Phân hệ đa phương tiện ip (ims) trong mạng thế hệ mới ngn

Nội dung của đề tài tập trung chủ yếu vào kiến trúc IMS, chức năng các phần tử của IMS và các thủ tục cần thiết trên các giao diện bên trong IMS và giữa IMS với các phân hệ khác để cung

khoa ®iÖn tö viÔn th«ng

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

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#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

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:

API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng

BGCF Breakout gateway controll funtion Chức năng điều khiển cổng ngăn

cản

CAMEL Customised application mobile

enhanced logic

Những lập luận để nâng cao tính di động ứng dụng cho khách hàng

CSCF Call session control function Chức năng điều khiển phiên cuộc

gọi

Protocol

Giao thức cấu hình host động

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật internet

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 toàn cầu

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

Network

Mạng số dịch vụ tích hợp

MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương

tiện

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

SLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê bao

URL Universal Resource Locator Vị trí tài nguyên toàn cầu

USIM UMTS SIM Modul nhận dạng thuê bao UMTS

SLF Subscriber locator function Chức năng vị trí thuê bao

SIP Session initiation protocol Giao thức khởi tạo phiên

THIG Topology hiding interwork gateway Cổng tương tác ẩn giao thức

telecommunication system

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội là nhu cầu thông tin ngày càng đòi hỏi cấp bách đối với cuộc sống con người Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày một tăng và không thể tách rời đời sống xã hội Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu cầu về dịch vụ đa phương tiện Mạng phải có tổ chức đơn giản nhưng có nhiều chức năng Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải được tích hợp thì mới có khả năng cung cấp 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 nổ của các công nghệ mới và nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông của khách hàng Tuy nhiên trong tương lai mạng viễn thông không những chỉ thỏa mãn cho khách hàng các dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và các dịch vụ băng rộng mà còn phải đáp ứng cho khách hàng các dịch vụ có độ tích hợp cao, các dịch vụ đa phương tiện với các thuộc tính 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, từ chuyển 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 đầu cuối 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 mạng viễn 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 chủ yếu vào kiến trúc IMS, chức năng các phần tử của IMS và các thủ tục cần thiết trên các giao diện bên trong IMS và giữa IMS với các phân hệ khác để cung cấp dịch vụ đa phương 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 cung

phần này là giới thiệu phân hệ IMS của 3GPP trong kiến trúc NGN, vai trò chức năng các phần tử của nó Ngoài ra phần còn giới thiệu kiến trúc IMS của một số tổ chức khác 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 để cung cấp dịch vụ đa phương tiện và hội tụ mạng Đây là nội dung chính mà đề tài cần thực hiện khi nghiên cứu phân hệ IMS

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

Do có sự hạn chế về thời gian và thực tiễn nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót 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 viễn thông, 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 mạng trong 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 tầng mới và cũ là giải pháp đầu tiên được đưa ra Kết hợp cơ sở hạ tầng để truyền tín hiệu trên nhiều phương tiện như cáp đồng, cáp quang, vô tuyến cho đến nay vẫn là giải pháp 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, chuyển mạch bản tin, công nghệ ATM, chuyển mạch khung, Fast Ethernet, Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI Ngoài ra các công nghệ mới cũng đang 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 trợ trên chính hệ thống của mình Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn đến 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 dụng các công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng riêng rẽ, đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay

Trong mạng thế hệ kết tiếp (NGN) các hệ thống hỗ trợ có khả năng thích nghi với các điều kiện trên mạng, hội tụ các công nghệ về mạng lõi, mạng truy nhập, dịch vụ và đầu cuối hiện có nhờ vậy đáp ứng được nhu cầu của kách hàng đòi hỏi có nhiều loại hình truyền thông (thoại, dữ liệu, Internet, video, truy nhập không dây…) mà chỉ cần một nhà cung cấp dịch vụ Để thực hiện điều này các tổ chức chuẩn hóa viễn thông như ITU-T, IETF, 3GPP … đã đưa ra các mô hình mạng hội tụ của minh, mỗi tổ chức tiếp cận vấn đề hội tụ từ một khía cạnh riêng ITU-T tiếp cận vấn đề mạng hội tụ từ khía cạnh mạng PSTN/ ISDN, IETF tiếp cận từ khía cạnh mạng Internet, trong khi đó 3GPP 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 dựng mạng hội tụ từ các mạng và công nghệ hiện có Tuy nhiên vẫn chưa có một chuẩn chung 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 cấp được dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ thoại từ 14,4 Kbps đến 64 Kbps, hiện nay với hệ thống CDMA 2000-1x đã có nhiều khả năng mới với tốc độ thoại lên tới 144 Kbps và hệ thống 1X ED-VO cho tốc độ gói thoại lên tới 2,4 Mbps, tương lai với hệ thống di đống sẽ sử dụng hệ thống 1x ED-DV và W-CDMA có khả năng cung cấp dịch vụ chất lượng cao

Mạng không dây trước đây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11 băng tần 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ tốc độ 1 Mbps, hiện nay hoạt động theo chuẩn IEE802.11b băng tần 2,4 Ghz cung cấp dịch vụ 11 Mbps, tương lai mạng không dây hoạt động theo chuẩn IEEE802.11a 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 hiện nay hoạt động trên các công nghệ ADSL và VDSL cung cấp dữ liệu tốc độ từ 1 đến 8 Mbps hoặc 50 Mbps, trong tương lai mạng cố định hoạt động trên hệ thống FTTH cung 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 mạng chung 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 cung cấp 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, mạng Internet… 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 và dịch vụ viễn thông và trước tình hình mạng viễn thông Việt Nam hiện nay ta thấy như sau:

Về mạng

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

2 Sự bất tiện: Muốn sử dụng dịch vụ thì thuê bao phải kết nôi đến cả hai nhà cung cấp 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 thông qua 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 không ngừng 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 dụng dịch vụ viễn thông đang bùng phát hiện nay Trước tình hình đó xu hướng xây dựng một mạng chung duy nhất có khả năng đáp ứng và phục vụ to lớn dựa trên các mạng hiện có để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ của người dùng đầu cuối là một hướng khả 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 khác nhau 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 vấn thông 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 hoạt động, 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 IMS của 3GPP

Tuy nhiên do thời gian có hạn, nên đề tài vẫn chưa nêu được các nội dung liên quan đến 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 IMS Các nội dung mà đề tài chưa thực hiện được được trình bày trong các phát hành của 3GPP 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 ứng dụng thực tiễn đơn lẻ Ví dụ như trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, một cuộc nối được thiết lập giữa hai thuê bao thông qua quá trình trao đổi khe thời 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 ứng dụng 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 tuy nhiên 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 ứng được nhu cầu truyền thông đa phương tiện của khách hàng hơn nữa giá cả đối với thuê bao 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 không kiểm sóat được

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

Bước đầu tiên trong hướng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấp báo hiệu kênh 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 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 vụ chuyển mạch gói Tuy nhiên hướng phát triển này dần dần bộc lộ yếu điểm khi nhu 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 cầu truyền thông, 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 tải cao được 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 gói theo kiểu đơn phương tiện, đa phương tiện, theo kiểu hướng kết nối hay phi kết nối 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 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 băng rộng, việc xây dựng một mạng cung cấp đa loại hình dịch vụ tốc độ cao băng 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 khách hàng Vậy thì câu hỏi đặt ra là mô hình mạng nào có thể khắc 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 mô hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng trong khi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻ nhất và nhanh nhất – đó chính là mạng 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

 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 thông rộng và lưu lượng truyền tải cao của mạng gói để đáp ứng sự bùng nổ nhu cầu lưu lượng thoại truyền thông hiện nay và nhu cầu truyền thông đa phương tiện của người dùng đầu cuối Điện thoại IP (IPT) là ví dụ điển hình để minh họa cách tín hiệu thoại được chuyển đổi thành gói dữ liệu rồi truyền trên nền IP trong mạng NGN như thế nào Có thể nói truyền thoại trên nền gói là ưu điểm lớn nhất mà NGN đã thực hiện được 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 nguyên trên mạng Điều này đã làm cho mạng được mềm hóa và sử dụng các giao diện mở API (Application program interface) để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộc nhiều 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 tập chung:

 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 chuyển mạch 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 nhập như 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 các công nghệ mạng hiện nay

Một động lực quan trọng khác đó là sự phân biệt dịch vụ Trọng tâm ban đầu của nhiều 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 dựng mạng 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 cho các nhà phát triển phần mềm

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

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

ITU-T cũng đưa ra khuyến cáo khi tiến hành xây dựng NGN từ mạng hiện có cho các nhà 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 thể phát triển từng bước thông qua mạng lai ghép, mạng VoIP rồi tiến tới NGN hoặc tiến thẳng lên NGN

Tùy theo điều kiện cụ thể của từng vùng mạng mà xây dựng NGN với giá thành thấp 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 sung thêm 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 đa phương tiện kết hợp cả tất cả các loại hình truyền thông thời gian thực như thoại, 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 cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương 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 thông nào 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 các thành 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 năng điều khiển phiên, các mạng mang đa phương tiện, các tiện ích của miền chuyển mạch gói (PS) do IETF xác định

Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo dưỡng qua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đã cố gắng tương thích với các chuẩn IETF (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 thức SIP

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di động mặt đất PLMN sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng của họ bằng cách 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 mục đích chính là để các dịch vụ sẽ được phát triển do các nhà khai thác mạng PLMN và hiệp 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, hình ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho người dùng đầu cuối không dây, và có thể phối hợp sự phát triển về Internet với sự phát triển của truyền thông di động

Giải pháp cuối cùng để có thể hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện IP gồm có các đầu 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 chuyển mạch rất gần với mạng truy nhâp, với kiến trúc này nó có thể áp dụng cho bất kì mạng truy nhập nào như 3G, Wifi, DSL, cable …

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền thống sang VoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư và giá thành dịch vụ Tuy nhiên nếu chỉ chuyển sang 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 chuyển sang 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 phương tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ mới Nền tảng ở đây được 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 vụ chuyên nghiệp, để đáp ứng mạng cần hoạt động cả mạng đường dây và mạng không dây

client-Tuy nhiên để các thành phần này hội tụ với các lớp dịch vụ mới và đảm bảo QoS thì 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 yêu cầu 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 tương ứng 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 đa phương tiện IP Nó có thể hoạt động như một Proxy-CSCF (P-CSCF), như một Serving-CSCF (S-CSCF), và có thể như một Interrogating-CSCF (I-CSCF) Hình sau thể 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 UE phát hiện sau khi tích cực thành công một PDP Context P-CSCF xử lí như một người đại diện ví dụ tiếp nhận hay yêu cầu rồi phục vụ hoặc gửi chúng đi P-CSCF sẽ không thay 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 điều khiển 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 kết nối tới thuê bao của nhà khai thác mạng, hoặc một thuê bao chuyển mạng hiện tại nằm trong phạm vi vùng phục vụ của nhà khai thác mạng Trong một mạng có thể có nhiều I-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 khai thác 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 mạng ngoài Khi một I-CSCF được chọn để ẩn cấu hình thì để truyền phiên qua các miền 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 một phiên khi cần thiết để nhà khai thác mạng hỗ trợ các dịch vụ Trong phạm vi mạng của nhà khai thác các S-CSCF khác nhau có thể có các chức năng khác nhau S-CSCF thực hiện các chức năng như sau:

 Đăng kí

 Có thể xử lí như một REGISTRAR, nó tiếp nhận yêu cầu đăng kí và thiết 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 truyền thông IMS từ/ tới nhận dạng người dùng chung đã bị ngăn chặn khỏi IMS 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 vào phiên 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 hoặc UE)

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 mạng khác 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) và thuê bao khởi tạo là khách của cùng một nhà khai thác mạng gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới một I-CSCF trong phạm vi mạng của nhà khai thác

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

o Gửi yêu cầu hoặc đáp ứng SIP tới BGCF để định tuyến cuộc gọi tới miền 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 một thuê bao nhà trong phạm vi mạng nhà, hoặc cho một thuê bao chuyển mạng 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 cho thuê bao chuyển mạng trong phạm vi một mạng khách mà ở đó mạng nhà không có I-CSCF trong tuyến này

o Gửi đáp ứng hoặc yêu cầu SIP tới một BGCF để định tuyến cuộc gọi tới 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 hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng sẽ được 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 lựa chọn một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN Nếu lưu lượng chuyển sang mạng không nằm cùng với BGCF thì BGCF 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 sang PSTN hay CSN

 Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CSN Nếu như sự tương tác ở trong 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 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 CSN và gửi báo hiệu SIP tới MGCF đó Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằm trong một mạng khác

 Đưa ra các CDRs

BGCF có thể sử dụng thông tin nhận được từ các giao thức khác hoặc sử dụng thông tin 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 thể thức mạng GPRS Nó chịu trách nhiệm lưu trữ danh sách các đặc điểm và thuộc tính dịch vụ của người dùng đầu cuối Danh sách này được sử dụng để kiểm tra vị trí và các biện pháp truy nhập thuê bao Nó cung cấp thông tin thuộc tính người dùng một cách trực tiếp hoặc thông qua các server Thuộc tính thuê bao lưu trữ gồm: nhận dạng người dùng, dịch vụ đã thuê bao, thông tin trao quyền HSS chứa các chức năng đa phương tiện IP để truyền tải thông tin tới các thực thể thích hợp trong mạng lõi để thiết lập cuộc gọi/ phiên, an ninh, trao quyền vv Nó cũng truy nhập vào các server nhận 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 kênh phương tiện trong một MGW

 Truyền thông với CSCF

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

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

 Giải sử MGCF nhận được thông tin ngoài băng thì nó có thể chuyển tiếp thông tin 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 hiện trong hình như sau:

Hình 2.6: Kiến trúc MRF

MRF được phân tách thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP như hình vẽ trên thể 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 khiển MRFP 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 các luồng 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 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

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 thể triển khai như một thực thể đứng một mình hoặc bên trong môj thực thể khác Các luồng phiên trong đặc tả này không thể hiện SGW nhưng 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 mạch kênh 2G/ 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 một mạng 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 sử dụng 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 trúc này sẽ dựa trên SIP

Giao thức điều khiển một phiên đơn được sử dụng để điều khiển phiên giữa các giao 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 với báo hiệu SIP giữa UE và CSCF

SIP được 3GPP lựa chọn làm giao thức báo hiệu trong phần lõi IMS còn trên các giao diện giữa phần lõi IMS và các phần tử ngoài không được chuẩn hóa, 3GPP chỉ khuyến 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 khai thác 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 năng của 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 phép nhà 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 ra các 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 năng được 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 khiển IMS 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; các thành phần tài nguyên MRF; thành phần tương tác phương tiện MGW; và các giao diện 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:

P-CSCF MGCF

Cx Mw Mk

Mi Mg PSTN

Mp

Mw Mr

Mn

Mj

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 và 3GPP có thể được tổng kết như bảng sau:

Các thành phần điệu khiển tài nguyên và điều khiển tương tác

SGW Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW

Thành phần cơ sở

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

Các thành phần điệu khiển tài nguyên và điều khiển tương tác

SGW Các thành phần tài nguyên và tương tác phương tiện MGF, MGW

Có các phần tử chức năng như 3GPP và ITU-T nhưng bổ sung thêm phân hệ điều khiển chấp nhận và tài nguyên (RACS) chứa các khối chức năng IWF, I-BCF, SGF, SPDF để thực hiện tương tác với các 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 thành công 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 nghệ mạng thì vẫn dựa trên nền mạng chuyển mạch kênh và đầu cuối cố định không có khả năng đáp ứng các dịch vụ thông minh, hơn nữa mạng truy nhập vẫn chưa số hóa hoàn toàn do vậy khả năng truyền tải tốc độ cao băng thông lớn với mạng cố định đã bộc lộ nhiều khuyết điểm

Internet hiện nay có tốc độ phát triển nhanh nhất, chỉ trong khoảng thời gian cỡ 10 năm, internet đã phát triển toàn cầu Nền tảng công nghệ cho Internet dựa trên công nghệ 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 cần các dịch vụ thời gian thực và hướng kết nối Khi yêu cầu 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 là kết hợp ưu điểm 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 cuối thông minh của mạng internet và loại bỏ những nhược 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, mắc dù ra đời sau PSTN/ ISDN

và Internet nhưng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS) 3G được xây dựng 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 gian thực 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 bước đầu trong tiến trình hội nhập dịch vụ thoại và dữ liệu-Điều này đã tạo cơ hội rất thuận tiện để 3G tiến 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 đa phương 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 ứng dụng 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 đa phương tiện IP bằng cách sử dụng các luồng thông tin khác nhau sẽ được liệt kê một cách 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 thông tin đăng kí là để các thuê bao có thể chuyển mạng Với các thuê bao di chuyển trong mạng nhà của nó, mạng nhà sẽ thực hiện vai trò của các thành phần mạng nhà và các thành 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 hiện đăng kí IMS Để làm điều đó UE gửi luồng thông tin đăng kí tới Proxy (nhận

2 Khi nhận thông tin đăng kí, P-CSCF thực hiện kiểm tra “tên miền mạng nhà”

để tìm thực thể mạng nhà (e g I-CSCF) Proxy sẽ gửi luồng thông tin đăng kí tới I-CSCF (tên/ địa chỉ P-CSCF, nhận dạng chung, nhận dạng riêng, nhận dạng mạng P-CSCF, địa chỉ IP của UE) Một kĩ thuật phân tích tên–địa chỉ được sử dụng để quyết định mạng nhà từ tên miền mạng nhà Nhận dạng P-CSCF là một chuỗi các nhận dạng tại mạng nhà, mạng đó là mạng mà ở đó P-CSCF được lắp đặt (ví dụ nhận dạng mạng P-CSCF có thể là tên miền của mạng P-CSCF)

3 I-CSCF sẽ gửi thông tin lên giao diện Cx để truy vấn HSS (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng, nhận dạng mạng P-CSCF)

HSS sẽ thực hiện kiểm tra người dùng đã được đăng kí hay chưa HSS sẽ chỉ thị người dùng đó có được phép đăng kí vào P-CSCF hay không tùy theo thuộc tính thuê bao của người dùng và những giới hạn của nhà khai thác mạng

4 Đáp ứng truy vấn Cx sẽ được gửi từ HSS tới I-CSCF có chứa tên của S-CSCF

mà HSS biết Nếu như sự kiểm tra ở HSS không thành công, đáp ứng truy vấn

Cx sẽ loại bỏ đăng kí

5 Nếu như I-CSCF không được cung cấp tên của S-SCF thì I-CSCF sẽ gửi một bản tin Cx-Select-pull (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng) tới HSS để yêu cầu các thông tin liên quan đến S-CSCF được yêu cầu để nó

có thể lựa chọn S-CSCF

6 HSS sẽ gửi Cx-select-pull-resp tới I-CSCF

7 I-CSCF sử dụng tên của S-CSCF để có thể quyết định địa chỉ của S-CSCF nhờ kĩ thuật phân tích tên–địa chỉ I-CSCF cũng sẽ quyết định tên của một điểm giao tiếp mạng nhà phù hợp nhờ thông tin nhận được từ HSS Điểm giao tiếp mạng nhà có thể là chính S-CSCF hoặc một I-CSCF phù hợp trong trường hợp ẩn cấu hình mạng Nếu một I-CSCF được lựa chọn như một điểm giao tiếp mạng nhà để thực hiện ẩn cấu hình mạng, nó sẽ khác với I-CSCF đóng vai trò tiếp nhận thông tin đăng kí, và nó sẽ cho phép nhận tên các S-CSCF từ thông tin giao tiếp nhà I-CSCF sẽ gửi luồng thông tin đăng kí (tên/ địa chỉ của P-CSCF, nhận dạng chung, nhận dạng riêng, nhận dạng mạng P-CSCF, địa chỉ IP của UE, I-CSCF(THIG) trong trường hợp mạng muốn ẩn cấu hình) tới S-CSCF đã được chọn đó Điểm giao tiếp mạng nhà sẽ được P-CSCF sử dụng để gửi báo hiệu thiết lập phiên tới mạng nhà

8 S-CSCF sẽ gửi Cx-put (nhận dạng chung, nhận dạng riêng, tên S-CSCF) tới HSS HSS sẽ lưu trữ tên S-CSCF cho thuê bao đó

9 HSS sẽ gửi Cx-put-resp tới I-CSCF để báo nhận bản tin Cx-put đã gửi

10 Khi nhận thông tin từ Cx-put- resp, S-CSCF sẽ gửi luồng thông tin Cx-pull (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng) tới HSS để cho phép tải về các thông tin có liên quan tới các thuộc tính thuê bao cho nó S-CSCF

sẽ lưu trữ các tên/ địa chỉ của P-CSCF khi được cung cấp từ mạng khách Sự

mô tả tên và địa chỉ này để mạng nhà có thể chuyển tiếp báo hiệu phiên kết thúc tiếp đó tới UE

11 HSS gửi trả lời bằng bản tin Cx-pull-resp tới S-CSCF Thông tin người dùng được chuyển từ HSS tới S-CSCF gồm một hay nhiều thông tin tên/ địa chỉ cần cho quá trình truy nhập các mặt bằng điều khiển dịch vụ khi người sử dụng đã được đăng kí tại S – CSCF S-CSCF sẽ lưu trữ thông tin cho người dùng đã được chỉ định Hơn nữa thông tin tên/ địa chỉ, thông tin bảo mật cũng có thể được gửi cho S-CSCF sử dụng

12 Dựa trên bộ lọc tiêu chuẩn, S-CSCF sẽ gửi thông tin đăng kí tới mặt bằng điều khiển dịch vụ và thực hiện bất cứ thủ tục điều khiển dịch vụ thích hợp nào

13 S-CSCF sẽ đáp lại luồng thông tin 200 OK (thông tin giao tiếp mạng nhà) tới I-CSCF Nếu một I-CSCF được lựa chọn như một điểm giao tiếp mạng nhà để thực hiện ẩn cấu hình mạng, I-CSCF sẽ thực hiện mã hóa địa chỉ S-CSCF vào trong thông tin giao tiếp mạng nhà

14 I-CSCF sẽ gửi thông báo 200 OK tới P-CSCF I-CSCF sẽ giải phóng tất cả thông tin đăng kí sau khi gửi luồng thông tin 200 OK

15 P-CSCF sẽ lưu trữ thông tin giao tiếp mạng nhà và sẽ gửi luồng thông tin 200

OK tới UE

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

Đăng kí lại mức ứng dụng theo định kì được thiết lập bởi UE để làm tươi lại một sự đăng kí đã tồn tại hoặc để cập nhật những thay đổi về trạng thái đăng kí của UE Đăng

kí lại được thực hiện theo cách sử lí như “luồng thông tin đăng kí với người dùng chưa đăng kí” Khi được khởi tạo bởi UE dựa vào thời gian đăng kí đã được thiết lập trong lần đăng kí trước, UE sẽ giữ một bộ định thời ngắn hơn so với định thời đăng kí ở mạng

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

1 Đến khi hết hạn thời gian đăng kí, UE sẽ thực hiện đăng kí lại Để thực hiện đăng kí lại UE gửi một yêu cầu đăng kí mới UE gửi luồng thông tin đăng kí mới tới Proxy (nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng, tên miền mạng nhà, địa chỉ IP của UE)

2 Khi chấp nhận luồng thông tin đăng kí, P-CSCF sẽ kiểm tra “tên miền nhà” để tìm ra thực thể chỏ tới mạng nhà đó (e g: I-CSCF) Proxy không sử dụng thực thể chỉ tới bộ lưu trữ sự đăng kí theo chu kì Proxy sẽ gửi luồng thông tin đăng kí tới I-CSCF (tên/ địa chỉ I-CSCF, nhận dạng người dùng chung, nhận dạng người dùng riêng, nhận dạng mạng P-CSCF, địa chỉ IP của UE) Kĩ thuật phân tích tên và địa chỉ được sử dụng để quyết định địa chỉ của mạng nhà từ tên miền mạng nhà Nhận dạng mạng P-CSCF là một chuỗi để nhận dạng ở mạng nhà–là mạng, mà P-CSCF đặt tại đó (ví dụ nhận dạng mạng P-CSCF có thể là tên miền của mạng P-CSCF)

3 I-CSCF sẽ gửi luồng thông tin Cx-Query tới HSS (gồm nhận dạng chung, nhận dạng riêng, và nhận dạng mạng P-CSCF)

4 HHS sẽ kiểm tra người dùng đó đã đăng kí hay chưa và sau đó chỉ thị rằng một S-CSCF đã được phân bổ Cx-Query resp được gửi từ HSS tới I-CSCF

5 I-CSCF sẽ sử dụng tên của S-CSCF để quyết định địa chỉ của S-CSCF thông qua kĩ thuật phân tích tên–địa chỉ I-CSCF cũng quyết định tên của điểm giao tiếp mạng nhà thích hợp nhờ nhận được những thông tin từ HSS Điểm giao tiếp mạng nhà có thể là chính S-CSCF hoặc là một I-CSCF phù hợp khi muốn

ẩn cấu hình mạng Nếu như I-CSCF được lựa chọn như là một điểm giao tiếp