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

9DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT3GPP 3rd Generation Partnership Dự án hợp tác về mạng viễn thông ADSL Asymmetric Digital Đường dây thuê bao số bất đối AS Application Server Máy chủ ứng dụng ATM

1ĐẠI 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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Quốc Tuấn

HÀ NỘI – 2012

5 MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI CAM ĐOAN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 11

LỜI MỞ ĐẦU 13

Chương 1 Nghiên cứu kiến trúc IMS 15

1.1 Xu hướng hội tụ mạng viễn thông 15

1.2 Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP 18

1.3 Kiến trúc IM 19

1.4 Các khối chức năng cơ bản trong mạng lõi IMS 23

1.4.1 Các phần tử cơ sở dữ liệu 23

1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server) 23

1.4.1.2 SLF (Subscription Locator Function) 23

1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS 24

1.4.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF) 25

1.4.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF ) 25

1.4.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF) 26

1.4.3 Các phần tử điều khiển kết nối liên mạng 26

1.4.3.1 MGCF (Media Gateway Control Function) 26

1.4.3.2 BGCF (Breakout Gateway Control Function) 27

1.4.3.3 SGW (Signalling gateway function) 28

1.4.4 Phần tử dịch vụ IMS 29

1.4.5 Các phần tử tài nguyên 30

1.4.5.1 MRF (Media Resource Function) 30

1.4.5.2 MGW (Media gateway function) 31

1.5 Các điểm tham chiếu IMS 31

Chương 2 Một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS 33

2.1 Giao thức SIP 33

2.1.1 Tổng quan về giao thức SIP 33

2.1.2 Cấu trúc SIP 33

2.1.2.1 Server 33

2.1.2.2 Client 34

2.1.3 Bản tin SIP 35

2.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP 35

2.1.5 Tính năng của SIP 38

2.1.5.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF 39

2.1.5.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng 39

2.1.5.3 Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối 39

2.1.5.4 Dễ dàng tạo tính năng mới và dịch vụ mới 40

2.2 Giao thức Diameter 40

2.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter 40

2.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter 41

2.2.2.1 Diameter Relay Agent 41

2.2.2.2 Diameter Proxy Agent 42

2.2.2.3 Diameter Redirect Agent 42

2.2.2.4 Diameter Translation Agent 43

2.2.3 Bản tin 43

2.2.3.1 Cấu trúc Diameter header 43

2.2.3.2 Cấu trúc AVP 44

2.2.4 Bảo mật trong bản tin Diameter 46

2.2.5 Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter 46

2.3 Giao thức COPS 47

2.3.1 Tổng quan về giao thức COPS 47

2.3.2 Chức năng chính của COPS 48

2.3.2.1 Bản tin COPS 49

2.3.2.2 Object format 49

2.4 Giao thức Megaco/H.248 51

2.4.1 Tổng quan về giao thức Megaco/H.248 51

2.4.2 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248 52

2.4.3 Termination và Context 52

2.4.3.1 Termination 52

2.4.3.2 Context 52

2.4.4 Một số lệnh của Megaco/H.248 53

2.4.5 Hoạt động của Megaco/H.248 54

2.5 Các luồng xử lý trong IMS 55

2.5.1 Đăng ký vào mạng IMS 55

2.5.1.1 Đăng ký mới 55

2.5.1.2 Đăng ký lại 58

2.5.2 Xóa đăng ký 58

2.5.2.1 Xóa đăng ký khởi tạo bởi UE 58

2.5.2.2 Xóa đăng ký khởi tạo mạng 60

2.5.3 Thủ tục thiết lập phiên 65

2.5.3.1 Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc hai mạng IMS 65

2.5.3.2 Thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và mạng PSTN 68

Chương 3 Giải pháp triển khai IMS tại VNPT 71

3.1 Giới thiệu viễn thông Việt Nam 71

3.2 Kiến trúc mạng viễn thông Việt Nam 73

3.3 Tình hình triển khai NGN ở Việt Nam 74

3.4 Giải pháp triển khai IMS tại VNPT 77

3.4.1 Tổng quan giải pháp triển khai IMS 77

3.4.2 Kiến trúc triển khai hệ thống IMS của VNPT 82

3.4.3 Dịch vụ VoIP triển khai trên IMS 84

3.5 Mô phỏng trên Open IMS Core 86

3.5.1 Giới thiệu chung OPEN IMS Core 86

3.5.2 Triển khai mô hình mô phỏng 89

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC 98

9DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

3GPP 3rd Generation Partnership Dự án hợp tác về mạng viễn thông

ADSL Asymmetric Digital Đường dây thuê bao số bất đối

AS Application Server Máy chủ ứng dụng

ATM Asynchronous Transfer Phương thức truyền dẫn bất đối

BGCF Breakout Gateway Control Chức năng điều khiển cổng vào ra

BTS Base Transceiver Station Trạm gốc

CDMA Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo mã

Access

CSCF Call Session Controller Bộ điều khiển phiên cuộc gọi

FunctionGGSN Gateway GPRS Support Nút hỗ trợ Cổng vào ra GPRS

NodeGPRS General Packet Radio Dịch vụ vô tuyến gói thông thường

ServiceGSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin đi động toàn

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trúHSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trúI-CSCF Interrogating-CSCF CSCF tham vấn

IEEE Institute of Electrical and Viện các kỹ sư điện và điện tử

Electronics EngineersIETF Internet Engineering Task Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet

Force

IM Instant Messaging Nhắn tin tức thời

IMS-MGW IP Multimedia Subsystem- Chức năng cổng vào ra truyền

Media Gateway Function thông -phân hệ đa phương tiện IPIM-SSF IP Multimedia Service Chức năng chuyển mạch phục vụ

Switching Function đa phương tiện IPIMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện dựa trên

giao thức Internet

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISC IMS Service Control Giao diện điều khiển dịch vụ IMSISDN Integrated Services Digital Mạng số đa dịch vụ tích hợp

NetworkMGW Media Gateway Function Chức năng cổng vào ra truyền

thôngMGCF Media Gateway Control Chức năng điều khiển cổng vào ra

MRFC Multimedia Resource Chức năng điều khiển tài nguyên

Function Control đa phương tiệnNGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OMA Open Mobile Alliance Liên minh di động mở

OSA Open Services Kiến trúc các dịch vụ mở

ArchitectureOSP Operator Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ

PEP Policy Enforcement Point Chính sách thực thi điểm

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

Policy Decision Point Điểm quyết định chính sách

PSTN Public Switched Mạng điện thoại chuyển mạch

Telephone Network công cộngQoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RACF Resource Access Control Phương tiện điều khiển truy nhập

RTP Real-time Transport Giao thức truyền tải thời gian thực

Protocol

SDH Synchronous Digital Phân cấp số đồng bộ

HierarchySDP

SGW Signalling Gateway Cổng vào ra báo hiệu

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SLF Subscription Locator Chức năng bộ định vị sự thuê bao

FunctionTD-CDMA Time Division/Code Đa truy nhập phân chia theo thời

Division Multiple Access gian/phân chia theo mãTDM Time-Division Ghép kênh phân chia theo thời gian

Multiplexing

UE User Equipment Thiết bị của người dùng

VNPT Vietnam Posts and Tập đoàn Bưu chính Viễn thông

Telecommunications Việt NamGroup

WLAN Wireless Local Area Mạng nội vùng không dây

NetworkxDSL Digital Subscriber Line Các công nghệ đường dây thuê bao

số

11DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊHình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thông 17

Hình 2.9 Cấu trúc bản tin trong giao thức Diameter 43

Hình 2.13 Lỗi ứng dụng trong giao thức Diameter 46

Hình 2.17 Megaco/H.248 kết nối điều khiển Gateway 51

Hình 2.18 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248 52

Hình 2.22 Xóa đăng ký với người dùng đã được đăng ký 59Hình 2.23 Xóa đăng ký khởi tạo mạng - hết thời gian đăng ký 62Hình 2.24 Xóa đăng ký ứng dụng khởi mạng - quản lý 63Hình 2.25 Xóa đăng ký ứng dụng khởi tạo mạng bởi S-CSCF 64Hình 2.26 Thủ tục phục vụ tới phục vụ - các nhà khai thác khác nhau 66Hình 2.27 Thủ tục từ Serving tới PSTN - Cùng nhà khai thác mạng 69Hình 3.1 Biểu đồ số thuê bao điện thoại cố định 71Hình 3.2 Biểu đồ số thuê bao điện thoại di động 71Hình 3.3 Biểu đồ doanh thu trong ngành viễn thông 72Hình 3.4 Thuê bao dịch vụ điện thoại cố định của các doanh nghiệp 73Hình 3.5 Thuê bao dịch vụ điện thoại di động của các doanh nghiệp 73Hình 3.6 Thuê bao dịch vụ truy nhập Internet của các doanh nghiệp 73

Hình 3.8 Cấu hình mạng NGN của VNPT năm 2010 76Hình 3.9 Mô hình giải pháp của Alcatel Lucent 78Hình 3.10 Cấu hình mạng IMS – Alcatel Lucent 30Hình 3.11 Mô hình triển khai hệ thống IMS của VNPT 83

Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụthoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày mộttăng và không thể tách rời đời sống xã hội Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễnthông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhucầu về dịch vụ đa phương tiện Mạng phải có tổ chức đơn giản nhưng có nhiềuchức năng Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải được tích hợp thì mới có khả năngcung cấp dịch vụ băng rộng đa phương tiện cho khách hàng.

Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số,

từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹpsang mạng số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ chongười dùng đầu cuối Mặc dù vậy mạng hiện tại vẫn không thỏa mãn hết đượcnhu cầu của khách hàng Chính vì vậy cần có một tổ chức mạng mới tập hợpđược tất cả các ưu điểm của mạng viễn thông hiện tại và phải đáp ứng được cácnhu cầu truyền thông trong tương lai

Chính sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phương tiệnvới yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyênmới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông Cùng với đó, sự phát triển nhanhchóng của các mạng di động và cố định, các mạng truyền dẫn qua vệ tinh đã làmnảy sinh các ý tưởng về khả năng hội tụ các mạng này Đó là khởi nguồn đểphân hệ đa truyền thông IP IMS ra đời và phát triển Các nhà khai thác viễnthông lớn ở Việt nam như VNPT, Vietel đang từng bước triển khai các côngnghệ này vào mạng của mình

Vậy, đối với các nhà khai thác tại Việt Nam việc lựa chọn lộ trình như thếnào, sử dụng giải pháp của hãng nào đang là sự quan tâm của các nhà cung cấpdịch vụ Nhận thức được điều đó, tôi đã quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiêncứu, áp dụng phân hệ đa phương tiện IP trong mạng viễn thông Việt Nam” làmluận văn tốt nghiệp

Luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Xu hướng hội tụ mạng viễn thông, lợi ích mà IMS mang lại,tiến trình chuẩn hóa IMS của 3GPP Phần tiếp theo nghiên cứu về các yêucầu kỹ thuật trong hệ thống mạng và kiến trúc IMS, các khối chức năng,các thực thể liên quan trong kiến trúc IMS.

Chương 2: Nghiên cứu khái quát các giao thức sử dụng phổ biến như:SIP, Diameter, COPS, Megaco/H.248 và phân tích từng bước hoạt độngcủa phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụtrong IMS

Chương 3: Phân tích hiện trạng mạng viễn thông Việt Nam hiện nay vàtình hình triển khai IMS của VNPT cũng như mô hình các dịch vụ IMS,

từ đó xây dựng và mô phỏng mô hình dịch vụ IMS

Do nội dung kiến thức của đề tài rất mới, khả năng còn hạn chế nên luậnvăn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhậnđược sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để đề tài được hoànthiện và được áp dụng vào thực tế mang lại hiệu quả cao

Chương 1 Nghiên cứu kiến trúc IMS

1.1 Xu hướng hội tụ mạng viễn thông

Trong mạng viễn thông hiện tại, các công nghệ được sử dụng chủ yếu baogồm: chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, công nghệATM, chuyển mạch khung, mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, Fast Ethernet,Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI Bên cạnh đó,các công nghệ mới cũng đã được áp dụng hiện nay như: SONET/SDH, xDSL

và B-ISDN, các công nghệ truy nhập vô tuyến như CDMA, TDMA, FDMA,Wifi, Wimax, …

Các công nghệ trên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệthống hỗ trợ trên chính hệ thống của mình Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫnđến tăng trưởng các phần tử mạng và do vậy sẽ làm tăng sự phức tạp trong đồng

bộ và công tác quản lí, hơn nữa các nhà khai thác mạng khác nhau lại sử dụngcác công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạngriêng rẽ Đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay

Như vậy, các mạng đơn lẻ trước đây như di động, mạng thoại truyềnthống, mạng truyền dữ liệu, mạng Internet, mạng không dây… chỉ cung cấpđược các dịch vụ đơn lẻ Ví dụ như trong mạng chuyển mạch điện thoại côngcộng PSTN, một cuộc nối được thiết lập giữa hai thuê bao thông qua quá trìnhtrao đổi khe thời gian cố định trong suốt quá trình cuộc gọi Kiểu mạng này phùhợp cho dịch vụ thoại vì chúng có tốc độ bit không đổi và thông tin có tính thờigian thực cao Với các ứng dụng truyền dữ liệu, việc sử dụng riêng một kênhthông tin để truyền là rất lãng phí về tài nguyên và không phù hợp với yêu cầu

sử dụng

Với các mạng di động hiện nay mặc dù có tốc độ phát triển rất nhanh tuynhiên dịch vụ mà nhà khai thác mạng di động cung cấp cho người dùng vẫn chủyếu là dịch vụ thoại truyền thống kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn Bên cạnh đó,

có các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ thấp và giá thành dịch vụ cao và chưađáp ứng được nhu cầu truyền thông đa phương tiện của người dùng

Tương tự như vậy mạng chuyển mạch gói là rất hữu hiệu cho việcchuyển thông tin số liệu nhưng lại không phù hợp cho truyền thoại do chưakiểm soát được độ trễ truyền thông tin và tỷ lệ thất thoát gói tin

Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là tạo ra một mạng tích hợp có thểcung cấp nhiều loại hình dịch vụ có yêu cầu băng thông, thời gian thực và chấtlượng dịch vụ khác nhau

Bước đầu tiên trong hướng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấpbáo hiệu kênh chung giữa các người sử dụng cho tất cả các dịch vụ thoại và sốliệu Trong khi đó vẫn duy trì sự riêng biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói tại trạm trung gian Người dùng được cung cấp các truy nhập số tốc

độ 2B+D cho cả thoại và số liệu cùng với 16 Bbps cho báo hiệu và các dịch vụchuyển mạch gói Tuy nhiên hướng phát triển này dần dần bộc lộ yếu điểm khinhu cầu dịch vụ băng thông rộng ngày càng phát triển Tốc độ truy nhập 2B+D

là quá thấp so với nhu cầu dịch vụ băng rộng hiện nay

ISDN ngày càng thể hiện nhược điểm không thể đáp ứng được nhu cầutruyền thông, trong khi đó công nghệ truyền dẫn và công nghệ điện tử VLSIngày càng phát triển và xuất hiện công nghệ mới có khả năng truyền tải caođược đánh giá là có nhiều hứa hẹn để truyền dẫn cả thoại và dữ liệu đó là ATM

đã đưa ra một hướng mới để phát triển ISDN băng hẹp thành ISDN băng rộng(B-ISDN) B-ISDN cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch góitheo kiểu đơn phương tiện, đa phương tiện, theo kiểu hướng kết nối hay phi kếtnối và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng

Tuy nhiên khi triển khai B-ISDN với công nghệ nền tảng là ATM thì vấn

đề giá thành xây dựng mạng lại lớn vì B-ISDN không tận dụng tối đa nền tảngmạng hiện có Do vậy không đáp ứng kịp thời cho nhu cầu sử dụng dịch vụ củangười dùng

Từ tình hình mạng viễn thông hiện nay và sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụbăng rộng, việc xây dựng một mạng cung cấp đa loại hình dịch vụ tốc độ caobăng thông lớn là vấn đề tất yếu của các nhà khai thác mạng

ISDN, B-ISDN đều có nhược điểm khi được triển khai để cung cấp dịch

vụ tốc độ cao băng thông lớn cho người dùng Vấn đề đặt ra là mô hình mạngnào có thể khắc phục được nhược điểm của hai mạng trên trong khi vẫn có thểcung cấp dịch vụ đa phương tiện cho người dùng

Để thực hiện được điều trên các tổ chức chuẩn hóa viễn thông đã nghiêncứu và đưa ra mô hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phươngtiện cho người dùng trong khi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻnhất và nhanh nhất đó chính là mạng IMS/NGN

Lợi ích của IMS:

người và người với nội dung thông tin theo một loạt các phương thức - bao gồm

Với những lý do trên, IMS sẽ trở thành giải pháp ưu tiên cho các nhà khaithác cố định và di động kinh doanh đa phương tiện.

Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thôngTrên thực tế sự hội tụ đã và đang diễn ra Các công nghệ của mạng2,5G/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng Một sốdịch vụ trước kia chỉ được cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã

có thể được cung cấp thông qua nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ khác Ví

dụ như dịch vụ SMS đã được cung cấp cho cả điện thoại cố định, di động vàInternet Sự hội tụ trên xuất phát từ yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó Để cóthể cung cấp đồng thời dịch vụ như vậy phải có phương án cụ thể triển khai chotừng dịch vụ Đó là xu hướng đang phát triển mạnh

1.2 Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP

IMS được định nghĩa như sau: “IMS là kiến trúc toàn cầu, độc lập vớitruy nhập; điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên giao thức IP Kiến trúc này chophép cung cấp nhiều loại dịch vụ đa phương tiện tới người dùng thông qua cácgiao thức thông dụng trên Internet”

IMS được dự án hợp tác về viễn thông thế hệ thứ 3 (3GPP-3rd GenerationPartnership Project) giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5 (Release 5) vàotháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản IMS được mô tả là mộtcấu trúc chuẩn hóa truy nhập không giới hạn trên nền IP, có khả năng thích ứngvới các mạng thoại, số liệu và di động Cùng với 3GPP, trong năm 2002 3GPP2cũng đưa ra chuẩn hóa IMS của riêng mình Về cơ bản 3GPP IMS và 3GPP2 làgiống nhau tuy nhiên giữa chúng cũng có một vài khác biệt như là giải pháp tínhcước hay hỗ trợ các phiên bản IP

Đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6 Phiên bảnnày tập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 (tính cước, quản lý chất lượngdịch vụ) và bổ sung một số đặc tính mới (hỗ trợ truy nhập từ các mạng khácnhau) Release 6 được hoàn thành vào tháng 3/2005 Những kết quả chuẩn hóaIMS trong Release 6 của 3GPP được ETSI TISPAN sử dụng để thực hiện chuẩnhóa phiên bản NGN R1 Đây được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định -

di động trong IMS

Release 7 được 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và được hoàn thiện vàokhoảng tháng 3-9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng cố định Tháng6/2007, ETSI TISPAN kết hợp với 3GPP để tiếp tục chuẩn hóa xây dựng cấutrúc mạng IMS chung nhằm hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ mới nhưIPTV Cấu trúc này được chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release 8 Hiện nayphiên bản này vẫn đang được tiếp tục hoàn thiện

Đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu được chuẩn hóa với một sốtính năng như: Giải pháp cho dịch vụ thoại và video trong miền chuyển mạchkênh, tính năng hỗ trợ di động WiMAX - LTE, WiMAX - UMTS

Ngoài 02 tổ chức chuẩn hóa trên, Liên minh Di động mở OMA (OpenMobile Alliance) cũng đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phát triển cácdịch vụ IMS Tuy nhiên, trong khi 3GPP và 3GPP2 tiếp tục phát triển và chuẩnhóa kiến trúc lõi IMS, xây dựng các dịch vụ cơ bản IMS như là thoại, video vàdịch vụ hội nghị, thì OMA tập trung phát triển sáng tạo, thiết kế nhiều ứng dụng

và dịch vụ khác nhau trên đỉnh của kiến trúc IMS

1.3 Kiến trúc IMS

Kiến trúc của một hệ thống IMS được chia thành bốn lớp bao gồm:

Hình 1.2 Mô hình kiến trúc IMS

Lớp ứng dụng: bao gồm các máy chủ ứng dụng và thực hiện các dịch vụ

giá trị gia tăng cho người sử dụng Tiêu chuẩn IMS định nghĩa ra các thực thểkhởi tạo dịch vụ chung (chẳng hạn như quản lý danh sách nhóm và sự hiệndiện) được thực hiện như các dịch vụ trong một máy chủ ứng dụng SIP

Lớp điều khiển: (hay còn gọi là lớp IMS lõi): bao gồm các máy chủ điều

khiển mạng để quản lý cuộc gọi hoặc thiết lập phiên, sửa đổi và giải phóng.Chức năng quan trọng nhất trong số này là CSCF (Call Session ControlFunction), còn được biết đến như một máy chủ SIP Lớp này cũng có một bộđầy đủ các chức năng hỗ trợ, chẳng hạn như dữ liệu, tính cước và khai thác vàquản lý Kết nối với những nhà khai thác khác hay các loại mạng khác đượcquản lý bởi các cổng biên giới

Lớp kết nối: bao gồm các bộ định tuyến và chuyển mạch, cả cho mạng

xương sống và mạng truy cập

Lớp quản lý: bao gồm các máy chủ và các phần mềm quản lý cung cấp

các công cụ giúp việc vận hành, khai thác và bảo dưỡng hệ thống một cáchthuận tiện và tự động hóa cao

Mô hình kiến trúc IMS được chuẩn hóa theo 3GPP thể hiện qua hình 1.3

Hình 1.3 Kiến trúc IMS của 3GPP

* IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác

Bên cạnh 3GPP, các tổ chức khác như IETF, ITU-T, ARIB, ETSI vàcác công ty điện tử - viễn thông như NEC, MOTOROLA,SIEMEN cũngnghiên cứu và đưa ra các chuẩn của mình

Mô hình IMS trong NGN của ETSI đưa ra như hình 1.4

Hình 1.4 Kiến trúc IMS của ETSIVới kiến trúc IMS của ETSI, so với kiến trúc của 3GPP thì một số khốichức năng được thêm vào để thực hiện chức năng tương tác với các mạng IP

21khác như IWF, SPDF, I-BCF, SGF Còn lại các thành phần cơ sở dữ liệu HSS,thành phần điều khiển IMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF; thành phần điềukhiển tương tác như MGCF, BGCF, SGW; các thành phần tương tác nhưOSA-SCS, OSA-AS, IM-SSF, CSE; các thành phần tài nguyên MRF; thànhphần tương tác phương tiện MGW; và các giao diện trong mạng đều tương tựnhư kiến trúc của 3GPP.

ITU-T cũng đưa ra mô hình IMS của mình được trình bày trên hình 1.5

AAA+DB

Cx Mj

Mi

Dh

CSCF MGCF

Dx Mb

Mr

SLF Mb

M¹ng truy nhËp kÕt nèi IP UEHình 1.5 Kiến trúc IMS của ITU-T

Các đặc điểm giống và khác nhau trong kiến trúc IMS của ba tổ chức

điều khiển tài điều khiển tài (RACS) chứa cácnguyên và điều nguyên và điều khối chức năngkhiển tương tác khiển tương tác IWF, I-BCF, SGF,

Các thành phần tài Các thành phần tài các mạng trướcnguyên và tương nguyên và tương đây

tác phương tiện tác phương tiện

Tuy nhiên vấn đề lựa chọn nền tảng để xây dựng NGN sẽ quyết định tốc

độ thành công khi xây dựng NGN

PSTN/ ISDN hiện nay đã phát triển toàn cầu, số lượng thuê bao hiện đangchiếm ưu thế hơn hẳn so với các thuê bao di động hay internet Nhưng với cơ sởcông nghệ mạng thì vẫn dựa trên nền mạng chuyển mạch kênh và đầu cuối cốđịnh không có khả năng đáp ứng các dịch vụ thông minh, hơn nữa mạng truynhập vẫn chưa số hóa hoàn toàn do vậy khả năng truyền tải tốc độ cao băngthông lớn với mạng cố định đã bộc lộ nhiều khuyết điểm

Internet hiện nay có tốc độ phát triển nhanh nhất, chỉ trong khoảng thờigian cỡ 10 năm, internet đã phát triển toàn cầu Nền tảng công nghệ cho Internetdựa trên công nghệ gói IP do vậy Internet được coi là mạng dữ liệu có khả năngtruyền tài lớn nhất Tuy nhiên, mong muốn của người dùng không phải là chỉtruyền dữ liệu, họ còn cần các dịch vụ thời gian thực và hướng kết nối Khi yêucầu này đặt ra với internet rõ ràng Internet không thể đáp ứng

Từ hiện trạng mạng như vậy, giải pháp để cải thiện mạng viễn thông làkết hợp ưu điểm tốc độ bit cố đinh, hướng kết nối và đảm bảo tính thời gianthực cao của PSTN/ ISDN với những ưu điểm khả năng truyển tải lớn, tiết kiệmtài nguyên mạng, đầu cuối thông minh của mạng internet và loại bỏ nhữngnhược điểm của các mạng này cho đến nay vẫn là một giải pháp tốt

Mạng 3G hiện nay có tốc độ phát triển vượt bậc, mặc dù ra đời sau PSTN/ISDN và Internet nhưng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS) 3G được xâydựng trên nền mạng thông minh PLMN, 3G còn thông minh hơn nữa Với các

công nghệ truy nhập tiên tiến như TDMA, CDMA và đầu cuối thông minh, 3G

đã cho phép người dùng đầu cuối vừa có khả năng sử dụng dịch vụ thời gianthực lại có khả năng truyền tải và truy nhập dữ liệu

Như vậy so với PSTN/ ISDN và Internet thì 3G đã thực hiện được bướcđầu trong tiến trình hội nhập dịch vụ thoại và dữ liệu Điều này đã tạo cơ hội rấtthuận tiện để 3G tiến đến NGN

1.4 Các khối chức năng cơ bản trong mạng lõi IMS [10]

1.4.1 Các phần tử cơ sở dữ liệu

1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server)

Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS có thể xem như là một cải tiếncủa bộ đăng ký định vị thường trú HLR và AuC trong mạng GSM HSS là một

cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả thuê bao và những thông tin dịch vụliên quan đến thuê bao Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng,tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ chuyển vùng, thông số chứng thựccũng như thông tin về dịch vụ thuê bao Thông tin nhận dạng người dùng gồmkhóa nhận dạng riêng và khóa nhận dạng chung Khóa nhận dạng riêng được tạo

ra bởi nhà khai thác mạng và được dùng với mục đích đăng ký và chứng thực.Khóa nhận dạng người dùng chung được sử dụng để truyền thông giữa cácngười dùng HSS cũng đáp ứng địa chỉ một S-CSCF nếu có yêu cầu trong thủtục đăng ký Hơn nữa, HSS còn thực hiện những chính sách hệ thống như lưutrữ thông tin hoặc xóa thông tin những UE không hợp lệ

HSS phải hỗ trợ những thành phần của miền PS như SGSN và GGSN.Điều này giúp các thuê bao của IMS có thể sử dụng dịch vụ của miền PS vàngược lại Tương tự, do HSS đóng vai trò như HLR nên cũng hỗ trợ các thànhphần của miền CS như MSC, BSC Điều này cho phép các thuê bao IMS có thểtruy cập đến các dịch vụ của miền CS và hỗ trợ chuyển vùng trên toàn hệ thốngGSM/UMTS Như một AuC, HSS lưu trữ khóa bí mật của mỗi thuê bao, cáinày dùng để chứng thực khi đăng ký vào mạng và mã hóa dữ liệu cho mỗi thuêbao di động Tùy thuộc vào số lượng thuê bao mà có thể có nhiều HSS trongmột mạng IMS HSS tiếp xúc với CSCF thông qua điểm tham chiếu Cx và tiếpxúc với AS thông qua điểm tham chiếu Sh

1.4.1.2 SLF (Subscription Locator Function)

Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vịSLF sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùngtương ứng

Hình 1.6 SLF chỉ định HSS phù hợp

Để tìm được địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF phải gửi đến SLFbản tin yêu cầu LIR Hình trên mô tả quá trình tìm ra địa chỉ HSS phù hợp khi I-CSCF nhận được bản tin INVITE trong trường hợp mạng có ba HSS

Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụngdành riêng cho IMS

1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS

Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF có 3 loại: Proxy-CSCF (P-CSCF),Serving-CSCF (S-CSCF) và Interrogating-CSCF (I-CSCF) Mỗi CSCF có chứcnăng riêng Chức năng chung của CSCF là tham gia trong suốt quá trình đăng ký

và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS Hơn nữa, những thành phần này còn cóchức năng gửi dữ liệu tính cước đến Server tính cước

1.4.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF)

P-CSCF đóng vai trò như một máy chủ SIP, là điểm đầu tiên liên lạc giữađầu cuối IMS và mạng IMS Nó có thể được đặt ở mạng khách (trong toàn bộmạng IMS) hoặc mạng chủ Một vài mạng có thể sử dụng thiết bị kiểm soát biêngiới phiên SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này Để kếtnối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải gửi đăng ký tới P-CSCF trongmạng mà nó đang kết nối Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua giaothức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) hoặc sẽ được cung cấp khingười dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạngthông tin di động tế bào

Chức năng của P-CSCF bao gồm:

+ P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ người dùngđến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như bản tin phản hồi từ máy chủ SIP vềngười dùng

+ P-CSCF được gán cho đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký, và không thay đổi trong suốt quá trình đăng ký.

+ P-CSCF nằm trên đường đi của tất cả các bản tin báo hiệu và có thể được gán vào mỗi bản tin

+ P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec vớithiết bị đầu cuối IMS của người dùng P-CSCF còn có vai trò ngăn cản các tấncông như spoofing, replay để đảm bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng.+ P-CSCF có thể nén và giải nén các bản tin SIP dùng sigcomp, để giảmthiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp(hay giảm độ trễ khi truyền trên các kênh có băng thông hẹp)

+ P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (PolicyDecision Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phươngtiện

+ P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ

1.4.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF )

I-CSCF là một máy chủ SIP khác được đặt ở biên của miền quản trị Địachỉ IP của I-CSCF được công bố trong tên miền hệ thống, vì thế các máy chủứng dụng ở xa có thể tìm thấy I-CSCF và sử dụng I-CSCF như một điểmchuyển tiếp cho các gói tin SIP tới miền này

Các chức năng của I-CSCF bao gồm:

+ Định tuyến bản tin yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến CSCF tương ứng Để làm được điều này, I-CSCF sẽ truy vấn HSS thông qua giaodiện Diameter Cx để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng (giaodiện Dx được dùng để từ I-CSCF tới SLF để định vị HSS cần thiết) Nếu nhưchưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCFcho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP

S-+ Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến bản tin yêu cầu SIP hoặc bản tin trảlời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụkhác I-CSCF luôn luôn được đặt tại mạng chủ, trong một số trường hợp nhưTHIG (Topology Hiding Inter-network Gateway), I-CSCF được đặt tại mạng khách là tốt nhất

1.4.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF)

S-CSCF là một nút trung tâm của hệ thống báo hiệu IMS S-CSCF vậnhành giống như một máy chủ SIP nhưng nó cũng bao hàm cả chức năng quản lýphiên dịch vụ Thêm vào việc thực hiện chức năng là một máy chủ SIP thì nócũng đóng vai trò như một trung tâm đăng ký SIP Điều này có nghĩa là nó duytrì mối liên hệ giữa vị trí của người dùng (nói cách khác là địa chỉ IP của thiết bịđầu cuối mà người dùng đăng nhập) với địa chỉ SIP của người dùng đó (cũngđược biết đến như là định danh chung của người dùng) Cũng giống như I-CSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện diameter với HSS Lý do chính củaviệc sử dụng giao diện với HSS là:

Để tải các vector nhận thực của người dùng đang cố gắng truy cập mạng

từ HSS S-CSCF sử dụng vector này để nhận thực người dùng

Để tải hồ sơ người dùng từ HSS Hồ sơ người dùng bao gồm các triggers cóthể làm cho bản tin SIP được định tuyến qua một hoặc vài máy chủ ứng dụng

Để khai báo với HSS về S-CSCF được cấp cho người dùng trong suốtquá trình đăng ký

Tất cả các bản tin báo hiệu SIP mà đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi quaS-CSCF S-CSCF sẽ kiểm tra mỗi bản tin SIP và quyết định xem liệu bản tinbáo hiệu này nên đi qua một hay nhiều máy chủ ứng dụng trên đường đi tới đíchcuối cùng của nó Các máy chủ ứng dụng này sẽ cung cấp các khả năng về mộtdịch vụ tới người dùng Một chức năng chính của S-CSCF là cung cấp dịch vụđịnh tuyến bản tin SIP Nếu người dùng quay số điện thoại thay vì sử dụngSIPURI (Uniform Resource Identifier) thì S-CSCF cung cấp một dịch vụ chuyểnđổi, thường dựa trên chuẩn DNS E.164 Number Translation (DNS/ENUM) S-CSCF cũng tác động vào chính sách mạng của nhà cung cấp Ví dụ, một ngườidùng có thể không có quyền thiết lập một phiên cụ thể nào cả S-CSCF tránh chongười dùng thực hiện các chức năng không được cho phép Một mạng thườngbao gồm một số các S-CSCF cho mục đích mở rộng và dự phòng Mỗi S-CSCFphục vụ một số lượng đầu cuối tùy thuộc vào dung lượng của nó S-CSCF luônluôn được đặt tại mạng chủ (được mô tả trong RFC-2916)

1.4.3 Các phần tử điều khiển kết nối liên mạng

1.4.3.1 MGCF (Media Gateway Control Function)

MGCF là thành phần cổng nối của PSTN hay CS và mạng IMS Nút này

có nhiệm vụ quản lý các cổng đa phương tiện, tương tác với S-CSCF để quản lýcác cuộc gọi trên kênh đa phương tiện Nó thực hiện chuyển đổi giao thức và

ánh xạ SIP thành ISUP hoặc BICC Ngoài ra, MGCF còn điều khiển nguồn tàinguyên trong MGW Giao thức sử dụng giữa MGCF và MGW làMegaco/H.248.

IMS hỗ trợ cả 2 phiên bản IPv4 và IPv6, do vậy tại một thời điểm trongmột phiên đa phương tiện hay truyền thông vấn đề liên mạng giữa 2 phiên bản

IP này có thể xẩy ra Để tiến trình liên mạng giữa 2 phiên bản không cần hỗ trợcủa các thiết bị đầu cuối, IMS bổ sung thêm 2 chức năng mới cho phép chuyểnđổi cả 2 phiên bản IP Chức năng này được gọi là cổng lớp ứng dụng IMS(ALG-Application Layer Gateway) và cổng chuyển đổi (TrGW - TransitionGateway)

Hình 1.7 Liên kết với mạng IP phiên bản khác nhauIMS-ALG hoạt động như 1 SIP B2BUA thực hiện 2 giai đoạn báo hiệuvới phiên bản IP khác nhau, một hướng về mạng IMS, một hướng ra mạngngoài Bên cạnh đó IMS-ALG còn thực hiện sửa lại địa chỉ IP và số port tronggiao thức đặc tả phiên SDP (Session Description Protocol) để cho phép dữ liệuđược định tuyến thông qua TrGW

TrGW thực tế là một bộ chuyển đổi giao thức NAT-PT/NAPT-PT(Network Address Port Translator - Protocol Translator) TrGW được cấu hìnhvới chức năng tự động cấp phát địa chỉ IPv4 cho các phiên IP TrGW cũng thựchiện chức năng chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6 tại mức dữ liệu phương tiện (RTPhay RTCP)

1.4.3.2 BGCF (Breakout Gateway Control Function)

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) có nhiệm vụ lựa chọnmạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng trong IMS sẽđược định tuyến sang Nếu BGCF xác định được rằng lưu lượng chuyển mạng

đó sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựachọn một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN Nếu lưu lượngcần truyền tới một mạng không nằm cùng mạng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báohiệu phiên này tới BGCF đang quản lý mạng đích đó

BGCF thực hiện các chức năng như sau:

+ Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CS CN Nếu như sựtương tác ở trong một mạng khác thì BGCF sẽ gửi báo hiệu SIP tới BGCF củamạng đó Nếu như sự tương tác nằm trong một mạng khác và nhà khai thác yêucầu ẩn cấu hình mạng đó thì BGCF gửi báo hiệu SIP thông qua một I-CSCF(THIG) về phía BGCF của mạng đó

+ Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN hoặc CS CN vàgửi báo hiệu SIP tới MGCF đó Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằmtrong một mạng khác

IMS kết nối tới mạng PSTN/CS thông qua cổng giao tiếp PSTN chứcnăng này được phân chia thành 3 chức năng nhỏ: SGW, MGCF, MGW nhưtrong hình 1.8

Hình 1.8 Kết nối IMS và mạng

PSTN/CS 1.4.3.3 SGW (Signalling gateway function)

SGW (cổng báo hiệu) chức năng được sử dụng để kết nối các mạng báohiệu khác nhau ví dụ mạng báo hiệu SCTP/ IP và mạng báo hiệu SS7 Chứcnăng cổng báo hiệu có thể triển khai như một thực thể đứng một mình hoặc bêntrong một thực thể khác Các luồng phiên trong đặc tả này không thể hiện SGWnhưng khi làm việc với PSTN hay miền chuyển mạch kênh thì cần có một SGW

để chuyển đổi truyền tải báo hiệu SGW được triển khai như hai node logic sau:

Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW)

Vai trò của R-SGW liên quan đến chuyển mạng từ/ tới miền chuyển mạchkênh 2G/ R99 và miền GPRS tới/ từ miền dịch vụ thoại MUTS R00 và miềnGPRS UMTS Để chuyển mạng đúng cách R-SGW thực hiện chuyển đổi báohiệu tại lớp transport

Cổng báo hiệu truyền tải T-SGW (Transport Singnalling Gateway)

Thành phần này trong mạng R4/5 là các điểm kết cuối PSTN/PLMN trongmột mạng xác định Nó ánh xạ báo hiệu cuộc gọi từ/ tới PSTN/ PLMN lên mạngmang IP và gửi nó từ/ tới MGCF

mô tả theo Hình 1.9

Hình 1.9 Các máy chủ ứng dụng IMS

SIP AS: Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các

dịch vụ đa phương tiện IP dựa trên nền SIP

OSA-SCS (Open Service Access - Service capability Server): Máy chủ

tiềm trữ phục vụ OSA

AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng dụng truy nhập dịch vụ

mở (OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS đặc biệt là khả năng truynhập bảo mật từ các mạng bên ngoài OSA-SCS giao tiếp với máy chủ ứng dụngOSA thông qua giao diện lập trình ứng dụng API (Application ProgrammingInterface)

IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function): Chức năng chuyển

mạch đa dịch vụ IP

Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử dụng lại dịch vụlogic cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động(CAMEL - Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic) mà

đã được phát triển trong hệ thống GSM IM-SSF cho phép chức năng điều khiểndịch vụ GSM (gsmSCF – GSM Service Control Function) thực hiện điều khiểncác phiên IMS IM-SSF giao tiếp với gsmCSF thông qua giao tiếp CAP(CAMEL Application Part)

1.4.5 Các phần tử tài nguyên

1.4.5.1 MRF (Media Resource Function)

MRF (Chức năng đa phương tiện) được phân thành bộ điều khiển chứcnăng tài nguyên đa phương tiện MRFC (Media Resource Function Controller)

và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP (Media ResourceFunction Processor) MRFC là khối trực tiếp giao tiếp với AS qua giao thức SIP

và với S-CSCF qua giao thức Megaco/H.248 MRFP nhận thông tin điều khiển

từ MRFC và giao tiếp với các thành phần của mạng truyền dẫn MRF có vai tròquan trọng trong hội nghị đa điểm để phân bố tài nguyên hợp lý

MRFC nhận báo hiệu điều khiển cuộc gọi qua giao thức SIP MRFC cầnthiết cho việc hỗ trợ những dịch vụ, như hội nghị, những thông báo tới ngườidùng hoặc chuyển mã kênh mang MRFC chuyển báo hiệu SIP nhận được từ S-CSCF qua điểm tham chiếu Mr và sử dụng những chỉ dẫn Megaco/H.248 đểđiều khiển MRFP MRFC có thể gửi thông tin thanh toán tới CCF và OCS

MRFP cung cấp những tài nguyên mặt phẳng người dùng được yêu cầu

và chỉ dẫn bởi MRFC MRFP thực hiện những chức năng liên quan đến medianhư phát và trộn media, thích ứng nội dung dịch vụ, chuyển đổi định dạng nộidung,…

Hình 1.10 Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện

MRF 1.4.5.2 MGW (Media gateway function)

MGW (Cổng kết nối đa phương tiện) có thể kết thúc các kênh mang từmạng chuyển mạch kênh và các luồng phương tiện từ mạng chuyển mạch gói(ví dụ dòng RTP trong mạng IP) IMS-MGW có thể hỗ trợ chuyển đổi phươngtiện điều khiển mạng và xử lí tải trọng (ví dụ mã hóa, triệt vọng, cầu hội nghị)

IMS-MGW sẽ được cung cấp tài nguyên cần thiết để hỗ trợ các phươngtiện truyền tải UMTS/ GSM Hơn nữa IMS-MGW còn phải bổ sung thêm nhiều

bộ mã hóa và các giao thức khung và hỗ trợ các chức năng đặc tả di động

1.5 Các điểm tham chiếu IMS

Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong vàngoài mạng IMS, trao đổi các thông tin và báo hiệu

Bảng 1.2 Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS

Cr MRFC, AS MRFC nhận tư liệu (các kịch bản HTTP

và tài nghuyên ) từ một AS

Cx I-CSCF, S-CSCF, Thông tin giữa HSS và I- Diameter

SIP AS, OSA, SCF, AS sử dụng để tìm chính xác

Gm UE, P-CSCF Truyền tải tất cả các bản tin báo SIP

hiệu SIP giữa UE và IMS

Cho phép nhà khai thác điều

COPS

Go PDF, GGSN khiển QoS trong mặt phẳng

người dùng và chuyển đổi thôngtin liên quan đến tính cước giữa

IMS và mạng GPRSTruyền tải thông tin liên quan

Gq P-CSCF, PDF đến quyết định chính sách giữa Diameter

P-CSCF và PDF

ISC S-CSCF, I-CSCF, Truyền tải tất cả các bản tin giữa SIP

MGCF chuyển đổi bản tin báo

Mg MGCF -> I-CSCF hiệu ISUP thành bản tin báo hiệu SIP

SIP và chuyển tiếp tới I –CSCF

Mi S-CSCF -> BGCF Truyền tải thông tin qua lại giữa SIP

S-CSCF và BGCFTruyền tải thông tin qua lại giữa

Mj BGCF -> MGCF BGCF và MGCF trong cùng một SIP

mạng lõi IMSTruyền tải thông tin qua lại giữa

Ro AS, MRCF, OCS, AS, MRCF, S-CSCF sử dụng Diameter

S-CSCF cho tính cước trực tuyến tới OCS

Thông tin dịch vụ liên quan tính

Rx P-CSCF, AS, CRF cước động được chuyển giữa Diameter

Ut UE, AS (SIP AS, Cho phép UE quản lý các thông HTTP

OSA SCS, IM-SSF) tin liên qua đến dịch vụ của mình

Chương 2 Một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS

Trong kiến trúc IMS các điểm tham chiếu chuẩn được định nghĩa và ởmỗi giao diện sẽ sử dụng các giao thức báo hiệu tương ứng

2.1 Giao thức SIP [10]

2.1.1 Tổng quan về giao thức SIP

SIP là giao thức khởi tạo phiên, dùng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc cáccuộc gọi điện thoại VoIP SIP được phát triển bởi IETF và ban hành trong tàiliệu RFC 3261 vào tháng 5 năm 2003

SIP có thể sử dụng cho rất nhiều các dịch vụ khác nhau trong mạng IPnhư dịch vụ tin nhắn, thoại, hội nghị thoại, hội nghị truyền hình, email, dạy học

từ xa, quảng bá, … SIP sử dụng khuôn dạng text, một khuôn dạng thường gặptrong mạng IP Nó kế thừa các các nguyên lý và khái niệm của các giao thứcInternet như HTTP và SMTP SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trườngheader của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo header

2.1.2 Cấu trúc SIP

2.1.2.1 Máy chủ

Là một chương trình ứng dụng chấp nhận các bản tin yêu cầu từ máykhách để phục vụ các yêu cầu này và gửi trả các đáp ứng cho các yêu cầu đó Ta

có các loại máy chủ sau:

Người dùng là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điệnthoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP

Máy chủ ủy quyền: là một chương trình trung gian, hoạt động như là một máy chủ và một máy khách cho mục đích tạo các yêu cầu thay mặt cho các

máy khách khác Các yêu cầu được phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đếncác máy chủ khác Một máy chủ ủy quyền có thể dịch và nếu cần thiết có thể tạolại các bản tin yêu cầu SIP trước khi chuyển chúng đến máy chủ khác hoặcngười dùng

Máy chủ định vị: là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về

những vị trí có thể của thuê bao bị gọi cho các phần mềm máy chủ ủy quyền vàmáy chủ chuyển đổi địa chỉ

Máy chủ chuyển đổi địa chỉ: là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển

đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giốngnhư máy chủ ủy quyền, máy chủ chuyển đổi địa chỉ không bao giờ hoạt động

34như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất cứ yêu cầu nào Máy chủ chuyển đổiđịa chỉ cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi.

Máy chủ đăng ký: là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Trong nhiều

trường hợp máy chủ đăng ký đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh nhưxác nhận người sử dụng Thông thường máy chủ đăng ký được cài đặt cùng vớimáy chủ ủy quyền và máy chủ hay địa chỉ hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuêbao Mỗi lần đầu cuối được bật lên (ví dụ máy điện thoại hoặc phần mềm SIP)thì đầu cuối lại đăng ký với máy chủ Nếu đầu cuối cần thông báo cho máy chủ

về địa điểm của mình thì bản tin đăng ký cũng được gửi đi Nói chung các đầucuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ

Trong IMS, HSS đóng vai trò như một máy chủ đăng ký chứa cơ sở dữliệu về thuê bao và dịch vụ thuê bao đã đăng ký S-CSCF chính là máy chủ định

vị, đảm nhiệm phục vụ một nhóm thuê bao trong mạng đó hoặc chuyển vùngsang mạng IMS I-CSCF thực hiện chức năng như một máy chủ chuyển đổi địachỉ, giao tiếp với S-CSCF của mạng khác khi UE sử dụng dịch vụ liên mạng

Hình 2.1 Cấu trúc SIP

2.1.2.2 Máy khách

Máy khách trong giao thức SIP chính là các thiết bị mà người dùng sửdụng để khởi tạo yêu cầu SIP đến các máy chủ Thiết bị này có thể là các thiết bịphần cứng hỗ trợ chuẩn SIP như điện thoại IP hay là phần mềm hỗ trợ chuẩnSIP như Express Talk, Sidefisk,… hay hỗ trợ cả IMS như: Mercuro IMS Client,UCT Client, OpenIC_Lite,

INVITE Khởi tạo một phiên

ACK Khẳng định rằng client đã nhận được bản tin

đáp ứng cho bản tin INVITEBYE Yêu cầu kết thúc phiênCANCEL Yêu cầu kết thúc phiênREGISTER Đầu cuối SIP đăng ký với máy chủ đăng kýOPTIONS Đầu cuối SIP đăng ký với máy chủ đăng kýINFO Sử dụng để tải các thông tin

6xx Sự cố toàn mạng

2.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP

Trước tiên ta tìm hiểu hoạt động của máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi

+ Hoạt động của máy chủ ủy quyền

Hoạt động của máy chủ ủy quyền được trình bày như trong hình 2.2Client SIP userA@yahoo.com gửi bản tin đăng ký cho userB@hotmail.com đểmời tham gia cuộc gọi

Bước 2: Máy chủ ủy quyền của miền hotmail.com sẽ tham khảo máy chủđịnh vị (Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB.

Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử làUserB@hotmail.com)

Bước 4: Máy chủ ủy quyền gửi bản tin INVITE tới userB@hotmail.com.Máy chủ ủy quyền thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE

Bước 5: UAS của UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK.Bước 6: Máy chủ ủy quyền gửi đáp ứng 200 OK trở vềuserA@yahoo.com

Bước 7: userA@yahoo.com gửi bản tin ACK cho UserB thông qua máychủ ủy quyền

Bước 8: Máy chủ ủy quyền huyển bản tin ACK cho userB@hostmail.comBước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênhRTP/RTCP được mở giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại

Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn tất, phiên làm việc bị xóabằng cách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối

Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ:

Hình 2.3 Mô tả hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉCác bước như sau:

Bước 1: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ nhận được yêu cầu INVITE từngười gọi (Yêu cầu này có thể đi từ một máy chủ ủy quyền khác)

Bước 2: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ truy vấn server định vị địa chỉ của B.Bước 3: Máy chủ định vị trả lại địa chỉ của B cho Máy chủ chuyển đổi địa

chỉ

Bước 4: Máy chủ chuyển đổi địa chỉ trả lại địa chỉ của B đến người gọi A

Nó không phát yêu cầu INVITE như máy chủ ủy quyền

Bước 5: User Agent bên A gửi lại bản tin ACK đến Máy chủ chuyển đổiđịa chỉ để xác nhận sự trao đổi thành công

Bước 6: Người gọi A gửi yêu cầu INVITE trực tiếp đến địa chỉ được trảlại bởi Máy chủ chuyển đổi địa chỉ (đến B) Người bị gọi B đáp ứng với chỉ thịthành công (200 OK), và người gọi đáp trả bản tin ACK xác nhận Cuộc gọiđược thiết lập

Ngoài ra SIP còn có các mô hình hoạt động liên mạng với SS7 (đếnPSTN) hoặc là liên mạng với chồng giao thức H.323

Tổng quát lại trong mạng SIP quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối:Quá trình thiết lập và hủy cuộc gọi SIP cơ bản được mô tả trong hình 2.4

1 Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối

2 Xác định phương tiện của cuộc gọi, tức là mô tả phiên mà đầu cuối được mời tham gia

3 Xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không Phía bị gọiphải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hay từ chối

4 Thiết lập cuộc gọi

5 Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (ví dụ nhƣ chuyển cuộc gọi)

6 Hủy cuộc gọi

Hình 2.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi

SIP 2.1.5 Tính năng của SIP

Giao thức SIP đƣợc thiết kế với những chỉ tiêu sau: Tích hợp với các giaothức đã có của IETF Đơn giản và có khả năng mở rộng Hỗ trợ tối đa sự di độngcủa đầu cuối Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ

2.1.5.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF

Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng SIP SIP có thể hoạt động cùng với nhiều giao thức như:

- RSVP (Resource Reservation Protocol): Giao thức giành trước tài nguyên mạng

- RTP (Real-time transport Protocol): Giao thức truyền tải thời gian thực

- RTSP (Real Time Streaming Protocol): Giao thức tạo luồng thời gianthực

- SAP (Session Advertisement Protocol): Giao thức thông báo trong phiênkết nối

- SDP (Session Description Protocol): Giao thức mô tả phiên kết nối đa phương tiện

- MIME (Multipurpose Internet Mail Extension - Mở rộng thư tín Internet

đa mục đích): Giao thức thư điện tử

- HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Giao thức truyền siêu văn bản

- COPS (Common Open Policy Service): Dịch vụ chính sách mở chung

- OSP (Open Settlement Protocol): Giao thức thỏa thuận mở

2.1.5.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng

SIP có rất ít bản tin, không có các chức năng thừa nhưng SIP có thể sửdụng để thiết lập những phiên kết nối phức tạp như hội nghị… Đơn giản, gọnnhẹ, dựa trên khuôn dạng văn bản, SIP là giao thức ra đời sau và đã khắc phụcđược điểm yếu của nhiều giao thức trước đây

Các phần mềm của máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng ký, máy chủ chuyểnđổi địa chỉ, máy chủ định vị… có thể chạy trên các máy chủ khác nhau và việccài đặt thêm máy chủ hoàn toàn không ảnh hưởng đến các máy chủ đã có Chính

vì thế hệ thống chuyển mạch SIP có thể dễ dàng nâng cấp

2.1.5.3 Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối

Do có máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng ký và máy chủ chuyển đổi địa chỉ

hệ thống luôn nắm được địa điểm chính xác của thuê bao Thí dụ thuê bao vớiđịa chỉ ptit@vnpt.com.vn có thể nhận được cuộc gọi thoại hay thông điệp ở bất

cứ địa điểm nào qua bất cứ đầu cuối nào như máy tính để bàn, máy xách tay,điện thoại SIP… Với SIP rất nhiều dịch vụ di động mới được hỗ trợ