thiết kế và triển khai dịch vụ iptv trên kiến trúc mạng ims
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: .…………….………….…… Số hiệu sinh viên: ……………… Khoá:…………………….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………… 1. Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. … ……………………… ……………………………………………………………………………………. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… …… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……… ….…………………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… …. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………. 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… …………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………… 7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……… Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng PSTN đang là xu hướng được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc. Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mục đích tạo ra một mạng toàn IP duy nhất. Phân hệ IP Multimedia Subsystem (IMS) là một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát triển đó. Với IMS người dùng có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng di động và đồng thời có thể sử dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet. IMS đã thực sự trở thành chìa khóa để hợp nhất mạng di động và mạng Internet. IMS đồng thời cũng trở thành một phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hang sản xuất các thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới. IMS được chuẩn hóa bởi 3GPP và 3GPP2 dựa trên giao thức báo hiệu SIP và các giao thức mở khác do IETF chuẩn hóa nên rất dễ dàng tích hợp với các dịch vụ mới. IMS đồng thời cũng hỗ trợ nhiều loại hình truy cập khác nhau do đó nó hứa hẹn sẽ mang lại một số lượng lớn khách hàng sử dụng các dịch vụ xây dựng trên đó. Trong thời gian thực tập tại phòng lab 618 thư viện điện tử của bộ môn kỹ thuật thông tin để tìm hiểu về kiến trúc IMS và triển khai các dịch vụ mới trên IMS, được sự gợi ý của tiến sĩ Nguyễn Tài Hưng em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên kiến trúc mạng IMS”. Em xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Tài Hưng và TS. Nguyễn Hữu Thanh đã giúp đỡ tận tình cho em trong thời gian làm đồ án vừa qua. Em xin chân thành cám ơn Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2010 Sinh viên Giang Kỳ Nam Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong những năm gần đây, dịch vụ IPTV đang là chủ đề nóng thu hút sự quan tâm của nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng viễn thong di động trên thế giới. Bên cạnh đó kiến trúc mạng IMS nổi lên như 1 xu hướng trong kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo. Như vậy triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS sẽ mang lại cho người dùng những trải nghiệm dịch vụ như thế nào và tính thực tế của nó ra sao? Trong đề tài này, tôi chỉ ra giải pháp thiết kế triển khai dịch vụ trên nền tảng IMS, so sánh nó với những kiến trúc truyền thống để thấy được ưu điểm của nó về tốc độ và chi phí cho phát triển dịch vụ trong mạng viễn thông nói chung. Theo đó tôi đưa ra mô hình của dịch vụ IPTV trên kiến trúc IMS, sử dụng các siao thức SIP, Diameter, công nghệ Sip Servlet để triển khai nó và chứng minh tính mềm dẻo và đa tính năng, dễ dàng mở rộng của IMS. ABSTRACTION Today, IPTV is presently a hot topic that is attracting the attention of many telecom network operators. Beside, IMS emerges to be the trend in developing the architecture of the next generation network. So what will IMS based IPTV bring to the end users in terms of service experience and how does it become reality? In this project, I present a solution in designing and developing services in IMS architecture, put it in comparison to traditional architecture to realize its advantages regarding speed and cost of service development in telecom network in general. After that, I bring out IMS based IPTV architecture that implements SIP, Diameter protocol, Sip servlet technology and develop it to demonstrate the flexibility, multi function and scalability of IMS. 5 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam MỤC LỤC 1 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 15 1.1 Tầm quan trọng của đề tài 15 1.2 Nội dung nghiên cứu 16 2 CHƯƠNG II : VỀ KIẾN TRÚC IMS 17 2.1 Kiến trúc tổng quát IMS 17 2.1.1 Mạng truy nhập 18 2.1.2 Mạng lõi 19 2.1.3 Tầng dịch vụ 29 2.2 Định danh trong IMS 30 2.2.1 Định danh người dùng công cộng 30 2.2.2 Định danh người dùng riêng 32 2.2.3 Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng 32 2.2.4 Định danh dịch vụ công cộng 34 2.3 SIM, USIM và ISIM trong 3GPP 35 2.3.1 SIM 36 2.3.2 USIM 36 2.3.3 ISIM 36 2.4 Tiêu chuẩn lọc 37 2.5 Triển khai kiến trúc IMS 43 3 CHƯƠNG III : CÁC GIAO THỨC QUAN TRỌNG 46 3.1 Giao thức SDP 46 3.1.1 Mô tả phiên 46 3.1.2 Mô hình Offer/Answer 48 3.1.3 SIP và SIPS URIs 49 3.1.4 Định vị người dùng 50 3.2 Giao thức Diameter 51 3.2.1 Gói tin Diameter 52 3.2.2 Phiên giao dịch 53 3.2.3 Triển khai giao thức trong đề tài 55 3.3 Giao thức SIP 59 3.3.1 SIP liên hệ với HTTP như thế nào 60 3.3.2 Bản tin SIP 62 3.3.3 Phiên giao dịch (Transaction) 63 3.3.4 Hội thoại (dialog) 65 3.3.5 Trường điều khiển Record-Route, Route và Contact 67 4 CHƯƠNG IV : MÁY CHỦ ỨNG DỤNG 69 4.1 Tổng quan về máy chủ ứng dụng 69 6 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam 4.2 Chức năng của máy chủ ứng dụng trong mô hình IMS 69 4.3 Các chế độ hoạt động của máy chủ ứng dụng 71 4.3.1 AS hoạt động như SIP User Agent 71 4.3.2 AS hoạt động như back-to-back user agent 72 4.3.3 AS đóng vai trò như là SIP Proxy Server 73 4.3.4 AS đóng vai trò như là SIP Redirect Server 74 4.4 Giao diện AS với các thành phần khác trong mạng 75 4.4.1 Giao diện với IMS Core – ISC 75 4.4.2 Giao diện với HSS – Sh 76 4.5 Quá trình cung cấp dịch vụ 81 4.5.1 Giới thiệu 81 4.5.2 Sự hình thành tiêu chuẩn lọc khởi tạo 81 4.5.3 Lựa chọn máy chủ ứng dụng 84 4.5.4 Hành vi của máy chủ ứng dụng 86 4.5.5 Máy chủ ứng dụng tương tác với HSS 86 4.5.6 Máy chủ ứng dụng gửi yêu cầu về S-CSCF 87 5 CHƯƠNG V : DỊCH VỤ IPTV TRÊN NỀN IMS 88 5.1 Giới thiệu dịch vụ IPTV trên nền IMS 88 5.2 Các luồng xử lý cuộc gọi trong IPTV nền IMS 90 5.2.1 Đăng ký vào mạng IMS 90 5.2.2 Call flows của các chức năng chính trong dịch vụ IPTV 93 5.2.3 Các tình huống khi đăng nhập và sử dụng dịch vụ IPTv 101 6 CHƯƠNG VI : THIẾT KẾ DỊCH VỤ IPTV 103 6.1 Tổng quan về công nghệ SIP Servlet 103 6.1.1 Mô hình SIP Servlet 103 6.1.2 Các khái niệm chính của SIP Servlet API 104 6.2 Thiết kế dịch vụ 112 6.2.1 Yêu cầu 112 6.2.2 Kiến trúc hệ thống 112 6.2.3 Thiết kế các lớp cho dịch vụ 115 6.2.4 Kịch bản thực thi ứng dụng 126 6.3 Cài đặt và sử dụng dịch vụ 126 6.3.1 Yêu cầu hệ thống 126 6.3.2 Hướng dẫn cài đặt 126 6.3.3 Kết quả thu được 126 1. Poster paper gửi tại hội nghị TridentCom – Berlin 128 2. Cài đặt Open IMS Core lên Ubuntu 136 3. Cài đặt máy chủ ứng dụng sailfin 138 4. Cài đặt dịch vụ IPTV lên máy chủ Sailfin 139 Provisioning FHoSS 139 Povisioning content database 139 Povisioning Diameter Peer 139 7 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam Povisioning User Repository 139 Cấu hình máy chủ IPTV 139 Tạo JDBC Resources cho MySQL(để kết nối tới máy chủ MySql) 140 JDBC Connection Pool 140 5. Chạy thử với HUT - Communicator 147 Ngữ cảnh: 147 Thiết lập dịch vụ Iptv và Parental control: 147 Hoạt động 152 8 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2-1 : Kiến trúc IMS 18 Hình 2-2 : Giao tiếp giữa PSTN/CS gateway và mạng CS 25 Hình 2-3 : P-CSCF đặt tại mạng khách 28 Hình 2-4 : P-CSCF đặt tại mạng chủ 28 Hình 2-5 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công cộng theo 3GPP R5 33 Hình 2-6 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công cộng theo 3GPP R6 34 Hình 2-7 : Cấu trúc của User Profile 39 Hình 2-8 : Cấu trúc tiêu chuẩn lọc khởi tạo 40 Hình 2-9 : Sơ đồ các khối chức năng trong kiến trúc IMS 43 Hình 3-10 : Một ví dụ về mô tả phiên SDP 47 Hình 3-11 : Các kiểu trong SDP 48 Hình 3-12 : Mô tả phiên SDP của Bob 49 Hình 3-13 : Alice đăng ký vị trí người dùng với tên miền domain.com registrar 51 HÌnh 3-14: Cấu trúc gói tin Diameter 52 HÌnh 3-15: Cấu trúc AVP trong gói tin Diameter 53 HÌnh 3-16: Diameter transaction 54 HÌnh 3-17: IFC của người dùng tải về từ HSS 57 HÌnh 3-18: Repository data của 1 người dùng IPTV 58 Hình 3-19 : Các bước thiết lập một cuộc gọi 60 Hình 3-20 : Cấu trúc bản tin SIP 63 Hình 3-21 : Transaction 65 Hình 3-22 : Luồng cuộc gọi trong một hội thoại SIP 66 Hình 3-23 : Cách sử dụng Record-Route, Route và Contact 68 Hình 4-24 : Hướng tiếp cận dịch vụ trong kiến trúc IMS 70 Hình 4-25 : AS hoạt động như một SIP UA 72 Hình 4-26 : Kiến trúc logic của SIP B2BUA 73 Hình 4-27 : AS ứng dụng đóng vai trò SIP B2BUA 73 Hình 4-28 : AS đóng vai trò SIP Proxy AS 74 Hình 4-29 : AS đóng vai trò SIP Redirect Server 74 Hình 4-30 : Sh data uml diagram 79 Hình 4-31 : Thành phần của Service Point Trigger 82 Hình 4-32 : Ví dụ về User Profile 84 HÌnh 5-33:Quá trình đăng ký của user vào mạng IMS (tiếp) 90 HÌnh 5-34: Quá trình đăng ký của user vào mạng IMS (tiếp) 91 HÌnh 5-35: Quá trình đăng ký của user vào mạng IMS (tiếp) 92 HÌnh 5-36: Người dùng thông thường 94 HÌnh 5-37: Đăng nhập với dịch vụ IPTV trường hợp có Access control 95 9 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam HÌnh 5-38: Dịch vụ truyền hình cơ bản 96 HÌnh 5-39: Dịch vụ VoD tiêu chuẩn 99 HÌnh 5-40: Dịch vụ VoD nâng cao 100 Hình 6-41 : Vòng đời của Servlet 106 Hình 6-42 : Minh họa cấu trúc phân cấp của đối tượng SipServletRequest và SipServletResponse 110 HÌnh 6-43: Mô hình tổng quát dịch vụ IMS based IPTV 113 HÌnh 6-44: sơ đồ lớp cho gói user profile 116 HÌnh 6-45: Sơ đồ lớp gói servlets 117 HÌnh 6-46: Các lớp trong gói tools 118 HÌnh 6-47: Sơ đồ lớp gói diameter 119 HÌnh 6-48: Lưu đồ thuật toán khởi tạo dịch vụ 122 HÌnh 6-49: Lưu đồ thuật toán đăng nhập vào dịch vụ 123 HÌnh 6-50: Lưu đồ thuật toán xử lý yêu cầu kênh 125 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Diameter commands 52 Bảng 3-2: Diameter AVPs 53 10 [...]... sử dụng trong IMS • Các giao thức liên quan: giới thiệu về 1 số giao thức quan trọng chủ yếu dùng trong mạng IMS, phục vụ cho đề tài • Giới thiệu dịch vụ IPTV: tổng quát về dịch vụ IPTV, các call flow quan trọng trong dịch vụ, các tình huống trong sử dụng dịch vụ • Thiết kế dịch vụ IPTV: thiết kế dịch vụ từ các yêu cầu thực tế, sơ đồ lớp 16 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện... viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam • Triển khai dịch vụ: các bước sử dụng dịch vụ đối với người dùng cuối 2 CHƯƠNG II : VỀ KIẾN TRÚC IMS Trong chương này sẽ nói về kiến trúc IMS, chi tiết các thành phần của nó và 1 số khái niệm cơ bản liên quan đến mạng IMS và kết nối giữa nó và các kiến trúc mạng khác 2.1 Kiến trúc tổng quát IMS Trước khi tìm hiểu kiến trúc tổng quát IMS, chúng ta nên nhớ rằng 3GPP không... tất cả các dịch vụ ưu việt nhất của mạng viễn thông và mạng internet đặc biệt là các dịch vụ đa phương tiện bao gồm các dịch vụ gọi thông thường và các dịch vụ nâng cao như: • Nhấn tin đa phương tiện • Hội thảo đa phương tiện • IPTV • Dịch vụ kiểm tra trạng thái người dùng (Presence) 29 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam • Dịch vụ instant... đã nói ở trên, ưu điểm lớn nhất của IMS là khả năng phát triển các dịch vụ mới một cách dễ dàng Kiến trúc IMS được thiết kế để cho phép các nhà điều hành cung cấp dải rộng các dịch vụ dựa trên chuyển mạch gói và thời gian thực IMS cũng cho phép lưu lại các thông tin của dịch vụ để có thể tính cước dựa theo thời gian cũng như dựa trên dịch vụ và băng thông Từ đặc điểm thiết kế của mình, IMS kế thừa tất... hình trên chỉ chỉ ra một thiết bị đầu cuối IMS nối vào mạng sử dụng đường truyền vô tuyến nhưng IMS cũng hỗ trợ các loại thiết bị và các cách truy nhập khác Thiết bị hỗ trợ cá nhân PDAs và máy tính là 18 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam các ví dụ về các thiết bị có thể kết nối tới IMS Một ví dụ khác về phương pháp truy cập là WLAN và ADSL... tiếp tương tác dịch vụ như thê sẽ trở nên rất dễ dàng khi được hỗ trợ bởi kiến trúc IMS 1.2 Nội dung nghiên cứu Với mực đích nghiên cứu là phát triển ứng dụng theo kiến trúc IMS nên trong đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu tổng quan về IMS, máy chủ ứng dụng và về dịch vụ IPTV: • Tổng quan về IMS: tìm hiểu về kiến trúc IMS, các thành phần, chức năng của từng thành phần, kiến trúc triển khai và một số các... cấp liên lạc vô tuyến và SGSN Vì thế, cấu hình 28 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam này được triển khai từ những ngày đầu của IMS Như một hệ quả, người ta mong muốn rằng nó sẽ là cấu hình phổ biến trong những năm đầu triển khai IMS 2.1.3 Tầng dịch vụ Phần này bao gồm các máy chủ ứng dụng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ tới người dùng cuối... P-CSCF (và GGSN) đặt tại mạng khách Cấu hình này thể hiện tầm nhìn lâu dài về IMS vì nó yêu cầu IMS hỗ trợ thực hiện từ mạng khách 27 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam Hình 2-3 : P-CSCF đặt tại mạng khách Không thể mong đợi tất cả các mạng trên thế giới đều triển khai IMS đồng thời Do đó cũng không thể mong chờ tất cả các mạng thành phần sẽ cập... các nút triển khai nhiều hơn một chức năng và các chức năng được phân phối qua nhiều hơn một nút là hoàn toàn có thể 17 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam Hình 2-1 : Kiến trúc IMS Trong hình 2-1 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc IMS như chuẩn hóa của 3GPP Trong hình chỉ ra hầu hết các giao diện báo hiệu trong hệ thống IMS, nó thường... Subscriber Identity Module 81 VoIP Voice over IP 13 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam 82 VoD Video on Demand 83 WAP Wireless Application Protocol 84 WLAN Wireless Local Access Network 85 WLSS WebLogic SIP Server 86 XML Extensible Markup Language 14 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam . trọng trong dịch vụ, các tình huống trong sử dụng dịch vụ. • Thiết kế dịch vụ IPTV: thiết kế dịch vụ từ các yêu cầu thực tế, sơ đồ lớp. 16 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa. cấp dịch vụ mạng viễn thong di động trên thế giới. Bên cạnh đó kiến trúc mạng IMS nổi lên như 1 xu hướng trong kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo. Như vậy triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS. thể. 17 Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50 Giang Kỳ Nam Hình 2-1 : Kiến trúc IMS Trong hình 2-1 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc IMS như