PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TRIỂN KHAI IMS

Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN

i MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt 3GPP 3rd Generation PartnershIP Project Dự án cộng tác mạng thế hệ thứ 3 AAA Authentication Authorization Accounting Chứng thực, cấp quyền, tính cước ALG Application Layer Gateway Lớp cổng ứng dụng API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng A-RACF Access Resource and admission Control Function chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập AS Application Server Máy chủ ứng dụng BG Border gateway Cổng biên BGCF Breakout gateway control funtion Chức năng điều khiển cổng vào ra CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã COPS Common Open Policy Service Giao thức dịch vụ chính sách mở thông thường CSCF Call/Session Control Function Khối chức năng điều khiển phiên và cuộc gọi DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số GGSN Getway GPRS Suport Node Nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển gói rộng khắp qua sóng vô tuyến GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu HLR Home Location Register Bộ đăng ký vị trí máy chủ HSS Home Subcriber Server Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật internet IM IP multimedia Đa phương tiện IP IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMS-MGW IMS - Media Gateway Cổng đa phương tiện IMS IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP IP Internet Protocol Giao thức internet IP-CAN IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối IP IPSec Internet Protocol security Giao thức bảo mật mạng IPTV Internet Protocol Television Truyền hình số được cung cấp thông qua mạng IP ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISIM IMS SIM Module nhận dạng thuê bao IMS ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. iv DANH MỤC BẢNG BIỂU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. v DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng PSTN đang là vấn đề 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. vi triển đó. IMS trở thành một phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hãng sản xuất các thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới. 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, là một phân hệ không thể thiếu trong kiến trúc NGN. Trong bối cảnh như vậy việc triển khai đề tài “Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN” là rất cần thiết. Mục tiêu của đề tài này là tìm hiểu kiến trúc IMS, các dịch vụ có thể được triển khai trong đó, phân tích những ưu nhược điểm và khả năng triển khai IMS trong NGN, qua đó có thể hiểu và thấy được tầm quan trọng của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng tương lai. Qua đây em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Kỹ thuật và Công nghệ đã tận tình chỉ bảo cho em trong suốt thời gian học tập tại trường, đặc biệt là Th.S Đặng Thị Từ Mỹ đã giúp đỡ nhiệt tình cho cá nhân em hoàn thành tốt đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, ngày 06 tháng 06 năm 2010. Sinh Viên Lô Thị Hiểu GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Công nghệ NGN (Next Generation Network - NGN) với khả năng tích hợp nhiều dịch vụ giá trị gia tăng đang là một xu hướng phát triển của ngành viễn thông thế giới. Khi môi trường kinh doanh đang ngày càng phức tạp và mang tính cạnh tranh cao, chất lượng dịch vụ trở thành chìa khóa cho sự ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. vii thành công thì nhu cầu sở hữu các dịch vụ truyền thông mới với nhiều tiện ích cũng không ngừng tăng lên . Công nghệ NGN ra đời hội tụ cả 3 mạng: mạng thoại, mạng không dây và mạng số liệu vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển, đang ngày càng thỏa mãn được nhu cầu của người sử dụng. Khi nói đến mạng NGN là nói đến “dịch vụ” chứ không phải như cách xây dựng mạng truyền thống là chú trọng vào xây dựng những mạng riêng lẻ, mỗi một dịch vụ sẽ phải xây dựng một mạng dùng riêng, ví dụ như mạng thoại TDM, mạng di động, mạng truyền số liệu . Chính vì vậy mà các tiêu chí cho mạng hội tụ để đảm bảo chi phí đầu tư thấp nhất phải là: • Xây dựng một mạng hội tụ đa dịch vụ trên một nền tảng mạng duy nhất; • Cung cấp các dịch vụ mạng riêng ảo an ninh lớp 2, lớp 3, các dịch vụ multi- media và data với các cam kết chất lượng dịch vụ SLA; • Giải pháp mở và tương thích khi tích hợp dịch vụ; • Bảo vệ đầu tư, dễ dàng mở rộng nâng cấp mạng. Ngoài các dịch vụ hiện tại như thoại, mạng NGN cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu như hội nghị truyền hình và các dịch vụ ứng dụng đa phương tiện khác với yêu cầu băng thông đến hàng chục Mbps cho một người dùng. Đặc điểm chính của mạng NGN là có khả năng cung cấp tất cả các dịch vụ băng rộng theo yêu cầu với các mức dịch vụ khác nhau. Ngoài ra, mạng NGN tích hợp công nghệ di động băng thông rộng, vì vậy nó cho phép người dùng có thể trao đổi thông tin dịch vụ băng rộng bất kể họ đang sử dụng máy tính để bàn hay thiết bị hỗ trợ số cá nhân (PDA) để lướt Internet từ taxi. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. viii Các tiêu chuẩn NGN hiện tại không đủ cho việc thực thi trong môi trường hội tụ băng rộng. Điều khiển cuộc gọi đã được định nghĩa rõ ràng, tuy nhiên việc điều khiển nội dung, dữ liệu và quảng bá còn ít được đề cập đến trong các chuẩn NGN hiện tại. Ngoài ra, các thủ tục kiểm tra tính phối hợp hoạt động giữa các nền tảng (platform) dịch vụ khác nhau phục vụ cho dịch vụ hội tụ chưa có. Mạng viễn thông vẫn đang tiếp tục phát triển theo xu hướng hội tụ. Mục tiêu của mạng hội tụ là cho phép phát triển nhanh chóng các dịch vụ mới, có thể truy nhập được từ nhiều loại thiết bị qua các mạng truy nhập khác nhau. Vấn đề chính để đạt được mức phối hợp hoạt động này là phải phát triển được tập hợp các chuẩn cho phần truy nhập và phân phát dịch vụ. Một thành phần quan trọng trong mạng hội tụ để thực hiện được việc liên kết giữa thiết bị và dịch vụ đó là IMS – cho phép một thiết bị bất kỳ được kết nối tới bất kỳ một dịch vụ nào. Để có được sự kết nối như vậy cần phải có một quá trình nghiên cứu và phát triển. Trong vài năm gần đây, các tổ chức như 3GPP/3GPP2 và ETSI đã lần lượt đưa ra các phiên bản tiêu chuẩn. Mỗi phiên bản đều hứa hẹn cho phép các tính năng ưu việt hơn so với phiên bản trước của nó. IMS là một kiến trúc chuẩn, mở nhằm mục đích chuyển tiếp các dịch vụ đa phương tiện qua các mạng di động và IP, sử dụng cùng một loại giao thức chuẩn cho các dịch vụ di động cũng như IP cố định. Dựa trên SIP, IMS định nghĩa các giao diện mặt bằng điều khiển chuẩn để tạo ra các ứng dụng mới. IMS ban đầu được 3GPP định nghĩa và phiên bản đầu tiên được thiết kế riêng cho mạng di động nhằm tìm cách triển khai các ứng dụng IP trên mạng di động 3G. Tuy nhiên, việc giới hạn này là không cần thiết và các phiên bản kế tiếp của IMS đã được định nghĩa độc lập với phần truy nhập. Bước tiến này đã thúc đẩy sự phối hợp hoạt động giữa các thiết bị truy nhập khác nhau và do vậy đã kích thích sự hội tụ về mạng di động và cố định. Hiện nay, các ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. ix kiểu truy nhập có thể hoạt động với lõi IMS là DSL, WLAN, GPRS hay bất kỳ một công nghệ mới nào chẳng hạn như WiMAX. Ưu điểm của IMS là khả năng hỗ trợ đa dịch vụ và các kiểu truy nhập khác nhau. Thiết kế của IMS cho phép phối hợp hoạt động giữa các dịch vụ và ứng dụng IP cũng như phối hợp động giữa các thuê bao. IMS đặc biệt tối ưu hóa cho các ứng dụng SIP và đa phương tiện. Ngoài ra, IMS cho phép phát triển nhanh chóng và linh hoạt các dịch vụ mới, cùng với khả năng hội tụ cố định với di động, IMS cho phép giảm đáng kể chi phí đầu tư.  Nội dung nghiên cứu của đề tài: Với mục đích tìm hiểu về phân hệ IMS và khả năng phát triển của nó, đề tài của tôi bao gồm các nội dung chính sau: Chương 1 Tổng quan về IMS: Tìm hiểu IMS là gì, tiến trình phát triển của IMS và các yêu cầu trong hệ thống mạng IMS. Chương 2 Kiến trúc và các giao thức trong IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS, các thành phần, chức năng của từng thành phần và các giao thức chính được sử dụng trong IMS. Chương 3 Các dịch vụ ứng dụng: Giới thiệu về các dịch vụ có thể được triển khai trong IMS đó là: Presence, Truyền thông điệp – Messaging, Push to talk over cellular, Conferencing. Đồng thời trong chương này còn nói đến IMS và xu hướng hội tụ di động – cố định, là một xu thế tất yếu trong ngành viễn thông tương lai mà NGN đang hướng tới. Chương 4 Phân tích và đánh giá hiệu quả triển khai IMS: Đi sâu vào phân tích và so sánh hiệu quả IMS với các giải pháp riêng (PS), dựa vào các kết quả phân tích của Bell Labs để đưa ra đánh giá. Ngoài ra, trong chương này cũng nêu lên những điểm yếu hiện tại của IMS để có cái nhìn toàn diện hơn về nó. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS. 1.1. IMS là gì? IMS - thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây. 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu. [...]... nào, IMS có thêm hai thực thể chức năng để cung cấp quá trình chuyển đổi, đó là: IMS Application Layer Gateway (IMS- ALG) và Transition Gateway (TrGW) Hình 1.6 thể hiện mối quan về giữa IMS- ALG, TrGW và các phần của IMS IMS-ALG đóng vai trò như một SIP B2BUA để duy trì 2 phần báo hiệu độc lập, một hướng đến mạng IMS và một hướng đến mạng khác Mỗi phần này chạy trên 2 phiên bản IP khác nhau Hình 2.6 IMS- ALG... năng Điều này có nghĩa rằng kiến trúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua các giao tiếp đã được chuẩn hóa Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Lô Thị Hiểu xix Hình 2.1 Kiến trúc phân lớp của IMS • Lớp dịch vụ bao gồm các máy chủ... phương thức truy nhập khác ngoài GPRS IMS chỉ là một mạng IP và do đó bất kỳ mạng truy nhập nào cũng có thể kết nối tới IMS IMS có thể được truy nhập từ mạng WLAN (Wireless Local Area Network), từ một ADSL, HFC hoặc truy nhập từ modem … CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG IMS 2.1 Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS Trước khi tìm hiểu kiến trúc của IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng... tải dựa trên nền IP IMS cũng cho phép các nhà khai thác điều khiển mức QoS đến người dùng chính vì lẽ đó các nhà khai thác có thể phân loại khách hàng của mình thành các nhóm khác nhau 1.4.3 Hỗ trợ liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh (PSTN) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Lô Thị Hiểu xvi Yêu cầu liên kết với Internet là bắt buộc trong xây dựng cấu trúc khung làm việc của IMS, với việc liên kết... dụng dành riêng cho IMS 2.1.2 Lớp lõi IMS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Lô Thị Hiểu xxiii Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đa phương tiện Các chức năng của nó bao gồm: 2.1.2.1 Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF - Call Session Control Function Chức năng này là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử lý các bản tin báo hiệu SIP trong hệ thống IMS CSCF có nhiệm vụ... đầu tiên (chức năng báo hiệu) giữa các đầu cuối IMS và mạng IMS - là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/ SIP Theo quan điểm từ SIP thì PCSCF đóng vai trò là một máy chủ outbound/inbound SIP Proxy, điều này có nghĩa rằng tất cả các yêu cầu khởi tạo phiên được xuất phát hoặc gửi đến một ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Lô Thị Hiểu xxiv đầu cuối IMS đều phải chuyển giao qua P-CSCF sau đó nó... thể gửi và nhận với IMS qua RTP Mặt khác nó sử dụng một hay nhiều khe PCM để kết nối với mạng chuyển mạch kênh Hơn nữa MGW thực hiện chuyển mã khi các đầu cuối IMS không hỗ trợ các kiểu mã hoá được sử dụng bởi CS (điều này xảy ra khi đầu cuối IMS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Lô Thị Hiểu xxxi sử dụng mã AMR còn đầu cuối PSTN sử dụng kiểu mã hoá G.711) 2.1.3.4 IMS GW và TrGW Như đã nói, IMS hỗ trợ hai phiên... cho mạng hội tụ Hình 1.1 Khả năng hội tụ mạng của 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Lô Thị Hiểu xii năng vận tải thông tin Một cách cụ thể, IMS là một mạng phủ (overlay), phân phối dịch vụ trên nền hạ tầng chuyển nối gói IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển nối mạch... Cable 2.2 Các điểm tham chiếu IMS Hình 2.8 Các điểm tham chiếu trong IMS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Lô Thị Hiểu xxxiv Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong và ngoài mạng IMS, trao đổi các thông tin và báo hiệu, tính năng của các điểm tham chiếu được mô tả trong Bảng 2.1 Bảng 2.1: Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS Điểm Thực thể liên quan Giao... ngoài) Đây là yêu cầu thiết yếu và đương nhiên hệ thống IMS được thừa hưởng yêu cầu này, cho phép khách hàng chuyển vùng khi di chuyển đến các quốc gia khác tất nhiên điều này chỉ được thực hiện khi có sự thỏa thuận giữa các nhà khai thác tại mạng chủ và khách 1.4.5 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ Thông thường các nhà khai thác muốn áp đặt các chính sách để phân phối dịch vụ tới khách hàng Về cơ bản có 2 loại