Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ

Mạng thế hệ sau, kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ tài liệu tổng quát về kiến trúc IMS, nêu lên kến trúc IMS và xu hướng hội tụ di động và cố định

Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Mục lục Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 1 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Danh mục hình vẽ Hình 1.1. Kiến trúc phân lớp của IMS. Hình 1.2. Các máy chủ ứng dụng IMS. Hình 1.3. Kiến trúc các CSCF. Hình 1.4. Kiến trúc MRF. Hình 1.5. Kết nối IMS và mạng PSTN/CS. Hình 1.6. IMS-ALG và TrGW. Hình 1.7. mạng truy nhập tới IMS. Hình 1.8. Các điểm tham chiếu trong IMS. Hình1.9: Các thành phần SIP. Hình2.1: Kiến trúc mạng hội tụ. Hình 2.2. Kiến trúc mạng NGN (nguồn ETSI 2005) Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 2 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ I. Kiến trúc và các giao thức của IMS IMS là gì ? IMS - thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem – Phân hệ đa phương tiện IP, là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây. IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào. 1. Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS. Trước khi tìm hiểu kiến trúc của IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng 3GPP không chuẩn hóa các node mà là các chức năng. Điều này có nghĩa rằng kiến trúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua các giao tiếp đã được chuẩn hóa. Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng). Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 3 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Hình 1.1. Kiến trúc phân lớp của IMS. • Lớp dịch vụ bao gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server) và các máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server). • Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi. • Lớp vận tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các mạng truy nhập kết nối vào mạng lõi IP. Hai thực thể chức năng NASS và RACS định nghĩa bởi TISPAN có thể được xem như thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp điều khiển ở trên. Tại thời điểm hiện tại, kiến trúc cuối cùng của IMS chưa được thống nhất. Tuy nhiên về cơ bản nó sẽ vẫn dựa trên các thành phần như miêu tả trong hình 2.1. Một điểm đáng lưu ý là kiến trúc IMS là một kiến trúc chức năng, tức là các thực thể được định nghĩa dựa theo các chức năng của chúng. Điều này có nghĩa là chúng có thể được thiết kế trên cùng một thiết bị phần cứng. Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 4 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ 1.1. Lớp dịch vụ. 1.1.1. Máy chủ ứng dụng (Appication Server - AS). AS là một thành phần SIP, thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý dịch vụ. Tùy thuộc vào dịch vụ thực tế mà AS hoạt động trong chế độ SIP Proxy, SIP UA hay SIP B2BUA. Các AS kết nối với S-CFCS thông qua giao tiếp SIP. Có 3 loại AS: SIP AS, OSA-SCS, IM-SSF. Các máy chủ OSA-SCS, IM-SSF đóng vai trò làm cầu nối để IMS giao tiếp với OSA và gsmSCF. Ngoài ra các máy chủ có thể được kết nối tới HSS để tải về hoặc gửi lên các thông tin dữ liệu của khách hàng. SIP AS, OSA-SCS giao tiếp với HSS thông qua giao thức Diameter trong khi đó IM-SSF sử dụng giao tiếp MAP (Mobile Application Part). AS có thể đặt ở mạng nhà hoặc ở mạng ngoài mà nhà điều hành mạng nhà xác nhận sự đồng ý dịch vụ. Nếu AS đặt ở ngoài mạng nhà, nó không tương tác với HSS. Các AS được mô tả theo Hình 1.2: Hình 1.2. Các máy chủ ứng dụng IMS. Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 5 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ  SIP AS: Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các dịch vụ đa phương tiện IP dựa trên nền SIP.  Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA: OSA-SCS (Open Service Access –Service capability Server): AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng dụng truy nhập dịch vụ mở (OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS đặc biệt là khả năng truy nhập bảo mật từ các mạng bên ngoài. OSA-SCS giao tiếp với máy chủ ứng dụng OSA thông qua giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface).  Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP: IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function): Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử dụng lại dịch vụ logic cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động (CAMEL - Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic) mà đã được phát triển trong hệ thống GSM. IM-SSF cho phép chức năng điều khiển dịch vụ GSM (gsmSCF – GSM Service Control Function) thực hiện điều khiển các phiên IMS. IM-SSF giao tiếp với gsmCSF thông qua giao tiếp CAP (CAMEL Application Part). 1.1.2. Máy chủ quản lý Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF.  Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm lưu trữ cho thông tin người dùng, nó được phát triển từ HLR (Home Location Register) trong hệ thống GSM. HSS là một cư sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất các các thuê bao khách hàng. Dữ liệu này bao gồm thông tin vị trí, thông tin bảo mật (bao gồm cả thông tin nhận thực và cho phép), thông tin hồ sơ thuê bao (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đã đăng ký) và S-CSCF được phân bổ cho thuê bao… Trong một mạng IMS có thể có nhiều hơn một HSS, thông thường HSS được xây dựng theo cơ chế có dự phòng để tránh bị mất thông tin khi có lỗi xảy ra.  Chức năng định vị thuê bao SLF (Subscriber location Function) là một CSDL nhằm xác định thông tin của khách hàng đang được lưu trên HSS nào. Chính vì vậy với những mạng mà chỉ có 1 HSS thì không yêu cầu phải có SLF, tuy nhiên trong trường hợp có Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 6 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng. Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành riêng cho IMS. 1.2. Lớp lõi IMS. Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đa phương tiện. Các chức năng của nó bao gồm: 1.2.1. Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF - Call Session Control Function. Chức năng này là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử lý các bản tin báo hiệu SIP trong hệ thống IMS. CSCF có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ trợ và giải phóng các phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tương tác dịch vụ của người dùng. Tùy thuộc vào chức năng mà nhà khai thác cung cấp CSCF có 3 loại: - P-CSCF (Proxy-CSCF). - I-CSCF (Interrogating-CSCF). UE S-CSCF BGCF HSS I-CSCF P-CSCF P-CSCF MGCF IMS-MGW - S-CSCF (Serving-CSCF). Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 7 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Hình 1.3. Kiến trúc các CSCF.  Proxy-CSCF (P-CSCF) là một proxy SIP. Sở dĩ gọi là proxy vì nó có thể nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận khác trong hệ thống IMS. P-CSCF là điểm kết nối đầu tiên (chức năng báo hiệu) giữa các đầu cuối IMS và mạng IMS - là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Theo quan điểm từ SIP thì P-CSCF đóng vai trò là một máy chủ outbound/inbound SIP Proxy, điều này có nghĩa rằng tất cả các yêu cầu khởi tạo phiên được xuất phát hoặc gửi đến một đầu cuối IMS đều phải chuyển giao qua P-CSCF sau đó nó thực hiện chuyển tiếp các bản tin SIP yêu cầu và đáp ứng tới hướng tương ứng. Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối. Một P-CSCF được chỉ định cho một đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký và không thay đổi trong khoảng thời gian này. Chức năng của P-CSCF bao gồm: - P-CSCF nằm trên đường truyền của tất cả các thông điệp báo hiệu trong hệ thống IMS. Nó có khả năng kiểm tra bất kỳ thông điệp nào. P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như những thông điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE, điều này ngăn chặn quá trình khởi tạo các bản tin không đúng theo khuôn dạng của SIP từ các đầu cuối IMS. Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 8 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ - P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị IMS của người dùng. Nó 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 cũng bao gồm các chức năng nén và giải nén các bản tin SIP. Cơ chế này giúp giảm được thời gian trễ khi truyền lan các bản tin SIP trong mạng, giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp. - 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. - P-CSCF có thể được đặt trong mạng chủ hoặc mạng khách, đối với mạng di động dựa trên nền GPRS, P-CSCF luôn được đặt cùng vị trí với nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS (GGSN - Gateway GPRS Support Node).  Serving-CSCF (S-CSCF) là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệu IMS. S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ. Các chức năng chính của S-CSCF bao gồm: - Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ người dùng (địa chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP. S-CSCF đóng vai trò như một máy chủ Registar trong hệ thống SIP, có nghĩa là S-CSCF duy trì một liên kết giữa vị trí người dùng (như địa chỉ IP mà người dùng log vào hệ thống) và bản ghi địa chỉ SIP của người dùng. - S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS về người dùng. Nó có thể kiểm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn. - S-CSCF giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ cho người dùng. Nó giữ vai trò định tuyến dịch vụ thông qua việc sử dụng giải pháp DNS/ENUM (Electronic Numbering). Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 9 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ - S-CSCF thực hiện các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ. S-CSCF tương tác với máy chủ AS để yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng. S-CSCF liên lạc với HSS để lấy thông tin, cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng và tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ. - S-CSCF luôn được đặt trong mạng chủ.  Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp dịch vụ là điểm liên lạc cho tất cả các kết nối hướng đến một UE nằm trong mạng đó. Địa chỉ IP của I-CSCF được chứa trong máy chủ DNS của hệ thống. Chức năng của I-CSCF bao gồm: - Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng. Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP. - Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác. - I-CSCF còn mã hoá các phần của các thông điệp SIP mà chứa các thông tin nhạy cảm về vùng như: số lượng server trong vùng, tên DNS hay dung lượng của chúng. Chức năng này còn được gọi là THIG, nó thường không được triển khai bởi hầu hết các mạng. - I-CSCF thường đặt trong mạng chủ.Trong một vài trường hợp đặc biệt (I-CSCF có tính năng THIG) nó có thể được đặt ở một mạng khách. 1.2.2 Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF). BGCF (Breakout Gateway Control Function) thực chất là một máy chủ SIP mà cung cấp chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại (telephone number). BGCF chỉ được sử dụng trong phiên được khởi tạo bởi một đầu cuối IMS và một thuê bao trong mạng chuyển mạch kênh như là PSTN hay PLMN. BGCF thực hiện 2 chức năng cơ bản sau: Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 10 [...]... sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Kiến trúc mạng IP cần thiết cho hội tụ cố định – di động đều dựa trên kiến trúc IMS của 3GPP Vị trí của IMS trong kiến trúc NGN của ETSI (tổng quan hơn kiến trúc mạng của 3GPP) được thể hiện trong hình 2.2 Về cơ bản, kiến trúc mạng NGN cũng gồm các lớp tương tự như kiến trúc mạng NGN của ITU-T Trong kiến trúc này, phân hệ đa phương tiện IP (IMS – IP Multimedia... Page 17 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ 2 Các điểm tham chiếu IMS Hình 1.8 Các điểm tham chiếu trong 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, tính năng của các điểm tham chiếu được mô tả trong Bảng 1.1 Bảng 1.1: Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS Điểm Cr Thực thể liên... Truyền tải tất cả các bản tin giữa IMSSF và HSS Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Diameter MAP Page 20 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Ut UE, AS (SIP AS, Cho phép UE quản lý các thông tin OSA SCS, IM-SSF) liên qua đến dịch vụ của mình HTTP 3 Các giao thức chính được sử dụng trong IMS Kiến trúc IMS do 3GPP phát triển dựa trên các giao thức IP... Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 21 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Các thành phần trong SIP có thể phân loại thành các User Agent (UA) và các thành phần trung gian (là các servers) Một UA là một điểm cuối của một cuộc gọi, nó gửi và nhận các yêu cầu và đáp ứng SIP, nó là điểm kết thúc của các dòng đang phương tiện nên thường nó còn được gọi là UE UA bao gồm 2... Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 15 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Hình 1.6 IMS- ALG và TrGW Thêm nữa, IMS- ALG sẽ viết lại SDP bằng cách thay đổi địa chỉ IP và số port được tạo bởi đầu cuối với một hay nhiều địa chỉ IP và port được cấp phát bởi TrGW IMSALG tương tác với I-CSCF cho lưu lượng vào và với S-CSCF cho lưu lượng ra qua giao diện Mx TrGW thực sự là một NAT-PT/NAPT-PT... và băng rộng, triple play, một số - một hộp thư thoại Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 25 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ • Thiết bị: đồng thời hỗ trợ WLAN/2G/3G, điện thoại di động sử dụng băng tần có phép và không phép, thiết bị di động có tính năng đa phương tiện và máy tính PC • Mạng: kiến trúc nhiều lớp với IMS Do khái niệm hội tụ. .. để cung cấp dịch vụ cho các thuê bao mới Các TG – Trungking Gateway và SG được triển khai để phối hợp kết nối giữa PBN và mạng PSTN/ISDN của các nhà cung cấp dịch vụ khác Tất cả các AG và TG được điều khiển bởi CS Bước 2 : Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 29 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Trong bước này, tất cả các tổng đài nội hạt LE... một cách ngắn ngọn thì IMS là một kiến trúc báo hiệu mở, cho phép hỗ trợ các loại dịch Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 28 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ vụ IP trên nền mạng chuyển mạch gói cũng như chuyển mạch kênh với công nghệ truy nhập hữu tuyến cũng như vô tuyến 3 Phương án phát triển mạng cố định Để bảo toàn nguồn vốn và phục vụ các. .. triển khai các gói dịch vụ tích hợp nhanh chóng là một điều không thể thiếu để đi đến thành công Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 26 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Hình2.1: Kiến trúc mạng hội tụ Xu thế sử dụng công nghệ IP trong mọi lĩnh vực của viễn thông đã tương đối rõ ràng Một mạng IP chung cung cấp các tính năng chung và do đó giảm... khái niệm hội tụ không chỉ dừng lại ở đó mà còn mở rộng thành sự hội tụ giữa media, số liệu và viễn thông và có thể được chia thành 3 nhóm khác nhau là hội tụ dịch vụ, hội tụ thiết bị và hội tụ mạng Hội tụ dịch vụ là khả năng truyền tải dịch vụ đến thuê bao sử dụng bất kỳ một thiết bị cầm tay sử dụng bất kỳ công nghệ truy nhập nào Hội tụ thiết bị là việc một thiết bị có khả năng hỗ trợ nhiều công nghệ . Quang Long Page 2 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ I. Kiến trúc và các giao thức của IMS IMS là gì ? IMS - thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia. hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Mục lục Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 1 Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ Danh mục. hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ 2. Các điểm tham chiếu IMS. Hình 1.8. Các điểm tham chiếu trong IMS. Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong và ngoài