đề tài: ims over ngn

Trang 1

Lời 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 không thể thiếu trong 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 chống 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

IMS hổ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau như thoại, dữ liệu, hình ảnh và khả năng tích hợp cả ba loại hình dịch vụ nói trên Sự tích hợp ấy chính là Tripple Play mà IPTV là một dịch vụ điển hình Đặc biệt, trên nền tảng IMS, yếu tố di động và truy nhập không dây trở nên khả thi càng tạo điều kiện cho IPTV phát triển

Nội dung bài báo cáo gồm hai phần chính:

Trang 2

 Phần đầu, đề tài giới thiệu vị trí và kiến 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 Thêm vào đó, đề tài cũng trình bày các giao thức và thủ tục sử dụng dịch vụ giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của phân

hệ này Ngoài ra, luận văn cũng đưa ra giải pháp từng bước tiến lên xây dựng mạng IMS trên hạ tầng mạng hiện có

 Phần sau, bài báo cáo xây dựng hoàn chỉnh một mô hình mô phỏng mạng NGN với đầy đủ chức năng Người dùng có thể đăng ký, sử dụng dịch vụ thoại, dữ liệu, xem IPTV,…Hơn nữa, phần demo có sự kết hợp với đề tài “QoS over Tripple Play” để đảm bảo QoS xuyên suốt cho các dịch vụ được triển khai từ lớp truy cập đến lớp ứng dụng Đặc biệt, mô hình này thực hiện hoàn toàn trên phần mềm mã nguồn mở, thực hiện trên các máy tính, rất thích hợp cho việc nghiên cứu, phát triển tại các phòng nghiên cứu của trường học, trung tâm nghiên cứu và phát triển của công ty

Để thực hiện nội dung đó, đề tài được phân chia thành các chương như sau:

 Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN Nội dung chương này giới thiệu

những khái niệm cơ bản về IMS cũng như vai trò của IMS trong mạng NGN

 Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS Đây là chương quan trọng nhất, trình bày các

thực thể và chức năng của IMS theo mô hình phân lớp mạng NGN

 Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS Chương này giúp người đọc hình

dung rõ từng bước hoạt động của phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụ

 Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS Chương này trình

bày khái quát các giao thức sử dụng phổ biến trong mạng NGN như: SIP, Diameter, COPS, MEGACO/H.248

 Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS Qua chương này, người đọc có thể

hiểu được cách thức xây dựng một hệ thống IMS trên cơ sở hạ tầng mạng hiện có

 Chương 6: Demo trình bày mô phỏng IMS bằng Open Source IMS Core và dịch

vụ IPTV trên hệ điều hành Linux

 Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Trang 3

IMS là một đề tài khá mới tại Việt Nam, tài liệu tiếng Việt gần như không có Với khả năng của sinh viên và thời gian tìm hiểu không nhiều, đề tài IMS over NGN không tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đọc về đề tài này.

Trang 4

Mục lục

Lời mở đầu I Mục lục IV Danh mục các từ viết tắt VI Danh mục Hình IX Danh mục Bảng XIII

Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN 1

1.2 Đôi nét về quá trình chuẩn hóa IMS 3

Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS 7

2.1 Lớp ứng dụng 7

2.2.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF 9

2.3 Lớp truyền tải 19

Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS 24

3.1 Thủ tục liên quan đến quá trình đăng ký 25

3.1.1 Thủ tục đăng ký 25

3.1.2 Thủ tục đăng ký lại 27

3.2 Thủ tục thiết lập phiên 34

3.2.1 Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc hai mạng IMS 34

3.2.2 Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và mạng PSTN 36

Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS 39

4.1.1 Tổng quan về giao thức SIP 39

4.1.2 Cấu trúc SIP 39

4.1.3 Bản tin SIP 41

Trang 5

4.2 Giao thức Diameter 41

4.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter 41

4.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter 43

Hình4.3 Diameter Proxy Agent định tuyến các bản tin dựa vào bảng định tuyến 44

Hình 4.8 Cấu trúc AVP 47

4.2.4 Bảo mật trong bản tin Diameter 48

4.3 COPS Giao thức COPS 50

4.3.2 Chức năng chính của COPS 52

4.4 Giao thức MEGACO/H 248 56

Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS 61

5.1 Giới thiệu chuyển mạch mềm (softswitch) 61

5.2 So sánh IMS và softswitch 61

5.3 Các giai đoạn cần thiết để chuyển sang mạng NGN sử dụng IMS 63

5.3.1 Đối với mạng cố định 63

5.3.2 Phương án phát triển mạng di động 64

Chương 6: DEMO 67

6.1 Mô hình mô phỏng NGN 67

6.2.1 Giới thiệu 68

6.3.2 Cách xây dựng ims core 72

6.4.3 kết quả đạt được 83

Chương 7: Tổng kết và hướng phát triển 86

Tài liệu tham khảo 88

Trang 6

Danh mục các từ viết tắt

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

A-RACF Access Resource and admission Control FunctionA-RACF Access Resource and admission Control FunctionAVP Attribute Value Pairs

BGCF Breakout gateway control function

BICC Bearer Independent Call Control

BSC Base Station Controller

CCF Charging Collection Function

CGI Common Gateway Interface

COPS Common Open Policy Services

CPL Call Processing Language

CS Circuit Switching

DHCP Dynamic Host Conﬁguration Protocol

DNS Domain Name System

EAP Extensible Authentication Protocol

ETSI European Telecommunication Standards InstituteFQDN Fully qualified domain name

FTTH Fiber To The Home

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile communications HSS Home Subscriber Server

HTTP Hypertext Transfer Protocol

IANA Internet Assigned Numbers Authority

ICID IMS Charging ID

IETF Internet Engineering Task Force

IMSI International Mobile Subscriber Identiﬁer

ISDN Integrated Services Digital Network

LPDP Local Policy Decision Point

MCC Mobile Country Code

MGC Media gateway controller

MGCF Media gateway control function

MINE Multipurpose Internet Mail Extension

MMS Multimedia Message Service

Trang 7

MNC Mobile Network Code

MRFC Multimedia Resource Function ControllerMRFP Media Resource Function Processor

MSC Mobile Switching Centre

MSC Mobile Switching Center

MSIN Mobile Subscriber Identification NumberNASREQ Network Access Server Application

NASS Network Attachment Subsystem

NMSI National Mobile Station Identity

OCF Online Charging Function

OMA Open Mobile Alliance

OSP Open Settlement Protocol

PBN Packet Based Network

PDF Policy Decision Function

PDP Packet Data Protocol

PEP Policy enforcement point

PoC Push-to-Talk over Cellular

PSTN Public Switched Telephone Network

RACS Resource Admission Control FunctionalityRACS Resource and Admission Control FunctionalityRADIUS Remote Authentication Dial In User ServiceR-SGW Roaming Signaling Gateway

RSVP Resource Reservation Protocol

RTP Realtime Transport Protocol

RTSP Real Time Streaming Protocol

SAP Session Advertisement Protocol

SBC Session Border Controller

SBLP Service Based Local Policy

SCIP Simple Conference Invitation Protocol

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SDP Session Description Protocol

SGSN Signaling GPRS support nút

SGW Signaling gateway

SIP Session Initial Protocol

SLF Subscription Locator Function

SNTP Simple Network Time Protocol

S-PDF Serving Policy Decision Function

Trang 8

TACACS Terminal Access Controller Access Control System

TCP Transmission Control Protocol

TISPAN Telecoms and Internet converged Services and Protocols for

Advanced NetworkingTLS Transport layer Security

T-SGW Transport Singnalling Gateway

UAC User Agent Client

UAM User Access Mode

UAS User Agent Server

UICC Universal Integrated Circuit Card

URL Universal Resource Locator

USIM Universal Subscriber Identity Module

VCC Voice Call Continuity

VoIP Voice over Internet Protocol

XML Extensible Markup Language

Trang 9

Danh mục Hình

Lời mở đầu IMục lục IVLời mở đầu I IVMục lục IV IVDanh mục các từ viết tắt VI IVDanh mục Hình IX IVDanh mục Bảng XIII IVChương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN 1 IVChương 2: Kiến trúc phân hệ IMS 7 IVChương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS 24 IVChương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS 39 IVChương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS 61 VChương 6: DEMO 67 VChương 7: Tổng kết và hướng phát triển 86 VTài liệu tham khảo 88 VDanh mục các từ viết tắt VIDanh mục Hình IXDanh mục Bảng XIIILời mở đầu I XIIIMục lục IV XIIIDanh mục các từ viết tắt VI XIVDanh mục Hình IX XIVDanh mục Bảng XIII XIV

Trang 10

Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN 1 XIV Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS 7 XIV Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS 24 XV Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS 39 XV Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS 61 XVI Chương 6: DEMO 67 XVI Chương 7: Tổng kết và hướng phát triển 86 XVI Tài liệu tham khảo 88 XVI

Hình 1.1: Sự hội tụ mạng 2

Hình 1.2: Vị trí IMS trong NGN 6

Hình 2.2: Đăng ký có yêu cầu bảo mật 10

Hình 2.3: Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF 13

Hình 2.6: Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CS CN và ngược lại 22

2.3.4 Giao tiếp với mạng IP 23

2.3.4.1 NASS 23

Hình 3.1: Thủ tục đăng ký 25

Bảng 3.1: Tóm tắt trạng thái các khối trong thủ tục đăng ký 26

Trang 11

3.1.3 Thủ tục xóa đăng ký 28

3.1.3.1 Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi UE 28

Hình 3.2: Thủ tục xóa đăng ký thực hiện bởi UE 28

3.1.3.2 Xóa đăng ký khởi tạo bởi nhà khai thác mạng 30

Hình 3.3: Thủ tục xóa đăng ký khi hết thời gian đăng ký 30

Hình 3.4: Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi HSS 32

Hình 3.5: Thủ tục xóa đăng ký thực hiện bởi S-CSCF 33

Hình 3.7: Các bước thiết lập cuộc gọi giữa UE (IMS) và UE (PSTN) 38

4.1.2.1 Server 39

Hình 4.1: Cấu trúc SIP 40

Bảng 4.1: Bản tin yêu cầu SIP 41

Bảng 4.2: Bản tin đáp ứng SIP 41

4.2.2.1 Diameter Relay Agent 43

Trang 12

4.2.2.4 Diameter Translation Agent 45

4.2.3.2 Cấu trúc AVP 47

4.2.3.2.1 AVP Header 47

Hình 4.10: Lỗi ứng dụng trong giao thức Diameter 50

Bảng 4.3: Bản tin đáp ứng trong trường hợp có lỗi xảy ra 50

4.3.1 Tổng quan về giao thức COPS 50

Hình 4.11: Mô hình COPS 52

Hình 4.12: COPS header 53

Bảng 4.4: Các loại Op code trong COPS header 53

Hình 4.13: Object format của bản tin COPS 54

Bảng 4.5: Trường C-Num trong Object format của bản tin COPS 54

Hình 4.14: MEGACO/H.248 kết nối điều khiển Gateway 56

Hình 4.15: Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248 57

Hình 4.16: Luồng giao thức của MEGACO/H248 61

Trang 13

Hình 5.1: Mô hình mạng hội tụ với hai vùng IMS (cố định và di động) 66

Chương 6: DEMO 67

Hình 6.1: Mô hình mô phỏng mạng NGN 67

Hình 6.2: Mô hình IPTV 69

Hình 6.3: Giao diện web của DSS 71

Hình 6.8: Giao diện hoạt động của P-CSCF 76

Hình 6.9: Giao diện hoạt động của I-CSCF 76

Hình 6.10: Giao diện hoạt động của S-CSCF 77

Hình 6.13: Giao diện của trình Option và IPtv trong UCT IMS client 81

Hình 6.15: Giao diện cấu hình Preferences: tab Media và XDMS 82

Hình 6.16: Giao diện của UCT client khi Bob đã đăng ký 83

Hình 6.17: Giao diện UCT IMS Client khi Alice gọi Bob 84

Hình 6.18: Giao diện gởi tin nhắn trong UCT IMS Client 84

Hình 6.19: giao diện VLC khi client sử dụng dịch vụ VoD 85

Hình 6.20: Giao diện DSS khi có người dùng kết nối 85

Danh mục Bảng

Lời mở đầu I Mục lục IV Lời mở đầu I IV Mục lục IV IV Danh mục các từ viết tắt VI IV Danh mục Hình IX IV

Trang 14

Danh mục Bảng XIII IV Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN 1 IV Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS 7 IV Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS 24 IV Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS 39 IV Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS 61 V Chương 6: DEMO 67 V Chương 7: Tổng kết và hướng phát triển 86 V Tài liệu tham khảo 88 V Danh mục các từ viết tắt VI Danh mục Hình IX Lời mở đầu I IX Mục lục IV IX Danh mục các từ viết tắt VI IX Danh mục Hình IX IX Danh mục Bảng XIII IX Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN 1 X Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS 7 X Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS 24 X Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS 39 XI Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS 61 XII Chương 6: DEMO 67 XIII Chương 7: Tổng kết và hướng phát triển 86 XIII Tài liệu tham khảo 88 XIII Danh mục Bảng XIII

Trang 15

2.3.4 Giao tiếp với mạng IP 23

2.3.4.1 NASS 23

3.1.3 Thủ tục xóa đăng ký 28

3.1.3.1 Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi UE 28

3.1.3.2 Xóa đăng ký khởi tạo bởi nhà khai thác mạng 30

4.1.2.1 Server 39

4.2.2.1 Diameter Relay Agent 43

Trang 16

4.2.2.4 Diameter Translation Agent 45

4.2.3.2 Cấu trúc AVP 47

4.2.3.2.1 AVP Header 47

4.3.1 Tổng quan về giao thức COPS 50

Bảng 4.5: Trường C-Num trong Object format của bản tin COPS 54

Chương 6: DEMO 67

Trang 17

Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN

1.1 sự ra đời của ims

Trong những thập kỷ gần đây, các mạng cố định và di động đã và đang có một sự chuyển đổi lớn, đóng vai trò không thể thiếu trong cuộc sống con người Trong lĩnh vực di động, thế hệ đầu tiên (1G) đã được giới thiệu vào thập niên 1980 Các mạng này cung cấp các dịch vụ cơ bản cho người dùng, quan trọng nhất là truyền thoại và dịch vụ liên quan đến truyền thoại Không lâu sau đó, thế hệ di động thứ 2 (2G) được ra đời vào những năm

1990 bổ sung thêm một số dịch vụ về dữ liệu Thế hệ di động thứ 3 (3G) cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện Trong lĩnh vực điện thoại

cố định, mạng điện thoại truyền thống PSTN và mạng dịch vụ số tích hợp ISDN đã chiếm lĩnh thị trường về thoại và truyền thông video Và trong những năm gần đây, Internet đã

và đang phát triển nhanh chóng và ngày càng nhiều người dùng thấy được lợi ích của công nghệ này Tốc độ truy cập Internet ngày càng nhanh hơn, mạnh hơn và giá thành thấp hơn với các dịch vụ như: ADSL, FTTH, IPTV … Các kết nối này luôn được đảm bảo thông suốt, giúp người dùng có thể sử dụng các dịch vụ yêu cầu thời gian thực như chat, chơi game trực tuyến, VoIP,…

Tại thời điểm hiện tại, sự hội tụ giữa mạng di động và mạng cố định là một xu thế tất yếu Nhu cầu sử dụng cũng như sự phát triển vượt bậc của công nghệ đã thúc đẩy sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động được tích hợp nhiều tính năng tiên tiến Thế hệ tiếp sau của nhiều thiết bị không chỉ đáp ứng các nhu cầu client-server cơ bản, mà còn các dịch vụ peer-to-peer, thuận lợi cho việc chia sẻ các kết nối như trình duyệt, desktop, hội nghị truyền hình, trò chuyện hai chiều như bộ đàm…

Để có thể truyền thông với nhau, các ứng dụng trên nền IP phải có một cơ chế để đạt được sự phù hợp với hệ thống mạng hiện có Hiện tại, mạng điện thoại chỉ thực hiện được kết nối thoại Tương tự, đối với mạng IP, phần lớn các phiên được thiết lập chỉ để tạo kết nối giữa hai điểm sử dụng riêng cho mạng IP Điều này dẫn đến tình trạng các

Trang 18

nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng tạo ra một môi trường cô lập, các dịch vụ đơn lẻ, không có tính cạnh tranh và nhất là người dùng không thể đồng thời sử dụng các dịch vụ khác nhau từ các nhà khai thác khác nhau trên một thiết bị Thêm vào đó, các mạng truyền tải dữ liệu không cần thời gian thực được sử dụng chủ yếu trong thế hệ Internet đầu tiên thì ngày nay các dịch vụ thời gian thực (hoặc gần thực) với chất lượng dịch vụ QoS cao ngày càng được phát triển rộng rãi Hơn nữa, người dùng trong tương lai mong muốn có các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc mọi nơi trên mọi thiết bị sử dụng Điều này đặt ra những yêu cầu mới cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông Trong bối cảnh đó, IMS được xem như là một giải pháp hứa hẹn để thỏa mãn được các yêu cầu về hội tụ, tích hợp các dịch

vụ trên một kết nối cho một thế hệ mạng tương lai

Hình 1.1: Sự hội tụ mạng

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

Trang 19

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 Đôi nét về quá trình chuẩn hóa IMS

IMS được định hình và phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3GPP, thành lập năm 1999 Kiến trúc ban đầu của IMS được xây dựng bởi 3GPP và sau đó đã được chuẩn hóa bởi 3GPP 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 đã mở rộng chuẩn IMS thành một phần của kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo NGN mà họ đang xây dựng Tổ chức chuẩn hóa TISPAN 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

Trang 20

Đa phần các giao thức sử dụng trong IMS được chuẩn hóa bởi IETF, điển hình nhất là giao thức khởi tạo phiên SIP Rất nhiều các phát triển và cải tiến của SIP ra đời 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 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.

1.3 Lợi ích của việc sử dụng IMS

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 phân phối dịch vụ trên hạ tầng chuyển mạch gói, IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển mạch mạch sang chuyển mạch 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 sử dụng cùng một dịch vụ

Kiến trúc IMS cung cấp nhiều dịch vụ 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 Người sử dụng sẽ nhận một bảng tính cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng IMS hứa hẹn mang đến nhiều dịch vụ đa phương tiện theo yêu cầu và sở thích của người dùng

Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác truyền tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phân 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 yêu cầu khác nhau của người dùng

Trang 21

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

1.4 Mô hình phân lớp của mạng NGN

Cấu trúc luận lý của NGN được chia thành 4 lớp chức năng là: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp điều khiển, lớp dịch vụ và quản lý

 Lớp truy nhập

Cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGW thích hợp Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoDSL, VoIP,…

 Lớp truyền dẫn

Hệ thống truyền dẫn của mạng NGN thực hiện chức năng định tuyến, truyền tải các luồng thông tin trong mạng dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển Lớp truyền dẫn của mạng viễn thông thế hệ mới phải có tốc độ truyền tải cao, băng thông lớn

để đáp ứng cho việc truyền tải thông tin yêu cầu thời gian thực, dung lượng lớn

 Lớp điều khiển

Lớp điều khiển thực hiện giám sát, sửa đổi, và giải phóng các phiên giao dịch, ghi lại các thông số của cuộc kết nối để cung cấp thông tin cho việc xử lý tính cước Lớp này dựa trên các thông tin và các tín hiệu nhận được từ lớp truy nhập để xác định các thông số cần thiết về dịch vụ để điều khiển tài nguyên cho phù hợp

Lớp điều khiển có chức năng điều khiển các phiên giao dịch trong một mạng hội tụ dịch

vụ và công nghệ nên nó phải có khả năng hỗ trợ phần lớn các giao thức khác nhau đã từng tồn tại trong các mạng chuyển mạch trước đây và các giao thức đang được sử dụng Bên cạnh đó đòi hỏi nó phải có khả năng cung cấp các dịch cơ bản, dịch vụ thông minh, các dịch vụ bổ sung,… Hơn nữa, hệ thống cần có khả năng xử lý và lưu trữ khối lượng

Trang 22

lớn cơ sở dữ liệu vì mạng NGN là mạng nhiều người dùng với nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

 Lớp ứng dụng và quản lý dịch vụ

Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau, ở nhiều hình thức như: thoại, fax, internet, dịch vụ đa phương tiện, các trò chơi trực tuyến yêu cầu thời gian thực, dịch vụ truyền số liệu, và các dịch vụ giá trị gia tăng,… Lớp này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện được chuẩn hóa Chính vì vậy mà việc cập nhật, tạo mới và triển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh chóng và hiệu quả Lớp này có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, một thiết bị được biết đến với tập các chức năng như: Conferencing, xử lý Tone,…

Hình 1.2: Vị trí IMS trong NGN

Trang 23

Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS

Chương này giới thiệu cấu trúc, chức năng của những thực thể trong một phân hệ IMS và mối quan hệ giữa chúng Mỗi thực thể được trình bày trực quan theo mô hình phân lớp NGN Lớp ứng dụng gồm máy chủ ứng dụng và HSS, đây chính là cơ sở dữ liệu về dịch

vụ và người dùng của toàn hệ thống Lớp điều khiển gồm các thành phần quản lý cuộc gọi và quản lý tài nguyên Lớp này đóng vai trò quan trọng trong phân hệ IMS dùng để điều khiển, thiết lập phiên Lớp truyền tải thể hiện mối quan hệ giữa phân hệ IMS và các

hệ thống hiện có như PSTN, UMTS, GSM, mạng IP

2.1 Lớp ứng dụng

2.1.1 Máy chủ ứng dụng

Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng Máy chủ VCC, 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 một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghị truyền hình, tính cước trực tuyến,…

2.1.2 Cơ sở dữ liệu

2.1.2.1 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 trữ thông 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 tin nhận dạng người dùng gồm khóa nhận dạng riêng và khóa nhận dạng chung Khóa nhận dạng riêng được tạo ra bởi nhà khai thác mạng và được dùng với mục đích đăng ký và

Trang 24

chứng thực Khóa nhận dạng người dùng chung được sử dụng để truyền thông giữa các người 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 hoặc xóa thông tin những UE không hợp lệ

HSS phải hỗ trợ những thành phần của miền PS như SGSN và GGSN Điều này giúp các thuê bao của IMS có thể sử dụng dịch vụ của miền PS và ngược lại Tương tự, do HSS đóng vai trò như HLR nên cũng hỗ trợ các thành phần của miền CS như MSC, BSC Điều này cho phép các thuê bao IMS có thể truy cập đến các dịch vụ của miền CS và hổ trợ chuyển vùng trên toàn hệ thống GSM/UMTS Như một AuC, HSS lưu trữ khóa bí mật của mỗi thuê bao, cái này dùng để chứng thực khi đăng ký vào mạng và mã hóa dữ liệu cho mỗi thuê bao di động Tùy thuộc vào số lượng thuê bao mà có thể có nhiều HSS trong một mạng IMS HSS tiếp xúc với CSCF thông qua điểm tham chiếu Cx và tiếp xúc với AS thông qua điểm tham chiếu Sh

2.1.2.2 SLF

Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị SLF sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng

Hình 2.1: SLF chỉ định HSS phù hợp

Trang 25

Để tìm được địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF phải gởi đến SLF bản tin yêu cầu LIR Hình trên mô tả quá trình tìm ra địa chỉ HSS phù hợp khi I-CSCF nhận được bản tin INVITE trong trường hợp mạng có ba HSS

2.2 Lớp điều khiển

2.2.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF

CSCF có 3 loại: Proxy-CSCF (P-CSCF), Serving-CSCF (S-CSCF) và CSCF (I-CSCF) Mỗi CSCF có chức năng riêng Chức năng chung của CSCF là tham gia trong suốt quá trình đăng kí và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS Hơn nữa, những thành phần này còn có chức năng gởi dữ liệu tính cước đến Server tính cước Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF trong hoạt động là cả hai có thể đại diện cho user để kết thúc phiên và có thể kiểm tra nội dung của bản tin trong giao thức SDP

Interrogating-2.2.1.1 P-CSCF

P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên giữa UE với mạng IMS, đóng vai trò như một SIP proxy server Tất cả những tín hiệu SIP được gởi 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 tên domain 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

 Nén bản tin SIP

SIP là giao thức báo hiệu dựa trên text nên dung lượng bản tin lớn hơn rất nhiều so với bản tin được mã hóa nhị phân Vì thế, để tăng tốc độ thiết lập phiên, 3GPP đã dưa ra cách thức nén bản tin SIP giữa UE với P-CSCF trong RFC3486 P-CSCF cần phải nén bản tin nếu UE xác định rằng muốn nhận bản tin đã được nén

Thông số thể hiện yêu cầu nén được định nghĩa như là một tham số SIP URI và được đặt trong trường tên là “comp” Hiện nay chỉ có một giá trị được định nghĩa cho tham số này

là “sigComp” Khi một thực thể SIP gởi bản tin đến một thực thể khác mà trong SIP URI chứa thông số “comp=SigComp” thì bản tin sẽ được nén

Ví dụ: sip:abc@yahoo com;comp=sigcomp

Trang 26

P-Hình 2.2: Đăng ký có yêu cầu bảo mật

Khi 2 bên trao đổi các bản tin với nhau, một thuật toán mã hóa sẽ được sử dụng để mã hóa các bản tin mà chỉ 2 bên mới có thể giải mã được Trong trường hợp này, UE sẽ không sử dụng port mặc định 5060/5061 để trao đổi dữ liệu với P-CSCF nữa, mà sử dụng một port mà 2 bên thương lượng

 Xác định phiên khẩn cấp

Đến thời điểm hiện tại, phiên khẩn cấp chưa được xác định đầy đủ trong IMS Phiên khẩn cấp được định nghĩa tùy thuộc vào chính sách của nhà khai thác mạng Một số phiên

Trang 27

khẩn cấp được định nghĩa tại CSCF Khi nhận được yêu cầu phiên khẩn cấp thì CSCF có thể chỉ định một S-CSCF bất kỳ để xử lý phiên này Điều này rất cần thiết nhất

P-là lúc UE chuyển vùng

 P-CSCF tích hợp PDF và tham gia vào quá trình tính cước

P-CSCF còn tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF PDF cấp giấy phép sử dụng tài nguyên cho người dùng, quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước để gởi đến các khối tính cước phù hợp

2.2.1.2 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, 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 từ

2.2.1.3 S-CSCF

Trang 28

S-CSCF là thành phần quan trọng của IMS vì nó chịu trách nhiệm thực hiện quá trình đăng ký, quyết định định tuyến, duy trì tình trạng phiên và lưu trữ hồ sơ thông tin về dịch

vụ cho người dùng S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE S-CSCF thực hiện các chức năng như sau:

 Đăng kí

S-CSCF có thể xử lí như một SIP Registrar server, S-CSCF tiếp nhận yêu cầu đăng kí và thiết lập thông tin khả dụng của UE khi truy vấn HSS Khi UE thực hiện đăng ký thì yêu cầu của nó được định tuyến tới S-CSCF, lúc đó S-CSCF dựa 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 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

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 truyền 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 lí như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và đáp ứng ngay lập tức nếu bên tiếp nhận yêu cầu ở cùng mạng nhà khai thác với bên gởi yêu cầu hoặc gửi chúng đi nếu bên tiếp nhận yêu cầu kết nối thuộc hệ thống 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 tới mạng 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 tiếp các yêu cầu của UE

 S-CSCF có thể xử lí như một UA

Trang 29

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

Hình 2.3: Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF 2.2.2 Chức năng đa phương tiện MRF

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

xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP MRFC là khối trực tiếp giao tiếp với

AS qua giao thức SIP và với S-CSCF qua giao thức MEGACO/H.248 MRFP nhận thông tin điều khiển từ MRFC và giao tiếp với các thành phần của mạng truyền dẫn MRF có vai trò quan trọng trong hội nghị đa điểm để phân bố tài nguyên hợp lý

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

Trang 30

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

Hình 2.4: Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện MRF

2.2.3 Điểm tham chiếu

Hình 2.5: Vị trí các điểm tham chiếu trong IMS

Trang 31

2.2.3.1 Điểm tham chiếu Gm

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

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

 Thủ tục điều khiển phiên: chuyển tiếp các bản tin điều khiển phiên giữa các UE

 Thủ tục giao dịch: Gm được dùng để gởi những yêu cầu độc lập và nhận những đáp ứng độc lập

2.2.3.2 Điểm tham chiếu Go

Nhà khai thác mạng mong muốn có sự phù hợp giữa những yêu cầu về QoS, địa chỉ 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 dùng cho việc này là COPS Thủ tục qua Go có thể chia thành 2 thủ tục chính:

 Thủ tục cấp quyền truyền thông: người sử dụng dùng giao diện này để yêu cầu kích hoạt thành phần sóng mang Yêu cầu này có thể chấp nhận nếu đáp ứng được các chính sách 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 người dung GPRS Tương tự như vậy, mạng GPRS cũng có thể chuyển những thông tin chứng thực việc tính phí đến mạng IMS

2.2.3.3 Điểm tham chiếu Mw

Trang 32

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

 Thủ tục đăng ký

Trong thủ tục này, P-CSCF sử dụng điểm tham chiếu Mw để chuyển tiếp yêu cầu đăng

ký từ UE đến I-CSCF Sau đó, I-CSCF sử dụng giao diện này để gởi tiếp bản tin đó đến S-CSCF Cuối cùng, bản tin đáp ứng được trả về cho UE cũng qua giao diện này

 Thủ tục điều khiển phiên

Chứa các thiết lập của cả bên gọi và bên bị gọi Đối với thiết lập bên gọi, điểm tham chiếu Mw được dùng để chuyển yêu cầu từ P-CSCF đến S-CSCF và có thể từ S-CSCF đến I-CSCF trong trường hợp thuê bao bị gọi Đối với thiết lập bên bị gọi, bản tin yêu cầu được gởi từ I-CSCF đến S-CSCF và từ S-CSCF đến P-CSCF Giao diện này còn sử dụng trong trường hợp mạng thực hiện việc kết thúc phiên, ví dụ như: khi P-CSCF tiến hành việc kết thúc phiên khi nhận được thông 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 đáp ứng như 200

OK, … Sự khác biệt giữa thủ tục điều khiển phiên và thủ tục giao dịch là một hộp thoại ghi nhận sự kiện không được tạo ra

2.2.3.4 Điểm tham chiếu Mp

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

2.2.3.5 Điểm tham chiếu Mn

Mn là điểm tham chiếu điều khiển giữa MGCF và IMS-MGW Giao diện này điều khiển mặt phẳng người dùng của mạng IP và IMS-MGW Hơn nữa, giao diện này cũng điều

Trang 33

thức H.248 để thực hiện các tác vụ như: kết nối, khử tiếng vọng , cung cấp chuông và các thông bao đến đầu cuối,…

2.2.3.6 Điểm tham chiếu Dx

Khi có nhiều địa chỉ HSS được triển khai trong mạng IMS, cả I-CSCF và S-CSCF đều không thể biết HSS nào cần tiếp xúc Do đó, I-CSCF và S-CSCF cần liên hệ với SLF trước Điểm tham chiếu Dx ra đời phục vụ mục đích này Điểm tham chiếu Dx luôn kết hợp hoạt động với điểm tham chiếu Cx Giao thức cơ bản hoạt động trên điểm tham chiếu này là Diameter Nhiệm vụ của nó là thực thi các định tuyến nhận được từ Diameter Redirect Agent

Để nhận được đia chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF gởi yêu cầu Cx đến SLF qua điểm tham chiếu Dx Khi đã nhận được địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF sẽ gởi yêu cầu

Cx đến HSS

2.2.3.7 Điểm tham chiếu Cx

Thông tin về thuê bao và dịch vụ được lưu trữ thường trú trong HSS Vì thế, I-CSCF và S-CSCF sẽ phải tiếp xúc với HSS khi có người dùng đăng ký hoặc sử dụng dịch vụ Điểm tham chiếu Cx ra đời để đáp ứng mục đích này Cx là điểm tham chiếu giữa HSS

và CSCF và hoạt động dựa trên giao thức Diameter Thủ tục trên điểm tham chiếu Cx có thể chia ra 3 thủ tục chính: Quản lý vị trí, kiểm soát dữ liệu người dùng và chứng thực người dùng

UE đã được gán một S-SCCF hoặc tên và khả năng của S-CSCF nếu UE chưa có được

Trang 34

gán một S-CSCF nào.Sau đó, I-CSCF sẽ tiến hành liên lạc với S-CSCf để thực hiện hoàn tất thủ tục đăng ký.

Khi S-CSCF nhận được bản tin yêu cầu đăng ký từ I-CSCF nó sử dụng bản tin SAR( bản tin Diameter) để truyền thông với HSS Lệnh SAR được dùng để truy vấn HSS về tên của S-CSCF được phục vụ khi thời gian hết hạn đăng ký khác 0.Trong trường hợp thời gian đăng ký đã hết, bản tin SAR được dùng để thông báo S-CSCF không còn phục vụ cho UE đó.Điều kiện tiên quyết để gởi lệnh SAR là UE đó đã được chứng thực đầy đủ.Sau khi nhận được SAR, HSS sẽ đáp ứng lại bằng một lệnh SAA chứa thông tin cơ bản về UE

 Kiểm soát dữ liệu người dùng

Trong suốt quá trình đăng ký, dữ liệu về người dùng và các dịch vụ có liên quan sẽ được tải từ HSS đến S-CSCF qua điểm tham chiếu Cx sử dụng lệnh của giao thức Diameter là SAR và SAA Tuy nhiên, những dữ liệu này có thể bị thay đổi tại HSS sau khi S-CSCF nhận được dữ liệu và vẫn dang phục vụ UE theo dữ liệu cũ Để cập nhật những dữ liệu mới, HSS sẽ gởi lệnh PPR Thông tin mới sẽ được S-CSCF cập nhật ngay trừ trường hợp S-CSCF đang phục vụ một UE chưa đăng ký Trường hợp chưa đăng ký đề cập ở đây này xảy ra khi UE đang sử dụng mà hết thời gian đăng ký nhưng nhà khai thác mạng vẫn quyết định giữ lại tên S-CSCF phục vụ cho UE này để phục vụ ngay khi UE đăng ký lại

Trang 35

2.2.3.8 Điểm tham chiếu ISC

ISC là điểm tham chiếu giữa I-CSCF, S-CSCF và AS dùng để truyền bản tin điều khiển của giao thức SIP Thủ tục qua giao diện này có thể chia ra làm hai thủ tục chính:

 Thủ tục định tuyến các bản tin yêu cầu thiết lập SIP: Khi S-CSCF nhận được các yêu cầu thiết lập, nó sẽ phân tích yêu cầu này Tùy thuộc vào kết quả phân tích mà S-CSCF sẽ định tuyến các bản tin đến AS xử lý

 Thủ tục AS khởi tạo yêu cầu thiết lập phiên SIP

2.3 Lớp truyền tải

2.3.1 UE

Là thiết bị đầu cuối thực hiện các yêu cầu dịch vụ Người dùng sử dụng các thiết bị này

để giao tiếp với mạng và thực hiện các dịch vụ Ở trạng thái bình thường, UE chứa thông tin về: địa chỉ của P-CSCF, tên miền mạng nhà (Home Network), thuật toán mã hóa, bảo mật, khóa nhận dạng thuê bao Chúng ta sẽ tìm hiểu về khóa nhận dạng người dùng bao gồm: khóa nhận dạng người dùng chung và khóa nhận dạng người dùng riêng

2.3.1.1 Khóa nhận dạng người dùng riêng

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS đều có một khóa nhận dạng người dùng riêng Khóa này được cung cấp bởi nhà điều hành mạng (khóa này giống như IMSI trong mạng GSM), được sử dụng trong thủ tục đăng ký, chứng thực, quản lý thuê bao và tính cước Khóa nhận dạng người dùng riêng có những đặc tính sau:

 Không được sử dụng để định tuyến các bản tin SIP

 Khóa nhận dạng người dùng riêng chứa các thông tin phục vụ cho việc đăng ký người dùng vào IMS Home Network (bao gồm cả đăng ký lại và xóa đăng ký)

 Khóa nhận dạng người dùng riêng được chứa trong ISIM và HSS

 Là mã nhận dạng toàn cầu duy nhất và cố định ứng với UE Do đó, khóa này dùng

để xác định UE, không phải xác định thuê bao

2.3.1.2 Khóa nhận dạng người dùng chung

Trang 36

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS có thể có một hoặc nhiều khóa nhận dạng người dùng chung Khóa này được người dùng sử dụng khi truyền thông với các người dùng khác Khóa này được công khai và có thể trao đổi với người dùng khác thông qua danh

bạ, trang web hoặc business card Trong giai đoạn đầu 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 sẽ có thêm một số viễn thông, ví dụ: +840975975975 để liên lạc với miền CS và có địa chỉ URL để giao tiếp với người dùng Internet, ví dụ: abc@cdf zyz Khóa nhận dạng người dùng chung có các đặc điểm sau:

 Khóa này có thể được tạo nên từ số điện thoại hoặc tên miền trên internet, do nhà khai thác mạng qui định Khóa này có thể được sử dụng như SIP URL, được định nghĩa trong IETF RFC 3261 và IETF RFC 2396

 Một ISIM lưu trữ ít nhất một khóa nhận dạng người dùng chung

 Khóa này không được sử dụng trong quá trình chứng thực thuê bao

 Khóa nhận dạng người dùng chung phải được đăng ký trước khi khởi tạo phiên IMS và những phiên không liên quan thủ tục như bản tin: MESSAGE, SUBSCRIBE, NOTIFY, …

 Có thể đăng ký nhiều khóa nhận dạng người dùng chung trong cùng một yêu cầu đăng ký từ UE Để đăng ký khóa nhận dạng người dùng chung của một người dùng, ta phải mất một khoảng thời gian Do đó, nếu người dùng có 4 khóa nhận dạng người dùng chung thì phải mất khoảng thời gian nhiều hơn 4 lần Để khắc phục điều này, tổ chức 3GPP đã phát triển phương pháp đăng ký nhiều khóa nhận dạng người dùng chung trong cùng một yêu cầu đăng ký gọi là đăng ký ẩn Để thực hiện đăng ký ẩn, UE gởi bản tin SUBSCRIBE yêu cầu đăng ký ẩn đến S-CSCF Khi S-CSCF nhận được bản tin này, nó sẽ đáp ứng lại bằng bản tin NOTIFY chấp nhận đăng ký ẩn

2.3.2 Giao tiếp với mạng PS

2.3.2.1 BGCF

Trang 37

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) có nhiệm vụ lựa chọn mạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng trong IMS sẽ được định tuyến sang Nếu BGCF xác định được rằng lưu lượng chuyển mạng đó sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN Nếu lưu lượng cần truyền tới một mạng không nằm cùng mạng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báo hiệu phiên này tới BGCF đang quản lý mạng đích

đó

BGCF thực hiện các chức năng như sau:

 Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CS CN Nếu như sự tương tác ở trong một mạng khác thì BGCF sẽ gửi báo hiệu SIP tới BGCF của mạng đó Nếu như sự tương tác nằm trong một mạng khác và nhà khai thác yêu cầu ẩn cấu hình mạng đó thì BGCF gửi báo hiệu SIP thông qua một I-CSCF (THIG) về phía BGCF của mạng đó

 Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN hoặc CS CN và gửi báo hiệu SIP tới MGCF đó Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằm trong một mạng khác

2.3.2.2 MGCF

MGCF là thành phần gateway của PSTN hay CS và mạng IMS Nút này có nhiệm vụ quản lý các cổng đa phương tiện, tương tác với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh đa phương tiện Nó thực hiện chuyển đổi giao thức và ánh xạ SIP thành ISUP hoặc BICC Ngoài ra, MGCF còn điều khiển nguồn tài nguyên trong MGW Giao thức sử dụng giữa MGCF và MGW là H.248

2.3.2.3 IMS-MGW

IMS-MGW cung cấp mặt phẳng liên kết cho người dùng IMS và CS CN Nó xác định kênh truyền từ CS CN và dòng truyền dẫn từ mạng, thực hiện việc chuyển đổi giữa những đầu cuối và thực hiện giải mã và xử lý tín hiệu cho mặt phẳng người dùng khi cần thiết Hơn nữa, IMS-MGW còn có chức năng cung cấp âm chuông và những thông báo cho người dùng CS

Trang 38

Tương tự, tất cả các cuộc gọi từ CS vào mạng IMS đều được đưa đến MGCF, nó thực hiện việc chuyển đổi giao thức cần thiết và gởi những yêu cầu SIP đến I-CSCF dung cho việc thiết lập phiên Trong cùng thời điểm đó MGCF kết nối với IMS-MGW để dành sẵn nguồn tài nguyên cần thiết ở mặt phẳng người dùng

Hình 2.6: Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CS CN và ngược lại 2.3.3 Giao tiếp với mạng GSM/GPRS

2.3.3.1 SGSN

SGSN là thành phần liên kết giữa mạng IMS và mạng chuyển mạch gói hiện có Nó có thể hoạt động, điều khiển và xử lý lưu lượng cho miền PS Phần điều khiển có hai chức năng chính: quản lý di động và quản lý phiên Quản lý di động sẽ quản lý vị trí và trạng thái của UE, chứng thực cả người dùng lẫn UE Quản lý phiên cho phép và điều khiển kết nối Khối này cũng được sử dụng trong mạng 3G Chức năng xử lý lưu lượng là một phần của chức năng điều khiển phiên SGSN hoạt động như một Gateway cho những luồng lưu lượng của người dùng truy cập vào mạng

2.3.3.2 GGSN

Trang 39

Khối chức năng này cung cấp khả năng tương tác với những mạng PS khác nhau như mạng IMS hoặc Internet Nó chuyển đổi những gói GPRS đến từ SGSN thành định dạng PDP tương ứng và gửi chúng ra ngoài trên mạng ở ngoài tương ứng Trong hướng ngược lại, địa chỉ PDP của gói dữ liệu đến được chuyển đổi thành địa chỉ IMS của người dùng đích GGSN chứa địa chỉ SGSN hiện tại và hồ sơ thông tin của những người dùng đăng

ký vào thanh ghi định vị của nó GGSN có khả năng tập trung thông tin tính cước cho các mục đích thanh toán

Nói chung, có mối quan hệ nhiều - nhiều giữa SGSN và GGSN: Một GGSN giao tiếp với một mạng ngoài cần một vài SGSN; một SGSN có thể định tuyến nhiều gói tới nhiều GGSN khác nhau

2.3.4 Giao tiếp với mạng IP

 Xác nhận, chứng thực người dùng trước và trong suốt quá trình cấp phát IP

 Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ người dùng mạng

 Chức năng quyết định chính sách dịch vụ S-PDF: dưới yêu cầu của các ứng dụng,

sẽ tạo ra các quyết định về chính sách bằng việc sử dụng các luật chính sách và chuyển những quyết định này tới A-RACF S-DPF cung cấp một cách nhìn trừu tượng về các chức năng truyền tải với nội dung hay các dịch vụ ứng dụng Bằng

Trang 40

cách sử dụng S-DPF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch

vụ

 Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập A-RACF: nhận các yêu cầu về tài nguyên QoS từ S-PDF A-RACF sẽ sử dụng thông tin QoS nhận được từ S-PDF để quyết định chấp nhận hay không chấp nhận kết nối A-RACF cũng thực hiện chức năng đặt trước tài nguyên và điều khiển các thực thể NAT hoặc Firewall

Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	4,11 MB