Nghiên cứu, áp dụng phân hệ đa phương tiện IP trong mạng viễn thông việt nam

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC CƯƠNG NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP TRONG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC CƯƠNG NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP TRONG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số : LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Quốc Tuấn HÀ NỘI – 2012 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng Nghiên cứu kiến trúc IMS 1.1 Xu hƣớng hội tụ mạng viễn thông 1.2 Q trình chuẩn hóa IMS 3GPP 1.3 Kiến trúc IM 1.4 Các khối chức mạng lõi IMS 1.4.1 Các phần tử sở liệu 1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server) 1.4.1.2 SLF (Subscription Locator Function) 1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS 1.4.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF) 1.4.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF ) 1.4.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF) 1.4.3 Các phần tử điều khiển kết nối liên mạng 1.4.3.1 MGCF (Media Gateway Control Function) 1.4.3.2 BGCF (Breakout Gateway Control Function) 1.4.3.3 SGW (Signalling gateway function) 1.4.4 Phần tử dịch vụ IMS 1.4.5 Các phần tử tài nguyên 1.4.5.1 MRF (Media Resource Function) 1.4.5.2 MGW (Media gateway function) 1.5 Các điểm tham chiếu IMS Chƣơng Một số giao thức xử lý luồng IMS 2.1 Giao thức SIP 2.1.1 Tổng quan giao thức SIP 2.1.2 Cấu trúc SIP 2.1.2.1 Server 2.1.2.2 Client 2.1.3 Bản tin SIP 2.1.4 Thiết lập hủy gọi SIP 2.1.5 Tính SIP 2.1.5.1 Tích hợp với giao thức có IETF 2.1.5.2 Đơn giản có khả mở rộng 2.1.5.3 Hỗ trợ tối đa di động đầu cuối 2.1.5.4 Dễ dàng tạo tính dịch vụ 2.2 Giao thức Diameter 2.2.1 Tổng quan giao thức Diameter 2.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter 2.2.2.1 Diameter Relay Agent 2.2.2.2 Diameter Proxy Agent 2.2.2.3 Diameter Redirect Agent 2.2.2.4 Diameter Translation Agent 2.2.3 Bản tin 2.2.3.1 Cấu trúc Diameter header 2.2.3.2 Cấu trúc AVP 2.2.4 Bảo mật tin Diameter 2.2.5 Khả kiểm soát lỗi giao thức Diameter 2.3 Giao thức COPS 2.3.1 Tổng quan giao thức COPS 2.3.2 Chức COPS 2.3.2.1 Bản tin COPS 2.3.2.2 Object format 2.4 Giao thức Megaco/H.248 2.4.1 Tổng quan giao thức Megaco/H.248 2.4.2 Cấu trúc Gateway Megaco/H.248 2.4.3 Termination Context 2.4.3.1 Termination 2.4.3.2 Context 2.4.4 Một số lệnh Megaco/H.248 2.4.5 Hoạt động Megaco/H.248 2.5 Các luồng xử lý IMS 2.5.1 Đăng ký vào mạng IMS 2.5.1.1 Đăng ký 2.5.1.2 Đăng ký lại 2.5.2 Xóa đăng ký 2.5.2.1 Xóa đăng ký khởi tạo UE 2.5.2.2 Xóa đăng ký khởi tạo mạng 2.5.3 Thủ tục thiết lập phiên 2.5.3.1 Thủ tục thiết lập phiên thuê bao thuộc hai mạng IMS 2.5.3.2 Thiết lập phiên thuê bao thuộc mạng IMS mạng PSTN Chƣơng Giải pháp triển khai IMS VNPT 3.1 Giới thiệu viễn thông Việt Nam 3.2 Kiến trúc mạng viễn thông Việt Nam 3.3 Tình hình triển khai NGN Việt Nam 3.4 Giải pháp triển khai IMS VNPT 3.4.1 Tổng quan giải pháp triển khai IMS 3.4.2 Kiến trúc triển khai hệ thống IMS VNPT 3.4.3 Dịch vụ VoIP triển khai IMS 3.5 Mô Open IMS Core 3.5.1 Giới thiệu chung OPEN IMS Core 3.5.2 Triển khai mơ hình mơ KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Từ viết tắt 3GPP ADSL AS ATM BGCF BS BTS CDMA CN CS CSCF GGSN GPRS GSM HLR HSS I-CSCF IEEE IETF IM IMS-MGW IM-SSF IMS IP ISC ISDN MGW MGCF MRFC NGN OMA OSA OSP PEP PDP P-CSCF PS PSTN QoS RACF RTP S-CSCF SDH SDP SGW SIP SLF TD-CDMA TDM UE VNPT VoIP WLAN xDSL DANH MỤC Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ hội tụ thiết bị truyền thơng Hình 1.2 Mơ hình kiến trúc IMS Hình 1.3 Kiến trúc IMS 3GPP Hình 1.4 Kiến trúc IMS ETSI Hình 1.5 Kiến trúc IMS ITU-T Hình 1.6 SLF định HSS phù hợp Hình 1.7 Liên kết với mạng IP phiên khác Hình 1.8 Kết nối IMS mạng PSTN/CS Hình 1.9 Các máy chủ ứng dụng IMS Hình 1.10 Chức điều khiển thơng tin đa phƣơng tiện MRF Hình 2.1 Cấu trúc SIP Hình 2.2 Mơ tả hoạt động má Hình 2.3 Mơ tả hoạt động má Hình 2.4 Thiết lập hủy gọ Hình 2.5 Giao thức Diameter Hình 2.6 Diameter Proxy Agent đị Hình 2.7 Diameter Redirect Agent Hình 2.8 Diameter Translation Ag Hình 2.9 Cấu trúc tin gi Hình 2.10 Cấu trúc header Diameter Hình 2.11 Cấu trúc AVP Hình 2.12 Lỗi giao thức Hình 2.13 Lỗi ứng dụng Hình 2.14 Mơ hình COPS Hình 2.15 COPS header Hình 2.16 Object format tin COPS Hình 2.17 Megaco/H.24 12 Hình 2.18 Cấu trúc Gateway Megaco/H.248 Hình 2.19 Luồng giao thức Megaco/H248 Hình 2.20 Thủ tục đăng ký Hình 2.21 Thủ tục đăng ký lại Hình 2.22 Xóa đăng ký với ngƣời dùng đƣợc đăng ký Hình 2.23 Xóa đăng ký khởi tạo mạng - hết thời gian đăng ký Hình 2.24 Xóa đăng ký ứng dụng khởi mạng - quản lý Hình 2.25 Xóa đăng ký ứng dụng khởi tạo mạng S-CSCF Hình 2.26 Thủ tục phục vụ tới phục vụ - nhà khai thác khác Hình 2.27 Thủ tục từ Serving tới PSTN - Cùng nhà khai thác mạng Hình 3.1 Biểu đồ số thuê bao điện thoại cố định Hình 3.2 Biểu đồ số thuê bao điện thoại di động Hình 3.3 Biểu đồ doanh thu ngành viễn thơng Hình 3.4 Th bao dịch vụ điện thoại cố định doanh nghiệp Hình 3.5 Thuê bao dịch vụ điện thoại di động doanh nghiệp Hình 3.6 Thuê bao dịch vụ truy nhập Internet doanh nghiệp Hình 3.7 Cấu trúc mạng NGN VNPT năm 2004 Hình 3.8 Cấu hình mạng NGN VNPT năm 2010 Hình 3.9 Mơ hình giải pháp Alcatel Lucent Hình 3.10 Cấu hình mạng IMS – Alcatel Lucent Hình 3.11 Mơ hình triển khai hệ thống IMS VNPT Hình 3.12 Tổ chức cung cấp dịch vụ VoIP Hình 3.13 Cơ chế hoạt động dịch vụ VoIP Hình 3.14 Các thành phần Open IMS Hình 3.15 Cấu trúc HSS Hình 3.16 Mơ hình mô mạng NGN 86 3.5 Mô Open IMS Core Ngày IMS (IP Multimedia Subsystem) giai đoạn thử nghiệm với nhiều doanh nghiệp khắp giới, nỗ lực phát triển nghiên cứu, đặc biệt mạng NGN giống nhƣ việc tăng thêm nhiều hỗ trợ số lƣợng lớn khách hàng, đặc biệt cho việc phát triển dịch vụ Trong có nhiều dự án mã nguồn mở đƣợc thiết lập mảng VoIP cho SIP clients, SIP client, proxy, stack công cụ xung quanh chuẩn SIP IETF thực tế chƣa có dự án mã nguồn mở tập trung cụ thể vào IMS Dự án mã nguồn mở OPEN SOURCE IMS Core nhằm mục đích đáp ứng thiếu hụt phần mềm mã nguồn mở cho IMS với giải pháp linh động mở rộng đƣợc Tính thích nghi khả giải pháp đƣợc chứng minh dự án nghiên cứu phát triển quốc gia quốc tế Mục đích thời gian tạo cộng đồng nhà phát triển cho phần core mạng NGN Phần mềm mã nguồn mở cho phép phát triển dịch vụ IMS thử nghiệm khái niệm xung quanh phần core IMS 3.5.1 Giới thiệu chung OPEN IMS Core [11] Là dự án triển khai IMS mã nguồn mở FOKUS (Fraunhofer Institute for Open Communication Systems ) Hình 3.14 Các thành phần Open IMS Open Source IMS Core : 87 Đây phần lõi Open IMS, gồm có thành phần : + HSS (Home Subcriber Server): Trong Open IMS gọi FHoSS Call Session Control Functions ( CSCFs ): Là khối trung tâm mã nguồn mở Open Source IMS Core, khối điều khiển báo hiệu IMS + Open IMSCore đƣợc đƣa website http://openimscore.org/ Đầu cuối IMS (IMS Client) Trong tất thành phần Open IMS, IMS client thành phần định đánh giá thành cơng IMS Nó hoạt động nhƣ mơi trƣờng đa ứng dụng để chứng minh khả phát triển dịch vụ mạng IMS Có nhiều phần mềm IMS Client, khung Open IMS Client FOKUS cung cấp giao diện lập trình đƣợc cho nhà phát triển dịch vụ IMS Đặc điểm Open IMS Client : + Xây dựng IMS API chuẩn + Có khả thay đổi cách mềm dẻo theo yêu cầu + Tƣơng thích đa (Windows XP, Windows CE, Linux) + Đƣợc triển khai Java NET + Dễ dàng kết nối với thiết bị khác + Tuân theo chuẩn IEFT, 3GPP, TISPAN… Open IMS SIP AS ( SIPSEE – Sip Servlet Execution Environment ) Đây SIP Application Server cung cấp hội tụ môi trƣờng dịch vụ SIP HTTP cho việc xây dựng dịch vụ Parlay X Gateway (OCS-X) Cho phép nhà phát triển dịch vụ tạo ứng dụng qua web IMS Management Kiến trúc IMS Management để quản lý điều khiển thành phần cần cho mạng lõi IMS XML Document Management Server ( XDMS ) Máy chủ cung cấp hƣớng dẫn ngƣời dùng thông tin dịch vụ cách truy cập… Media Server : 88 Hỗ trợ dịch vụ nhƣ : + Voicemail, lƣu lại tin gửi vào mail + Hội thảo (Conferencing) + Nhạc chờ Fokus Home Subcriber Server (FHoSS) Trong phần mềm Open IMS FOKUS phát triển, khối HSS đƣợc đƣợc gọi FHoSS (Fokus Home Subcriber Server) Hình 3.15 Cấu trúc HSS FHoSS đƣợc xây dựng nhƣ dự án Java, dựa số phần mềm mã nguồn mở khác nhƣ MySQL, Tomcat Dữ liệu ngƣời sử dụng đƣợc lƣu giữ sở liệu MySQL Giao diện web để quản lý chạy Tomcat FHoSS đƣợc xây dựng giao diện dựa giao thức Diameter (RFC 3588) + Giao diện Sh Application Server truy cập vào HSS Giao diện Cx dùng trình đăng ký (cụ thể giao diện kết nối với I-CSCF S-CSCF) + + Giao diện Zh để thiết lập kênh HTTPS tới ứng dụng Phần lõi FHoSS HssDiameterStack Nó sử dụng DiameterPeer để gửi yêu cầu tới khối khác nhận yêu cầu nhƣ hồi đáp theo kiểu CommandListener Những liệu HSS đƣợc lƣu sở liệu Cơ cấu (Framework) Hibernate persistence đƣợc sử dụng để xây dựng tầng truy cập liệu (Hibernate công nghệ phổ biến để xây dựng tầng truy cập sở liệu dự án Java) 89 FHoSS đƣợc quản lý giao diện web Nó đƣợc triển khai dựa cơng nghệ servlet kết hợp với Apache Struts Web framework 3.5.2 Triển khai mơ hình mơ Thơng qua Open Source IMS Core ngƣời dùng thực thoại, thoại hình ảnh, chat, truyền liệu hay xem IPTV-VoD… kết nối với mạng lõi IMS Lớp điều khiển đƣợc mô máy tính sử dụng hệ điều hành Ubuntu 11.2 Lớp truyền tải sử dụng máy tính khác, mơ mạng lõi MPLS phần mềm GNS3 NS2, lớp truy nhập, nhiều máy khách sử dụng softphone hỗ trợ IMS nhƣ: Mercuro Client, UCT Client OpenIC_Lite, IMS Communicator, Counterpath X-lite…, thơng qua hệ thống mơ ta thực giao dịch hoàn toàn tƣơng tự nhƣ thực tế Hình 3.16 Mơ hình mơ mạng NGN Khởi động IMS lõi Tạo P_CSCF Kết tạo P_CSCF 90 Tạo I_CSCF Kết tạo I_CSCF Tạo S_CSCF 91 Kết tạo S_CSCF Tạo HSS Kết tạo HSS 92 Khởi tạo ngƣời sử dụng dịch vụ IMS với tên đăng ký cuong1 cuong2 Kết khởi tạo ngƣời sử dụng dịch vụ IMS 93 Tại lớp truy nhập, sử dụng phần mềm Mecuro IMS client đăng nhập vào mạng lõi IMS với tên đăng nhập cuong1 cuong2 Đăng nhập thành công cuong1 cuong2 vào mạng lõi IMS 94 Thiết lập dịch vụ IMS kết đạt đƣợc Thực gọi video cuong1 gọi đến cuong2 Ngƣời sử dụng cuong2 chấp nhận gọi cuong1 95 Kết tin SIP thu đƣợc Luồng tin SIP 96 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Với nội dung đƣa nghiên cứu áp dụng phân hệ đa phƣơng tiện IP mạng viễn thông Việt Nam luận văn đạt đƣợc nội dung sau: Tìm hiểu, nghiên cứu IMS, tiến trình chuẩn hố IMS 3GPP, lợi ích động lực triển khai IMS Việt Nam Phân tích kiến trúc phân hệ IMS, vai trị phần tử kiến trúc IMS - Tìm hiểu, nghiên cứu giao thức sử dụng mạng, phân tích bƣớc hoạt động phân hệ IMS việc thiết lập điều khiển phiên dịch vụ IMS - Trình bày trạng mạng viễn thơng Việt Nam, phân tích, đánh giá tình hình triển khai IMS nhƣ khả ứng dụng dịch vụ IMS - Giới thiệu xây dựng thành cơng mơ hình mạng IMS/NGN bao gồm: client truy cập, mạng lõi MPLS để truyền dẫn, IMSCore điểu khiển dịch vụ máy chủ ứng dụng IPTV Server Với mơ hình này, client truy cập để thực đầy đủ dịch vụ Tripple Play nhƣ: thoại, video call, chat, truyền nhận liệu, xem IPTV,… Qua nghiên cứu đề tài, tác giả thấy thật có ích cho nghiên cứu khoa học lợi ích cho mơi trƣờng cơng tác Nhận thức đƣợc cách nhìn khoa học đánh giá vấn đề IMS triển khai IMS vào mạng viễn thông - Để tiếp tục nghiên cứu đề tài này, tác giả đề xuất tiếp tục nghiên cứu phát triển thêm nhƣ: - Xây dựng hệ thống tính phí hồn chỉnh Tính phí ƣu điểm lớn IMS so với hệ thống khác IMS cung cấp khả tính cƣớc phức tạp nhiều so với hệ thống tài khoản trả trƣớc hay trả sau, ví dụ nhƣ việc tính cƣớc theo dịch vụ sử dụng hay phân chia cƣớc nhà cung cấp dịch vụ nhà cung cấp mạng Ngƣời sử dụng nhận bảng tính cƣớc phí từ nhà cung cấp mạng thƣờng trú - Bảo mật IMS: nghiên cứu vấn đề bảo mật IMS tránh nguy công từ internet - Bên cạnh yếu tố kỹ thuật ngày đƣợc bổ sung hồn thiện cịn phải giải tốn sách, đầu tƣ, mơ hình kinh doanh… doanh nghiệp 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tiếng Việt [1] Hoàng Minh , Giáo trình sở kỹ thuật chuyển mạch, NXB Thơng tin truyền thông năm 2009 [2] Nguyễn Hứa Khang, Bài giảng dịch vụ đa phƣơng tiện IP, trƣờng Đại học Cần thơ [3] Nguyễn Phạm Anh Dũng , Thông tin di động 3G, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 2007 [4] Thông tin số liệu thống kê công nghệ thông tin truyền thông Việt Nam 2011 B Tiếng Anh [5] Alcatel-Lucent, Proposed NGN/IMS Core Solution to VNPT [6] 3G Americas, IP Multimedia Subsystem IMS Overview and Applications [7] G Camarillo and M.-A Garcia-Martin The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS): Merging the Internet and the Cellular Worlds John Wiley and Sons, 2004 [8] MAN-E Project Low Level Design Huawei Technologies Co., Ltd, 2009 [9] MAN-E Project High Level Design, Huawei Technologies Co., Ltd, 2009 [10] Miikka Poikselkä, Georg Mayer, Hisham Khartabil and Aki Niemi, The IMS IP Multimedia Concepts and Services in the Mobile Domain, John wiley & Sons [11] Web: Open Source IMS: http://openimscore.org/ 98 PHỤ LỤC Cài đặt Ubuntu: Ubuntu cài đặt phiên 11.2, đăng nhập vào tài khoản root để tránh phải sử dụng unix cho thao tác với file thuộc FileSystem Cài đặt hệ thống Open IMS server cài hệ điều hành Ubuntu 11.2 Các bƣớc thực hiện: Cài gói Subversion # apt-get install subversion Tạo thƣ mục để cài đặt Open IMS # mkdir /opt/OpenIMSCore/ # cd /opt/OpenIMSCore # mkdir ser_ims # mkdir FHoSS Download source code Open IMS svn checkout http://svn.berlios.de/svnroot/repos/openimscore/ser_ims/trunk ser_ims # svn checkout http://svn.berlios.de/svnroot/repos/openimscore/FHoSS/trunk FHoSS # Cài đặt số gói cần thiết để chạy hệ thống Open IMS apt-get install sun-java6-jdk mysql-server libmysqlclient15-dev libxml2 libxml2-dev bind9 ant flex bison # sudo add-apt-repository ppa:ferramroberto/java sudo apt-get update sudo apt-get install sun-java6-jdk sun-java6-plugin Trên hệ thống cài sẵn DNS server, tìm file /etc/dhcp3/dhclient.conf dòng “# prepend domain_name_servers 127.0.0.1;” Thay “prepend domain_name_servers 127.0.0.1;” Trên ubuntu 11.2 Xem file /etc/resolv.conf chƣa có dịng nameserver: 127.0.0.1 (hoặc địa ims core) thêm vào 99 Copy file cấu hình cho zone ims.hut.vn vào thƣ mục /etc/bind # cp /opt/OpenIMSCore/ser_ims/cfg/open-ims.dnszone /etc/bind/ Tìm file /etc/bind/named.conf.local thêm vào cuối file dòng sau: zone "ims.cdit.com.vn" { type master; file "/etc/bind/open-ims.dnszone"; }; Chuyển tới thƣ mục /etc/bind, chỉnh sửa file open-ims.dnszone cách thay địa IP cho với hệ thống thật Permis # chmod u+x Sau restart DNS server # /etc/init.d/bind9 restart Bắt đầu thực biên dịch cài đặt Open IMS từ mã nguồn # cd /opt/OpenIMSCore/ser_ims # make install-libs all # java -version # export JAVA_HOME="/usr/lib/jvm/java-6-sun-1.6.0.26/" # cd /opt/OpenIMSCore/FHoSS # ant compile deploy # cp /opt/OpenIMSCore/ser_ims/cfg/* /opt/OpenIMSCore/ # cd /opt/OpenIMSCore /configurator.sh pcscf.cfg icscf.cfg icscf.xml scscf.cfg scscf.xml ser_ims/cfg/icscf.sql FHoSS/deploy/DiameterPeerHSS.xml FHoSS/deploy/hss.properties FHoSS/scripts/hss_db.sql FHoSS/scripts/userdata.sql # # mysql -uroot -p < ser_ims/cfg/icscf.sql # mysql -uroot -p < FHoSS/scripts/hss_db.sql 100 # mysql -uroot -p < FHoSS/scripts/userdata.sql Quá trình cài đặt đến bƣớc hoàn tất, sau cài đặt, khởi động server Open IMS: (Lƣu ý khởi động server cửa sổ terminal khác nhau) # /pcscf.sh # /icscf.sh # /scscf.sh # cd FHoSS/deploy/ # export JAVA_HOME="/usr/lib/jvm/java-6-sun-1.6.0.26/" # /startup.sh P-CSCF sử dụng cổng 4060, I-CSCF sử dụng cổng 5060 S-CSCF sử dụng cổng 6060 Diameter sử dụng cổng 3868, 3869 3870 Thay đổi cấu hình FHOSS: http://localhost:8080 Username: HSS Admin Password: HSS xxx ... GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC CƯƠNG NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP TRONG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật... trình nhƣ nào, sử dụng giải pháp hãng quan tâm nhà cung cấp dịch vụ Nhận thức đƣợc điều đó, định lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu, áp dụng phân hệ đa phƣơng tiện IP mạng viễn thông Việt Nam? ?? làm luận... tụ mạng Đó khởi nguồn để phân hệ đa truyền thông IP IMS đời phát triển Các nhà khai thác viễn thông lớn Việt nam nhƣ VNPT, Vietel bƣớc triển khai cơng nghệ vào mạng Vậy, nhà khai thác Việt Nam