KIẾN TRÚC IMS VÀ CÁC VẤN ĐỀ CỦA MẠNG HỘI TỤ

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 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấy đã trở thành một phần của cuộc sống con người. Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu, hình ảnh với chất lượng cao ngày một tăng. Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ quan tâm đến phát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạ tầng lẫn dịch vụ. Song song đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có kiến trúc linh hoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa giao thức, đa truy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ… Trước yêu cầu đó, NGN ra đời được xem là một giải pháp thỏa mãn tất cả các điều kiện kể trên cho một mạng tương lai. Từ 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 dễ dàng hơn trong triển khai và quản lý, đồng thời cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển giữa vùng phục vụ của các mạng mà vẫn có thể sử dụng cùng một dịch vụ với yêu cầu QoS được đảm bảo. Kiến trúc đó được gọi là phân hệ đa phương tiện IP, viết tắt là IMS (IP Multimedia Subsystem). Phân hệ IMS tạo điều kiện cho việc triển khai nhanh chóng các dịch vụ chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc, mọi nơi trên một kết nối. Do đó, chắc chắn trong tương lai không xa, triển khai hệ thống mạng IMS là một xu hướng tất yếu của các nhà khai thác dịch vụ mạng và viễn thông. 2 Trong phạm vi báo cáo này, nhóm chúng em sẽ đi vào trình bày thành hai nội dung chính : 1. Tổng quan về IMS Giới thiệu vị trí và kiến trúc trúc IMS trong mô hình mạng NGN theo chuẩn hóa của tổ chức 3GPP. Nội dung phần này tập trung vào vai trò chức năng các phần tử trong IMS. 2. Vấn đề mạng hội tụ Xem xét trên 3 khía cạnh : hội tụ công nghệ, hội tụ mạng, hội tụ dịch vụ. 3 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 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 Hình 1. Sự hội tụ mạng hiện nay IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào. IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể vận hành cùng với nhau. IMS đã và đang được tập trung nghiên cứu và ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm lớn của các nhà khai thác bởi vì lợi ích mà nó mang lại cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng. 1.2. Định nghĩa IMS là kiến trúc điều khiển cuộc gọi độc lập với các hệ thống truy nhập, hoạt động chủ yếu trong miền gói PD và truyền thông đa phương tiện, hỗ trợ cho quá trình hội tụ mạng. 4 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. b- Phiên bản R4. - Hoàn thành tháng 3 năm 2001. - Hoàn thiện chức năng MSC Server và cổng phương tiện MGW, truyền tải IP với các giao thức mạng lõi. - Phát triển dịch vụ dựa trên vị trí LCS. c- Phiên bản R5. 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 cập RACF . . . - 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 các tính năng trong giao thức SIP. - Hoàn thiện tính năng hoạt động liên mạng giữa IMS và chuyển mạch kênh. 5 - 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 vụ cho 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. 6 - 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. b- TISPAN phiên bản R2. - Hoàn thành năm 2007. - Tối ưu hóa các tài nguyên truy nhập dựa trên thông tin đăng ký thuê bao. - Phát triển IPTV. - Bổ sung một số phân hệ để hỗ trợ IMS như : Điều khiển truy cập và quản lý tài nguyên RACS, phân hệ kết nối mạng NAS, phân hệ mô phỏng PSTN/ISDN (PSS). 1.4. Kiến trúc tổng thể của phân hệ IMS 7 Mô tả luồng chức năng của các thành phần trong hệ thống IMS : 8 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 điều này nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập với nhau như hình sau : 9 (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 nhiều loại 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 điều khiển 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 khiển dịch vụ. IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao và các thành phần mạng báo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Miêu tả chi tiết : 10 [...]... lượng hạn chế các giao thức đã được phát triển và kiểm chứng như SIP, DIAMETER và các API 2.3.2 Hội tụ mạng • Hội tụ mạng thoại và dữ liệu • Hội tụ cố định - di động FMC • Hội tụ các lớp mạng trong NGN – IMS • Hội tụ các thiết bị đầu cuối 2.3.3 Hội tụ dịch vụ • Khách hàng có thể tiếp cận các dịch vụ đa phương tiện bất cứ ở đâu, bất cứ lúc nào và trên các thiết bị đầu cuối bất kỳ • Môi trường kiến tạo dịch... QoS đối với các dịch vụ đa phương tiện • Quản lý theo chính sách để sử dụng hiệu quả các tài nguyên, phương tiện • Bảo đảm an toàn thông tin • Tính cước hợp nhất hướng tới tích cước hội tụ • Kết nối liên mạng : Các mạng NGN – IMS khác, mạng PSTN, mạng doanh nghiệp 21 Tự do truy nhập • 2 Các vấn đề của mạng hội tụ với IMS 2.1 Định nghĩa khái niệm hội tụ Quá trình tiến hóa, biến đổi của các thực thể... riêng lẻ được tích hợp chung vào với nhau để cùng thực hiện một vấn đề nào đó; các nhà mạng triển khai hội tụ (cả về mạng lưới và tổ chức) thì gọi là Integrated Operator (IOP) Các lý do để hội tụ mạng trong kiến trúc IMS • Mục tiêu của IMS là tiến tới môi trường dịch vụ đa phương tiện dựa trên kết nối IP và hoạt động trên miền gói • Có nhiều tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế và khu vực tham gia nghiên cứu... Hình : Khuynh hướng hội tụ của mạng 2.3 Các nội dung hội tụ Hình : Chiến lược hội tụ theo không gian ba chiều 23 2.3.1 Hội tụ công nghệ • Sử dụng các nguyên lý, phương pháp tiên tiến để xây dựng mạng như kỹ thuật mã hóa tốc độ thấp, kỹ thuật xử lý phân tán, trí tuệ nhân tạo, các công cụ, giải pháp phần mềm • Sử dụng các công nghệ nền tảng để xây dựng các lớp mạng tiến tới NGN – IMS như MPLS, GMPLS,... viễn thông và công ty điện tử tin học Với mục tiêu đặt ra, nhóm đã thực hiện tìm hiểu về kiến trúc mạng IMS trên nền mạng lõi NGN để thấy được vai trò hội tụ của phân hệ này Hội tụ chính là vấn đề then chốt khi xây dụng mạng NGN Trong quá trình làm tiểu luận, khó có thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý của các thầy cô cùng các anh chị học viên để tiểu luận của nhóm... Khái niệm hội tụ trong truyền thông có sự khác biệt đối với khái niệm hội tụ trong toán học và vật lý • Cần phân biệt khái niệm hội tụ (Convergence) với khái niệm tích hợp (Integration) - - 2.2 Convergence – Hội tụ : dùng để chỉ các khía cạnh hội tụ nào đó: ví dụ Network Convergence chỉ đến khía cạnh hội tụ về mạng lưới Integration – “Tích hợp”: thường dùng ở khía cạnh bộ máy tổ chức của các đơn vị... lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước để gửi đến cáckhối tính cước phù hợp I-CSCF I-CSCF là điểm giao tiếp giữa các thuê bao IMS trong vùng phục vụ của cùng một nhà khai thác mạng, hoặc với các thuê bao thuộc các nhà khai thác mạng khác Trong một mạng có thể có nhiều I-CSCF I-CSCF được xem như một SIP Proxy và đặt ở đường biên của mạng IMS, ... gia nghiên cứu , phát triển hoàn thiện các vấn đề liên quan đến IMS • Các nhà khai thác mạng, cung cấp dịch vụ trên quy mô toàn cầu đang triển khai NGN dựa trên IMS • Phân hệ IMS là phân hệ điều khiển của mạng lõi nên dễ dàng kết nối với các mạng truy nhập với các công nghệ khác nhau • IMS có cơ sở dữ liệu thuê bao tập trung trong khối chức năng HSS nên hỗ trợ các tính năng quản lý di động, chuyển vùng... thực hiện giải mã và xử lý tín hiệu cho mặt phẳngngười dùng khi cần thiết Hơn nữa, IMS- MGW còn có chức năng cung cấp âmchuông và những thông báo cho người dùng CS (3.2) • 19 Hình : Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CSN và ngược lại • - Giao tiếp với mạng GSM/GPRS SGSN SGSN là thành phần liên kết giữa mạng IMS và mạng chuyển mạch góihiện có Nó có thể hoạt động, điều khiển và xử lý lưu lượng... nhận sự đăng ký và bắt đầu phục vụ cho phiên đăng ký này Sau thủ tục này thông tin UE được khởi tạo và nhận các dịch vụ IMS • - Phân phối các dịch vụ cho UE và tham gia vào quá trình tính phí 13 Hồ sơ về dịch vụ của UE được HSS đưa xuống S-CSCF khi UE đăng ký vào mạng 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 sách . năng của các thành phần trong hệ thống IMS : 8 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 điều này nhờ cấu trúc. khiển giữa MGCF và IMS- MGW. Giao diệnnày điều khiển mặt phẳng người dùng của mạng IP và IMS- MGW. Hơn nữa, giaodiện này cũng điều khiển mặt phẳng người dùng giữa mạng CS và IMS- MGW.Giao diện này. triển khai IMS, vẫn còn tồn tại những mạng khác nhau như PSTN/ISDN,GSM, Internet, …. Do đó, người dùng IMS phải truyền thông được với người dùng ở các mạng này. Để đáp ứng nhu cầu này, mỗi người dùng IMS