(nền tảng dịch vụ mạng thế hệ mới) kiến trúc mạng 3g và vai trò của IMS trong mạng 3g

1 Mục đích nghiên cứu Khác với mạng GSM hỗ trợ chủ yếu dịch vụ thoại, SMS, data tốc độ thấp, mạng 3G với ưu điểm công nghệ băng rộng cung cấp cho người dùng nhiều dịch vụ tiện ích dịch vụ data, ứng dụng trực tuyến, dịch vụ tương tác,… ngược lại đòi hỏi cao chất lượng dịch vụ, chất lượng trải nghiệm dịch vụ, toán quan trọng cần nhà cung cấp dịch vụ giải cách thỏa đáng Mạng di động mạng PSTN xu hướng quan tâm hàng đầu lĩnh vực thông tin liên lạc.Nhiều kiến trúc đời trình phát triển, hợp mạng với mục đích tạo mạng All IP Phân hệ IP Multmdia Subsystem( IMS) kiến trúc đời xu phát triển đó.Với IMS người dùng liên lạc khắp nơi nhờ tính di động mạng di động đồng thời sử dụng dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet.IMS thực trở thành chìa khóa để hợp mạng di động mạng Internet.IMS đồng thời trở thành phân hệ mô hình mạng hệ (NGN) tất hãng sản xuất thiết bị viễn thông tổ chức chuẩn hóa giới IMS chuẩn hóa bới 3GPP 3GPP2 dựa giao thức báo hiệu SIP giao thức mở khác IETF chuẩn hóa nên dễ dàng tích hợp dịch vụ mới.IMS đồng thời hỗ trợ nhiều loại hình truy cập khác hứa hẹn mang lại số lượng lớn khách hàng sử dụng dịch vụ xây dựng Tại thời điểm này, thị trường viễn thông Việt Nam có nhà cung cấp dịch vụ 3G Viettel, Vinaphone, Mobifone EVN Telecom Các nhà mạng xác định doanh thu chủ yếu 3G đến từ nội dung dịch vụ giá trị gia tăng cung cấp băng rộng 3G IMS Do đó, Đề tài “Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G” đưa vấn đề nghiên cứu nói đến IMS, tảng cốt lõi hệ thống 3G Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G Kiến trúc mạng 3G WCDMA Một mạng UMTS bao gồm ba phần là: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network) Các phần gồm thành phần kết nối với hình vẽ: Hình Kiến trúc 3G WCDMA UMTS 2.1 Thiết bị người sử dụng (UE): UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) đầu cuối mạng UMTS người sử dụng Thành phần bao gồm thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) Có thể nói thành phần phong phú, đa dạng nhất, phát triển ảnh hưởng lớn đến độ khả dụng ứng dụng dịch vụ a) Thiết bị đầu cuối (TE): Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai giao diện Cu UMTS IC card (UICC) đầu cuối Giao diện tuân theo tiêu chuẩn cho card thông minh Các nhà sản xuất đầu cuối phải tuân theo tập tối thiểu định nghĩa tiêu chuẩn để người sử dụng đầu cuối khác truy nhập đến số chức sở theo cách Các tiêu chuẩn gồm: - Bàn phím (các phím vật lý hay phím ảo hình) - Đăng ký mật Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G - Thay đổi mã PIN - Giải chặn PIN/PIN2 (PUK) - IMEI - Điều khiển gọi Các phần lại giao diện dành riêng cho nhà thiết kế để đáp ứng thị hiếu khách hàng b) USIM: Hình Thiết bị người sử dụng Khác với hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng card, modul nhận dạng thuê bao UMTS cài ứng dụng UICC Điều cho phép lưu nhiều ứng dụng nhiều chữ ký (khóa) điện tử với USIM cho mục đích khác Ngoài có nhiều USIM UICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng USIM chứa hàm số liệu cần để nhận dạng nhận thực thuê bao mạng UMTS Nó lưu hồ sơ thuê bao Người sử dụng phải tự nhận thực USIM cách nhập mã PIN Điều đảm bảo người sử dụng đích thực truy nhập mạng UMTS Mạng cung cấp dịch vụ cho người sử dụng đầu cuối dựa nhận dạng USIM đăng ký 2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS: UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) liên kết người sử dụng CN Nó gồm phần tử đảm bảo truyền thông UMTS vô tuyến điều khiển chúng Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G UTRAN định nghĩa hai giao diện Giao diện Iu UTRAN CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu UTRAN thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện hai node, RNC Node B a) RNC: RNC (Radio Network Controller) quản lý hay nhiều trạm gốc điều khiển tài nguyên chúng Đây điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng lõi (CN) Nó nối đến CN hai kết nối, cho miền chuyển mạch gói (đến SGSN) đến miền chuyển mạch kênh (MSC) Một nhiệm vụ quan trọng RNC bảo vệ bí mật toàn vẹn Sau thủ tục nhận thực thỏa thuận khóa, khoá bảo mật toàn vẹn đặt vào RNC Sau khóa sử dụng hàm bảo mật f8 f9 RNC có nhiều chức logic tùy thuộc vào việc phục vụ Node B Người sử dụng kết nối vào RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sử dụng chuyển vùng đến RNC khác kết nối với RNC cũ, RNC trung chuyển (DRNC: Drift RNC) cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, RNC phục vụ quản lý kết nối người sử dụng đến CN Vai trò logic SRNC DRNC mô tả hình 1.3 Khi UE chuyển giao mềm RNC, tồn nhiều kết nối qua Iub có kết nối qua Iur Chỉ số RNC (SRNC) đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi RNC khác (DRNC) làm nhiệm vụ định tuyến thông tin Iub Iur Chức cuối RNC RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi Node B có RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho tài nguyên vô tuyến Hình Vai trò logic SRNC DRNC Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G b) Node B: Trong UMTS trạm gốc gọi node B nhiệm vụ thực kết nối vô tuyến vật lý với đầu cuối Node B nhận tín hiệu giao diện Iub từ RNC chuyển thành tín hiệu vô tuyến giao diện Uu Node B thực số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến sở "điều khiển công suất vòng trong" Tính để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa tất đầu cuối phát công suất, đầu cuối gần Node B che lấp tín hiệu từ đầu cuối xa Node B kiểm tra công suất thu từ đầu cuối khác thông báo cho chúng giảm công suất tăng công suất cho node B thu công suất từ tất đầu cuối 2.3 Mạng lõi: Mạng lõi (CN) chia thành ba phần, miền PS, miền CS HE Miền PS đảm bảo dịch vụ số liệu cho người sử dụng kết nối đến Internet mạng số liệu khác miền CS đảm bảo dịch vụ điện thoại đến mạng khác kết nối TDM Các Node B CN kết nối với đường trục nhà khai thác, thường sử dụng công nghệ mạng tốc độ cao ATM IP Mạng đường trục miền CS sử dụng TDM miền PS sử dụng IP a) SGSN: SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: Node hỗ trợ GPRS phục vụ) node miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS đến GGSN thông qua giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất kết nối PS tất thuê bao Nó lưu hai kiểu liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao thông tin vị trí thuê bao Số liệu thuê bao lưu SGSN gồm: - IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế) - Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói) - Các địa PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Số liệu vị trí lưu SGSN: - Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area) Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G - Số VLR - Các địa GGSN GGSN có kết nối tích cực b) GGSN: GGSN (Gateway GPRS Support Node: Node hỗ trợ GPRS cổng) SGSN kết nối với mạng số liệu khác Tất truyền thông số liệu từ thuê bao đến mạng qua GGSN Cũng SGSN, lưu hai kiểu số liệu: thông tin thuê bao thông tin vị trí Số liệu thuê bao lưu GGSN: - IMSI - Các địa PDP Số liệu vị trí lưu GGSN: - Địa SGSN thuê bao nối đến GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi đến BG thông qua Gp c) BG: BG (Border Gateway: Cổng biên giới) cổng miền PS PLMN với mạng khác Chức Node giống tường lửa Internetđảm bảo mạng an ninh chống lại công bên d) VLR: VLR (Visitor Location Register: ghi định vị tạm trú) HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network) Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp dịch vụ thuê bao copy từ HLR lưu Cả MSC SGSN có VLR nối với chúng Số liệu sau lưu VLR: - IMSI - MSISDN - TMSI (nếu có) - LA thời thuê bao - MSC/SGSN thời mà thuê bao nối đến Ngoài VLR lưu giữ thông tin dịch vụ mà thuê bao cung cấp Cả SGSN MSC thực Node vật lý với VLR gọi VLR/SGSN VLR/MSC Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G e) MSC: MSC thực kết nối CS đầu cuối mạng Nó thực chức báo hiệu chuyển mạch cho thuê bao vùng quản lý Chức MSC UMTS giống chức MSC GSM, có nhiều khả Các kết nối CS thực giao diện CS UTRAN MSC Các MSC nối đến mạng qua GMSC f) GMSC: GMSC số MSC GMSC chịu trách nhiệm thực chức định tuyến đến vùng có MS Khi mạng tìm cách kết nối đến PLMN nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối hỏi HLR MSC thời quản lý MS 2.4 Môi trường nhà Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu hồ sơ thuê bao cung cấp cho mạng phục vụ (SN: Serving Network) thông tin thuê bao cước cần thiết để nhận thực người sử dụng tính cước cho dịch vụ cung cấp Tất dịch vụ cung cấp dịch vụ bị cấm liệt kê a) Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register) HLR sở liệu có nhiệm vụ quản lý thuê bao di động Một mạng di động chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng HLR tổ chức bên mạng Cơ sở liệu chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế), MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao có danh bạ điện thoại) địa PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Cả IMSI MSISDN sử dụng làm khoá để truy nhập đến thông tin lưu khác Để định tuyến tính cước gọi, HLR lưu giữ thông tin SGSN VLR chịu trách nhiệm thuê bao Các dịch vụ khác chuyển hướng gọi, tốc độ số liệu thư thoại có danh sách với hạn chế dịch vụ hạn chế chuyển mạng HLR AuC hai Node mạng logic, thường thực Node vật lý HLR lưu giữ thông tin người sử dụng đăng ký thuê bao Như: thông tin tính cước, dịch vụ cung cấp dịch vụ bị từ chối thông Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G tin chuyển hướng gọi Nhưng thông tin quan trọng VLR SGSN phụ trách người sử dụng b) Trung tâm nhận thực (AuC) AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa bảo vệ toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR thực với HLR Node vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo AuC cung cấp thông tin vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho thuê bao với tất hàm tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo AV, thời gian thực SGSN/VLR yêu cầu hay tải xử lý thấp, lẫn AV dự trữ c) Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây số nhận dạng cho thiết bị đầu cuối Cơ sở liệu chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám đen Danh mục trắng chứa số IMEI phép truy nhập mạng Danh mục xám chứa IMEI đầu cuối bị theo dõi danh mục đen chứa số IMEI đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi đầu cuối thông báo bị cắp, IMEI bị đặt vào danh mục đen bị cấm truy nhập mạng Danh mục sử dụng để cấm seri máy đặc biệt không truy nhập mạng chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn 2.5 Các giao diện Các giao diện mạng 3G gồm: - Giao diện Cu Giao diện Cu giao diện chuẩn cho card thông minh Trong UE nơi kết nối USIM UE - Giao diện Uu Giao diện Uu giao diện vô tuyến WCDMA UMTS Đây giao diện mà qua UE truy nhập vào phần cố định mạng Giao diện nằm Node B đầu cuối - Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN CN Nó gồm hai phần, IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN kết nối đến nhiều UTRAN cho giao diện IuCS IuPS Nhưng UTRAN kết nối đến điểm truy nhập CN Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G - - 2.6 Giao diện Iur Giao diện mở Iur hỗ trợ chuyển giao mềm RNC từ nhà sản xuất khác bổ sung cho giao diện mở Iu Giao diện Iub Giao diện Iub nối Node B RNC Khác với GSM giao diện mở Kiến trúc QoS mạng 3G R99 tảng định nghĩa chuẩn 3G 3GPP đầu tiên, nâng cấp quan trọng từ hệ thống 2G GSM R99 mô tả kiến trúc QoS end-to-end: bao gồm toàn trình từ UE, qua lớp mạng RAN/BSS, PS Core Network tới mạng IP (external networks) Tuy tiêu chuẩn QoS R99 định nghĩa chức cho thành phần mạng: thiết bị đầu cuối UE, RAN/BSS, node mạng Core GPRS giao diện chúng; chúng không định nghĩa giao diện MT/TE hay giao diện tới mạng IP (external network) Bộ tiêu chuẩn QoS tiếp tục phát triển R5 Trong mô hình QoS R99 end-to-end, lớp lưu lượng chia làm 02 loại: theo thời gian thực (lớp conversational, lớp streaming) không theo thời gian thực (lớp interactive lớp background) Việc phân loại lớp tính chất khác ứng dụng yêu cầu ứng dụng Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G Hình Kiến trúc QoS R99 end-to-end Kiến trúc QoS R99 end-to-end bao gồm thành phần chức sau: - Dịch vụ end-to-end: dịch vụ end-to-end cung cấp dịch vụ phía dưới, bao gồm toàn trình từ UE tới lớp mạng (external network) - Dịch vụ truyền tải UMTS: định nghĩa chuẩn QoS mạng UMTS, bao gồm lớp dịch vụ truyền tải mạng truy nhập vô tuyến lớp dịch vụ truyền tải mạng CN - Lớp dịch vụ truyền tải mạng truy nhập vô tuyến cung cấp mạng vô tuyến RAN, bao gồm RNCs, trạm NodeB, giao diện RNC tới NodeB, giao diện RNC tới CN giao diện trạm NodeB UE - Lớp dịch vụ truyền tải mạng core CN: dịch vụ cung cấp thiết bị mạng lõi GPRS giao diện chúng Nó điều khiển tối ưu hóa lớp mạng truyền tải bên để cung cấp dịch vụ truyền tải UMTS - Dịch vụ truyền tải mạng đường trục : mạng đường trục bao gồm lớp đến lớp mô hình OSI Mạng đường trục truyền tải loại lưu lượng có nhu cầu QoS khác nhau, để phục vụ cho loại ứng dụng người dung cuối - Lớp dịch vụ truyền tải mạng truy nhập vô tuyến (RAB Service): bao gồm chuẩn QoS hỗ trợ mạng vô tuyến (RAN) giao diện Lớp chia làm 02 lớp dịch vụ : lớp dịch vụ truyền tải vô tuyến và lớp dịch vụ truyền tải Iu - Lớp dịch vụ truyền tải vô tuyến (Radio Bearer Service): dịch vụ bao gồm tất vấn đề liên quan tới giao diện truyền tải vô tuyến Các thuộc tính QoS lớp UMTS Bearer RAB Service Lớp dịch vụ UMTS RAB mô tả dịch vụ truyền tải mạng UMTS Các thuộc tính hợp thành tham số R99 QoS cho 01 PDP Context, bao gồm: - Lớp liệu (Traffic Class): bao gồm 04 giá trị  Conversational: giá trị áp dụng cho ứng dụng thoại Đặc điểm lớp yêu cầu đặc biệt thời gian thực, độ trễ truyền tải độ jiter nhỏ Trên R99, giá trị hỗ trợ giao diện Iu, Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 10 Hình5.Tổng quan kiến trúc IMS Hình thể tổng quan kiến trúc IMS.Trong hình vẽ giao diện báo hiệu IMS thể hai ba chữ Bên phải hình vẽ thiết bị IMS.Phía thiết bị di động IMS thường gọi thiết bị ngừời dùng UE.Thiết bị đầu cuối IMS kết nối tới mạng chuyển mạch gói thông qua liên kết vô tuyến IMS đồng thời hỗ trợ kiểu truy nhập thiết bị khác PDAs( Personal Digital Assistant) máy tính Các thiết bị truy nhập qua ADSL WLAN Phần lại hình vẽ node chức khác kiến trúc lõi IMS bao gồm : - Cơ sở liệu người dùng : HSS( Home Subcriber Servers) SLF ( Subcriber Location Function) - Chức điều khiển phiên ,cuộc gọi : CSCF ( Call /Sesion Control Function) Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 20 - Chức liên quan đến nguồn media : MRF(Media Resource Fuction): bao gồm điều khiển chức nguồn media MRFC( Media Resource Function Controller) xử lý chức nguồn media MRFP( Media Resource Function Processor) - BGCF(Breakout Gateway Control Function) - PSTN gateway bao gồm SGW( Signalling Gateway ) , MGCF( Media Gateway Controller Function) MGW ( Media Gateway) a) CSCF –Call/Session Control Function CSCF SIP server Nó thành phần kiến trúc IMS CSCF xử lý báo hiệu SIP Có ba kiểu khác CSCF : - Proxy-CSCF (P-CSCF) - Serving-CSCF (S-CSCF) - Interrogating-CSCF(I-CSCF) Mỗi CSCF có chức đặc biệt chúng.Tất góp phần tạo thành máy định tuyến tin SIP.Ngoài chúng gửi thông tin tính cước tới chức tính cước ngoại tuyến b) P-CSCF P-CSCF điểm liên lạc thiết bị đầu cuối mạng IMS Trong mô hình SIP thìP-CSCF làm việc oubound/inbound SIP proxy server.Tất tin SIP khởi tạo thiết bị đầu cuối IMS gửi đến thiết bị đầu cuối IMS phải qua P-CSCF P-CSCF chuyển tiếp tin SIP request response theo hướng phù hợp : tới thiết bị IMS tới mạng IMS P-CSCF định cho thiết bị đầu cuối IMS trình đăng ký không thay đổi trình P-CSCF bao gồm nhiều chức khác số chúng liên quan tới bảo mật Nó thiết lập số liên kết đảm bảo IPsec với thiết bị đầu cuối IMS.Những liên kết bảo mật Ipsec đảm bảo toàn vẹn thực thể ,ví dụ khả để dò tìm nội dung tin có bị thay đổi từ tạo hay không Một P-CSCF chứng thực người dùng ( phần thiết lập liên kết bảo mật) node khác mạng không cần phải thực chứng thực Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 21 người dùng khác chúng tin tưởng vào P-CSCF Sự xác nhận P-CSCF có chức khác cung cấp dịch vụ cho cá nhân ghi tính cước Một chức khác P-CSCF chúng kiểm tra xác tin SIP request gửi thiết bị đầu cuối IMS.Chức giúp ngăn chặn thiết bị đầu cuối gửi tin SIP không xác P-CSCF bao gồm phận nén giải nén tin SIP(thiết bị đầu cuối IMS bao gồm chức này).Bản tin SIP lớn Trong gửi tin qua kết nối băng thông rộng thời gian ngắn việc gửi tin SIP qua kênh băng thông hẹp,như kết nối vô tuyến chẳng han, vài giây Cơ chế dùng để rút ngắn thời gian truyền tin nén tin lại ,truyền qua liên kết vô tuyến giải nén bên phía nhận P-CSCF bao gồm PDF PDF cấp quyền sử dụng media quản lý QoS mặt phẳng media.P-CSCF đồng thời tạo thông tin tính cước tới node thu thập thông tin tính cước Với mục đích mở rộng tạo dư thừa để dự phòng mạng IMS thông thường có nhiều P-CSCF.Mỗi P-CSCF phục vụ số thiết bị đầu cuối IMS phụ thuộc vào dung lượng P-CSCF đặt mạng khách mạng chủ.Trong trường hợp mạng chuyển mạch gói dựa GPRS P-CSCF đặt mạng với GGSN.Vì GGSN P-CSCF đặt mạng khách mạng chủ c) I-CSCF I-CSCF SIP proxy đặt biên miền quản trị Địa I-CSCF liệt kê ghi DNS ( Domain name System) miền.Khi SIP server tuân theo thủ tục SIP để tìm chặng SIP cho tin SIP nhận địa I-CSCF miền đích Ngoài chức SIP server, I-CSCF có giao diện tới SLF HSS.Giao diện dựa giao thức Diameter.Qua giao diện I-CSCF truy cứu thông tin vị trí người dùng định tuyến tin SIP tới địa phù hợp I-CSCF có chức mã hóa phần tin SIP chứa đựng thông tin nhạy cảm miền , số lượng server miền, tên DNS dung lượng chúng Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 22 Một mạng IMS thường bao gồm nhiều I-CSCF cho mục đích mở rộng tạo dư thừa I-CSCF thường nằm mạng chủ , số trường hợp đặc biệt đặt mạng khách d) S-CSCF S-CSCF node trung tâm mặt phẳng báo hiệu.Ngoài chức SIP server, S-CSCF đóng vai trò SIP registrar.Nó trì gán kết vị trí người dùng ( địa IP thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) địa SIP người dùng ghi Giống I-CSCF , S-CSCF đồng thời thực giao diện tới HSS để thực mục đích sau: - Tải vector chứng thực người dùng truy nhập vào mạng SCSCF sử dụng vector để chứng thực người dùng - Tải hồ sơ người dùng từ HSS.Hồ sơ người dùng bao gồm hồ sơ dịch vụ - Thông báo cho HSS S-CSCF phục vụ người dùng khoảng thời gian đăng ký Tất báo hiệu SIP mà thiết bị đầu cuối IMS gửi nhận qua S-CSCF SCSCF giám sát tin SIP định xem báo hiệu SIP qua hay nhiều server ứng dụng để định tuyến tới đích cuối Một chức S-CSCF cung cấp chức định tuyến tin SIP Nếu người dùng quay số điện thoại thay SIP URI SCSCF cung cấp dịch vụ chuyển đổi địa , thường dựa DNS E.164 Number Translation S-CSCF đồng thời thi hành sách nhà điều hành mạng.Ví dụ người dùng quyền để thiết lập loại phiên cụ thể phiên video chẳng han.Nói cách khác ,S-CSCF ngăn chặn người dùng thực dịch vụ không cho phép S-CSCF luôn nằm mạng chủ e) Cơ sở liệu : HSS SLF HSS SLF hai sở liệu kiến trúc IMS HSS lưu trữ liệu cho tất thuê bao tấ liệu liên quan đến dịch vụ IMS Dữ liệu lưu trữ HSS bao gồm nhận dạng, thông tin đăng ký thuê bao, tham số truy nhập thông tin kích hoạt dịch vụ.Thông tin nhận dạng gồm có hai Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 23 loại : Nhận dạng người dùng công cộng nhận dạng người dùng cá nhân Nhận dạng người dùng cá nhân sử dụng cho mục đích đăng ký cấp quyền,trong nhận dạng người dùng công cộng người dùng sử dụng để liên lạc với người dùng khác Các tham số truy nhập IMS khởi tạo để thết lập phiên bao gồm thông số giống chứng thực người dùng ,cấp quyền chuyển vùng tên S-CSCF phụ trách người dùng.Thông tin kích họat dịch vụ cho phép thực dịch vụ SIP HSS bao gồm số chức đăng ký vị trí chủ(HLR) trung tâm nhận thực (AUC) Hình Cấu trúc HSS Chức HLR hỗ trợ thực thể miền chuyển mạch gói SGSN GGSN Điều cho phép thuê bao truy nhập tới dịch vụ miền chuyển mạch gói.HLR đồng thời hỗ trợ thực thể miền chuyển mạch kênh MSC/MSC servers.Điều cho phép thuê bao truy nhập dịch vụ miền chuyển mạch kênh hỗ trợ chuyển vùng tới mạng có miền chuyển mạch kênh AUC lưu trữ chìa khóa bí mật cho thuê bao di động.Chìa khóa sử dụng để tạo liệu bảo mật linh động cho thuê bao.Dữ liệu sử dụng cho nhận thực lẫn mạng IMSI ( International Mobile Subscriber Identity).Dữ liệu bảo mật cung cấp toàn vẹn thực thể mã hóa thông tin liên lạc qua đường vô tuyến UE mạng Một mạng có nhiều HSS, phụ thuộc vào số lượng thuê bao khả thiết bị tổ chức mạng Nếu mạng có HSS không cần phải có SLF(Subscription Location function) Ngược lại mạng có nhiều HSS thiết phải có SLF.SLF sở liệu đơn giản dùng để ánh xạ địa thuê bao với HSS tương ứng quản lý thuê bao đó.Khi node khác truy vấn SLF với đầu vào Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 24 địa thuê bao nhận HSS chứa thông tin liên quan đến thuê bao đầu HSS SLF thực giao thức Diameter với ứng dụng Diameter xác định cho IMS f) AS (Application server) AS thực thể SIP đảm nhận thực dịch vụ Hình Application Server AS gồm ba loại: - SIP AS:Đây AS sở thực dịch vụ multimedia dựa SIP.Các dịch vụ IMS phát triển SIP AS - OSA-SCS (Open Service Access-Service Capability Server) : Đây AS cung cấp giao diện tới ứng dụng tảng OSA Nó thừa kế tất khả dịch vụ mở , đặc biệt khả để truy nhập cách bảo mật vào mạng bên ngoài.Node mặt đóng vai trò AS mặt khác giao diện OSA AS giao diện lập trình ứng dụng OSA - IM-SSF ( IP Multimedia Service Switching Function): AS cho phép tái sử dụng dịch vụ CAMEL ( Customized Application fỏ Mobible Network Enhanced Logic) phát triển cho GSM IM-SSF cho phép gsmSCF ( GSM Service Control Function) điều khiển phiên IMS Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 25 AS đặt mạng chủ mạng nhà cung cấp thứ ba Trong trường hợp AS đặt mạng chủ không giao tiếp với HSS g) MRF MRF cung cấp nguồn media mạng chủ MRF cung cấp khả để play thông báo, trộn luồng media với , chuyển đổi loại mã khác nhau,thu thập thống kê làm công việc phân tích media khác MRF chia thành MRFC MRFP.MRFC đóng vai trò SIP User Agent có giao diện tới S-CSCF MRFC điều khiển nguồn tài nguyên MRFP thông qua giao diện H.248 MRFP thực tất chức liên quan đến media play trộn media MRF luôn đặt mạng chủ h) BGCF BGCF thành phần SIP server bao gồm chức định tuyến dựa số điện thoại BGCF sử dụng phiên mà thiết bị đầu cuối IMS tới người dùng mạng chuyển mạch kênh PSTN PLMN Hai chức BCCF: - Lựa chọn mạng thích hợp trường hợp làm việc với miền chuyển mạch kênh - Lựa chọn PSTN/CS gateway phù hợp i) IMS-ALG TrGW IMS hỗ trợ IPv4 IPv6.Ở số điểm phiên multimedia IP việc làm việc chéo hai phiên xảy Để tránh cho thiết bị đầu cuối hỗ trợ chức để làm việc liên kết, IMS bổ sung thêm hai thực thể : IMS – Application Layer Gateway (IMS-ALG) Transition Gateway(TrGW).IMS-ALG xử lý vấn đề báo hiệu (SIP , SDP …), TrGW xử lý lưu lượng media ( RTP,RCTP) Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 26 Hình IMS-ALG TrGW IMS-ALG thực chức SIP B2BUA cách trì hai chặng báo hiệu độc lập.Một chặng hướng tới bên mạng IMS chặng lại hướng vào mạng khác.Mỗi chặng sử dụng phiên IP khác nhau.Thêm vào đó, IMS-ALG ghi lại SDP cách thay đổi địa IP port number tạo thiết bị đầu cuối với nhiều địa IP port numbers phân bổ cho TrGW.Điều cho phép lưu lượng media định tuyến tới TrGW IMS-ALG giao tiếp với I-CSCF với luồng lưu lượng tới với S-CSCF cho luồng lưu lượng thông qua giao diện Mx TrGW NAT-PT/NAPT-PT( Network Address Port Translator-Protocol Translator).TrGW cấu hình với tập hợp địa IP , phân bổ tự động cho phiên cho.TrGW thực chuyển đổi media IPv4 IPv6 j) PSTN/CS gateway PSTN gateway cung cấp giao diện hướng tới mạng chuyển mạch kênh, cho phép thiết bị đầu cuối IMS gọi nhận gọi từ PSTN tới PSTN PSTN gateway cung cấp giao diện hướng tới mạng chuyển mạch kênh, cho phép thiết bị đầu cuối IMS gọi nhận gọi từ PSTN tới PSTN Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 27 Hình PSTN/CS Gateway giao tiếp với mạng CS PSTN gateway đuợc phân chia thành thành phần chức sau: - SGW( signalling gateway): Signalling gateway giao tiếp với mặt phẳng báo hiệu mạng chuyển mạch kênh.SGW thực chuyển đổi giao thức mức thấp SGW thay giao thức bậc thấp MTP (ITU-T khuyến nghị Q.701) SCTP/IP(Stream Control Transmission Protocol , RFC 2960).Vì vậy, SGW chuyển đổi ISUP(ITU-T khuyến nghị Q.761) BICC MTP thành ISUP BICC SCTP/IP - MGCF(Media GateWay Control Function): MGCF node trung tâm PSTN/CS gateway.Nó thực chuyển đổi giao thức ánh xạ SIP( giao thức điều khiển gọi IMS) thành ISUP/IP BICC/IP.Ngoài ,MGCF điều khiển nguồn tài nguyên MGW(Media GateWay).Giao thức sử dụng MGCF MGW H.248 - MGW : Media Gateway giao tiếp với mặt phẳng media PSTN.Một mặt MGW có khả gửi nhận mdeia IMS RTP( Real-time Transport Protocol).Mặt khác MGW sử dụng nhiều khe thời gian PCM để kết nối tới mạng chuyển mạch kênh.Thêm vào đó, MGW thực việc chuyển đổi mã mà thiết bị đầu cuối IMS không hỗ trợ codec sử dụng Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 28 mạng chuyển mạch kênh.Một tình phổ biến thường xảy thiết bị đầu cuối IMS sử dụng mã AMR thiết bị đầu cuối PSTN sử dụng mã G.711 3.3 Các dịch vụ giá trị gia tăng xây dựng kiến trúc IMS Trong phần trước đề cập đến kiến trúc IMS , chương đề cập đến dịch vụ giá trị gia tăng như:presence, instant messagig, conferencing Đây dịch vụ tuơng lai trở nên phổ biến cho người dùng mạng di động 3G.Đây dịch vụ cuối dịch vụ phát triển dễ dàng dựa kiến trúc mở IMS a) Presence Service Presence instant messaging thay đổi mô hình liên lạc.Presence hoàn thiện messaging giới thiệu dịch vụ sử dụng cho nhiều ứng dụng dịch vụ khác.Presence tương lai trái tim tất liên lạc Presence bao gồm hai yếu tố :nó làm cho trạng thái người dùng sẵn sàng với người dùng khác trạng thái người dùng khác sẵn sàng với người dùng Thông tin presence bao gồm: - Tính sẵn sàng người dùng thiết bị - Những lựa chọn liên lạc - Khả thiết bị - Hoạt động - Vị trí thiết bị người dùng - Dịch vụ sẵn có Presence làm cho tất liên lạc di động trở nên dễ dàng , không instant messaging.Nó sử dụng người thị cho khả để kết nối phiên bao gồm gọi video , audio trò chơi.Có thể nói tất liên lạc di động dựa presence Những ứng dụng cải tiến presence dịch vụ sử dụng presence xuất tương lai gần Một ví dụ điển hình ứng dụng đặc trưng presence sổ điện thoại với thông tin presence nhúng bên làm cho chúng có tính động rõ rệt Presence thông tin người dùng nhìn thấy muốn liên lạc.Những thông tin ảnh hưởng đến lựa chọn phương thức liên lạc thời gian để liên lạc.Có thể Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 29 ví dụ đơn giản để thấy vai trò thông tin presence.Khi người dùng A mở Contact để tìm cách liên lạc với người dùng B thấy thông tin người dùng B Nếu người dùng B họp không sẵn sàng nhận gọi người dùngAsẽ định dừng liên lạc chờ đợi người dùng kết thúc họp 3.4 Contact Contact cải tiến Hình10 Contact contact cải tiến với thông tin presence Kiến trúc dịch vụ Presence IMS - Nhiều thực thể mạng IMS cung cấp thông tin presence: PUA mạng khách, PUA thiết bị đầu cuối PUA đặt mạng.Presence server AS cung cấp dịch vụ Presence - Watcher mạng chủ mạng khách presentity - Các thực thể định nghĩa sau: - Presence Server-Quản lý thông tin presence đưa lên PUA xử lý yêu cầu đăng ký để nhận thông tin presence - Watcher Presence Proxy:Là Proxy có nhiệm vụ mạng đích presentity phân phải địa presentity - Presentity Presence Proxy:Chỉ Presence Server phân bổ cho presentity PUA:Thu thập cung cấp thông tin presence cho server Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 30 Hình11 Kiến trúc dịchv ụ presencetrong IMS b) Messaging Hiện có nhiều dạng dịch vụ messaging.Nói chung messaging có nghĩa gửi tin từ thực thể tới thực thể khác.Bản tin có nhiều dạng khác nhau, bao gồm nhiều kiểu liệu truyền theo nhiều cách Messaging IMS có dạng bản: - Immediate messaging - Session-based messaging - Deferred delivery messaging Mỗi dạng có đặc tính riêng , chúng xem dịch vụ riêng lẻ.Nhưng ứng dụng xây dựng dịch vụ thường giấu đặc tính khác này.Trong thực tế , chìa khóa quan trọng cho dịch vụ messaging IMS khả làm việc liên kết dạng messaging Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 31 c) Conferencing Conferencing phát triển mạnh mẽ vài năm qua Một hội nghị hội thoại nhiều thành phần.Conferencing không bao gồm media audio mà video,text whiteboard Kiến trúc Conferencing mạng IMS: - Trong mô hình hội nghị có điểm trung tâm điều khiển mà thành phần tham gia hội nghị kết nối tới.Điểm trung tâm cung cấp dịch vụ hội nghị bao gồm trộn luồng media, chuyển mã thông báo danh sách người tham gia.Điểm trung tâm có địa SIP URI điểm trung tâm thiết lập dialog báo hiệu thành phần - Chính sách hội nghị tập quy tắc cho hội nghị.Những quy tắc bao gồm hướng dẫn thời gian tồn hội nghị , người tham gia người tham gia, định nghĩa chức sử dụng hội nghị nhiệm vụ chức năng, quy định thành phần hội nghị phép yêu cầu chức năng.Các sách hội nghị bao gồm sách media việc trộn media - Có nhiều cách để tạo hội nghị sử dụng SIP để tạo hội nghị thông minh.Hội nghị thông minh hội nghị tạo mà kế hoach cụ thể tồn thời gian ngắn.Một hội nghị có kế hoach tạo cách sử dụng giao thức điều khiển hội nghị.Giao thức cho phép người dùng tạo hội nghị quy định sách nó.Giao thức chuẩn hóa bới IETF - Conference factory URI người dùng sử dụng để gửi INVITE request tới Conference Server.Conference factory URI địa mang tính chất toàn tất mạng Kết luận Qua phân tích cụ thể đồ án thấy việc phát triển IMS cho mạng di động 3G.Mục đích IMS nhằm cung cấp phương pháp để đảm bảo QoS phiên multimedia qua tảng hạ tầng IP,cung cấp mô hình tính cước thông minh,linh hoạt;đồng thời cung cấp tảng sở để phát triển triển khai dịch vụ nhanh chóng dễ dàng hơn.Mục đích IMS không cung cấp dịch vụ mà tất dịch vụ tương lai từ mạng Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 32 Internet.Đó lý nói IMS thực kết hợp công nghệ tuyệt vời mạng Internet với khả kết nối khắp nơi mạng di động làm biến miền chuyển mạch kênh kiến trúc mạng di động ngày Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G 33 PHỤ LỤC CÔNG VIỆC THỰC HIỆN TRONG ĐỀ TÀI STT Học viên Hoàng Phí Linh MSHV CB100652 Đỗ Ngọc Long CB100657 Kiến trúc mạng 3G vai trò IMS mạng 3G Công việc thực Nghiên cứu kiến trúc, mô hình mạng 3G Nghiên cứu kiến trúc, mô hình dịch vụ IMS mạng 3G 34