nghiên cứu mã nguồn mở open source ims core

MỤC LỤC MỤC LỤC i MỞ ĐẦU 1 LỜI CẢM ƠN 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS 4   ! "#$%&'()&*+,-, ./012 1.3.1 Lớp ứng dụng 6 1.3.2 Lớp điều khiển 7 1.3.3 Lớp truyền tải 14 34+5$ 6 1.4.1Thủ tục đăng ký 18 1.4.2 Thủ tục đăng ký lại 19 1.4.3 Thủ tục xóa đăng ký 19 !34715$ " 1.5.1 Giao thức sip 23 1.5.2 Giao thức Diametter 25 1.5.3 Giao thức MEGACO/H.248 28 2#(89:; CHƯƠNG 2: OPEN IMS CORE 30 <=&0 >$0"? #$%=&0 >$0&@$=&0 " ">1A5BC$=&0 >$0"" 2.3.1Thoại qua IP (VoIP) 33 2.3.2 IPTV 33 #(89:" CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM OPEN IMS CORE 35 ">DE7FG=&0 >$0"! "HI/J&'KBD3+F46 3.2.1 Giới thiệu chương trình Wireshark 48 3.2.2 Các thủ tục đăng ký 49 ""7FGG34BD3:/!  3.3.1 Cuộc gọi thông thường 51 3.3.2 Máy báo bận 52 3.3.3 Alice chưa đăng nhập 52 3.3.4 Alice không nhấc máy 53 3.3.5 Alice hủy cuộc gọi 53 3.3.6 Kết thúc liên lạc 54 3.3.7 Nga gọi sai số 54 "#(89:"! KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57  MỞ ĐẦU Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấy đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống con người.Nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu, hình ảnh với chất lượng cao ngày một tăng. Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ quan tâm đến phát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạ tầng lẫn dịch vụ. Cùng với đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có kiến trúc linh hoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa giao thức, đa truy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ… Trước yêu cầu đó, NGN ra đời được xem là một giải pháp thỏa mãn tất cả các điều kiện kể trên cho một mạng tương lai. Từ tìm hiểu mạng thế hệ mới NGN, ý tưởng về một kiến trúc điều khiển dịch vụ dựa trên chuẩn IP được hình thành. Kiến trúc này phải giúp nhà khai thác mạng dễ dàng hơn trong triển khai và quản lý, đồng thời cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển giữa vùng phục vụ của các mạng mà vẫn có thể sử dụng cùng một dịch vụ với yêu cầu QoS được đảm bảo. Kiến trúc đó được gọi là phân hệ đa phương tiện IP, viết tắt là IMS (IP Multimedia Subsystem). Phân hệ IMS tạo điều kiện cho việc triển khai nhanh chóng các dịch vụ chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc, mọi nơi trên một kết nối. Do đó, triển khai hệ thống mạng IMS sẽ là một xu hướng tất yếu của các nhà khai thác dịch vụ mạng và viễn thông. Trước xu hướng đó, 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 được, giúp chúng ta tìm hiểu, nghiên cứu về cấu trúc của IMS qua đó nắm được hoạt động giữa các thành phần chức năng trong IMS. Kết cấu đề tài gồm 4 chương với những nội dung sau:  Chương 1:Tổng quan về IMS. Chương này giới thiệu vị trí và kiến trúc IMS trong mô hình mạng NGN theo chuẩn hóa của tổ chức 3GPP. Nội dung phần này tập trung vào vai trò chức năng các phần tử trong IMS. Thêm vào đó, đề tài cũng trình bày các giao thức và thủ tục sử dụng dịch vụ giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của phân hệ này.   Chương 2: Open IMS Core. Chương này giới thiệu tổng quan về Open IMS Core và một số ứng dụng được mô phỏng trên Open IMS Core.  Chương 3: Thử nghiệm Open IMS Core. Chương này tập trung tìm hiểu về cấu trúc và hoạt động của Open IMS Core.  Chương 4: Kết luận và kiến nghị. Chương này tổng kết những công việc đã làm và hướng nghiên cứu trong tương lai.  LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Hoàng Quang Trung đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài. Thầy luôn quan tâm theo sát tiến độ và đưa ra những đóng góp quý báu giúp em sửa chữa và hoàn thiện đề tài thực tập tốt nghiệp này. Do hạn chế về mặt thời gian cũng như những hiểu biết của bản thân nên đề tài không thể tránh được những thiếu sót. Vì vậy, em kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để phục vụ thêm cho công tác học tập của mình trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn! LÊ SINH TÌNH " CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS 1.1Tổng quan Tại thời điểm hiện tại, sự hội tụ giữa mạng di động và mạng cố định là một xu thế tất yếu. Nhu cầu sử dụng cũng như sự phát triển vượt bậc của công nghệ đã thúc đẩy sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động được tích hợp nhiều tính năng tiên tiến. Thế hệ tiếp sau của nhiều thiết bị không chỉ đáp ứng các nhu cầu client-server cơ bản, mà còn các dịch vụ peer-to-peer, thuận lợi cho việc chia sẻ các kết nối như trình duyệt, desktop, hội nghị truyền hình, trò chuyện hai chiều như bộ đàm…. Để có thể truyền thông với nhau, các ứng dụng trên nền IP phải có một cơ chế để đạt được sự phù hợp với hệ thống mạng hiện có. Hiện tại, mạng điện thoại chỉ thực hiện được kết nối thoại. Tương tự, đối với mạng IP, phần lớn các phiên được thiết lập chỉ để tạo kết nối giữa hai điểm sử dụng riêng cho mạng IP. Điều này dẫn đến tình trạng các nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng tạo ra một môi trường cô lập, các dịch vụ đơn lẻ, không có tính cạnh tranh và nhất là người dùng không thể đồng thời sử dụng các dịch vụ khác nhau từ các nhà khai thác khác nhau trên một thiết bị. Thêm vào đó, các mạng truyền tải dữ liệu không cần thời gian thực được sử dụng chủ yếu trong thế hệ Internet đầu tiên thì ngày nay các dịch vụ thời gian thực (hoặc gần thực) với chất lượng dịch vụ QoS cao ngày càng được phát triển rộng rãi. Hơn nữa, người dùng trong tương lai mong muốn có các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc mọi nơi trên mọi thiết bị sử dụng. Điều này đặt ra những yêu cầu mới cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông. Trong bối cảnh đó, IMS được xem như là một giải pháp hứa hẹn để thỏa mãn được các yêu cầu về hội tụ, tích hợp các dịch vụ trên một kết nối cho một thế hệ mạng tương lai.  Hình 1.1. Sự hội tụ mạng hiện nay 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. IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể vận hành cùng với nhau. IMS đã và đang được tập trung nghiên cứu và ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm lớn của các nhà khai thác bởi vì lợi ích mà nó mang lại cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng. 1.2 Khảo sát tình hình nghiên cứu và chuẩn hóa IMS IMS được định hình và phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3GPP, thành lập năm 1999. Kiến trúc ban đầu của IMS được xây dựng bởi 3GPP và sau đó đã được chuẩn hóa bởi 3GPP trong Release 5 công bố tháng 3 năm 2003. Trong phiên bản đầu tiên này, mục đích của IMS là tạo thuận lợi cho việc phát triển và triển khai dịch vụ mới trên mạng thông tin di động.Tiếp đến, tổ chức chuẩn hóa 3GPP2 đã xây dựng hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) nhằm hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trong mạng CDMA2000 dựa trên nền 3GPP IMS.Trong Release 6 của 3GPP IMS, cùng với khuynh hướng tích hợp giữa mạng tế bào và mạng WLAN, mạng truy nhập WLAN đã được đưa vào như một mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập tế bào. IMS khởi đầu như một chuẩn cho mạng vô tuyến. Tuy nhiên, cộng đồng mạng hữu tuyến, trong quá trình tìm kiếm một chuẩn thống nhất, sớm nhận thấy thế mạnh của IMS cho truyền thông hữu tuyến. Khi đó ETSI đã mở rộng chuẩn IMS thành một phần của kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo NGN mà họ đang xây dựng. Tổ chức chuẩn hóa TISPAN trực thuộc ETSI, với mục đích hội tụ mạng thông tin ! di động và Internet, đã chuẩn hóa IMS như một hệ thống con của NGN. Kết hợp với TISPAN, trong Release 7 của IMS, việc cung cấp dịch vụ IMS qua mạng cố định đã được bổ sung. Năm 2005, phiên bản Release 1 của TISPAN về NGN được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định-di động trong IMS. Gần đây, 3GPP và TISPAN đã có được một thỏa thuận để cho ra phiên bản Release 8 của IMS với một kiến trúc IMS chung, có thể hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ như IPTV. 1.3 Kiến trúc phân lớp tổng thể của NGN IMS-based 1.3.1 Lớp ứng dụng 1.3.1.1 Máy chủ ứng dụng Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS. AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng. Máy chủ VCC, đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP, là một ví dụ về máy chủ ứng dụng AS. AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó. Nếu AS là một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng. AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghị truyền hình, tính cước trực tuyến,… 1.3.1.2 Cơ sở dữ liệu 1.3.1.2.1 HSS 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 được tạo ra bởi nhà khai thác mạng và được 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. 1.3.1.2.2 SLF 2 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 1.2. SLF chỉ định HSS phù hợp Để tìm được 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. 1.3.2 Lớp điều khiển 1.3.2.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF 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. Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S- CSCF trong hoạt động là cả hai có thể đại diện cho user để kết thúc phiên và có thể kiểm tra nội dung của bản tin trong giao thức SDP. 1.3.2.1.1 P-CSCF P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên giữa UE với mạng IMS, đóng vai trò như một SIP proxy server. Tất cả những tín hiệu SIP được gửi giữa mạng IMS và UE đều đi qua P-CSCF. Do đó, nhiệm vụ chính của P-CSCF là chuyển tiếp bản tin SIP dựa vào tên domain. Ngoài ra, P-CSCF còn thực hiện: nén bản tin SIP, bảo mật, tích hợp PDF, tham gia vào quá trình tính cước, và xác định phiên khẩn cấp. L  P-CSCF tích hợp PDF và tham gia vào quá trình tính cước. P-CSCF còn tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF. PDF cấp giấy phép sử dụng tài nguyên cho người dùng, quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện. P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước để gửi đến các khối tính cước phù hợp. 1.3.2.1.2 I-CSCF I-CSCF là điểm giao tiếp giữa các thuê bao IMS trong vùng phục vụ của cùng một nhà khai thác mạng, hoặc với các thuê bao thuộc các nhà khai thác mạng khác. Trong một mạng có thể có nhiều I-CSCF. I-CSCF được xem như một SIP Proxy và đặt ở đường biên của mạng IMS, I-CSCF có bốn chức năng chính là:  Liên lạc với HSS để biết thông tin của chặng tiếp theo khi nhận được yêu cầu từ UE.  Xác định S-CSCF cho UE khi nhận thông tin về UE từ HSS, sự xác định S- CSCF thực hiện khi UE đăng ký hoặc xóa đăng ký.  Định tuyến yêu cầu SIP nhận được từ mạng khác tới S-CSCF hoặc một server ứng dụng. 1.3.2.1.3 S-CSCF S-CSCF là thành phần quan trọng của IMS vì nó chịu trách nhiệm thực hiện quá trình đăng ký, quyết định định tuyến, duy trì tình trạng phiên và lưu trữ hồ sơ thông tin về dịch vụ cho người dùng. S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE. S-CSCF thực hiện các chức năng như sau: 6 [...]... phần chính của Open IMS  Open Source IMS Core : Đây là phần lõi của OpenIMS, nó gồm có 2 thành phần chính : • HSS (Home Subcriber Server): Trong OpenIMS gọi là FHoSS 31 • 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 OpenIMSCore được đưa ra tại website http://openimscore.org/  Đầu cuối IMS (IMS Client) Trong... 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 được Tính thích nghi và khả năng của các giải pháp này đã được 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... nguồn mở Open IMS Core ra đời nhằm mục đích đáp ứng sự thiếu hụt của các phần mềm mã nguồn mở cho IMS, cho phép sự phát triển của các dịch vụ IMS và thử nghiệm các khái niệm xung quanh phần core IMS  Các thành phần kiến trúc của Open IMS, trong đó có Open IMS Core  Một số dịch vụ được cài đặt và sử dụng trên Open IMS Core 34 ... hiện mô phỏng IPTV trên Open IMS Core, có một số phần mềm client đã tích hợp sẵn IPTV, ví dụ như UCT IMS Client chạy trên hệ điều hành Linux Để xem được chương trình, chỉ cần chọn mục IPTV và xem các kênh theo ý muốn Hình 2.2 Mô hình IPTV trên nền IMS 2.4 Kết luận chương 2 Chương 2 đã giới thiệu được những nội dung cơ bản về Open IMS Core, bao gồm:  Hệ thống mã nguồn mở Open IMS Core ra đời nhằm mục... NGN Phần mềm mã nguồn mở này cho phép sự phát triển của các dịch vụ IMS và thử nghiệm các khái niệm xung quanh phần core IMS Open IMS Core bao gồm hai thành phần chính là Call Session Control Functions (CSCFs) và Home Subscriber Server (HSS) Các thành phần này đều là những phần tử core trong kiến trúc NGN /IMS như đã được tiêu chuẩn hóa trong 3GPP, 3GPP2, ETSI TISPAN Khi triển khai (xây dựng IMS Test-bed)... cả các thành phần của OpenIMS, 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 OpenIMS Client của FOKUS cung cấp giao diện lập trình được cho các nhà phát triển dịch vụ của IMS Đặc điểm của OpenIMS Client : • Xây dựng các IMS API chuẩn • Có khả... từng bước hoạt động của phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụ  Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS Chương này tập trung vào hai giao thức là SIP và Diametter bởi đây là hai giao thức sử dụng để liên lạc giữa các thực thể của IMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF và HSS 29 CHƯƠNG 2: OPEN IMS CORE 2.1 Tổng quan về Open IMS Core Ngày nay IMS (IP Multimedia Subsystem) cũng... máy trong cùng một mạng Lan trên hệ điều hành Linux mà phổ biến nhất là Ubuntu, hay Fedora, Gentoo Mã nguồn của OpenIMSCore này download miễn phí Ngoài ra còn một số IMS Client có thể dùng với IMS Core: • UCT IMS Client: gồm các chức năng Instant Message, Audio Call, Video Call, XCAP/XDMS support, • IMS Communicator: gồm các chức năng AKA, MD5 authentication, Instant Message (Sip/Simple), Audio Call,... triển và nghiên cứu, đặc biệt đối với mạng NGN, như việc tăng thêm nhiều hơn sự hỗ trợ trong 1 số lượng lớn khách hàng, đặc biệt cho việc phát triển các dịch vụ Trong khi đã có nhiều dự án mã nguồn mở được 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 chưa có 1 dự án mã nguồn mở nào tập trung cụ thể vào IMS Dự... tiếp MRFC với MRFP và MGCF với IMS- MGW 1.6 Kết luận chương 1 Trong chương 1 đã trình bày được những nội dung chính như sau:  Tổng quan về IMS, các khái niệm cơ bản,tình hình nghiên cứu cũng như quá trình chuẩn hóa IMS  Kiến trúc phân lớp tổng thể của phân hệ IMS, gồm các thực thể và các thành phần chức năng của IMS theo mô hình phân lớp mạng NGN  Một số thủ tục trong mạng IMS Chương này giúp người đọc . tổng quan về Open IMS Core và một số ứng dụng được mô phỏng trên Open IMS Core.  Chương 3: Thử nghiệm Open IMS Core. Chương này tập trung tìm hiểu về cấu trúc và hoạt động của Open IMS Core.  Chương. ứng sự thiếu hụt của các phần mềm mã nguồn mở cho IMS với những giải pháp linh động và có thể mở rộng được, giúp chúng ta tìm hiểu, nghiên cứu về cấu trúc của IMS qua đó nắm được hoạt động giữa. đó, triển khai hệ thống mạng IMS sẽ là một xu hướng tất yếu của các nhà khai thác dịch vụ mạng và viễn thông. Trước xu hướng đó, dự án mã nguồn mở OPEN SOURCE IMS Core nhằm mục đích đáp ứng sự