Nghiên cứu xây dựng dịch vụ VOLTE và VOWIFI trên nền giải pháp IMS

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN ĐÌNH TRUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN GIẢI PHÁP IMS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN ĐÌNH TRUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN GIẢI PHÁP IMS CHUYÊN NGÀNH : MÃ SỐ: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG TRUNG KIÊN HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Trương Trung Kiên Để hồn thành đồ án, tơi sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu tham khảo khác mà không ghi Tôi xin cam đoan nội dung đồ án khơng giống hồn tồn với cơng trình hay thiết kế tốt nghiệp có trước Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình anh chị em đồng nghiệp việc xây dựng giải pháp Ngồi ra, tơi nhận phối hợp nhiệt tình anh chị VNPT việc cung cấp thông tin xây dựng phương án cuối việc triển khai IMS mạng lưới VNPT Tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy cô anh chị Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Khoa Quốc tế Đào tạo Sau Đại học Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông thầy giáo, cô giáo truyền đạt kiến thức tảng giúp nghiên cứu hồn thiện luận văn Tơi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ Trương Trung Kiên dành nhiều thời gian tâm huyết giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, thầy khoa Quốc tế Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình học tập Do hạn chế thân hạn hẹp thời gian Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận thơng cảm đóng góp ý kiến thầy cô bạn lớp Xin chân thành cảm ơn ! ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TỔNG QUAN IMS 1.1Tổng quan cơng trình nghiên cứu liên quan 1.2Kiến trúc mạng IMS 1.3Một số khái niệm IMS 1.3.1Đánh số, định danh đánh địa 1.3.2Nhận thực 1.3.3Đăng ký 1.3.4Định tuyến lưu lượng SIP 1.4Các giao diện sử dụng IMS 1.5Các giao thức báo hiệu sử dụng IMS 1.5.1Giao thức khởi tạo phiên (SIP) 1.5.2Giao thức Diameter 1.6Một số thủ tục IMS 1.6.1Đăng ký (AKA Registration) 1.6.2Cuộc gọi 1.6.3Cuộc gọi bên 1.6.4Cuộc gọi từ vào (Break – in) 1.7 Tổng kết chương CHƯƠNG 2: DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN TẢNG IMS 2.1Giới thiệu dịch vụ VoLTE 2.1.1Tổng quan dịch vụ VoLTE 2.1.2Các nút mạng VoLTE 2.1.3Các giao diện VoLTE 2.1.4Chuyển giao dịch vụ thoại VoLTE dịch vụ thoại 2G/3G (SRVCC) 2.2Giới thiệu dịch vụ VoWiFi 2.2.1Tổng quan dịch vụ wi-fi calling 2.2.2Các nút mạng VoWiFi 2.2.3Các giao diện VoWiFi 2.2.4Các chức cho VoWiFi 2.3Tổng kết chương CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG DỊCH VỤ VOLTE/VOWIFI TRÊN NỀN TẢNG IMS CHO MẠNG VNPT iii 3.1 Sản phẩm Ericsson cho giải pháp IMS 3.1.1 vSBG 3.1.2vMTAS 3.1.3vCSCF 3.1.4vIPWorks 3.1.5vMRS 3.1.6vWMG (ePDG) 3.2Giải pháp IMS cho mạng VNPT 3.2.2Hiện trạng mạng lưới VNPT 3.2.3Đề xuất ứng dụng triển khai cho VNPT 3.2.4Mơ hình kiến trúc mạng 3.2.5Các giao diện kết nối 3.2.6Các định danh địa sử dụng cho VNPT 3.3 Kết số dịch vụ triển khai mạng VNPT 3.3.2VNPT_VoWiFi: Khởi tạo-Đăng ký 3.3.3VNPT_VoWiFi: Cuộc gọi VoWiFi với VoWiFi 100 3.3.4VNPT_VoLTE_SRVCC: Cuộc gọi handover SRVCC MO (A-VoLTE4G, B-VoLTE-4G) 104 3.4Tổng kết chương 107 KẾT LUẬN 108 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các loại địa người dùng IMS Bảng 2.1: Các giao diện sử dụng dịch vụ VoLTE Bảng 2.2: Các giao diện giải pháp Wi-Fi Calling Bảng 3.1: Hiện trạng mạng vô tuyến VNPT Bảng 3.2: Tổng hợp nút mạng chức giải pháp VoLTE VoWiFi Ericsson Bảng 3.3: Tổng hợp giao diện kết nối giải pháp VoLTE VoWiFi Bảng 3.4: Bản định danh cho thuê bao VoLTE VNPT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Kiến trúc mạng đa truy cập IMS Hình 1.2: Mơ hình tham chiếu IMS (Nguồn: 3GPP, TS 23.228 “IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2”) Hình 1.3: Mối quan hệ định danh người dùng công cộng người dùng cá nhân (Nguồn: 3GPP, TS 23.228 “IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2”) Hình 1.4: Chuỗi tin SIP Hình 1.5: Ví dụ tin SIP Hình 1.6: Luồng tin đăng ký Hình 1.7: Luồng tin đăng ký với bên thứ ba Hình 1.8: Luồng tin gọi VoLTE – VoLTE phần Hình 1.9: Luồng tin gọi VoLTE – VoLTE phần Hình 1.10: Luồng tin gọi người dùng IMS người dùng PSTN Hình 1.11: Luồng tin gọi người dùng CS người dùng IMS Hình 2.1: Kiến trúc logic VoLTE (Nguồn: GSM Association (20145), VoLTE Service Description and Implementation GuidelinesIMS) Hình 2.2: Kiến trúc logic dịch vụ SRVCC Hình 2.3: Luồng gọi SRVCC Hình 2.4: Wi-Fi Calling Hình 2.5: Kiến trúc mạng dịch vụ Wi-Fi Calling (Nguồn: Ericsson (2016), Eicsson WiFi Calling Solution Description.) Hình 2.6: Cuộc gọi thoại qua mạng Wi-Fi không tin cậy Hình 2.7: Nút mạng liên quan đến Xác thực Ủy quyền Hình 2.8: Đường hầm IPsec Hình 2.9: SCC AS: Nguyên tắc hoạt động nguyên tắc T-ADS để truy cập WiFi, LTE CS (Nguồn: Ericsson (2016), Eicsson WiFi Calling Solution Description.) Hình 2.10 Chuyển giao liền mạch LTE Wi-Fi Hình 3.1: Kiến trúc IMS giải pháp Ericsson Hình 3.2: Chức CSCF Hình 3.3: Chức BGF MRS Hình 3.4: Chức MRFP MRS Hình 3.5|:Hiện trạng mạng EPC VNPT Hình 3.6: Tổng quan mơ hình mạng IMS cho VNPT vi DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT xG 3GPP AAA AAAC AAL AC ADSL AKA AS 10 ARIB 11 ATCF 12 13 ATGW BER 14 BGCF 15 BS/BTS 16 CN 17 CSCF 18 CSMA/CA 19 DCF VIẾT ĐẦY ĐỦ xGeneration Third Generation NGHĨA TIẾNG VIỆT Thế hệ thứ x Partneship Dự án đối tác hệ Project Authentication, Authorization, Xác thực, cấp quyền and Accounting tính cước Authentication, Authorization, Xác thực, cấp quyền, tính Accounting and Charging ATM adaptation layer Access Category Asymmetric Digital Subscriber Line Authentication and cước, trả tiền Lớp thích nghi ATM Danh mục truy cập Đường dây thuê bao số bất đối xứng Key Xác thực thỏa thuận Agreement Application Server khóa Máy chủ ứng dụng Association of Radio Industries Hiệp hội công nghiệp and Businesses Access Transfer thương mại vô tuyến Control Chức điều khiển truy Function Access Transfer Gateway Bit Error Ratio Breakout Gateway Control cập Cổng truy cập Tỉ số lỗi bit Chức điều khiển cổng Function chuyển mạng Base Station/ Base Transceiver Trạm gốc Station Core Net Mạng lõi Chức điều khiển Call/Session Control Function phiên/cuộc gọi Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận with Collision Avoidance sóng mang tránh va chạm Distributed Coordinated Chức phối hợp phân Function phối vii STT VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ NGHĨA TIẾNG VIỆT Enhanced Data Rates for GSM Công nghệ nâng cấp tốc độ 20 EDGE 21 EMS Enhanced Messaging Service 22 ERP Enterprise Resource Planning 23 ETSI 24 FDD 25 FDMA 26 FEC 27 FPLMTS Evolution liệu từ mạng GPRS Dịch vụ tin nhắn dung lượng lớn Hoạch định tài nguyên doanh nghiệp European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Standards Institute Frequency Division Duplex châu Âu Song công phân chia theo tần số Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia Access Forward Error Correction Future Public Land Mobile Telecommunications System 28 GGSN Gateway GPRS Support Node 29 GIS 30 GPRS General Packet Radio System 31 GPS Global Position System 32 GSM Global System for Mobile 33 HLR Home Location Registry Geographical Information System High-Speed theo tần số Sửa lỗi hướng Hệ thống điện thoại di động mặt đất công cộng tương lai Nút mạng hỗ trợ cổng chuyển mạng GPRS Hệ thống thông tin địa lý Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp Hê thống định vị tồn cầu Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Đăng ký thường trú – Là sở liệu chứa thông tin thuê bao Circuit-Switched Dữ liệu chuyển mạch tốc 34 HSCSD 35 HSS Data Home Subcription Server 36 HTML HyperText Markup Language độ cao Máy chủ quản lí th bao Ngơn ngữ đánh dấu siêu văn 95 SBG thêm thông tin ATCF Nút cục S-CSCF I-CSCF chọn dựa danh sách khả từ HSS tin nhắn UAR / UAA HSS gửi Vector xác thực đến S-CSCF tin nhắn MAR / MAA Lõi IMS trả lời SIP 401 không phép với thách thức AKA cho UE 96 UE xây dựng yêu cầu ĐĂNG KÝ mới, bao gồm tiêu đề ủy quyền với tham số phản hồi theo nonce 97 7.SBG thêm thông tin ATCF chuyển tiếp ĐĂNG KÝ cho I-CSCF I-CSCF gửi UAR tới HSS HSS trả lời tên máy chủ S-CSCF tin nhắn UAA 98 Id iFC chia sẻ tải xuống từ HSS đến S-CSCF tin nhắn SAR / SAA 10 Lõi IMS trả lời SIP 200 OK cho ĐĂNG KÝ với UE 99 11 Đăng ký bên thứ S-CSCF thực cho máy chủ ứng dụng MMTel, SCC 12 Trong giải pháp VoLTE, MMTel AS SCC-AS xếp chung để thông báo ĐĂNG KÝ gửi S-CSCF lần 13 MTAS trả lời 200OK cho S-CSCF biết đăng ký bên thứ thành công 100 3.3.3 VNPT_VoWiFi: Cuộc gọi VoWiFi với VoWiFi Mục tiêu: Bài test để đảm bảo hệ thống IMS cài đặt thực gọi VoWiFi UE Điều kiện: Hệ thống IMS thiết lập cấu hình cho dịch vụ VoLTE & VoWiFi Các đầu cuối UE phải đăng ký thành công A: VoWiFi, B: VoWiFi Cách thực thi: Thực gọi UE A với UE B Thuê bao B trả lời thành công Điểm kiểm tra: 1.SBG gửi tin INVITE với SDP m=audio to S-CSCF and with P-AccessNetwork-Info: IEEE-802.11;i-wlan-node-id;country=VN, dịch vụ SCC MMTel gọi MMTel AS hỏi HSS để lấy Network Provided Location Information tin UDR/UDA Bản tin INVITE forwarded đến I-CSCF kết cuối S-CSCF sau hỏi ENUM 101 S-CSCF kết cuối gọi tới MMTel AS SCC AS SCC AS gửi tin Sh-Pull UDR tới HSS hỏi thông tin T-ADS Dựa thông tin T-ADS, SCC-AS kết cuối định phân phối gọi tới miền PS and máy chủ SCC-AS kết cuối gửi tin INVITE SBG kết cuối thông qua S-CSCF kết cuối Dựa trả lời SDP SIP 183 với P-Access-Network-Info: IEEE-802.11;iwlan-node-id;country=VN, SBG tạo tin Rx để khởi tạo phiên AF tới SAPC 102 Thuê bao B gửi SIP 180 bắt đầu đổ chuông Thuê A nghe thấy ring tone Thuê bao B trả lời gọi thành công 103 10 Thuê bao B dập máy, User A nhận tin Bye từ thuê bao B 11 SBG/MTAS gửi ACR(start) đến EMM sau 200OK ACR(stop) đén EMM sau BYE 104 12 MTAS gửi CCR(initial) đến OCS sau INVITE CCR(termination) đến OCS sau BYE 3.3.4 VNPT_VoLTE_SRVCC: Cuộc gọi handover SRVCC MO (A-VoLTE4G, B-VoLTE-4G) Mục tiêu: Bài test để kiểm tra hệ thống IMS hỗ trợ SRVCC Điều kiện: Mạng VoLTE cài đặt định cấu hình UE phải đăng ký thành công A: VoLTE (4G), B: VoLTE (4G) Cấu hình SRVCC sẵn sàng IMS / EPC / CS Cách thực thi: UE A gọi UE B số B Người dùng B Trả lời thành công SRVCC từ 4G sang 3G 105 Điểm kiểm tra: Cuộc gọi UE A UE B thiết lập giống gọi MME khởi tạo thủ tục chuyển quyền truy cập từ PS sang CS MSC mỏ neo (SRVCC GW) cách gửi SRVCC PS tới CS Request với IMSI, Target ID, STN-SR C-MSISDN (Đây tiến tình thực giao diện Sv, khơng thể nhìn thấy miền IMS.) MSC neo (SRVCC GW) khởi tạo chặng gọi tới ATCF thông qua I-CSCF INVITE gửi tới ATCF với R-URI = STN-SR, P-A-I: C-MSISDN SDP mà khơng có điều kiện tiên 106 Bản tin INVITE định tuyến đến I-CSCF UE A; I-CSCF trao đổi LIR / LIA thông qua liên kết diameter với HSS; Tên máy chủ ATCF trả lời LIA Sau truy vấn DNS, INVITE định tuyến đến ATCF ATCF nhận tin INVITE, xác định phiên chuyển CMSISDN thông báo cho SCC-AS việc chuyển quyền truy cập qua INVITE SCC-AS nhận thông tin việc chuyển quyền truy cập INVITE, bao gồm “R-URI = ATU-STI” nhận từ ATCF 200 OK trả lời từ SCC-AS đến ATCF ACK nhận từ ATCF SCC-AS bắt đầu khởi tạo việc chấm dứt gọi PS sau thủ tục chuyển giao SRVCC hoàn thành thành cơng BYE gửi đến ATCF để giải phóng phần gọi PS 107 3.4 Tổng kết chương Chương xem xét yếu tố cụ thể để triển khai VoLTE VoWiFi cho VNPT Giải pháp xây dựng sở tìm hiểu giải pháp cho IMS hãng cụ thể, Ericsson VoLTE VoWiFi triển khai mạng lưới VNPT, luận văn xác định thành phần mạng sẵn có để triển khai dịch vụ nêu trên, dựa vào điều kiện cụ thể VNPT đề xuất kiến trúc cần thiết, kết nối mạng thiết bị xây dựng định danh cho thuê bao VoLTE/VoWiFi VNPT Luận văn tiến hành kiểm định lại luồng dịch vụ sau kết nối thành phần mạng với thiết bị Ericsson Thực tế luồng dịch vụ triển khai mạng VNPT phù hợp với khung lí thuyết tìm hiểu 108 KẾT LUẬN Với tiêu chí “Nghiên cứu xây dựng dịch vụ VoLTE VoWiFI tảng giải pháp IMS”, luận văn nêu lên cấu trúc IMS 3GPP mạng di động hệ mới, phân tích vị trí vai trò, nhiệm vụ, chức phần tử tham chiếu IMS; thủ tục giao diện IMS nhằm hỗ trợ cho dịch vụ VoLTE VoWiFi Đồng thời, luận văn giới thiệu, đánh giá khả sử dụng giải pháp Ericsson mạng lưới VNPT Để thực ý tưởng đề ra, luận văn trình bày nội dung sau: - Nghiên cứu kiến trúc mạng tham chiếu dựa 3GPP để xác định thành phần cần thiết để xây dựng IMS cho thuê bao di động Trên sở giao diện, thủ tục IMS làm sở xây dựng giải pháp IMS cho mạng di động - Tìm hiểu cách triển khai dịch vụ VoLTE VoWiFi IMS, xác định chi tiết luồng dịch vụ giao diện cần có để triển khai dịch vụ nêu Đây tảng sở để xây dựng giải pháp triển khai cho VNPT - Tiến hành tìm hiểu trạng mạng VNPT để xác định thành phần có thành phần cịn thiếu để triển khai VoLTE VoWiFi Trên sở trạng mạng lưới VNPT, tìm hiểu giải pháp Ericsson có để đáp ứng thành phần triển khai thêm mạng VNPT Trên sở tổng quan lí thuyết IMS, xem xét vấn đề cụ thể liên quan triển khai mạng VNPT như: kết nối, cách đánh địa chỉ, dịch phụ trợ cần triển khai xem xét thực tế thủ tục sau triển khai xong Hướng nghiên cứu mở rộng luận văn bao gồm: - Nghiên cứu bổ sung thành phần mạng cần thiết để cung cấp dịch vụ cho thuê bao VoLTE VNPT ví dụ SMS, USSD - Nghiên cứu triển khai mạng IMS hội tụ cho miền truy cập: LTE, VoWiFi cố định 109 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), Thông tin di động hệ ba [2] TS Hoàng Trọng Minh (2013), Báo hiệu điều khiển kết nối [3] 3GPP, TS 23.228 “IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2” [4] Alcaltel (2011), VNPT Next Generation Network (NGN) [5] Ericsson (2016), Eicsson WiFi Calling Solution Description [6] Ericsson (2016), Mobile Telephony Evolution Solution Guideline [7] GSM Association (2014), VoLTE Service Description and Implementation Guidelines [8] K R Rao, Z S Bojkovic and D A Milovanovic (2002) Multimedia Communications Systems: Techniques, Standards and Networking Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall ... 1.6.4Cuộc gọi từ vào (Break – in) 1.7 Tổng kết chương CHƯƠNG 2: DỊCH VỤ VOLTE VÀ VOWIFI TRÊN NỀN TẢNG IMS 2.1Giới thiệu dịch vụ VoLTE 2.1.1Tổng quan dịch vụ VoLTE ... hướng ? ?nghiên cứu xây dựng dịch vụ VoLTE VoWiFi tảng IMS? ?? IMS giải pháp tiềm cho mục tiêu hội tụ mạng truy cập (cố định với di đông, VoLTE VoWiFi) VNPT triển khai giải pháp IMS từ năm 2011 với... văn nghiên cứu triển khai thực tế cho dịch vụ VoLTE VoWiFi VNPT 13 Bố cục luận văn gồm chương sau: Chương 1: Giới thiệu chung IMS Chương 2: Dịch vụ VoLTE VoWiFi tảng IMS Chương 3: Xây dựng dịch