BÁO HIỆU TRONG IMS

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

KHOA:ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔ NG

BÁO CÁO CHUYỂN MẠCH & BÁO HIỆU

ĐỀ TÀI:

BÁO HIỆU TRONG IMS

GVHD : TH.S LẠI NGUYỄN DUY NHÓM: 7

LỚP :

TP.HCM, 4-2018

Trang 2

Contents

Trang 3

1.Kiến trúc phân hệ IMS

1.1 Mô hình kiến trúc IMS

-Mục tiêu của kiến trúc IMS là cung cấp nhiều giá trị gia tăng hơn 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

-Một mạng IMS được định nghĩa trong một kiến trúc mặt phẳng ngang gồm 3 lớp chức năng:

Trang 4

+ Lớp đầu tiên là lớp mang:

Lớp này truyền tải dung lượng báo hiệu và các luồng

lưu lượng đa phương tiện Lớp này bao gồm các thiết

bị phần cứng như thiết bị chuyển PTIT 115 mạch, bộ

định tuyến và các thực thể xử lý phương tiện như cổng

đa phương tiện hay máy chủ phương tiện IMS đóng

vai trò như một lớp truy nhập không phụ thuộc mạng

để kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có

Trang 5

+ Lớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển:

Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu như CSCF, HSS, MGCF…để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phương tiện và chức năng điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H248 Lớp điều khiển là chức năng cốt lõi của IMS để truyền thông báo hiệu và các yêu cầu điều khiển tới các thành phần thiết bị trong phiên

Trang 6

+ Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp dịch vụ:

Lớp này bao gồm các Server ứng dụng như server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ mở kế thừa từ các hệ thống truyền thống IMS đưa ra các điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà, các thành phần của mạng báo hiệu được phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển

Trang 7

1.2 Các thành phần chức năng

1.2.1 Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)

- Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất

là một máy chủ SIP và đóng vai trò trung tâm của IMS CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong IMS

-Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác nhau:

+ CSCF uỷ quyền (ProxyCSCF: P-CSCF)

+ CSCF phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF)

+ CSCF tham vấn (Interrogating-CSCF: I-CSCF)

Trang 8

 CSCF đại diện (ủy quyền):

+ P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS Có nghĩa là tất cả lưu lượng báo hiệu SIP từ

UE sẽ được gửi tới P-CSCF

+ P-CSCF thực hiện các chức năng sau:

Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn CSCF) dựa trên tên miền do UE cung cấp

(I-Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục

vụ (S-CSCF)

Trang 9

 Tạo thông tin tính cước để gửi cho nút tính cước CCF

 Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết ảo mật giữa

UE và P-CSCF Chức năng này được cung cấp bởi giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật đóng gói ESP

 Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486]

Trang 10

 Chức năng kiểm tra phương tiện P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phương tiện hay codec Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tới UE

Trang 11

 Duy trì bộ định thời phiên Các bộ định thời phiên cho phép P-CSCF phát hiện và giải phóng tài nguyên do các phiên đang

bị treo chiếm dụng PTIT 118

 Tương tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) PDF chịu trách nhiệm triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP) Trong Release 5, PDF là một thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình

Trang 12

 CSCF truy vấn:

CSCF truy vấn (I-CSCF) là một SIP Proxy nằm tại biên giới của vùng quản lý Địa chỉ của các I-CSCF trong một miền sẽ đƣợc liệt kê trong các bản ghi DNS của miền đó

-I-CSCF thực hiện các chức năng sau:

 Liên lạc với HSS để thu được tên của S-CSCF đang phục

vụ khách hàng

 Đăng ký (gán) một S-CSCF dựa trên dung lượng nhận được từ HSS

Trang 13

 CSCF truy vấn:

 Tạo và gửi thông tin tính cước tới nút tính cước CCF

 Cung cấp chức năng che giấu I-CSCF có chứa một tính năng gọi là THIG – cổng liên mạng che giấu cấu hình THIG được sử dụng để che cấu hình và dung lượng của mạng từ phía bên ngoài mạng của nhà khai thác

Trang 14

-S-CSCF thực hiện các chức năng sau:

Điều khiển các yêu cầu đăng ký như một register S-CSCF nhận biết đƣợc địa chị IP của UE và P-CSCF nào đang được UE sử dụng như một điểm truy cập IMS

Nhận thực người dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA) giữa UE và mạng nhà

Trang 15

 Định tuyến lưu lượng đầu cuối di động tới P-CSCF và định tuyến lưu lượng khởi xướng từ di động tới I-CSCF, thực thể chức năng điều khiển cổng thoát BGCF) hay máy chủ ứng dụng (AS)

 Thực hiện chức năng điều khiển phiên S-CSCF có thể hoạt động giống như một máy chủ đại diện

Trang 16

 Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần

Trang 17

 Duy trì bộ đinh thời phiên Nó cho phép S-CSCF phát hiện và giải phóng các tài nguyện do các phiên đang chiếm dụng

 Tạo và gửi thông tin tính cước tới nút tính cước CCF để tính cước offline và tới hệ thống OCS để tính cước online

Trang 18

1.2.2 Cơ sở dữ liệu HSS/HLR:

- Về khía cạnh kỹ thuật, máy chủ thuê bao mạng nhà HSS là sự cải tiến từ HLR Trong IMS, HSS là trung tâm lưu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ liệu liên quan đến việc

xử lý các phiên đa phương tiện cho khách hàng đó

- Chức năng HLR được sử dụng để hỗ trợ cho các thực thể miền

PS như SGSN và GGSN Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền PS HLR cũng hỗ trợ cho các thực thể miền

CS như MSC hay các server MSC Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền CS và hỗ trợ roaming tới các mạng miền CS GSM/UMTS

Trang 19

1.2.3 Máy chủ ứng dụng(AS)

- AS ở đây được mô tả như một phần chức năng IMS do thực thể này cung cấp các dịch vụ đa phương tiện giá trị thặng dư trong IMS

- Chức năng chính của AS bao gồm:

• Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu được

• Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP

• Khả năng gửi thông tin thanh toán tới bộ phận tính cước

Trang 20

Trang 21

1.2.5 Thực thể chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF):

Nó thực hiện các chức năng sau:

•Điều khiển những phần của trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênh phương tiện trong một IMS-MGW

•Truyền thông với các thực thể CSCF, BGCF, và PSTN

• Quyết định trạm tiếp theo phụ thuộc vào số định tuyến cho những cuộc gọi vào từ các mạng truyền thống

Trang 22

Trang 23

1.2.6 Thực thể chức năng điều khiển cổng (BGCF):

BGCF chịu trách nhiệm lựa chọn lối thoát đến miền CS Quá trình này có thể lựa chọn ra lối thoát trong chính mạng cấp phát BGCF hoặc lối thoát tới mạng khác

Trang 24

1.3 Các giao thức trong IMS

Khi phát triển IMS, 3GPP thực hiện phân tích các nội dung ETSI

đã thực hiện khi chuẩn hóa các giao thức cho GSM để thiết kế bổ sung các giao thức cho IMS Phần lớn các giao thức báo hiệu và điều khiển trong IMS đều mang tính kế thừa và đơn giản trong tích hợp hệ thống

Trang 25

Giao thức điều khiển phiên: Các giao thức điều khiển phiên đóng một vai trò then chốt với bất kỳ một cấu trúc mạng truyền thông do liên quan trực tiếp tới hiệu năng hệ thống mạng 3GPP lựa chọn giao thức SIP để thiết lập và quản lý các phiên đa phương tiện truyền trên mạng IP và trong IMS

Trang 26

Giao thức nhận thực, cấp quyền và tính cước AAA: Ngoài các giao thức điều khiển phiên kể trên thì giao thức AAA cũng có vai trò quan trọng không kém Trong IMS, giao thức AAA được

sử dụng là Diameter Diameter (RFC 3588) là giao thức phát triển từ RADIUS (RFC 2865) (là một giao thức được sử dụng rộng rãi trên Internet để thực hiện AAA)

Trang 27

Các giao thức hỗ trợ khác: Ngoài SIP và Diameter thì IMS vẫn còn sử dụng nhiều giao thức khác, ví dụ như: COPS (Common Open Policy Service, RFC 2748) là giao thức có chức năng truyền các chính sách giữa các điểm quyết định chính sách PDP và các thực hiện chính sách PEP; MEGACO/H.248 được sử dụng để điều khiển các node trong mặt bằng phương tiện; RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RTCP (RTP Control Protocol, RFC 3550) đƣợc dùng để truyền các phương tiện thời gian thực như hình ảnh và âm thanh

Trang 28

2.Giao thức báo hiệu SIP trong IMS

Giao thức khởi tạo phiên đựợc thiết kế để hỗ trợ việc thiết lập các phiên đa phương tiện giữa các người sử dụng trên mạng

IP Cùng với việc điều khiển cuộc gọi, SIP cũng hỗ trợ các chức năng như di động của người sử dụng và chuyển hướng cuộc gọi trong IMS gồm:

• Báo hiệu SIP đầu cuối đầu cuối giữa các người sử dụng

Trang 29

SIP tuân theo mô hình khách-chủ( client-server).SIP là một giao thức thuộc lớp ứng dụng được sử dụng cho việc thiết lập, điều chỉnh và kết cuối các phiên đa phương tiện trong một mạng IP.Nó là 1 phần của kiến trúc đa phương tiện-mà những giao thức vẫn đang được chuẩn hóa bởi IETF.Các ứng dụng của nó bao gồm:voice,video, messager, điều khiển cuộc gọi…

2.1 Tổng quan về SIP

Trang 30

Trong SIP thì phân loại thành các User Agent(UA) và các thành phần trung gian(là các servers)

•Một UA là 1 điểm cuối của một cuộc gọi,nó gửi và nhận các yêu cầu và đáp ứng SIP,nó là điểm kết thúc của dòng đang phương tiện nên còn được gọi là UE

•Các thành phần trung gian là các thực thể chuyển các bản tin SIP đến đích,chúng được sử dụng để định tuyến và gửi lại các yêu cầu

Trang 31

Chức năng chính của SIP trong IMS:

Mời người dùng tham gia vào một phiên liên lạc Để làm được điều đó, nó phải có khả năng biết người dùng online/offline, biết khả năng của thiết bị của người dùng Thiết lập phiên (chuyển tải thông tin liên quan đến phiên liên lạc)

Quản lý phiên liên lạc

Thay đổi các đặc tính liên quan đến phiên liên lạc

Kết thúc phiên

Trang 32

Đặc điểm ưu việt của SIP:

SIP đơn giản

Hỗ trợ liên lạc với thời gian thực

Nhược điểm của SIP:

Dựa trên địa chỉ IP

SIP gặp khó khăn trong việc quản lí sự “presence” cũng như IM

Trang 33

2.2.Đặc tính kỹ thuật của SIP

Khi triển khai SIP trong IMS các nhà phát triển nhận ra

rằng có sự khác biệt so với phiên bản SIP cho Internet

Một số các mở rộng được định nghĩa trong các RFC bổ

sung thêm các tính năng mới và làm cho SIP trở thành

giao thức báo hiệu khá phức tạp Việc sử dụng SIP cho

việc thiết lập phiên trên những liên kết băng thông hạn

chế như các giao diện vô tuyến hoặc các liên kết nối tiếp

tốc độ thấp dẫn đến thời gian thiết lập cuộc gọi dài

Trang 34

2.2.Đặc tính kỹ thuật của SIP

Để khắc phục yếu điểm đó cơ chế nén báo hiệu gọi là Sigcomp đã được phát triển bởi tổ chức IETF

Các chuẩn mở rộng khác như chuẩn thỏa thuận bảo mật (RFC 3329), xác thực phương tiện (RFC 3313), dành trước tài nguyên trong IMS (RFC 3312), SDP mở rộng được đề xuất hỗ trợ thêm cho SIP trong IMS

Trang 35

2.3.Các thủ tục báo hiệu SIP trong IMS.

Hình luồng bản tin báo hiệu đăng ký

Trang 36

3.Các giao thức báo hiệu khác trong IMS

3.1.Giao thức Diameter.

3.1.1 Tổng quan:

- Diameter là một giao thức ngang hàng peer-to-peer, cả client và server đều có thể gửi hoặc nhận yêu cầu và đáp ứng

- Được dùng cho quá trình nhận thực, xác thực, tài khoản

- Sử dụng cả TCP và SCTP cho việc truyền tải

- Sử dụng IPsec và TLS cho việc bảo mật

- Diameter gồm hai phần chính:

+ Giao thức Diameter nền tảng

+Ứng dụng Diametere

Trang 37

3.1.2 Các thành phần chính:

Diameter có 3 thành phần chính: Server, Client và Agent

- Diamerter Client: một thực thể chức năng, thông thường đặt tại biên mạng, sử dụng để điều khiển truy nhập

- Diameter Server: thực thể chức năng xử lý các yêu cầu nhận thực, xác thực và kiểm toán cho một vùng riêng

- Diameter Agent: thực hiện chức năng như một Proxy, Relay, Redirect, Translation

Trang 38

Trang 39

 Relay: là một thực thể chấp nhận yêu cầu và định tuyến các bản tin đến một thực thể khác dựa trên thông tin trong bảng định tuyến vùng được lưu trữ tại các nút mạng Nó chỉ có

thể can thiệp vào thông tin định tuyến mà không thể can vào các dữ liệu khác

Trang 40

 Redirect: chỉ dẫn từ client đến server và cho phép chúng truyền thông với nhau

Trang 41

 Translation: cho phép chuyển đổi giao thức giữa Diameter

và các giao thức AAA khác

Trang 42

- SLF có vai trò chuyển hướng (Redirect agent)

- Giao diện Cx chứa ba loại thủ tục chính: quản lý vị trí, xử lý

số liệu thuê bao và nhận thực thuê bao

Trang 43

3.1.3 Các giao diện:

Các giao diện Cx, Dx:

Trang 44

3.1.3 Các giao diện:

Các giao diện Cx, Dx:

- Mục đích sử dụng Diameter trong giao diện Cx, Dx gồm:

+ Chỉ định một S-CSCF đã được chỉ định cho một người dùng.+ Tải xuống các hướng xác thực người dùng Các hướng này được lưu trong HSS

+ Nhận thực khi người dùng chuyển vùng trong một mạng khách

+ Lưu trữ trong HSS địa chỉ của các S-CSCF đã được chỉ định cho người dùng

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	1,59 MB