Nghiên cứu kiến trúc IMS
Xu hướng hội tụ mạng viễn thông
Trong mạng viễn thông hiện nay, các công nghệ chủ yếu bao gồm chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, Fast Ethernet, Token ring và các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI Ngoài ra, các công nghệ mới như SONET/SDH, xDSL, B-ISDN và các công nghệ truy cập vô tuyến như CDMA, TDMA, FDMA, Wifi, Wimax cũng đang được áp dụng rộng rãi.
Các công nghệ mạng hiện nay đều có giải pháp kỹ thuật và hệ thống hỗ trợ riêng Sự gia tăng số lượng công nghệ mạng dẫn đến sự phức tạp trong việc đồng bộ và quản lý Hơn nữa, các nhà khai thác mạng sử dụng các công nghệ và chuẩn khác nhau, tạo ra nhiều mạng riêng rẽ Điều này đang trở thành một thách thức thực tế đối với mạng viễn thông hiện tại.
Trước đây, các mạng đơn lẻ như di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ liệu, mạng Internet và mạng không dây chỉ cung cấp dịch vụ đơn lẻ Chẳng hạn, trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, cuộc gọi được thiết lập giữa hai thuê bao thông qua quá trình trao đổi khe thời gian cố định, phù hợp cho dịch vụ thoại nhờ vào tốc độ bit không đổi và thông tin thời gian thực cao Tuy nhiên, việc sử dụng riêng một kênh thông tin cho các ứng dụng truyền dữ liệu là lãng phí tài nguyên và không đáp ứng được nhu cầu sử dụng hiện tại.
Mặc dù các mạng di động hiện nay phát triển nhanh chóng, dịch vụ chủ yếu mà nhà khai thác cung cấp vẫn là thoại truyền thống và tin nhắn ngắn Các dịch vụ truyền dữ liệu hiện tại có tốc độ thấp và giá thành cao, chưa đáp ứng được nhu cầu truyền thông đa phương tiện của người dùng.
Mạng chuyển mạch gói rất hiệu quả trong việc truyền tải thông tin số liệu, nhưng không thích hợp cho việc truyền thoại do chưa kiểm soát được độ trễ và tỷ lệ thất thoát gói tin.
Một giải pháp hiệu quả cho vấn đề này là xây dựng một mạng tích hợp, có khả năng cung cấp đa dạng dịch vụ với yêu cầu về băng thông, thời gian thực và chất lượng dịch vụ khác nhau.
Bước đầu tiên trong việc phát triển ISDN băng hẹp là cung cấp báo hiệu kênh chung cho tất cả các dịch vụ thoại và số liệu, trong khi vẫn duy trì sự phân tách giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tại trạm trung gian Người dùng được cung cấp truy cập số với tốc độ 2B+D cho cả thoại và số liệu, cùng với 16 Bbps cho báo hiệu và dịch vụ chuyển mạch gói Tuy nhiên, hướng phát triển này dần bộc lộ yếu điểm khi nhu cầu dịch vụ băng thông rộng ngày càng gia tăng, vì tốc độ truy cập 2B+D hiện nay đã trở nên quá thấp so với yêu cầu thực tế.
ISDN đang dần bộc lộ những hạn chế trong việc đáp ứng nhu cầu truyền thông hiện đại, trong khi công nghệ truyền dẫn và điện tử VLSI ngày càng tiến bộ Công nghệ ATM xuất hiện như một giải pháp hứa hẹn, cho phép truyền tải cả thoại và dữ liệu, đồng thời mở ra hướng phát triển từ ISDN băng hẹp sang ISDN băng rộng (B-ISDN) B-ISDN cung cấp nhiều dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, hỗ trợ cả đơn phương tiện và đa phương tiện, với các phương thức kết nối linh hoạt như kết nối hoặc phi kết nối, cùng với cấu hình đơn hướng và đa hướng.
Khi triển khai B-ISDN dựa trên công nghệ ATM, chi phí xây dựng mạng trở nên cao do B-ISDN không tận dụng hiệu quả hạ tầng mạng hiện có, dẫn đến việc không đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng dịch vụ của người dùng.
Trước sự bùng nổ nhu cầu dịch vụ băng rộng trong tình hình mạng viễn thông hiện nay, việc xây dựng một mạng lưới cung cấp đa dạng dịch vụ với tốc độ cao và băng thông lớn trở thành một yêu cầu thiết yếu đối với các nhà khai thác mạng.
ISDN và B-ISDN đều gặp phải nhược điểm khi triển khai dịch vụ tốc độ cao và băng thông lớn cho người dùng Để khắc phục những hạn chế này và cung cấp dịch vụ đa phương tiện, các tổ chức chuẩn hóa viễn thông đã nghiên cứu và phát triển mô hình mạng hội tụ Mạng IMS/NGN được coi là giải pháp tối ưu, không chỉ đáp ứng nhu cầu dịch vụ đa phương tiện mà còn đảm bảo chi phí xây dựng và thời gian triển khai là thấp nhất và nhanh nhất.
Dịch vụ dựa trên IMS mang đến cho người dùng khả năng giao tiếp linh hoạt và đa dạng, cho phép kết nối giữa người với người và giữa người với nội dung thông tin thông qua nhiều phương thức như giọng nói, văn bản, hình ảnh và video Điều này không chỉ tạo ra trải nghiệm giao tiếp cá nhân hóa cao mà còn đảm bảo người dùng có thể kiểm soát tốt hơn trong quá trình tương tác.
IMS đã phát triển khái niệm kiến trúc nhiều lớp bằng cách giới thiệu một kiến trúc nằm ngang, cho phép triển khai dịch vụ và tái sử dụng các chức năng phổ biến cho nhiều ứng dụng Kiến trúc này không chỉ xác định khả năng tương tác và chuyển vùng mà còn cung cấp các giải pháp về điều khiển truyền tải, tính cước và bảo mật Hơn nữa, IMS tích hợp hiệu quả với các mạng thoại và dữ liệu hiện có, đồng thời áp dụng nhiều thành tựu quan trọng của ngành công nghệ thông tin, làm cho nó trở thành một yếu tố then chốt trong sự hội tụ giữa di động và cố định.
Với những lý do trên, IMS sẽ trở thành giải pháp ƣu tiên cho các nhà khai thác cố định và di động kinh doanh đa phương tiện
Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thông
Sự hội tụ công nghệ đang diễn ra mạnh mẽ với việc các mạng 2,5G/3G và WLAN cho phép kết nối dịch vụ băng rộng Nhiều dịch vụ trước đây chỉ cung cấp qua một nhà mạng giờ đây có thể truy cập qua nhiều nhà mạng khác nhau Chẳng hạn, dịch vụ SMS hiện đã có trên cả điện thoại cố định, di động và Internet Xu hướng này xuất phát từ nhu cầu cụ thể về dịch vụ và đòi hỏi các phương án triển khai riêng biệt để cung cấp đồng thời các dịch vụ khác nhau.
Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP
IMS, hay Hệ thống Quản lý Thông tin, được mô tả là một kiến trúc toàn cầu, độc lập với các phương thức truy cập, điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên giao thức IP Kiến trúc này cho phép cung cấp nhiều loại dịch vụ đa phương tiện đến người dùng thông qua các giao thức phổ biến trên Internet.
IMS được giới thiệu lần đầu bởi dự án 3GPP trong phiên bản Release 5 vào tháng 3/2002, với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản Đây là một cấu trúc chuẩn hóa truy nhập không giới hạn trên nền IP, có khả năng tương thích với các mạng thoại, dữ liệu và di động Cùng năm 2002, 3GPP2 cũng phát triển chuẩn hóa IMS riêng, mặc dù có một số khác biệt như giải pháp tính cước và hỗ trợ phiên bản IP Đến đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6, tập trung vào việc khắc phục các thiếu sót của Release 5 và bổ sung tính năng mới hỗ trợ truy nhập từ các mạng khác nhau Release 6 hoàn thành vào tháng 3/2005 và các kết quả chuẩn hóa này được ETSI TISPAN áp dụng cho chuẩn hóa phiên bản NGN R1, đánh dấu bước khởi đầu cho sự hội tụ cố định - di động trong IMS.
Release 7 đƣợc 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và đƣợc hoàn thiện vào khoảng tháng 3-9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng cố định Tháng 6/2007, ETSI TISPAN kết hợp với 3GPP để tiếp tục chuẩn hóa xây dựng cấu trúc mạng IMS chung nhằm hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ mới nhƣ IPTV Cấu trúc này đƣợc chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release 8 Hiện nay phiên bản này vẫn đang đƣợc tiếp tục hoàn thiện Đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu đƣợc chuẩn hóa với một số tính năng nhƣ: Giải pháp cho dịch vụ thoại và video trong miền chuyển mạch kênh, tính năng hỗ trợ di động WiMAX - LTE, WiMAX - UMTS
Ngoài 02 tổ chức chuẩn hóa trên, Liên minh Di động mở OMA (Open Mobile Alliance) cũng đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phát triển các dịch vụ IMS Tuy nhiên, trong khi 3GPP và 3GPP2 tiếp tục phát triển và chuẩn hóa kiến trúc lõi IMS, xây dựng các dịch vụ cơ bản IMS nhƣ là thoại, video và dịch vụ hội nghị, thì OMA tập trung phát triển sáng tạo, thiết kế nhiều ứng dụng và dịch vụ khác nhau trên đỉnh của kiến trúc IMS.
Kiến trúc IM
Kiến trúc của một hệ thống IMS đƣợc chia thành bốn lớp bao gồm:
Hình 1.2 Mô hình kiến trúc IMS
Lớp ứng dụng bao gồm các máy chủ ứng dụng cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng cho người dùng Tiêu chuẩn IMS xác định các thực thể khởi tạo dịch vụ chung, như quản lý danh sách nhóm và sự hiện diện, được thực hiện thông qua các dịch vụ trong máy chủ ứng dụng SIP.
Lớp điều khiển, hay còn gọi là lớp IMS lõi, bao gồm các máy chủ điều khiển mạng để quản lý cuộc gọi, thiết lập phiên, sửa đổi và giải phóng Chức năng quan trọng nhất trong lớp này là CSCF (Call Session Control Function), thường được biết đến như một máy chủ SIP Ngoài ra, lớp này còn cung cấp một bộ chức năng hỗ trợ toàn diện như dữ liệu, tính cước, khai thác và quản lý Kết nối với các nhà khai thác khác và các loại mạng khác được thực hiện thông qua các cổng biên giới.
Lớp kết nối: bao gồm các bộ định tuyến và chuyển mạch, cả cho mạng xương sống và mạng truy cập
Lớp quản lý bao gồm máy chủ và phần mềm quản lý, cung cấp công cụ hỗ trợ vận hành, khai thác và bảo trì hệ thống một cách thuận tiện và tự động hóa cao.
Mô hình kiến trúc IMS đƣợc chuẩn hóa theo 3GPP thể hiện qua hình 1.3
Hình 1.3 Kiến trúc IMS của 3GPP
* IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác
Ngoài 3GPP, nhiều tổ chức như IETF, ITU-T, ARIB, ETSI và các công ty điện tử - viễn thông như NEC, MOTOROLA, SIEMENS cũng đang tích cực nghiên cứu và phát triển các tiêu chuẩn riêng của họ.
Mô hình IMS trong NGN của ETSI đƣa ra nhƣ hình 1.4
Kiến trúc IMS của ETSI bổ sung một số khối chức năng so với kiến trúc của 3GPP, nhằm tương tác hiệu quả với các mạng IP khác như IWF, SPDF, I-BCF và SGF Các thành phần cơ sở dữ liệu HSS, cũng như các thành phần điều khiển IMS như P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF, cùng với các thành phần điều khiển tương tác như MGCF, BGCF, SGW, đều giữ nguyên Bên cạnh đó, các thành phần tương tác như OSA-SCS, OSA-AS, IM-SSF, CSE, tài nguyên MRF, phương tiện MGW và các giao diện mạng cũng tương tự như trong kiến trúc 3GPP.
ITU-T cũng đƣa ra mô hình IMS của mình đƣợc trình bày trên hình 1.5
Các mạng đa ph-ơng tiện IP khác AS
Mạng truy nhập kết nối IP
Kiến trúc IMS của ITU-T có những đặc điểm tương đồng và khác biệt so với các tổ chức IETF và 3GPP Những điểm này có thể được tổng hợp và trình bày trong bảng 1.1 để dễ dàng so sánh.
Bảng 1.1 So sánh các kiến trúc IMS
Phần tử chức năng trong kiến trúc
Thành phần cơ sở dữ liệu HSS Các thành phần điều khiển IMS:
Các thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tương tác BGCF, MGCF,
Thành phần cơ sở dữ liệu HSS Các thành phần điều khiển IMS:
Các thành phần điều khiển tài nguyên và điều khiển tương tác BGCF, MGCF,
Các phần tử chức năng như 3GPP và ITU-T được bổ sung thêm phân hệ điều khiển chấp nhận và tài nguyên (RACS), trong đó bao gồm các khối chức năng IWF, I-BCF, SGF và SPDF để thực hiện nhiệm vụ quản lý và điều phối tài nguyên mạng.
SGW Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW
SGW Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW hiện tương tác với các mạng trước đây
Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các đầu cuối 3G
Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các đầu cuối PSTN/ ISDN
Cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho các trạm (host)
Mỗi tổ chức có cách tiếp cận IMS khác nhau; ITU-T xây dựng mạng NGN từ nền tảng mạng cố định, IETF từ mạng Internet, và 3GPP từ mạng di động 3G Dù chọn nền tảng nào, tất cả các mạng hiện tại như 3G, Internet, và PSTN/ISDN đều hội tụ về một mạng duy nhất, nhằm cung cấp đa dạng dịch vụ cho người dùng 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 PSTN/ISDN đã phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, với số lượng thuê bao vượt trội so với thuê bao di động và internet Tuy nhiên, công nghệ mạng vẫn dựa trên hệ thống chuyển mạch kênh và đầu cuối cố định, không đáp ứng được các dịch vụ thông minh Hơn nữa, mạng truy cập chưa hoàn toàn số hóa, dẫn đến nhiều khuyết điểm trong khả năng truyền tải tốc độ cao và băng thông lớn của mạng cố định.
Internet đã phát triển nhanh chóng trong khoảng 10 năm qua, trở thành một mạng dữ liệu toàn cầu nhờ vào công nghệ gói IP Tuy nhiên, nhu cầu của người dùng không chỉ dừng lại ở việc truyền dữ liệu, mà còn bao gồm các dịch vụ thời gian thực và kết nối Điều này cho thấy Internet hiện tại chưa hoàn toàn đáp ứng được những yêu cầu này.
Để cải thiện mạng viễn thông, cần kết hợp ưu điểm của tốc độ bit cố định và tính thời gian thực cao từ PSTN/ISDN với khả năng truyền tải lớn và tiết kiệm tài nguyên của mạng internet, đồng thời loại bỏ những nhược điểm hiện tại của các mạng này.
Mạng 3G hiện nay phát triển vượt bậc, mặc dù ra đời sau PSTN/ISDN và Internet, nhưng đã đạt được mức độ toàn cầu (UMTS) Được xây dựng trên nền tảng mạng thông minh PLMN, 3G còn mang lại sự thông minh vượt trội hơn Với các công nghệ truy cập tiên tiến như TDMA, CDMA và đầu cuối thông minh, 3G cho phép người dùng sử dụng dịch vụ thời gian thực và có khả năng truyền tải, truy cập dữ liệu hiệu quả.
So với PSTN/ISDN và Internet, 3G đã đạt được bước tiến quan trọng trong việc tích hợp dịch vụ thoại và dữ liệu, mở ra cơ hội thuận lợi cho sự phát triển của mạng thế hệ mới (NGN).
Các khối chức năng cơ bản trong mạng lõi IMS
1.4.1 Các phần tử cơ sở dữ liệu 1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server)
Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS là một cải tiến của bộ đăng ký định vị HLR và AuC trong mạng GSM, đóng vai trò là cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả thuê bao cùng với các dịch vụ liên quan HSS chứa thông tin quan trọng như nhận dạng người dùng, tên S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ chuyển vùng, thông số chứng thực và thông tin dịch vụ thuê bao Thông tin nhận dạng người dùng bao gồm khóa nhận dạng riêng do nhà khai thác mạng tạo ra cho mục đích đăng ký và chứng thực, cùng với khóa nhận dạng chung để truyền thông giữa các người dùng HSS cũng cung cấp địa chỉ S-CSCF khi cần thiết trong thủ tục đăng ký và thực hiện các chính sách hệ thống như lưu trữ hoặc xóa thông tin của các UE không hợp lệ.
HSS hỗ trợ các thành phần của miền PS như SGSN và GGSN, cho phép thuê bao IMS sử dụng dịch vụ của miền PS và ngược lại Đồng thời, HSS cũng hỗ trợ các thành phần của miền CS như MSC và BSC, giúp thuê bao IMS truy cập dịch vụ của miền CS và hỗ trợ chuyển vùng trong hệ thống GSM/UMTS Là AuC, HSS lưu trữ khóa bí mật của mỗi thuê bao, dùng để chứng thực khi đăng ký vào mạng và mã hóa dữ liệu cho thuê bao di động Tùy thuộc vào số lượng thuê bao, có thể có nhiều HSS trong một mạng IMS HSS giao tiếp với CSCF qua điểm tham chiếu Cx và với AS qua điểm tham chiếu Sh.
Khi có nhiều HSS trong một mạng, chức năng định vị SLF sẽ được thiết lập để xác định HSS nào chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.
Để xác định địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF cần gửi yêu cầu LIR đến SLF Hình 1.6 minh họa quy trình tìm kiếm địa chỉ HSS thích hợp khi I-CSCF nhận bản tin INVITE trong mạng có ba HSS.
Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành riêng cho IMS
1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS
Chức năng điều khiển cuộc gọi trong hệ thống IMS bao gồm ba loại CSCF: Proxy-CSCF (P-CSCF), Serving-CSCF (S-CSCF) và Interrogating-CSCF (I-CSCF), mỗi loại có vai trò riêng biệt Tất cả các CSCF đều tham gia vào quá trình đăng ký và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS, đồng thời gửi dữ liệu tính cước đến Server tính cước.
P-CSCF đóng vai trò nhƣ một máy chủ SIP, là điểm đầu tiên liên lạc giữa đầu cuối IMS và mạng IMS Nó có thể đƣợc đặt ở mạng khách (trong toàn bộ mạng IMS) hoặc mạng chủ Một vài mạng có thể sử dụng thiết bị kiểm soát biên giới phiên SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải gửi đăng ký tới P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối Địa chỉ của P-CSCF đƣợc truy cập thông qua giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) hoặc sẽ đƣợc cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động tế bào
Chức năng của P-CSCF bao gồm:
P-CSCF có vai trò quan trọng trong việc chuyển tiếp các yêu cầu từ người dùng đến máy chủ SIP (S-CSCF) và đồng thời đảm bảo việc gửi phản hồi từ máy chủ SIP trở lại người dùng.
+ P-CSCF đƣợc gán cho đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký, và không thay đổi trong suốt quá trình đăng ký
+ P-CSCF nằm trên đường đi của tất cả các bản tin báo hiệu và có thể đƣợc gán vào mỗi bản tin
P-CSCF thực hiện xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị đầu cuối IMS, đồng thời ngăn chặn các cuộc tấn công như spoofing và replay, đảm bảo an toàn và bảo mật cho người dùng.
P-CSCF sử dụng sigcomp để nén và giải nén các bản tin SIP, giúp giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu trên các đường truyền tốc độ thấp và giảm độ trễ khi truyền qua các kênh băng thông hẹp.
+ P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (Policy Decision Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện
+ P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ
I-CSCF là một máy chủ SIP khác đƣợc đặt ở biên của miền quản trị Địa chỉ IP của I-CSCF đƣợc công bố trong tên miền hệ thống, vì thế các máy chủ ứng dụng ở xa có thể tìm thấy I-CSCF và sử dụng I-CSCF nhƣ một điểm chuyển tiếp cho các gói tin SIP tới miền này
Các chức năng của I-CSCF bao gồm:
I-CSCF định tuyến bản tin yêu cầu SIP từ mạng khác đến S-CSCF tương ứng bằng cách truy vấn HSS qua giao diện Diameter Cx để cập nhật địa chỉ S-CSCF của người dùng Giao diện Dx được sử dụng từ I-CSCF đến SLF để xác định HSS cần thiết Nếu chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ gán một S-CSCF cho người dùng để xử lý yêu cầu SIP.
I-CSCF có vai trò quan trọng trong việc định tuyến các bản tin yêu cầu và trả lời SIP đến S-CSCF hoặc I-CSCF của nhà cung cấp dịch vụ khác Thông thường, I-CSCF được đặt tại mạng chủ, nhưng trong một số trường hợp như Topology Hiding Inter-network Gateway (THIG), việc đặt I-CSCF tại mạng khách sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn.
S-CSCF là một nút trung tâm của hệ thống báo hiệu IMS S-CSCF vận hành giống nhƣ một máy chủ SIP nhƣng nó cũng bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ Thêm vào việc thực hiện chức năng là một máy chủ SIP thì nó cũng đóng vai trò nhƣ một trung tâm đăng ký SIP Điều này có nghĩa là nó duy trì mối liên hệ giữa vị trí của người dùng (nói cách khác là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) với địa chỉ SIP của người dùng đó (cũng được biết đến như là định danh chung của người dùng) Cũng giống như I- CSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện diameter với HSS Lý do chính của việc sử dụng giao diện với HSS là: Để tải các vector nhận thực của người dùng đang cố gắng truy cập mạng từ HSS S-CSCF sử dụng vector này để nhận thực người dùng Để tải hồ sơ người dùng từ HSS Hồ sơ người dùng bao gồm các triggers có thể làm cho bản tin SIP đƣợc định tuyến qua một hoặc vài máy chủ ứng dụng Để khai báo với HSS về S-CSCF được cấp cho người dùng trong suốt quá trình đăng ký
Tất cả các bản tin SIP mà đầu cuối IMS gửi và nhận đều được xử lý qua S-CSCF, nơi kiểm tra và quyết định định tuyến bản tin tới các máy chủ ứng dụng phù hợp Các máy chủ này cung cấp các dịch vụ cho người dùng, trong khi S-CSCF thực hiện chức năng định tuyến và chuyển đổi số điện thoại thành SIPURI thông qua DNS E.164 Number Translation Ngoài ra, S-CSCF cũng quản lý chính sách mạng của nhà cung cấp, ngăn cản người dùng thực hiện các chức năng không được phép Mạng thường có nhiều S-CSCF để đảm bảo tính mở rộng và dự phòng, với mỗi S-CSCF phục vụ một số lượng đầu cuối nhất định tùy thuộc vào dung lượng của nó, và luôn được đặt tại mạng chủ theo mô tả trong RFC-2916.
1.4.3 Các phần tử điều khiển kết nối liên mạng 1.4.3.1 MGCF (Media Gateway Control Function)
MGCF là thành phần cổng nối giữa PSTN hoặc CS và mạng IMS, có nhiệm vụ quản lý các cổng đa phương tiện và tương tác với S-CSCF để điều phối các cuộc gọi Nó thực hiện chuyển đổi giao thức, ánh xạ SIP thành ISUP hoặc BICC, đồng thời điều khiển nguồn tài nguyên trong MGW Giao thức sử dụng giữa MGCF và MGW là Megaco/H.248.
Các điểm tham chiếu IMS
Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong và ngoài mạng IMS, trao đổi các thông tin và báo hiệu
Bảng 1.2 Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS Điểm Thực thể liên quan Mục đích Giao thức
Cr MRFC, AS MRFC nhận tƣ liệu (các kịch bản và tài nghuyên ) từ một AS HTTP
Thông tin giữa HSS và I-
Dh SIP AS, OSA, SCF,
AS sử dụng để tìm chính xác HSS cần thiết trong môi trường nhiều HSS
I-CSCF/S-CSCF sử dụng để tìm chính xác HSS cần thiết trong môi trường nhiều HSS
Gm UE, P-CSCF Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu SIP giữa UE và IMS SIP
Cho phép nhà khai thác điều khiển QoS trong mặt phẳng người dùng và chuyển đổi thông tin liên quan đến tính cước giữa
Truyền tải thông tin liên quan đến quyết định chính sách giữa P-CSCF và PDF
Truyền tải tất cả các bản tin giữa
MGCF chuyển đổi bản tin báo hiệu ISUP thành bản tin báo hiệu SIP và chuyển tiếp tới I –CSCF
Mi S-CSCF -> BGCF Truyền tải thông tin qua lại giữa
Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF và MGCF trong cùng một mạng lõi IMS
Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF và MGCF thuộc các mạng IMS khác nhau
Mm I-CSCF, S-CSCF, mạng IP ngoài
Truyền tải thông tin qua lại giữa các mạng IP và IMS SIP
Mn MGCF,IM-MGW Điều khiển tài nguyên trong mặt phẳng người dùng Megaco/H.248
Mp MRFC, MRFP Truyền tải thông tin qua lại giữa
Mr S-CSCF, MRFC Truyền tải thông tin qua lại giữa
Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu giữa các CSCF SIP
Các thực thể IMS sử dụng trong tính cước offline đến OCS Diameter
AS, MRCF, S-CSCF sử dụng cho tính cước trực tuyến tới OCS Diameter
Thông tin dịch vụ liên quan tính cước động được chuyển giữa CRF và các thực thể IMS
Sh SIP AS, OSA SCS,
Truyền tải thông tin giữa SIP
AS/OSA SCS và HSS Diameter
Si IM-SSF, HSS Truyền tải tất cả các bản tin giữa
IM-SSF và HSS MAP
Ut UE, AS (SIP AS,
Cho phép UE quản lý các thông tin liên qua đến dịch vụ của mình HTTP
Một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS
Giao thức SIP
2.1.1 Tổng quan về giao thức SIP
SIP, hay Giao thức Khởi tạo Phiên, là công nghệ thiết yếu trong việc thiết lập, sửa đổi và kết thúc các cuộc gọi điện thoại VoIP Được phát triển bởi IETF, SIP đã được công nhận và chính thức ban hành trong tài liệu RFC 3261 vào tháng 5 năm 2003.
SIP là giao thức linh hoạt, hỗ trợ nhiều dịch vụ mạng IP như tin nhắn, thoại, hội nghị thoại, hội nghị truyền hình, email, dạy học từ xa và quảng bá Với định dạng text phổ biến trong mạng IP, SIP kế thừa nguyên lý và khái niệm từ các giao thức Internet như HTTP và SMTP Giao thức này sử dụng các kiểu bản tin và trường header của HTTP để xác định nội dung luồng thông tin.
2.1.2 Cấu trúc SIP 2.1.2.1 Máy chủ
Chương trình ứng dụng này cho phép máy khách gửi yêu cầu và nhận lại các phản hồi tương ứng Có nhiều loại máy chủ phục vụ cho các chức năng này.
Người dùng là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP
Máy chủ ủy quyền là một chương trình trung gian, hoạt động như máy chủ và máy khách, nhằm tạo ra các yêu cầu thay mặt cho máy khách khác Nó phục vụ các yêu cầu bên trong hoặc chuyển tiếp đến các máy chủ khác Đồng thời, máy chủ ủy quyền có khả năng dịch và tái tạo các bản tin yêu cầu SIP trước khi gửi đến máy chủ hoặc người dùng khác.
Máy chủ định vị là phần mềm chuyên cung cấp thông tin về vị trí của thuê bao bị gọi, hỗ trợ các phần mềm máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ.
Máy chủ chuyển đổi địa chỉ là phần mềm nhận yêu cầu SIP, chuyển đổi địa chỉ SIP sang các địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Khác với máy chủ ủy quyền, máy chủ chuyển đổi địa chỉ không hoạt động như một đầu cuối và không gửi đi bất kỳ yêu cầu nào Ngoài ra, máy chủ này cũng không nhận hoặc hủy cuộc gọi.
Máy chủ đăng ký là phần mềm xử lý yêu cầu đăng ký và thường đảm nhiệm các chức năng an ninh như xác nhận người dùng Thông thường, máy chủ đăng ký được cài đặt cùng với máy chủ ủy quyền và máy chủ cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Mỗi khi thiết bị đầu cuối, như điện thoại hoặc phần mềm SIP, được bật lên, nó sẽ thực hiện đăng ký với máy chủ Nếu thiết bị cần thông báo vị trí của mình, một bản tin đăng ký sẽ được gửi đi Các thiết bị đầu cuối thường xuyên thực hiện việc đăng ký lại theo định kỳ.
Trong hệ thống IMS, HSS hoạt động như một máy chủ đăng ký, lưu trữ cơ sở dữ liệu về thuê bao và dịch vụ đã đăng ký S-CSCF là máy chủ định vị, phục vụ cho một nhóm thuê bao trong mạng hoặc hỗ trợ chuyển vùng sang mạng IMS I-CSCF có chức năng như một máy chủ chuyển đổi địa chỉ, giao tiếp với S-CSCF của mạng khác khi thiết bị người dùng (UE) sử dụng dịch vụ liên mạng.
Máy khách trong giao thức SIP là thiết bị mà người dùng sử dụng để gửi yêu cầu SIP đến máy chủ Các thiết bị này có thể là phần cứng như điện thoại IP hoặc phần mềm hỗ trợ chuẩn SIP như Express Talk, Sidefisk Ngoài ra, còn có các ứng dụng hỗ trợ IMS như Mercuro IMS Client, UCT Client, và OpenIC_Lite.
SIP sử dụng các bản tin để khởi tạo, hiệu chỉnh và kết thúc phiên giữa các người dùng
Bảng 2.1 Bản tin yêu cầu SIP
INVITE Khởi tạo một phiên
ACK xác nhận rằng client đã nhận bản tin phản hồi cho bản tin INVITE BYE và CANCEL đều yêu cầu kết thúc phiên REGISTER và OPTIONS là các yêu cầu của đầu cuối SIP để đăng ký với máy chủ đăng ký INFO được sử dụng để tải các thông tin cần thiết.
Bảng 2.2 Bản tin đáp ứng SIP
1xx Các bản tin chung 2xx Thành công 3xx Chuyển địa chỉ 4xx Yêu cầu không đƣợc đáp ứng 5xx Sự cố Server
6xx Sự cố toàn mạng
2.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP
Trước tiên ta tìm hiểu hoạt động của máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi
Hoạt động của máy chủ ủy quyền được minh họa trong hình 2.2, trong đó người dùng SIP với địa chỉ email userA@yahoo.com gửi bản tin đăng ký tới userB@hotmail.com nhằm mời tham gia cuộc gọi.
Hình 2.2 Mô tả hoạt động của máy chủ ủy quyền Các bước như sau:
User A gửi bản tin INVITE từ địa chỉ userA@yahoo.com đến UserB tại miền hotmail.com Bản tin INVITE này sẽ được chuyển đến máy chủ ủy quyền SIP của miền hotmail.com, có thể thông qua máy chủ ủy quyền SIP của miền yahoo.com.
Bước 2: Máy chủ ủy quyền của miền hotmail.com sẽ tham khảo máy chủ định vị (Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB
Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử là UserB@hotmail.com)
Bước 4: Máy chủ ủy quyền gửi bản tin INVITE tới userB@hotmail.com Máy chủ ủy quyền thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE
Bước 5: UAS của UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK Bước 6: Máy chủ ủy quyền gửi đáp ứng 200 OK trở về userA@yahoo.com
Bước 7: userA@yahoo.com gửi bản tin ACK cho UserB thông qua máy chủ ủy quyền
Bước 8: Máy chủ ủy quyền huyển bản tin ACK cho userB@hostmail.com
Bước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênh RTP/RTCP đƣợc mở giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại
Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn tất, phiên làm việc bị xóa bằng cách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối
Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ:
Hình 2.3 Mô tả hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ Các bước như sau:
Bước 1: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ nhận được yêu cầu INVITE từ người gọi (Yêu cầu này có thể đi từ một máy chủ ủy quyền khác)
Bước 2: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ truy vấn server định vị địa chỉ của B
Bước 3: Máy chủ định vị trả lại địa chỉ của B cho Máy chủ chuyển đổi địa chỉ
Bước 4: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ trả lại địa chỉ của B đến người gọi A
Nó không phát yêu cầu INVITE nhƣ máy chủ ủy quyền
Bước 5: User Agent bên A gửi lại bản tin ACK đến Máy chủ chuyển đổi địa chỉ để xác nhận sự trao đổi thành công
Bước 6: Người gọi A gửi yêu cầu INVITE đến địa chỉ mà Máy chủ chuyển đổi địa chỉ đã trả về (đến B) Người bị gọi B phản hồi bằng chỉ thị thành công (200 OK), và người gọi A xác nhận bằng bản tin ACK Cuộc gọi được thiết lập thành công.
Ngoài ra SIP còn có các mô hình hoạt động liên mạng với SS7 (đến PSTN) hoặc là liên mạng với chồng giao thức H.323
Quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối trong mạng SIP được mô tả chi tiết trong hình 2.4, cho thấy các bước cơ bản trong cuộc gọi SIP.
1 Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối
2 Xác định phương tiện của cuộc gọi, tức là mô tả phiên mà đầu cuối đƣợc mời tham gia
3 Xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không Phía bị gọi phải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hay từ chối
5 Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (ví dụ nhƣ chuyển cuộc gọi)
Hình 2.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP
Giao thức SIP được thiết kế để tích hợp hiệu quả với các giao thức hiện có của IETF, đồng thời đảm bảo tính đơn giản và khả năng mở rộng Nó hỗ trợ tối đa sự di động của các thiết bị đầu cuối và cho phép dễ dàng phát triển các tính năng mới cho dịch vụ.
2.1.5.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF
Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng SIP SIP có thể hoạt động cùng với nhiều giao thức nhƣ:
- RSVP (Resource Reservation Protocol): Giao thức giành trước tài nguyên mạng
- RTP (Real-time transport Protocol): Giao thức truyền tải thời gian thực
- RTSP (Real Time Streaming Protocol): Giao thức tạo luồng thời gian thực
- SAP (Session Advertisement Protocol): Giao thức thông báo trong phiên kết nối
- SDP (Session Description Protocol): Giao thức mô tả phiên kết nối đa phương tiện
- MIME (Multipurpose Internet Mail Extension - Mở rộng thƣ tín Internet đa mục đích): Giao thức thƣ điện tử
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Giao thức truyền siêu văn bản
- COPS (Common Open Policy Service): Dịch vụ chính sách mở chung
- OSP (Open Settlement Protocol): Giao thức thỏa thuận mở
2.1.5.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng
Giao thức Diameter
2.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter
Để truy cập vào một server cụ thể, người dùng cần cung cấp thông tin và mật khẩu Thông tin này thường không được lưu trữ tại máy chủ mà được lưu ở một nơi khác, dẫn đến nhu cầu về một giao thức truyền thông đáng tin cậy Để giải quyết vấn đề này, vào năm 1995, RADIUS được phát triển nhằm mục đích chứng thực và quản lý quyền truy cập dịch vụ cùng với thông tin tài khoản người dùng.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ di động, RADIUS không còn đáp ứng được yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) và không hỗ trợ chuyển vùng, gây cản trở cho sự phát triển dịch vụ Do đó, cần tìm kiếm một công nghệ mới không chỉ thay thế RADIUS mà còn khắc phục những nhược điểm của giao thức này Đến năm 1996, IETF đã chuẩn hóa Diameter trong RFC.
3588 Giao thức này thỏa mãn các yêu cầu đặt ra ở trên
Giao thức Diameter bao gồm hai phần chính: Diameter Base Protocol và Diameter Application Diameter Base Protocol cung cấp các chức năng cần thiết cho việc phân phối dữ liệu, thương lượng, kiểm soát lỗi và khả năng mở rộng Trong khi đó, Diameter Application định nghĩa các ứng dụng dữ liệu cụ thể Ngoài các ứng dụng tiêu chuẩn trong RFC3588, hiện đã có một số ứng dụng được xác định như Mobile IP, NASREQ, EAP, Diameter điều khiển tính phí và ứng dụng Diameter trong giao thức SIP Diameter hoạt động trên giao diện Sh giữa HSS, AS và S-CSCF.
2.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter
Diameter bao gồm ba thành phần chính: Server, Client và Agent Client là thiết bị biên thực hiện truy vấn và sử dụng dịch vụ, trong khi Agent hoạt động như một Proxy, Relay hoặc Redirect Agent để dịch các bản tin Diameter Server có nhiệm vụ quản lý các yêu cầu về AAA trong hệ thống.
Diameter Relay Agent là một thực thể chịu trách nhiệm chấp nhận yêu cầu và định tuyến các bản tin đến một thực thể khác dựa trên thông tin trong bản tin, như tên miền đích Việc định tuyến này được thực hiện dựa trên bảng định tuyến lưu trữ tại các nút mạng, bảng này bao gồm các trường như tên miền, mã ứng dụng, hoạt động cục bộ, nhận dạng Server, cấu hình tĩnh hoặc động, và thời gian hết hạn.
Mã ứng dụng là trường quan trọng thứ hai trong việc tìm kiếm một entry Trường hoạt động cục bộ có bốn giá trị: Local, Relay, Proxy và Redirect, giúp Diamter Relay quyết định cách xử lý hoặc chuyển tiếp gói tin Trường nhận dạng Server xác định nút mạng tiếp theo cần đến Cấu hình có thể là tĩnh hoặc động, cho biết cách thức cấu hình entry; nếu là động, entry sẽ có thời gian hết hạn cần được cập nhật.
Tổng hợp yêu cầu từ các miền khác nhau và phân phối gói tin đến đích phù hợp giúp giảm tải cho cấu hình máy chủ truy cập, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay thế, thêm hoặc loại bỏ máy chủ truy cập.
Diameter Relay Agent điều chỉnh bản tin bằng cách thêm hoặc xóa thông tin định tuyến mà không làm thay đổi các phần khác của bản tin Relay Agent không lưu trữ trạng thái phiên mà chỉ giữ trạng thái giao dịch để thực hiện chức năng kế toán.
Giống như Relay, Proxy Agent cũng thực hiện việc định tuyến các bản tin Diameter thông qua bảng định tuyến Tuy nhiên, hai thành phần này có sự khác biệt trong cách thức thay đổi bản tin để thực hiện các chính sách.
Hình 2.6 Diameter Proxy Agent định tuyến các bản tin dựa vào bảng định tuyến
Đại lý Redirect thực hiện việc định tuyến các bản tin đến tên miền khác, sử dụng bảng định tuyến để xác định chặng tiếp theo trong hành trình đến đích Thay vì tự định tuyến yêu cầu, Đại lý Redirect sẽ cung cấp địa chỉ của chặng tiếp theo để Đại lý Proxy thực hiện việc định tuyến.
Diameter Translation Agent là thành phần quan trọng trong việc chuyển đổi dịch vụ giữa giao thức Diameter và các giao thức AAA khác như RADIUS và TACACS Nó giúp đảm bảo tính tương thích với các dịch vụ trên hạ tầng mạng hiện có.
Bản tin Diameter bao gồm một header và nhiều cặp giá trị thuộc tính AVP Header này có nhiều trường với dữ liệu nhị phân tương tự như header của các giao thức khác.
Hình 2.9 Cấu trúc bản tin trong giao thức Diameter
Hình 2.10 Cấu trúc header của Diameter
Version: đƣợc thiết lập bằng 1 ứng với phiên bản hiện nay của giao thức
Command Flags: trường này dài 8 bit Có dạng RPETrrrr, có ý nghĩa như sau:
+ R (request): nếu bằng 1, đây là bản tin yêu cầu Nếu bằng 0 là bản tin đáp ứng
+ P (proxiable): nếu bằng 1, bản tin có thể chuyển tiếp bởi Proxy, Relay hoặc Redirect Nếu bằng 0 thì bản tin sẽ đƣợc xử lý tại nút
Nếu giá trị E (lỗi) bằng 1, điều này cho thấy bản tin đáp ứng chứa lỗi giao thức và không phù hợp với mô tả ABNF Ngược lại, nếu E bằng 0 trong bản tin yêu cầu, điều này có nghĩa là không có lỗi xảy ra.
+ T (potentially re-transmitted masage): Bit này bằng 1 khi liên kết bị đứt, bản tin yêu cầu bị trùng hoặc không có trả lời từ Server
Mã lệnh có độ dài 24 bit, được IANA quản lý, với các giá trị từ 0 đến 24 dành riêng cho RADIUS Các giá trị 16777214 và 16777215 được sử dụng cho mục đích thí nghiệm, trong khi các số còn lại được áp dụng trong giao thức DIAMETER.
Application-ID là một mã dài 32 bit, được IANA quản lý để xác định tên ứng dụng Các ứng dụng này có thể phục vụ cho việc chứng thực, quản lý tài khoản người dùng hoặc là ứng dụng cụ thể của một nhà sản xuất Mã này nằm trong khoảng từ 0x00000001 đến 0x00ffffff.
NASREQ 1 Mobile-IP 2 Chức năng Accounting trong Diameter 3 Relay 255 Application ID trong header phải giống với nội dung chứa trong AVP
Hop-by-Hop Identifier: dài 32 bit, giúp phù hợp giữa bản tin yêu cầu và đáp ứng trong 1 kết nối trong 1 thời gian
End-to-end Identifier: xác định bản tin bị trùng 2.2.3.2 Cấu trúc AVP
Giao thức COPS
COPS là giao thức được IETF chuẩn hóa để quản lý, cấu hình và áp đặt chính sách, hoạt động theo mô hình Client-Server Giao thức này cho phép trao đổi thông tin và quyết định chính sách giữa Client (PEP) và Server (PDP) thông qua yêu cầu và phản hồi đơn giản Ngoài ra, điểm quyết định chính sách cục bộ (LPDP) đóng vai trò thay thế PDP trong việc liên lạc với PEP khi PDP không khả dụng COPS điều khiển chính sách theo hai mô hình chính.
PEP chỉ định một PDP bên ngoài để xử lý các sự kiện được gửi từ PEP Mô hình này thể hiện mối quan hệ một-một giữa các sự kiện tại PEP và các quyết định từ PDP.
Mô hình mới này không ánh xạ trực tiếp các sự kiện từ PEP đến quyết định của PDP, cho phép PDP cấu hình các sự kiện bên ngoài từ bất kỳ PEP nào Sự kiện gửi từ PEP có thể được xử lý bởi PDP trong cùng một khối hoặc thuộc khối khác, mang lại tính linh hoạt cao hơn so với mô hình outsourcing về mặt thời gian.
COPS sử dụng giao thức TCP để truyền tải các bản tin đáng tin cậy giữa PEP và PDP, khác với các giao thức client-server thông thường, cặp bản tin yêu cầu - đáp ứng phải tương thích với nhau Server có quyền áp đặt và xóa bỏ các chính sách trên client khi cần thiết PEP khởi tạo kết nối TCP tới PDP, gửi yêu cầu và nhận quyết định chính sách, với sự trao đổi liên tục giữa hai bên Ngoài ra, PDP và PEP có thể gửi các bản tin độc lập, như PDP yêu cầu PEP thay đổi các chính sách đã được chấp nhận trước đó, hoặc PEP gửi báo cáo trạng thái về PDP Sự mở rộng của giao thức được mô tả trong định dạng bản tin và các phần tử dữ liệu chính sách mà không cần thay đổi giao thức.
COPS được sử dụng để kết nối giữa khối PDF và GGSN, giúp liên lạc giữa mạng IMS và GPRS với mức độ bảo mật cao cho các bản tin xác thực và bảo vệ toàn vẹn Ngoài ra, COPS còn có khả năng tái sử dụng các giao thức bảo mật như IPSEC hoặc TLS để xác thực và bảo vệ kênh truyền giữa PEP và PDP.
2.3.2 Chức năng chính của COPS
Giao thức này phân công nhiệm vụ cho Client trong mô hình Client/Server, nơi Client gửi các bản tin yêu cầu, cập nhật và xóa đến PDP, và PDP sẽ phản hồi bằng các quyết định cho PEP.
COPS sử dụng giao thức TCP để truyền tải thông tin giữa Server và Client, do đó không cần thiết phải thêm chức năng hỗ trợ liên lạc đảm bảo giữa hai bên.
COPS thực hiện việc quản lý, cấu hình và thực thi các chính sách
COPS cung cấp bảo mật cho các bản tin thông qua xác thực, phát lại bảo vệ và đảm bảo toàn vẹn dữ liệu Ngoài ra, COPS có khả năng tái sử dụng các giao thức bảo mật như IPSEC hoặc TLS để đảm bảo xác thực và bảo vệ kênh truyền giữa PEP và PDP.
COPS cho phép Server áp dụng chính sách cho Client hoặc xóa chính sách đang thực thi trên Client nếu nó không còn đƣợc sử dụng nữa
Version (4bits): chỉ phiên bản của giao thức COPS đang đƣợc dùng, hiện nay đang sử dụng COPS version 1
Flags (4bits): mặc định là 0, cờ flag đặt lên 1 khi bản tin gửi đi là bản tin
DEC, khi đó PDP gửi bản tin DEC đáp ứng lại yêu cầu của bản tin REQ do PEP gửi ra
Op Code (8 bits): cho biết hoạt động của COPS
Bảng 2.4 Các loại Op code trong COPS header
Giá trị Loại Nơi chốn Tên Mô tả
Yêu cầu quyết định từ PDP và thiết lập một client handle nhằm xác định tình trạng phù hợp cho PEP
2 DEC PDP→PEP Decision Trả lại một hoặc nhiều quyết định
(đáp ứng) cho một yêu cầu
3 RPT PEP→PDP Report state
Báo cáo lại cho PDP biết là PEP đã nhận đƣợc đáp ứng của PEP hay chƣa và thông báo sự thay đổi trạng thái của PEP
4 DRQ PEP→PDP Delete request state Thông báo cho PDP biết là
5 SSQ PDP→PEP Synchronize state request
PDP gửi cho PEP để đồng bộ dữ liệu
6 OPN PEP→PDP Client-Open
Cho biết phần tử Client-type không đƣợc hỗ trợ
PDP→PEP Keep-Alive Kiểm tra sự tồn tại của PDP/PEP
10 SSC PEP→PDP Synchronize complete
Thông báo sự đồng bộ thành công
Client-type (16 bits) xác định chính sách áp dụng cho Client và các thực thể liên quan, với giá trị nằm trong khoảng 0x8000 - 0xFFFF Đối với bản tin KA, Client-type cần được đặt thành 0.
Message Length (32 bits): bao gồm header chuẩn và phần tử rút gọn và độ dài chỉ trong 4bytes
Hình 2.16 Object format của bản tin COPS Length: chiều dài của Object format
C-num (8 bits): cho biết lớp thông tin chứa đựng trong object Bảng 2.5 Trường C-Num trong Object format của bản tin COPS
C-num Tên Nơi chốn Mô tả
1 Handle Most Giá trị duy nhất để xác định trạng thái đƣợc cài đặt
2 Context REQ, DEC Cho biết phần tử nào tạo ra những truy vấn
3 In interface REQ Địa chỉ và giao tiếp bên trong của
4 Out interface REQ Địa chỉ và giao tiếp bên ngoài của
5 Reason code DRQ Cho biết lý do các yêu cầu bị xóa
6 Decision DEC Quyết định do PDP tạo ra
7 LPDP decision DEC Quyết định do LPDP tạo ra
8 Error CC Xác định giao thức bị lỗi
REQ, DEC, RPT, OPN Thông tin về Client
10 Keep-Alive timer CAT Giá trị bộ đếm thời gian
11 PEP identification OPN Xác định PEP cho PDP
Loại báo cáo về trạng thái yêu cầu, nó phải tương ứng với handle cụ thể
13 PDP redirect CC PDP có thể chuyển tiếp trực tiếp address PEP đến PDP khác
14 Last PDP address OPN Địa chỉ của PDP mà PEP kết nối lần cuối
15 Accounting timer CAT Xác định thời gian cho việc tính phí
Chuỗi số và sự kiểm bản tin chứng thực nhằm đảm bảo sự bảo mật cho những yêu cầu
Giao thức Megaco/H.248
Megaco, phát triển bởi IETF vào cuối năm 1998, và H.248, được giới thiệu bởi ITU-T vào tháng 5/1999, đã hợp tác để thống nhất giao thức điều khiển MG Kết quả của sự hợp tác này là chuẩn Megaco/H.248 ra đời vào tháng 6/2000.
Megaco/H.248 cung cấp một giải pháp toàn diện cho việc điều khiển các
Giao thức này cung cấp hỗ trợ cho đa phương tiện và dịch vụ hội thoại nâng cao, cho phép lập trình đa điểm với cú pháp được tối ưu hóa nhằm nâng cao hiệu quả của các tiến trình đàm thoại Nó cũng hỗ trợ mã hóa cả văn bản và nhị phân, đồng thời mở rộng các định nghĩa cho các gói tin.
Megaco/H.248 là giao thức báo hiệu quan trọng giữa Softswitch hoặc MGC và các Media Gateway như Trunking, Lines hoặc IP Phone Giao thức này đóng vai trò điều khiển Media Gateway (MG) để thiết lập và quản lý kết nối các luồng truyền từ bên ngoài.
Megaco/H.248 có cấu trúc và mối liên hệ giữa bộ điều khiển và cổng gateway tương tự như MGCP, nhưng nó hỗ trợ đa dạng hơn các loại mạng, bao gồm cả mạng ATM.
Hình 2.17 Megaco/H.248 kết nối điều khiển Gateway Trong phân hệ IMS, giao thức này hoạt động trên điểm tham chiếu Mn,
Mp giao tiếp MRFC với MRFP và MGCF với IMS-MGW
2.4.2 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248
Hình 2.18 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248
MGC: cung cấp báo hiệu SIP hoặc H.323 và thực hiện ánh xạ giữa các giao thức báo hiệu mạng chuyển mạch kênh truyền thống và giao thức báo hiệu
MG cung cấp ánh xạ media và chức năng chuyển mã, kết thúc tín hiệu chuyển mạch kênh cùng với tín hiệu media gói, đồng thời thực hiện chuyển địa chỉ hiệu quả.
SG: cung cấp môi trường báo hiệu giữa miền IP và miền chuyển mạch kênh truyền thống
Termination là một thực thể luận lý trên MG, bao gồm các nguồn và luồng điều khiển Mỗi Termination có một số nhận dạng duy nhất (Termination ID) được phân phối bởi MG khi chúng được tạo ra.
Termication còn biểu hiện cho các thực thể vật lý có thời gian tồn tại bán thường trú như một kênh TDM
Termination cũng biểu diễn cho các luồng thông tin ngắn hạn nhƣ là các luồng RTP, thường tồn tại trong thời gian chúng được sử dụng
Các tín hiệu có thể được áp dụng cho các Termination, tương tự như các thông báo Ngoài ra, các Termination cũng có khả năng được lập trình để phát hiện các sự kiện.
Context là một sự kết hợp giữa một số Termination Có một Context đặc biệt đƣợc gọi là Context rỗng Nó chứa các Termination không kết hợp với các
Termination khác Các Termination rỗng có thể có các tham số đƣợc khảo sát hoặc sửa đổi và có thể có các sự kiện xảy ra trên chúng
Số lượng Termination tối đa trong một Context phụ thuộc vào khả năng của MG Nếu MG chỉ cung cấp kết nối điểm-điểm, nó sẽ giới hạn chỉ hai Termination trên một Context Ngược lại, các MG hỗ trợ hội nghị đa điểm có thể cho phép ba hoặc nhiều Termination trên cùng một Context.
Mô hình (topology) trong ngữ cảnh mô tả luồng media giữa các Termination, trong khi chế độ của Termination (nhận/gửi) thể hiện luồng media tại các ngõ vào/ra của MG.
Sự ưu tiên trong một ngữ cảnh được sử dụng để cung cấp thông tin cho MG về việc điều khiển ưu tiên MGC cũng có khả năng điều khiển ưu tiên lưu lượng trong MG khi cần quản lý nhiều ngữ cảnh đồng thời.
Bộ chỉ thị (indicator) cho cuộc gọi khẩn cấp cũng đƣợc cung cấp để cho phép việc điều khiển ƣu tiên trong MG
* Tạo, xóa và sửa đổi context
Megaco cho phép tạo và chỉnh sửa các giá trị tham số của context hiện có Nó cung cấp các lệnh để thêm Termination vào context, loại bỏ Termination ra khỏi context, và di chuyển Termination giữa các context khác nhau Khi Termination cuối cùng bị xóa hoặc di chuyển khỏi context, context đó sẽ bị xóa hoàn toàn.
2.4.4 Một số lệnh của Megaco/H.248
Add: lệnh add dùng để thêm một termination vào một context Lệnh Add trên Termination đầu tiên trong context đƣợc dùng để tạo context
Modify: dùng để sửa đổi các thuộc tính, các sự kiện và các tín hiệu của termination
Subtract: dùng để ngắt một Termination từ một Context Lệnh này trên Termination sau cùng trong một Context dùng để xóa Context đó
Move: dùng để chuyển Termination trong Context này đến Context khác
Auditvalue: trả lại trạng thái hiện tại của các đặc tính, các sự kiện, các tín hiệu thống kê của Terminination
Auditcapabilities: trả lại tất cả các giá trị đối với tính chất của
Termination, các sự kiện và các tính hiệu đƣợc cho phép bởi MG
Notify: cho phép MG thông báo cho MGC biết các sự kiện xảy ra trong
Thay đổi dịch vụ cho phép MG thông báo cho MGC về việc một hoặc một nhóm Termination sắp rời khỏi hoặc trả lại dịch vụ Lệnh này cũng được MG sử dụng để thông báo cho MGC về sự sẵn sàng của mình Ngoài ra, MGC có thể thông báo chuyển giao tới MG thông qua các lệnh gửi Thay đổi dịch vụ.
Quá trình hoạt động của luồng giao thức Megaco/H.248 nhƣ hình 2.19
Hình 2.19 Luồng giao thức của Megaco/H248
Bước 1: MGC gửi bản tin Modify đến MG A và MG B để yêu cầu
Termination phát hiện nhấc máy
Bước 2: Lệnh Modify đƣợc công nhận Bước 3: GW A phát hiện sự nhấc máy và gửi cho MGC
Bước 4: Xác nhận việc nhấc máy Bước 5: MGC ghi nhận sự kiện và gửi bản tin đến MG để xác nhận sự kiện này
Bước 6, 7: GW A tích lũy các chữ số được quay từ người dùng và gửi các số này đến MGC trong lệnh Notify
Bước 8: MGC công nhận việc nhận các chữ số
Bước 9: MGC quyết định chuỗi số đúng và tạo cuộc gọi Nó gửi lệnh Add đến MGA để tạo Context
Bước 10: GW A trả lời MGC và đặt tên Context, định bộ nhận dạng
Bước 11: dựa vào thông tin nhận đƣợc từ GWA, MGC gửi lệnh Add chứa thông tin về số bên gọi, bộ mã hóa, … đến GWB
GWB phản hồi lệnh Add bằng cách gửi một Context mới đến MGC Sau đó, MGC sử dụng lệnh Modify để yêu cầu chuông và đồng thời yêu cầu GWA tìm kiếm sự nhấc máy.
Bước 15: User B nhấc máy, cuộc gọi đã đƣợc thiết lập, RTP Streaming đƣợc truyền 2 chiều từ A sang B
Bước 16: Khi một trong hai bên gác máy ( ở đây ví dụ là bên A), bản tin
Modify yêu cầu kết thúc cuộc gọi đƣợc gửi đến MGC
Bước 17: MGC nhận đƣợc yêu cầu và gửi bản tin Rely đáp ứng
Trong bước 18 và 19, lệnh Subtract được MGC gửi đến hai Gateway để yêu cầu hủy kết nối (hủy Termination từ một Context) Sau khi nhận được bản tin Rely từ cả hai Gateway, phiên gọi sẽ được kết thúc hoàn toàn.
Các luồng xử lý trong IMS
Thủ tục đăng ký mới đƣợc mô tả hình 2.20
1 Sau khi UE nhận đƣợc kênh báo hiệu từ mạng truy nhập, nó có thể thực hiện đăng ký IMS Để làm điều đó UE gửi luồng thông tin đăng ký tới Proxy (nhận dạng chung, nhận dạng riêng, tên miền mạng nhà, địa chỉ IP của UE)
Hình 2.20 Thủ tục đăng ký mới
2 Khi nhận thông tin đăng ký, P-CSCF thực hiện kiểm tra “tên miền mạng nhà” để tìm thực thể mạng nhà (e.g I-CSCF) Proxy sẽ gửi luồng thông tin đăng ký tới I-CSCF (tên/địa chỉ P-CSCF, nhận dạng chung, nhận dạng riêng, nhận dạng mạng P-CSCF, địa chỉ IP của UE) Một kĩ thuật phân tích tên - địa chỉ đƣợc sử dụng để quyết định mạng nhà từ tên miền mạng nhà Nhận dạng P- CSCF là một chuỗi các nhận dạng tại mạng nhà, mạng đó là mạng mà ở đó P- CSCF đƣợc lắp đặt (ví dụ nhận dạng mạng P-CSCF có thể là tên miền của mạng P-CSCF)
3 I-CSCF sẽ gửi thông tin lên giao diện Cx để truy vấn HSS (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng, nhận dạng mạng P-CSCF)
HSS sẽ kiểm tra xem người dùng đã đăng ký hay chưa và sẽ xác định quyền đăng ký vào P-CSCF dựa trên thuộc tính thuê bao và các giới hạn của nhà mạng.
4 Đáp ứng truy vấn Cx sẽ đƣợc gửi từ HSS tới I-CSCF có chứa tên của S-CSCF mà HSS biết Nếu nhƣ sự kiểm tra ở HSS không thành công, đáp ứng truy vấn Cx sẽ loại bỏ đăng ký
5 Nếu nhƣ I-CSCF không đƣợc cung cấp tên của S-CSCF thì I-CSCF sẽ gửi một bản tin Cx-Select-pull (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng) tới HSS để yêu cầu các thông tin liên quan đến S-CSCF đƣợc yêu cầu để nó có thể lựa chọn S-CSCF
6 HSS sẽ gửi Cx-select-pull-resp tới I-CSCF
7 I-CSCF sử dụng tên của S-CSCF để có thể quyết định địa chỉ của S- CSCF nhờ kĩ thuật phân tích tên - địa chỉ I-CSCF cũng sẽ quyết định tên của một điểm giao tiếp mạng nhà phù hợp nhờ thông tin nhận đƣợc từ HSS Điểm giao tiếp mạng nhà có thể là chính S-CSCF hoặc một I-CSCF phù hợp trong trường hợp ẩn cấu hình mạng Nếu một I-CSCF được lựa chọn như một điểm giao tiếp mạng nhà để thực hiện ẩn cấu hình mạng, nó sẽ khác với I-CSCF đóng vai trò tiếp nhận thông tin đăng ký, và nó sẽ cho phép nhận tên các S-CSCF từ thông tin giao tiếp nhà I-CSCF sẽ gửi luồng thông tin đăng ký (tên/địa chỉ của P-CSCF, nhận dạng chung, nhận dạng riêng, nhận dạng mạng P-CSCF, địa chỉ
IP của UE và I-CSCF (THIG) cho phép mạng ẩn cấu hình tới S-CSCF đã chọn P-CSCF sử dụng điểm giao tiếp mạng nhà để gửi tín hiệu thiết lập phiên tới mạng nhà.
8 S-CSCF sẽ gửi Cx-put (nhận dạng chung, nhận dạng riêng, tên S- CSCF) tới HSS HSS sẽ lưu trữ tên S-CSCF cho thuê bao đó
9 HSS sẽ gửi Cx-put-resp tới S-CSCF để báo nhận bản tin Cx-put đã gửi
10 Khi nhận thông tin từ Cx-put- resp, S-CSCF sẽ gửi luồng thông tin Cx-pull (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng) tới HSS để cho phép tải về các thông tin có liên quan tới các thuộc tính thuê bao cho nó S- CSCF sẽ lưu trữ các tên/địa chỉ của P-CSCF khi được cung cấp từ mạng khách
Sự mô tả tên và địa chỉ này để mạng nhà có thể chuyển tiếp báo hiệu phiên kết thúc tiếp đó tới UE
11 HSS gửi trả lời bằng bản tin Cx-pull-resp tới S-CSCF Thông tin người dùng được chuyển từ HSS tới S-CSCF gồm một hay nhiều thông tin tên/địa chỉ cần cho quá trình truy nhập các mặt bằng điều khiển dịch vụ khi người sử dụng đã được đăng ký tại S-CSCF S-CSCF sẽ lưu trữ thông tin cho người dùng đã được chỉ định Hơn nữa thông tin tên/ địa chỉ, thông tin bảo mật cũng có thể đƣợc gửi cho S-CSCF sử dụng
12 Dựa trên bộ lọc tiêu chuẩn, S-CSCF sẽ gửi thông tin đăng ký tới mặt bằng điều khiển dịch vụ và thực hiện bất cứ thủ tục điều khiển dịch vụ thích hợp nào
13 S-CSCF sẽ đáp lại luồng thông tin 200 OK (thông tin giao tiếp mạng nhà) tới I-CSCF Nếu một I-CSCF đƣợc lựa chọn nhƣ một điểm giao tiếp mạng nhà để thực hiện ẩn cấu hình mạng, I-CSCF sẽ thực hiện mã hóa địa chỉ S-CSCF vào trong thông tin giao tiếp mạng nhà
14 I-CSCF sẽ gửi thông báo 200 OK tới P-CSCF I-CSCF sẽ giải phóng tất cả thông tin đăng ký sau khi gửi luồng thông tin 200 OK
15 P-CSCF sẽ lưu trữ thông tin giao tiếp mạng nhà và sẽ gửi luồng thông tin 200 OK tới UE
2.5.1.2 Đăng ký lại Đăng ký lại là một hoạt động định kì của UE nhằm cập nhật lại một sự đăng ký đã tồn tại hoặc cập nhật những thay đổi về trạng thái đăng ký của UE Các bước trong quá trình đăng ký lại được thực hiện tương lúc đăng ký, nhưng vì có một S-CSCF đã đƣợc ấn định cho UE trong lúc đăng ký nên I-CSCF sẽ không gửi bản tin Cx-SELECT PULL yêu cầu S-CSCF
Hình 2.21 Thủ tục đăng ký lại
2.5.2 Xóa đăng ký 2.5.2.1 Xóa đăng ký khởi tạo bởi UE
Khi thiết bị người dùng (UE) muốn xóa đăng ký trong Hệ thống Quản lý Thông tin (IMS), nó sẽ tiến hành xóa đăng ký ở mức ứng dụng Việc xóa đăng ký này được thực hiện khi thời gian đăng ký đã hết.
Hình 2.22 Xóa đăng ký với người dùng đã được đăng ký
1 UE quyết định khởi tạo xóa đăng ký Để xóa đăng ký UE thực hiện một yêu cầu REGISTER mới với giá trị thời hạn là không giây UE gửi luồng thông tin REGISTER tới Proxy (nhận dạng người dùng chung, nhận dạng người dùng riêng, tên miền mạng nhà, địa chỉ IP của UE)
2 Khi nhận đƣợc luồng thông tin đăng ký, P-CSCF sẽ thực hiện kiểm tra tên miền mạng nhà để tìm ra thực thể chỉ tới mạng nhà (ví dụ I-CSCF) Proxy không sử dụng các thực thể chỉ tới bộ lưu trữ các đăng ký định kì Proxy sẽ gửi luồng thông tin đăng ký tới I-CSCF (tên/địa chỉ P-CSCF, nhận dạng người dùng chung/riêng, nhận dạng mạng Proxy, địa chỉ IP của UE) Kĩ thuật phân tích tên địa chỉ đƣợc sử dụng để quyết định địa chỉ mạng nhà từ tên miền mạng nhà Nhận dạng mạng P-CSCF là một chuỗi để nhận dạng mạng nhà (nhận ra mạng mà P-CSCF đặt tại đó) ví dụ: nhận dạng mạng P-CSCF có thể là tên miền của mạng P-CSCF
3 I-CSCF sẽ gửi luồng thông tin Cx-Query tới HSS (nhận dạng thuê bao chung/riêng, nhận dạng mạng P-CSCF)
4 HSS sẽ xác định người dùng này hiện đã đăng ký chưa HSS sẽ gửi Cx- Query Resp (chỉ thị thực thể điểm nhƣ S-CSCF) tới I-CSCF
Giới thiệu viễn thông Việt Nam
Theo thống kê tháng 6 năm 2011 của Tổng cục Thống kê Bộ Thông tin và Truyền thông, số lượng thuê bao điện thoại cố định được ghi nhận trong bảng biểu hình 3.1.
Hình 3.1 Biểu đồ số thuê bao điện thoại cố định
Số thuê bao điện thoại di động đƣợc thống kê theo bảng biểu hình 3.2
Hình 3.2 Biểu đồ số thuê bao điện thoại di động Thống kê loại hình sử dụng Internet trong 2 năm 2009 và 2010
1 Số người sử dụng Internet 22.779.887 26.784.035
2 Số người sử dụng Internet/100 dân 26,55 30,65
3 Số người sử dụng Internet băng rộng
4 Số thuê bao Internet băng rộng/100 dân 3,71 4,20
5 Số thuê bao xDSL đối tƣợng cá nhân 2.686.827 2932.815
6 Số hộ gia đình kết nối Internet/100 dân 11,76 12,84
7 Băng thông kênh kết nối quốc tế
(bit/s)/01 người sử dụng Internet 4.125 4.849
8 Số tên miền “.vn” đã đăng ký 133.568 180.870
9 Số địa chỉ Internet (IPv4) đã cấp 6.898.176 12.605.440
10 Số địa chỉ Internet (IPv6) đã cấp quy đổi theo đơn vị/64 42.065.885.184 46.360.918.016
Doanh thu của ngành viễn thông đƣợc thể hiện theo hình 3.3
Hình 3.3 Biểu đồ doanh thu trong ngành viễn thông Thị phần (thuê bao) các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ viễn thông
Hình 3.4 Thuê bao dịch vụ điện thoại cố định của các doanh nghiệp
Hình 3.5 Thuê bao dịch vụ điện thoại di động của các doanh nghiệp
Hình 3.6 Thuê bao dịch vụ truy nhập Internet của các doanh nghiệp
Kiến trúc mạng viễn thông Việt Nam
Mạng viễn thông Việt Nam đƣợc tạo nên bởi các mạng khác nhau:
Mạng PSTN cung cấp dịch vụ thoại cố định và truyền số liệu tốc độ thấp (Internet dial-up), cùng với các dịch vụ giá trị gia tăng đơn giản Dù được đầu tư mạnh mẽ từ lâu với số lượng thuê bao lớn, công nghệ và kiến trúc của PSTN hiện đã trở nên lạc hậu và kém linh hoạt, gây khó khăn cho việc cung cấp các dịch vụ mới.
Mạng số liệu/IP đang cung cấp các dịch vụ như Internet, VPN và leased line, với số lượng thuê bao tăng nhanh chóng Nhu cầu về các dịch vụ mới cũng đang phát triển mạnh mẽ, trong đó bao gồm các dịch vụ như VoIP và IPTV/VoD.
Mạng điện thoại di động cung cấp dịch vụ thoại, Internet di động và các dịch vụ giá trị gia tăng như truyền hình di động Công nghệ chính được sử dụng trong mạng di động bao gồm GSM và CDMA.
Cuối năm 2009, các công ty thông tin di động Vinaphone, Mobifone, Viettel đã cung cấp dịch vụ 3G trên nền công nghệ W-CDMA
Việt Nam hiện đang dẫn đầu thế giới về tốc độ phát triển viễn thông nhờ vào các chính sách mở cửa, thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của cơ sở hạ tầng mạng Sự ra đời liên tục của các nhà khai thác mạng với trang bị hiện đại đã tạo ra một môi trường cạnh tranh sôi động, mang lại nhiều lợi ích cho người dùng.
Xu hướng hội tụ trong ngành viễn thông đang dần hiện thực hóa, với sự chuyển đổi mô hình kinh doanh trên mạng NGN diễn ra mạnh mẽ Hiện nay, các Nhà khai thác di động ảo (MVNO) và các công ty bên ngoài đã tham gia vào lĩnh vực dịch vụ viễn thông mà không cần sở hữu cơ sở hạ tầng truy cập, thể hiện rõ mô hình phân lớp theo chiều ngang.
Nhiều nhà khai thác lớn tại Việt Nam đang nỗ lực mở rộng dịch vụ và thu hút thêm khách hàng bằng cách cung cấp nhiều dịch vụ mới Họ chủ động hợp tác với các đối tác để phát triển dịch vụ gia tăng, bán lại tài nguyên cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông (xVNO), và chuyển giao chăm sóc khách hàng cho các công ty bên ngoài Đồng thời, họ cũng đang cố gắng nâng cao chất lượng hạ tầng dịch vụ để đảm bảo sự hài lòng của khách hàng.
Môi trường truyền thông đa dịch vụ đang trở thành mục tiêu của các nhà cung cấp dịch vụ, nhằm mang đến cho khách hàng những dịch vụ phong phú và tiên tiến Các tổ chức chuẩn hóa và các nhà nghiên cứu đang tích cực nghiên cứu các vấn đề liên quan Sự hội tụ giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, cũng như sự kết hợp giữa mạng cố định và di động, đang thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ tích hợp cao Điển hình trong số đó là giải pháp điều khiển IMS và nền tảng phân phát nội dung SDP, cho phép hỗ trợ điều khiển chung cho mọi loại hình dịch vụ, đồng thời kết nối các nhà cung cấp nội dung, tạo nên sự đa dạng trong các dịch vụ gia tăng trên nền tảng mạng viễn thông mới.
Tình hình triển khai NGN ở Việt Nam
Đến năm 2010, VNPT đã hoàn thành hai giai đoạn triển khai mạng NGN, cung cấp thành công nhiều dịch vụ mới và đang mở rộng mạng lưới trên toàn quốc.
Những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác nhƣ Viettel, SPT, VPT, FPT Telecom,… đang nghiên cứu xây dựng mạng NGN của họ
VNPT xây dựng mạng NGN theo 2 bước:
- Bước 1: xây dựng mạng lõi NGN truyền tải dịch vụ dữ liệu, Internet, VoIP
- Bước 2: chuyển lưu lượng thoại từ PSTN sang NGN
Lộ trình triển khai NGN của VNPT:
+ Năm 2003: VNPT xây dựng mạng trục (backbone) NGN với 2 softswitch và 3 Core router M160 ở Hà Nội, Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh
+ Tháng 10/2003: VNPT xây dựng tuyến truyền dẫn quốc gia dung lƣợng
20 Gbps dùng công nghệ DWDM
Năm 2004, hệ thống đã lắp đặt 31 Media Gateway tại 31 tỉnh/thành phố, giúp định tuyến toàn bộ lưu lượng VoIP và 20% lưu lượng PSTN sang NGN Dịch vụ MegaVNN (Internet tốc độ cao) được cung cấp tại 17 tỉnh thông qua công nghệ ADSL, trong khi 26 tỉnh/thành phố khác tiếp cận Internet qua POP Đồng thời, mạng Metro công nghệ Ethernet (MAN-E) cũng được xây dựng để nâng cao khả năng kết nối.
+ Từ năm 2007 đến 2008, VNPT xây dựng mạng MAN-E tại tất cả các tỉnh/thành phố và mạng trục IP Core
+ Từ năm 2009 đến nay, VNPT tiến hành mở rộng mạng
Hình 3.7 Cấu trúc mạng NGN VNPT năm 2004
C á c g a te w a y v à m ạ n g tr u y n h ậ p k h u v ự c T P H C M v à 9 t ỉn h p h ía n a m C á c g a te w a y v à m ạ n g t ru y n h ậ p k h u v ự c m iề n t ru n g ( 4 t ỉn h ).
Hình 3.8 Cấu hình mạng NGN của VNPT năm 2010
Giải pháp triển khai IMS tại VNPT
3.4.1 Tổng quan giải pháp triển khai IMS
IMS là kiến trúc chức năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện dựa trên IP, bao gồm các thực thể chức năng hỗ trợ tầng dịch vụ của NGN Nó cũng tích hợp phân hệ giả lập PSTN/ISDN (PES) để kết nối các thuê bao truyền thống vào NGN Khi triển khai và áp dụng xu hướng chuyển đổi NGN, cần chú ý đến các vấn đề liên quan đến điều khiển và dịch vụ Các yêu cầu chung cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình chuyển đổi mạng.
- Mạng chuyển đổi phải có khả năng cung cấp đƣợc tất cả các dịch vụ đã có và đang hoạt động trên mạng hiện nay
- Chuyển đổi nên có tính quá độ, triển khai mạng mới nhƣng vẫn tái sử dụng mạng cũ để đảm bảo vốn đầu tƣ
- Chuyển đổi nên mang tính liên tục, tiếp tục đáp ứng các dịch vụ cũ nhƣng cũng phải có khả năng cung cấp các dịch vụ mới
Chuyển đổi cần được thực hiện một cách hài hòa và tương xứng giữa sự phát triển của tầng điều khiển và dịch vụ với sự phát triển của tầng truyền tải và truy cập.
- Các giao diện phải có hướng mở và tuân theo các chuẩn thống nhất đã ban hành nhƣ 3GPP, TISPAN R1
Vào ngày 8/9/2010, VNPT/VTN đã chọn Alcatel-Lucent cung cấp giải pháp tổng thể IMS đầu tiên tại Việt Nam Dự án IMS này nhằm mục tiêu biến VNPT/VTN thành nhà cung cấp hàng đầu về dịch vụ mạng thế hệ mới (NGN) và nâng cao chất lượng dịch vụ thông tin và truyền thông cho khách hàng.
Với việc triển khai IMS, VNPT/VTN sẽ cách mạng hóa dịch vụ thoại và đa phương tiện thông qua nền tảng IP linh hoạt, có khả năng mở rộng cao, nhằm cung cấp dịch vụ đa dạng cho khách hàng thuê bao di động và cố định.
Alcatel-Lucent là nhà cung cấp hàng đầu về giải pháp IMS, với hơn 60 dự án IMS được triển khai trên toàn cầu Công ty cũng cung cấp các ứng dụng IMS cho nhiều khách hàng, khẳng định vị thế tiên phong trong lĩnh vực này.
60 khách hàng khác Alcatel-Lucent cũng dẫn đầu thị trường về thuê bao VoIP IMS Mô hình giải pháp của Alcatel-Lucent đƣợc thể hiện nhƣ hình 3.9
Hình 3.9 Mô hình giải pháp của Alcatel Lucent Các thành phần chính trong giải pháp:
Máy chủ ứng dụng đa phương tiện (MMAS) cung cấp dịch vụ linh hoạt và quy mô lớn thông qua giao thức SIP và giao diện APT, sử dụng các công nghệ Java và J2EE Ngoài ra, MMAS còn cung cấp các giao diện kết nối với các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba.
3 sử dụng các dịch vụ Web, SIP, OSA/Parlay và nó cũng có một giao diện điều khiển dịch vụ ISC
Máy chủ cuộc gọi đa phương tiện (MMCS) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển phiên qua giao thức SIP, kết nối giữa IMS và các mạng truy cập như GPRS và UMTS MMCS không chỉ quản lý tài nguyên hiệu quả mà còn đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các cuộc gọi đa phương tiện.
- Server phương tiện và cầu hội nghị: Cung cấp dịch vụ thoại và hội nghị truyền hình
- Quản lý mạng và dịch vụ: Quản lý tất cả các phần tử mạng và một số chức năng khác nhƣ QoS
- Hội tụ tính cước: Tính cước, các dữ liệu xử lý phần cứng và các hệ thống back-office
Các đặc điểm chính của giải pháp:
- Hỗ trợ nhiều dịch vụ đa phương tiện: Các dịch vụ chất lượng cao như hội nghị truyền hình, PoC, VoIP
Các công ty thứ ba có khả năng phát triển và cung cấp các dịch vụ mới nhờ vào công nghệ tiên tiến như SIP, Java 2 (J2EE) và giao diện lập trình mở API Điều này không chỉ giúp tăng cường sự đa dạng của dịch vụ mà còn rút ngắn thời gian triển khai, mang lại lợi ích lớn cho các nhà cung cấp.
Để nâng cao chất lượng dịch vụ điện thoại, cần cải thiện hiệu suất điều khiển và kiểm soát cơ sở hạ tầng mạng Sự thương mại hóa sẽ góp phần tạo ra sự hội tụ các dịch vụ, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng.
Giải pháp này cung cấp nhiều dịch vụ nền cơ bản, cho phép các nhà cung cấp phát triển và cung cấp các dịch vụ mới dựa trên những dịch vụ nền này.
Theo tiêu chuẩn truy nhập của 3GPP, thiết bị truy nhập bao gồm điện thoại di động (2G, 2.5G, 3G) và các loại mạng khác như mạng cố định (LAN, MAN), mạng không dây cố định (WLAN) và mạng cố định băng rộng (xDSL, FTTx).
- Nâng cao QoS và bảo mật: Hỗ trợ thêm QoS liên mạng với các mạng đa phương tiện IP ngoài Đưa thêm các thành phần bảo mật cho IMS
Khai thác lợi nhuận tối đa từ mạng di động là một chiến lược quan trọng, trong đó IMS đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa lợi nhuận cho các mạng di động Điều này được thực hiện thông qua các phương thức hỗ trợ thanh toán cước hiệu quả giữa hệ thống IMS và các mạng khác, giúp tăng cường khả năng cạnh tranh và cải thiện trải nghiệm người dùng.
Hỗ trợ mở rộng các giao diện IMS theo chuẩn 3GPP là rất quan trọng, đặc biệt là trong việc cải thiện các giao diện giữa nhà khai thác mạng di động và các đối tác thứ ba, cũng như giao diện quản trị mạng di động.
Cấu trúc tổng thể giải pháp IMS của Alcatel – Lucent thể hiện hình 3.10
* Alcatel 1440 Universal Subscriber Data Server - HSS
Những vấn đề đã đƣợc sản phẩm này giải quyết:
- Quản lý vị trí thuê bao, nhận dạng, bảo mật, và thông tin đặc tính trong một cơ sở dữ liệu
- Đơn giản hóa yêu cầu, quản lý dữ liệu và di chuyển mạng
- Giúp kết hợp mạng và người sử dụng
- Kế hoạch dữ liệu có thể mở rộng cho phép lưu giữ hiệu quả và nhận đƣợc dữ liệu ứng dụng “trong suốt”
- Điểm đơn để truy nhập dữ liệu cho đa ứng dụng
Sản phẩm này cung cấp chức năng quản lý dữ liệu phân phối đáng tin cậy và hỗ trợ đa mạng Những đổi mới từ Bell Labs mang lại khả năng quản lý dữ liệu độc đáo, tối ưu hóa quản lý thuê bao trên nhiều mạng và miền Nó còn mở rộng khả năng quản lý dữ liệu thuê bao và nhận dạng, đồng thời quản lý và quản trị dữ liệu chung hiệu quả.
Hình 3.10 Cấu hình mạng IMS - Alcatel-Lucent
A5020 MGC-10 MGC và A7510 MG đã được nâng cấp để tích hợp chức năng MGCF và MGF, nhằm hỗ trợ kết nối hiệu quả giữa IMS Core mới và mạng PSTN truyền thống.
Mô phỏng trên Open IMS Core
Ngày nay, IMS (IP Multimedia Subsystem) đang trong giai đoạn thử nghiệm với nhiều doanh nghiệp toàn cầu, với mục tiêu phát triển mạng NGN và mở rộng khả năng hỗ trợ cho lượng lớn khách hàng, đặc biệt trong việc phát triển dịch vụ Mặc dù đã có nhiều dự án mã nguồn mở liên quan đến VoIP cho các SIP clients, proxy, stack và các công cụ liên quan đến chuẩn SIP của IETF, nhưng hiện tại chưa có dự án mã nguồn mở nào tập trung cụ thể vào IMS.
Dự án mã nguồn mở OPEN SOURCE IMS Core nhằm cung cấp giải pháp linh hoạt và mở rộng cho sự thiếu hụt phần mềm mã nguồn mở trong lĩnh vực IMS Tính thích nghi và khả năng của nó đã được chứng minh qua các dự án nghiên cứu và phát triển cả trong nước và quốc tế Mục tiêu tiếp theo là xây dựng một cộng đồng các nhà phát triển cho phần core của mạng NGN, cho phép phát triển các dịch vụ IMS và thử nghiệm các khái niệm liên quan đến phần core IMS.
3.5.1 Giới thiệu chung OPEN IMS Core [11]
Là một dự án triển khai IMS trên mã nguồn mở của FOKUS (Fraunhofer Institute for Open Communication Systems )
Hình 3.14 Các thành phần chính của Open IMS
The Open Source IMS Core serves as the foundational component of Open IMS, comprising two main elements: the Home Subscriber Server (HSS), referred to as FHoSS in Open IMS, and the Call Session Control Functions (CSCFs), which act as the central unit that manages all IMS signaling.
Open IMSCore đƣợc đƣa ra tại website http://openimscore.org/ Đầu cuối IMS (IMS Client)
Trong hệ thống Open IMS, IMS client đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá thành công của IMS, hoạt động như một môi trường đa ứng dụng để phát triển dịch vụ trên mạng IMS Nhiều phần mềm IMS Client có sẵn, trong đó bộ khung Open IMS Client của FOKUS cung cấp giao diện lập trình cho các nhà phát triển dịch vụ IMS, giúp tối ưu hóa khả năng phát triển và triển khai dịch vụ mới.
Xây dựng các API IMS chuẩn với khả năng thay đổi linh hoạt theo yêu cầu Hệ thống tương thích đa nền tảng, bao gồm Windows XP, Windows CE và Linux, và có thể được triển khai trên Java hoặc NET.
+ Dễ dàng kết nối với các thiết bị khác + Tuân theo các chuẩn IEFT, 3GPP, TISPAN…
Open IMS SIP AS (SIPSEE - SIP Servlet Execution Environment) is a SIP Application Server that integrates both SIP and HTTP service environments, facilitating the development of various services.
Cho phép các nhà phát triển dịch vụ tạo các ứng dụng qua web
Kiến trúc IMS Management để quản lý và điều khiển mọi thành phần cần cho mạng lõi IMS
XML Document Management Server ( XDMS )
Máy chủ cung cấp hướng dẫn người dùng về thông tin dịch vụ và cách truy cập…
Hỗ trợ các dịch vụ nhƣ : + Voicemail, lưu lại bản tin rồi gửi vào mail + Hội thảo (Conferencing)
Fokus Home Subcriber Server (FHoSS)
Trong phần mềm Open IMS do FOKUS phát triển, khối HSS đƣợc còn đƣợc gọi là FHoSS (Fokus Home Subcriber Server)
FHoSS là một dự án Java được phát triển dựa trên các phần mềm mã nguồn mở như MySQL và Tomcat Dữ liệu người sử dụng được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu MySQL, trong khi giao diện web quản lý hoạt động trên máy chủ Tomcat Dự án FHoSS cung cấp ba giao diện dựa trên giao thức Diameter theo tiêu chuẩn RFC 3588.
+ Giao diện Sh để cho Application Server truy cập vào HSS
+ Giao diện Cx dùng trong các quá trình đăng ký (cụ thể là giao diện kết nối với I-CSCF và S-CSCF)
+ Giao diện Zh để thiết lập các kênh HTTPS tới các ứng dụng
The core component of FHoSS is the HssDiameterStack, which utilizes DiameterPeer to send requests to other blocks and receive both requests and responses through the CommandListener interface.
Dữ liệu của HSS được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, sử dụng cấu trúc Hibernate để xây dựng tầng truy cập dữ liệu Hibernate là công nghệ phổ biến trong việc phát triển tầng truy cập cơ sở dữ liệu cho các dự án Java.
FHoSS đƣợc quản lý bằng giao diện web Nó đƣợc triển khai dựa trên công nghệ servlet trong đó kết hợp với Apache Struts Web framework
3.5.2 Triển khai mô hình mô phỏng
Thông qua Open Source IMS Core, người dùng có thể thực hiện các dịch vụ như thoại, thoại hình ảnh, chat, truyền dữ liệu và xem IPTV-VoD khi kết nối với mạng lõi IMS Lớp điều khiển được mô phỏng trên máy tính sử dụng hệ điều hành Ubuntu 11.2, trong khi lớp truyền tải sử dụng máy tính khác để mô phỏng mạng lõi MPLS trên phần mềm GNS3 hoặc NS2 Đối với lớp truy cập, một hoặc nhiều máy khách sử dụng softphone hỗ trợ IMS như Mercuro Client, UCT Client, OpenIC_Lite, IMS Communicator và Counterpath X-lite Qua hệ thống mô phỏng này, người dùng có thể thực hiện các giao dịch tương tự như trong thực tế.
Hình 3.16 Mô hình mô phỏng mạng NGN Khởi động IMS lõi
Khởi tạo người sử dụng dịch vụ IMS với tên đăng ký là cuong1 và cuong2
Kết quả khởi tạo người sử dụng dịch vụ IMS
Tại lớp truy nhập, người dùng có thể sử dụng phần mềm Mecuro IMS client để đăng nhập vào mạng lõi IMS với tên đăng nhập cuong1 và cuong2 Việc đăng nhập thành công của cuong1 và cuong2 vào mạng lõi IMS cho thấy quy trình truy cập diễn ra thuận lợi.
Thiết lập dịch vụ IMS và kết quả đạt đƣợc Thực hiện cuộc gọi video giữa cuong1 gọi đến cuong2
Người sử dụng cuong2 chấp nhận cuộc gọi cuong1
Kết quả bản tin SIP thu đƣợc
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Nghiên cứu áp dụng phân hệ đa phương tiện IP trong mạng viễn thông Việt Nam đã đạt được những kết quả quan trọng, bao gồm việc tối ưu hóa hiệu suất mạng, nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng Luận văn cũng nhấn mạnh vai trò của công nghệ IP trong việc phát triển hạ tầng viễn thông, tạo điều kiện cho sự chuyển đổi số và cải thiện khả năng kết nối.
Tìm hiểu về IMS và tiến trình chuẩn hoá IMS của 3GPP rất quan trọng trong việc triển khai công nghệ này tại Việt Nam Lợi ích của IMS bao gồm việc cải thiện chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa tài nguyên mạng Động lực triển khai IMS tại Việt Nam đến từ nhu cầu ngày càng cao về các dịch vụ đa phương tiện Phân tích kiến trúc phân hệ IMS giúp hiểu rõ vai trò của các phần tử trong kiến trúc, từ đó hỗ trợ việc phát triển và ứng dụng công nghệ một cách hiệu quả.
Nghiên cứu và phân tích các giao thức mạng là rất quan trọng để hiểu rõ cách thức hoạt động của phân hệ IMS Bài viết này sẽ đi sâu vào từng bước thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụ trong IMS, giúp người đọc nắm bắt được quy trình và chức năng của hệ thống này.
Hiện trạng mạng viễn thông tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng người dùng và dịch vụ Việc triển khai Hệ thống đa phương tiện (IMS) đã được chú trọng, tuy nhiên vẫn còn nhiều thách thức trong quá trình áp dụng và phát triển các dịch vụ trên nền tảng này Đánh giá khả năng ứng dụng các dịch vụ trong IMS cho thấy tiềm năng lớn, nhưng cần cải thiện hạ tầng và chính sách để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng.