Thiết kế giao diện cập nhật thông tin qos giữa khối điều khiển thích ứng tài nguyên chung (GARC) và AS
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ GIAO DIỆN CẬP NHẬT QoS GIỮA GARC VÀ AS TRONG IMS CORE Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH THẮNG Lớp ĐT3 – K54 Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN TÀI HƯNG Hà Nội, 5-2014 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 ) LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm qua, xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng PSTN 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 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 sữ dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet. IMS đã thực sự trở thành chìa khóa để hơp nhất mạng di động và mạng Internet, IMS đồng thời cũng trờ thành một phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN). Và được chuẩn hóa bởi các tổ chức chuẩn hóa quốc tế. Song song với sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ Internet cũng đặt ra nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu và giải quyết, trong đó nổi bật nhất là vấn để chất lượng dịch vụ cho người dùng. Đảm bảo chất lượng dịch vụ, quản lý tài nguyên cũng như sữ dụng lưu lượng dữ liệu thông minh trở trành mối quan tâm hàng đầu của các nhà cung cấp dịch vụ cũng như nhà điều hành mạng. Trong thời gian thực tập tại phòng lab 618 thư viện Tạ Quang Bửu để tìm hiểu về kiến trúc IMS và nghiên cứu một số công nghệ mạng trong tương lai, được sự phân công của Tiến sĩ Nguyễn Tài Hưng em đã lựa chọn đề tài “ Thiết kế giao diện cập nhật thông tin QoS giữa khối Điều khiển thích ứng tài nguyên chung (GARC) và AS “. Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Tài Hưng và TS. Trần Thị Ngọc Lan đã giúp đỡ tận tình cho em trong thời gian làm đồ án vừa qua. Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các bạn cùng nhóm nghiên cứu cũng như các bạn trong phòng lab 618 đã góp ý, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đồ án này. Xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong những năm gần đây, các dịch vụ mạng ngày càng phát triển, nhiều ứng dụng cá nhân được được đưa ra, yêu cầu băng thông cao, việc vận chuyển dữ liệu gói trong mạng cũng không đồng nhất giữa các thiết bị đầu cuối, nên gây ra tình trạng quá tải, cũng như tắc nghẽn trong mạng truy cập cũng như mạng lõi, do đó ảnh hưởng tiêu cực tới chất lượng trải nghiệm của người dùng (QoE). Trong đề tài này tôi chỉ ra một phần thiết kế nhỏ trong hệ thống điều kiển thích ứng tài nguyên chung (GARC). Một giao diện quản lý và cập nhất chất lượng dịch vụ (QoS) từ AS tới khối điều kiển thích ứng tài nguyên chung (GARC). Từ những thông tin QoS được cập nhật, khối GARC sẽ có những quyết định chính sách xuống các thành phần mạng khác để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng. ABSTRACTION Today, MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 10 1.1. Tầm quan trọng của đề tài. 10 1.2. Nội dung nghiên cứu. 11 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN IMS 12 2.1. Kiến trúc tổng quát IMS. 12 2.1.1. Lớp ứng dụng. 13 2.1.1.1. Máy chủ ứng dụng. 13 2.1.1.2. Cơ sở dữ liệu. 13 2.1.2. Lớp điều khiển. 14 2.1.2.1. Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF. 14 2.1.2.2. Chức năng điểu khiển đa phương tiện MRF. 19 2.1.3. Lớp truyền tải. 20 2.1.3.1. UE. 20 2.1.3.2. Giao tiếp với mạng PSTN 22 2.1.3.3. Giao tiếp với mạng GMS/GPRS 24 2.1.3.4. Giao tiếp với mạng IP. 24 2.2. Định danh trong IMS 25 2.2.1. Định danh người dùng công cộng. 26 2.2.2. Định danh người dùng riêng. 27 2.2.3. Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng. 28 2.2.4. Định danh dịch vụ công cộng. 29 2.2.4.1. Định nghĩa PSI 29 2.2.4.2. Phân loại PSI. 30 2.3. SIM, USIM và ISIM trong 3GPP. 30 2.3.1. SIM. 31 2.3.2. USIM. 31 2.3.3. ISIM 32 2.4. Một số thủ tục trong mạng IMS. 32 2.4.1. Thủ tục liên quan tới quá trình đăng ký. 32 2.4.1.1. Thủ tục đăng ký. 32 2.4.1.2. Thủ tục đăng ký lại. 34 2.4.2. Thủ tục xóa đăng ký. 34 2.4.2.1. Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi UE. 34 2.4.2.2. Thủ tục xóa đăng ký tạo bởi nhà khai thác mạng. 36 2.4.3. Thủ tục thiết lập phiên. 40 2.4.3.1. Thủ tục thiết lập phiên giữa hai thuê bao mạng IMS. 40 2.4.3.2. Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và PSTN. 43 CHƯƠNG 3. GIAO THỨC SIP VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG NIST SIP STACK. 46 3.1. Giao thức SIP. 46 3.1.1. Tổng quan về SIP. 46 3.1.1.1. Định nghĩa SIP 46 3.1.1.2. Đặc điểm của SIP. 46 3.1.1.3. Chức năng chính. 48 3.1.2. Các thành phần chính. 48 3.1.2.1. UA. 48 3.1.2.2. Server. 48 3.1.3. Cấu trúc bản tin SIP. 54 3.1.3.1. Startline 54 3.1.3.2. Header. 57 3.1.3.3. Message Body 58 3.2. NIST SIP Stack và ứng dụng JAVA. 60 3.2.1. SIP Stack. 60 3.2.1.1. SIP Stack là gì 60 3.2.1.2. Chức năng của SIP Stack. 60 3.2.1.3. Bản tin SIP Stack. 61 3.2.2. NIST SIP Stack và triển khai ứng dụng. 62 CHƯƠNG 4. GIAO THỨC DIAMETER VÀ KHỐI ĐIỀU KHIỂN THÍCH ỨNG TÀI NGUYÊN (GARC). 65 4.1. Giao thức DIAMETER. 65 4.1.1. Tổng quan về giao thức DIAMETER. 65 4.1.2. Các thành phần chính. 66 4.1.2.1. Diameter Replay Agent. 66 4.1.2.2. Diameter Proxy Agent. 67 4.1.2.3. Diameter Redirect Agent. 68 4.1.2.4. Diameter Translation Agent. 69 4.1.3. Cấu trúc bản tin DIAMETER. 69 4.1.3.1. Cấu trúc header của Diameter. 69 4.1.3.1. AVP. 71 4.1.4. Bảo mật trong bản tin Diameter. 73 4.1.5. Kiểm soát lỗi. 73 4.1.6. Kết nối và phiên trong Diameter. 74 4.1.7. Dịch vụ trong Diameter. 75 4.2. Khối điều khiển thích ứng tài nguyên chung (GARC) 77 CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ GIAO DIỆN Sh+ GIỮA GARC VÀ AS 81 5.1. Tổng quan về giao diện Sh+. 81 5.2. Các bản tin trong giao diện Sh+. 81 5.2.1. RAR/RAA (Re-Auth Request/Answer) 82 5.2.2. QIR/QIA (QoS Information Request/Answer) 83 5.2.3. SNR/SNA (Subcriber- Notifications Request/Answer). 84 5.2.4. QUR/QUA (QoS-Update-Request). 86 5.3. Định dạng các AVP trong bản tin Diameter. 87 5.3.1. Origin-Host AVP. 87 5.3.2. Origin-Realm AVP. 87 5.3.3. Destination-Host AVP. 87 5.3.4. Destination-Realm AVP. 87 5.3.5. Proxy-info AVP. 88 5.3.6. Route-Record AVP. 88 5.3.7. Result-Code AVP. 88 5.3.8. Time-Stamps AVP. 88 5.3.9. Service-Specific-Info AVP. 89 5.3.10. Service-Identication AVP. 89 5.3.11. Data-Reference AVP. 89 5.3.12. SDP-Media-Name AVP. 90 5.3.13. SDP-Media-Decription AVP. 90 5.3.14. SDP-Media-Type AVP 90 5.3.15. QoS-information AVP. 91 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Tầm quan trọng của đề tài. Trong xu hướng phát triển của mạng Internet hiện nay, giải pháp phát triển dài hạn một môi trường mạng dữ liệu duy nhất (LTE-Long Term Evolution) đang được chú trọng phát triển. Nó là rất quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho vấn đề quá tải trong mạng truy nhập và mạng lõi. Thông tin (âm thanh và các dữ liệu khác) được vận chuyển trong mạng All- ip dưới hình thức các gói tin mà không xem xét tới đặc tính của từng ứng dụng cá nhân khác nhau. Yêu cầu ứng dụng khác nhau về việc vận chuyển dữ liệu gói trong mạng tồn tại do sự không đồng nhất của các ứng dụng, mà không thể thực hiện được vì thiếu thông tin liên lạc giữa các ứng dụng và lớp mạng. Do nhu cầu băng thông cao bởi người dùng cuối, tình trạng quá tải có thể gây ra tắc nghẽn trong mạng truy nhập và mạng lõi, do đó ảnh hưởng tiêu cực tới chất lượng trải nghiệm của người dùng (QoE). Các ứng dụng Over-The-Top và lưu lượng dữ liệu nhanh chóng phát triển, dự kiến sẽ là 70% lưu lượng dữ liệu trực tuyến đa phương tiện, 20% dữ liệu tập tin tải về và 5% dữ liệu cho các thiết bị M2M vào năm 2016, đó là nguyên nhân gây ra tràn dữ liệu trong điều hành mạng ngày nay. Đề tài điều kiển thích ứng tài nguyên chung (GARC), là một cách tiếp cận khái niệm, thực hiện nguyên mẫu và là chiếc cầu nối giữa lớp ứng dụng và lớp mạng để tối ưu hóa các kết nối tổng thể từ đầu cuối đến đầu cuối bằng cách áp dụng đầy đủ ứng dụng cá nhân và cơ chế kiểm soát dịch vụ cụ thể trên các kết nối. Mất gói tin và bị gián đoạn kết nối sẽ tránh được thông qua giải pháp quản lý lưu lượng thông minh trong mạng truy nhập và mạng lõi. Có hai khả năng chủ yếu là phải đối mặt với tình trạng thiếu băng thông trong quá tải đó là: [...]... kiển thích ứng tài nguyên chung GARC: Tìm hiểu về giao thức AAA Diameter và khối điều khiển thích ứng tài nguyên chung GARC Thiết kế giao diện giữa GARC và AS: Ngiên cứu và thiết kế giao diện trao đổi bản tin QoS giữa khối GARC và AS dựa trên giao diện Sh đã chuẩn hóa CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN IMS Trong chương này giới thiệu cấu trúc, chức năng của những thực thể trong một phân hệ IMS và mối quan hệ giữa. .. mạng truy cập và mạng lõi Quản lý lưu lượng dữ liệu thông minh Phần này trình bày ảnh hưởng công việc quan trọng có liên quan ra bốn lĩnh vực chính quản lý giao thông thông minh 1.2 Nội dung nghiên cứu Với mục đích nghiên cứu và xây dựng hệ thống điều kiển tài nguyên thích ứng chung, nên trong đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu về kiến trúc hệ thống IMS và thiết kế giao diện Diameter cập nhật chất... (như thông báo tính phí, kiểu chuông, …) Hình 2.4 Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF 2.1.2.2 Chức năng điểu khiển 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. .. lớp: Lớp ứng dụng, lớp điều khiển và lớp truyền tải 2.1.1 Lớp ứng dụng 2.1.1.1 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 thứ SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng 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... 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 các nhà khai thác mạng và được dùng với mục đích đăng ký và chứng... vụ QoS cho hệ thống Nội dung khái quát như sau: Tổng quan về IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS và các thành phần của nó, nguyên lý trao đổi bản tin trong hệ thống và một số thủ tục định danh Giao thức SIP và triển khai ứng dụng NIST SIP Stack: Tìm hiểu về giao thức khởi tạo phiên SIP và xây dựng các ứng dụng dựa vào Sip Stack và bộ thư viện NIST SIP Stack chuẩn bằng ngôn ngữ Java Giao thức Diameter và điều. .. 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 Quản lý vị trí người dùng Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng 2.1.3.4.2 RACS Chức năng điều khiển tài nguyên và chấp nhận kết nối RACS bao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-PDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên. .. UE và gửi Cx-Put Resp hoặc Cx-Pull Resp chứa thông tin của UE đến S-CSCF Bước 8: Dựa trên bộ lọc tiêu chuẩn, S-CSCF sẽ gởi thông tin đăng kí tới mặt phẳng điều khiển dịch vụ và thực hiện bất cứ thủ tục điều khiển dịch vụ thích hợp nào Bước 9: S-CSCF gửi bản tin chấp nhận 200 OK cho I-CSCF, nó chứa thông tin để UE tiếp xúc với mạng nhà Bước 10: I-CSCF gửi bản tin chấp nhận 200 OK cho P-CSCF, bản tin. .. 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 2.1.3.2.3 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... 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 và thiết lập phiên Lớp truyền tải thể hiện mối quan hệ giữa phân hệ IMS và các hệ thống hiện có như PSTN, UMTS, . Giao thức Diameter và điều kiển thích ứng tài nguyên chung GARC: Tìm hiểu về giao thức AAA Diameter và khối điều khiển thích ứng tài nguyên chung GARC. Thiết kế giao diện giữa GARC và AS: . tài nguyên chung (GARC). Một giao diện quản lý và cập nhất chất lượng dịch vụ (QoS) từ AS tới khối điều kiển thích ứng tài nguyên chung (GARC). Từ những thông tin QoS được cập nhật, khối GARC. 75 4.2. Khối điều khiển thích ứng tài nguyên chung (GARC) 77 CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ GIAO DIỆN Sh+ GIỮA GARC VÀ AS 81 5.1. Tổng quan về giao diện Sh+. 81 5.2. Các bản tin trong giao diện Sh+.