Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) trong mạng thế hệ mới NGN luận văn tốt nghiệp đại học

AMR Adaptive multi rate Thích ứng đa tốc độ API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng AS Application Server Server ứng dụng BCSM Base call state model Mô hình trạng

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Lê Đại Dương Mã sinh viên: 0751083625 Khoá học: 48 Khoa: Điện tử Viễn thông Ngành: Điện tử Viễn thông

1 Đầu đề đồ án:

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS Đặng Thái Sơn 1 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ./ /20

2 Ngày hoàn thành đồ án: ./ /20

Ngày tháng năm 2012

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2012

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Ngành: Khoá:

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

(Ký, ghi rõ họ và tên)

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG 3

1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ và mạng viễn thông 3

1.2 Nội dung và phạm vi đồ án 5

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC NGN VÀ PHÂN HỆ IMS 8

2.1 Kiến trúc NGN 8

2.1.1 Mạng viễn thông hiện nay 8

2.1.2 Mạng viễn thông trên con đường tiến tới NGN 9

2.2 Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN 13

2.2.1 Tổng quan IMS 13

2.2.2 Chức năng các phần tử trong IMS 16

2.2.3 Các giao diện trong IMS 22

2.3 IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác 23

CHƯƠNG 3: GIAO DIỆN GIỮA IMS VÀ CÁC PHẦN TỬ KHÁC TRONG NGN 27

3.1 Thủ tục đăng kí mức ứng dụng 27

3.1.1 Luồng thông tin đăng kí với người dùng chưa đăng kí 27

3.1.2 Luồng thông tin đăng kí lại cho người dùng đã đăng kí 29

3.2 Thủ tục xóa đăng kí mức ứng dụng 32

3.2.1 Xóa đăng kí khởi tạo di động 32

3.2.2 Xóa đăng kí khởi tạo mạng 33

3.3 Các thủ tục liên quan đến phiên đa phương tiện IP 39

3.3.1 Kĩ thuật thiết lập mạng mang 39

3.3.2 Phân phối thông tin và sự kiện 41

3.4 Tổng quan về các thủ tục luồng phiên 42

3.5 Thủ tục từ S-CSCF/ MGCF tới S-CSCF/ MGCF 45

3.5.1 (S-S#1) Các nhà khai thác mạng khác nhau thực hiện khởi tạo và kết thúc 45

3.5.2 (S-S#2) Một nhà khai thác mạng thực hiện khởi tạo và kết cuối

49

3.5.3 (S-S#3) Khởi tạo phiên với đầu cuối PSTN trong cùng mạng với S-CSCF 52

3.5.4 (S#4) Khởi tạo phiên với đầu cuối PSTN ở mạng khác với S-CSCF 54

3.6 Thủ tục khởi tạo 56

3.6.1 (MO#1) Khởi tạo di động, chuyển mạng 57

3.6.2 (MO#2) Khởi tạo di động, mạng nhà 61

3.6.3 (PSTN-O) Khởi tạo PSTN 63

3.7 Thủ tục kết cuối 65

3.7.1 (MT#1) Kết cuối di động, chuyển mạng 66

3.7.2 (MT#2) Kết cuối di động, mạng nhà 69

3.7.3 (MT#3) Kết cuối di động, chuyển mạng miền chuyển mạch kênh 72

3.7.4 (PSTN-T) Kết cuối PSTN 73

TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ CUỐI CÙNG 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP 4

Hình 1.2: Xu hướng phát triển dịch vụ mạng của 3GPP 5

Hình 2.1: Các khả năng tiến đến NGN 12

Hình 2.2: Kiến trúc mạng NGN 12

Hình 2.3: Sơ đồ kiến trúc IMS của 3GPP 15

Hình 2.4: Kiến trúc IMS trong NGN 16

Hình 2.5: Kiến trúc các CSCF 16

Hình 2.6: Kiến trúc MRF 21

Hình 2.7: Mô hình IMS của ETSI 24

Hình 2.8: Mô hình IMS của ITU-T 24

Hình 3.1: Đăng kí với người dùng chưa đăng kí 27

Hình 3.2: Đăng kí lại với người dùng đã được đăng kí 30

Hình 3.3: Xóa đăng kí với người dùng đã được đăng kí 32

Hình 3.4: Xóa đăng kí khởi tạo mạng – hết thời gian đăng kí 35

Hình 3.5: Xóa đăng kí ứng dụng khởi tạo mạng bởi HSS – quản lí 36

Hình 3.6: Xóa đăng kí ứng dụng khởi tạo mạng-mặt bằng dịch vụ 38

Hình 3.7: Thiết lập mạng mang tùy chọn thông báo trước 40

Hình 3.8: Cung cấp các sự kiện dịch vụ liên quan đến các điểm đầu cuối 42

Hình 3.9: Tổng quan về các phần của luồng phiên 43

Hình 3.10: Thủ tục phục vụ tới phục vụ-các nhà khai thác khác nhau (phần 1) 46

Hình 3.11: Thủ tục phục vụ tới phục vụ-các nhà vận hành mạng khác nhau (phần 2) 47

Hình 3.12: Thủ tục từ Serving tới Serving – Cùng nhà khai thác 50

Hình 3.13: Thủ tục từ Serving tới PSTN – Cùng nhà khai thác mạng 53

Hình 3.14: Thủ tục từ Serving tới PSTN – Khác nhà khai thác 55

Hình 3.15: Thủ tục khởi tạo di động – chuyển mạng 58

Hình 3.26: Thủ tục khởi tạo di động - mạng nhà 61

Hình 3.17: Thủ tục khởi tạo PSTN 64

Hình 3.18: Thủ tục kết cuối di động – chuyển mạng (Phần 1) 66

Hình 3.19: Thủ tục kết cuối di động – chuyển mạng (phần 2) 67

Hình 3.20: Thủ tục kết cuối di động – mạng nhà 70

Hình 3.21: Thủ tục kết cuối di động tại một thuê bao không đăng kí dịch vụ IMS nhưng đăng kí dịch vụ chuyển mạch kênh 72

Hình 3.22: Thủ tục kết cuối PSTN 74

CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

KÍ HIỆU:

Cx Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một HSS

Dx Điểm tham chiếu giữa một I-CSCF với một SLF

Gi Điểm tham chiếu giữa GPRS với một mạng dữ liệu gói bên ngoài

Gm Điểm tham chiếu giữa một P- CSCF với UE

ISC Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một server ứng dụng

Iu Giao diện giữa RNC với mạng lõi Nó cũng được coi như một điểm tham

chiếu

Mb Điểm tham chiếu đến các dịch vụ IPv6

Mg Điểm tham chiếu giữa một MGCF với một CSCF

Mi Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một BGCF

Mj Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một MGCF

Mk Điểm tham chiếu giữa một BGCF với một BGCF khác

Mm Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một mạng đa phương tiện IP

Mr Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một MRCF

Mw Điểm tham chiếu giữa một CSCF với một CSCF khác

Sh Điểm tham chiếu giữa một AS với một HSS

Si Điểm tham chiếu giữa một IM-SSF với một HSS

Ut Điểm tham chiếu giữa UE và một server ứng dụng (AS)

TỪ VIẾT TẮT:

AMR Adaptive multi rate Thích ứng đa tốc độ

API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng

AS Application Server Server ứng dụng

BCSM Base call state model Mô hình trạng thái cuộc gọi gốc

BGCF Breakout gateway controll funtion Chức năng điều khiển cổng ngăn

cản

BS Bearer service Dịch vụ mang

CAMEL Customised application mobile

enhanced logic

Những lập luận để nâng cao tính diđộng ứng dụng cho khách hàng CAP Camel application part Phần ứng dụng camel

CDR Charging data record Đoạn dữ liệu tính cước

CS Circuit switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call session control function Chức năng điều khiển phiên cuộc

gọi CSE Camel service environment Môi trường dịch vụ camel

DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình host động

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS cổng

HSS Home subscriber server Server thuê bao nhà

I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật internet

IM IP multimedia Đa phương tiện IP

IM CN SS IP multimedia core network

subsystem

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện

IP IMSI International mobile subscriber

identifier

Nhận dạng thuê bao di động toàncầu

IMS IP Multimedia subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IP Internet Protocol Giao thức internet

IP-CAN IP-Connectivity Access Network Mạng truy nhập kết nối IP

ISDN Integrated Services Digital Mạng số dịch vụ tích hợp

NetworkISIM IMS SIM Modul nhận dạng thuê bao IMSMAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương

tiệnMGF Media Gateway Function Chức năng cổng phương tiện

OSA Open services architecture Kiến trúc dịc vụ mở

P-CSCF Proxy – CSCF CSCF-thể quyền

PCF Policy control function Chức năng điều khiển hợp đồng PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDP Packet data protocol Giao thức dữ liệu gói

PEF Policy enforcement function Chức năng thúc ép hợp đồng

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộngPSI Public Service Identity Nhận dạng dịch vụ chung

SCS Service Capability Server Server có khả năng phục vụ

SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục vụ

SLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê bao

SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụSGW Signalling Gateway Cổng báo hiệu

URL Universal Resource Locator Vị trí tài nguyên toàn cầu

USIM UMTS SIM Modul nhận dạng thuê bao UMTSRAB Radio access bearer Mang truy nhập vô tuyến

SCS Service capability server Server có thể phục vụ

S – CSCF Serving – CSCF CSCF – phục vụ

SLF Subscriber locator function Chức năng vị trí thuê bao

SIM Subsciber identifier modul Khối nhận dạng thuê bao

SIP Session initiation protocol Giao thức khởi tạo phiên

SGW Signalling gateway Cổng báo hiệu

THIG Topology hiding interwork gateway Cổng tương tác ẩn giao thức

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UMTS Universal mobile

telecommunication system

Hệ thống thông tin di động toàncầu

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội là nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cấpbách đối với cuộc sống con người Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triểncác loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băngrộng ngày một tăng và không thể tách rời đời sống xã hội Để thỏa mãn nhu cầu đómạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọinhu cầu 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 năng cungcấp dịch vụ băng rộng đa phương tiện cho khách hàng

Thực tế mạng viễn thông hiện nay đã có một bước tiến dài nhờ có sự bùng nổcủa các công nghệ mới và nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông của khách hàng Tuynhiên trong tương lai mạng viễn thông không những chỉ thỏa mãn cho khách hàng cácdịch vụ thoại, phi thoại, Internet và các dịch vụ băng rộng mà còn phải đáp ứng chokhách hàng các dịch vụ có độ tích hợp cao, các dịch vụ đa phương tiện với các thuộctính an ninh, bảo mật, chất lượng, linh hoạt và thông minh nhất

Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từchuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹp sang mạng

số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho người dùng đầucuối Mặc dù vậy mạng hiện tại vẫn không thõa mãn hết được nhu cầu của khách hàng.Chính vì vậy cần có một tổ chức mạng mới tập hợp được tất cả các ưu điểm của mạngviễn thông hiện tại và phải đáp ứng được các nhu cầu truyền thông trong tương lai

Trong bối cảnh như vậy việc triển khai đề tài “Phân hệ IMS trong kiến trúc

NGN” là rất cần thiết Nội dung của đề tài này giải quyết một số vấn đề cụ thể về phân

hệ đa phương tiện IP (IMS) trong mạng lõi NGN Nội dung của đề tài tập trung chủyếu vào kiến trúc IMS, chức năng các phần tử của IMS và các thủ tục cần thiết trêncác giao diện bên trong IMS và giữa IMS với các phân hệ khác để cung cấp dịch vụ đaphương tiện và hội tụ di động cố định

Để thực hiện nội dung đó, đề tài được chia thành 3 phần như sau:

Chương 1: Nói đến xu hướng phát triển mạng và dịch vụ viễn thông từ đó nói

đến tính cấp thiết của đề tài và giới hạn nội dung mà đề tài thực hiện

Chương 2: Giới thiệu tổng quan kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp (NGN) là xu

hướng phát triển mạng tối ưu nhất và tiết kiệm chi phi xây dựng mạng nhất để cungcấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng nhanh chóng nhất Nội dung chính của

phần này là giới thiệu phân hệ IMS của 3GPP trong kiến trúc NGN, vai trò chức năngcác phần tử của nó Ngoài ra phần còn giới thiệu kiến trúc IMS của một số tổ chứckhác như ITU-T, TISPAN và so sánh kiến trúc của các tổ chức này

Chương 3: Trình bày các thủ tục cần thiết trên các giao diện bên trong phân hệ

IMS và trên các giao diện giữa IMS với các phân hệ khác trong kiến trúc NGN đểcung cấp dịch vụ đa phương tiện và hội tụ mạng Đây là nội dung chính mà đề tài cầnthực hiện khi nghiên cứu phân hệ IMS

Sau ba phần này là những đánh giá, tổng kết cuối cùng của tác giả sau khi thựchiện đề tài

Do có sự hạn chế về thời gian và thực tiễn nên đề tài không tránh khỏi thiếusót Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn.Em xin chân thành cảm ơn

Th.s Đặng Thái Sơn đã hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành đề tài này.

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

Mục tiêu của phần này nhằm giới thiệu xu hướng phát triển mạng và dịch vụ viễnthông, từ đó nói đến nội dung và tính cấp thiết của đồ án

1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ và mạng viễn thông

Mong muốn của rất nhiều khách hàng là được triển khai các dịch vụ mới của mạngtrong khoảng thời gian ngắn nhất Những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không có

đủ thời gian để xây dựng cơ sở hạ tầng mạng mới và như vậy sự kết hợp cơ sở hạ tầngmới và cũ là giải pháp đầu tiên được đưa ra Kết hợp cơ sở hạ tầng để truyền tín hiệutrên nhiều phương tiện như cáp đồng, cáp quang, vô tuyến cho đến nay vẫn là giảipháp tốt

Những dịch vụ mới đang được sử dụng trong công nghệ hiện tại chủ yếu như:Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyểnmạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, Fast Ethernet, Token ring, cácdịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI Ngoài ra các công nghệ mới cũngđang được sử dụng hiện nay như: dịch vụ số liệu multi-megabit SMDS SONET/SDH,xDSL và B-ISDN, các công nghệ truy nhập vô tuyến như CDMA, TDMA, FDMA…Các công nghệ trên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệ thống hỗ trợtrên chính hệ thống của mình Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn đến tăng trưởngcác 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 dụng các công nghệ và các chuẩnkhác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng riêng rẽ, đây là vấn đề thách thứcthực tế với mạng viễn thông hiện nay

Trong mạng thế hệ kết tiếp (NGN) các hệ thống hỗ trợ có khả năng thích nghi vớicác điều kiện trên mạng, hội tụ các công nghệ về mạng lõi, mạng truy nhập, dịch vụ vàđầu cuối hiện có nhờ vậy đáp ứng được nhu cầu của kách hàng đòi hỏi có nhiều loạihình truyền thông (thoại, dữ liệu, Internet, video, truy nhập không dây…) mà chỉ cầnmột nhà cung cấp dịch vụ Để thực hiện điều này các tổ chức chuẩn hóa viễn thôngnhư ITU-T, IETF, 3GPP … đã đưa ra các mô hình mạng hội tụ của minh, mỗi tổ chứctiếp cận vấn đề hội tụ từ một khía cạnh riêng ITU-T tiếp cận vấn đề mạng hội tụ từkhía cạnh mạng PSTN/ ISDN, IETF tiếp cận từ khía cạnh mạng Internet, trong khi đó3GPP và ETSI tiếp cận vấn đề từ khía cạnh mạng di động thế hệ 3 (3G)

Nhìn chung tiếp cận vấn đề hội tụ mạng từ khía cạnh nào đi nữa thì đều xây dựngmạng hội tụ từ các mạng và công nghệ hiện có Tuy nhiên vẫn chưa có một chuẩnchung duy nhất nào để xây dựng mạng hội tụ

3GPP đưa ra mô hình khai quát về hội tụ mạng như sau:

IEEE802.11a

IEEE802.11g

PSTN Modem ISDN

Mạng hội tụ băng rộng Toàn IP

IEEE802.11a

IEEE802.11g

PSTN Modem ISDN

Mạng hội tụ băng rộng Toàn IP

Mạng không dây

Mạng di động

Mạng cố định

Trước đây Hiện tại Tương lai

Hình 1.1: Xu hướng hội tụ mạng của 3GPP

Mạng di động trước đây với hệ thống PCS-IS95A và hệ thống IS95B chỉ cung cấpđược dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ thoại từ 14,4 Kbps đến 64 Kbps, hiện nayvới hệ thống CDMA 2000-1x đã có nhiều khả năng mới với tốc độ thoại lên tới 144Kbps và hệ thống 1X ED-VO cho tốc độ gói thoại lên tới 2,4 Mbps, tương lai với hệthống di đống sẽ sử dụng hệ thống 1x ED-DV và W-CDMA có khả năng cung cấpdịch vụ chất lượng cao

Mạng không dây trước đây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11 băng tần 2,4 Ghzcung cấp dịch vụ tốc độ 1 Mbps, hiện nay hoạt động theo chuẩn IEE802.11b băng tần2,4 Ghz cung cấp dịch vụ 11 Mbps, tương lai mạng không dây hoạt động theo chuẩnIEEE802.11a và IEEE802.11g trên băng tần 5 Ghz và 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ

54 Mbps

Mạng cố định trước đây hoạt động trên các hệ thống PSTN và ISDN nhưng hiệnnay hoạt động trên các công nghệ ADSL và VDSL cung cấp dữ liệu tốc độ từ 1 đến 8Mbps hoặc 50 Mbps, trong tương lai mạng cố định hoạt động trên hệ thống FTTHcung cấp dịch vụ với tốc độ hàng trăm Mbps

Tất cả các mạng trên thông qua IMS của 3GPP sẽ được hội tụ lại thành một mạngchung thống nhất băng rộng với công nghệ truyền tải lõi IP

Bên cạnh hội tụ mạng 3GPP cũng đưa ra mô hình hội tụ dịch vụ như sau:

SMS Tải nhạc chuông

TV di động

VOD Video streaming Dịch vụ theo vị trí

Dịch vụ định vị Điều khiển từ xa Dịch vụ biểu cảm Hội nghị truyền hình

TV di động

VOD Video streaming Dịch vụ theo vị trí

Dịch vụ định vị Điều khiển từ xa Dịch vụ biểu cảm Hội nghị truyền hình

Hình 1.2: Xu hướng phát triển dịch vụ mạng của 3GPP

Như vậy trong môi trường mạng hội tụ dịch vụ nhà cung cấp không những cungcấp tất cả các dịch vụ viễn thông trước đây mà còn được được bổ sung thêm dịch vụ

đa phương tiện băng rộng, nhanh và thông minh

Các mạng đơn lẻ như di động, mạng thoại truyền thống, mạng truyền dữ liệu, mạngInternet… chỉ cung cấp được dịch vụ đơn lẻ, nhưng sang môi trường mạng hội tụ dịch

vụ được cung cấp dưới hình thức đa phương tiện nhanh và thông minh

1.2 Nội dung và phạm vi đồ án

Từ những phân tích trong phần trên về tình hình và xu hướng phát triển mạng vàdịch vụ viễn thông và trước tình hình mạng viễn thông Việt Nam hiện nay ta thấy nhưsau:

Về mạng

1 Hoạt động riêng rẽ: Thị trường dịch vụ viễn thông được cung cấp bởi hai nhàcung cấp dịch vụ là di đông và cố định Do vậy tồn tại hai mạng độc lập đanghoạt động

2 Sự bất tiện: Muốn sử dụng dịch vụ thì thuê bao phải kết nôi đến cả hai nhà cungcấp đó và họ phải thanh toán cả hai hóa đơn

3 Các đầu cuối riêng rẽ: Dịch vụ cố đinh và dịch vụ di động được cung cấp thôngqua các đầu cuối riêng biệt nhau

Về dịch vụ

1 Vẫn là các dịch vụ truyền thống, riêng lẻ

2 Tốc độ truyền thấp

3 Kém thông minh

4 Không cung cấp được dịch vụ đa phương tiện

Để giải quyết vấn đề này viện công nghệ bưu chính viễn thông Việt Nam khôngngừng nghiên cứu và thử nghiệm các hệ thống mạng đa dịch vụ băng rộng để đưa ra

mô hình chuẩn cho mạng viễn thông nước ta

Qua quá trình nghiên cứu và thử nghiệm tôi được giao nhiệm vụ thực hiện đồ án

“Kiến trúc IMS trong mạng NGN” Với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của TH.S

Đặng Thái Sơn, em đã thực hiệu được nội dung đồ án như sau:

Chương 1: Nói đến xu hướng phát triển mạng và dịch vụ viễn thông từ đó đưa ra

những bất cập đang tồn tại trong mạng viễn thông hiện nay đối với nhu cầu sử dụngdịch vụ viễn thông đang bùng phát hiện nay Trước tình hình đó xu hướng xây dựngmột mạng chung duy nhất có khả năng đáp ứng và phục vụ to lớn dựa trên các mạnghiện có để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ của người dùng đầu cuối là một hướngkhả thi nhất

Chương 2: Giới thiệu kiến trúc NGN để thấy được vị trí của IMS-3GPP trong kiến

trúc này, bên cạnh đó phần này còn đưa ra một số mô hình IMS của các tổ chức khácnhau như ITU-T, ETSI, IETF và so sánh kiến trúc IMS của các tổ chức này

Chương 3: Trình bày các thủ tục trong phân hệ IMS của 3GPP gồm:

 Các thủ tục liên quan đến CSCF

 Các thủ tục đăng kí, đăng kí lại và xóa đăng kí cho người dùng

 Các thủ tục cho các phiên đa phương tiện như khởi tạo, kết cuối, truy vấnthông tin và giải phóng phiên

 Các thủ tục cho phép các dịch vụ tiên tiến…

Phần này là nội dung chính của đồ án cần thực hiện để hiểu được phương thức hoạtđộng, nhiệm vụ của các phần tử trong phân hệ IMS trên các giao diện bên trong IMS

và giữa các giao diện của IMS với các phân hệ khác trong NGN

Sau ba phần 1, 2 và 3 là những tổng kết và đánh giá chung sau khi nghiên cứu IMScủa 3GPP

Tuy nhiên do thời gian có hạn, nên đề tài vẫn chưa nêu được các nội dung liên quanđến IMS như:

 Điều khiển cuộc gọi đa phương tiện IP dựa trên SIP và SDP

 Các yêu cầu dịch vụ cho phân hệ IMS

 Luồng báo hiệu trên các giao diện Cx và Dx

 Quản lí tính cước, quản lí truyền thông và thông tin tính cước cho IMSCác nội dung mà đề tài chưa thực hiện được được trình bày trong các phát hành của3GPP như 3GPP TS 22 228; 3GPP TS 24 229; 3GPP TS 32 225; 3GPP TS 24 147

CHƯƠNG 2

KIẾN TRÚC NGN VÀ PHÂN HỆ IMS

2.1 Kiến trúc NGN

2.1.1 Mạng viễn thông hiện nay

Như phần trên đã trình bày, mạng viễn thông hiện nay được triển khai theo các ứngdụng thực tiễn đơn lẻ Ví dụ như trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộngPSTN, một cuộc nối được thiết lập giữa hai thuê bao thông qua quá trình trao đổi khethời gian cố định trong suốt quá trình cuộc gọi Kiểu mạng này phù hợp cho điện thọai

vì chúng có tốc độ bit không đổi và thông tin có tính thời gian thực cao Với các ứngdụng truyền dữ liệu thì việc sử dụng riêng một kênh thông 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 (PLMN) mặc dù có tốc độ phát triển rất nhanh tuynhiên dịch vụ mà nhà khai thác mạng di động cung cấp cho khách hàng vẫn chỉ là dịch

vụ thoại truyền thống kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn (SMS) Vẫn không đáp ứngđược nhu cầu truyền thông đa phương tiện của khách hàng hơn nữa giá cả đối với thuêbao di động còn cao và với các thuê bao có nhu cầu sử dụng cả dịch vụ di động và dịch

vụ cố định thì họ vẫn phải thanh toán hai hóa đơn cho hai nhà cung cấp dịch vụ đó Tương tự như vậy mạng chuyển mạch gói là rất hữu hiệu cho việc chuyển thông tin

số liệu nhưng lại không phù hợp cho truyền thoại vì độ trễ truyền thông tin là khôngkiểm sóat được

Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là tạo ra một mạng tích hợp có thể cung cấpnhiều loại hình dịch vụ có yêu cầu băng thông, thời gian thực và chất lượng dịch vụkhác nhau

Bước đầu tiên trong hướng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấp báo hiệukênh chung giữa các người sử dụng cho tất cả các dịch vụ thoại và số liệu Trong khi

đó vẫn duy trì sự riêng biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tại trạm trunggian Người dùng được cung cấp các truy nhập số tốc độ 2B+D cho cả thoại và số liệucùng với 16 Bbps cho báo hiệu và các dịch vụ chuyển mạch gói Tuy nhiên hướng pháttriển này dần dần bộc lộ yếu điểm khi nhu cầu dịch vụ băng thông rộng ngày càng pháttriển 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 cầu truyềnthông, trong khi đó công nghệ truyền dẫn và công nghệ điện tử VLSI (Very large scale

intergration) ngày càng phát triển và xuất hiện công nghệ mới có khả năng truyền tảicao được đánh giá là có nhiều hứa hẹn để truyền dẫn cả thoại và dữ liệu đó là ATM đãđưa 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 gói theo kiểu đơnphương tiện, đa phương tiện, theo kiểu hướng kết nối hay phi kết nối và theo cấu hìnhđơn hướng hoặc đa hướng

Tuy nhiên khi triển khai B-ISDN với công nghệ nền tảng là ATM thì vấn đề giáthành xây dựng mạng lại quá lớn vì B-ISDN không tận dụng tối đa nền tảng mạng hiện

có do vậy không đáp ứng kịp thời cho nhu cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng

2.1.2 Mạng viễn thông trên con đường tiến tới NGN

Từ tình hình mạng viễn thông hiện nay và sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụ băngrộng, việc xây dựng một mạng cung cấp đa loại hình dịch vụ tốc độ cao băng thônglớn 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 độcao băng thông lớn cho khách hàng Vậy thì câu hỏi đặt ra là mô hình mạng nào có thểkhắc phục được nhược điểm của hai mạng trên trong khi vẫn có thể cung cấp dịch vụ

đa phương tiện cho khách hàng

Để trả lời câu hỏi đó các tổ chức chuẩn hóa viễn thông đã nghiên cứu và đưa ra môhình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng trongkhi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻ nhất và nhanh nhất – đó chính làmạng NGN

NGN được ITU-T định nghĩa như sau:

“Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) là mạng dựa trên nền gói có thể cung cấp các dịch vụ

truyền thông và có thể tận dụng được các dải băng tần rộng, các công nghệ truyền tải với QoS cho phép và ở đó các chức năng liên quan đến dịch vụ sẽ độc lập với các công nghệ truyền tải ở lớp dưới NGN cho phép người dùng truy nhập không hạn chế tới các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác nhau NGN hỗ trợ tính lưu động nói chung để có thể cung cấp dịch vụ thích hợp và rộng khắp tới các người dùng

Như vậy NGN được mô tả theo các đặc điểm cơ bản như sau:

 Truyền tải trên nền gói

 Tách biệt các chức năng điều khiển với các khả năng mang, cuộc gọi/ phiên và ứng dụng/ dịch vụ

 Tách riêng việc cung cấp dịch vụ khỏi mạng và cung cấp các giao diện mở

 Hỗ trợ tất cả các dịch vụ, các ứng dụng và các kỹ thuật dựa trên khối xây dựng dịch vụ (bao gồm dịch vụ thời gian thực, phân loại dịch vụ, dịch vụ phi thời gian thực và dịch vụ đa phương tiện)

 Các khả năng băng rộng với QoS đầu cuối tới đầu cuối và truyền tải trong suốt

 Tương tác với các mạng trước đây thông qua các giao diện mở

 Tính lưu động nói chung

 Truy nhập không hạn chế cho người dùng tới các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau

 Một sự đa dạng về kế hoạch nhận dạng để giải quyết địa chỉ IP cho mục đích định tuyến trong mạng IP

 Nhìn từ phía UE, dịch vụ được hội tụ thành một dịch vụ chung duy nhất

 Hội tụ dịch vụ giữa mạng cố định và mạng di động

 Các chức năng liên quan đến dịch vụ độc lập với các công nghệ lớp dưới

 Phục tùng tất cả các thủ tục theo quy tắc như truyền thông khẩn cấp và an ninh/ riêng lẻ”

NGN tập hợp được ưu điểm của các công nghệ mạng hiên có, tận dụng băng thôngrộng và lưu lượng truyền tải cao của mạng gói để đáp ứng sự bùng nổ nhu cầu lưulượng thoại truyền thông hiện nay và nhu cầu truyền thông đa phương tiện của ngườidùng đầu cuối Điện thoại IP (IPT) là ví dụ điển hình để minh họa cách tín hiệu thoạiđược chuyển đổi thành gói dữ liệu rồi truyền trên nền IP trong mạng NGN như thếnào Có thể nói truyền thoại trên nền gói là ưu điểm lớn nhất mà NGN đã thực hiệnđược hơn hẳn so với các công nghệ mạng trước đây

Đặc điểm của NGN là cấu trúc phân lớp theo chức năng và phân tán các tài nguyêntrên mạng Điều này đã làm cho mạng được mềm hóa và sử dụng các giao diện mởAPI (Application program interface) để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộcnhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ mạng

Xu hướng phát triển công nghệ viễn thông cho NGN có ba lĩnh vực cần chú ý tậpchung:

Công nghệ truyền dẫn: Từ quang cho đến quang hóa hoàn toàn

Công nghệ chuyển mạch: Tích hợp vi mạch, kĩ thuật số, IP Kết hợp chuyểnmạch kênh với chuyển mạch gói, đa dịch vụ, đa tốc độ, chuyển mạch quang

Công nghệ truy nhập: Kết hợp truyền thông và tin học: có các kiểu truy nhậpnhư quang, cáp đồng (ADSL, HDSL), vô tuyến

Xu hướng phát triển dịch vụ cho NGN cần đạt được những điều sau:

Băng rộng

Đa phương tiện truyền thông

Truyền hình chất lượng cao HDTV

Dịch vụ phải được tích hợp

Động lực chính cho sự phát triển hay “di cư” sang mạng NGN chính là vấn đề giá

cả Vì xây dựng mạng NGN không những tận dụng tối ưu cơ sở hạ tầng mạng hiện có

mà còn tập hợp được những ưu điểm chính, loại bỏ những khuyết điểm cố hữu của cáccông nghệ mạng hiện nay

Một động lực quan trọng khác đó là sự phân biệt dịch vụ Trọng tâm ban đầu củanhiều mạng NGN là hỗ trợ các dịch vụ truyền thống thoại hoặc dữ liệu Song ngày nay

có nhiều nhà cung cấp dịch vụ thực hiện chiến lược của mình trên các mặt bằng dịch

vụ hội tụ

Như vậy trên quan điểm của nhà khai thác dịch vụ thì lí do chính để xây dựngmạng NGN là:

Giảm thời gian tung ra thị trường cho các công nghệ và dịch vụ mới

Thuận tiện cho các nhà cung cấp thiết bị, các nhà cung cấp mạng mang, hay chocác nhà phát triển phần mềm

Giảm độ phức tạp trong vận hành bằng việc cung cấp các hệ thống phân chiatheo khối đã được chuẩn hóa

Hỗ trợ phương thức phân chia một mạng chung thành các mạng ảo riêng rẽ vềmặt lôgic

ITU-T cũng đưa ra khuyến cáo khi tiến hành xây dựng NGN từ mạng hiện có cho cácnhà xây dựng mạng theo mô hình sau:

Hình 2.1: Các khả năng tiến đến NGN

Nhìn từ mô hình thì các mạng hiện có như PSTN, IN, mạng số liệu, mạng Internet,mạng cáp, mạng vô tuyến đều có thể phát triển lên NGN theo hai con đường là có thểphát triển từng bước thông qua mạng lai ghép, mạng VoIP rồi tiến tới NGN hoặc tiếnthẳng lên NGN

Tùy theo điều kiện cụ thể của từng vùng mạng mà xây dựng NGN với giá thànhthấp nhất và nhanh nhất

Mô hình NGN do ETSI đưa ra như sau:

Hình 2.2: Kiến trúc mạng NGN

Từ kiến trúc NGN tổng quan của ETSI có các đặc điểm sau:

NGN kế thừa các mạng hiện có như PSTN, ISDN, Internet, PLMN vv

Xây dựng thêm các phân hệ mới các giao thức mới với mục đích là để bổ sungthêm các loại hình dịch vụ, cung cấp dịch vụ đa phương tiện và hội tụ mạng(phân hệ IMS)

Mạng truyền tải được IP hóa, công nghệ mạng truyền tải được sử dụng là IP

Các mạng riêng rẽ trước đây được kết hợp thành một mạng chung duy nhất.Nhờ điều này mà nhà cung cấp dịch vụ mới có thể cung cấp dịch vụ đaphương tiện kết hợp cả tất cả các loại hình truyền thông thời gian thực nhưthoại, video, audio, ảnh động với loại hình truyền thông dữ liệu

2.2 Phân hệ IMS trong kiến trúc NGN

2.2.1 Tổng quan IMS

Hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xây dựng bổ sung chocác mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đaphương tiện cho khách hàng đầu cuối

IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi

tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại,video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây IMS được thiết kế dựa trên SIP cho phép truyền bất kì phương tiện truyền thôngnào như thoại, video hay dữ liệu qua bất kì mạng nào

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng lõi (CN)

để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP Các thành phần này bao gồm tất cả cácthành phần liên quan đến mạng báo hiệu và mạng mang như đã xác định ở 3GPP TS

23 002: "Network Architecture" Dịch vụ đa phương tiện IP được dựa trên khả năngđiều khiển phiên, các mạng mang đa phương tiện, các tiện ích của miền chuyển mạchgói (PS) do IETF xác định

Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo dưỡngqua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đã cố gắng tương thích với các chuẩnIETF (chuẩn Internet) Trong một số trường hợp là lấy chuẩn giao thức của IETF do

đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn Internet ví dụ như giao thứcSIP

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di động mặtđất PLMN sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng của họ bằngcách xây dựng lên các ứng dụng, các dịch vụ với các giao thức Internet Ở đây không

có mục đích là để chuẩn hóa các dịch vụ trong phạn vi của phân hệ IM CN, mà mụcđích chính là để các dịch vụ sẽ được phát triển do các nhà khai thác mạng PLMN vàhiệp hội các nhà cung cấp thứ ba khác bao gồm cả không gian Internet đang sử dụng

và phân hệ IM CN Phân hệ IM CN có thể cho phép hội tụ để truy nhập thoại, hìnhảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho người dùng đầu cuốikhông dây, và có thể phối hợp sự phát triển về Internet với sự phát triển của truyềnthông di động

Giải pháp cuối cùng để có thể hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện IP gồm có cácđầu cuối, mạng truy nhập vô tuyến GERAN hoặc UTRAN, mạng lõi GPRS tiên tiến,

và các thành phần chức năng đặc biệt của phân hệ IM CN được mô tả trong đồ án này

Sự khác biệt của IMS với kiến trúc mạng truyền thống là lớp ứng dụng và chuyểnmạch rất gần với mạng truy nhâp, với kiến trúc này nó có thể áp dụng cho bất kì mạngtruy nhập nào như 3G, Wifi, DSL, cable …

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền thống sangVoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư và giá thành dịch vụ Tuy nhiên nếu chỉ chuyểnsang mỗi mạng VoIP thì vẫn không đủ để giải quyết hết những lo âu về giá thành đầu

tư, giá cước thu nhập và còn phải tăng nhiều chi phí mới Khi dịch vụ thoại chuyểnsang mạng IP, nó sẽ trở thành một phần của bộ các dịch vụ truyền thông hướng kết nối

đa phương tiện thời gian thực chạy trên mạng IP và cùng chia sẽ một sự sắp xếp server chung như dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị mạng và các dịch vụ VoIP,3G … Thêm vào đó để VoIP có thể hỗ trợ lớp các dịch vụ mới như dich vụ đa phươngtiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ mới Nền tảng ở đâyđược chọn chính là IMS (IP Multimedia Subsystem) do 3GPP định nghĩa và phát triển.Giải pháp của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ thống dữ liệu, phần mềm và các dịch vụchuyên nghiệp, để đáp ứng mạng cần hoạt động cả mạng đường dây và mạng khôngdây

client-Tuy nhiên để các thành phần này hội tụ với các lớp dịch vụ mới và đảm bảo QoSthì mạng phải có một kiến trúc dịch vụ phù hợp và có khả năng để hỗ trợ cho:

Tách lớp đầu cuối và truyền tải khỏi lớp điều khiển phiên

Quản lí phiên qua các dịch vụ thời gian thực

Tương thích với dịch vụ mạng thông minh tiên tiến

Tương tác trong suốt với các mạng TDM trước đây

Hội tụ dịch vụ mạng không dây và dịch mạng đường dây

Pha trộn thoại với các dịch vụ thời gian thực

Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thông tin thộc tính người dùng qua dịch vụ

Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bá người dùng đầu cuối

Mở ra giao diện chuẩn và giao diện lập trình ứng dụng

3GPP, ETSI và diễn đàn Parlay định nghĩa kiến trúc dịch vụ IMS để hỗ trợ các yêucầu đã nói đến trước đây qua phiên bản sau:

Hình 2.3: Sơ đồ kiến trúc IMS của 3GPP

Và kiến trúc IMS mức cao khi nó được đặt trong mạng cùng với các giao diện tươngứng như sau:

Hình 2.4: Kiến trúc IMS trong NGN

TÓM LẠI: IMS trong NGN thực hiện 3 chức năng chính:

 Hội tụ mạng di động và mạng cố định

 Hội tụ dịch vụ Cung cấp dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên nền gói IP

 Hội tụ đầu cuối

2.2.2 Chức năng các phần tử trong IMS

CSCF có thể có một số vai trò khác nhau khi được sử dụng trong phân hệ đaphương tiện IP Nó có thể hoạt động như một Proxy-CSCF (P-CSCF), như mộtServing-CSCF (S-CSCF), và có thể như một Interrogating-CSCF (I-CSCF) Hình sauthể hiện kiến trúc CSCF với các giao diện của nó

Hình 2.5: Kiến trúc các CSCF

2.2.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF)

P-CSCF là điểm giao tiếp đầu tiên trong phân hệ IM CN Địa chỉ của nó được UEphát hiện sau khi tích cực thành công một PDP Context P-CSCF xử lí như một ngườiđại diện ví dụ tiếp nhận hay yêu cầu rồi phục vụ hoặc gửi chúng đi P-CSCF sẽ khôngthay đổi các URI yêu cầu trong bản tin INVITE SIP P-CSCF có thể cư xử như một

UA nhưng nó có thể kết thúc độc lập với giao dịch SIP

Chức năng điều khiển hợp đồng (PCF) là một thực thể logic của P-CSCF

P-CSCF thực hiện các chức năng sau:

 Chuyển tiếp yêu cầu đăng kí SIP nhận được từ UE tới một I-CSCF đã xác định

sử dụng tên miền mạng nhà khi được UE cung cấp

 Chuyển tiếp một bản tin SIP nhận được từ UE tới một Server SIP (e.g S-CSCF)với tên của P-CSCF đã nhận được từ thủ tục đăng kí

 Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu tới UE

Phát hiện hoặc điều khiển các yêu cầu thiết lập phiên khẩn cấp như các thủ tục điềukhiển lỗi

 Phát ra các CDRs

 Bảo dưỡng hệ thống bảo mật giữa nó và UE

 Thực hiện nén hoặc giải nén các bản tin SIP

 Trao quyền quản lí mạng mang và quản lí QoS

2.2.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF )

I-CSCF là điểm giao tiếp trong phạm vi mạng của nhà khai thác cho tất cả các kếtnối tới thuê bao của nhà khai thác mạng, hoặc một thuê bao chuyển mạng hiện tại nằmtrong phạm vi vùng phục vụ của nhà khai thác mạng Trong một mạng có thể có nhiềuI-CSCF

I-CSCF thực hiện các chức năng sau:

 Đăng kí

 Phân bổ một S-CSCF cho một người dùng thực hiện đăng kí SIP

 Các luồng liên quan đến phiên và không liên quan đến phiên

 Định tuyến yêu cầu SIP nhận được từ mạng khác tới S-CSCF

 Gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới S-CSCF đã xác định trong bước trên

 Sử dụng tài nguyên và thanh toán

 Phát ra các CDRs

 Cổng liên mạng ẩn cấu hình: trong việc thực hiện các chức năng trên nhà khaithác có thể sử dụng chức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình (THIG) trong I-CSCF hoặc kĩ thuật khác để ẩn cấu hình và khả năng của mạng khỏi các mạngngoài Khi một I-CSCF được chọn để ẩn cấu hình thì để truyền phiên qua cácmiền mạng khác nhau I-CSCF(THIG) sẽ gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới I-CSCF(THIG) khác được phép vận hành và bảo dưỡng độc lập cấu hình

2.2.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF)

S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE Nó bảo dưỡng trạng thái mộtphiên khi cần thiết để nhà khai thác mạng hỗ trợ các dịch vụ Trong phạm vi mạng củanhà khai thác các S-CSCF khác nhau có thể có các chức năng khác nhau S-CSCF thựchiện các chức năng như sau:

 Đăng kí

 Có thể xử lí như một REGISTRAR, nó tiếp nhận yêu cầu đăng kí vàthiết lập thông tin khả dụng cho nó qua server vị trí (e.g HSS)

 Lưu lượng liên quan đến phiên và không liên quan đến phiên

 Điều khiển phiên cho các đầu cuối đã đăng kí Nó sẽ từ chối truyềnthông IMS từ/ tới nhận dạng người dùng chung đã bị ngăn chặn khỏiIMS sau khi đã hoàn thành các thủ tục đăng kí

 Nó có thể xử lí như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và phục

vụ tại chỗ hoặc gửi chúng đi

 Nó có thể xử lí như một UA Nó có thể kết thúc mà không phụ thuộc vàophiên giao dịch SIP

 Tương tác với mặt bằng dịch vụ để hỗ trợ các loại dịch vụ

 Cung cấp cho các điểm đầu cuối bằng việc cung cấp các thông tin

 Thay mặt cho một điểm đầu cuối khởi tạo (e.g thuê bao khởi tạo hoặcUE)

o Nhận địa chỉ của I-CSCF từ cơ sở dữ liệu để nhà khai thác mạng phục

vụ thuê bao đích từ tên người dùng đích (e.g Số điện thoại được quay

hoặc URL SIP), khi thuê bao đích là khách từ một nhà khai thác mạngkhác gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới I-CSCF đó

o Khi tên của thuê bao đích (số điện thoại được quay hoặc URL SIP) vàthuê bao khởi tạo là khách của cùng một nhà khai thác mạng gửi yêucầu hoặc đáp ứng SIP tới một I-CSCF trong phạm vi mạng của nhàkhai thác

o Phụ thuộc vào chính sách của nhà khai thác mà yêu cầu hoặc đáp ứngSIP gửi tới server SIP khác đặt trong phạm vi một miền ISP bên ngoàiphân hệ IM CN

o Gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới BGCF để định tuyến cuộc gọi tớimiền PSTN hoặc miền chuyển mạch kênh

 Thay mặt điểm đầu cuối đích (thuê bao kết cuối hoặc UE)

o Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu SIP tới một P-CSCF cho thủ tục MT tới mộtthuê bao nhà trong phạm vi mạng nhà, hoặc cho một thuê bao chuyểnmạng trong phạm vi mạng khách mà ở đó mạng nhà không có một I-CSCF trong tuyến

o Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu SIP tới một I-CSCF trong thủ tục MT chothuê bao chuyển mạng trong phạm vi một mạng khách mà ở đó mạngnhà không có I-CSCF trong tuyến này

o Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu SIP tới một BGCF để định tuyến cuộc gọitới PSTN hoặc miền chuyển mạch kênh

 Sử dụng tài nguyên và thanh toán

 Phát ra các CDRs

2.2.2.4 BGCF (Breakout Gateway Control Function)

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) lựa chọn mạng PSTN hoặcmạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng sẽ được định tuyến sang Nếu BGCFxác định được rằng lưu lượng chuyển mạng đó sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trongcùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCF để đáp ứng cho liên mạng vớiPSTN hay CSN Nếu lưu lượng chuyển sang mạng không nằm cùng với BGCF thìBGCF sẽ gửi báo hiệu phiên này tới BGCF đang quản lí mạng đích đó

BGCF thực hiện các chức năng như sau:

 Nhận yêu cầu từ S-CSCF để lựa chọn một điểm chuyển lưu lượng phù hợp sangPSTN hay CSN

 Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CSN Nếu như sự tương tác ởtrong một mạng khác thì BGCF sẽ gửi báo hiệu SIP tới BGCF của mạng đó.Nếu như sự tương tác nằm trong một mạng khác và nhà khai thác yêu cầu ẩncấu hình mạng đó thì BGCF gửi báo hiệu SIP thông qua một I-CSCF(THIG) vềphía BGCF của mạng đó

 Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN hoặc CSN và gửi báohiệu SIP tới MGCF đó Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằm trongmột mạng khác

 Đưa ra các CDRs

BGCF có thể sử dụng thông tin nhận được từ các giao thức khác hoặc sử dụng thôngtin quản lí khi lựa chọn mạng sẽ tương tác

2.2.2.5 HSS (Home subscriber Server)

Đây là cơ sở dữ liệu chung cho tất cả các người dùng, nó chứa cả HLR trong thểthức mạng GPRS Nó chịu trách nhiệm lưu trữ danh sách các đặc điểm và thuộc tínhdịch vụ của người dùng đầu cuối Danh sách này được sử dụng để kiểm tra vị trí vàcác biện pháp truy nhập thuê bao Nó cung cấp thông tin thuộc tính người dùng mộtcách trực tiếp hoặc thông qua các server Thuộc tính thuê bao lưu trữ gồm: nhận dạngngười dùng, dịch vụ đã thuê bao, thông tin trao quyền HSS chứa các chức năng đaphương tiện IP để truyền tải thông tin tới các thực thể thích hợp trong mạng lõi đểthiết lập cuộc gọi/ phiên, an ninh, trao quyền vv Nó cũng truy nhập vào các servernhận thực như AUC, AAA

2.2.2.6 MGCF (Media Gateway Control Function)

Thành phần này là điểm kết cuối cho PSTN/ PLMN cho một mạng xác định

MGCF thực hiện các chức năng sau:

 Điều khiển trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênhphương tiện trong một MGW

 Truyền thông với CSCF

 MGCF lựa chọn CSCF phụ thuộc vào số định tuyến cho các cuộc gọi lối vào từcác mạng kế thừa

 Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa mạng kế thừa (ví dụ ISUP, R1/ R2 vv) vàcác giao thức điều khiển cuộc gọi mạng R00

 Giải sử MGCF nhận được thông tin ngoài băng thì nó có thể chuyển tiếp thôngtin này tới CSCF/ MGW

2.2.2.7 MRF (Multimedia resource function)

Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) được thể hiệntrong hình như sau:

Hình 2.6: Kiến trúc MRF

MRF được phân tách thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiệnMRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP như hình vẽ trênthể hiện

Nhiệm vụ của của MRFC như sau:

 Điều khiển tài nguyên phương tiện trong MRFP

 Dịch thông tin đến từ AS và S-CSCF (Ví dụ nhận dạng phiên) để điều khiểnMRFP một cách phù hợp

Nhiệm vụ của MRFP như sau:

 Điều khiển phần mang giữa MRFP và GGSN

 Cung cấp tài nguyên để MRFC điều khiển

 Trộn các luồng phương tiện lối vào

 Tài nguyên luồng phương tiện

 Xử lí luồng phương tiện

2.2.2.8 IMS-MGW (IP multimedia sbsystem-Media gateway function)

Một IMS-MGW có thể kết thúc các kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh và cácluồng phương tiện từ mạng chuyển mạch gói (ví dụ dòng RTP trong mạng IP) IMS-

MGW có thể hỗ trợ chuyển đổi phương tiện điều khiển mang và xử lí tải trọng (ví dụ

mã hóa, triệt vọng, cầu hội nghị) Nó có thể:

 Tương tác với MRCF để điều khiển tài nguyên

 Tự nó điều khiển tài nguyên như triệt tiếng vọng…

 Có thể cần phải mã hóa

IMS-MGW sẽ được cung cấp tài nguyên cần thiết để hỗ trợ các phương tiện truyềntải UMTS/ GSM Hơn nữa IMS-MGW còn phải bổ sung thêm nhiều bộ mã hóa và cácgiao thức khung và hỗ trợ các chức năng đặc tả di động

2.2.2.9 SGW (Signalling gateway function)

Chức năng cổng báo hiệu được sử dụng để kết nối các mạng báo hiệu khác nhau ví

dụ mạng báo hiệu SCTP/ IP và mạng báo hiệu SS7 Chức năng cổng báo hiệu có thểtriển khai như một thực thể đứng một mình hoặc bên trong môj thực thể khác Cácluồng phiên trong đặc tả này không thể hiện SGW nhưng khi làm việc với PSTN haymiền chuyển mạch kênh thì cần có một SGW để chuyển đổi truyền tải báo hiệu SGWđược 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 mạch kênh2G/ R99 và miền GPRS tới/ từ miền dịch vụ thoại MUTS R00 và miền GPRS UMTS

Để chuyển mạng đúng cách R-SGW thực hiện chuyển đổi báo hiệu 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 trong mộtmạng xác định Nó ánh xạ báo hiệu cuộc gọi từ/ tới PSTN/ PLMN lên mạng mang IP

và gửi nó từ/ tới MGCF

2.2.3 Các giao diện trong IMS

Để các loại dịch vụ đa phương tiện được chuyển qua miền chuyển mạch gói (PS)trong phạm vi kiến trúc IMS thì một giao thức điều khiển phiên đơn cần phải được sửdụng giữa thiết bị người dùng (UE) và CSCF qua giao diện Gm

Các giao thức được sử dụng trên giao diện Gm giữa UE và CSCF trong kiến trúcnày sẽ dựa trên SIP

Giao thức điều khiển một phiên đơn được sử dụng để điều khiển phiên giữa cácgiao diện như sau:

 Giữa MGCF và CSCF là giao diện Mg

 Giữa các CSCF là giao diện Mw

 Giữa một CSCF và mạng IP bên ngoài là Mm

 Giữa CSCF và BGCF là giao diện Mi

 Giữa BGCF và MGCF là giao diện Mj

 Giữa BGCF và BGCF là giao diện Mk

 Giữa một CSCF và một MRCF là giao diện Mr

Giao thức điều khiển phiên được sử dụng trên các giao diện Mg, Mw, Mm, Mi, Mj,

Mk, sẽ dựa trên SIP

Báo hiệu SIP tương tác giữa các phần tử mạng lõi của IMS và có thể khác so vớibáo hiệu SIP giữa UE và CSCF

SIP được 3GPP lựa chọn làm giao thức báo hiệu trong phần lõi IMS còn trên cácgiao diện giữa phần lõi IMS và các phần tử ngoài không được chuẩn hóa, 3GPP chỉkhuyến cáo sử dụng các giao thức H.248 và DIAMETER

Để cấu hình mạng độc lập thì mạng phải có khả năng ẩn cấu hình khỏi các nhà khaithác mạng khác Để mạng có thể hạn chế các luồng thông tin sau không được chuyển

ra ngoài khỏi mạng của nhà khai thác: Số lượng chính xác các S-CSCF, các khả năngcủa các S-CSCF hoặc các khả năng của mạng

Để hạn chế truy nhập từ các mạng bên ngoài, giải pháp báo hiệu cũng sẽ cho phépnhà khai thác mạng hạn chế truy nhập từ các mạng bên ngoài (mức ứng dụng)

Với truy nhập HSS, nhà khai thác mạng cũng có thể điều khiển truy nhập tới HSS

2.3 IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác

Bên cạnh 3GPP, các tổ chức khác như IETF, ITU-T, ARIB, ETSI và các công

ty điện tử-viễn thông như NEC, MOTOROLA,SIEMEN cũng nghiên cứu và đưa racác phát hành của mình

Mô hình IMS trong NGN của ETSI đưa ra như sau:

Hình 2.7: Mô hình IMS của ETSI

Với kiến trúc IMS của ETSI, so với kiến trúc của 3GPP thì một số khối chức năngđược thêm vào để thực hiện chức năng tương tác với các mạng IP khác như IWF,SPDF, I-BCF, SGF Còn lại các thành phần cơ sở dữ liệu HSS, thành phần điều khiểnIMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF; thành phần điều khiển tương tác như MGCF,BGCF, SGW; các thành phần tương tác như OSA-SCS, OSA-AS, IM-SSF, CSE; cácthành phần tài nguyên MRF; thành phần tương tác phương tiện MGW; và các giaodiện trong mạng đều tương tự như kiến trúc của 3GPP

ITU-T cũng đưa ra mô hình IMS của mình, mô hình này như sau:

Hình 2 8: Mô hình IMS của ITU-T

Các mạng đa phương tiện IP khác

Mạng truy nhập kết nối IP

AS

UE

Các đặc điểm giống và khách nhau trong kiến trúc IMS của ba tổ chức ITU-T, IETF và3GPP có thể được tổng kết như bảng sau:

Các thành phầnđiệu khiển tàinguyên và điềukhiển tương tácBGCF, MGCF,SGW

Các thành phần tàinguyên và tươngtác phương tiệnMGF, MGW

Thành phần cơ sở

dữ liệu HSS Các thành phầnđiều khiển IMS: P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF

Các thành phầnđiệu khiển tàinguyên và điềukhiển tương tácBGCF, MGCF,SGW

Các thành phần tàinguyên và tươngtác phương tiệnMGF, MGW

Có các phần tửchức năng như3GPP và ITU-Tnhưng bổ sungthêm phân hệ điềukhiển chấp nhận vàtài nguyên (RACS)chứa các khối chứcnăng IWF, I-BCF,SGF, SPDF để thựchiện tương tác vớicác mạng trước đây

Quan điểm xây

đa loại hình dịch vụ tới người dùng đầu cuối

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

PSTN/ ISDN hiện nay đã phát triển toàn cầu, số lượng thuê bao hiện đang chiếm

ưu thế hơn hẳn so với các thuê bao di động hay internet Nhưng với cơ sở công nghệmạng thì vẫn dựa trên nền mạng chuyển mạch kênh và đầu cuối cố định không có khảnăng đáp ứng các dịch vụ thông minh, hơn nữa mạng truy nhập vẫn chưa số hóa hoàntoàn do vậy khả năng truyền tải tốc độ cao băng thông lớn với mạng cố định đã bộc lộnhiều khuyết điểm

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

Từ hiện trạng mạng như vậy, giải pháp để cải thiện mạng viễn thông là kết hợp ưuđiểm tốc độ bit cố đinh, hướng kết nối và đảm bảo tính thời gian thực cao của PSTN/ISDN với những ưu điểm khả năng truyển tải lớn, tiết kiệm tài nguyên mạng, đầu cuốithông minh của mạng internet và loại bỏ những nhược điểm của các mạng này cho đếnnay vẫn là một giải pháp tốt

Mạng 3G hiện nay có tốc độ phát triển vượt bậc, mắc dù ra đời sau PSTN/ ISDN

và Internet nhưng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS) 3G được xây dựng trên nềnmạng thông minh PLMN, 3G còn thông minh hơn nữa Với các công nghệ truy nhậptiên tiến như TDMA, CDMA và đầu cuối thông minh, 3G đã cho phép người dùng đầucuối vừa có khả năng sử dụng dịch vụ thời gian thực lại có khả năng truyền tải và truynhập dữ liệu

Như vậy so với PSTN/ ISDN và Internet thì 3G đã thực hiện được bước đầu trongtiến trình hội nhập dịch vụ thoại và dữ liệu-Điều này đã tạo cơ hội rất thuận tiện để 3Gtiến đến NGN

CHƯƠNG 3

GIAO DIỆN GIỮA IMS VÀ CÁC PHẦN TỬ KHÁC TRONG NGN

Các thủ tục trong phần này được sử dụng để cung cấp các dịch vụ cho phân hệ đaphương tiện IP Các thủ tục đó được diễn tả bằng lươc đồ văn bản các luồng thông tin.Các thủ tục trong tài liệu này là phương tiện để cho phép phân hệ IMS hỗ trợ các ứngdụng đa phương tiện IP

3.1 Thủ tục đăng kí mức ứng dụng

Các phần sau đây nói đến các luồng thông tin của thủ tục đến đăng kí ở phân hệ đaphương tiện IP bằng cách sử dụng các luồng thông tin khác nhau sẽ được liệt kê mộtcách tương ứng

3.1.1 Luồng thông tin đăng kí với người dùng chưa đăng kí

Đăng kí mức ứng dụng có thể được thực hiện sau khi đã đăng kí truy nhập, và sau

đó kết nối IP cho báo hiệu được tích cực từ mạng truy nhập Mục đích của luồng thôngtin đăng kí là để các thuê bao có thể chuyển mạng Với các thuê bao di chuyển trongmạng nhà của nó, mạng nhà sẽ thực hiện vai trò của các thành phần mạng nhà và cácthành phần của mạng khách

Hình 3.1: Đăng kí với người dùng chưa đăng kí

1 Sau khi UE nhận được kênh báo hiệu từ mạng truy nhập, nó có thể thực hiệnđăng kí IMS Để làm điều đó UE gửi luồng thông tin đăng kí tới Proxy (nhậndạng chung, nhận dạng riêng, tên miền mạng nhà, địa chỉ IP của UE)