Nghiên cứu cấu trúc IMS trong mạng thông tin di động

Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -O0O - LÊ NAM THẮNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÖC IMS TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà nội, tháng 12 - 2009 Footer Page of 237 Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -O0O - LÊ NAM THẮNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÖC IMS TRONG MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG Ngành: Cơng nghệ Điện tử-Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS -Tiến sĩ Nguyễn Viết Kính Hà nội, tháng 12 – 2009 Footer Page of 237 Header Page of 237 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined MỤC LỤC BẢNG THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG 17 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA 18 MỞ ĐẦU 21 Chƣơng VỊ TRÍ,VAI TRÕ CỦA IMS TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHO NGN 22 Giới thiệu chung 22 1.1 NGUỒN GỐC KHÁI NIỆM IMS 23 1.1.1 Từ GSM tới 3GPP Release 23 1.1.2 Cấu trúc IMS định nghĩa Release 3GPP 25 1.1.3 Các vấn đề liên quan đến mã hóa dịch vụ hội thoại 26 1.2 VỊ TRÍ- VAI TRÕ IMS TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI 26 1.2.1 Cấu trúc chức mạng NGN di động 26 1.2.2 Các chức IMS hệ thống NGN di động 27 1.3 CẤU TRÖC IMS THEO TIÊU CHUẨN 3GPP 29 1.3.1 Kết nối IP 29 1.3.1.1 Vấn đề chất lượng dịch vụ dịch vụ đa phương tiện IP 30 1.3.1.2 Điều khiển sách IP bảo đảm sử dụng tài nguyên 30 1.3.1.3 An tồn thơng tin 31 1.3.1.4 Tính cước 31 1.3.1.5 Hỗ trợ chuyển vùng 31 1.3.1.6 Phối hợp hoạt động với mạng khác 32 1.3.1.7 Mơ hình điều khiển dịch vụ Error! Bookmark not defined 1.3.1.8 Cấu trúc phân lớp Error! Bookmark not defined 1.3.2 Mô tả mối quan hệ thực thể chức IMS Error! Bookmark not defined 1.3.2.1 Các thực thể thực chức điều khiển phiên gọi (CSCF)Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 1.3.2.2 Cơ sở liệu Error! Bookmark not defined Các chức dịch vụ Error! Bookmark not defined 1.3.2.3 Các chức hoạt động liên mạng Error! Bookmark not defined 1.3.3 Các điểm tham chiếu IMS Error! Bookmark not defined 1.3.3.1 Điểm tham chiếu Gm (Điểm tham chiếu P- CSCF với UE)Error! Bookmark not defined 1.3.3.2 Điểm tham chiếu Mw (giữa CSCF với CSCF khác) Error! Bookmark not defined 1.3.3.3 Điểm tham chiếu điều khiển dịch vụ IMS (ISC) Error! Bookmark not defined 1.3.3.4 Điểm tham chiếu Cx Error! Bookmark not defined 1.3.3.5 Điểm tham chiếu Dx Error! Bookmark not defined 1.3.3.6 Điểm tham chiếu Sh Error! Bookmark not defined 1.3.3.7 Điểm tham chiếu Si Error! Bookmark not defined 1.3.3.8 Điểm tham chiếu Dh Error! Bookmark not defined 1.3.3.9 Điểm tham chiếu Mm Error! Bookmark not defined 1.3.3.10 Điểm tham chiếu Mg Error! Bookmark not defined 1.3.3.11 Điểm tham chiếu Mi Error! Bookmark not defined 1.3.3.12 Điểm tham chiếu Mj Error! Bookmark not defined 1.3.3.13 Điểm tham chiếu Mk Error! Bookmark not defined 1.3.3.14 Điểm tham chiếu Mn Error! Bookmark not defined 1.3.3.15 Điểm tham chiếu Ut Error! Bookmark not defined 1.3.3.16 Điểm tham chiếu Mr Error! Bookmark not defined 1.3.3.17 Điểm tham chiếu Mp Error! Bookmark not defined 1.3.3.18 Điểm tham chiếu Go Error! Bookmark not defined 1.3.3.10 Điểm tham chiếu Gq Error! Bookmark not defined Chƣơng MỘT SỐ CHỨC NĂNG IMS TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Error! Bookmark not defined 2.1 ĐĂNG KÝ, NHẬN THỰC VÀ TÍNH CƢỚC (AAA) TRONG IMSError! Bookmark not defined 2.1.1 Đăng ký Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nhận thực Error! Bookmark not defined 2.2 BẢO MẬT TRONG IMS Error! Bookmark not defined 2.2.1 Bảo mật cho truy nhập Error! Bookmark not defined 2.2.2 Bảo mật mạng Error! Bookmark not defined 2.2.3 Một số khái niệm chi tiết liên quan đến bảo mật Error! Bookmark not defined 2.3 QUẢN LÝ PHIÊN TRUYỀN DẪN TRONG IMS Error! Bookmark not defined 2.4.1 Quản lý phiên truyền dẫn Error! Bookmark not defined 2.4.2 Các nhận dạng chủ gọi bị gọi Error! Bookmark not defined 2.4.3 Định tuyến Error! Bookmark not defined 2.4.4 Nén thông tin Error! Bookmark not defined 2.4.5 Dàn xếp phương tiện truyền thông Error! Bookmark not defined 2.4.6 Dự trữ tài nguyên – Resource Reservation Error! Bookmark not defined 2.4.7 Điều khiển phương tiện truyền thông Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 2.4.8 Sự trao đổi thông tin liên quan đến tính cước cho phiên Error! Bookmark not defined 2.4.9 Ví dụ số trường hợp Đối với tính cước offline Error! Bookmark not defined 2.4.10 Giải phóng phiên Error! Bookmark not defined Chƣơng 3: CÁC DỊCH VỤ TRIỂN KHAI TRÊN NỀN IMS Error! Bookmark not defined 3.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG IMS Error! Bookmark not defined 3.1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 3.1.2 Reservation đầu cuối Error! Bookmark not defined 3.1.3 Sự trao quyền Mạng Error! Bookmark not defined 3.1.4 QoS mạng Error! Bookmark not defined 3.2 DỊCH VỤ HIỂN THỊ Error! Bookmark not defined 3.2.1 Cấu trúc hệ thống liên quan đến dịch vụ hiển thị IMS Error! Bookmark not defined 3.2.2 Sự đăng ký Watcher Error! Bookmark not defined 3.2.3 Sự công bố hiển thị Error! Bookmark not defined 3.3 DỊCH VỤ NHẮN TIN Error! Bookmark not defined 3.3.1 Nhắn tin tức thời Pager-mode IMS Error! Bookmark not defined 3.3.2 Nhắn tin tức thời Session-base IMS Error! Bookmark not defined 3.4 Dịch vụ Push to talk Error! Bookmark not defined 3.4.1 URI-list Services (Danh sách dịch vụ URI) Error! Bookmark not defined 3.4.2 Multiple REFER Error! Bookmark not defined 3.5 CẤU TRÖC MẠNG DỊCH VỤ TRONG POC IMS ( POC: Push to talk over the Cellular service-Dịch vụ đàm thoại Cell) Error! Bookmark not defined 3.5.1 Khái Quát Error! Bookmark not defined 3.5.2 Sự đăng ký PoC Error! Bookmark not defined 3.5.3 Các vai trò PoC Server Error! Bookmark not defined 3.5.4 Các loại phiên PoC Error! Bookmark not defined 3.6 DỊCH VỤ HỘI NGHỊ Error! Bookmark not defined 3.6.1 Cấu trúc Error! Bookmark not defined 3.6.2 Trạng thái hội nghị Error! Bookmark not defined 3.6.3 Ví dụ Error! Bookmark not defined 3.7 DỊCH VỤ QUẢN LÝ NHÓM Error! Bookmark not defined 3.7.1 Khái niệm Dịch vụ Quản lý nhóm Error! Bookmark not defined 3.7.2 Resource List (Danh sách tài nguyên) Error! Bookmark not defined 3.7.3 Quản lý tài liệu XML PoC Error! Bookmark not defined Chƣơng 4: SẢN PHẨM, THIẾT BỊ VÀ GIẢI PHÁP IMS DI ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HÃNG TRÊN THẾ GIỚI Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 4.1 HÃNG HUAWEI Error! Bookmark not defined 4.1.1 Giải pháp Error! Bookmark not defined 4.1.2 Thiết bị Error! Bookmark not defined 4.1.3 Dịch vụ Error! Bookmark not defined 4.2 HÃNG ERICSSON Error! Bookmark not defined 4.2.1 Giải pháp Error! Bookmark not defined 4.2.2 Thiết bị Error! Bookmark not defined 4.2.3 Dịch vụ Error! Bookmark not defined 4.3 HÃNG ALCATEL – LUCENT Error! Bookmark not defined 4.3.1 Giải pháp Error! Bookmark not defined 4.3.2 Thiết bị Error! Bookmark not defined 4.3.3 Dịch vụ Error! Bookmark not defined 4.3.3.1 Dịch vụ hiển thị quản lý danh sách liên lạc Error! Bookmark not defined 4.3.3.2 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 4.3.3.3 Mơ hình số liệu hiển thị (Presence Data Model) Error! Bookmark not defined 4.3.3.4 Dịch vụ Push to Talk/View/Share Error! Bookmark not defined 4.3.3.5 Dịch vụ nhắn tin tức thời Error! Bookmark not defined 4.4 NHẬN XÉT, SO SÁNH VỀ GIẢI PHÁP CỦA CÁC HÃNG Error! Bookmark not defined 4.5 PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG MẠNG DI ĐỘNG CỦA VNPT VÀ CÁC KHUYẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 BẢNG THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt 3GPP Tiếng Anh Tiếng Việt 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác mạng viễn thông hệ thứ A AAA Authentication, Accounting AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM ACA Accounting Answer Trả lời việc toán ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy nhập Footer Page of 237 Authorization and Nhận thực, trao quyền toán Header Page of 237 ACP Subsciption Authorization Policy Chính sách trao quyền thuê bao ACR Accounting Request Yêu cầu toán ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AKA Authentication and Key Agreement Sự nhận thực thoả thuận khoá nhận thực API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng ARPU Average Revenue Per Unit / User Lợi nhuận trung bình thuê bao AS Application Server Máy chủ ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn bất đối xứng AUC Authentication Centre Trung tâm nhận thực AUTN Authentication token Thẻ nhận thực AV Authentication Vector Vector nhận thực AVP Audio Video Profile B BCF Bearer Charging Function Chức tính cước Bearer BGCF Breakout Gateway Control Function Chức điều khiển cổng vào Breakout BICC Bearer Independent Call Control Điều khiển gọi độc lập với kênh mang BTS Base Transceiver Station Trạm gốc C CAMEL Customized Applications for Mobile Những lập luận để nâng cao tính di network Enhanced Logic động ứng dụng cho khách hàng CAP CAMEL Application Part Phần ứng dụng CAMEL CGF Charging Gateway Function Chức cổng tính cước COPS Common Open Policy Service Dịch vụ sách mở CCA Credit-Control-Answer Trả lời việc đối chứng tín dụng CCF Charging Collection Function Chức thu thập thông tin cước CCR Credit-Control-Request Yêu cầu đối chứng tín dụng CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã Footer Page of 237 Header Page of 237 CDF Charging Data Function Chức liệu tính cước Charging Data Record Bản ghi liệu tính cước Call Data Record Bản ghi liệu gọi CK Ciphering (Cipher) Key Khoá mật mã CLF Connectivity session Location and repos Vị trí phiên liên kết kho chức itory Function CPCP Conference Policy Control Protocol Giao thức điều khiển sách hội nghị CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh CSC Call Session Controller Bộ điều khiển phiên gọi CSCF Call Session Control Function Chức điều khiển phiên gọi CRF Charging Rule Function Chức luật tính cước CDR D DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hoá liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình máy chủ động DNS Domain Name System Hệ thống tên miền Differentiated Services Mã điểm dịch vụ khác biệt DSCP Codepoints E Chức tính cước dựa kiện ECF Event Charging Function EDGE Enhanced Evolution ENUM Telephone Number Mapping Service Sự đăng kí dịch vụ dùng ánh xạ số điện Registration thoại ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu Standards Institute ESP Encapsulating (Encapsulated) Security Tải bảo mật đóng gói Payload Data Rates for Global Mạng vô tuyến cải tiến giao diện vô tuyến GSM nhằm tăng tốc độ truyền số liệu F FTP Footer Page of 237 File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file Header Page 10 of 237 FMC Sự hội tụ di động cố định Fixed Mobile Convergence G GAMA Motorola’s Global Management Architecture Application Kiến trúc quản lý ứng dụng toàn cầu Motorola GCID GPRS Charging Identifier Nhận dạng tính cước GPRS GERAN GSM/Edge Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ Cổng vào GPRS GLMS Group List Management Server Máy chủ quản lý danh sách nhóm Điểm tham chiếu P- CSCF với UE Gm GPRS General Packet Radio Service GSM Global System Communications GUI Graphic User Interface for Dịch vụ vơ tuyến gói thơng thường Mobile Hệ thống thơng tin động tồn cầu Giao diện đồ hoạ người dùng H HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú HTTP Hypertext Transport Protocol Giao thức truyền tải siêu văn I Call Session Control tham vấn điều khiển phiên gọi I-CSCF InterrogatingFunction ICID IMS Charging Identifier Nhận dạng tính cước IMS ICP Internet Cache Protocol Giao thức ICP IETF Internet Engineering Task Force Nhóm làm việc liên quan đến giao thức Internet IEC Immediate Event Charging Tính cước dựa kiện trực tiếp IFS Intergrated Feature Server Máy chủ tích hợp đặc tính IK Integrity Key Khố Intergrity IKE Internet Key Exchange Trao đổi khoá Internet IM Instant Messaging Nhắn tin tức thời Footer Page 10 of 237 Header Page 20 of 237 Hình 4.3 Chi tiết thành phần nâng cấp từ PSTN->NGN->IMS Error! Bookmark not defined Hình 4.4 Mơ hình mạng IMS đầy đủ Huawei Error! Bookmark not defined Hình 4.5 Nâng cấp từ softswitch lên AGCF Error! Bookmark not defined Hình 4.6 Nâng cấp từ softswitch lên MGCF Error! Bookmark not defined Hình 4.7 Mơ hình dịch vụ VCC Error! Bookmark not defined Hình 4.8 Dich vụ Presence Error! Bookmark not defined Hình 4.9 Dịch vụ nhắn tin tích hợp Error! Bookmark not defined Hình 4.10 Sơ đồ tổng quan giải pháp IMS Ericsson Error! Bookmark not defined Hình 4.11 Vị trí HSS mạng Error! Bookmark not defined Hình 4.12 Cấu hình phân lớp IMS weShare Error! Bookmark not defined Hình 4.14 Lộ trình IMS Alcatel Lucent Error! Bookmark not defined Hình 4.15 Cấu hình mạng IMS – Alcatel-Lucent Error! Bookmark not defined Hình 4.16 Mơ hình cung cấp dịch vụ PoC Alcatel – LuccentError! Bookmark not defined Hình 4.17 Mô tả dịch vụ nhắn tin tức thời Alcatel – Luccent Error! Bookmark not defined Hình 4.18 Cấu hình tổng thể hệ thống mạng GPRS Vinaphone Error! Bookmark not defined Footer Page 20 of 237 Header Page 21 of 237 MỞ ĐẦU Với tư cách cấu trúc NGN chuẩn, IMS mục tiêu nhà khai thác viễn thông lớn hướng tới, nhằm tạo sở hạ tầng mạng đa dạng đủ mạnh để phát huy loại hình dịch vụ đa phương tiện Cấu trúc điều khiển dựa IMS tạo tảng cho việc triển khai hội tụ cố định di động (FMC) Khái niệm IMS bắt đầu việc chuẩn hóa cấu trúc mạng di động 3G phiên (Release 5) 3GPP Trong cấu trúc Release 5, phần mạng lõi xuất thêm phân hệ IMS tạo tảng dịch vụ với phần điều khiển dựa giao thức SIP Nền tảng dịch vụ cho phép cung cấp phiên truyền đa phương tiện cho mạng di động Việc chuẩn hóa cấu trúc IMS cho mạng cố định bắt đầu với Release TISPAN Trong cấu trúc TISPAN, với việc bổ xung thêm phân hệ điều khiển NASS RACS đảm bảo cho việc tích hợp với mạng cố định (PSTN mạng băng rộng cố định) có khả thực Chính vậy, nghiên cứu cấu trúc IMS có hai cách nhìn khác nhau: theo quan điểm mạng di động theo khía cạnh mạng cố định Trong khuôn khổ đề tài này, xin đưa hướng nghiêu cứu cấu trúc IMS theo cách nhìn từ phía mạng di động Bố cục đề tài xây dựng với nội dung sau: CHƢƠNG Vị trí, vai trò IMS hệ thống thông tin di động cho NGN CHƢƠNG Một số chức IMS hệ thống thông tin di động CHƢƠNG Các dịch vụ triển khai IMS di động CHƢƠNG Phân tích, đánh giá thiết bị, giải pháp IMS số nhà khai thác giới việt Nam VNPT Một số khuyến nghị Footer Page 21 of 237 Header Page 22 of 237 Chƣơng VỊ TRÍ,VAI TRÕ CỦA IMS HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG CHO NGN TRONG Giới thiệu chung Trong mạng thông tin di động, hệ thống hệ (1G) giới thiệu triển khai từ thập niên 80 Các mạng hỗ trợ dịch vụ cho thuê bao, chủ yếu dịch vụ thoại dịch vụ có liên quan tới thoại Các hệ thống hệ (2G) từ năm 1990 hỗ trợ thuê bao số dịch vụ truyền số liệu nhiều dịch vụ bổ sung khác Thế hệ 3G cho phép truyền tốc độ số liệu nhanh với nhiều dịch vụ đa phương tiện khác Trong mạng hệ (NGN) có nhiều ứng dụng tiện ích thực thể ngang hàng, chúng giúp chia sẻ thông tin dễ dàng nhờ: trình duyệt chia sẻ, chia sẻ kinh nghiệm game, chia sẻ phiên vô tuyến đường (ví dụ như: Push to Talk over Cellular) Khái niệm kết nối định nghĩa lại Sự quay số đàm thoại xem phần nhỏ tính mà mạng hỗ trợ Khả thiết lập kết nối ngang hàng thiết bị có giao thức Internet (IP) vấn đề mấu chốt Mơ hình phương tiện thông tin tiến xa so với khả dịch vụ điện thoại trước (POTS) Mạng điện thoại hỗ trợ tác vụ then chốt cho thiết lập kết nối Bằng việc quay số ngang hàng, mạng thiết lập kết nối đầu cuối qua mạng IP Khả kết nối IP sử dụng môi trường hỗ trợ dịch vụ đơn độc phân tán mạng Internet; hệ thống đóng này, cạnh tranh dựa Footer Page 22 of 237 Header Page 23 of 237 tảng thuê bao Ở hệ thống này, thuê bao giới hạn dịch vụ hỗ trợ hệ thống Vì vậy, hệ thống IMS cho phép ứng dụng thiết bị hỗ trợ IP thiết lập kết nối ngang hàng (peer-to-peer) nội dung ngang hàng (peerto-content) dễ dàng an toàn Vậy IMS định nghĩa cấu trúc điều khiển gọi độc lập với hệ thống truy nhập; cấu trúc điều khiển dịch vụ kết nối dựa IP hỗ trợ cho thuê bao dịch vụ đa phương tiện khác thông qua việc sử dụng giao thức Internet thông thường [3] Sự tích hợp dịch vụ thoại số liệu làm tăng hiệu triển khai ứng dụng dịch vụ hiển thị, “chat” đa phương tiện, push to talk (ấn nút nói) thơng tin điểm-điểm, điểm-đa điểm đơn cơng videoconfrencing (hội nghị truyền hình) Để hiểu rõ vai trò, nhiệm vụ IMS di động hệ NGN, sau chương I luận văn đề cập tới số nét chung về: - Lịch sử IMS - Vị trí-vai trò - nhiệm vụ IMS thông tin di động hệ NGN - Kiến trúc IMS theo tiêu chuẩn 3GPP 1.1 NGUỒN GỐC KHÁI NIỆM IMS Môi trường thông tin hội tụ di động cố định với giải pháp IMS hỗ trợ việc kiểm soát phiên truyền dẫn miền PS (chuyển mạch gói), đồng thời mang tới cho PS chức miền chuyển mạch kênh (CS) IMS công nghệ chủ chốt sử dụng cho hội tụ mạng (FMC) NGN khái quát (Hình 1.1) Footer Page 23 of 237 Header Page 24 of 237 Hình 1.1 IMS mạng hội tụ [3] 1.1.1 Từ GSM tới 3GPP Release (phiên 7) Viện Nghiên cứu Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống thông tin di động GSM từ năm 80 90 ETSI định nghĩa cấu trúc mạng GPRS Chuẩn GSM cuối ban hành vào năm 1998 năm 3GPP hình thành tổ chức tiêu chuẩn từ châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ Trung Quốc để chuẩn hóa cấu trúc hệ thống 3G dựa cơng nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng WCDMA, công nghệ truy nhập vô tuyến đa truy nhập phân chia theo thời gian/ mã (TD-CDMA) mạng lõi GSM, tiêu kỹ thuật ban hành phiên Release 99 3GPP Trong Release 99, công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA cải tiến hệ thống 3G xây dựng dựa sở GSM Ngồi WCDMA, phân hệ truy nhập vơ tuyến UMTS (UTRAN) sử dụng giao diện Iu với hai khác biệt so với giao diện A Gb Trước tiên chuyển đổi mã thoại cho Iu thực mạng lõi, GSM công việc thực Trạm gốc (BTS) Thứ hai, mã hoá bảo mật quản lý tính di động mức cell giao diện Iu thực Bộ điều Khiển mạng Vô tuyến (RNC), GSM chức thực SGSN Cách kiến tạo dịch vụ thực dựa Kiến trúc dịch vụ mở (OSA) Về mặt dịch vụ, mục tiêu ngừng chuẩn hoá dịch vụ tập trung vào khả phục vụ dịch vụ, công cụ (CAMEL, ứng dụng SIM OSA) Footer Page 24 of 237 Header Page 25 of 237 Hình 1.2 Vai trò IMS mạng chuyển mạch gói [3] IMS giới thiệu Release 3GPP IMS giả định cấu trúc chuẩn hố truy nhập khơng giới hạn IP Cấu trúc IMS hỗ trợ việc thiết lập thông tin ngang hàng IP với tất khách hàng phù hợp với chất lượng dịch vụ yêu cầu Đồng thời với việc sử dụng tính quản lý phiên, cấu trúc IMS hỗ trợ chức cần thiết khác để đảm bảo hỗ trợ dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, tính cước, kiểm sốt kênh mang, chuyển vùng) Với tính đó, IMS phần tử trung tâm mạng lõi IP (Hình 1.2) Việc tối ưu mơi trường thơng tin di động thiết kế dựa nhận thực phân quyền thuê bao theo số nhận dạng di động, dựa quy luật giao diện thuê bao với mạng để thực nén tin SIP chế kiểm sốt sách bảo mật Ngồi ra, khía cạnh quan trọng theo quan điểm nhà khai thác xác định phát triển kiến trúc hệ thống tính cước, sách tính cước điều khiển dịch vụ 1.1.2 Cấu trúc IMS đƣợc định nghĩa Release 3GPP Cấu trúc IMS cho Hình 1.3: Footer Page 25 of 237 Header Page 26 of 237 Hình 1.3 Cấu trúc phần tử chức IMS [3GG] Các thực thể chức IMS thể hình vẽ bao gồm:  Thực thể Chức điều kiển gọi ủy quyền - Proxy-Call State Control Function (P-CSCF): Đây điểm truy nhập IMS Thực thể nằm mạng với GGSN Chức thực thể chọn ICSCF phù hợp mạng thường trú thuê bao Ngồi ra, thực số tính nội (vd: đọc số nhận thuê bao, xác định sách QoS )  CSCF tham vấn - Interrogating-CSCF (I-CSCF): Đây phần tử chức cổng giao tiếp IMS mạng thường trú Phần tử có chức chọn S-CSCF phù hợp để phục vụ cho thuê bao (chức thực với trợ giúp HSS)  SCSCF phục vụ - Serving-CSCF (S-CSCF): Phần từ thực việc xử lý phiên truyền dẫn: xử lý yêu cầu SIP, thực công việc phù hợp (như: yêu cầu mạng thường trú tạm trú thiết lập kênh mang) chuyển tiếp yêu cầu tới S-CSCF / mạng IP bên thuê bao đầu bên (khi cần) Một S-CSCF cung cấp số dịch vụ định  Các thực thể chức liên mạng khơng thể Hình 1.3 Các thực thể chuẩn hóa để thực chức kết nối IMS với mạng truyền thống (PSTN, GSM, GSM+GPRS, UMTS….) bao gồm thực thể như: BGCF, IMS-MGW Lưu ý: từ phiên Release trở đi, chức HLR gọi "HSS" (Home Subscriber Server) để thể sở liệu không chứa số liệu liên quan đến vị trí mà chứa số liệu đăng ký như: danh sách dịch vụ sử dụng thuê bao tham số liên quan khác Trình tự làm việc hệ thống mạng lõi có IMS: Đầu tiên, thiết lập kênh mang miền PS (ngữ cảnh PDP mạng GPRS) để sử dụng truyền tải báo hiệu IMS UE S-CSCF Sau thỏa thuận, kênh mang miền PS khác thiết lập UE đầu cuối tham gia thông tin để truyền tải số liệu tạo ứng dụng IMS 1.1.3 Các vấn đề liên quan đến mã hóa dịch vụ hội thoại Trong IMS, có tính thực nhằm đảm bảo dịch vụ hội thoại đa phương tiện cung cấp miền PS Tính định nghĩa chuyển mã cần thiết phần tử sử dụng dịch vụ hội thoại đa phương tiện di động PS Tiêu chuẩn TS 26.235 chứa mã hóa mặc định sử dụng cho ứng dụng đa phương tiện hội thoại PS hệ thống IMS Việc thơng tin âm hình ảnh chuẩn hóa Các ứng dụng đề suất ứng dụng yêu cầu trễ thấp tính thời gian thực Footer Page 26 of 237 Header Page 27 of 237 Tiêu chuẩn TS 26.236 chứa giao thức yêu cầu 3GPP sử dụng dịch vụ đa phương tiện hội thoại PS dựa IMS IMS phân hệ chứa dịch vụ đa phương tiện hội thoại IP; cấu trúc dịch vụ này, thủ tục xử lý tính phương tiện thủ tục điều khiển gọi định nghĩa tiêu chuẩn TS 24.229, dựa giao thức SIP (được 3GPP chấp thuận sử dụng) Từng loại phương tiện mã hóa độc lập đóng gói gói Giao thức thời gian thực- Real Time Protocol (RTP) phù hợp Sau đó, gói truyền từ đầu cuối đến đầu cuối gói UDP kết nối IP thời gian thực thỏa thuận thực đầu cuối thời gian phiên truyền SIP (thủ tục định nghĩa tiêu chuẩn TS 24.229) Các UE hoạt động IMS cần hỗ trợ mã hóa/ giải mã thực chức đóng/mở gói Các chức logic liên quan đến luồng lưu lượng xử lý lớp phiên SIP việc đồng phương tiện thiết bị thu đuợc thực nhờ sử dụng nhãn thời gian RTP 1.2 VỊ TRÍ- VAI TRÕ IMS TRONG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI 1.2.1 Cấu trúc chức mạng NGN di động Cấu trúc mạng NGN-mobile xây dựng dựa hai nguyên tắc bản:  Hội tụ thoại liệu: sử dụng công nghệ, mạng cho hai dịch vụ thoại liệu  Phân tách lớp: tách chức chuyển mạch chức xử lý gọi Trong phần này, phân tích mơ hình chức mạng NGN-Mobile Trong đó, phần tử chức phần tử vật lý, tích hợp bên phần tử vật lý phân bố số phần tử vật lý Về mơ hình chức mạng NGN- Mobile cho Hình 1.4 Trong mơ hình này, mạng NGN- Mobile chia thành phân lớp bản: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp điều khiển lớp ứng dụng Mỗi phân lớp có chứa số phần tử chức như: máy chủ gọi (Call Sever, MSC Server) hay gọi Chuyển mạch mềm (SoftSwitch), Cổng truy nhập (Media Gateway), Cổng báo hiệu (Signalling Gateway) Máy chủ dịch vụ (Feature Server) Footer Page 27 of 237 Header Page 28 of 237 Hình 1.4 Cấu trúc phân lớp mạng NGN- Mobile [1] 1.2.2 Các chức IMS hệ thống NGN di động [5] Cấu trúc NGN di động đựa phiên 3GPP R4 với việc sử dụng phần tử điều khiển gọi Call server Softswitch lớp điều khiển gọi thể Hình 1.4 Khi phiên IMS (ứng với 3GPP R5) triển khai cấu trúc Về phần tử chức (CSCF) IMS thực việc xử lý gọi lớp điều khiển Ngoài ra, IMS có số phần tử chức khác hỗ trợ kết nối với hệ thống mạng có hệ thống IMS khác Lớp chuyển tải tận dụng cấu trúc mạng cũ (như phần tử SGSN/GGSN) Bên cạnh đó, máy chủ ứng dụng SIP (thuộc lớp ứng dụng) thành phần thiếu cấu trúc hệ thống IMS Như vậy, IMS đem đến thay đổi cấu trúc mạng cũ chủ yếu lớp điều khiển lớp ứng dụng Các chức IMS lớp điều khiển lớp ứng dụng cấu trúc IMS bao gồm:  Điều phối quản lý phiên Multimedia: IMS sử dụng giao thức SIP để điều phối quản lý phiên multimedia IMS chất mạng SIP di động thiết kế để hỗ trợ chức này, IMS hỗ trợ định tuyến, định vị mạng, chức đánh địa Khác với miền chuyển mạch kênh CS miền chuyển mạch gói PS, miền IMS cho phép thiết lập loại phiên media (ví dụ, voice, video, text, ) Nó cho phép tạo dịch vụ kết hợp dịch vụ từ miền CS miền PS phiên, hiệu chỉnh phiên cách mềm dẻo linh hoạt, ví dụ thêm tính video vào phiên thoại có Footer Page 28 of 237 Header Page 29 of 237  Quản lý phiên truyền dẫn di động: Cấu trúc IMS cho phép hỗ trợ dịch vụ truyền thông IP di động thơng qua khả IMS tìm user khác mạng sau thiết lập phiên thơng tin với user Các phần tử quan trọng IMS cho phép quản lý di động CSCF (Call Session Control Function) HSS (Home Subscriber Server) HSS giữ toàn liệu thuê bao cho phép user (hoặc server) tìm liên lạc với user đầu cuối khác CSCF proxy, hỗ trợ việc thiết lập quản lý phiên chuyển tiếp tin mạng IMS  Chất lƣợng dịch vụ: IMS cung cấp giải pháp hiệu chuẩn hoá cho nhà khai thác muốn triển khai dịch vụ di động IP thời gian thực không lãng phí tài nguyên truyền dẫn đảm bảo hài lòng khách hàng dịch vụ Trong mạng IP thông thường, truyền tải IP luôn cố gắng tối đa để đảm bảo băng thông dịch vụ yêu cầu, người ta thường gọi “best-effort”, nhiên, thực tế khơng có đảm bảo tuyệt đối Chức đảm bảo QoS “thông minh” mạng IP di động chuẩn hoá cho IMS biết tên gọi PDF (Policy Decision Function) PDF điều khiển tương tác với mạng chuyển mạch gói IP (thông qua giao diện Go với GGSN)  Thực thi, điều khiển tƣơng tác dịch vụ: Trong miền CS PS, việc thực thi dịch vụ điều khiển ứng dụng phức tạp, làm giảm tính suốt tổng thể dịch vụ IMS khắc phục vấn đề cách : Khi người sử dụng đăng ký vào mạng IMS nhà khai thác mạng di động (MNO), hồ sơ phục vụ thuê bao SSP (Subscriber Service Profile) CSCF tải từ HSS SSP chứa số lượng lớn thông tin liên quan đến dịch vụ người sử dụng đầu cuối cho phép CSCF thực hiện: - Xác định dịch vụ cần thực thi, dựa vào việc lọc tham số từ SSP - Quyết định thứ tự có nhiều dịch vụ thực thi (nếu có) - Quyết định địa nhiều server ứng dụng thực thi dịch vụ người sử dụng đầu cuối yêu cầu - Thông báo cho server ứng dụng thứ tự dịch vụ thực thi trường hợp có nhiều dịch vụ cần thực server ứng dụng Cho phép MNO sử dụng IMS platform sở hạ tầng tái sử dụng cách cho phép chúng điều khiển quản lý cách hiệu trình lọc, thực thi tương tác dịch vụ  Kết nối với bên thứ ba: IMS cung cấp kiến trúc chuẩn cho phép triển khai dịch vụ IP tiên tiến Nhiều loại dịch vụ IMS phát triển cách độc lập thời điểm sử dụng tính chung kiến trúc IMS Khả cho Footer Page 29 of 237 Header Page 30 of 237 phép linh hoạt việc tích hợp dịch vụ hoạt động liên mạng bao gồm chức roaming tự động 1.3 CẤU TRÖC IMS THEO TIÊU CHUẨN 3GPP [12] 1.3.1 Kết nối IP Yêu cầu cấu trúc IMS thiết bị phải hỗ trợ kết nối IP để truy nhập hệ thống Các ứng dụng ngang hàng yêu cầu kết nối đầu cuối (end to end) Mà kết nối dễ dàng đạt với IP phiên (IPv6) trở lên Vì thế, 3GPP quan tâm, nghiên cứu vấn đề IMS hỗ trợ IPv6 [3GPP TS 23.221] Tuy nhiên, hệ thống IMS triển khai thời gian đầu sử dụng IPv4 3GPP đưa yêu cầu phiên IP sử dụng IMS báo cáo [3GPP TR 23.981] Kết nối IP đạt từ mạng thường trú mạng tạm trú Trên Hình 1.5 phần bên trái thể trường hợp thiết bị thuê bao (UE) cấp địa IP từ mạng tạm trú Trong mạng UMTS, phân hệ truy nhập vô tuyến (RAN), Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) nằm mạng tạm trú thuê bao chuyển vùng (roamming) đến mạng Phần bên phải thể trường hợp UE cấp địa IP từ mạng thường trú Trong mạng UMTS, RAN SGSN nằm mạng tạm trú Như vậy, cần lưu ý thuê bao chuyển vùng thực kết nối IP với mạng thường trú Điều cho phép thuê bao sử dụng dịch vụ IMS họ chuyển vùng nơi mạng IMS hỗ trợ kết nối IP Về lý thuyết triển khai mạng IMS vùng đơn lẻ dùng việc chuyển vùng GPRS để kết nối khách hàng tới mạng thường trú Footer Page 30 of 237 Header Page 31 of 237 Hình 1.5 Các tùy chọn kết nối IMS thuê bao chuyển mạng (roamming).[3] 1.3.1.1 Vấn đề chất lƣợng dịch vụ dịch vụ đa phƣơng tiện IP Mạng Internet cơng cộng thường có trễ lớn trễ biến thiên, nhiều gói truyền tới khơng thứ tự số gói bị bị loại bỏ Những vấn đề không xảy với IMS UE thỏa thuận tính hoạt động thông báo yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS thiết lập phiên SIP thủ tục sửa đổi phiên UE thỏa thuận thông số như:  Loại phương tiện thông tin, hướng lưu lượng thông tin  Tốc độ bit tương ứng, kích thước gói, tần suất truyền tải gói  Cách dùng tải RTP cho loại phương tiện thông tin  Thỏa thuận băng tần 1.3.1.2 Điều khiển sách IP bảo đảm sử dụng tài nguyên Điều khiển sách IP khả trao quyền điều khiển cách dùng lưu lượng kênh mang IMS dựa thông số báo hiệu phiên IMS Điều yêu cầu tương tác mạng truy cập kết nối IP IMS Sự tương tác chia thành loại [3GPP TS 23.228]:  Phần tử chức điều khiển sách có khả thẩm tra giá trị thỏa thuận báo hiệu SIP Những giá trị dùng kích hoạt kênh mang lưu lượng truyền thông Điều cho phép nhà khai thác kiểm tra việc sử dụng hợp lệ tài nguyên kênh mang (ví dụ địa nguồn địa đích IP băng tần kênh mang phải giống tham số sử dụng thiết lập phiên SIP)  Phần tử chức điều khiển sách thực lưu lượng truyền thông điểm kết cuối phiên SIP bắt đầu kết thúc Điều làm giúp ngăn chặn việc sử dụng kênh mang thiết lập phiên hoàn thành, cho phép lưu lượng thông tin bắt đầu kết thúc đồng với bắt đầu kết thúc tính cước cho phiên IMS  Phần tử chức điều khiển sách nhận thông báo dịch vụ mạng truy cập kết nối IP bị thay đổi, bị treo giải phóng kênh mang thuê bao phiên truyền dẫn 1.3.1.3 An tồn thơng tin Bảo mật yêu cầu hệ thống thông tin viễn thơng khơng ngoại trừ IMS IMS có chế nhận thực chế cấp phép UE mạng IMS thủ tục Footer Page 31 of 237 Header Page 32 of 237 truy cập mạng (như mạng GPRS) Ngồi ra, tính qn tùy chọn bảo mật tin SIP hỗ trợ UE mạng IMS thực thể mạng IMS mạng lõi (ví dụ: RAN GPRS) 1.3.1.4 Tính cƣớc Cấu trúc IMS cho phép chế độ tính cước khác sử dụng Bao gồm khả tính cước với phần bên chủ gọi tính cước cho bên bị gọi bên chủ gọi dựa tài nguyên sử dụng lớp truyền tải Trường hợp đầu, bên chủ gọi tính cước hồn tồn phiên IMS; tính hỗ trợ việc sử dụng điểm tham chiếu điều khiển sách 1.3.1.5 Hỗ trợ chuyển vùng Chế độ chuyển vùng IMS liên quan tới cấu hình mạng, mạng tạm trú hỗ trợ kết nối IP (ví dụ RAN, SGSN, GGSN) điểm vào IMS (ví dụ P-CSCF) mạng thường trú hỗ trợ chức lại IMS Lợi chế độ chuyển vùng so với chế độ chuyển vùng GPRS tối ưu tài nguyên mặt phẳng thuê bao Chuyển vùng miền IMS miền CS CN liên quan tới chuyển vùng nội miền IMS CS Khi thuê bao không đăng ký hay khơng thể phục vụ miền phiên truyền dẫn định tuyến tới miền khác Hình 1.6 trường hợp chuyển vùng IMS/CS khác Footer Page 32 of 237 Header Page 33 of 237 Hình 1.6 Chuyển vùng luân phiên IMS/CS [3] 1.3.1.6 Phối hợp hoạt động với mạng khác Để trở thành cấu trúc cơng nghệ mạng thơng tin thành cơng, IMS cần có khả kết nối với nhiều thuê bao Do đó, IMS hỗ trợ thuê bao PSTN, ISDN, thuê bao di động th bao Internet Ngồi ra, có khả hỗ trợ phiên với ứng dụng Internet phát triển bên tổ chức 3GPP [3GPP TS 22.228] TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tập Đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam, nhiệm vụ “NGN di động”, 2006 [2] Tập Đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam, Đề tài mã số 032-2005-TCT-RDS-VT 67 “Quy hoạch tổng thể mạng NGN-VNPT giai đoạn 2006-2010”, 2007 [3] The IMS: IP Multimedia Concepts andServices, Second Edition –John Wiley & Sons, © 2006 Ltd ISBN: 0-470-01906-9 [4] ITU-T Recommendation Y.2021, “IMS for Next Generation Network”, 2006 [5] ITU-T Recommendation Y.2011, “General principles and general reference model for Next Generation Network ”, 2004 [7] ITU-T Recommendation Y.2001, “General overview of NGN”, 2004 [7] ITU-T Recommendation Q.FMC-IMS, “Fixed Mobile Convergence with a common IMS section control domain”, 2007 [8] ITU-T Recommendation requirement”, 2004 Q.1762, “Fixed Mobile Convergence- General [9] 3GPP TR 23.979, “3GPP enablers for Open Mobile Alliance Push to Talk Over Cellular services”, 2005 [10] 3GPP TS 24.147, “Conferencing using the IP Multimedia Core Network Subsystem – Stages 3”, 2005 [11] 3GPP TS 24.247, “Conferencing using the IP Multimedia Core Network Subsystem – Stages 3”, 2005 [12] 3GPP TS 23.228, “IP Multimdia Subsystem – Stage 2”, 2005 Footer Page 33 of 237 Header Page 34 of 237 [13] 3GPP TS 32.240, “Telecommunication management; Charging management; Charging architecture and principles.,3rd Generation Partnership Project (3GPP)”, 2005 [14] 3GPP TS 33.102, “3G security; Security architecture”, 2003 [15] 3GPP TS 33.120, “Security objectives and principles”, 2001 [16] 3GPP TS 29.208, “End-to-end Quality of Service (QoS) signaling flows” [17] 3GPP TS 23.218, “IP Multimedia (IM) session handling; IM call model; Stage 2”, 2005 [18] 3GPP TS 33.102, “3G security; Security architecture”, 2003 [19] Open Mobile Alliance, “Push to Talk Over Cellular Version 1.0 – Architecture”, 2005 [20] Open Mobile Alliance, “Push to Talk Over Cellular Version 1.0 - Control Plane Specification”, 2005 [21] Open Mobile Alliance, “Push to Talk Over Cellular Version 1.0 – Requirements”, 2005 [22] Open Mobile Alliance, “Push to Talk Over Cellular Version 1.0 - User Plane Version, 2005 [23] Open Mobile Alliance, “Push to Talk Over Cellular Version 1.0 - XDM Specification”, 2005 [24] Andrey Gramc, Alei Subrie et al.IMSS;An economic and technological evolution Ikratel.8/2009 [25] Gilles.Bertraid the IPMultimedia Subsystem in the next generation Network GET/ENST Bretagmr.6/2007 [26] May Barachi-Roch Glitho Rachida Dssvuli Charging for multi grad services in the IP- Multimedia Subsysytems IEEE Computer s ociety 2008 Footer Page 34 of 237 ... VAI TRÕ IMS TRONG THƠNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI 1.2.1 Cấu trúc chức mạng NGN di động Cấu trúc mạng NGN-mobile xây dựng dựa hai nguyên tắc bản:  Hội tụ thoại liệu: sử dụng công nghệ, mạng cho... di động: Cấu trúc IMS cho phép hỗ trợ dịch vụ truyền thông IP di động thông qua khả IMS tìm user khác mạng sau thiết lập phiên thơng tin với user Các phần tử quan trọng IMS cho phép quản lý di. .. trí-vai trò - nhiệm vụ IMS thông tin di động hệ NGN - Kiến trúc IMS theo tiêu chuẩn 3GPP 1.1 NGUỒN GỐC KHÁI NIỆM IMS Môi trường thông tin hội tụ di động cố định với giải pháp IMS hỗ trợ việc kiểm