(Luận văn) 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 lu an n va p ie gh tn to NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN GIẢI PHÁP IMS d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG lu an - n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu an LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT n va (Theo định hướng ứng dụng) p ie gh tn to d oa nl w NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG TRUNG KIÊN ll u nf va an lu HÀ NỘI - 2020 oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Trương Trung Kiên Để hồn thành đồ án, tơi 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 không giống hồn tồn với cơng trình hay thiết kế tốt nghiệp có trước lu an Hà Nội, ngày tháng năm 2020 va n Tác giả luận văn p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu an Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ n va Trương Trung Kiên dành nhiều thời gian tâm huyết giúp tơi hồn thành luận tn to văn gh Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu p ie Viễn thông, thầy cô khoa Quốc tế Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập oa nl w Do hạn chế thân hạn hẹp thời gian Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận thơng cảm đóng góp ý kiến d an lu thầy cô bạn lớp ll u nf va Xin chân thành cảm ơn ! oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu an n va 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 gh tn to 1.3.1 p ie 1.5 Các giao thức báo hiệu sử dụng IMS 34 Giao thức khởi tạo phiên (SIP) 34 1.5.2 Giao thức Diameter 38 nl w 1.5.1 d oa 1.6 Một số thủ tục IMS 38 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 ll u nf va an lu 1.6.1 m oi 1.7 Tổng kết chương 51 z at nh CHƯƠNG 2: DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN TẢNG IMS .52 2.1 Giới thiệu dịch vụ VoLTE 52 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 z 2.1.1 m co l gm @ an Lu (SRVCC) .56 2.2 Giới thiệu dịch vụ VoWiFi 64 n va ac th si 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 lu an n va vMTAS 79 3.1.3 vCSCF .80 3.1.4 vIPWorks 81 3.1.5 vMRS 81 3.1.6 vWMG (ePDG) 83 gh tn to 3.1.2 ie 3.2 Giải pháp IMS cho mạng VNPT 84 Hiện trạng mạng lưới VNPT .84 3.2.3 Đề xuất ứng dụng triển khai cho VNPT 89 p 3.2.2 nl w Mơ hình kiến trúc mạng .90 oa 3.2.4 Các giao diện kết nối 91 3.2.6 Các định danh địa sử dụng cho VNPT 97 d 3.2.5 va an lu u nf 3.3 Kết số dịch vụ triển khai mạng VNPT 98 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- ll 3.3.2 oi m z at nh 4G, B-VoLTE-4G) .108 z 3.4 Tổng kết chương .111 @ gm KẾT LUẬN 112 m co l DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 an Lu n va ac th si 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 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu Hình 1.8: Luồng tin gọi VoLTE – VoLTE phần 43 an Hình 1.9: Luồng tin gọi VoLTE – VoLTE phần 44 va n Hình 1.10: Luồng tin gọi người dùng IMS người dùng PSTN 48 tn to Hình 1.11: Luồng tin gọi người dùng CS người dùng IMS 50 gh Hình 2.1: Kiến trúc logic VoLTE 53 p ie Hình 2.2: Kiến trúc logic dịch vụ SRVCC .57 Hình 2.3: Luồng gọi SRVCC 63 nl w Hình 2.4: Wi-Fi Calling 64 d oa Hình 2.5: Kiến trúc mạng dịch vụ Wi-Fi Calling 65 an lu Hình 2.6: Cuộc gọi thoại qua mạng Wi-Fi không tin cậy 69 va Hình 2.7: Nút mạng liên quan đến Xác thực Ủy quyền .70 u nf Hình 2.8: Đường hầm IPsec 71 ll Hình 2.9: SCC AS: Nguyên tắc hoạt động nguyên tắc T-ADS để truy cập Wi-Fi, m oi LTE CS 72 z at nh Hình 2.10 Chuyển giao liền mạch LTE Wi-Fi 73 Hình 3.1: Kiến trúc IMS giải pháp Ericsson .76 z Hình 3.2: Chức CSCF .81 @ gm Hình 3.3: Chức BGF MRS .82 l Hình 3.4: Chức MRFP MRS 83 m co Hình 3.5|:Hiện trạng mạng EPC VNPT 86 an Lu Hình 3.6: Tổng quan mơ hình mạng IMS cho VNPT 90 n va ac th si vii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT lu an 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 cước, trả tiền AAL ATM adaptation layer Lớp thích nghi ATM AC Access Category Danh mục truy cập ADSL n va Accounting and Charging Line đối xứng Authentication AKA p and Key Xác thực thỏa thuận Agreement AS Application Server 10 ARIB 11 ATCF 12 ATGW Access Transfer Gateway Cổng truy cập 13 BER Bit Error Ratio Tỉ số lỗi bit 14 BGCF 15 BS/BTS 16 CN khóa Máy chủ ứng dụng d oa nl w ie gh tn to Asymmetric Digital Subscriber Đường dây thuê bao số bất lu an Association of Radio Industries Hiệp hội công nghiệp thương mại vô tuyến ll u nf va and Businesses @ Control Chức điều khiển cổng Trạm gốc an Lu Core Net m co Base Station/ Base Transceiver Station chuyển mạng l gm Gateway z Function cập z at nh Breakout Control Chức điều khiển truy oi Function Transfer m Access Mạng lõi n va ac th si 83 SBG thêm thông tin ATCF lu Nút cục S-CSCF I-CSCF chọn dựa danh sách khả từ HSS tin nhắn UAR / UAA an n va p ie gh tn to d oa nl w va an lu ll u nf HSS gửi Vector xác thực đến S-CSCF tin nhắn MAR / MAA oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Lõi IMS trả lời SIP 401 không phép với thách thức AKA cho UE n va ac th si 84 lu an n va số phản hồi theo nonce p ie gh tn to UE xây dựng yêu cầu ĐĂNG KÝ mới, bao gồm tiêu đề ủy quyền với tham d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 85 7.SBG thêm thông tin ATCF chuyển tiếp ĐĂNG KÝ cho I-CSCF lu an n va I-CSCF gửi UAR tới HSS HSS trả lời tên máy chủ S-CSCF tin nhắn p ie gh tn to UAA d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 86 Id iFC chia sẻ tải xuống từ HSS đến S-CSCF tin nhắn SAR / SAA lu an n va tn to p ie gh 10 Lõi IMS trả lời SIP 200 OK cho ĐĂNG KÝ với UE d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 87 11 Đăng ký bên thứ S-CSCF thực cho máy chủ ứng dụng MMTel, SCC lu an n va tn to 12 Trong giải pháp VoLTE, MMTel AS SCC-AS xếp chung để thông gh p ie báo ĐĂNG KÝ gửi S-CSCF lần d oa nl w 13 MTAS trả lời 200OK cho S-CSCF biết đăng ký bên thứ thành công ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu an Cách thực thi: n va Thực gọi UE A với UE B Điểm kiểm tra: gh tn to Thuê bao B trả lời thành công p ie 1.SBG gửi tin INVITE với SDP m=audio to S-CSCF and with P-Access- Network-Info: IEEE-802.11;i-wlan-node-id;country=VN, dịch vụ SCC d oa nl w MMTel gọi ll u nf va an lu oi m z at nh z gm @ MMTel AS hỏi HSS để lấy Network Provided Location Information m co l tin UDR/UDA Bản tin INVITE forwarded đến I-CSCF kết cuối S-CSCF sau hỏi an Lu ENUM n va ac th si 89 S-CSCF kết cuối gọi tới MMTel AS SCC AS lu an SCC AS gửi tin Sh-Pull UDR tới HSS hỏi thông tin T-ADS va Dựa thông tin T-ADS, SCC-AS kết cuối định phân phối gọi tới n thông qua S-CSCF kết cuối gh tn to miền PS and máy chủ SCC-AS kết cuối gửi tin INVITE SBG kết cuối p ie Dựa trả lời SDP SIP 183 với P-Access-Network-Info: IEEE-802.11;iSAPC d oa nl w wlan-node-id;country=VN, SBG tạo tin Rx để khởi tạo phiên AF tới ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 90 Thuê bao B gửi SIP 180 bắt đầu đổ chuông Thuê A nghe thấy ring tone lu an n va p ie gh tn to Thuê bao B trả lời gọi thành công d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 91 10 Thuê bao B dập máy, User A nhận tin Bye từ thuê bao B lu an va n 11 SBG/MTAS gửi ACR(start) đến EMM sau 200OK ACR(stop) đén EMM sau p ie gh tn to BYE d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 92 12 MTAS gửi CCR(initial) đến OCS sau INVITE CCR(termination) đến OCS sau BYE lu an n va gh tn to p ie 3.3.4 VNPT_VoLTE_SRVCC: Cuộc gọi handover SRVCC MO (A-VoLTEMục tiêu: oa nl w 4G, B-VoLTE-4G) d Bài test để kiểm tra hệ thống IMS hỗ trợ SRVCC u nf va an lu Điều kiện: Mạng VoLTE cài đặt định cấu hình ll oi m UE phải đăng ký thành công z at nh A: VoLTE (4G), B: VoLTE (4G) Cấu hình SRVCC sẵn sàng IMS / EPC / CS z Cách thực thi: an Lu SRVCC từ 4G sang 3G m co Người dùng B Trả lời thành công l gm @ UE A gọi UE B số B n va ac th si 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 lu an n va p ie gh tn to w oa nl INVITE gửi tới ATCF với R-URI = STN-SR, P-A-I: C-MSISDN SDP d mà điều kiện tiên ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu an n va p ie gh tn to SCC-AS nhận thông tin việc chuyển quyền truy cập INVITE, bao d oa nl w gồm “R-URI = ATU-STI” nhận từ ATCF ll u nf va an lu oi m z at nh z @ l ATCF gm 200 OK trả lời từ SCC-AS đến ATCF ACK nhận từ m co SCC-AS bắt đầu khởi tạo việc chấm dứt gọi PS sau thủ tục chuyển phóng phần gọi PS an Lu giao SRVCC hồn thành thành cơng BYE gửi đến ATCF để giải n va ac th si 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 lu an thiết bị Ericsson Thực tế luồng dịch vụ triển khai mạng VNPT phù n va hợp với khung lí thuyết tìm hiểu p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 trị, 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 lu an thành phần cần thiết để xây dựng IMS cho thuê bao di động Trên n va sở giao diện, thủ tục IMS làm sở xây dựng giải pháp tn to 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 p ie gh - w dịch vụ nêu Đây tảng sở để xây dựng giải pháp triển Tiến hành tìm hiểu trạng mạng VNPT để xác định thành phần d - oa nl khai cho VNPT an lu có thành phần cịn thiếu để triển khai VoLTE u nf va VoWiFi Trên sở trạng mạng lưới VNPT, tìm hiểu giải pháp Ericsson có để đáp ứng thành phần triển khai thêm ll oi m mạng VNPT Trên sở tổng quan lí thuyết IMS, xem xét vấn z at nh 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 z tục sau triển khai xong @ Nghiên cứu bổ sung thành phần mạng cần thiết để cung cấp dịch l - gm Hướng nghiên cứu mở rộng luận văn bao gồm: Nghiên cứu triển khai mạng IMS hội tụ cho miền truy cập: LTE, VoWiFi cố định an Lu - m co vụ cho thuê bao VoLTE VNPT ví dụ SMS, USSD n va ac th si 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 lu an [8] K R Rao, Z S Bojkovic and D A Milovanovic (2002) Multimedia n va Communications Systems: Techniques, Standards and Networking Upper p ie gh tn to Saddle River, NJ: Prentice-Hall d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si