KIẾN TRÚC IMS VÀ CÁC VẤN ĐỀ CỦA MẠNG HỘI TỤ

Songsong đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có kiến trúc linhhoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa giao thức, đatruy cập,

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG



Báo cáo môn : Mạng thế hệ sau NGN

ĐỀ TÀI:

KIẾN TRÚC IMS VÀ CÁC VẤN ĐỀ CỦA MẠNG HỘI TỤ

Giáo viên hướng dẫn : TS Lê Ngọc Giao

Lớp: Truyền dữ liệu và mạng máy tính - M11CQCT02-B

Hà Nội – 11/2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấy đã trởthành một phần của cuộc sống con người Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu pháttriển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu, hình ảnh với chất lượng cao ngàymột tăng Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ quan tâm đếnphát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạ tầng lẫn dịch vụ Songsong đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có kiến trúc linhhoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa giao thức, đatruy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ… Trước yêu cầu đó, NGN ra đờiđược xem là một giải pháp thỏa mãn tất cả các điều kiện kể trên cho một mạng tương lai

Từ nghiên cứu mạng thế hệ mới NGN, ý tưởng về một kiến trúc điều khiển dịch

vụ dựa trên chuẩn IP được hình thành Kiến trúc này phải giúp nhà khai thác mạng dễdàng hơn trong triển khai và quản lý, đồng thời cho phép người dùng có thể sử dụng mộthay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển giữa vùng phục vụ của các mạng mà vẫn cóthể sử dụng cùng một dịch vụ với yêu cầu QoS được đảm bảo Kiến trúc đó được gọi làphân hệ đa phương tiện IP, viết tắt là IMS (IP Multimedia Subsystem) Phân hệ IMS tạođiều kiện cho việc triển khai nhanh chóng các dịch vụ chất lượng cao, mang tính cá nhân,

có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc, mọi nơi trên một kết nối Do đó, chắc chắntrong tương lai không xa, triển khai hệ thống mạng IMS là một xu hướng tất yếu của cácnhà khai thác dịch vụ mạng và viễn thông

Trong phạm vi báo cáo này, nhóm chúng em sẽ đi vào trình bày thành hai nộidung chính :

1. Tổng quan về IMS (IP Multimedia Subsystem)

1.1. Tổng quan

Sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phương tiện với yêu cầu vềbăng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vựccông 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 nănghội tụ các mạng này Đó là khởi nguồn để phân hệ đa truyền thông IP IMS ra đời vàphát triển Đây là bước đệm quan trọng không thể bỏ qua để đi đến sự hội tự thực sựcủa mạng viễn thông

Hình 1 Sự hội tụ mạng hiện nayIMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phânphối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông quamạng truy nhập nào IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS,CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyềnhình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện chocác hệ thống mạng khác nhau có thể vận hành cùng với nhau IMS đã và đang đượctập trung nghiên cứu và ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm lớn của các nhàkhai thác bởi vì lợi ích mà nó mang lại cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng.1.2. Định nghĩa

IMS là kiến trúc điều khiển cuộc gọi độc lập với các hệ thống truy nhập, hoạtđộng chủ yếu trong miền gói PD và truyền thông đa phương tiện, hỗ trợ cho quá trình

1.3. Khảo sát tình hình nghiên cứu và chuẩn hóa IMS

Kiến trúc IMS được phát triển đầu tiên trong nhóm dự án 3GPP phục vụ cho mạng 3G

1 Các phiên bản cho mạng 3G của nhóm dự án 3GPP.

a- Phiên bản R99.

- Phát triển công nghệ truy nhập WCDMA

- Cải tiến hệ thống truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN)

- Thực hiện kiến tạo dịch vụ dựa trên kiến trúc dịch vụ mở OSA

IMS được giới thiệu từ phiên bản R5

- Phiên bản được hoàn thành giữa năm 2002

- Xây dựng cấu trúc IMS với các thực thể chức năng : Điều khiển phiên cuộc gọi,điều khiển cổng đa phương tiện MGWC, quản lý tài nguyên và điều khiển truy cậpRACF

- Lựa chọn giao thức SIP là giao thức cơ bản trong IMS

- Phát triển công nghệ truy nhập HSPDA nhằm cải thiện đường xuống

d- Phiên bản R6.

- Hoàn thành vào tháng 3 năm 2005

- Chuẩn hóa một số tính năng như nhắn tin, quản lý nhóm trong IMS, bổ sung cáctính năng trong giao thức SIP

- Hoàn thiện tính năng hoạt động liên mạng giữa IMS và chuyển mạch kênh

- Nâng cấp tính năng hiển thị, cải tiến về QoS.

e- Phiên bản R7.

- Bao gồm 3 giai đoạn (3 pha) và hoàn thành vào năm 2007

- Kết hợp với phiên bản R1 của nhóm nghiên cứu TISPAN (kiến trúc IMS phục vụcho mạng NGN cố định)

- Kết nối với mạng băng rộng cố định

- Kết nối với chuyển mạch kênh

- Kết nối với WLAN

- Phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền SIP

- Nâng cấp tính năng tính cước, quản lý theo chính sách

f- Phiên bản R8.

- Hoàn thành vào năm 2008

- R8 phối hợp với các tính năng trong TISPAN phiên bản R2

- Tạo môi trường phát triển dịch vụ cho bên thứ 3

- Xử lý các cuộc gọi khẩn cấp trong IMS

- Hoàn thiện truyền thông Multicast

2 Các phiên bản IMS cho mạng NGN cố định của ETSI – TISPAN.

- Phát triển từ chuyển mạch mềm của mạng NGN cố định

- Sử dụng các nguyên tắc cơ bản trong kiến trúc IMS của 3GPP

a- TISPAN phiên bản R1.

- Hoàn thành năm 2005

- Dựa trên phiên bản R6 và một số tính năng R7 của 3GPP

- Tập trung chủ yếu vào hệ thống truy nhập băng rộng XDSL với các kết nối WLAN

- Phát triển các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực

- Xây dựng hệ thống truy nhập cố định chung.

- Sử dụng máy chủ ứng dụng IMS để phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng

- Phát triển phân hệ PSTN/ISDN PES

Mô tả luồng chức năng của các thành phần trong hệ thống IMS :

1.4.1. Kiến trúc phân lớp tổng thể của NGN IMS-based

IMS có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây FMC IMS thực hiện được điềunày nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập với nhau như hình sau :

(1) Lớp mạng : truyền tải dung lượng báo hiệu và dữ liệu Lớp này bao gồm các

Switch, Router, Media GateWay, Media Server Lớp này có thể kết nối tới nhiềuloại mạng khác nhau:

• Mạng di động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA)

• Mạng di động 2.5G (GPRS)

• Mạng IP có dây (xDSL, Cable) và không dây (WLAN, WiMAX)

• PSTN, IDSL

(2) Lớp điều khiển : Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu (CSCF, HSS,

MGCF ), có khả năng điều khiển phiên chung, điều khiển luồng dữ liệu và điềukhiển luồng truy nhập thông qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H248(MEGACO) Lớp này là mạng lõi của IMS

(3) Lớp dịch vụ : Lớp này bao gồm các Server ứng dụng AS như Server ứng dụng

SIP, Server truy nhập dịch vụ dành cho nhà cung cấp thứ 3 và các điểm điều khiểndịch vụ IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao và các thành phần mạngbáo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển

Miêu tả chi tiết :

(1) Lớp ứng dụng :

(1.1) Máy chủ ứng dụng :

Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS AS tương tácvới S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng Máy chủVCC, đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP, là một ví dụ về máy chủ ứng dụng

AS AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó Nếu AS là mộtphần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thứcDIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng AS có thể cung cấp các dịch vụnhư quản lý sự hiện diện của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghị truyềnhình, tính cước trực tuyến,…

(1.2) Cơ sở dữ liệu

• HSS

Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS có thể xem như là một cải tiến của bộ đăng

ký định vị thường trú HLR và AuC trong mạng GSM HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữthông tin của tất cả thuê bao và những thông tin dịch vụ liên quan đến thuê bao Nó chứa

đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ

sơ chuyển vùng, thông số chứng thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao Thông tinnhận dạng người dùng gồm khóa nhận dạng riêng và khóa nhận dạng chung Khóa nhậndạng riêng được tạo ra bởi nhà khai thác mạng và được dùng với mục đích đăng ký vàchứng thực Khóa nhận dạng người dùng chung được sử dụng để truyền thông giữa cácngười dùng HSS cũng đáp ứng địa chỉ một S-CSCF nếu có yêu cầu trong thủ tục đăng

ký Hơn nữa, HSS còn thực hiện những chính sách hệ thống như lưu trữ thông tin hoặcxóa thông tin những UE không hợp lệ

Interrogating-Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF trong hoạt động là cả hai cóthể đại diện cho user để kết thúc phiên và có thể kiểm tra nội dung của bản tin tronggiao thức SDP.

• P-CSCF

P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên giữa UE với mạng IMS, đóng vai trò như một SIPproxy server Tất cả những tín hiệu SIP được gửi giữa mạng IMS và UE đều đi qua P-CSCF Do đó, nhiệm vụ chính của P-CSCF là chuyển tiếp bản tin SIP dựa vào têndomain Ngoài ra, P-CSCF còn thực hiện: nén bản tin SIP, bảo mật,tích hợp PDF,tham gia vào quá trình tính cước, và xác định phiên khẩn cấp

P-CSCF tích hợp PDF và tham gia vào quá trình tính cước : P-CSCF còn tích hợpchức năng quyết định chính sách PDF PDF cấp giấy phép sử dụng tài nguyên chongười dùng, quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện P-CSCF đồngthời tạo ra các thông tin tính cước để gửi đến cáckhối tính cước phù hợp

• I-CSCF

I-CSCF là điểm giao tiếp giữa các thuê bao IMS trong vùng phục vụ của cùng mộtnhà khai thác mạng, hoặc với các thuê bao thuộc các nhà khai thác mạng khác Trongmột mạng có thể có nhiều I-CSCF I-CSCF được xem như một SIP Proxy và đặt ởđường biên của mạng IMS, I-CSCF có bốn chức năng chính là:

- Liên lạc với HSS để biết thông tin của chặng tiếp theo khi nhận được yêu cầu

- Đăng ký :

S-CSCF có thể xử lý như một SIP Registrar server, S-CSCF tiếp nhận yêu cầuđăng ký và thiết lập thông tin khả dụng của UE khi truy vấn HSS Khi UE thựchiện đăng ký thì yêu cầu của nó được định tuyến tới S-CSCF, lúc đó S-CSCFdựa trên thông tin chứng thực từ HSS để đưa ra những yêu cầu để kiểm tra I-CSCF Sau khi nhận đươc đáp ứng và kiểm tra lại, S-CSCF chấp nhận sự đăng

ký và bắt đầu phục vụ cho phiên đăng ký này Sau thủ tục này thông tin UEđược khởi tạo và nhận các dịch vụ IMS

- Phân phối các dịch vụ cho UE và tham gia vào quá trình tính phí

Hồ sơ về dịch vụ của UE được HSS đưa xuống S-CSCF khi UE đăng ký vàomạng IMS S-CSCF sử dụng thông tin này để phân phối dịch vụ phù hợp cho

UE khi có yêu cầu Hơn nữa, S-CSCF cần phải áp dụng các loại chính sáchtruyền dẫn trong hồ sơ dịch vụ của UE, ví dụ như UE này chỉ sử dụng thoại và

mà không sử dụng video,…

- Định tuyến

S-CSCF có thể xử lý như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và đápứng ngay lập tức nếu bên tiếp nhận yêu cầu ở cùng mạng nhà khai thác với bêngửi yêu cầu hoặc gửi chúng đi nếu bên tiếp nhận yêu cầu kết nối thuộc hệthống mạng khác Khi S-CSCF nhận yêu cầu của UE khởi tạo thông qua P-CSCF thì nó phải quyết định những AS phù hợp cho UE Sau khi tương tác với

AS thì S-CSCF tiếp tục xử lý phiên kết nối của UE trong mạng IMS hoặc tớimạng khác Hơn nữa, nếu UE sử dụng MSISDN làm địa chỉ cho cuộc gọi thì S-CSCF sẽ chuyển đổi số MSISDN thành địa chỉ SIP rồi sau đó mới chuyển tiếpcác yêu cầu của UE

- S-CSCF có thể xử lý như một UA

Nó có thể khởi tạo yêu cầu hoặc kết thúc phiên mà không phụ thuộc vào phiêngiao dịch SIP Bên cạnh đó, nó còn cung cấp các thông tin liên quan cho cácđiểm đầu cuối (như thông báo tính phí, kiểu chuông, …)

(2.2) Chức năng đa phương tiện MRF

• MRF được phân thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFC

và bộ xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP MRFC là khối trực tiếpgiao tiếp với AS qua giao thức SIP và với S-CSCF qua giao hứcMEGACO/H.248.MRFP nhận thông tin điều khiển từ MRFC và giao tiếp với các thành phần củamạng truyền dẫn MRF có vai trò quan trọng trong hội nghị đa điểm để phân bố tàinguyên hợp lý

• MRFC nhận báo hiệu điều khiển cuộc gọi qua giao thức SIP MRFC cần thiết choviệc hỗ trợ những dịch vụ, như hội nghị, những thông báo tới người dùng hoặcchuyển mã kênh mang MRFC chuyển báo hiệu SIP nhận được từ S-CSCF quađiểm tham chiếu Mr và sử dụng những chỉ dẫn MEGACO/H.248 để điều khiểnMRFP MRFC có thể gửi thông tin thanh toán tới CCF và OCS

• MRFP cung cấp những tài nguyên mặt phẳng người dùng được yêu cầu và chỉ dẫnbởi MRFC MRFP thực hiện những chức năng liên quan đến media như phát vàtrộn media, thích ứng nội dung dịch vụ, chuyển đổi định dạng nội dung,…

Hình : Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện MRF

(2.3) Điểm tham chiếu

Hình : Vị trí các điểm tham chiếu trong IMS

• Điểm tham chiếu Gm

Gm là điểm tham chiếu (giao diện) giữa UE và P-CSCF Nó được dùng để truyềnnhững báo hiệu SIP giữa UE và mạng IMS Thủ tục qua giao diện Gm có thể chiathành 3 thủ tục chính: đăng ký, điều khiển phiên, các giao dịch.Thủ tục đăng ký:

UE sử dụng giao diện này để gửi bản tin đăng ký và thương lượng các thuật toánbảo mật với P-CSCF Trong suốt quá trình này, cả UE và mạng sẽ trao đổi cácthông số phục vụ cho việc chứng thực, mã hóa và nén dữ liệu Thông qua giaodiện này, UE sẽ được nhà khai thác mạng cung cấp những thông tin về yêu cầuđăng ký lại hoặc hủy đăng ký

• Điểm tham chiếu Go

Nhà khai thác mạng mong muốn có sự phù hợp giữa những yêu cầu về QoS, địachỉ nguồn và đích với mức dịch vụ đã đăng ký Khi đó, cần có sự giao tiếp giữa

mạng IMS và mạng GPRS Điểm tham chiếu Go được tạo ra với mục đích này.Sau đó, chức năng phục vụ cho việc tính phí được thêm vào Giao thức được dùngcho việc này là COPS Thủ tục qua Go có thể chia thành 2 thủ tục chính:Thủ tụccấp quyền truyền thông: người sử dụng dùng giao diện này để yêu cầu kích hoạtthành phần sóng mang Yêu cầu này có thể chấp nhận nếu đáp ứng được các chínhsách của nhà khai thác mạng đưa ra.Thủ tục tính phí: thông qua điểm tham chiếu

Go, mạng IMS có thể chuyển thông số ICID dùng cho việc tính phí đến ngườidùng GPRS Tương tự như vậy, mạng GPRS cũng có thể chuyển những thông tinchứng thực việc tính phí đến mạng IMS

• Điểm tham chiếu Mw

Mw là điểm tham chiếu giữa P-CSCF, I-CSCF và S-CSCF Bản tin SIP sẽ đượctruyền qua giao diện này giữa các thành phần CSCF với nhau Thủ tục qua giaodiện Mw có thể chia thành 3 thủ tục chính:

- Thủ tục điều khiển phiên

Chứa các thiết lập của cả bên gọi và bên bị gọi Đối với thiết lập bên gọi,điểmtham chiếu Mw được dùng để chuyển yêu cầu từ P-CSCF đến S-CSCF và cóthể từ S-CSCF đến I-CSCF trong trường hợp thuê bao bị gọi Đối với thiết lậpbên bị gọi, bản tin yêu cầu được gửi từ I-CSCF đến S-CSCF và từ S-CSCF đếnP-CSCF Giao diện này còn sử dụng trong trường hợp mạng thực hiện việc kếtthúc phiên, ví dụ như: khi P-CSCF tiến hành việc kết thúc phiên khi nhận đượcthông báo chỉ dẫn của PDF là mất thành phần sóng mang Hơn nữa, thông tin

về tính phí cũng được chuyển qua giao diện này

- Thủ tục giao dịch

Dùng để chuyển các bản tin yêu cầu độc lập như Message và nhận tất cả đápứng như 200 OK, … Sự khác biệt giữa thủ tục điều khiển phiên và thủ tục giaodịch là một hộp thoại ghi nhận sự kiện không được tạo ra

• Điểm tham chiếu Mp

Khi MRFC điều khiển dòng thông tin phương tiện như kết nối cho một hội nghịtruyền thông hoặc dừng việc truyền thông với MRFP thì nó sẽ sử dụng điểm thamchiếu Mp Điểm tham chiếu này hoạt động dựa trên giao thức H.248

• Điểm tham chiếu Mn