GIAO THỨC DIAMETER TRONG IMS

Đề tài : GIAO THỨC DIAMETER TRONG IMS bao gồm kiến thức : Nghiên cứu về kiến trúc IMS Tìm hiểu về giao thức Diameter trong IMS Nội dung của đề tài CẤU TRÚC IMS GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC DIAMETER DIAMETER TRONG MỘT SỐ THỦ TỤC IMS

Mục lục

Mục lục i

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I 3

TỔNG QUAN VỀ IMS 3

1.1 Sự ra đời và phát triển IMS 3

1.2 Các yêu cầu kiến trúc 3

1.3 Kiến trúc phân lớp IMS 6

1.4 Kiến trúc chức năng IMS 8

1.4.1 Sơ đồ khối kiến trúc 8

1.4.2 Chức năng các phần tử trong IMS 9

1.4.2.1 CSCF ủy quyền (P-CSCF) 9

1.4.2.2 CSCF hỏi (I-CSCF) 10

1.4.2.3 CSCF phục vụ (S-CSCF) 10

1.4.2.4 Chức năng điều khiển chuyển mạng (BGCF) 12

1.4.2.5 Server thuê bao nhà (HSS) 12

1.4.2.6 Chức năng định vị đăng ký thuê bao (SLF) 13

1.4.2.7 Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF) 13

1.4.1.8 Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) 14

1.4.2.9 Cổng phương tiện IMS (IMS-MGW) 15

1.4.2.10 Cổng báo hiệu (SGW) 15

1.4.2.11 Server ứng dụng (AS) 15

1.4.2.12 Chức năng quyết định chính sách (PDF) 16

1.4.2.13 Cổng an ninh (SEG) 16

1.4.3 Các giao diện trong IMS 16

1.5 Mô hình IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn 18

1.5.1 Mô hình IMS của ITU-T 19

1.5.2 Mô hình IMS trong NGN của ETSI 20

1.5.3 So sánh mô hình IMS của ITU-T, ETSI và 3GPP 21

Kết luận chương 21

CHƯƠNG II 23

GIỚI THIỆU CƠ BẢN GIAO THỨC DIAMETER 23

2.1 Giới thiệu 23

2.2 Khung Diameter 24

2.3 Các thành phần Diameter 24

2.3.1 Thành phần RELAY (Chuyển tiếp) 25

2.3.2 Thành phần PROXY (Ủy quyền) 25

2.3.3 Thành phần REDIRECT (Gửi lại) 26

2.3.4 Thành phần TRANSLATION (Dịch) 26

2.4 Định dạng bản tin Diameter 27

2.5 Một số đặc điểm của giao thức Diameter 33

2.5.1 Vận chuyển 33

2.5.1.1 SCTP 33

2.5.1.2 TCP 34

Cấu trúc tiêu đề TCP: 34

2.5.2 Nút ngang cấp Diameter 35

2.5.3 Kết nối và phiên 36

2.5.4 Bảo mật trong Diameter 38

2.5.5 Thanh toán 38

2.5.6 Cơ chế truyền thay thế và xử lý lỗi 39

2.5.7 So sánh với giao thức RADIUS 40

Kết luận chương 41

CHƯƠNG III 42

GIAO THỨC DIAMETER TRONG IMS 42

3.1 Thủ tục đăng kí và xóa đăng kí mức ứng dụng với giao diện Cx 42

3.1.1 Đăng kí IMS 42

3.1.1.1 Luồng thông tin đăng kí với người dùng chưa đăng kí 44

3.1.1.2 Luồng thông tin đăng kí lại cho người dùng đã đăng kí 50

3.1.2 Thủ tục xóa đăng kí mức ứng dụng 52

3.1.2.1 Xóa đăng kí khởi tạo di động 52

3.1.2.2 Xóa đăng kí khởi tạo mạng 54

3.2 Thủ tục liên quan đến truy vấn thông tin định tuyến (giao diện Dx) 59

3.2.1 Nhận dạng người dùng tới giải đáp HSS 59

3.2.2 Đăng kí trên SLF 62

3.2.3 Mời UE trên SLF 63

3.3 Khởi tạo phiên 64

3.4 Tính cước 65

3.4.1 Kiến trúc tính cước 65

3.4.2 Kiến trúc tính cước ngoại tuyến 65

3.4.2.1 Chức năng tập hợp tính cước CCF 66

3.4.2.2 Chức năng cổng tính cước 67

3.4.2.3 Hệ thống hóa đơn 67

3.4.2.3 Điểm tham chiếu Rf (Diameter) 67

3.4.3 Kiến trúc tính cước trực tuyến 81

3.4.3.1 Chức năng tính cước sự kiện (ECF) 81

3.4.3.2 Chức năng tính cước phiên (SCF) 82

3.4.3.3 Chức năng tính cước kênh mang (BCF) 82

3.4.3.4 Chức năng phân loại 83

3.4.3.5 Điểm tham chiếu Ro 83

3.4.4 Các AVP sử dụng cho thanh toán trực tuyến và ngoại tuyến 88

Kết luận chương 90

KẾT LUẬN CHUNG 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Subscriber Line

Đường dây thuê bao số không đồng bộ

agreement

Thỏa thuận khóa và nhận thực

video profile

Cặp giá trị thuộc tính; profile âm thanh hình ảnh

Chức năng server tự mồi

Mobile network Enhanced Logic

Ứng dụng theo yêu cầu khách hàng đối với

Đa truy nhập phân chia theo mã

Charging Detail Record cước

Network

Mạng lõi chuyển mạch kênh

Protocol

Giao thức cầu hình trạm động

Protocol

Giao thức nhận thực mở rộng

Communications

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản

Force

Nhóm đặc trách kỹ thuật về Internet

Subsystem-Media Gateway Function

Chức năng cổng phương tiện – phân

hệ đa phương tiện IP

Switching Function

Chức năng chuyển mạch dịch vụ đa phương tiện IP

Network

Mạng truy nhập kết nối IP

ISDN Integrated Services Digital

Bộ điều khiển chức năng tài nguyên

đa phương tiện

Requirements

Yêu cầu server truy nhập mạng

Chuyển mạch gói; server hiện thời

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch kênh công cộng

In User Service

Dịch vụ người sử dụng quay số nhận thực từ xa

SAA Server-Assignment-Answer Trả lời gán server

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Module

Môđun nhận dạng thuê bao toàn cầu

network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kiến trúc phân lớp IMS 7

Hình 1.2 Sơ đồ kiến trúc chức năng IMS của 3GPP 8

Hình 1.3 Kiến trúc CSCF 9

Hình 1.4 Giao diện Diameter giữa HSS, SLF và các CSCF, giao diện SIP giữa các CSCF 13

Hình 1.5 Kiến trúc MRF 14

Hình 1.6 Kiến trúc IMS với các giao diện 17

Hình 1.7 Mô hình IMS theo ITU-T 19

Hình 1.8 Mô hình IMS của ETSI 20

Hình 2.1 Tổng quan về Diameter 23

Hình 2.2 Kiến trúc phân lớp giao thức Diameter 24

Hình 2.3 Giao thức cơ bản Diameter 24

Hình2.4 Thành phần Relay 25

Hình2.4 Thành phần PROXY 25

Hình 2.5 Diameter Redirect Agent 26

Hình 2.6 Thực thể Diameter Translation 27

Hình 2.7 Định dạng bản tin 27

Hình 2.8 Cấu trúc gói tin cơ bản Diameter 28

Hình 2.10 Định dạng bản tin SCTP 33

Hình 2.11 Cấu trúc tiêu đề TCP 34

Hình 2.12 phiên và kết nối trong Diameter 37

Hình 2.16 Ví dụ về lỗi giao thức và bản tin trả lời 40

Hình 2.17 Ví dụ về lỗi ứng dụng bản tin trả lời 40

Hình 3.1 Lưu đồ đăng ký IMS mức cao 42

Hình 3.2 Đăng kí với người dùng chưa đăng kí 48

Hình 3.3 Đăng kí lại với người dùng đã được đăng kí 50

Hình 3.4 Xóa đăng kí với người dùng đã được đăng kí .52

Hình 3.5 Xóa đăng kí khởi tạo mạng – hết thời gian đăng kí 55

Hình 3.6 Xóa đăng kí ứng dụng khởi tạo mạng bởi HSS – quản lí 56

Hình 3.7 Xóa đăng kí ứng dụng khởi tạo mạng-mặt bằng dịch vụ 58

Hình 3.8 Đăng kí trên SLF (trường hợp 1) 62

Hình 3.9 Đăng kí trên SLF(trường hợp 2) 63

Hình 3.10 Mời UE trên SLF 63

Hình 3.11 Lưu đồ thiết lập phiên IMS mức cao 64

Hình 3.13 Biểu đồ chuỗi bản tin cho thiết lập phiên (di động) 70

Hình 3.14 Bảng chuỗi bản tin cho thiết lập phiên (kết thúc di động) 71

Hình 3.15 Biểu đồ chuỗi bản tin đối với môi trường thay đổi 72

Hình 3.16 Biểu đồ chuỗi bản tin cho từ bỏ phiên 73

Hình 3.17 Biều đồ chuỗi bản tin đối với mang khởi tạo gỡ bỏ phiên 74

Hình 3.18 Biều đồ chuỗi bản tin cho thiết lập phiên (PSTN khởi tạo) 75

Hình 3.19 Biểu đồ chuỗi bản tin cho thiết lập phiên (IMS khởi tạo) 76

Hình 3.20 Biểu đồ chuỗi bản tin cho dỡ bỏ phiên (PSTN khởi tạo) 77

Hình 3.21 Biểu đồ chuỗi bản tin cho gỡ bỏ phiên (IMS khởi tạo) 78

Bảng 3.5 Mô tả sử dụng những bản tin trong thanh toán ngoại tuyến 78

Hình 3.22 Kiến trúc tính cước IMS trực tuyến 81

Hình 3.23 IEC – Hoạt động chuyển giao đơn vị 84 Hình 3.24 ECUR – Các đơn vị dành riêng và hoạt động tính cước đơn vị 85

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 So sánh đặc điểm của các mô hình IMS 21

Bảng 2.1 Bảng mã lệnh Diameter 29

Bảng 2.2 Một số AVPs 31

Bảng 2.3 Tổng kết sự khác nhau giữa Diameter và RADIUS 41

Bảng 3.1 Thông tin được lưu trước, trong và sau quá trình đăng ký 43

Bảng 3.2 Mã lệnh trong giao diện Cx và Dx 44

Bảng 3.3 Bản tin yêu cầu thanh toán khởi sự bởi SIP hoặc bản tin ISUP cho tất cả các nút IMS trừ MRFC và AS 69

Bảng 3.4 Bản tin yêu cầu thanh toán khởi tạo bởi các phương pháp SIP đối với MRFC 70

Bảng 3.6 Bản tin yêu cầu thanh toán (ACR) dành cho thanh toán ngoại tuyến 79

Bảng 3.7 Bản tin trả lời thanh toán (ACA) cho thanh toán ngoại tuyến 80

Bảng 3.8 đưa ra cấu trúc cơ bản của bản tin Diameter CC-Request được sử dụng trong thanh toán trực tuyến IMS 87

87

Bảng 3.9 Nội dung Bản tin trả lời giám sát thanh toán (CCA) đối với thanh toán trực tuyến 87

Bảng 3.10 Diameter AVP mà được sử dụng cho thanh toán IMS 89

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội là nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cấp bách đối với cuộc sống con người Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày một tăng và không thể tách rời đời sống xã hội Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ đa phương tiện Mạng phải có tổ chức đơn giản nhưng

có nhiều chức năng Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải được tích hợp thì mới có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng đa phương tiện cho khách hàng

Thực tế mạng viễn thông hiện nay đã có một bước tiến dài nhờ có sự bùng

nổ của các công nghệ mới và nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông của khách hàng Tuy nhiên trong tương lai mạng viễn thông không những chỉ thỏa mãn cho khách hàng các dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và các dịch vụ băng rộng mà còn phải đáp ứng cho khách hàng các dịch vụ có độ tích hợp cao, các dịch vụ đa phương tiện với các thuộc tính an ninh, bảo mật, chất lượng, linh hoạt và thông minh nhất

Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹp sang mạng số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho người dùng đầu cuối Mặc dù vậy mạng hiện tại vẫn không thỏa mãn hết được nhu cầu của khách hàng Chính vì vậy cần có một tổ chức mạng mới tập hợp được tất cả các ưu điểm của mạng viễn thông hiện tại và phải đáp ứng được các nhu cầu truyền thông trong tương lai

Một trong những xu hướng phát triển hiện nay là thiết lập các phân hệ đa phương tiện IP trong mạng NGN Các phân hệ này là nền tảng hội tụ mạng cố định

và di động, hội tụ đầu cuối, hội tụ dịch vụ,…

Diameter là giao thức có ý nghĩa quan trọng trong IMS, cụ thể là trong quá trình nhận thực, cấp quyền và thanh toán cho các thuê bao với nhiều yêu cầu truy nhập và dịch vụ phương tiện khác nhau Vì vậy, nghiên cứu để nắm bắt được cấu trúc, hoạt động của giao thức này là việc làm cần thiết trong việc định hướng nghiên cứu mạng và dịch vụ mới trên nền IMS

Nội dụng đồ án bao gồm 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu về kiến trúc IMS, chức năng của từng phần tử và một số

so sánh giữa các mô hình kiến trúc của một số tổ chức khác nhau trong chuẩn hóa IMS

Chương 2: Trình bày tổng quan về giao thức Diameter, lịch sử phát triển, các

thành phần Diameter, định dạng bản tin, vận chuyển, kết nối và phiên, bảo mật,…

Chương 3: Nghiên cứu về một số thủ tục trong IMS sử dụng giao thức Diameter

như đăng kí, xóa đăng kí, thiết lập phiên, truy vấn thông tin định tuyến, tính cước

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Ths Nguyễn Thi Thu Hằng và các thầy

cô giáo trong khoa Viễn Thông thuộc Học viện công nghệ Bưu Chính Viễn Thông cùng gia đình đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như làm đồ án này

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IMS1.1 Sự ra đời và phát triển IMS

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS - IP Multimedia Subsystem) là một tập các đặc điểm kỹ thuật mô tả trong kiến trúc mạng thế hệ sau NGN cho việc thực thi các dịch vụ đa phương tiện và thoại dựa trên IP IMS định nghĩa một kiến trúc và cơ cấu hoàn chỉnh cho phép hội tụ thoại, hình ảnh, dữ liệu với các công nghệ mạng di động dựa trên cơ sở hạ tầng IP Nó hoàn thiện lỗ hổng giữa hai mô hình truyền thông thành công nhất, là công nghệ tế bào và Internet Có thể hình dung được rằng người

sử dụng có thể lướt Web, chơi game trực tuyến hoặc tham gia một hội nghị video quan trọng cho dù đang ở đâu và sử dụng các thiết bị cầm tay nào Đó là một viễn cảnh của IMS, cung cấp truy nhập di động cho tất cả các dịch vụ mà Internet hỗ trợ

IMS được định nghĩa đầu tiên bởi 3GPP (Third Generation Partnership Project), như là phần của các chuẩn làm việc hỗ trợ cho mạng GSM và công nghệ

vô tuyến phát triển IMS đã được giới thiệu đầu tiên trong 3GPP phiên bản 5, trong

đó giao thức khởi tạo phiên SIP của IETF được chọn làm giao thức chính cho IMS Sau đó IMS đã được cải tiến rong các phiên bản 6 và 7 của 3GPP, bao gồm thêm các tính năng mới như quản lý nhóm, liên kết với WLAN và các hệ thống dựa trên

CS, truy nhập băng rộng cố định

Bên cạnh đó 3GPP2, cũng tham gia chuẩn hóa IMS 3GPP2 được tạo ra để phát triển các hệ điều hành liên hệ thống viễn thông của Bắc Mỹ và mạng di động Châu Á thành hệ thống thế hệ thứ 3 Hai kiến trúc IMS này được định nghĩa bởi hai

tổ chức này khá giống nhau nhưng không hoàn toàn 3GPP2 thêm sự điều chỉnh thích hợp cho một vài chi tiết riêng của họ Tuy nhiên mục đích của hai tổ chức là

để đảm bảo ứng dụng IMS sẽ làm việc tương thích trên các cơ sở hạ tầng mạng khác nhau

Ngoài 3GPP và 3GPP2, liên minh di động mở (OMA - Open Mobile Alliance) đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa ra và phát triển các chuẩn dịch

vụ của IMS Các dịch vụ định nghĩa bởi OMA được xây dựng ở trên cơ sở hạ tầng IMS như là bản tin nhanh, dịch vụ hiện thời và dịch vụ quản lý nhóm,…

1.2 Các yêu cầu kiến trúc

• Kết nối IP

Yêu cầu cơ bản đối với một khách hàng truy nhập tới các dịch vụ IMS là phải có một kết nối IP Thêm vào đó, phải sử dụng cho IPv6 Kết nối IP có thể đạt được từ mạng nhà (home network) và từ mạng khách (visited network)

• Truy nhập độc lập

IMS được thiết kế để truy nhập độc lập do đó các dịch vụ IMS có thể được cung cấp trên bất kỳ mạng kết nối IP nào (ví dụ như GPRS, WLAN, đường dây thuê bao số truy nhập băng rộng)

• Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ đa phương tiện IP

Trong mạng Internet công cộng, thời gian trễ của các gói tin có thể lớn và biến động, nhiều gói đến không theo thứ tự, bị mất hoặc bị loại bỏ Điều này sẽ không xảy ra trong IMS Các mạng truyền tải và truy nhập cơ sở cùng với IMS cung cấp chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối

Thông qua IMS, UE thương lượng dung lượng, tốc độ và yêu cầu QoS trong quá trình thiết lập phiên hoặc thay đổi phiên SIP UE có thể thương lượng các tham

số như sau:

• Kiểu phương tiện, hướng của lưu lượng;

• Kiểu tốc độ bít phương tiện, kích cỡ gói, tần số truyền tải gói;

• Cách sử dụng tải trọng RTP cho các loại phương tiện;

• Thích ứng băng thông;

Sau khi thương lượng các tham số tại mức ứng dụng, các UE dành tài nguyên thích hợp từ mạng truy nhập Khi đã tạo ra được chất lượng đầu cuối đến đầu cuối, các UE mã hóa và đóng gói từng loại phương tiện riêng biệt với một giao thức thích hợp (ví dụ RTP) và gửi những gói phương tiện này tới mạng truy nhập và truyền tải mạng bằng cách sử dụng một giao thức lớp truyền tải (TCP hoặc UDP) trên IP Các nhà vận hành mạng thương lượng thỏa thuận mức dịch vụ để đảm bảo mức QoS trên đường trục liên kết nối

• Truyền thông đảm bảo

Bảo mật là yêu cầu cơ bản trong mỗi hệ thống viễn thông và IMS không phải

là ngoại lệ IMS cung cấp ít nhất môt mức bảo mật giống như GPRS và các mạng chuyển mạch kênh: ví dụ IMS đảm bảo rằng mọi người dùng được nhận thực trước khi họ có thể sử dụng các dịch vụ và người dùng có thể bổ sung yêu cầu khi đã được kết nối một phiên

• Sắp xếp tính cước

Kiến trúc IMS cho phép sử dụng các mô hình tính cước khác nhau bao gồm khả năng tính cước chỉ bên gọi hoặc tính cước cả bên gọi và bị gọi dựa trên các tài nguyên đã được sử dụng trong lớp truyền tải Sau này cước có thể tính toàn bộ cho

bên gọi trong phiên IMS Có thể sử dụng các kế hoạch tính cước khác nhau tại lớp truyền tải và lớp IMS Tuy nhiên, một nhà vận hành có thể bị hẫp dẫn bởi các thông tin tính cước nảy sinh tại lớp tính cước truyền tải và IMS (dịch vụ và nội dung) Khả năng này sẽ được cung cấp nếu một nhà vận hành tận dụng được một điểm tham chiếu điều khiển chính sách.

Kiến trúc IMS hỗ trợ khả năng tính cước trực tuyến (online) và ngoại tuyến (offline) Tính cước trực tuyến là quá trình tính cước mà thông tin tính cước có thể tác động thời gian thực đến dịch vụ được đưa ra và do vậy hoạt động trực tiếp với điều khiển phiên hoặc dịch vụ Thực tế một nhà vận hành có thể kiểm tra tài khoản của người dùng trước khi cho phép người dùng đó tham gia một phiên và dừng phiên khi tài khoản đã hết Các dịch vụ trả tiền trước là các ứng dụng cần thiết đối với khả năng tính cước trực tuyến Tính cước ngoại tuyến là một quá trình tính cước

mà thông tin tính cước không tác động thời gian thực tới các dịch vụ đưa ra Đây là

mô hình truyền thống trong đó thông tin tính cước được thu thập trong một giai đoạn riêng và vào cuối giai đoạn đó nhà vận hành mạng sẽ gửi hóa đơn tới khách hàng

• Hỗ trợ chuyển vùng

Từ quan điểm của người sử dùng điều quan trọng là phải được truy nhập tới dịch vụ bất kể họ đang ở vị trí địa lý nào Tính năng chuyển vùng làm cho việc sử dụng các dịch vụ là có thể thực hiện được, kể cả người sử dụng đó có đang nằm trong vị trí địa lý của mạng nhà hay không

• Liên kết với các mạng khác

Rõ ràng là IMS không thể cùng được triển khai trên toàn thế giới Hơn nữa, mọi người không thể thay đổi thiết bị kết cuối hoặc đăng ký thuê bao điện thoại một cách nhanh chóng Điều này nảy sinh một vấn đề làm thế nào để kết nối được tới người dùng bất kể họ đang ở đâu và sử dụng loại đầu cuối nào Để trở thành một kiến trúc và công nghệ mạng truyền thông thành công, IMS phải có khả năng kết nối tới nhiều khách hàng nhất có thể

Do vậy, IMS phải hỗ trợ các kết nối với các người dùng PSTN, ISDN, di động và Internet Thêm nữa, nó cần có khả năng hỗ trợ các phiên với ứng dụng Internet

• Phát triển dịch vụ

Tầm quan trọng của mặt phẳng dịch vụ có thể mở rộng để đưa ra các dịch vụ mới nhanh chóng, điều đó có nghĩa là các phương pháp cũ của việc chuẩn hóa các dịch vụ viễn thông, các ứng dụng và dịch vụ bổ sung là không được chấp nhận nữa

Do đó 3GPP đã chuẩn hóa các khả năng dịch vụ để hỗ trợ thoại, hình ảnh, đa phương tiện, các bản tin, chia sẻ tệp (file), truyền số liệu và các dịch vụ bổ sung cơ bản trong IMS

• Thiết kế phân lớp

3GPP đã quyết định sử dụng phương pháp phân lớp cho thiết kế kiến trúc IMS Điều này có nghĩa là các dịch vụ kênh mang và truyền tải tách biệt với mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên Hơn nữa các dịch vụ là chạy trên mạng báo hiệu IMS

Phương pháp phân lớp gia tăng tầm quan trọng của lớp ứng dụng Khi các ứng dụng tách biệt nhau và các chức năng chung có thể được cung cấp bởi mạng IMS cơ sở thì các ứng dụng chạy trên UE sử dụng nhiều kiểu truy nhập khác nhau

1.3 Kiến trúc phân lớp IMS

IMS là một chuẩn dựa trên mạng viễn thông toàn IP, sử dụng cả mạng có dây

và không dây hiện tại với sự đa dạng các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản, và dữ liệu Các dịch vụ dựa trên IMS có thể được phân chia thành ba loại như sau:

• Dịch vụ phi thời gian thực như dịch vụ tin nhắn và phân phối nội dung đa phương tiện

• Dịch vụ gần thời gian thực ví dụ như Push to talk qua mạng thông tin di động tổ ong và dịch vụ Game

• Dịch vụ thời gian thực như thoại, audio hoặc video, hội nghị dựa trên nền chuyển mạch gói

Mạng di động và cố định có thể được hội tụ trên nền tảng IMS hoàn toàn IP

Để thấy được xu hướng đó, một mạng IMS được định nghĩa trong một kiến trúc mặt phẳng ngang, bao gồm 3 lớp chức năng: truyền tải, điều khiển và ứng dụng như được chỉ ra ở hình 1.1

Lớp dưới cùng là lớp truyền tải thực hiện truyền tải các luồng phương tiện Lớp này bao gồm các thiết bị switch, router và các thực thể xử lý phương tiện như media gateway, media server, được sử dụng cho cả mạng đường trục và mạng truy nhập Người dùng của mạng IMS có thể kết nối thông qua sự đa dạng về mạng truy nhập và kỹ thuật bao gồm cả mạng không dây và có dây Một vài người sử dụng có thể kết nối trực tiếp tới IMS thông qua mạng dựa trên IP, người dùng khác có thể kết nối gián tiếp với mạng IMS thông qua PSTN Mỗi một kiểu kết nối trên tới mạng IMS đều được thực hiện dễ dàng bởi các phần tử logic trong lớp truyền tải Như là một lớp truy

nhập không phụ thuộc mạng, IMS có thể kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có:

• Mạng di động thế hệ 3 (3G UMTS);

• Mạng di động thế hệ 2,5 (2,5G GPRS);

• Các mạng IP hiện nay như WLAN, WiMax;

• Mạng cố định của các khu dân cư (DSL) và cable băng rộng;

• Mạng cố định của khu kinh doanh qua IP Centrex

Mục đích của lớp truyền tải là tách biệt các lớp cao hơn của IMS khỏi các công nghệ mạng truy nhập phức tạp trong việc nhận và gửi báo hiệu, phương tiện từ thiết bị Các phần tử mạng trong lớp truyền tải IMS cung cấp một giao diện chung tới lớp điều khiển và không quan tâm tới mạng truy nhập Các phần tử này chịu trách nhiệm biên dịch các giao thức từ mạng kết nối thành các giao thức cần thiết tác động với mạng lõi IMS

Hình 1.1 Kiến trúc phân lớp IMSLớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển, bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu (ví dụ: CSCF, HSS, MGCF…) để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phương tiện và điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H248 Lớp điều khiển là mạng lõi của IMS, cung cấp

khả năng điều khiển hiệu quả cho các thiết bị của người sử dụng kết nối tới nhiều kiểu mạng truy nhập Lớp này cũng bao gồm server thuê bao nhà (HSS) để lưu trữ thông tin như vị trí vật lý của người dùng, phân phát tài nguyên và dữ liệu bảo mật có liên quan.

Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp ứng dụng Lớp này bao gồm các server ứng dụng như server ứng dụng SIP, server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ mở kế thừa IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà và các thành phần của mạng báo hiệu được phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển Những thuê bao khả thi này có thể nhận dữ liệu cùng loại các dịch

vụ trong khi chúng chuyển giao

Khi đưa ra một cấu trúc mạng lõi đơn của một mạng lõi cấu trúc theo chiều ngang cho bất kỳ một loại mạng truy nhập và dịch vụ khác nhau, kiến trúc phân hệ IMS mang lại lợi thế xoá bỏ kiến trúc dịch vụ theo chiều dọc truyền thống Kiến trúc phân hệ IM tạo lập một nguồn tài nguyên chia sẻ hấp dẫn và cơ hội cho việc tiết kiệm chi phí của nhà khai thác mạng và nhà cung cấp dịch vụ

1.4 Kiến trúc chức năng IMS

1.4.1 Sơ đồ khối kiến trúc

3GPP, ETSI và diễn đàn Parlay định nghĩa kiến trúc chức năng của IMS như trên hình vẽ 1.2:

 Hội tụ mạng di động và mạng cố định;

 Hội tụ dịch vụ, cung cấp dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên nền gói IP;

 Hội tụ đầu cuối;

1.4.2 Chức năng các phần tử trong IMS

CSCF có thể có một số vai trò khác nhau khi được sử dụng trong phân hệ đa phương tiện IP Nó có thể hoạt động như một Proxy-CSCF (P-CSCF), như một Serving-CSCF (S-CSCF), và có thể như một Interrogating-CSCF (I-CSCF) Hình 1.3 thể hiện kiến trúc CSCF

Hình 1.3 Kiến trúc CSCF

1.4.2.1 CSCF ủy quyền (P-CSCF)

P-CSCF là điểm giao tiếp đầu tiên trong IMS Địa chỉ của nó được UE tìm ra sau khi kích hoạt thành công một ngữ cảnh PDP P-CSCF xử lý như một người đại diện tiếp nhận yêu cầu rồi phục vụ hoặc gửi chúng đi P-CSCF sẽ không thay đổi các URI yêu cầu trong bản tin INVITE SIP P-CSCF có thể cư xử như một UA (User Agent – tác nhân người dùng) nhưng nó có thể kết thúc độc lập với giao dịch SIP Chức năng điều khiển chính sách (PCF) là một thực thể logic của P-CSCF

P-CSCF thực hiện các chức năng sau:

 Chuyển tiếp yêu cầu đăng ký SIP nhận được từ UE tới một I-CSCF đã xác định sử dụng tên miền mạng nhà khi được UE cung cấp;

 Chuyển tiếp một bản tin SIP nhận được từ UE tới một server SIP (ví dụ S-CSCF) với tên của P-CSCF đã nhận được từ thủ tục đăng ký;

 Gửi trả lời hoặc yêu cầu tới UE;

Phát hiện hoặc điều khiển các yêu cầu thiết lập phiên khẩn cấp như các thủ tục điều khiển lỗi

 Phát ra các CDR;

 Bảo dưỡng hệ thống bảo mật giữa nó và UE;

 Thực hiện nén hoặc giải nén các bản tin SIP;

 Trao quyền quản lí mạng mang và quản lí QoS;

1.4.2.2 CSCF hỏi (I-CSCF)

I-CSCF là điểm giao tiếp trong phạm vi mạng của mạng nhà khai thác cho tất

cả các kết nối tới thuê bao của nhà khai thác mạng, hoặc một thuê bao chuyển mạng hiện tại nằm trong phạm vi vùng phục vụ của nhà khai thác mạng Trong một mạng

có thể có nhiều I-CSCF

I-CSCF thực hiện các chức năng sau:

 Đăng kí

 Phân bổ một S-CSCF cho một người dùng thực hiện đăng kí SIP;

 Các luồng liên quan đến phiên và không liên quan đến phiên

 Định tuyến yêu cầu SIP nhận được từ mạng khác tới S-CSCF;

 Nhận địa chỉ của S-CSCF từ HSS;

 Gửi yêu cầu hoặc trả lời SIP tới S-CSCF đã được xác định;

 Sử dụng tài nguyên và thanh toán

 Cổng liên mạng ẩn cấu hình: trong việc thực hiện các chức năng trên nhà khai thác có thể sử dụng chức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình (THIG) trong I-CSCF hoặc kĩ thuật khác để ẩn cấu hình và khả năng của mạng khỏi các mạng ngoài Khi một I-CSCF được chọn để ẩn cấu hình thì để truyền phiên qua các miền mạng khác nhau I-CSCF (THIG) sẽ gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới I-CSCF (THIG) khác được phép vận hành và bảo dưỡng độc lập cấu hình

1.4.2.3 CSCF phục vụ (S-CSCF)

S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE Nó bảo dưỡng trạng thái một phiên khi cần thiết để nhà khai thác mạng hỗ trợ các dịch vụ Trong phạm

vi mạng của nhà khai thác các S-CSCF khác nhau có thể có các chức năng khác nhau S-CSCF thực hiện các chức năng như sau:

 Đăng kí

 Có thể xử lí như một REGISTRAR (hộ tịch viên), nó tiếp nhận yêu cầu đăng kí và thiết lập thông tin khả dụng cho nó qua server vị trí (ví

dụ HSS)

 Lưu lượng liên quan đến phiên và không liên quan đến phiên

 Điều khiển phiên cho các đầu cuối đã đăng kí Nó sẽ từ chối truyền thông IMS từ hoặc tới nhận dạng người dùng chung đã bị ngăn chặn khỏi IMS sau khi đã hoàn thành các thủ tục đăng kí;

 Nó có thể xử lí như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và phục vụ hoặc gửi chúng đi;

 Nó có thể xử lí như một UA Nó có thể kết thúc mà không phụ thuộc vào phiên giao dịch SIP;

 Tương tác với mặt bằng dịch vụ để hỗ trợ các loại dịch vụ;

 Cung cấp cho các điểm đầu cuối bằng việc cung cấp các thông tin;

 Thay mặt cho một điểm đầu cuối khởi tạo (ví dụ thuê bao khởi tạo hoặc UE)

o Nhận địa chỉ của I-CSCF từ cơ sở dữ liệu để nhà khai thác mạng phục vụ thuê bao đích từ tên người dùng đích (ví dụ URL tel hoặc URI SIP), khi thuê bao đích là khách từ một nhà khai thác mạng khác gửi yêu cầu hoặc trả lời SIP tới I-CSCF đó

o Khi tên của thuê bao đích (URL tel hoặc URI SIP) và thuê bao khởi tạo là khách của cùng một nhà khai thác mạng gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới một I-CSCF trong phạm vi mạng của nhà khai thác

o Phụ thuộc vào chính sách của nhà khai thác mà yêu cầu hoặc đáp ứng SIP gửi tới server SIP khác đặt trong phạm vi một miền ISP bên ngoài IMS

o Gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới BGCF để định tuyến cuộc gọi tới miền PSTN hoặc miền chuyển mạch kênh

 Thay mặt điểm đầu cuối đích (thuê bao kết cuối hoặc UE)

o Gửi trả lời hoặc yêu cầu SIP tới một P-CSCF tới một thuê bao nhà trong phạm vi mạng nhà, hoặc cho một thuê bao chuyển mạng trong phạm vi mạng khách mà ở đó mạng nhà không có một I-CSCF trong tuyến

o Gửi trả lời hoặc yêu cầu SIP tới một BGCF để định tuyến cuộc gọi tới PSTN hoặc miền chuyển mạch kênh

 Sử dụng tài nguyên và thanh toán

1.4.2.4 Chức năng điều khiển chuyển mạng (BGCF)

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) lựa chọn mạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng sẽ được định tuyến sang Nếu BGCF xác định được rằng lưu lượng chuyển mạng đó sẽ tới mạng PSTN hay mạng chuyển mạch kênh nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCF

để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN Nếu lưu lượng chuyển sang mạng không nằm cùng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báo hiệu phiên này tới BGCF đang quản lý mạng đích đó

BGCF thực hiện các chức năng như sau:

 Nhận yêu cầu từ S-CSCF để lựa chọn một điểm chuyển lưu lượng phù hợp sang PSTN hay CSN;

 Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CSN Nếu như sự tương tác ở trong một mạng khác thì BGCF sẽ gửi báo hiệu SIP tới BGCF của mạng đó Nếu như sự tương tác nằm trong một mạng khác và nhà khai thác yêu cầu ẩn cấu hình mạng đó thì BGCF gửi báo hiệu SIP thông qua một I-CSCF (THIG)

về phía BGCF của mạng đó;

 Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN hoặc CSN và gửi báo hiệu SIP tới MGCF đó Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằm trong một mạng khác;

 Đưa ra các CDR

BGCF có thể sử dụng thông tin nhận được từ các giao thức khác hoặc sử dụng thông tin quản lí khi lựa chọn mạng sẽ tương tác

1.4.2.5 Server thuê bao nhà (HSS)

Đây là cơ sở dữ liệu chung cho tất cả các người dùng, nó chứa cả HLR trong mạng GPRS HSS chịu trách nhiệm lưu trữ danh sách các đặc điểm và thuộc tính dịch vụ của người dùng đầu cuối Danh sách này được sử dụng để kiểm tra vị trí và các biện pháp truy nhập thuê bao HSS cung cấp thông tin thuộc tính người dùng một cách trực tiếp hoặc thông qua các server Thuộc tính thuê bao lưu trữ gồm: nhận dạng người dùng, dịch vụ đã đăng ký, thông tin trao quyền HSS chứa các chức năng đa phương tiện IP để truyền tải thông tin tới các thực thể thích hợp trong

mạng lõi để thiết lập cuộc gọi hoặc phiên, an ninh, trao quyền vv Nó cũng truy nhập vào các server nhận thực như AUC, AAA

Hình 1.4 Giao diện Diameter giữa HSS, SLF và các CSCF, giao diện SIP giữa các

CSCF

1.4.2.6 Chức năng định vị đăng ký thuê bao (SLF)

SLF (Subcription location function) được sử dụng như là một cơ chế phân giải cho phép I-CSCF, S-CSCF và AS tìm được địa chỉ của HSS, nơi chứa số liệu thuê bao khi nhiều HSS với các địa chỉ khác nhau được sử dụng trong mạng của nhà khai thác

1.4.2.7 Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF)

Chức năng điều khiển cổng phương tiện MGCF là một cổng hỗ trợ thông tin giữa các người sử dụng IMS và mạng chuyển mạch kênh MGCF và các cổng phương tiện (IMS-MGW) chịu trách nhiệm cho báo hiệu và chuyển đổi các phương tiện giữa miền chuyển mạch gói và các mạng chuyển mạch kênh (PSTN chẳng hạn) MGCF giao tiếp với S-CSCF (hoặc BGCF) qua giao thức SIP Báo hiệu cuộc gọi SS7 hoặc ISUP được chuyển từ cổng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh và MGCF qua giao thức SIGTRAN MGCF phải phiên dịch các bản tin SIP và ISUP

để đảm bảo tương tác giữa hai giao thức này Tất cả các báo hiệu điều khiển cuộc gọi từ các người sử dụng ở mạng chuyển mạch kênh đều được đưa đến MGCF để chuyển đổi ISUP (hay BICC) vào giao thức SIP, sau đó chuyển phiên đến IMS Tương tự tất cả các báo hiệu khởi nguồn từ IMS đến các người sử dụng ở mạng chuyển mạch kênh được gửi đến MGCF MGCF cũng điều khiển các kênh phương

tiện trong thực thể liên quan của mặt phẳng người sử dụng Ngoài ra MGCF cũng

có khả năng báo cáo thông tin thanh toán cho chức năng tập hợp tính cước CCF

Thành phần này là điểm kết cuối cho PSTN/ PLMN cho một mạng xác định MGCF thực hiện các chức năng sau:

 Điều khiển trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênh phương tiện trong một MGW;

 Truyền thông với CSCF;

 MGCF lựa chọn CSCF phụ thuộc vào số định tuyến cho các cuộc gọi lối vào

từ các mạng kế thừa;

 Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa mạng kế thừa (ví dụ ISUP, R1/ R2 v.v ) và các giao thức điều khiển cuộc gọi trong IMS

1.4.1.8 Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF)

Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) được thể hiện trong hình 1.5:

Hình 1.5 Kiến trúc MRFMRF được phân tách thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP

Bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRFC): hỗ trợ các dịch

vụ liên quan đến kênh mang hội nghị, thông báo cho người sử dụng hay chuyển đổi

mã kênh mang MRFC diễn giải báo hiệu SIP nhận được từ S-CSCF và sử dụng các lệnh MEGACO (giao thức điều khiển cổng phương tiện) để điều khiển MRFP (bộ

xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện) MRFC có khả năng gửi các thông tin thanh toán đến chức năng tập hợp tính cước CCF và hệ thống tính cước trực tuyến OCS

Nhiệm vụ của của MRFC như sau:

 Điều khiển tài nguyên phương tiện trong MRFP;

 Dịch thông tin đến từ AS và S-CSCF (ví dụ nhận dạng phiên) để điều khiển MRFP một cách phù hợp

Bộ xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRFP): Cung cấp các tài

nguyên mặt phẳng người sử dụng theo yêu cầu và chỉ thị của MRFC

Nhiệm vụ của MRFP như sau:

 Cung cấp tài nguyên để MRFC điều khiển;

 Trộn các luồng phương tiện vào (ví dụ đối với nhiều phần phương tiện);

 Tài nguyên luồng phương tiện (thông báo đa phương tiện);

 Xử lí luồng phương tiện (ví dụ chuyển mã âm thanh, phân tích phương tiện)

1.4.2.9 Cổng phương tiện IMS (IMS-MGW)

IMS- MGW cung cấp kết nối mặt phẳng người dùng giữa các mạng chuyển mạch kênh (PSTN, GSM) và IMS Nó có thể kết thúc các kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh và các luồng phương tiện từ mạng đường trục (ví dụ luồng RTP trong mạng IP) IMS-MGW có thể hỗ trợ chuyển đổi phương tiện điều khiển mang

và xử lí tải trọng (ví dụ mã hóa, triệt vọng, cầu hội nghị) Nó có thể:

 Tương tác với MRCF để điều khiển tài nguyên;

 Điều khiển tài nguyên như triệt tiếng vọng…

1.4.2.11 Server ứng dụng (AS)

3GPP đặc tả rằng mỗi UE đều có mạng nhà và có thể đăng ký tập các dịch vụ với mạng nhà của nó (các dịch vụ đăng ký tại mạng nhà) Các tiêu chuẩn 3GPP hiện thời đòi hỏi rằng mạng nhà của UE phải cung cấp điều khiển dịch vụ cho mạng khách

Các AS không chỉ đơn thuần là các thực thể IMS mà đúng hơn là các chức năng trên cùng của IMS Các AS được trình bầy ở đây như là bộ phận của IMS vì

chúng là các thực thể cung cấp các dịch vụ đa phương tiện giá trị gia tăng trong IMS

AS đăng trong mạng nhà của người sử dụng hay tại vị trí của người thứ ba Các dịch vụ cung cấp không chỉ hạn chế trên các dịch vụ dựa trên SIP mà cả các dịch vụ dựa trên môi trường dịch vụ của mạng thông minh CAMEL (Customized Application for Mobile network Enhanced Logic) và kiến trúc dịch vụ mở (OSA)

1.4.2.12 Chức năng quyết định chính sách (PDF)

PCF chịu trách nhiệm đưa ra các quyết định về chính sách dựa trên thông tin phiên và thông tin liên quan đến phương tiện nhận được từ P-CSCF Nó hoạt động như một điểm quyết định chính sách để điều khiển SBLP (Service based local policy: chính sách địa phương dựa trên dịch vụ)

1.4.2.13 Cổng an ninh (SEG)

SEG bảo vệ hệ thống thông tin giữa các miền an ninh, lưu lượng sẽ được truyền qua cổng an ninh (SEG) trước khi vào hoặc ra miền an ninh Miền an ninh được coi là một mạng được quản lý bởi một thẩm quyền quản lý Thông thường đây

là biên giới của các nhà khai thác mạng SEG được đặt tại biên của miền an ninh và

nó áp đặt chính sách an ninh của miền an ninh cho các SEG khác trong miền an ninh kết cuối Nhà khai thác mạng phải có nhiều SEG trong mạng của mình để tránh sự cố SEG có thể được quy định để tương tác với tất cả các kết cuối miền an ninh hay chỉ được định nghĩa cho một tập con các kết cuối này

1.4.3 Các giao diện trong IMS

Các giao diện chính của IMS như trên hình 1.6 và có thể phân loại thành một

số nhóm

 Các giao diện để điều khiển dịch vụ và báo hiệu dựa trên SIP gồm: Mg, Mi,

Mj, Mk, Mr, Mw, Gm, ISC Tất cả các giao diện này sử dụng báo hiệu SIP

 Giao diện Mg cho phép CSCF tương tác với MGCF

 Giao diện Mi cho phép CSCF chuyển báo hiệu phiên đến BGCF để có thể chuyển đến mạng chuyển mạch kênh

 Giao diện Mj cho phép một BGCF chuyển báo hiêu phiên đến một MGCF được lựa chọn để truyền phiên đến mạng chuyển mạch kênh

 Giao diện Mk cho phép một BGCF chuyển báo hiệu phiên đến một BGCF khác

 Giao diện Mr cho phép S-CSCF tương tác với một MRFC

 Giao diện Mw cho phép một I-CSCF hướng các kết cuối tại máy di động đến một S-CSCF

 Giao diện Gm giao diện này được sử dụng để truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu SIP giữa UE và IMS Phần tử IMS giao diện với UE là P-CSCF

 Giao diện ISC được sử dụng để trao đổi bản tin báo hiệu giữa S-CSCF với các AS

Hình 1.6 Kiến trúc IMS với các giao diện

 Các giao diện cho các cổng phương tiện dựa trên báo hiệu H248/MEGACO gồm các giao diện Mc và Mp

 Giao diện Mc cho phép một cổng báo hiệu điều khiển cổng phương tiện Chẳng hạn nó được sử dụng giữa MGCF và IMS-MGW, giữa MSC server và CS-MGW hay giữa GMSC server và CS-MGW

 Giao diện Mp cho phép MRFC điều khiển các tài nguyên luồng phương tiện do MRFP cung cấp

 Giao diện sử dụng giao thức DIAMETER: Cx, Gq, Dx, Sh, Dh

 Giao diện Cx Giao diện giữa CSCF và HSS cho phép CSCF nhận được thông tin di động và định tuyến liên quan đến người sử dụng di động để CSCF có thể xác định cách xử lý phiên từ HSS Giao diện này được I-CSCF và S-CSCF sử dụng khi người sử dụng đăng ký phiên hoặc để điều khiển phiên

 Giao diện Gq Giao diện này được sử dụng để truyền tải thông tin thiết lập chính sách giữa chức năng ứng dụng và PDF khi PDF đứng riêng Giao diện này chỉ có trong R5

 Giao diện Dx Khi có nhiều HSS với các địa chỉ khác nhau được sử dụng trong mạng, cả hai I-CSCF và HSS đều không thể biết cần tiếp xúc với HSS nào, vì thể chúng trước tiên phải tiếp xúc với SLF Dx được sử dụng cho trường hợp này

 Giao diện Sh Một AS có thể cần hỏi HSS về số liệu của người sử dụng hoặc yêu cầu SIP được gửi đến S-CSCF nào HSS lưu giữ danh sách các AS mà nó cho phép nhận hoặc lưu các số liệu này

 Giao diện Dh Giao diện này được sử dụng kết hợp với giao diện Sh

để tìm kiếm HSS trong trường hợp có nhiều HSS với địa chỉ khác nhau được sử dụng trong mạng

 Các giao diện với các mạng ngoài gồm Mb, Mm, và Go

 Giao diện Mb là giao diện định tuyến và truyền tải tiêu chuẩn IPv6 với các mạng IP ngoài Giao diện Mb có thể giống như giao diện Gi

 Giao diện Mm là giao diện báo hiệu dựa trên IP tiêu chuẩn để xử lý báo hiệu giữa IMS và các mạng IP ngoài

 Giao diện Go cho phép PCF (chức năng điều khiển chính sách) áp dụng điều khiển chính sách về sử dụng kênh mạng trong GGSN Giao diện này sử dụng giao thức COPS (Common open policy service: dịch

vụ chính sách mở chung) Giao diện này cho phép các nhà khai thác điều khiển QoS trong mặt phẳng người sử dụng và trao đổi các thông tin liên quan tính cước giữa IMS và mạng GPRS

 Giao diện với mạng thông minh CAMEL: Si Giao diện này được sử dụng giao thức MAP (mobile application part: phần ứng dụng di động) Giao diện này được CAMEL AS (IM-SSF) sử dụng để truyền thông tin với HSS Giao diện Si được sử dụng để truyền tải thông tin đăng ký CAMEL từ HSS đến IM-SSF

 Giao diện giữa UE với AS: Ut Giao diện này cho phép UE quản lý là lập cấu hình thông tin liên quan đến dịch vụ của nó một cách an ninh Giao diện này được chuẩn hóa trong R6

1.5 Mô hình IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn

Bên cạnh 3GPP, các tổ chức khác như IETF, ITU-T, ETSI cũng nghiên cứu và đưa ra các phát hành về IMS

1.5.1 Mô hình IMS của ITU-T

ITU-T tiếp cận mạng NGN từ nền tảng cố định PSTN/ISDN Mạng PSTN/ ISDN hiện nay đã phát triển toàn cầu, số lượng thuê bao hiện đang chiếm ưu thế hơn hẳn so với các thuê bao di động hay Internet Nhưng 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 chưa 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

Kiến trúc được xây dựng trên cơ sở kế thừa mạng chuyển mạch kênh truyền thống Theo đó kiến trúc IMS của ITU-T chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại và các dịch vụ đa phương tiện trên các đầu cuối thuộc mạng PSTN và người dùng mạng IMS

Hình 1.7 Mô hình IMS theo ITU-T

Mô hình IMS mà ITU-T đưa ra có đầy đủ các thành phần bắt buộc của phân

hệ IM nói chung bao gồm: Các thành phần điều khiển IMS: P-CSCF, S-CSCF, CSCF, các thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tương tác: BGCF, MGCF, SGW, và các thành phần điểu khiẩn tài nguyên và tương tác phương tiện: MGF, MGW Chức năng của các thành phần này tương tự như chức năng các phần

I-tử trong mô hình IMS tổng quát Kiến trúc lõi IMS, kiến trúc phân phối dịch vụ, kiến trúc kết nối liên mạng và kiến trúc tính cước

1.5.2 Mô hình IMS trong NGN của ETSI

Việc chuẩn hoá IMS được hai tổ chức 3GPP và ITU-T chịu trách nhiệm chính Ngoài ra, IMS còn được tiếp tục chuẩn hoá bởi tổ chức ETSI như một chuẩn dựa trên mạng IP cung cấp các dịch vụ đa phương tiện

Mô hình IMS mà tổ chức ETSI này đưa ra được xem xét trên nền tảng và dịch vụ Internet Internet hiện nay có tốc độ phát triển nhanh nhất, chỉ trong khoảng thời gian cỡ 10 năm, Inernet đã phát triển toàn cầu Nền tảng công nghệ cho Internet dựa trên công nghệ gói IP do vậy Internet được coi là mạng dữ liệu có khả năng truyền tải lớn nhất Tuy nhiên, Internet không đảm bảo chất lượng đối với các dịch

vụ thời gian thực và hướng kết nối Khi xây dựng mô hình IMS trên nền tảng mạng Internet vấn đề chính là việc quản lý và điều khiển chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ yêu cầu các mức QoS khác nhau Mô hình mà ETSI đưa ra như hình 1.8

Hình 1.8 Mô hình IMS của ETSIVới 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 như 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

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 như 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

1.5.3 So sánh mô hình IMS của ITU-T, ETSI và 3GPP

Một số đặc điểm giống và khác nhau trong kiến trúc IMS của ba tổ chức ITU-T, ETSI và 3GPP có thể được tổng kết như bảng sau:

Bảng 1.1 So sánh đặc điểm của các mô hình IMS

Đặcđiểm so sánh 3GPP ITU-T IETF

Quan điểm xây

dựng

Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các đầu cuối 3G

Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các đầu cuối PSTN/

Các thành phần điều khiển IMS: P-CSCF, I-CSCF, S-CSCFCác thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tương tác BGCF, MGCF, SGW

Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW

Thành phần cơ sở dữ liệu HSS

Các thành phần điều khiển IMS: P-CSCF, I-CSCF, S-CSCFCác thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tương tác BGCF, MGCF, SGW

Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW

Có các phần tử chức năng như 3GPP và ITU-T nhưng 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 hiện tương tác với các mạng trước đây

Kết luận chương

Trong chương này đã nghiên cứu tổng quan về IMS, sự ra đời và phát triển của IMS, các yêu cầu kiến trúc trong IMS, cấu trúc chức năng IMS cũng như chức năng của các thực thể trong IMS Bên cạnh đó trong chương này còn đề cập tới các

mô hình của các tổ chức khác như ITU-T, ETSI… Cách tiếp cận IMS của các tổ chức 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 như 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.

Mạng 3G hiện nay có tốc độ phát triển vượt bậc, mặc dù ra đời sau PSTN/ ISDN và Internet nhưng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS) 3G được xây dựng trên nền mạng thông minh PLMN và còn thông minh hơn nữa Với các công nghệ truy nhập tiên tiến như 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

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CƠ BẢN GIAO THỨC DIAMETER

2.1 Giới thiệu

Giao thức AAA RADIUS được phát triển vào năm đầu thập niên 90 Tại thời điểm đó Internet sử dụng rất khác, mọi người sử dụng quay số để kết nối Internet Với sự phát triển của web 2.0 và sự tăng lên không ngừng của các router

và server truy nhập mạng (NAS) do đó yêu cầu thay đổi và cần có giao thức để thay thế RADIUS

Vào tháng 9 năm 2003 một giao thức AAA Diameter mới được chuẩn hóa Giao thức Diameter được phát triển giải quyết vấn đề mà RADIUS còn bỏ ngỏ Trong ứng dụng mới như mạng truy nhập nội bộ không dây (WLAN) và Voice over IP (VoIP) Diameter tốt hơn và phù hợp hơn đối với người dùng chuyển vùng

Diameter được phát triển bởi Pat Calhoun vào năm 1996 khi làm việc tại Sun Microsystem Giao thức này được phát triển từ giao thức RADIUS Giao thức Diameter bao gồm giao thức cơ bản (RFC 3588) và phần mở rộng Giao thức cơ bản được chuẩn hóa vào năm 2003 và bây giờ vẫn được coi là chuẩn

Giao thức Diameter được hoàn thành bởi nhóm làm việc AAA của IETF Duy trì và mở rộng được thực hiển bởi nhóm Diameter duy trì và mở rộng (DIME)

Qua nhiều năm rất nhiều bản nháp được viết và không hiệu lực Hiện tại giao thức Diameter được dùng để tập trung, hạn chế, hỗ trợ truy nhập mạng IP Giao thức Diamter được thiết kế nhằm cải tiến giao thức RADIUS Đích đến của

nó là tối đa hóa khả năng và cho chuyển đổi đơn giản hơn từ RADIUS sang Diameter Vi dụ với bản tin Diameter, như bản tin RADIUS nhưng có thêm cặp giá trị thuộc tính (AVP)

Hình 2.1 Tổng quan về Diameter

2.2 Khung Diameter

Hình 2.2 Kiến trúc phân lớp giao thức DiameterGiao thức Diameter bao gồm giao thức cơ bản và ứng dụng giao thức Diameter chỉ ra trong hình 2.3 Các ứng dụng mở rộng của giao thức Diameter cơ bản:

Hình 2.3 Giao thức cơ bản DiameterTrong giao thức cơ bản chức năng được hỗ trợ cho tất cả các dịch vụ, như là

cơ chế truyền tin cậy, truyền bản tin và xử lý lỗi Giao thức cơ bản hỗ trợ tất cả ứng dụng trên

Diameter chạy trên giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) (RFC 793) hoặc Giao thức điều khiển luồng truyền dẫn (SCTP) (RFC 2960) Sự khác nhau giữa các nút Diameter là liên kết nối với cấu trúc ngang cấp peer-to-peer Khung Diameter cho phép kiểu và cấu trúc ứng dụng push và pull Giao thức cơ bản Diameter định nghĩa tiêu để Diameter và cặp giá trị thuộc tính AVP (AVPs) Ứng dụng có thể mở rộng với việc định nghĩa bản tin mới và các AVP và trong đơn vị dữ liệu giao thức (PDU-Protocol Data Units)

Khả năng thích hợp ngược với giao thức, giao thức Diameter không chia sẻ PDU chung với RADIUS Cần có một bộ dịch để dịch giữa Diameter và RADIUS

2.3 Các thành phần Diameter

Một nút Diameter có thể là máy khách, thành phần hoặc máy chủ Diameter máy khách là thiết bị đầu cuối của mạng thực hiện điều khiển truy nhập Tác nhân Diameter có thể là RELAY, PROXY, REDIRECT hoặc TRANSLATION

Diameter thiết lập nhận thực, cấp quyền và thanh toán cho từng vùng cụ thể

đó là nơi có server đặt trong đó

Thành phần Diameter thực hiện một số yêu cầu trong khi đó một số thì không Một thành phần có thể là một kiểu thành phần hoặc là server đối với một vài yêu cầu, nhưng cũng có thể là thành phần hoặc máy chủ cho yêu cầu khác

2.3.1 Thành phần RELAY (Chuyển tiếp)

Được sử dụng để truyền bản tin tới đích tương ứng, tùy thuộc vào thông tin chứa trong bản tin Thành phần RELAY cho phép thay đổi bản tin bằng cách thêm vào hoặc bỏ đi thông tin định tuyến, nhưng không cho phép sửa đổi các phần khác của bản tin Thành phần Relay có bảng định tuyến vùng chứa danh sách các vùng

hỗ trợ và biết các nút Hình 2.4 Đưa ra bản tin thuộc 2 vùng khác nhau:

Hình2.4 Thành phần Relay

2.3.2 Thành phần PROXY (Ủy quyền)

Có thể được sử dụng cho truyền gói tin, nhưng không giống như thành phần Relay, thành phần Proxy có thể thay đổi nội dung bản tin chứa bên trong và do dó cung cấp giá trị dịch vụ, bắt buộc qui tắc trên bản tin khác nhau, hoặc thực hiện quản lý nhiệm vụ cho vùng cụ thể Khi mà thành phần Proxy thay đổi bản tin thì việc không có bảo mật đầu cuối cũng có thể xảy ra

Hình2.4 Thành phần PROXY

2.3.3 Thành phần REDIRECT (Gửi lại)

Một thành phần REDIRECT có thể cho một thành phần biết nơi để tìm thấy Diameter server, ví dụ như server mạng nhà cho từng người dùng cụ thể Hoạt động như 1 kho chứa cấu hình tập trung cho nút Diameter khác Khi nó nhận 1 bản tin, nó kiểm tra trong bảng định tuyến và gửi trở lại bản tin trả lời với thông tin gián tiếp tới bên gửi Bởi vì thành phần REDIRECT không thiết lập bản tin, chúng cũng không thay đổi bản tin Khi một yêu cầu vào thành phần RELAY, thành phần REIDIRECT cho biết server mạng nhà được đặt ở đâu Sau đó thành phần Relay có thể thiết lập kết nối tới server mạng nhà Hình 2.5 chỉ ra rằng làm thực thể Redirect hoạt động như thế nào Hình 2.5 dưới đây là giống như hình 2.4 nhưng lúc này tác nhân Proxy không biết địa chỉ để liên lạc với nút Diameter về example.com Do đó

nó tìm kiếm thông tin trong thực thể Redirect trong vùng của nó để lấy địa chỉ:

Hình 2.5 Diameter Redirect Agent

2.3.4 Thành phần TRANSLATION (Dịch)

Trong những thành phần đã có, có thành phần đặc biệt gọi là thành phần dịch Tương ứng với tên gọi của thành phần này chức năng chính của nó chính là chuyển đổi bản tin từ giao thức AAA sang dạng khác Thực thể Translation có thể cung cấp khả năng tương thích ngược

Hình 2.6 Thực thể Diameter Translation Hình 2.6 chỉ ra rằng cách 1 thực thể Translation chuyển từ giao thức RADIUS sang giao thức Diameter Nhưng dĩ nhiên vẫn có nhiều giao thức dịch khác như ví dụ như là Diameter sang RADIUS hoặc Diameter sang TACACS +)

2.4 Định dạng bản tin Diameter

Giao thức Diameter bao gồm tiêu đề Diameter với 1 hay nhiều cấu trúc AVP

Hình 2.7 Định dạng bản tinBản tin Diameter là đơn vị dữ liệu cơ bản để gửi 1 câu lệnh hoặc chuyển thông báo tới nút Diameter khác Với nhiều mục đích khác nhau, giao thức Diameter định nghĩa nhiều kiểu bản tin khác nhau, được nhận dạng bởi mã lệnh Ví

dụ như bản tin yêu cầu thanh toán (Accounting-Request) được nhận ra bởi bản tin chứa những thông tin liên quan đến thanh toán, trong khi bản tin yêu cầu khả năng trao đổi (Capability-Exchange-Request) được nhận ra bởi bản tin này chứa những thông tin về khả năng gửi bản tin của nút Diameter

Do việc trao đổi bản tin của Diameter là đồng bộ, mỗi bản tin tương ứng với bản sao với việc chia sẻ cùng mã lệnh Mã ]lệnh được sử dụng để nhận dạng mục đích của bản tin, nhưng tuy nhiên trên thực tế dữ liệu được mang cặp giá trị thuộc tính AVPs (Attribute-Value-Pair) Giao thức Diameter xác định trước cặp giá trị thuộc tính chung, nhưng bắt buộc mỗi thuộc tính tương ứng với câu lệnh Những AVP này mang thông tin chi tiết về AAA như là định tuyến, bảo mật, và thông tin giữa 2 nút Diameter Thêm vào đó, mỗi AVP được kết hợp với định dạng dữ liệu AVP, được định nghĩa trong giao thức Diameter (ví dụ, Octetstring, interger 32) vì thế giá trị của mỗi thuộc tính phải đi kèm sau với định dạng dữ liệu

Hình 2.8 Cấu trúc gói tin cơ bản Diameter

Trường version: 8 bit

Chỉ định phiên bản của Diameter

Trường chiều dài bản tin 24 bit

Kích cỡ bản tin bao gồm trường tiêu đề bản tin

T,Bản tin truyền lại, 1 bit

Cờ này được đặt khi tiến hành truyền lại, để xóa bỏ bản sao Cờ này chỉ được đặt duy nhất trong bản tin yêu cầu

Trường dành riêng, 4 bit

Phải xóa trở thành 0

Trường nhận dạng ứng dụng

Sử dụng để nhận dạng bản tin thuộc ứng dụng nào Ứng dụng có thể là ứng dụng về nhận thực, ứng dụng về thanh toán hoặc ứng dụng về nhà sản xuất Trường

nhận dạng ứng dụng nằm trong tiêu đề phải giống với nhận dạng được chứa trong bất kì các AVP nào có liên quan trong bản tin.

Trường nhận dạng từng chặng, Hop by Hop, 32 bit

Trường này giúp đỡ các bản tin yêu cầu và đáp ứng Bên gửi phải đảm bảo rằng trường nhận dạng là duy nhất trong bản tin yêu cầu khi gửi tại bất kì thời điểm nào, và có thể cũng cố gắng để số này là duy nhất khi khởi động lại Bên gửi của bản tin trả lời phải đảm bảo rằng trường này có cùng giá trị được tìm thấy trong bản tin đáp ứng lại bản tin yêu cầu Trường nhận dạng bình thường sẽ tăng lên khi giá trị khởi tạo của nó là để ngẫu nhiên Một bản tin trả lời mà khi nhận được mà không biết về trường nhận dạng này sẽ bị loại bỏ

Trường nhận dạng đầu cuối, end to end 32 bit

Trường này được sử dụng để phát hiện bản tin lặp Bên gửi của bản tin yêu cầu phải chèn trường nhận dạng này và phải là duy nhất ở mỗi bản tin Bên phát bản tin trả lời phải đảm bảo trường này chứa cùng giá trị được tìm thấy trong bản tin yêu cầu tương ứng Trường này không được thay đổi tại bất kì nút Diameter nào Sự kết hợp giữa Origin-Host (host gốc) và trường này được sử dụng để tìm bản tin lặp ( Trường nhận dạng từng chặng Hop by Hop và định tuyến AVPs có thể được đưa ra) và không ảnh hưởng tới bất kì trạng thái được đặt khi bản tin yêu cầu gốc được

xử lý

Mã lệnh Diameter 24 bit

Trường mã lệnh được định nghĩa trong giao thức cơ bản Diameter được đưa

ra trong bảng 2.1 Một bản tin yêu cầu và trả lời có cùng mã lệnh giống nhau

Bảng 2.1 Bảng mã lệnh Diameter

(IETF)

Yêu cầu điều khiển tín dụng CCR 275 RFC 4005

Diameter AVP

1 cấu trúc được sử dụng để đóng gói giao thức dữ liệu cụ thể được biết để gửi

dữ liệu hoặc chứa thông tin nhận thực, cấp quyền và thông tin thanh toán

Nếu đặt, bảo mật đầu cuối được cần đến

Reserved , trường dành riêng, 5 bit

Kích cỡ của tiêu đề AVP và dữ liệu trong các byte

Trường chiều dài, cho biết chiều dài AVP không có phần độn

Dữ liệu Diameter AVP có thể có kiểu định dạng sau: OctetString, Interger32, Interger64, Unsigned32, Unsigned64, Float32, Float64 và Grouped

Grouped các AVP được sử dụng cho nhiều AVP trong 1 AVP Trong trường hợp này trường dữ liệu AVP chứa nhiều AVP

Trường Vendor ID, 32 bit

Trường này được đưa ra khi mà bit V được đặt trong trường cờ của AVP Trường này chứa IANA đã gán giá trị “Mã quán lý cá nhân mạng SMI” (SMI Network Management Private Enterprise Codes), được mã hóa theo thứ tự Bất kì nhà sản xuất đều bổ sung một Vendor-specific Diameter AVP để sử dụng Vendor

ID của riêng họ với quản lý không gian địa chỉ AVP của riêng mình, đảm bảo rằng chúng không xung đột với bất kì AVP vendor-specific của các nhà sản xuất khác,

và trong ứng dụng tương lai Khi mà trường này không có thì phải chèn thêm các bit giá trị 0 vào