đi là bản tin
DEC, khi đó PDP gửi bản tin DEC đáp ứng lại yêu cầu của bản tin REQ do PEP gửi ra
Op Code (8 bits): cho biết hoạt động của COPS
Bảng 2.4 Các loại Op code trong COPS header
Giá trị Loại Nơi chốn Tên Mô tả
Yêu cầu quyết định từ PDP và thiết lập một client handle nhằm xác định tình trạng phù hợp cho PEP
2 DEC PDP→PEP Decision Trả lại một hoặc nhiều quyết định
(đáp ứng) cho một yêu cầu
3 RPT PEP→PDP Report state
Báo cáo lại cho PDP biết là PEP đã nhận đƣợc đáp ứng của PEP hay chƣa và thông báo sự thay đổi trạng thái của PEP
4 DRQ PEP→PDP Delete request state Thông báo cho PDP biết là
5 SSQ PDP→PEP Synchronize state request
PDP gửi cho PEP để đồng bộ dữ liệu
6 OPN PEP→PDP Client-Open
Cho biết phần tử Client-type không đƣợc hỗ trợ
PDP→PEP Keep-Alive Kiểm tra sự tồn tại của PDP/PEP
10 SSC PEP→PDP Synchronize complete
Thông báo sự đồng bộ thành công
Client-type (16 bits): cho biết chính sách áp dụng cho Client và xác định những thực thể liên quan 16 bits có giá trị trong khoảng 0x8000 - 0xFFFF Đối với bản tin KA thì Client-type phải đặt là 0
Message Length (32 bits): bao gồm header chuẩn và phần tử rút gọn và độ dài chỉ trong 4bytes
Hình 2.16 Object format của bản tin COPS Length: chiều dài của Object format
C-num (8 bits): cho biết lớp thông tin chứa đựng trong object Bảng 2.5 Trường C-Num trong Object format của bản tin COPS
C-num Tên Nơi chốn Mô tả
1 Handle Most Giá trị duy nhất để xác định trạng thái đƣợc cài đặt
2 Context REQ, DEC Cho biết phần tử nào tạo ra những truy vấn
3 In interface REQ Địa chỉ và giao tiếp bên trong của
4 Out interface REQ Địa chỉ và giao tiếp bên ngoài của
5 Reason code DRQ Cho biết lý do các yêu cầu bị xóa
6 Decision DEC Quyết định do PDP tạo ra
7 LPDP decision DEC Quyết định do LPDP tạo ra
8 Error CC Xác định giao thức bị lỗi
REQ, DEC, RPT, OPN Thông tin về Client
10 Keep-Alive timer CAT Giá trị bộ đếm thời gian
11 PEP identification OPN Xác định PEP cho PDP
Loại báo cáo về trạng thái yêu cầu, nó phải tương ứng với handle cụ thể
13 PDP redirect CC PDP có thể chuyển tiếp trực tiếp address PEP đến PDP khác
14 Last PDP address OPN Địa chỉ của PDP mà PEP kết nối lần cuối
15 Accounting timer CAT Xác định thời gian cho việc tính phí
Chuỗi số và sự kiểm bản tin chứng thực nhằm đảm bảo sự bảo mật cho những yêu cầu
Giao thức Megaco/H.248
Megaco đƣợc phát triển bởi IETF (đƣa ra vào cuối năm 1998), còn H 248 đƣợc đƣa ra vào tháng 5/1999 bởi ITU-T Sau đó cả IETF và ITU-T cùng hợp tác thống nhất giao thức điều khiển MG, kết quả là vào tháng 6/2000 chuẩn Megaco/H.248 ra đời
Megaco/H.248 cung cấp một giải pháp toàn diện cho việc điều khiển các
MG Giao thức này hỗ trợ đa phương tiện và các dịch vụ hội thoại nâng cao đa điểm các cú pháp lập trình đƣợc nâng cao nhằm tăng hiệu quả cho các tiến trình đàm thoại, hỗ trợ cả việc mã hoá text và binary và thêm vào việc mở rộng các định nghĩa cho các gói tin
Megaco/H.248 là giao thức báo hiệu giữa Softswitch hoặc MGC với MG (Trunking Media Gateway, Lines Media Gateway hoặc IP Phone Media Gateway) Megaco/H.248 điều khiển MG để kết nối các luồng từ ngoài
Megaco/H.248 tương tự với MGCP về mặt cấu trúc và mối liên hệ giữa bộ điều khiển và cổng gateway, tuy nhiên Megaco/H248 hỗ trợ đa dạng hơn các loại mạng (ví dụ ATM)
Hình 2.17 Megaco/H.248 kết nối điều khiển Gateway Trong phân hệ IMS, giao thức này hoạt động trên điểm tham chiếu Mn,
Mp giao tiếp MRFC với MRFP và MGCF với IMS-MGW
2.4.2 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248
Hình 2.18 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248
MGC: cung cấp báo hiệu SIP hoặc H.323 và thực hiện ánh xạ giữa các giao thức báo hiệu mạng chuyển mạch kênh truyền thống và giao thức báo hiệu
MG: cung cấp sự ánh xạ media và chức năng chuyển mã Nó kết thúc tín hiệu chuyển mạch kênh và tín hiệu media gói và thực hiện chuyển địa chỉ
SG: cung cấp môi trường báo hiệu giữa miền IP và miền chuyển mạch kênh truyền thống
Termination là một thực thể luận lý trên MG nhƣ là các nguồn hoặc các luồng điều khiển, … Termination có duy nhất một số nhận dạng (Termination ID) đƣợc phân phối bởi MG ở thời điểm chúng đƣợc tạo ra
Termication còn biểu hiện cho các thực thể vật lý có thời gian tồn tại bán thường trú như một kênh TDM
Termination cũng biểu diễn cho các luồng thông tin ngắn hạn nhƣ là các luồng RTP, thường tồn tại trong thời gian chúng được sử dụng
Các tín hiệu có thể áp dụng lên các Termination, các tín hiệu này nhƣ là các thông báo Các Termination cũng có thể đƣợc lập trình để phát hiện các sự kiện
Context là một sự kết hợp giữa một số Termination Có một Context đặc biệt đƣợc gọi là Context rỗng Nó chứa các Termination không kết hợp với các
Termination khác Các Termination rỗng có thể có các tham số đƣợc khảo sát hoặc sửa đổi và có thể có các sự kiện xảy ra trên chúng
Số lƣợng Termination lớn nhất trong một Context phụ thuộc vào MG
Chẳng hạn, MG chỉ đƣa ra kết nối điểm điểm thì có thể chỉ cho phép hai Termination trên một Context Các MG hỗ trợ các cuộc hội nghị đa điểm có thể cho phép 3 hoặc nhiều Termination trên một Context
Mô hình (topology): Mô hình của context mô tả luồng media giữa các
Termination trong một context Ngƣợc lại, chế độ của Termination (nhận/ gửi) mô tả luồng media ở ngõ vào/ra của MG
Sự ƣu tiên đƣợc sử dụng cho một context để cung cấp cho MG thông tin về việc điều khiển ưu tiên MGC cũng có thể điều khiển sự ưu tiên lưu lượng trong MG khi nhiều context phải đƣợc điều khiển đồng thời
Bộ chỉ thị (indicator) cho cuộc gọi khẩn cấp cũng đƣợc cung cấp để cho phép việc điều khiển ƣu tiên trong MG
* Tạo, xóa và sửa đổi context
Megaco có thể đƣợc dùng để tạo context và sửa đổi các giá trị tham số của context đang tồn tại Megaco có các lệnh để thêm Termination vào context, bỏ Termination ra khỏi context và di chuyển termination giữa các context context bị xóa hoàn toàn khi Termination còn lại sau cùng bị xóa bỏ hoặc di chuyển khỏi Context
2.4.4 Một số lệnh của Megaco/H.248
Add: lệnh add dùng để thêm một termination vào một context Lệnh Add trên Termination đầu tiên trong context đƣợc dùng để tạo context
Modify: dùng để sửa đổi các thuộc tính, các sự kiện và các tín hiệu của termination
Subtract: dùng để ngắt một Termination từ một Context Lệnh này trên Termination sau cùng trong một Context dùng để xóa Context đó
Move: dùng để chuyển Termination trong Context này đến Context khác
Auditvalue: trả lại trạng thái hiện tại của các đặc tính, các sự kiện, các tín hiệu thống kê của Terminination
Auditcapabilities: trả lại tất cả các giá trị đối với tính chất của
Termination, các sự kiện và các tính hiệu đƣợc cho phép bởi MG
Notify: cho phép MG thông báo cho MGC biết các sự kiện xảy ra trong
Service Change: cho phép MG thông báo cho MGC rằng một Termination hoặc một nhóm Termination chuẩn bị rời khỏi hoặc trả lại dịch vụ
Lệnh này cũng đƣợc dùng bởi MG để thông báo cho MGC sự sẵn sàng của nó
MGC cũng có thể thông báo chuyển giao tới MG bằng các lệnh gửi Service Change
Quá trình hoạt động của luồng giao thức Megaco/H.248 nhƣ hình 2.19
Hình 2.19 Luồng giao thức của Megaco/H248
Bước 1: MGC gửi bản tin Modify đến MG A và MG B để yêu cầu
Termination phát hiện nhấc máy
Bước 2: Lệnh Modify đƣợc công nhận Bước 3: GW A phát hiện sự nhấc máy và gửi cho MGC
Bước 4: Xác nhận việc nhấc máy Bước 5: MGC ghi nhận sự kiện và gửi bản tin đến MG để xác nhận sự kiện này
Bước 6, 7: GW A tích lũy các chữ số được quay từ người dùng và gửi các số này đến MGC trong lệnh Notify
Bước 8: MGC công nhận việc nhận các chữ số
Bước 9: MGC quyết định chuỗi số đúng và tạo cuộc gọi Nó gửi lệnh Add đến MGA để tạo Context
Bước 10: GW A trả lời MGC và đặt tên Context, định bộ nhận dạng
Bước 11: dựa vào thông tin nhận đƣợc từ GWA, MGC gửi lệnh Add chứa thông tin về số bên gọi, bộ mã hóa, … đến GWB
Bước 12: GWB trả lời lại lệnh Add với một Context mới gửi đến MGC
Bước 14: MGC dùng lệnh Modify để yêu cầu chuông Bản tin cũng yêu cầu GWA tìm kiếm sự nhấc máy
Bước 15: User B nhấc máy, cuộc gọi đã đƣợc thiết lập, RTP Streaming đƣợc truyền 2 chiều từ A sang B
Bước 16: Khi một trong hai bên gác máy ( ở đây ví dụ là bên A), bản tin
Modify yêu cầu kết thúc cuộc gọi đƣợc gửi đến MGC
Bước 17: MGC nhận đƣợc yêu cầu và gửi bản tin Rely đáp ứng
Bước 18, 19: Lệnh Subtract đƣợc gửi từ MGC đến hai GW yêu cầu hủy kết nối (hủy Termination từ một Context) Sau khi nhận đƣợc bản tin Rely từ hai Gateway thì kết thúc hoàn toàn một phiên gọi.
Các luồng xử lý trong IMS
Thủ tục đăng ký mới đƣợc mô tả hình 2.20
1 Sau khi UE nhận đƣợc kênh báo hiệu từ mạng truy nhập, nó có thể thực hiện đăng ký IMS Để làm điều đó UE gửi luồng thông tin đăng ký tới Proxy (nhận dạng chung, nhận dạng riêng, tên miền mạng nhà, địa chỉ IP của UE)
Hình 2.20 Thủ tục đăng ký mới
2 Khi nhận thông tin đăng ký, P-CSCF thực hiện kiểm tra “tên miền mạng nhà” để tìm thực thể mạng nhà (e.g I-CSCF) Proxy sẽ gửi luồng thông tin đăng ký tới I-CSCF (tên/địa chỉ P-CSCF, nhận dạng chung, nhận dạng riêng, nhận dạng mạng P-CSCF, địa chỉ IP của UE) Một kĩ thuật phân tích tên - địa chỉ đƣợc sử dụng để quyết định mạng nhà từ tên miền mạng nhà Nhận dạng P- CSCF là một chuỗi các nhận dạng tại mạng nhà, mạng đó là mạng mà ở đó P- CSCF đƣợc lắp đặt (ví dụ nhận dạng mạng P-CSCF có thể là tên miền của mạng P-CSCF)
3 I-CSCF sẽ gửi thông tin lên giao diện Cx để truy vấn HSS (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng, nhận dạng mạng P-CSCF)
HSS sẽ thực hiện kiểm tra người dùng đã được đăng ký hay chưa HSS sẽ chỉ thị người dùng đó có được phép đăng ký vào P-CSCF hay không tùy theo thuộc tính thuê bao của người dùng và những giới hạn của nhà khai thác mạng
4 Đáp ứng truy vấn Cx sẽ đƣợc gửi từ HSS tới I-CSCF có chứa tên của S-CSCF mà HSS biết Nếu nhƣ sự kiểm tra ở HSS không thành công, đáp ứng truy vấn Cx sẽ loại bỏ đăng ký
5 Nếu nhƣ I-CSCF không đƣợc cung cấp tên của S-CSCF thì I-CSCF sẽ gửi một bản tin Cx-Select-pull (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng) tới HSS để yêu cầu các thông tin liên quan đến S-CSCF đƣợc yêu cầu để nó có thể lựa chọn S-CSCF
6 HSS sẽ gửi Cx-select-pull-resp tới I-CSCF
7 I-CSCF sử dụng tên của S-CSCF để có thể quyết định địa chỉ của S- CSCF nhờ kĩ thuật phân tích tên - địa chỉ I-CSCF cũng sẽ quyết định tên của một điểm giao tiếp mạng nhà phù hợp nhờ thông tin nhận đƣợc từ HSS Điểm giao tiếp mạng nhà có thể là chính S-CSCF hoặc một I-CSCF phù hợp trong trường hợp ẩn cấu hình mạng Nếu một I-CSCF được lựa chọn như một điểm giao tiếp mạng nhà để thực hiện ẩn cấu hình mạng, nó sẽ khác với I-CSCF đóng vai trò tiếp nhận thông tin đăng ký, và nó sẽ cho phép nhận tên các S-CSCF từ thông tin giao tiếp nhà I-CSCF sẽ gửi luồng thông tin đăng ký (tên/địa chỉ của P-CSCF, nhận dạng chung, nhận dạng riêng, nhận dạng mạng P-CSCF, địa chỉ
IP của UE, I-CSCF(THIG) trong trường hợp mạng muốn ẩn cấu hình) tới S- CSCF đã đƣợc chọn đó Điểm giao tiếp mạng nhà sẽ đƣợc P-CSCF sử dụng để gửi báo hiệu thiết lập phiên tới mạng nhà
8 S-CSCF sẽ gửi Cx-put (nhận dạng chung, nhận dạng riêng, tên S- CSCF) tới HSS HSS sẽ lưu trữ tên S-CSCF cho thuê bao đó
9 HSS sẽ gửi Cx-put-resp tới S-CSCF để báo nhận bản tin Cx-put đã gửi
10 Khi nhận thông tin từ Cx-put- resp, S-CSCF sẽ gửi luồng thông tin Cx-pull (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng) tới HSS để cho phép tải về các thông tin có liên quan tới các thuộc tính thuê bao cho nó S- CSCF sẽ lưu trữ các tên/địa chỉ của P-CSCF khi được cung cấp từ mạng khách
Sự mô tả tên và địa chỉ này để mạng nhà có thể chuyển tiếp báo hiệu phiên kết thúc tiếp đó tới UE
11 HSS gửi trả lời bằng bản tin Cx-pull-resp tới S-CSCF Thông tin người dùng được chuyển từ HSS tới S-CSCF gồm một hay nhiều thông tin tên/địa chỉ cần cho quá trình truy nhập các mặt bằng điều khiển dịch vụ khi người sử dụng đã được đăng ký tại S-CSCF S-CSCF sẽ lưu trữ thông tin cho người dùng đã được chỉ định Hơn nữa thông tin tên/ địa chỉ, thông tin bảo mật cũng có thể đƣợc gửi cho S-CSCF sử dụng
12 Dựa trên bộ lọc tiêu chuẩn, S-CSCF sẽ gửi thông tin đăng ký tới mặt bằng điều khiển dịch vụ và thực hiện bất cứ thủ tục điều khiển dịch vụ thích hợp nào
13 S-CSCF sẽ đáp lại luồng thông tin 200 OK (thông tin giao tiếp mạng nhà) tới I-CSCF Nếu một I-CSCF đƣợc lựa chọn nhƣ một điểm giao tiếp mạng nhà để thực hiện ẩn cấu hình mạng, I-CSCF sẽ thực hiện mã hóa địa chỉ S-CSCF vào trong thông tin giao tiếp mạng nhà
14 I-CSCF sẽ gửi thông báo 200 OK tới P-CSCF I-CSCF sẽ giải phóng tất cả thông tin đăng ký sau khi gửi luồng thông tin 200 OK
15 P-CSCF sẽ lưu trữ thông tin giao tiếp mạng nhà và sẽ gửi luồng thông tin 200 OK tới UE
2.5.1.2 Đăng ký lại Đăng ký lại là một hoạt động định kì của UE nhằm cập nhật lại một sự đăng ký đã tồn tại hoặc cập nhật những thay đổi về trạng thái đăng ký của UE
Các bước trong quá trình đăng ký lại được thực hiện tương lúc đăng ký, nhưng vì có một S-CSCF đã đƣợc ấn định cho UE trong lúc đăng ký nên I-CSCF sẽ không gửi bản tin Cx-SELECT PULL yêu cầu S-CSCF
Hình 2.21 Thủ tục đăng ký lại
2.5.2 Xóa đăng ký 2.5.2.1 Xóa đăng ký khởi tạo bởi UE
Khi UE muốn xóa đăng ký trong IMS, UE sẽ thực hiện xóa đăng ký mức ứng dụng Xóa đăng ký đƣợc thực hiện do đăng ký đã hết giờ
Hình 2.22 Xóa đăng ký với người dùng đã được đăng ký
1 UE quyết định khởi tạo xóa đăng ký Để xóa đăng ký UE thực hiện một yêu cầu REGISTER mới với giá trị thời hạn là không giây UE gửi luồng thông tin REGISTER tới Proxy (nhận dạng người dùng chung, nhận dạng người dùng riêng, tên miền mạng nhà, địa chỉ IP của UE)
Giải pháp triển khai IMS tại VNPT
Giới thiệu viễn thông Việt Nam
Theo số liệu thống kê tháng 6 năm 2011 của Tổng cục thống kê bộ thông tin và truyền thông, số lƣợng thuê bao điện thoại cố định đƣợc thống kê theo bảng biểu hình 3.1
Hình 3.1 Biểu đồ số thuê bao điện thoại cố định
Số thuê bao điện thoại di động đƣợc thống kê theo bảng biểu hình 3.2
Hình 3.2 Biểu đồ số thuê bao điện thoại di động Thống kê loại hình sử dụng Internet trong 2 năm 2009 và 2010
1 Số người sử dụng Internet 22.779.887 26.784.035
2 Số người sử dụng Internet/100 dân 26,55 30,65
3 Số người sử dụng Internet băng rộng
4 Số thuê bao Internet băng rộng/100 dân 3,71 4,20
5 Số thuê bao xDSL đối tƣợng cá nhân 2.686.827 2932.815
6 Số hộ gia đình kết nối Internet/100 dân 11,76 12,84
7 Băng thông kênh kết nối quốc tế
(bit/s)/01 người sử dụng Internet 4.125 4.849
8 Số tên miền “.vn” đã đăng ký 133.568 180.870
9 Số địa chỉ Internet (IPv4) đã cấp 6.898.176 12.605.440
10 Số địa chỉ Internet (IPv6) đã cấp quy đổi theo đơn vị/64 42.065.885.184 46.360.918.016
Doanh thu của ngành viễn thông đƣợc thể hiện theo hình 3.3
Hình 3.3 Biểu đồ doanh thu trong ngành viễn thông Thị phần (thuê bao) các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ viễn thông
Hình 3.4 Thuê bao dịch vụ điện thoại cố định của các doanh nghiệp
Hình 3.5 Thuê bao dịch vụ điện thoại di động của các doanh nghiệp
Hình 3.6 Thuê bao dịch vụ truy nhập Internet của các doanh nghiệp
Kiến trúc mạng viễn thông Việt Nam
Mạng viễn thông Việt Nam đƣợc tạo nên bởi các mạng khác nhau:
- PSTN: cung cấp dịch vụ thoại cố định, dịch vụ truyền số liệu tốc độ thấp
(Internet dial-up), dịch vụ giá trị gia tăng đơn giản Mạng PSTN đƣợc xây dựng từ lâu nên đƣợc đầu tƣ rất nhiều, số lƣợng thuê bao lớn nhƣng công nghệ, kiến trúc đã trở nên lạc hậu và kém linh hoạt khiến cho việc cung cấp dịch vụ mới trở nên khó khăn
- Mạng số liệu/IP: cung cấp dịch vụ Internet, VPN, leased line,… Số lƣợng thuê bao đang tăng lên nhanh chóng, nhu cầu về dịch vụ mới theo đó cũng phát triển mạnh Một số dịch vụ mới đƣợc cung cấp: VoIP, IPTV/VoD,…
- Mạng điện thoại di động: cung cấp dịch vụ thoại, Internet di động và dịch vụ giá trị gia tăng (mobile TV,…) Công nghệ sử dụng là GSM và CDMA
Cuối năm 2009, các công ty thông tin di động Vinaphone, Mobifone, Viettel đã cung cấp dịch vụ 3G trên nền công nghệ W-CDMA
Nhìn chung Việt Nam là một trong những nước có tốc độ phát triển cao nhất về viễn thông trên thế giới do các chính sách cởi mở trong mảng này, việc này kéo theo sự phát triển của cơ sở hạ tầng mạng Các nhà khai thác mạng ở Việt Nam liên tiếp ra đời và tham gia vào thị trường với các trang bị gần như hiện đại nhất trên thế giới tạo ra một sự sôi động của sự cạnh tranh và điều này mang lại nhiều lợi ích cho người dùng
Xu hướng hội tụ cũng đã hình thành và bắt đầu được thực hiện trên thực tế Sự chuyển hóa mô hình kinh doanh trên mạng NGN đã và đang diễn ra Hiện nay đã xuất hiện các Nhà khai thác di động ảo (MVNO), các CP ngoài tham gia vào kinh doanh dịch vụ Viễn thông trong khi không có cơ sở hạ tầng truy nhập, đây là biểu hiện của mô hình phân lớp theo chiều ngang
Nhiều nhà khai thác lớn ở Việt Nam đã có một lƣợng lớn khách hàng truyền thống và sở hữu các mạng truy nhập khác nhau, để cạnh tranh họ mong muốn cung cấp nhiều dịch vụ mới cho khách hàng và họ đã và đang chủ động chia sẻ việc phát triển dịch vụ gia tăng với CP, bán lại tài nguyên cho các xVNO hay chuyển việc chăm sóc khách hàng cho các công ty bên ngoài đồng thời đã và đang cố gắng mở rộng vùng phủ của dịch vụ, kéo đƣợc nhiều khách hàng hơn và đảm bảo chất lƣợng phần hạ tầng dịch vụ
Môi trường truyền thông đa dịch vụ là mong muốn của các nhà cung cấp dịch vụ nhằm cung cấp cho khách hàng các dịch vụ phong phú và tiên tiến nhất
Các tổ chức chuẩn hóa và các nhà nghiên cứu đang tập trung nghiên cứu về các vấn đề này Hiện nay, sự hội tụ giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói cũng nhƣ sự hội tụ cố định với di động là tiền đề thúc đẩy cho sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ/giải pháp có tính tích hợp cao và điển hình ở đây là giải pháp điều khiển IMS và nền tảng phân phát nội dung SDP có khả năng hỗ trợ điều khiển chung cho mọi loại hình dịch vụ cũng nhƣ liên kết nhà cung cấp nội dung tạo nên sự đa dạng phong phú trong các dịch vụ gia tăng trên nền mạng viễn thông mới
Tình hình triển khai NGN ở Việt Nam
Đến năm 2010, VNPT đã thực hiện đƣợc 2 pha triển khai NGN, cung cấp thành công nhiều dịch vụ mới và đang tiến hành pha mở rộng mạng trên toàn quốc
Những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác nhƣ Viettel, SPT, VPT, FPT Telecom,… đang nghiên cứu xây dựng mạng NGN của họ
VNPT xây dựng mạng NGN theo 2 bước:
- Bước 1: xây dựng mạng lõi NGN truyền tải dịch vụ dữ liệu, Internet, VoIP
- Bước 2: chuyển lưu lượng thoại từ PSTN sang NGN
Lộ trình triển khai NGN của VNPT:
+ Năm 2003: VNPT xây dựng mạng trục (backbone) NGN với 2 softswitch và 3 Core router M160 ở Hà Nội, Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh
+ Tháng 10/2003: VNPT xây dựng tuyến truyền dẫn quốc gia dung lƣợng
20 Gbps dùng công nghệ DWDM
+ Năm 2004: - lắp đặt đƣợc 31 Media Gateway tại 31 tỉnh/thành phố
Toàn bộ lưu lượng VoIP và 20% lưu lượng PSTN được định tuyến sang NGN
Tại 17 tỉnh đƣợc cung cấp dịch vụ MegaVNN (Internet tốc độ cao) dùng công nghệ ADSL và 26 tỉnh/thành phố khác thông qua POP/Internet Xây dựng mạng Metro công nghệ Ethernet (MAN-E: Metropolitan Area Network - Ethernet) ở
+ Từ năm 2007 đến 2008, VNPT xây dựng mạng MAN-E tại tất cả các tỉnh/thành phố và mạng trục IP Core
+ Từ năm 2009 đến nay, VNPT tiến hành mở rộng mạng
Hình 3.7 Cấu trúc mạng NGN VNPT năm 2004
C á c g a te w a y v à m ạ n g tr u y n h ậ p k h u v ự c T P H C M v à 9 t ỉn h p h ía n a m C á c g a te w a y v à m ạ n g t ru y n h ậ p k h u v ự c m iề n t ru n g ( 4 t ỉn h ).
Hình 3.8 Cấu hình mạng NGN của VNPT năm 2010
Giải pháp triển khai IMS tại VNPT
3.4.1 Tổng quan giải pháp triển khai IMS
IMS là kiến trúc chức năng để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP, bao gồm các thực thể chức năng có thể cung cấp hỗ trợ các năng lực của tầng dịch vụ của NGN Bên cạnh đó còn có phân hệ giả lập PSTN/ISDN (PES) hỗ trợ cho các thuê bao truyền thống kết nối vào NGN Do đó khi triển khai áp dụng và ảnh hưởng về xu hướng chuyển đổi NGN cần chú ý các vấn đề về điều khiển và dịch vụ Các yêu cầu chung nên chú ý khi tiến hành áp dụng và ảnh hưởng về xu hướng chuyển đổi mạng:
- Mạng chuyển đổi phải có khả năng cung cấp đƣợc tất cả các dịch vụ đã có và đang hoạt động trên mạng hiện nay
- Chuyển đổi nên có tính quá độ, triển khai mạng mới nhƣng vẫn tái sử dụng mạng cũ để đảm bảo vốn đầu tƣ
- Chuyển đổi nên mang tính liên tục, tiếp tục đáp ứng các dịch vụ cũ nhƣng cũng phải có khả năng cung cấp các dịch vụ mới
- Chuyển đổi nên mang tính hài hòa, tương xứng giữa sự phát triển của tầng điều khiển và dịch vụ với sự phát triển của tầng truyền tải và truy nhập
- Các giao diện phải có hướng mở và tuân theo các chuẩn thống nhất đã ban hành nhƣ 3GPP, TISPAN R1
Hiểu rõ các yêu cầu khả năng ứng dụng và phát triển của IMS ngày 8/9/2010, VNPT/VTN lựa chọn Alcatel-Lucent cung cấp giải pháp tổng thể IMS đầu tiên ở Việt Nam Dự án IMS này sẽ góp phần đƣa VNPT/VTN trở thành nhà cung cấp hàng đầu về dịch vụ mạng thế hệ mới (Next Generation Networks - NGN) và nâng cao chất lƣợng dịch vụ thông tin và truyền thông dành cho các khách hàng của mình
Với việc triển khai IMS, VNPT/VTN sẽ tiến tới một cuộc cách mạng về dịch vụ thoại và đa phương tiện nhờ một nền tảng IP linh hoạt và có khả năng mở rộng cao để triển khai các dịch vụ đa diện cho các khách hàng thuê bao đi động và cố định của mình
Alcatel-Lucent là nhà cung cấp giải pháp IMS đầu ngành với hơn 60 dự án chính về IMS triển khai trên toàn thế giới và cung cấp ứng dụng IMS cho hơn
60 khách hàng khác Alcatel-Lucent cũng dẫn đầu thị trường về thuê bao VoIP IMS Mô hình giải pháp của Alcatel-Lucent đƣợc thể hiện nhƣ hình 3.9
Hình 3.9 Mô hình giải pháp của Alcatel Lucent Các thành phần chính trong giải pháp:
- Server ứng dụng đa phương tiện (MMAS): MMAS có thể cung cấp các dịch vụ lớn và linh hoạt dựa trên giao thức SIP, giao diện APT, các công nghệ Java, J2EE Nó cũng cung cấp các giao diện kết nối tới nhà cung cấp dịch vụ thứ
3 sử dụng các dịch vụ Web, SIP, OSA/Parlay và nó cũng có một giao diện điều khiển dịch vụ ISC
- Server cuộc gọi đa phương tiện (MMCS): Với chức năng điều khiển phiên qua giao thức SIP MMCS nằm giữa IMS và các mạng truy nhập (GPRS, UMTS) MMCS có khả năng quản lý tài nguyên và QoS
- Server phương tiện và cầu hội nghị: Cung cấp dịch vụ thoại và hội nghị truyền hình
- Quản lý mạng và dịch vụ: Quản lý tất cả các phần tử mạng và một số chức năng khác nhƣ QoS
- Hội tụ tính cước: Tính cước, các dữ liệu xử lý phần cứng và các hệ thống back-office
Các đặc điểm chính của giải pháp:
- Hỗ trợ nhiều dịch vụ đa phương tiện: Các dịch vụ chất lượng cao như hội nghị truyền hình, PoC, VoIP
- Hỗ trợ nâng cao các dịch vụ mới: Các công ty thứ ba có thể đƣa ra các dịch vụ mới, các nhà cung cấp có thể đƣa ra các dịch vụ dễ dàng dựa trên các công nghệ mới nhƣ SIP, Java 2 (J2EE), giao diện lập trình mở API Điều này giúp triển khai các dịch vụ nhanh chóng hơn
- Nâng cao chất lƣợng dịch vụ điện thoại, hội tụ các dịch vụ: Nâng cao hiệu suất điều khiển và kiểm soát cơ sở hạ tầng mạng, từ đó nâng cao chất lƣợng dịch vụ điện thoại Việc thương mại hóa sẽ tạo nên sự hội tụ các dịch vụ
- Nhiều dịch vụ nền: Giải pháp này đƣa ra nhiều dịch vụ nền cơ bản, các nhà cung cấp có thể dựa trên các dịch vụ nền này để đƣa ra các dịch vụ mới
- Theo chuẩn truy nhập của 3GPP: Thiết bị truy nhập có thể là điện thoại di động (2G, 2.5G, 3G), ngoài ra có mạng cố định (LAN, MAN,…), mạng không dây cố định (WLAN) hay mạng cố định băng rộng (xDSL, FTTx)
- Nâng cao QoS và bảo mật: Hỗ trợ thêm QoS liên mạng với các mạng đa phương tiện IP ngoài Đưa thêm các thành phần bảo mật cho IMS
- Khai thác lợi nhuận tối đa từ mạng di động: Khai thác tối đa lợi nhuận mà IMS mang lại cho các mạng di động bằng các phương thức hỗ trợ thanh toán cước giữa hệ thống IMS và các hệ thống mạng khác
- Hỗ trợ mở rộng các giao diện IMS (theo chuẩn 3GPP): Đặc biệt là các giao diện giữa nhà khai thác mạng di động và đối tác thứ 3, giao diện nhà quản trị mạng di động
Cấu trúc tổng thể giải pháp IMS của Alcatel – Lucent thể hiện hình 3.10
* Alcatel 1440 Universal Subscriber Data Server - HSS
Những vấn đề đã đƣợc sản phẩm này giải quyết:
- Quản lý vị trí thuê bao, nhận dạng, bảo mật, và thông tin đặc tính trong một cơ sở dữ liệu
- Đơn giản hóa yêu cầu, quản lý dữ liệu và di chuyển mạng
- Giúp kết hợp mạng và người sử dụng
- Kế hoạch dữ liệu có thể mở rộng cho phép lưu giữ hiệu quả và nhận đƣợc dữ liệu ứng dụng “trong suốt”
- Điểm đơn để truy nhập dữ liệu cho đa ứng dụng
Sản phẩm này có chức năng quản lý dữ liệu phân phối và đáng tin cậy, hỗ trợ đa mạng Những đổi mới của Bell labs cung cấp khả năng quản lý dữ liệu duy nhất Tối ƣu hóa quản lý thuê bao qua nhiều mạng và miền Mở rộng dữ liệu thuê bao và quản lý nhận dạng Quản lý và quản trị dữ liệu chung
Hình 3.10 Cấu hình mạng IMS - Alcatel-Lucent
A5020 MGC-10 MGC và A7510 MG đƣợc nâng cấp để hỗ trợ chức năng MGCF và MGF tương ứng, hỗ trợ kết nối giữa IMS Core mới và mạng PSTN truyền thống
Mô phỏng trên Open IMS Core
Ngày nay IMS (IP Multimedia Subsystem) cũng đã trong giai đoạn thử nghiệm với nhiều doanh nghiệp trên khắp thế giới, các nỗ lực phát triển và nghiên cứu, đặc biệt đối với mạng NGN giống nhƣ việc tăng thêm nhiều hơn sự hỗ trợ trong 1 số lƣợng lớn khách hàng, đặc biệt cho việc phát triển các dịch vụ
Trong khi đã có nhiều dự án mã nguồn mở đƣợc thiết lập trong mảng VoIP cho các SIP clients, SIP client, proxy, stack và các công cụ xung quanh chuẩn SIP của IETF thì hiện nay thực tế vẫn chƣa có 1 dự án mã nguồn mở nào tập trung cụ thể vào IMS
Dự án mã nguồn mở OPEN SOURCE IMS Core nhằm mục đích đáp ứng sự thiếu hụt của các phần mềm mã nguồn mở cho IMS với những giải pháp linh động và có thể mở rộng đƣợc Tính thích nghi và khả năng của các giải pháp này đã đƣợc chứng minh trong các dự án nghiên cứu và phát triển quốc gia và quốc tế Mục đích của nó trong thời gian tiếp theo là tạo ra một cộng đồng các nhà phát triển cho phần core của mạng NGN Phần mềm mã nguồn mở này là cho phép sự phát triển của các dịch vụ IMS và thử nghiệm các khái niệm xung quanh phần core IMS
3.5.1 Giới thiệu chung OPEN IMS Core [11]
Là một dự án triển khai IMS trên mã nguồn mở của FOKUS (Fraunhofer Institute for Open Communication Systems )
Hình 3.14 Các thành phần chính của Open IMS
Open Source IMS Core : Đây là phần lõi của Open IMS, nó gồm có 2 thành phần chính :
+ HSS (Home Subcriber Server): Trong Open IMS gọi là FHoSS + Call Session Control Functions ( CSCFs ): Là khối trung tâm của mã nguồn mở Open Source IMS Core, khối này điều khiển bất kỳ báo hiệu IMS nào
Open IMSCore đƣợc đƣa ra tại website http://openimscore.org/ Đầu cuối IMS (IMS Client)
Trong tất cả các thành phần của Open IMS, IMS client là thành phần quyết định đánh giá sự thành công của IMS Nó hoạt động như một môi trường đa ứng dụng để chứng minh khả năng phát triển dịch vụ trên mạng IMS Có nhiều phần mềm IMS Client, bộ khung Open IMS Client của FOKUS cung cấp giao diện lập trình đƣợc cho các nhà phát triển dịch vụ của IMS Đặc điểm của Open IMS Client :
+ Xây dựng các IMS API chuẩn + Có khả năng thay đổi một cách mềm dẻo theo yêu cầu + Tương thích đa nền (Windows XP, Windows CE, Linux) + Đƣợc triển khai trên Java hoặc NET
+ Dễ dàng kết nối với các thiết bị khác + Tuân theo các chuẩn IEFT, 3GPP, TISPAN…
Open IMS SIP AS ( SIPSEE – Sip Servlet Execution Environment ) Đây là SIP Application Server cung cấp sự hội tụ của 2 môi trường dịch vụ là SIP và HTTP cho việc xây dựng các dịch vụ
Cho phép các nhà phát triển dịch vụ tạo các ứng dụng qua web
Kiến trúc IMS Management để quản lý và điều khiển mọi thành phần cần cho mạng lõi IMS
XML Document Management Server ( XDMS )
Máy chủ cung cấp hướng dẫn người dùng về thông tin dịch vụ và cách truy cập…
Hỗ trợ các dịch vụ nhƣ : + Voicemail, lưu lại bản tin rồi gửi vào mail + Hội thảo (Conferencing)
Fokus Home Subcriber Server (FHoSS)
Trong phần mềm Open IMS do FOKUS phát triển, khối HSS đƣợc còn đƣợc gọi là FHoSS (Fokus Home Subcriber Server)
FHoSS đƣợc xây dựng nhƣ một dự án Java, dựa trên một số phần mềm mã nguồn mở khác như MySQL, Tomcat Dữ liệu người sử dụng được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu MySQL Giao diện web để quản lý chạy trên Tomcat
FHoSS đƣợc xây dựng 3 giao diện dựa trên giao thức Diameter (RFC 3588)
+ Giao diện Sh để cho Application Server truy cập vào HSS
+ Giao diện Cx dùng trong các quá trình đăng ký (cụ thể là giao diện kết nối với I-CSCF và S-CSCF)
+ Giao diện Zh để thiết lập các kênh HTTPS tới các ứng dụng
Phần lõi của FHoSS là một HssDiameterStack Nó sử dụng DiameterPeer để gửi yêu cầu tới các khối khác và nhận các yêu cầu cũng nhƣ hồi đáp theo kiểu CommandListener
Những dữ liệu của HSS được lưu trong một cơ sở dữ liệu Cơ cấu (Framework) Hibernate persistence đƣợc sử dụng để xây dựng tầng truy cập dữ liệu (Hibernate là một công nghệ rất phổ biến để xây dựng tầng truy cập cơ sở dữ liệu trong các dự án Java)
FHoSS đƣợc quản lý bằng giao diện web Nó đƣợc triển khai dựa trên công nghệ servlet trong đó kết hợp với Apache Struts Web framework
3.5.2 Triển khai mô hình mô phỏng
Thông qua Open Source IMS Core người dùng có thể thực hiện thoại, thoại hình ảnh, chat, truyền dữ liệu hay xem IPTV-VoD… khi kết nối với mạng lõi IMS Lớp điều khiển đƣợc mô phỏng trên một máy tính sử dụng hệ điều hành
Ubuntu 11.2 Lớp truyền tải sử dụng máy tính khác, mô phỏng mạng lõi MPLS trên phần mềm GNS3 hoặc NS2, lớp truy nhập, một hoặc nhiều máy khách sử dụng softphone hỗ trợ IMS nhƣ: Mercuro Client, UCT Client và OpenIC_Lite, IMS Communicator, Counterpath X-lite…, thông qua hệ thống mô phỏng ta có thể thực hiện các giao dịch hoàn toàn tương tự như thực tế
Hình 3.16 Mô hình mô phỏng mạng NGN Khởi động IMS lõi
Khởi tạo người sử dụng dịch vụ IMS với tên đăng ký là cuong1 và cuong2
Kết quả khởi tạo người sử dụng dịch vụ IMS
Tại lớp truy nhập, sử dụng phần mềm Mecuro IMS client đăng nhập vào mạng lõi IMS với tên đăng nhập cuong1 và cuong2 Đăng nhập thành công cuong1 và cuong2 vào mạng lõi IMS
Thiết lập dịch vụ IMS và kết quả đạt đƣợc Thực hiện cuộc gọi video giữa cuong1 gọi đến cuong2
Người sử dụng cuong2 chấp nhận cuộc gọi cuong1
Kết quả bản tin SIP thu đƣợc
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Với nội dung đưa ra là nghiên cứu áp dụng phân hệ đa phương tiện IP trong mạng viễn thông Việt Nam luận văn đã đạt đƣợc những nội dung chính sau:
- Tìm hiểu, nghiên cứu về IMS, tiến trình chuẩn hoá IMS của 3GPP, lợi ích và động lực triển khai IMS tại Việt Nam Phân tích kiến trúc phân hệ IMS, vai trò các phần tử trong kiến trúc IMS
