Nghiên ứu kiến trúc ims và các dịch vụ gia tăng liên quan

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---***--- LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGHÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC IMS VÀ CÁC DỊCH VỤ GIA TĂNG LIÊN QUAN HOÀNG SỸ HÙNG Người hướng d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-*** -

LUẬN VĂN THẠC SỸ

CHUYÊN NGHÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC IMS VÀ CÁC

DỊCH VỤ GIA TĂNG LIÊN QUAN

HOÀNG SỸ HÙNG

Người hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Chấn Hùng

Hà Nội - 2009

Cx Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một HSS

Dx Điểm tham chiếu giữa một I CSCF với một SLF

-Gi Điểm tham chiếu giữa GPRS với một mạng dữ liệu gói bên ngoài

Gm Điểm tham chiếu giữa một P CSCF với UE-

ISC Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một server ứng dụng

Iu Giao diện giữa RNC với mạng lõi Nó cũng được coi như một điểm

tham chiếu

Mb Điểm tham chiếu đến các dịch vụ IPv6

Mg Điểm tham chiếu giữa một MGCF với một CSCF

Mi Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một BGCF

Mj Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một MGCF

Mk Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một BGCF khác

Mm Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một mạng đa phương tiện IP

Mr Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một MRCF

Mw Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một CSCF khác

Sh Điểm tham chiếu giữa một AS với một HSS

Si Điểm tham chiếu giữa một IM-SSF với một HSS

Ut Điểm tham chiếu giữa UE và một server ứng dụng (AS)

tắt

AMR Adaptive multi rate Thích ứng đa tốc độ

API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng

AS Application Server Server ứng dụng

BCSM Base call state model Mô hình trạng thái cuộc gọi gốc

BGCF Breakout gateway controll

funtion

Chức năng điều khiển cổng ngăn cản

CAMEL Customised application mobile

enhanced logic

Những lập luận để nâng cao tính

di động ứng dụng cho khách hàng

CAP Camel application part Phần ứng dụng camel

CDR Charging data record Đoạn dữ liệu tính cước

CS Circuit switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call session control function Chức năng điều khiển phiên

cuộc gọi CSE Camel service environment Môi trường dịch vụ camel

DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình host động

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng

HSS Home subscriber server Server thuê bao nhà

I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật internet

IP-CAN IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối IP

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng số dịch vụ tích hợp

MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MGCF Media Gateway Control

PDP Packet data protocol Giao thức dữ liệu gói

PEF Policy enforcement function Chức năng thúc ép hợp đồng PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSI Public Service Identity Nhận dạng dịch vụ chung

SCS Service Capability Server Server có khả năng phục vụ SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục vụ SLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê bao SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ SGW Signalling Gateway Cổng báo hiệu

URL Universal Resource Locator Vị trí tài nguyên toàn cầu

UMTS RAB Radio access bearer Mang truy nhập vô tuyến

SCS Service capability server Server có thể phục vụ

S – CSCF Serving – CSCF CSCF – phục vụ

SLF Subscriber locator function Chức năng vị trí thuê bao

SIM Subsciber identifier modul Khối nhận dạng thuê bao

SIP Session initiation protocol Giao thức khởi tạo phiên

UE User Equipment Thiết bị người dùng

telecommunication system

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT 8

LỜI CAM ĐOAN 11

LỜI CÁM ƠN 12

LỜI NÓI ĐẦU 13

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IMS 15

1 Tổng quan IMS trên viễn thông thế giới .15

2 Phân tích xu hướng phát triển công nghệ IMS 17

3 Tình hình phát triển IMS tại Việt Nam 20

CHƯƠNG II KIẾN TRÚC IMS 24

1 Tổng quan kiến trúc IMS 24

1.1 Sơ đồ kiến trúc IMS 24

1.2.Nhóm định tuyến và quản lý phiên (CSCFs) 25

1.2.1 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi uỷ quyền 25

1.2.2 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi t ng tác mạngươ 28

1.2.3 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi phục vụ 29

1.3.Nhóm cơ sở dữ liệu 29

1.4.Nhóm các chức năng dịch vụ(server ứng dụng, MRFC, MRFP) 30

1.4.1 Chức năng của AS 30

1.4.2 Các chức năng tài nguyên ph ng tiện ươ - MRF 31

1.5.Nhóm các chức năng t ng tác mạngươ 32

1.5.1 Chức năng điều khiển cổng phương tiện - MGCF 32

1.5.2 Cổng báo hiệu – SGW 32

1.5.3 Cổng phương tiện MGW 33

1.5.4 Chức năng điều khiển cổng ranh giới - BGCF 33

1.6.Nhóm các chức năng hỗ trợ mạng 34

1.6.1 Chức năng quyết định chính sách - PDF 34

1.6.2 Gateway bảo vệ - SEG 34

1.6.3 Chức năng THIG 34

1.7.Nhóm tính cước 35

2 Các điểm tham khảo trong IMS 37

3 Phân loại giao thức .42

4 Một số giải pháp các Hãng 43

4.1 Giải pháp của Hãng Acatel 43

4.2 Giải pháp của hãng HUAWEI 44

5 Kết chương .45

CHƯƠNG III CƠ SỞ PHÁT TRIỂN IMS 47

1 Giao thức khởi tạo phiên SIP(báo hiệu trong IMS) 47

1.1 Cấu trúc giao thức SIP 47

1.2 Các phương thức SIP 48

1.3 Các yêu cầu SIP 50

1.4 Các phúc đáp SIP 50

1.5 Các trường tiêu đề SIP 54

1.6 Thiết lập phiên từ UMTS vào IMS để sử dụng dịch vụ 62

2.6.1 Đánh địa chỉ trong IMS 63

2.6.2 Định vị trí P-CSCF 65

2.6.3.Sự đăng ký IMS 65

2.6.4 Cuộc gọi xuất phát từ mạng di động 68

2.6.5 Cuộc gọi kết thúc mạng di động 69

2 Lớp dịch vụ và Máy chủ ứng dụng AS 70

2.1 Các kiể máy chủ ứu ng dụng 71

2.1.1 Các máy chủ ứng dụng SIP 72

2.1.2 Truy nhập dịch vụ mở máy chủ khả năng dịch vụ (OSA- -SCS) 72

2.1.3 Máy chủ ứng dụng IM-SSF 73

2.2 Mô hình thiế lật p phiên qua các AS 73

2.2.1 AS hoạt động nh một tác nhân ngư ười dùng SIP 74

2.2.2 AS hoạt động nh một serverr uỷ quyền SIPư 79

3.3 Tiêu chuẩ bộ lọn c - Filter Criteria- 86

3.4 Thực thi dịch vụ 89

3 Kết Chươ 92 ng CHƯƠNG IV HƯỚNG PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ CỦA IMS 93

1 Dịch vụ nhắn tin tức thời .93

1.1 Nhắn tin tức thời Pager - mode trong IMS 94

1.2 Nhắn tin tức th i Session - ờ base trong IMS 97

2 Dịch vụ Pust to talk 100

2.1 URI - list Services 101

2.2 Multiple REFER 102

2.3.Định dạng URI-List 104

2.4 Kiến trúc mạng dịch vụ PoC trong IMS 105

2.6 Các vai trò của PoC Server 108

2.7 Các loại phiên PoC 109

3 Dịch vụ hội nghị 114

3.1 Kiến trúc dịch vụ hội nghị 115

3.2 Trạng thái hội nghị 115

3.3 Một ví dụ dịch vụ hội nghị 116

4 Dịch vụ quản lý nhóm 118

4.1 Khái niệm dịch vụ qu n lý nhóm 119ả 4.2 Resource List 120

4.2.1 Nhóm PoC 121

4.2.2 Chính sách truy cập user PoC 123

CHƯƠNG V ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH KIẾN TRÚC, LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ TRÊN NỀN TẢNG IMS TẠI VIETTEL 125

1. Phân tích nhu cầu hiện tại và hiện trạng phát triển dịch vụ IP tại VIETTEL 125

1.1.Hiện trạng mạng viễn thông của VIETTEL 125

1.2.Nhu cầu dịch vụ VAScủa VIETTEL 129

2 C ơ sở chọn giải pháp 130

3 Thiết kế giải pháp .133

3.1 Kiến trúc giải pháp và lộ trình triển khai hệ thống IMS tại VIETTEL:133 3.2 Hướng phát triển dịch vụ trên kiến trúc IMS 140

4 Phân tích hiệu quả và đánh giá hiệu quả triển khai IMS 143

5 Kết Chươ 146 ng CHƯƠNG VI KẾT LUẬN 147

1 Công sức đóng góp của luận văn 147

2 H ướng phát triển của đề tài 147

TÀI LIỆU THAM KHẢO 148

DANH MỤC HÌNH VẼHình 1.1 Biểu đồ phát triển thuê bao di động trên toàn thế giới

Hình 2.4: Mối quan hệ giữa các kiểu AS khác nhau

Hình 2.5: Vị trí của MGCF trong IMS

Hình 2.6: Chuyển ổi báo hiệu trong SWGđ

Hình 2.7: Vị trí của BGCF trong mạng IMS

Hình 2.8: Các điểm tham khảo trong IMS

Hình 2.9: Phân giải HSS sử dụng SLF

Hình 2.10 : Mô hình giải pháp ACatel

Hình 2.11 Mô hình giải pháp cua Huawei

Hình 3.1: Các điều kiện cần thiết ể sử dụng IMS đ

Hình 3.2 Sự liên hệ các nhận dạng

Hình 3.3 ĐỊnh vị trí P-CSCF dùng GPRS

Hình 3.4 Định vị trí P CSCF dùng DHCP

-Hình 3.5 Sự đăng ký và nhận thực trong IMS

Hình 3.6 Thiết lập cuộc gọi từ di động vào IMS

Hình 3.7: Cuộc gọi kết thúc tại mạng di ộngđ

Hình 3.8: Các giao diện ối với máy chủ dịch vụđ

Hình 3.9: Giao diện Ut giữa ầu cuối IMS và ASđ

Hình 3.10 Giao diện Ut giữa đầu cuối IMS và AS

Hình 3.12: Ba chức năng của AS

Hình 3.13: AS hoạt ộng nhđ ư tác nhân người dùng kết cuối

Hình 3.14: AS như tác nhân kết cuối cung cấp dịch vụ cho bên bị gọi

Hình 3.15: Kiến trúc dịch vụ hiện diện

Hình 3.16: Sự nhận dạng thuê bao cho danh sách hiện diện của người xem

Hình 3.17: RLS lấy thông tin từ một thực thể hiện diện

Hình 3.18: Đầu cuối cung cấp thông tin hiện diện

Hình 3.20: AS hoạt ộng nh một server uỷ quyền SIPđ ư

Hình 3.21: AS hoạt ộng nh một máy chủ chuyển h ớng SIPđ ư ư

Hình 3.22: Các hình mạng cho dịch vụ chuyển h ớng cuộc gọiư

Hình 3.24: Tính logic của một tác nhân ng ời dùng lư ưng đối l ng SIP ư

Hình 4.1: Nhắn tin tức thời chế độ trang trong IMS

Hình 4.2 làm một ví dụ cho dịch vụ cung cấp bằng phương thức MESSEGE

Hình 4.3: Tin nhắn tức thời session - base, phiên MSRP and- -to end

Hình 4.4: Chat server - hội nghị session base multi path- -

Hình 4.5: URI list service và yêu cầu massage

Hình 4.6: Các Massage khi không dùng URI list service

Hình 4.7: REFER

Hình 4.8: Phương thức REFER

Hình 4.9: INVITE với hai phần nội dung

Hình 4.10: Kiến trúc của PoC

Hình 4.11: Các điểm tham khảo và giao thức được sử dụng trong PoC

Hình 4.12: Phiên PoC và server PoC điều khiển trung tâm

Hình 4.13: Server PoC điều khiển và server tham gia PoC

Hình 4.14: Sự thiết lập phiên nhóm PoC ad - hoc

Hình 4.15: Sự thiết lập phiên nhóm pre - arranged

Hình 3.16: Sự nhận dạng thuê bao cho danh sách hiện diện của người xem

Hình 4.17: Thêm user mới vào một phiên PoC

Hình 4.18: Chế độ trả lời thủ công

Hình 4.19: Chế độ trả lời tự động

Hình 4.20: Cấu trúc mạng của hệ thống Erricson Instant Talk

Hình 4.21: Kiến trúc IMS cho dịch vụ hội nghị

Hình 4.22: Tạo một hội nghị dùng URI conference factory

Hình 4.23: Dùng REFER giới thiệu một user vào hội nghị

Hình 4.24: Sự thuê bao trạng thái hội nghị

Hình 4.25: Dùng CPCP tạo phiên hội nghị

Hình 4.26: Yêu cầu XCAP

Hình 4.27: Cập nhật thay đổi trạng thái, không dùng RLS

Hình 4.28: Cập nhật thay đổi trạng thái, dùng RLS

Hình 4.29: Ví dụ XML cho quản lý nhóm PoC

Hình 4.30: Yêu cầu XCAP cho chính sách truy nhập

Hình 5.1 Sơ đồ mạng 3G của VIETTEL

Hình 5.2 Sơ đồ minh họa cấu trúc tổng thể mạng 3G của Viettel

Hình 5.3 Kiến trúc mạng UMTS nói chúng

Hình 5.4: Kiến trúc mạng CDMA và miền gói

Hình 5.5.: Vị trí của IMS trong mạng UMTS

Hình 5.6: Kết nối UMTS vào IMS và phân lớp trong IMS

Hình 5.8 Lộ trình đi lên hội tụ công nghệ NGN với IMS

Hình 5.9 Sơ đồ kết nối thiết bị HUAWEI với mạng viễn thông hiện nay

Hình 5.10 Sơ đồ thiết bị chính dùng giải pháp mạng IMS của VIETTEL

Hình 5.11.Integrated Networking of the P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF, OCG,

and BGCF

Hình 5.12.Networking with Standalone P-CSCF

Hình 5.13.Networking with Integrated S-CSCF and BGCF

Hình 5.14.Mobile Access Networking

Hình 5.15.Fixed Access Networking

Hình 5.16: Cấu trúc 1 cuộc gọi từ thuê bao A đến thuê bao B dùng MRBT

Hình 5.17: Kiến trúc mạng cho hệ thống MRBT

Hình 5.19: Call flow của MRBT service

CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

KÍ HIỆU:

Cx Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một HSS

Dx Điểm tham chiếu giữa một I CSCF với một SLF

-Gi Điểm tham chiếu giữa GPRS với một mạng dữ liệu gói bên ngoài

Gm Điểm tham chiếu giữa một P CSCF với UE-

ISC Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một server ứng dụng

Iu Giao diện giữa RNC với mạng lõi Nó cũng được coi như một điểm

tham chiếu

Mb Điểm tham chiếu đến các dịch vụ IPv6

Mg Điểm tham chiếu giữa một MGCF với một CSCF

Mi Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một BGCF

Mj Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một MGCF

Mk Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một BGCF khác

Mm Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một mạng đa phương tiện IP

Mr Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một MRCF

Mw Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một CSCF khác

Sh Điểm tham chiếu giữa một AS với một HSS

Si Điểm tham chiếu giữa một IM-SSF với một HSS

Ut Điểm tham chiếu giữa UE và một server ứng dụng (AS)

TỪ VIẾT TẮT:

AMR Adaptive multi rate Thích ứng đa tốc độ

API Application program interface Giao diện lập trình ứng

dụng

AS Application Server Server ứng dụng

BGCF Breakout gateway controll

funtion Chức năng điều khiển cổng ngăn cản

CAMEL Customised application mobile

enhanced logic

Những lập luận để nâng cao tính di động ứng dụng cho khách hàng

CSCF Call session control function Chức năng điều khiển

phiên cuộc gọi CSE Camel service environment Môi trường dịch vụ

camel DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình host động

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng

HSS Home subscriber server Server thuê bao nhà

I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn

IM CN SS IP multimedia core network

IMS IP Multimedia subsystem Phân hệ đa phương tiện

IP Internet Protocol Giao thức internet

IP-CAN IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối

IP ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng số dịch vụ tích hợp

bao IMS

MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MGCF Media Gateway Control

PCF Policy control function Chức năng điều khiển

hợp đồng PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDP Packet data protocol Giao thức dữ liệu gói

PEF Policy enforcement function Chức năng thúc ép hợp

đồng PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất

công cộng SCS Service Capability Server Server có khả năng phục

vụ SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục

vụ SLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê

bao SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch

dịch vụ URL Universal Resource Locator Vị trí tài nguyên toàn cầu

bao UMTS RAB Radio access bearer Mang truy nhập vô tuyến

SCS Service capability server Server có thể phục vụ

S – CSCF Serving – CSCF CSCF – phục vụ

SLF Subscriber locator function Chức năng vị trí thuê bao

SIM Subsciber identifier modul Khối nhận dạng thuê bao

SIP Session initiation protocol Giao thức khởi tạo phiên

ổTHIG Topology hiding interwork

gateway

Cổng tương tác ẩn giao thức

UE User Equipment Thiết bị người dùng

telecommunication system

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn này là sản phẩm do

chính tôi nghiên cứu từ những nguồn tài liệu và liên hệ thực tế viết ra Tôi

khôn g sao chép của bất cứ luận văn hay đề tài nào trước đó

Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung trình bày trong luận văn

này

HOÀNG SỸ HÙNG

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin bầy tỏ lòng cám ơn chân thành đến Tiến sĩ Nguyễn Chấn

Hùng đã hướng dẫn tôi nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này Xin gửi

đến thầy những tình cảm trân trọng nhất của tôi!

Tôi xin cám ơn các thầy cô đang công tác giảng dạy tại khoa Điện Tử

Viễn Thông trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã trang bị cho tôi những

kiến thức bổ ích và thiết thực Đồng thời các thầy cô đã chỉ bảo cho tôi rất

nhiều trong quá trình hoàn thiện luận văn này!

Xin cám ơn Công ty Viễn thông Viettel đã tạo điều kiện cho tôi tìm

hiểu về công ty và cung cấp cho tôi những số liệu cần thiết để tôi có thể

hoàn thành được luận văn này!

Xin cám ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong

quá trình hoàn thiện luận văn!

Xin cám ơn gia đình tôi đã tạo cho tôi nhiều điều kiện thuận lợi để

tôi thực hiện luận văn này!

Xin cám ơn!

HOÀNG SỸ HÙNG

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một ài ăm gần đ y, chuẩn ng nghệ IMS đ đang được

chuẩn hóa Tuy nhi n, nghiê ên ứu ề c v chuẩn c ng nghô ệ n vẫn c r m ày òn ất ới

trên thế giới Ở Việt Nam, các nghi n cứu ề IMS ũng chỉ manh nhê v c à dưới

dạng ác ài áo giới thiệu ề xu hướng c b b v công nghệ

Những nghi n cứu IMS ính chiến ược, v ần thiết cho việc ập

nhật và xây dựng n tền ảng ến ki thức ề v công nghệ cho các k s i t ỹ ư đ ện ử viễn

thông nói chung Đối ới ản thân người v b viết, tham gia vào m ột trong các

nhóm nghiên cứu và phát triển mạng lưới viễn ôth ng của VIETTEL0F

1, cũng

đang cố gắng àođ sâu trong mảng này Đó là hai l do chínhý để ng ời viết lựa ư

chọn t nđề ài ày làm luận văn tốt nghiệp cao học

Công nghệ ạng õi IMS m l là đối ượng nghi n cứu chính trong luận ăn t ê v

Phạm vi nghi n cê ứu bao gồm c iác đ ểm ấu chốt v cô m ề ng nghệ ư: vấn nh đề

điều khiển phi , kiến trúc IMS, và ên phát triển dịch v ụ

M êục ti u của luận ăn l trình ày v à b và âph n tích ột ách m c có h ệ thống

v côề ng nghệ IMS, kết ợp ới kinh nghiệm h v và thực tiễn hiện nay nhằm ác x

định c vác ấn s gặp phải và một s ịnh h ớng c th ; tiếp đề ẽ ố đ ư ụ ể theo l giải à

quyết b ài toán ề ách thức v c phát triển ạng ễn ô m vi th ng ở Việt Nam cũng như

VIETTEL nói riêng

Như ậy, nghĩa khoa học ủa luận ăn l y dựng ơ ở, phân ích

những điểm mấu chốt trong chuẩn công nghệ, và đề xu gi phất ải áp tiến t ới

mạng ội ụ ựa n công nghệ IMS Khi được chia thành các chuy n đề, song h t d tê ê

song với việc ánh ạ x sang các t ài liệu đặc ả ủa ác ổ chức chuẩn t c c t hóa, luận

văn tổng ợp ác khiến nghị ủa h c c các à nh tham gia phát triển tr n thế giới ê

V ý ề nghĩa thực tiễn, luận ăn c thể ùng để ăm bắt v ó d n và tra cứu cho

bước phát triển tiếp theo, đưa ra định ướng nghi n c h ê ứu ũng như ách thức c c

phát triển c ác thực thể trong mạng IMS Với những đ r t úc út ừ nghiên cứu c ụ

thể trong công vi , ngệc ười viết hy vọng có thể giúp cho người ọc nhanh đ

chóng nắm ắt b và có phương pháp tiếp ận ph c ù hợp Giải pháp mà luận ăn v

đưa ra có thể áp ụng d cho lộ trình phát triển ạng ễn m vi ôth ng ở Vi ệtNam

1 Tổng công ty Viễn thông Viettel

ã h d tôSau cùng, tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Chấn Hùng đ ướng ẫn i

trong quá trình àm luận ă l v n; xin cảm ơn các thầy cô đ truyền thụ kiến thức ã

và cách thức nghi n cứu qua cácê môn học ủa kh a cao học này Tôi xin cảm c ó

ơn Các đồng nghiệp tại Công ty Viễn thông Viettel, nơi tôi đang c ng tô ác và

cảm ơn các đồng nghiệp đ ạo đ ều kiện thuận ợi cho việc nghi n cứu ã t i l ê và thử

nghiệm có êli n quan Xin cảm ơn gia đình, bạn bè ã đ động vi ên t i trong quô á

trình làm luận ă v n

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IMS

1 Tổng quan IMS trên viễn thông thế giới

Từ năm 2000 đến 2008, lượng thuê bao di động trên toàn thế giới tăng

bình quân mỗi năm khoảng 22.63%, trong đó khu vực có tỷ lệ tăng cao nhất là

Châu Phi (145%), Đông Âu (137.83%), Trung Đông (129.5%) và Châu Á –

Thái Bình Dương (127.21%) Mặc dù các thị trường Châu Phi, Đông Âu,

Trung Đông có tỷ lệ tăng lớn, nhưng lượng thuê bao tại các khu vực này lại

tương đối thấp (chỉ chiếm dưới 10% tổng thuê bao di động toàn cầu), nên xét

về con số tuyệt đối, lượng thuê bao phát triển tại các khu vực này không cao

Khu vực Châu Á Thái Bình Dương là khu vực có lượng thuê bao tăng thực –

lớn nhất, chiếm tỷ trọng khoảng 43% trong tổng thuê bao di động trên toàn

thế giới Với tốc độ tăng trưởng thuê bao hiện tại, dự kiến vào năm 2012, thế

giới sẽ có khoảng gần 6 tỷ thuê bao di động

Hình 1.1 Biểu đồ phát triển thuê bao di động trên toàn thế giới

(Nguồn: Wireless Intelligence)

Xuất hiện lần đầu tiên trên thế giới vào năm 2000, nhưng phải đến năm

2004, thuê bao 3G mới thực sự phát triển mạnh, tỷ lệ thuê bao 3G trên toàn

thế giới từ năm 2004 đến hết 2008 tăng bình quân mỗi năm khoảng 295.63%

Nếu trong năm 2004, tỷ trọng thuê bao 3G trong tổng thuê bao di động chỉ

chiếm khoảng 0.98% thì đến hết năm 2008, tỷ trọng thuê bao 3G ước đã đạt

đến con số 8.53% tổng số thuê bao di động trên toàn thế giới Theo Wireless

Intelligence, dự kiến trong năm 2012, số lượng thuê bao 3G sẽ chiếm khoảng

21.96% trong tổng thuê bao di động toàn cầu, tương đương khoảng 1.3 tỷ

thuê bao

: Trong bối cảnh đó IMS, tạm dịch là hệ thống con đa phương tiện IP,

không đơn thuần là một nền tảng dịch vụ (service plaftorm) mà là một kiến

trúc mạng dùng để thao tác, quản lý và điểu khiển các dịch vụ đa phương tiện

đến người dùng cố định và di động IMS định nghĩa một lớp quản lý dịch vụ

chung cho tất cả các loại hình dịch vụ đa phương tiện, độc lập với loại hình

mạng truy nhập mà người dùng đang kết nối IMS xây dựng trên nền mạng lõi

IP và cho phép nhiều mạng truy nhập khác, bao gồm cả mạng di động lẫn

mạng cố định, kết nối với nhau thông qua lớp dịch vụ chung để cung cấp các

gói dịch vụ hội tụ và đặc biệt phát triển rất mạnh với tốc độ của công nghệ

hiện nay

Một trong những mục đích đầu tiên của IMS là giúp cho việc quản lý

mạng trở nên dễ dàng hơn bằng cách tách biệt chức năng điều khiển và chức

năng vận tải thông tin Một cách cụ thể, IMS là một mạng phủ (overlay),

phân phối dịch vụ trên nền hạ tầng chuyển nối gói IMS cho phép chuyển dần

từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối gói trên nền IP, tạo thuận lợi cho

việc quản lý mạng thông tin di động Việc kết nối giữa mạng cố định và di

động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai IMS

cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di

chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể dùng cùng một dịch vụ

Kiến trúc IMS cung cấp nhiều giá trị gia tăng cho nhà cung cấp mạng,

người phát triển ứng dụng, người cung cấp dịch vụ cũng như người sử dụng

các thiết bị đầu cuối Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới được triển khai một

cách nhanh chóng với chi phí thấp IMS cung cấp khả năng tính cước phức

tạp hơn nhiều so với hệ thống tài khoản trả trước hay trả sau, ví dụ như việc

tính cước theo từng dịch vụ sử dụng hay phân chia cước giữa các nhà cung

cấp dịch vụ và nhà cung cấp mạng Khách hàng sẽ chỉ nhận một bảng tính

cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng thường trú IMS hứa hẹn mang

đến nhiều dịch vụ đa phương tiên, giàu bản sắc theo yêu cầu và sở thích của

từng khách hàng, do đó tăng sự trải nghiệm của khách hàng (customer

experience)

Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác vận tải thông

tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung

lượng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất

lượng dịch vụ cũng như kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác

nhau của khách hàng

Tóm lại:, IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc

xây dựng và triển khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi

phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ

mới Và cuối cùng IMS mang lại những dịch vụ mới hướng đến sự tiện nghi

cho khách hàng

2 Phân tích xu hướng phát triển công nghệ IMS

IMS được định hình và phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3G.IP,

thành lập năm 1999 Kiến trúc ban đầu của IMS được xây dựng bởi 3G.IP và

sau đó đã được chuẩn hóa bởi 3GPP (3rd Generation Partnership Project)

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 (the

European Telecommunication Standards Institute) đã mở rộng chuẩn IMS

thành một phần của kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo NGN (Next Generation

Network) mà họ đang xây dựng Tổ chức chuẩn hóa TISPAN (Telecoms &

Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking) 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

Đa phần các giao thức sử dụng trong IMS được chuẩn hóa bởi IETF

(Internet Engineering Task Force), điển hình nhất là giao thức tạo phiên SIP

(Session Initiation Protocol) Rất nhiều các phát triển và cải tiến của SIP để

hỗ trợ các chức năng theo yêu cầu của hệ thống IMS đã được đề nghị và

chuẩn hóa bởi IETF như SIP hỗ trợ tính cước, bảo mật v.v Bên cạnh IETF

và TISPAN, một tổ chức chuẩn hóa khác mà 3GPP hợp tác chặt chẽ trong

việc phát triển IMS là Liên minh di động mở OMA (Open Mobile Alliance)

nhằm phát triển các dịch vụ trên nền IMS Một trong những dịch vụ do OMA

phát triển là Push- -to Talk over Cellular (PoC) hay OMA SIMPLE Instant

Messaging

Trong mạng thế hệ kết tiếp (NGN) các hệ thống hỗ trợ có khả năng thích nghi

với các điều kiện trên mạng, hội tụ các công nghệ về mạng lõi, mạng truy

nhập, dịch vụ và đầu cuối hiện có nhờ vậy đáp ứng được nhu cầu của kách

hàng đòi hỏi có nhiều loại hình truyền thông (thoại, dữ liệu, Internet, video,

truy nhập không dây…) mà chỉ cần một nhà cung cấp dịch vụ Để thực hiện

điều này các tổ chức chuẩn hóa viễn thông như ITU-T, IETF, 3GPP … đã đưa

ra các mô hình mạng hội tụ của mình, mỗi tổ chức tiếp cận vấn đề hội tụ từ

một khía cạnh riêng ITU-T tiếp cận vấn đề mạng hội tụ từ khía cạnh mạng

PSTN/ ISDN, IETF tiếp cận từ khía cạnh mạng Internet, trong khi đó 3GPP

và ETSI tiếp cận vấn đề từ khía cạnh mạng di động thế hệ 3 (3G)

Nhìn chung tiếp cận vấn đề hội tụ mạng từ khía cạnh nào đi nữa thì đều

xây dựng mạng hội tụ từ các mạng và công nghệ hiện có Tuy nhiên vẫn chưa

có một chuẩn chung duy nhất nào để xây dựng mạng hội tụ

3GPP đưa ra mô hình khai quát về hội tụ mạng như sau:

1X EV-DV WCDMA

IEEE802.11 IEEE802.11b

IEEE802.11a

IEEE802.11g

PSTN Modem ISDN

Mạng hội tụ băng r ng ộ Toàn IP

-chỉ cung cấp được dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ thoại từ 14,4 Kbps

đến 64 Kbps, hiện nay với hệ thống CDMA 2000 1x đã có nhiều khả năng

-mới với tốc độ thoại lên tới 144 Kbps và hệ thống 1X ED VO cho tốc độ gói

-thoại lên tới 2,4 Mbps, tương lai với hệ thống di đống sẽ sử dụng hệ thống 1x

ED-DV và W-CDMA có khả năng cung cấp dịch vụ chất lượng cao

Mạng không dây trước đây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11 băng tần 2,4

Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 1 Mbps, hiện nay hoạt động theo chuẩn

IEE802.11b băng tần 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ 11 Mbps, tương lai mạng

không dây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11a và IEEE802.11g trên băng tần

5 Ghz và 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 54 Mbps

Mạng cố định trước đây hoạt động trên các hệ thống PSTN và ISDN nhưng

hiện nay hoạt động trên các công nghệ ADSL và VDSL cung cấp dữ liệu tốc

độ từ 1 đến 8 Mbps hoặc 50 Mbps, trong tương lai mạng cố định hoạt động

trên hệ thống FTTH cung cấp dịch vụ với tốc độ hàng trăm Mbps

Tất cả các mạng trên thông qua IMS của 3GPP sẽ được hội tụ lại thành

một mạng chung thống nhất băng rộng với công nghệ truyền tải lõi IP

Bên cạnh hội tụ mạng 3GPP cũng đưa ra mô hình hội tụ dịch vụ như sau:

TV di động

VOD Video streaming Dịch vụ theo vị trí

Dịch vụ định vị

Đ ề i u khi n t ể ừ xa Dịch v bi ụ ểu cảm

Hình 1.3: Xu hướng phát triển dịch vụ mạng của 3GPP

Như vậy trong môi trường mạng hội tụ dịch vụ nhà cung cấp không những

cung cấp tất cả các dịch vụ viễn thông trước đây mà còn được được bổ sung

thêm dịch vụ đa phương tiện băng rộng, nhanh và thông minh

Các mạng đơn lẻ như di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ liệu,

mạng Internet… chỉ cung cấp được dịch vụ đơn lẻ, nhưng sang môi trường

mạng hội tụ dịch vụ được cung cấp dưới hình thức đa phương tiện nhanh và

thông minh

3 Tình hình phát triển IMS tại Việt Nam

Mạng cố định và di động đã phát triển liên tục trong hơn 20 năm qua,

trong đó hệ thống mạng thế hệ 1(1G) đã được giới thiệu triển khai từ giữa

thập niên 80 Các mạng này đã hỗ trợ những dịch vụ cơ bản cho thuê bao, chủ

yếu là các dịch vụ thoại và các dịch vụ liên quan đến thoại Các mạng thế hệ 2

(2G) từ những năm 1990 đã hỗ trợ huê bao một số dịch vụ truyền số liệu và

nhiều dich vụ bổ xung khác Thế hệ 3G hiện nay đang cho phép truyền số liệu

tốc độ cao hơn nhiều dịch vụ truyền thông đa phương tiện khác Ở mạng điện

thoại cố định, như mạng điện thoại chuyển mạch công cộng(PSTN) và mạng

số đa dịch vụ tích hợp ISDN, các dịch vụ thông tin video và thông tin thoại

truyền thống vẫn còn ngự trị Những năm gần đây, do các kết nối Internet

ngày càng nhanh và rẻ nên đã thúc đẩy và bủng nổ các thuê bao sử dụng các

dịch vụ này Dịch vụ Internet được dùng phổ biến hiện nay là dịch vụ đường

dây thuê bao số bất đối xứng(ADSL) Các kết nối này luôn ở trạng thái liên

kết , giúp co chúng với các mục đích thông tin thực ví dụ như ứng dụng cho

chát hoặc gameonline, thoại qua IP(VoIP)

Bước đi tiếp theo của IMS với mạng viễn thông Việt Nam là cơ sở cho

sự hội tụ cố định di động trở thành sự thật dưới một vài góc độ 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 Một chuẩn được khởi đầu thiết kế cho

các nhà khai thác di động và đáp ứng được các yêu cầu hữu tuyến là một động

lực tuyệt vời cho sự hội tụ cố định di động

Việc giới thiệu IMS theo một vài khía cạnh có thể được chú ý nhờ sự

khởi đầu hoàn toàn mới Các lớp ứng dụng và điều khiển thực sự điều khiển

cả việc thông tin vô tuyến và hữu tuyến ngay từ đầu Các chức năng điều

khiển chung và các dịch vụ cơ sở tương đương được trang bị để hoạt động ở

cả thế giới cố định và di động, quan trọng hơn, kết nối chúng với nhau Bất kể

thuê bao sử dụng điện thoại di động hay PC để giao tiếp, cùng một chức năng

quản lý nhóm và chức năng hiện diện ở IMS được sử dụng

Cac dịch vụ khác nhau có các yêu cầu khác nhau: một số dịch vụ yêu cầu

băng thông cao, một số yêu cầu độ trễ thấp, một số khác yêu cầu điện năng xử

lý cao đối với thiết bị, điều này có nghĩa là để các dịch vụ khác nhau có thể

thực thi được một cách chính xác, mạng phải nhận biết được các đặc tính

khác nhau của các phương thức truy nhập

Chức năng đa truy nhập vốn có trong kiến trúc IMS Nếu điều này được mở

rộng ra với sự điều khiển việc nhận biết truy nhập và logic dịch vụ cho các

dịch vụ đa phương tiện, thì IMS cung cấp một cách cho các nhà khai thác di

động và cố định cuối cùng phân phối đúng nghĩa hội tụ cố định di động Điều

-này sẽ cho phép các dịch vụ được phân phối có thể thích ứng với các đặc tính

và khả năng của thiết bị được lựa chọn hiện tại và phương thức truy nhập

mạng của nó

Với việc giới thiệu các thiết bị xách tay như laptop, PDA, được sử dụng kết

hợp với WLAN, ranh giới giữa truyền thông di động và cố định đã trở nên lu

mờ Ai có thể nói một cuộc gọi qua VoIP tại một điểm truy nhập tại sân bay là

một cuộc gọi di động hay cố định?

Lợi ích của các dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mà IMS mang lại đối với

nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đang thực sự hấp dẫn và không thể chối

bỏ Mặt khác việc cung cấp các ứng dụng hội tụ là một xúc tác lớn cho các

nhân tố tích cực, thúc đẩy người tiêu dùng ở lại, tăng tính linh hoạt trong triển

khai các dịch vụ mới, phân phối dịch vụ qua các loại mạng truy nhập như

WiFi, WiMAX, 3G, DSL…Và cuối cùng hoàn tất giấc mơ của khách hàng

đối với các dịch vụ “truy nhập mọi nơi” và hiện thực hoá xu hướng hội tụ di

động cố định.–

Sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phương tiện với

yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên

mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông Cùng với đó, sự phát triển nhanh

chóng của các mạng di động và cố định, các mạng truyền dẫn qua vệ tinh đã

làm nảy sinh các ý tưởng về khả năng hội tụ các mạng này Đó là khởi nguồn

để phân hệ đa truyền thông IP IMS ra đời và phát triển Đây là bước đệm

quan trọng không thể bỏ qua để đi đến sự hội tự thực sự của mạng viễn

thông

CHƯƠNG II KIẾN TRÚC IMS

1 Tổng quan kiến trúc IMS

1.1 Sơ đồ kiến trúc IMS

Kiến tr c IMS được ph n thành 3 lớp ớp ứng dụng, lớp đ ểu khiển: l

(hay còn g là l ọi ớp IMS hay IMS lõi à lớ) v p vận tải (hay lớp người ùng d )

• Lớp ịch ụ bao gồm c c máy chủ ứng dụng AS (Application Server) d v á

và c máác y chủ thu bao thường tr HSS (Home Subscriber erver).ê ú S

• Lớp điều khiển bao gồm nhiều h thống con trong đó có h thống IMS ệ ệ

lõ i

• Lớp truyền ải bao gồm thiết ị người ùng UE (User Equipment), các t b d

mạng truy nhập kết nỗi vào mạng õi IP Hai thực thể chức ăng N l n ASS và

RACS định nghĩa ởi TI PAN c thể được xem như thuộc ớp ận tải hay b S ó l v

thuộc l iớp đ ểu khiển ở ên tr

Hình 2.1: Kiến trúc IMS

T ại thời đ ểi m hiện ại, kiến trúc cuối ùng ủa IMS chưa được thống t c c

nhất Tuy nhiên v c bề ơ ản nó s ẽ vẫn dựa tr n các thàn ê h phần như miêu tả

trong hình 2.1 Một đ ểm đáng ưu kiến trúc IMS i l ý là m ột kiến trúc chức

năng, tức là các thực thể được định nghĩa ựa theo các chức ăng của ch ng d n ú

Điều n có ày nghĩa là úch ng c thể được thiết ế trong cùng một thiết bị phầnó k

cứng

Trong IMS các chức ă g v n n à thực thể liên quan với nhau có thể được

chia làm s áu loại ổng quan như sau: t

1 Nhóm định tuyến v quảnà lý phiên (CSCFs)

Phần quan trọng nhất ủa IMS ằm trong các chức ăng này, c m

nhiệm vụ i đ ều khiển phiên cuộc g ọi (thiết ập, duy tr l ì và k ết thúc phiên) Các

chức năng n y cà ó thể ph n tán hoặc tập â trung trong mạng

Có ba thực thể được định nghĩa và chịu trách nhiệm cho iều khiđ ển phiên

cuộc g ọi như ình h 2.2:

 P - CSCF chức ăng đ ề n i u khi n phiể ên cuộc ọi ỷ quyền g u

 I - CSCF chức ăng điều khiển ph ên n i cuộc ọi ương tác g t

 S - CSCF chức ăng điều khiển cuộc gọi phục vụ n

S ự khác nhau giữa các thực thể ày ằm trong các thủ ục để đạt ục đích của n n t m

chúng mà chúng thực hiện Mỗi thực thể hoạt động giống như m ột stat ul ef

proxy (mặc dù chúng có thể là stat ess); v ậy thực thể duy trì el ì v chi tiết ề ất v t

c cáả c phi n trong tiê ến trình c g nũn hư trạng thái đăng ký c ủa thiết ị thu bao b ê

S âự ph n chia ba chức ăng n n ày thành các thực thể ri ng biệt ũng tạo ra cảm ê c

giác cho mục đích an toàn Có các chức ăng bảo n an đặc biệt được địnhnghĩa

cho m CSCF mỗi à ù h ph ợp cho kiến trúc ph n t n â á

Hình 2.2: Lõi IMS và các CSCF

1.2 1 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi uỷ quyền

Đ ểm truy cập đầu tiên vào IMS P CSCF P CSCF hoạt động

giống như Access point đối với miền SIP từ khía ạnh ột đ ều khiển phiên c m i

Lưu lượng ạng không được chuyển qua phần m này của IMS, v đâyì là mạng

đ ềi u khiển và báo hiệu

Lưu lượng mang được chuyển qua IP và dùng các phương pháp truy nhập

khác nhau để truyền tải

Chỉ SIP truyền qua P CSCF Truyền th ng đầu tiên l đăng k ị

trí của thiết ị; Vị trí địa b chỉ IP của thiết bị trong vị í tr hiện ại ủa t c nó Khi

thiết b ị truyền th ng với thiết ị khác đầu tiên nó ô b phải thiết lập một phiên ới v

thiết bị, thiết lập phiên ày ũng được ạo ra đầu ê n c t ti n qua P CSCF.-

Khi một thu bao lần đầu ti n được kích hoạt, n ẽ được ph n tán ột

địa chỉ IP bởi mạng đang phục v Ngay khi thiết b ụ ị được án địa chỉ IP n g ó s ẽ

tìm kiếm, P CSCF nội ộ ( hay bất ỳ P CSCF đ được gán ới phần này - b k - ã v

phục v c mụ ủa ạng P CSCF giống như to n bộ ) - à thực thể IMS, có m ột địa chỉ

theo khu n dô ạng tài nguyên toàn cầu SIP URI (sip universce identifier) (làm

cho nó d dễ àng hơn để định tuyến ản tin chí b nh xác P CSCF) -

Ngay khi thiết ị được bật nguồn, n ẽ ửi địa chỉ IP của ới er er

thuê bao thường trú HSS v S CSCF bằng một ến ình đăng ký P - CSCF à - ti tr

đóng một vai tr quan trọng trong quò á trình đă ng ký Vai trò đầu ti ên là nhận

dạng ạng thường tr ừ miền ủa thu bao (tìm thấy trong URI của địa chỉ m ú t c ê

thuê bao) Tên miền của mạng ường trú t th ất nhi n được chuyển đổi sang địaê

chỉ IP dùng chức năng DNS của ạng m

DNS nhận ạng địa chỉ ủa I CSCF được ùng để truy cập ạng

thường útr Vai trò c - ủa I CSCF được miêu tả trong phần ếp theo, nhưng ti

cho mục đích thảo luận ủa phần n c ày I - CSCF cung cấp truy nhập cổng vào

bất kỳ mạng nào

Quay lại ới P CSCF để ác định cách định tuyến c bản tin SIP bất

kỳ thu được ừ thiết ị thu bao V ụ khi P CSCF nhận được ột INVITE, t b ê í d - m

nó phải quyết định ơi INVITE được ửi ới P CSCF hoạt đ n g t - ộng nh đ ểm ư i

truy nhập v ào IMS nhưng kh ng phô ải vào c ác mạng riêng biệt (ít nhất trong

thuật ngữ ản tin SIP) I CSCF cung cấp định uyến xa hơn tới ch nh xác S b - t í -

CSCF qua thủ t ục đăng ký

Giống như ất ả c CSCF trong IMS, P CSCF tạo ra c c CDR cho á

tất c c ả ác phi n m truyền qua nó P CSCF cung thêm vào cácê à - mào đầu ủa c

yêu c u vầ à phúc đá p các bản tin trước khi chuyển tiếp chúng tới CSCF tiếp

theo

T ừ khía ạnh ảo mật, P CSCF l đ ểm đầu trong việc ngă chặn truy cập c b - à i n

trái phép tới mạng Vì - P CSCF l đ ểm vàoà i bên trong mạng IMS, P CSCF -

có thể được sử ụng như ấm chắn truy nhập ới ất ỳ thiết ị ào Tuy d t v b k b n

nhiên, P - CSCF không ép buộc ự nhận thực s trong IMS S - CSCF chịu trách

nhiệm đối với đòi ỏi ác thiết ị khi chúng c h c b ố thiết ập một phiên l mà ôkh ng

đăng k , hay khi chúngý c gố ắng đăng ký

M ột chức ă g quyết định chính sách (PDF) c thể ằm trong P n n ó n -

CSCF và được ùng để x d ác định ách nào để phản ứng ại c l các kịch bản xác

định PDF cho phép ng i điều khi n thiết lập các lu t để áườ ể ậ p dụng cho truy

nhập vào mạng PDF điều khiển chức ăng ép n buộc thực hiện chinh s h Pác EF

(Policy Enforcement Function) trong mạng mang Đ ềi u này cho phép nhà

quản trị i đ ều khiển luồng g m óiở ức mang tương ứng với địa chỉ đích và địa

chỉ ở nguồn và các sự cho phép

P - CSCF cũng có thể kiểm tra sự định tuyến để thẩm tra rằng tuyến nhận

được trong phúc đáp êu/y cầu SIP (như nhận ạng d trong tiêu đề route) l giống à

tuyến mà được ắn liền khi thiết b g ị đăng ký trong mạng Nếu ti u đề tuyến ê

không chứa địa chỉ tr g với ùn địa chỉ trùng v ới địa chỉ ưu trữ ởi P P - CSCF l b

trong quá trình đăngký khi có tuyến bị thay đổi b i P ở - CSCF phù h v ợp ới địa

chỉ bắt giữ đư c trong p - ợ CSCF Đ ềi u này tránh sự nh m ng hoặc kịch bản ò ó

khác nơi mà hacker có thể ắt b giữ một ả tin SIP và s d b n ử ụng nó như là một

nhân đ s dôiđể ử ụng dịch ụ ừ ơi khác ủa mạng v t n c

P CSCF c khả ăng cung cấp chức ăng này bởi v khi một thực thể

đăng kỳ ào v mạng, P - CSCF lưu tất c cáả c địa chỉ được cung c p trong cấ ác

tiêu đề tuyến Trong khi đó các địa chỉ kh ng phải theo thứ tô ự, chúng phải

hiện ện ư đdi nh ịa ch mà được ận dỉ nh ạng trong quá trình đăng ký Chức năng

này ngăn cản m vàột i kiểu ấn c ng v t ô à là m hột ình thức khác ủa ảo mật c b

được cung c p bấ ởi l õi IMS Thông tin khác được lưu trữ bởi - P CSCF gồm

địa chỉ IP của thiết ị b và c ác nhận ạng người dùng b d í m và côật ng khai

N m ếu ột thiết ị b mất kết ối của n trong mạng IP, P CSCF được n ó -

thông báo và r b t c cáời ỏ ất ả c phi n bê ên trong IMS ằng cách gửi bản tin b

CANCEL tới các thực thể liên quan tới phi n Vì - ê P CSCF l đ ểm kết nối à i

đầu êti n cho tất ả c các thiết ị trong IMS, n biết ất ả b ó t c các phiên ết ối qua k n

nó P - CSCF l stateful v ậyà ì v nó cũng biết ề trạng thái ủa ỗi phi n v c m ê

Nói chung Proxy - CSCF (P CSCF) là một proxy SIP Sở dĩ gọi là -

proxy vì nó có thể nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp

yêu cầu ến các bộ ận khác trong hệ thống IMS đ ph Đây là điểm kết nối ầu đ

tiên giữa hạ tầng IMS và ng ời dùng IMS/SIPư Một v h ài ệ thống mạng c thểó

dùng SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức ăng này Để ết n k

nối với hệ thống IMS, người dùng trước ti n ph ê ải đăng ký với P CSCF trong -

mạng mà nó đang kết ối Địa chỉ ủa P CSCF được truy cập th ng tin qua n c - ô

giao thức DHCP hoặc sẽ được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết ập ết l k

nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng th ng tin di động Chức ăng của ô n

P - CSCF bao gồm:

• P - CSCF nằm trên đường truyền ủa ất ả th ng điệp áo hiệu trong c t c ô b

hệ thống IMS Nó có khả ăng kiểm tra bất ỳ th ng đ ệp nà n k ô i o P -

CSCF có nhiệm ụ đảm ảo truyền ải các yêu cầu từ UE đến m v b t áy chủ

SIP (ở đây là S - CSCF) cũng như những th ng điệp ô phản ồi ừ áy h t m

chủ SIP về UE

• P - CSCF xác th ực người dùng v thiết ập ết n i bà l k ố ảo ật IPSec với m

thiết bị IMS của người dùng Nó c có òn vai trò ngăn cản các tấn công

như spoofing (bắt chước), replay (lặp lại đẻ ) đảm ảo sự bảo mật và an b

toàn cho người dùng

• P - CSCF cũng c thể énó n và giải nén ác th ng điệp SIP để giảm thiểu c ô

khối lượng ôth ng tin b o hiá ệu truyền trên những đường truyền tốc độ

thấp

• P - CSCF có thể ích ợp chức ăng quyết định chính ách PDF (policy t h n s

Decisiom Function) nhằm quản lý và đảm ảo QoS b cho các dịch v ụ đa

phương tiện

• P - CSCF cũng tham gia v o quà á trình nh cước ịch ụ tí d v

1.2 2 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi tương tác mạng

In errogating CSCF (I CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà

cung cấp dịch v là iụ đ ểm liên ạc cho tất ả l c các kết nối hướng đ một UE ến

nằm trong mạng đ Địa ó chỉ IP của I CSCF được- công bố trong máy chủ

DNS của h ệ thống Chức ăng của I CSCF bao gồm n - :

Định tuyến thông đ ệp yêu cầu SIP nhận được từ ột mạng khác đến S

- CSCF tương ứng Để làm được điều ày, I CSCF sẽ li n lạc ới HSS n - ê v

(thông qua DIAMETER) để ập nhập địa chỉ S CSCF tương c - ứng ủa người c

dùng Nếu như chưa c S CSCF nào được án cho UE, I CSCF sẽ tiếnó - g -

hành gán ột S CSCF cho ng i dùng m - ườ để nó xử lý yêu cầu SIP

Ngược lại, I - CSCF sẽ ịnh tuyến ôđ th ng điệp y cêu ầu SIP hoặc thông điệp trả

l ời SIP đến một S CSCF/I CSCF nằm trong mạng ủa nh cung cấp dịch - - c à

vụ khác, hoặc ới ột AS rong mạng t m t

Cung cấp chức năng TIHG để ẩn đi cấu ìn h h mạng ở đây THIG viết tắt của

Topology hiding interwork gateway: Cổng tương tác ẩn giao thức

1.2.3 Ch ức n ăng đ iều khi n phiên cuộc ọi phục ụể g v

Serving CSCF (S CSCF) l- - à m núột t trung tâm của ệ thống b o hi h á ệu

IMS S -CSCF vận hành giống như m m ột áy chủ SIP nhưng n bao hàm ảó c

chức năng qu n lả ý phiên dịch ụ Các chức ăng ch nh c p S v n í ủa - CSCF bao

gồm:

Tiến ành các đăng k SIP nhằm thiết ập ối liên hệ giữa địa chỉ người

dùng (địa chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP S - CSCF đóng vai tr như ộtò m

m áy chủ Regis or đăng k ) trong ht ( ỳ ệ thống SIP

- S CSCF tham gia trong tất ả c các qu trìnhá báo hiệu ừ ệ thống IMS ề t h v

người dùng Nó có thể ểm tra bất k ôki ỳ th ng điệp n n ào ếu muốn

- S CSCF giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp ịch ụ cho d v

người dùng Nó giữ vai tr định tuyến dịch ụ th ng qua việc s dò v ô ử ụng giải

pháp DNS/ENUM (Eloctronic Numb ing).er

S - CSCF thực hiện ác chính ách ủa nh cung cấp d c s c à ịch ụ S CSCF tươ v - ng

tác v m ới áy chủ AS yêđể u cầu các hỗ trợ ịch ụ cho khách hàng S CSCF d v -

liên l v ạc ới HSS để ấy th ng tin, cập nhật th ng tin về ồ ơ người ùng l ô ô h s d và

tham gia vào quá trình tính ước ịch vụ (gửi th ng tin liên quan tới t c d ô ính cước

t h ới ệ thống t h cín ước online cho mục đíc ính cước h t

1.3 Nhóm cơ sở dữ liệu

Có hai cơ ở ữ liệu trong IMS đ s d ó là: HSS v SLF (s ver thuà er ê bao

thường ú và tr chức ăng định v ê n ị th bao) HSS là s ố liệu ch nh lưu giữ toà í n bộ

thuê bao, số ệu êli li n quan tới ịch ụ ủa IMS, dữ ệu d v c li chính được ưu giữ l

trong HSS gồm nhận ạng người ùng, thô d d ng tin đăng ký, tham số truy nhập

và ôth ng tin service triggering Nhận ạng người dùng gồm c hai kiểu: - d ó

nhận dạng người ùng d bí m là ật nhận ạng được án ởi nh cung cấp m d g b à ạng

và dùng ào v m ục đích như đăng ký và trao quyền: nhận ạng người dùng d

công khai l nhận ạngà d mà người ùng khác ử ụng để liên ạc ới người d s d l v

dùng mong muốn

Các tham số truy nhập IMS được dùng để cài đặt các phiên chúng gồm

có: nhận thực người dùng, quyền chuyển vùng và tên của S CSCF được chỉ -

định

Th ng tin Service triggering cho phép thực thi dịch v ụ SIP

HSS c g cung cũn ấp các yêu cầu đặc trưng người dùng (user specific) -

thay thế cho các khả năng của S CSCF Thông tin này được ùng bở - d i I -

CSCF để l ựa chọn S CSCF phù h - ợp cho người dùng Ngoài ra HSS còn

chứa chức năng HLR/AUC để cung c p cho PS/CS domain Cấ ấu trúc c ủa

HSS nh trong hư ình 2.3 Truyền th ông giữa các chức ă n ng HSS khác nhau

không được chuân ho á

HLR cho phép các thuê bao truy cập tới các dịch ụ miền v PS và CS hỗ trợ

chuyển vùng đối với GSM/UMTS AUC lưu khoá bí m ật cho mỗi thuê bao di

động được dùng để ạo ra số t liệu bí m ật động cho mỗi thuê bao di động Nó

được s dử ụngcho nhận thực qua lại giữa ạng và m IMSI Nó c dòn ùng cho bảo

v tệ ính to n vẹn à và mã á ôho th ng tin trên đường vô tuyến giữa UE và mạng

Có thể có nhiều ơn một HSS trong mạng tuỳ thuộc ố ượng thu bao di h s l ê

động và khả ă g thiết ị n n b và t ổ chức mang C nhiều đ ểm tham khảo giữa ó i

HSS và các thực thể ạng khác m

Hình 2.3: C ấu trúc ủa c HSS và SLF

SLF được dùng ột ơ chế chuyể đổi cho phép -CSCF, S - m c n I CSCF v ASà

tìm địa chỉp của HSS lưu giữ s liệu thu bao để ấy nhận ạng thu bao khi ố ê l d ê

có nhiều HSS được triển khai bởi nh cung cấp ạngà m

1.4 Nhóm các chức năng dịch vụ(server ứng dụng, MRFC, MRFP)

1.4.1 Ch ức năng của AS

- Khả ăng xử n lý và t ác động ột phi n SIP đi vào nhận được ừ IMS m ê t

- Có khả ăng tạo n các yêu cầu SIP

- Gửi th ng tin t h cô ín ước ới chức ăng t nh c t n í ước

Kiến trúc ịch ụ như chỉ ra trong hình 2.4, các nh cung c p cấ khả

năng đưa ra truy nhập ới t các dịch vụ ựa trên ác ứng dụng được khách hàng d c

hoá cho logic được tăng cường mạng di động (camel) môi trường dịch ụ v

CSE và kiến trúc ịch v m d ụ ở OSA cho các thuê bao IMS V ậy ì v AS là thuật

ngữ đư c dùng ợ chung để chỉ AS SIP, s ver cer ó khả ă n ng phục v ụ OSA và

chức năng chuyển mạch ịch v d ụ đa phương tiện IP camel (IM SSF).-

.4:

C dác ịch ụ được cung cấp tr n một AS được nhận ra b v ê ởi các nhận

dạng ịch ụ (service identifiers) tương đương như đánh gi địa chỉ cho dịch d v á

vụ Phù h v cáợp ới c chỉ ục trong HSS nơi m người ùng đ đăng ký Điều m à d ã

n làày m cho S CSCF định tuyến ch nh xác ới AS êu ầu- í t y c

1 4 2 C c ch á ức ăng tài n nguy ên phương ti ện - MRF

MRFC v MRFP kết hợp ới nhau để cung cấp ác ịch ụ ear như:

thoại h ội nghị, tạo tone, văn bản chuyển thành thoại, phát hiện tone, nhận

dạng thoại ự động ASR, fax, điều khiển kết ối t n và ôth ng báo MRFC làm

nhiệm vụ xử lý truyền th ng SIP t ô ới và t - ừ S CSCF v đ ều khiểà i n MRFP

MRFP đáp trả ại ằng cung c p t l b ấ ài nguyên lớp người ùn d g (user plane) mà

được y cêu ầu v chỉ đạo ởi MRFC MRFP thực à b hiện các chức năng sau:

- Trộn các luồng th ng tin đến (đối với truyền th ng đa thực thể ô ô )

- Nguồn luồng phương tiện (cho các th ng báo ô đa phương ti ).ện

- Luồng đ phương tiện đang xử a lý í d (v ụ chuyển đổi m tiếng, c c ã á

Chức ăng này đượ đưa ra l do n cung cấp chức ăng truy nhập ào

miền IP/SIP mặc dù nó thực ự kh ng được xem như s ô là b ộ phận ủa IMS ị c v

trí c nó ủa như hình 2.5 MGCF cung c p kấ ết nối mạngPSTN, cung cấp chức

n nă g cổng giữa báo hiệu ố 7 v IP/SIP Khi cuộc ọi ắt nguồ ừ ạng s à g b n t m báo

hiệu s ố 7 và k ết thúc trong mạng SIP thì b ản tin báo hiệu số 7 ISUP được

chuyển tới MGCF để ánh xạ bản tin này sang yêu cầu SIP trước khi nó được

chuyển tới P - CSCF V P CSCF khì - ông có chức ă n ng SS7, nó chỉ là thiết b ị

SIP Do vậy c có i b ần th ết ị chuyển đổi giữa haio mạng và êth m vào chức ă n ng

điều khiển bear

1 5.2 C ổng b ệu – áo hi SG W

W v m bá c m

SG (signalling gateway) giao tiếp ới ặt o hiệu ủa ạng CS

thực hiện ự chuyển đổi s giao thức tầng thấp ơn, v ụ h í d thay thế MTP thấp ơn h

(khuyến nghị ITU T q.701) truy- ền t vải ới SCTP (xác địnhtrong PFC 2960)

trên IP {1} Vì v ậy SGW chuyển đổi ISUP hay BICC tr n MTP sang ISê UP

hay BICC trên SCTP/IP như ình 6 h 2

Hình 2.6: Chuyển đổi báo hiệu trong SWG

1 5.3 C ổng ương tiện ph MG W

Giao tiếp trên m ặt phương tiện ủa c mạng CS một giao tiếp nhận hoặc phát

phương tiện media IMS trên giao thức RTP giao tiếp cò ại n l nhận hoặc phát

các tham slot PCM kết ối n mạng CS Ngoài ra nó có thể th m chức ăng ê n

chuyển đổi mã khi đầu cuối IMS kh ng hỗ ô trợ mã á ho được ùng ở d b i mạng

CS ví d ụ đầu cuối IMS ùng m AMR d ã còn đầu cuối PSTN dùng mã G.711

{1}

1 5.4 Ch ức năng điều khi ển cổng ranh giới - BGCF

Hoạt động giống MGCF nh ng nư ó được ùng để ết n i t d k ố ới nh cung cấp à

dịch v ụ khác như trong hình 2.7

Hình 2.7: Vị trí của BGCF trong mạng IMS

Nó cung cấp chức ăng c g gi n ổn ữa hai mạng của hai nh cung cấp, v ính bảoà ì t

m nêật n n chỉ được ết ối ới BGCF của nh cung cấp mạng kh c BGCF ó k n t à á

k nết ối trực tiếp ới S CSCF trong chính miền mạng c nó t - ủa để nhận ịnh đ

tuyến ực ếp t - tr ti ừ S CSCF dựa vào TEL URI

1.6 Nhóm các chức năng hỗ trợ mạng

1.6.1 Ch ức n ăng quyết định ch nh sách PDF í -

Chịu tr h nhiệm đưa ra các quyết ác định ựa tr n th ng tin li d ê ô ên quan tới

phương tiện và phiên có được t ừ P - CSCF Nó hoạt động giống như iđ ểm

quyết địn chính ách cho h s điều khiển SBLP Chức năng của đ ểi m quyết định

chính sách cho SBLP gồm các nhiệm v ụ sau:

- Lưu th ng tin liô ên quan t i ph ng tiớ ươ ện và phi n (địa chỉ IP, số ort, độê p

rộng ằng thông ) b

- T ạo ra thẻ bài trao quyền để nhận ạng PDF v phi d à ên

- Cung ấp quyết định trao quyền ựa tr n th ng tin li c d ê ô ên quan tới phương

tiện và phiên được ưu trữ l khi nhận được yêu cầu trao quyền ài nguyên t

mang từ GGSN

- C ập nhật quyết định trao quyền ại thời đ ểm sửa đổi phiên t i mà thay đổi

thông tin liên quan tới phương tiện và phiên

- Khả ăng cho phép ử ụng n s d tài nguy n mang ê đ được trao quyềnã

- Khả ăng ngăn c n s n ả ử ụng ài nguy n mang đ được trao quyền d t ê ã

- Th ng báo cho P CSCF khi tài nguy n mang bị mất hoặc ửa đổiô - ê s

- Cho qua nhận ạng nh cước IMS ới GGSN v chuyển nhận ạng ính d tí t à d t

cước GPRS tới P - CSCF

1.6.2 Gatew ay b ảo ệ SEG v -

Bảo vệ ưu lượng ặt điều khiển giữa c miền ảo ật, lưu lượng ẽ

chuyển qua một gate ay bảo ệ trước khi đi vào hay ra khỏi w v miền ảo b mật

Miền b m ảo ật được xem như ột mạng m được quản m à lý bởi một nh quản trị à

mạng duy nhất SEG được đặt ở ranh giới giữa hai miền ảo b m và nó ật ép

buộc ích nh sách bảo mật ữa hai mạng Nhà gi khai thác mạng có thể có nhiều

SEG để d ự phòng hoặc làm tăng n ng lă ực mạng

1.6.3 Ch ức n ăng THIG

Được ử ụng để ẩn đi cấu ình, khả ăng v opology của mạng ừ

mạng bên ngo i Nếuà một à nh khai thác mạng muốn sử dụng chức năng ẩn

n ì ày th phải ử ụng chức ăng THIG trên đường định tuyến s d n gói tin phúc đáp

và yêu cầu nhận được từ/tới ạng IMS khác THIG thực hiện m mã á và gi ho ải

mã toàn ộ ti u đề liên quan tới đồ ình của b ê h mạng Thường chức ăng này n

được đặt trong I CSCF.-

1.7 Nhóm tính cước

Trong IMS, Tính ăng Tính ước ựa tr n việc ác node mạng thống

kê và Tính toán ác th ng tin dựa tr n các ản tin SIP hoặc ISUP Hầu hết ất c ô ê b t

c c ôả ác th ng tin liên quan đến việc ính ước đều được chứa trong các ản tin T c b

đó Các iđ ểm node mạng ửi ản tin (ACR: Diameter Acconting Requests: g b

Các s ự kiện ắt đầu/Trao đổi/Kết th /S B úc ự kiện) tới thực thể AAA, ECF

Lưu ý: Trong một ố trường hợp, chức ăng HSS bao hàm chức ăng AAA s n n

Thông tin tính ước được thu thập ừ ác node trong mạng và c t c truyền ới t

miền tính ước ủa nh cung cấp ạng (BD) trong khoảng thời gian nhất định c c à m

sau đó Miền tính ước bao gồm Trung t c âm tính cước (BS) và c ác thiết ị ưu b l

trữ Tại trung tâm tính ước ẽ thự hiện ác c s c c thao tác ính ước cho thu bao: t c ê

thống kê, hướng cuộc ọi, các cuộc ọi ới ác nh cung cấp g g t c à

C ác thực thể trong các miền, ph n hâ ệ, dịch ụ đều v có Chức ăng kích n

hoạt tính cước (CTF) Khi cần tính cước s g b ẽ ửi ản tin tới thực thể CDF thông

qua giao diện RF