Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống IMS trên nền mạng NGN

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống IMS trên nền mạng NGN

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNKHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên chúng em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Ngô Đắc Thuầnđã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đề tài.Thầy luôn quan tâm theo sát tiến độ và đưa ra những đóng góp quý báo giúpchúng em sửa chữa và hoàn thiện luận văn tốt nghiệp

Chúng em chân thành cảm ơn ThS Huỳnh Phú Trung, công ty TMASolutions, đã nhiệt tình truyền đạt kinh nghiệm, chỉ bảo chúng em trong suốtthời gian thực tập và làm đề tài tốt nghiệp tại công ty Nhờ sự hướng dẫn củaanh, chúng em đã định hướng và từng bước hoàn thành luận văn này.

Chúng em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thôngnói riêng và trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM nói chung đã giảngdạy và tạo điều kiện cho chúng em học tập tốt nhất trong thời gian qua Nhữngkiến thức đó chính là nền tảng cần thiết giúp chúng em hoàn thành được luậnvăn tốt nghiệp

Chúng em cũng gởi lời cảm ơn đến bạn Lê Trung đã nổ lực cùngchúng em thực hiện giải pháp xây dựng mô hình mạng NGN hoàn chỉnh.

Một lần nữa, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chúng emmong nhận được những đóng góp chân thành của tất cả mọi người.

Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấyđã trở thành một phần của cuộc sống con người Hiện tại và trong thời gian tới, nhu

cầu phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu, hình ảnh với chất

lượng cao ngày một tăng Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ khôngchỉ quan tâm đến phát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạtầng lẫn dịch vụ Song song đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệthế hệ mới có kiến trúc linh hoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đacông nghệ, đa giao thức, đa truy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ…Trước yêu cầu đó, NGN ra đời được xem là một giải pháp thỏa mãn tất cả các điềukiện kể trên cho một mạng tương lai.

Từ nghiên cứu mạng thế hệ mới NGN, ý tưởng về một kiến trúc điều khiểndịch vụ dựa trên chuẩn IP được hình thành Kiến trúc này phải giúp nhà khai thácmạng dễ dàng hơn trong triển khai và quản lý, đồng thời cho phép người dùng có thểsử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển giữa vùng phục vụ của cácmạng mà vẫn có thể sử dụng cùng một dịch vụ với yêu cầu QoS được đảm bảo Kiếntrúc đó được gọi là phân hệ đa phương tiện IP, viết tắt là IMS (IP MultimediaSubsystem) Phân hệ IMS tạo điều kiện cho việc triển khai nhanh chống các dịch vụchất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc, mọinơi trên một kết nối Do đó, chắc chắn trong tương lai không xa, triển khai hệ thốngmạng IMS là một xu hướng tất yếu của các nhà khai thác dịch vụ mạng và viễn thông.

IMS hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau như thoại, dữ liệu, hình ảnh vàkhả năng tích hợp cả ba loại hình dịch vụ nói trên Sự tích hợp ấy chính là Tripple Playmà IPTV là một dịch vụ điển hình Đặc biệt, trên nền tảng IMS, yếu tố di động và truynhập không dây trở nên khả thi càng tạo điều kiện cho IPTV phát triển.

Nội dung bài báo cáo gồm hai phần chính:

 Phần đầu, đề tài giới thiệu vị trí và kiến trúc IMS trong mô hình mạngNGN theo chuẩn hóa của tổ chức 3GPP Nội dung phần này tập trung vào vai trò chứcnăng các phần tử trong IMS Thêm vào đó, đề tài cũng trình bày các giao thức và thủtục sử dụng dịch vụ giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của phân hệ

trên hạ tầng mạng hiện có.

 Phần sau, bài báo cáo xây dựng hoàn chỉnh một mô hình mô phỏng mạngNGN với đầy đủ chức năng Người dùng có thể đăng ký, sử dụng dịch vụ thoại, dữliệu, xem IPTV,…Hơn nữa, phần demo có sự kết hợp với đề tài “QoS over TripplePlay” để đảm bảo QoS xuyên suốt cho các dịch vụ được triển khai từ lớp truy cập đếnlớp ứng dụng Đặc biệt, mô hình này thực hiện hoàn toàn trên phần mềm mã nguồnmở, thực hiện trên các máy tính, rất thích hợp cho việc nghiên cứu, phát triển tại cácphòng nghiên cứu của trường học, trung tâm nghiên cứu và phát triển của công ty.

Để thực hiện nội dung đó, đề tài được phân chia thành các chương như sau: Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN Nội dung chương này giới

thiệu những khái niệm cơ bản về IMS cũng như vai trò của IMS trong mạng NGN. Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS Đây là chương quan trọng nhất, trình bày

các thực thể và chức năng của IMS theo mô hình phân lớp mạng NGN.

 Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS Chương này giúp người đọc

hình dung rõ từng bước hoạt động của phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiểncác phiên dịch vụ.

 Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS Chương này

trình bày khái quát các giao thức sử dụng phỗ biến trong mạng NGN như: SIP,Diameter, COPS, MEGACO/H.248.

 Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS Qua chương này, người đọc có

thể hiểu được cách thức xây dựng một hệ thống IMS trên cơ sở hạ tầng mạng hiện có. Chương 6: Demo trình bày mô phỏng IMS bằng Open Source IMS Core và

dịch vụ IPTV trên hệ điều hành Linux.

 Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

IMS là một đề tài khá mới tại Việt Nam, tài liệu tiếng Việt gần như khôngcó Với khả năng của sinh viên và thời gian tìm hiểu không nhiều, đề tài IMS overNGN không tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạnđọc về đề tài này.

LỜI MỞ ĐẦU IIDANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIIIDANH MỤC HÌNH XIIDANH MỤC BẢNG XIV

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS TRÊN NỀN NGN 1

1.1 SỰ RA ĐỜI CỦA IMS 1

1.2 LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG IMS 3

1.3 MÔ HÌNH PHÂN LỚP CỦA MẠNG NGN 4

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC PHÂN HỆ IMS 6

2.2.2 Chức năng đa phương tiện MRF 12

2.2.3 Điểm tham chiếu (giao diện) 13

2.2.3.1 Điểm tham chiếu Gm 13

2.2.3.2 Điểm tham chiếu Go 13

2.2.3.3 Điểm tham chiếu Mw 14

2.2.3.4 Điểm tham chiếu Mp 15

2.2.3.5 Điểm tham chiếu Mn 15

2.2.3.6 Điểm tham chiếu Dx 15

2.2.3.7 Điểm tham chiếu Cx 15

2.2.3.8 Điểm tham chiếu ISC 15

2.3.1.1 Khóa nhận dạng người dùng riêng 16

2.3.1.2 Khóa nhận dạng người dùng chung 16

2.3.2 Giao tiếp với mạng PSTN 17

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ THỦ TỤC TRONG MẠNG IMS 21

3.1 THỦ TỤC LIÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐĂNG KÝ 21

3.1.1 Thủ tục đăng ký 21

3.1.2 Thủ tục đăng ký lại 23

3.1.3 Thủ tục xóa đăng ký 23

3.1.3.1 Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi UE 24

3.1.3.2 Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi nhà khai thác mạng 25

3.2 THỦ TỤC THIẾT LẬP PHIÊN 29

3.2.1 Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc hai mạng IMS 29

3.2.2 Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và mạng PSTN32CHƯƠNG 4: CÁC GIAO THỨC CHÍNH SỬ DỤNG TRONG PHÂN HỆ IMS.344.1 GIAO THỨC SIP 34

4.1.1 Tổng quan về giao thức SIP 34

4.1.2 Cấu trúc SIP 34

4.1.2.1 Server 34

4.1.2.2 Client 36

4.1.3 Bản tin SIP 36

4.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter 38

4.2.2.1 Diameter Replay Agent 38

4.2.2.2 Diameter Proxy Agent 39

4.2.2.3 Diameter Redirect Agent 39

4.2.2.4 Diameter Translation Agent 39

4.4.1 Tổng quan về giao thức MEGACO/H.248 45

4.4.2 Cấu trúc Gateway trong MEGACO/H.248 46

4.4.3 Termination và Context 47

4.4.3.1 Termination 47

4.4.3.2 Context 48

4.4.4 Hoạt động của MEGACO/H.248 48

CHƯƠNG 5: CÁC BƯỚC TIẾN LÊN XÂY DỰNG IMS 50

6.2.2 Cách cấu hình IPTV trên IMS 54

6.3 LỚP ĐIỀU KHIỂN: OPENIMSCORE 61

6.3.1 Giới thiệu 61

6.4.2 Một số lệnh kiểm tra cấu hình MPLS trên Router Cisco 7200 69

CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

Từ viết tắtTiếng Anh

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

A-RACF Access Resource and admission Control FunctionA-RACF Access Resource and admission Control FunctionAVP Attribute Value Pairs

BGCF Breakout gateway control functionBICC Bearer Independent Call ControlBSC Base Station Controller

CCF Charging Collection FunctionCGI Common Gateway InterfaceCOPS Common Open Policy ServicesCPL Call Processing LanguageCS Circuit Switching

DHCP Dynamic Host Configuration ProtocolDNS Domain Name System

EAP Extensible Authentication Protocol

ETSI European Telecommunication Standards InstituteFQDN Fully qualified domain name

FTTH Fiber To The Home

GGSN Gateway GPRS Support NodeGPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile communicationsHSS Home Subscriber Server

HTTP Hypertext Transfer Protocol

IANA Internet Assigned Numbers AuthorityICID IMS Charging ID

IETF Internet Engineering Task Force

IMSI International Mobile Subscriber Identifier

MG Media gateway

MGC Media gateway controllerMGCF Media gateway control functionMGW Media gateway

MINE Multipurpose Internet Mail ExtensionMMS Multimedia Message Service

MNC Mobile Network Code

MRFC Multimedia Resource Function ControllerMRFP Media Resource Function ProcessorMSC Mobile Switching Centre

MSIN Mobile Subscriber Identification NumberNASREQ Network Access Server ApplicationNASS Network Attachment SubsystemNASS Network Attachment SubsystemNMSI National Mobile Station IdentityOCF Online Charging FunctionOMA Open Mobile AllianceOSP Open Settlement ProtocolPBN Packet Based NetworkPDF Policy Decision FunctionPDP Packet Data ProtocolPEP Policy enforcement pointPoC Push-to-Talk over CellularPS Packet Switched

PSTN Public Switched Telephone NetworkRACS Resource Admission Control FunctionalityRACS Resource and Admission Control Functionality

RSVP Resource Reservation ProtocolRTP Realtime Transport ProtocolRTSP Real Time Streaming ProtocolRUAM Remote UAM

SAP Session Advertisement ProtocolSBC Session Border ControllerSBLP Service Based Local Policy

SCIP Simple Conference Invitation ProtocolSCTP Stream Control Transmission ProtocolSDP Session Description Protocol

SGSN Signaling GPRS support nútSGW Signaling gateway

SIP Session Initial Protocol

SLF Subscription Locator FunctionSNTP Simple Network Time ProtocolS-PDF Serving Policy Decision FunctionS-PDF Serving Policy Decision Function

TACACS Terminal Access Controller Access Control SystemTCP Transmission Control Protocol

TG Trungking Gateway

TISPAN Telecoms and Internet converged Services and Protocols forAdvanced Networking

TLS Transport layer Security

T-SGW Transport Singnalling GatewayUA User Agent

UAC User Agent ClientUAM User Access ModeUAS User Agent ServerUE User Equipment

USIM Universal Subscriber Identity ModuleVCC Voice Call Continuity

VoIP Voice over Internet ProtocolXML Extensible Markup Language

Hình 1.1: Sự hội tụ mạng 2

Hình 1.2: Vị trí IMS trong NGN 5

Hình 2.1: SLF chỉ định HSS phù hợp 7

Hình 2.2: Đăng ký có yêu cầu bảo mật 9

Hình 2.3: Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF 11

Hình 2.4: Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện MRF 12

Hình 2.5: Vị trí các điểm tham chiếu trong IMS 13

Hình 2.6: Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CS CN và ngược lại 18

Hình 3.1: Thủ tục đăng ký 21

Hình 3.2: Thủ tục xóa đăng ký thực hiện bởi UE 24

Hình 3.3: Thủ tục xóa đăng ký khi hết thời gian đăng ký 26

Hình 3.4: Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi HSS 27

Hình 3.5: Thủ tục xóa đăng ký thực hiện bởi S-CSCF 29

Hình 3.6: Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc hai mạng IMS 31

Hình 3.7: Các bước thiết lập cuộc gọi giữa UE (IMS) và UE (PSTN) 33

Hình 4.1: Cấu trúc SIP 35

Hình 4.2: Giao thức Diameter 38

Hình 4.3: Cấu trúc bản tin trong giao thức Diameter 39

Hình 4.4: Lỗi giao thức trong Diameter 40

Hình 4.5: Lỗi ứng dụng trong giao thức Diameter 41

Hình 4.6: Mô hình COPS 42

Hình 4.7: COPS header 43

Hình 4.8: Object format của bản tin COPS 44

Hình 4.9: MEGACO/H.248 kết nối điều khiển Gateway 46

Hình 4.10: Cấu trúc Gateway trong MEGACO/H.248 47

Hình 4.11: Luồng giao thức của MEGACO/H.248 49

Hình 6.1: Mô hình mô phỏng mạng NGN 53

Hình 6.2: Mô hình IPTV- VoD Server 55

Hình 6.5: Cấu hình Trigger Point 59

Hình 6.6: Cấu hình filter 60

Hình 6.7: Cấu hình HSS để chuyển yêu cầu sử 60

Hình 6.8: Giao diện hoạt động của P-CSCF 65

Hình 6.9: Giao diện hoạt động của I-CSCF 66

Hình 6.10: Giao diện hoạt động của S-CSCF 67

Hình 6.11: Giao diện hoạt động của HSS 68

Hình 6.12: Giao diện quản lý user của HSS 68

Hình 6.13: Giao diện của trình Option và IPtv trong UCT IMS client. 72

Hình 6.14: Giao diện của UCT IMS client khi Bob đã đăng ký 73

Hình 6.15: Giao diện cấu hình Preferences: tab Profile và IMS 74

Hình 6.16: Giao diện cấu hình Preferences: tab Media và XDMS 74

Hình 6.17: Người dùng tên chau mới tạo ra đã đăng ký vào hệ thống 75

Hình 6.18: Bob đăng ký thành công vào hệ thống ims.vn 76

Hình 6.19: Giao diện P-CSCF khi UE đăng ký 77

Hình 6.20: Giao diện S-CSCF khi Bob đăng ký thành công 77

Hình 6.21: Giao diện HSS khi Bob đăng ký 77

Hình 6.22: Giao diện Web của HSS: UE đăng ký thành công được gán một S-CSCF 78

Hình 6.23: Giao diện UCT IMS Client phía Alice khi Alice khởi tạo cuộc gọiđến Bob 78

Hình 6.24: Giao diện UCT IMS Client phía Bob báo có cuộc gọi đến từ Alice. 79

Hình 6.25: Giao diện S-CSCF khi Alice và Bob thực hiện cuộc gọi. 79

Hình 6.26: Giao diện VLC khi client sử dụng dịch vụ VoD 80

Hình 6.27: Giao diện DSS khi có người dùng kết nối 81

Bảng 3.1: Tóm tắt trạng thái các khối trong thủ tục đăng ký 22

Bảng 4.1: Bản tin yêu cầu SIP 36

Bảng 4.2: Bản tin đáp ứng SIP 36

Bảng 4.3: Bản tin đáp ứng trong trường hợp có lỗi xảy ra 41

Bảng 4.4: Các loại Op code trong COPS header 43

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS TRÊNNỀN NGN

Chương này giới thiệu tổng quan về sự hình thành, vai trò và vị trí của phânhệ IMS trong mô hình mạng NGN IMS là thành phần quan trọng trong lớp điều khiển,được xây dựng với mục đích hỗ trợ đa dịch vụ với chất lượng dịch vụ được đảm bảo,khả năng tính cước và tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại.

1.1 SỰ RA ĐỜI CỦA IMS

Trong những thập kỷ gần đây, các mạng cố định và di động đã và đang cómột sự chuyển đổi lớn, đóng vai trò không thể thiếu trong cuộc sống con người Tronglĩnh vực di động, thế hệ đầu tiên (1G) đã được giới thiệu vào thập niên 1980 Cácmạng này cung cấp các dịch vụ cơ bản cho người dùng, quan trọng nhất là truyền thoạivà dịch vụ liên quan đến truyền thoại Không lâu sau đó, thế hệ di động thứ 2 (2G)được ra đời vào những năm 1990 bổ sung thêm một số dịch vụ về dữ liệu Thế hệ diđộng thứ 3 (3G) cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và cung cấp các dịch vụ đaphương tiện Trong lĩnh vực điện thoại cố định, mạng điện thoại truyền thống PSTNvà mạng dịch vụ số tích hợp ISDN đã chiếm lĩnh thị trường về thoại và truyền thôngvideo Và trong những năm gần đây, Internet đã và đang phát triển nhanh chóng vàngày càng nhiều người dùng thấy được lợi ích của công nghệ này Tốc độ truy cậpInternet ngày càng nhanh hơn, mạnh hơn và giá thành thấp hơn với các dịch vụ như:ADSL, FTTH, IPTV,… Các kết nối này luôn được đảm bảo thông suốt, giúp ngườidùng có thể sử dụng các dịch vụ yêu cầu thời gian thực như chat, chơi game trựctuyến, VoIP,….

Tại thời điểm hiện tại, sự hội tụ giữa mạng di động và mạng cố định là mộtxu thế tất yếu Nhu cầu sử dụng cũng như sự phát triển vượt bậc của công nghệ đã thúcđẩy sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động được tích hợp nhiều tính năngtiên tiến Thế hệ tiếp sau của nhiều thiết bị không chỉ đáp ứng các nhu cầu client-server cơ bản, mà còn các dịch vụ peer-to-peer, thuận lợi cho việc chia sẻ các kết nốinhư trình duyệt, desktop, hội nghị truyền hình, trò chuyện hai chiều như bộ đàm,…

Để có thể truyền thông với nhau, các ứng dụng trên nền IP phải có một cơchế để đạt được sự phù hợp với hệ thống mạng hiện có Hiện tại, mạng điện thoại chỉthực hiện được kết nối thoại Tương tự, đối với mạng IP, phần lớn các phiên được thiếtlập chỉ để tạo kết nối giữa hai điểm sử dụng riêng cho mạng IP Điều này dẫn đến tìnhtrạng các nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng tạo ra một môi trường cô lập, cácdịch vụ đơn lẻ, không có tính cạnh tranh và nhất là người dùng không thể đồng thời sửdụng các dịch vụ khác nhau từ các nhà khai thác khác nhau trên một thiết bị Thêm vàođó, các mạng truyền tải dữ liệu không cần thời gian thực được sử dụng chủ yếu trongthế hệ Internet đầu tiên thì ngày nay các dịch vụ thời gian thực (hoặc gần thực) vớichất lượng dịch vụ QoS cao ngày càng được phát triển rộng rãi Hơn nữa, người dùngtrong tương lai mong muốn có các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, mang tínhcá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc mọi nơi trên mọi thiết bị sửdụng Điều này đặt ra những yêu cầu mới cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông.Trong bối cảnh đó, IMS được xem như là một giải pháp hứa hẹn để thỏa mãn được cácyêu cầu về hội tụ, tích hợp các dịch vụ trên một kết nối cho một thế hệ mạng tương lai.

Hình 1.1: Sự hội tụ mạng

IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và

qua mạng truy nhập nào IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS,CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyềnhình, cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện chocác hệ thống mạng khác nhau có thể vận hành cùng với nhau IMS đã và đang đượctập trung nghiên cứu và ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm lớn của các nhàkhai thác bởi vì lợi ích mà nó mang lại cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng.

1.2 LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG IMS

Một trong những mục đích đầu tiên của IMS là giúp cho việc quản lý mạngtrở nên dễ dàng hơn bằng cách tách biệt chức năng điều khiển và chức năng vận tảithông tin [7] Một cách cụ thể, IMS phân phối dịch vụ trên hạ tầng chuyển mạch gói,IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển mạch mạch sang chuyển mạch gói trên nềnIP, tạo thuận lợi cho việc quản lý mạng thông tin di động Việc kết nối giữa mạng cốđịnh và di động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai.IMS cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, dichuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể sử dụng cùng một dịch vụ

Kiến trúc IMS cung cấp nhiều dịch vụ gia tăng cho nhà cung cấp mạng,người phát triển ứng dụng, người cung cấp dịch vụ cũng như người sử dụng các thiếtbị đầu cuối Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới được triển khai một cách nhanhchóng với chi phí thấp IMS cung cấp khả năng tính cước phức tạp hơn nhiều so với hệthống tài khoản trả trước hay trả sau, ví dụ như việc tính cước theo từng dịch vụ sửdụng hay phân chia cước giữa các nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp mạng Ngườisử dụng sẽ nhận một bảng tính cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng IMS hứahẹn mang đến nhiều dịch vụ đa phương tiện theo yêu cầu và sở thích của người dùng

Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác truyền tải thông tinmột cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phân phối dung lượng thông tintrong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng nhưkịp thời thay đổi để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người dùng

Tóm lại, IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triểnkhai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành vàquản lý

1.3 MÔ HÌNH PHÂN LỚP CỦA MẠNG NGN

Cấu trúc luận lý của NGN được chia thành 4 lớp chức năng là: lớp truy nhập,lớp truyền tải, lớp điều khiển, lớp dịch vụ và quản lý

 Lớp truy nhập

Cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổnggiao tiếp MGW thích hợp Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩnvà không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính, tổng đàinội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh,vô tuyến cố định, VoDSL, VoIP,…

 Lớp truyền dẫn

Hệ thống truyền dẫn của mạng NGN thực hiện chức năng định tuyến, truyềntải các luồng thông tin trong mạng dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điềukhiển Lớp truyền dẫn của mạng viễn thông thế hệ mới phải có tốc độ truyền tải cao,băng thông lớn để đáp ứng cho việc truyền tải thông tin yêu cầu thời gian thực, dunglượng lớn

 Lớp điều khiển

Lớp điều khiển thực hiện giám sát, sửa đổi, và giải phóng các phiên giaodịch, ghi lại các thông số của cuộc kết nối để cung cấp thông tin cho việc xử lý tínhcước Lớp này dựa trên các thông tin và các tín hiệu nhận được từ lớp truy nhập để xácđịnh các thông số cần thiết về dịch vụ để điều khiển tài nguyên cho phù hợp

Lớp điều khiển có chức năng điều khiển các phiên giao dịch trong một mạnghội tụ dịch vụ và công nghệ nên nó phải có khả năng hỗ trợ phần lớn các giao thứckhác nhau đã từng tồn tại trong các mạng chuyển mạch trước đây và các giao thứcđang được sử dụng Bên cạnh đó đòi hỏi nó phải có khả năng cung cấp các dịch cơbản, dịch vụ thông minh, các dịch vụ bổ sung,… Hơn nữa, hệ thống cần có khả năngxử lý và lưu trữ khối lượng lớn cơ sở dữ liệu vì mạng NGN là mạng nhiều người dùngvới nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

 Lớp ứng dụng và quản lý dịch vụ

Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau, ởnhiều hình thức như: thoại, fax, internet, dịch vụ đa phương tiện, các trò chơi trực

Lớp này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện được chuẩn hóa Chính vìvậy mà việc cập nhật, tạo mới và triển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùngnhanh chóng và hiệu quả

Lớp này có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt nhưMedia Server, một thiết bị được biết đến với tập các chức năng như: Conferencing, xửlý Tone,…

Hình 1.2: Vị trí IMS trong NGN

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC PHÂN HỆ IMS

Chương này giới thiệu cấu trúc, chức năng của những thực thể trong mộtphân hệ IMS và mối quan hệ giữa chúng Mỗi thực thể được trình bày trực quan theomô hình phân lớp NGN Lớp ứng dụng gồm máy chủ ứng dụng và HSS, đây chính làcơ sở dữ liệu về dịch vụ và người dùng của toàn hệ thống Lớp điều khiển gồm cácthành phần quản lý cuộc gọi và quản lý tài nguyên Lớp này đóng vai trò quan trọngtrong phân hệ IMS dùng để điều khiển, thiết lập phiên Lớp truyền tải thể hiện mốiquan hệ giữa phân hệ IMS và các hệ thống hiện có như PSTN, UMTS, GSM, mạng IP[2].

2.1 LỚP ỨNG DỤNG2.1.1 Máy chủ ứng dụng

Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi lưu trữ và vận hành các dịch vụ IMS AStương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng.AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó Nếu AS là mộtphần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thứcDIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng AS có thể cung cấp các dịchvụ như quản lý sự truy cập của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghịtruyền hình, tính cước trực tuyến,…

2.1.2 Cơ sở dữ liệu2.1.2.1 HSS

Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS có thể xem như là một cải tiến củabộ đăng ký định vị thường trú HLR và AuC trong mạng GSM HSS là một cơ sở dữliệu lưu trữ thông tin của tất cả thuê bao và những thông tin dịch vụ liên quan đến thuêbao Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán chongười dùng, hồ sơ chuyển vùng, thông số chứng thực cũng như thông tin về dịch vụthuê bao Thông tin nhận dạng người dùng gồm khóa nhận dạng riêng và khóa nhậndạng chung Khóa nhận dạng riêng được tạo ra bởi nhà khai thác mạng và được dùngvới mục đích đăng ký và chứng thực Khóa nhận dạng người dùng chung được sử

nếu có yêu cầu trong thủ tục đăng ký Hơn nữa, HSS còn thực hiện những chính sáchhệ thống như lưu trữ thông tin hoặc xóa thông tin những UE không hợp lệ

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

2.2 LỚP ĐIỀU KHIỂN

2.2.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF

CSCF có 3 loại: Proxy-CSCF (P-CSCF), Serving-CSCF (S-CSCF) vàInterrogating-CSCF (I-CSCF) Mỗi CSCF có chức năng riêng Chức năng chung củaCSCF là tham gia trong suốt quá trình đăng kí và thiết lập phiên giữa các thực thểIMS Hơn nữa, những thành phần này còn có chức năng gởi dữ liệu tính cước đếnServer tính cước Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF trong hoạtđộng là cả hai có thể đại diện cho user để kết thúc phiên và có thể kiểm tra nội dungcủa bản tin trong giao thức SDP

2.2.1.1 P-CSCF

P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên giữa UE với mạng IMS, đóng vai trò nhưmột SIP proxy server Tất cả những tín hiệu SIP được gởi giữa mạng IMS và UE đềuđi qua P-CSCF Do đó, nhiệm vụ chính của P-CSCF là chuyển tiếp bản tin SIP dựavào tên domain Ngoài ra, P-CSCF còn thực hiện: nén bản tin SIP, bảo mật, tích hợpPDF, tham gia vào quá trình tính cước, và xác định phiên khẩn cấp

 Nén bản tin SIP

SIP là giao thức báo hiệu dựa trên text nên dung lượng bản tin lớn hơn rấtnhiều so với bản tin được mã hóa nhị phân Vì thế, để tăng tốc độ thiết lập phiên,3GPP đã dưa ra cách thức nén bản tin SIP giữa UE với P-CSCF trong RFC3486 P-CSCF cần phải nén bản tin nếu UE xác định rằng muốn nhận bản tin đã được nén

Thông số thể hiện yêu cầu nén được định nghĩa như là một tham số SIP URIvà được đặt trong trường tên là “comp” Hiện nay chỉ có một giá trị được định nghĩacho tham số này là “sigComp” Khi một thực thể SIP gởi bản tin đến một thực thểkhác mà trong SIP URI chứa thông số “comp=SigComp” thì bản tin sẽ được nén

Ví dụ: sip:abc@yahoo com;comp=sigcomp Bảo mật

P-CSCF có vai trò chính trong sự liên kết bảo mật và áp dụng sự bảo vệ đảmbảo toàn vẹn và riêng tư cho tín hiệu SIP Điều đó đạt được trong suốt quá trình đăngkí SIP khi UE và P-CSCF thương lượng IPSec Sau lần đăng kí đầu tiên, P-CSCF cóthể áp dụng việc bảo vệ toàn vẹn và riêng tư cho bản tin SIP

Trong lần đăng ký đầu tiên, nếu chính sách mạng IMS đưa ra yêu cầu bảo mậtthì bản tin REGISTER không được bảo mật sẽ bị P-CSCF gởi bản tin 401Unauthorized từchối đăng kí UE sẽ tiếp tục gởi bản tin REGISTER có chứa thông tin về bảo mật Khi đó,UE và P-CSCF sẽ thương lượng với nhau và chọn thuật toán mã hóa để dùng mã hóaphiên, quá trình được hoàn tất khi UE nhận được đáp ứng 200 OK

Hình 2.2: Đăng ký có yêu cầu bảo mật

Khi hai bên trao đổi các bản tin với nhau, một thuật toán mã hóa sẽ được sửdụng để mã hóa các bản tin mà chỉ hai bên mới có thể giải mã được Trong trường hợpnày, UE sẽ không sử dụng port mặc định 5060 hoặc 5061 để trao đổi dữ liệu với P-CSCF nữa, hoặc sử dụng một port mà hai bên thương lượng

 Xác định phiên khẩn cấp

Đến thời điểm hiện tại, phiên khẩn cấp chưa được xác định đầy đủ trongIMS Phiên khẩn cấp được định nghĩa tùy thuộc vào chính sách của nhà khai thácmạng Một số phiên khẩn cấp được định nghĩa tại P-CSCF Khi nhận được yêu cầuphiên khẩn cấp thì P-CSCF có thể chỉ định một S-CSCF bất kỳ để xử lý phiên này.Điều này rất cần thiết nhất là lúc UE chuyển vùng

 P-CSCF tích hợp PDF và tham gia vào quá trình tính cước

P-CSCF còn tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF PDF cấp giấyphép sử dụng tài nguyên cho người dùng, quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đaphương tiện P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước để gởi đến các khối tínhcước phù hợp

2.2.1.2 I-CSCF

I-CSCF là điểm giao tiếp giữa các thuê bao IMS trong vùng phục vụ củacùng một nhà khai thác mạng, hoặc với các thuê bao thuộc các nhà khai thác mạngkhác Trong một mạng có thể có nhiều I-CSCF I-CSCF được xem như một SIP Proxyvà đặt ở đường biên của mạng IMS, I-CSCF có bốn chức năng chính là:

 Liên lạc với HSS để biết thông tin của chặng tiếp theo khi nhận được yêu cầutừ UE

 Xác định CSCF cho UE khi nhận thông tin về UE từ HSS, sự xác định CSCF thực hiện khi UE đăng ký hoặc xóa đăng ký

S- Định tuyến yêu cầu SIP nhận được từ mạng khác tới S-CSCF hoặc mộtserver ứng dụng

 Cung cấp chức năng ẩn cấu hình mạng (THIG): nhà khai thác có thể sử dụngchức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình trong I-CSCF hoặc kĩ thuật khác để ẩn cấuhình, khả năng và cấu trúc của mạng khỏi các mạng ngoài Nếu nhà khai thác muốn ẩncấu hình thì nhà khai thác phải đặt chức năng ẩn cấu hình mạng trên đường định tuyếnkhi nhận hoặc gởi yêu cầu hay đáp ứng từ một mạng IMS khác THIG thực hiện việcmã hóa và giải mã tất cả các header liên quan đến thông tin về cấu trúc của nhà khaithác mạng IMS Khi một mạng thực hiện việc ẩn cấu hình mạng thì việc liên lạc vớimạng khác phải thông qua I-CSCF.

2.2.1.3 S-CSCF

S-CSCF là thành phần quan trọng của IMS vì nó chịu trách nhiệm thực hiệnquá trình đăng ký, quyết định định tuyến, duy trì tình trạng phiên và lưu trữ hồ sơthông tin về dịch vụ cho người dùng S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên choUE S-CSCF thực hiện các chức năng như sau:

 Đăng kí

S-CSCF có thể xử lí như một SIP Registrar server, S-CSCF tiếp nhận yêucầu đăng kí và thiết lập thông tin khả dụng của UE khi truy vấn HSS Khi UE thựchiện đăng ký thì yêu cầu của nó được định tuyến tới S-CSCF, lúc đó S-CSCF dựa trênthông tin chứng thực từ HSS để đưa ra những yêu cầu để kiểm tra I-CSCF Sau khinhận đươc đáp ứng và kiểm tra lại, S-CSCF chấp nhận sự đăng ký và bắt đầu phục vụ

cho phiên đăng ký này Sau thủ tục này thông tin UE được khởi tạo và nhận các dịchvụ IMS

 Phân phối các dịch vụ cho UE và tham gia vào quá trình tính phí

Hồ sơ về dịch vụ của UE được HSS đưa xuống S-CSCF khi UE đăng ký vàomạng IMS S-CSCF sử dụng thông tin này để phân phối dịch vụ phù hợp cho UE khicó yêu cầu Hơn nữa, S-CSCF cần phải áp dụng các loại chính sách truyền dẫn tronghồ sơ dịch vụ của UE, ví dụ như UE này chỉ sử dụng thoại và mà không sử dụngvideo,…

 Định tuyến

S-CSCF có thể xử lí như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và đápứng ngay lập tức nếu bên tiếp nhận yêu cầu ở cùng mạng nhà khai thác với bên gởiyêu cầu hoặc gửi chúng đi nếu bên tiếp nhận yêu cầu kết nối thuộc hệ thống mạngkhác

Khi S-CSCF nhận yêu cầu của UE khởi tạo thông qua P-CSCF thì nó phảiquyết định những AS phù hợp cho UE Sau khi tương tác với AS thì S-CSCF tiếp tụcxử lý phiên kết nối của UE trong mạng IMS hoặc tới mạng khác Hơn nữa, nếu UE sửdụng MSISDN làm địa chỉ cho cuộc gọi thì S-CSCF sẽ chuyển đổi số MSISDN thànhđịa chỉ SIP rồi sau đó mới chuyển tiếp các yêu cầu của UE

 S-CSCF có thể xử lí như một UA

Nó có thể khởi tạo yêu cầu hoặc kết thúc phiên mà không phụ thuộc vàophiên giao dịch SIP Bên cạnh đó, nó còn cung cấp các thông tin liên quan cho cácđiểm đầu cuối (như thông báo tính phí, kiểu chuông, …)

Hình 2.3: Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF

2.2.2 Chức năng đa phương tiện MRF

MRF được phân thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiệnMRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP MRFC là khối trựctiếp giao tiếp với AS qua giao thức SIP và với S-CSCF qua giao thứcMEGACO/H.248 MRFP nhận thông tin điều khiển từ MRFC và giao tiếp với cácthành phần của mạng truyền dẫn MRF có vai trò quan trọng trong hội nghị đa điểm đểphân bố tài nguyên hợp lý.

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

MRFP cung cấp những tài nguyên mặt phẳng người dùng được yêu cầu vàchỉ dẫn bởi MRFC MRFP thực hiện những chức năng liên quan đến media như phátvà trộn media, thích ứng nội dung dịch vụ, chuyển đổi định dạng nội dung,…

Hình 2.4: Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện MRF

2.2.3 Điểm tham chiếu (giao diện)

Hình 2.5: Vị trí các điểm tham chiếu trong IMS2.2.3.1 Điểm tham chiếu Gm

Gm là điểm tham chiếu giữa UE và P-CSCF Nó được dùng để truyền nhữngbáo hiệu SIP giữa UE và mạng IMS Thủ tục qua giao diện Gm có thể chia thành 3 thủtục chính: đăng ký, điều khiển phiên, các giao dịch

 Thủ tục đăng ký: UE sử dụng giao diện này để gởi bản tin đăng ký và thươnglượng các thuật toán bảo mật với P-CSCF Trong suốt quá trình này, cả UE và mạng sẽtrao đổi các thông số phục vụ cho việc chứng thực, mã hóa và nén dữ liệu Thông quagiao diện này, UE sẽ được nhà khai thác mạng cung cấp những thông tin về yêu cầuđăng ký lại hoặc hủy đăng ký

 Thủ tục điều khiển phiên: chuyển tiếp các bản tin điều khiển phiên giữa các UE. Thủ tục giao dịch: Gm được dùng để gởi những yêu cầu độc lập và nhậnnhững đáp ứng độc lập

2.2.3.2 Điểm tham chiếu Go

Nhà khai thác mạng mong muốn có sự phù hợp giữa những yêu cầu về QoS,địa chỉ nguồn và đích với mức dịch vụ đã đăng ký Khi đó, cần có sự giao tiếp giữamạng IMS và mạng GPRS Điểm tham chiếu Go được tạo ra với mục đích này Sau

đó, chức năng phục vụ cho việc tính phí được thêm vào Giao thức được dùng cho việcnày là COPS Thủ tục qua Go có thể chia thành 2 thủ tục chính:

 Thủ tục cấp quyền truyền thông: người sử dụng dùng giao diện này để yêu cầukích hoạt thành phần sóng mang Yêu cầu này có thể chấp nhận nếu đáp ứngđược các chính sách của nhà khai thác mạng đưa ra

 Thủ tục tính phí: thông qua điểm tham chiếu Go, mạng IMS có thể chuyểnthông số ICID dùng cho việc tính phí đến người dung GPRS Tương tự nhưvậy, mạng GPRS cũng có thể chuyển những thông tin chứng thực việc tính phíđến mạng IMS

2.2.3.3 Điểm tham chiếu Mw

Mw là điểm tham chiếu giữa P-CSCF, I-CSCF và S-CSCF Bản tin SIP sẽđược truyền qua giao diện này giữa các thành phần CSCF với nhau Thủ tục qua giaodiện Mw có thể chia thành 3 thủ tục chính:

 Thủ tục đăng ký

Trong thủ tục này, P-CSCF sử dụng điểm tham chiếu Mw để chuyển tiếp yêucầu đăng ký từ UE đến I-CSCF Sau đó, I-CSCF sử dụng giao diện này để gởi tiếp bản tinđó đến S-CSCF Cuối cùng, bản tin đáp ứng được trả về cho UE cũng qua giao diện này.

 Thủ tục điều khiển phiên

Chứa các thiết lập của cả bên gọi và bên bị gọi Đối với thiết lập bên gọi,điểm tham chiếu Mw được dùng để chuyển yêu cầu từ P-CSCF đến S-CSCF và có thểtừ S-CSCF đến I-CSCF trong trường hợp thuê bao bị gọi Đối với thiết lập bên bị gọi,bản tin yêu cầu được gởi từ I-CSCF đến S-CSCF và từ S-CSCF đến P-CSCF Giaodiện này còn sử dụng trong trường hợp mạng thực hiện việc kết thúc phiên, ví dụ như:khi P-CSCF tiến hành việc kết thúc phiên khi nhận được thông báo chỉ dẫn của PDF làmất thành phần sóng mang Hơn nữa, thông tin về tính phí cũng được chuyển qua giaodiện này

 Thủ tục giao dịch

Dùng để chuyển các bản tin yêu cầu độc lập như Message và nhận tất cả đápứng như 200 OK, … Sự khác biệt giữa thủ tục điều khiển phiên và thủ tục giao dịch làmột hộp thoại ghi nhận sự kiện không được tạo ra

2.2.3.4 Điểm tham chiếu Mp

Khi MRFC điều khiển dòng thông tin phương tiện như kết nối cho một hộinghị truyền thông hoặc dừng việc truyền thông với MRFP thì nó sẽ sử dụng điểm thamchiếu Mp Điểm tham chiếu này hoạt động dựa trên giao thức H.248

2.2.3.5 Điểm tham chiếu Mn

Mn là điểm tham chiếu điều khiển giữa MGCF và IMS-MGW Giao diệnnày điều khiển mặt phẳng người dùng của mạng IP và IMS-MGW Hơn nữa, giao diệnnày cũng điều khiển mặt phẳng người dùng giữa mạng CS và IMS-MGW Giao diệnnày dựa trên giao thức H.248 để thực hiện các tác vụ như: kết nối, khử tiếng vọng ,cung cấp chuông và các thông bao đến đầu cuối,…

2.2.3.6 Điểm tham chiếu Dx

Khi có nhiều địa chỉ HSS được triển khai trong mạng IMS, cả I-CSCF và CSCF đều không thể biết HSS nào cần tiếp xúc Do đó, I-CSCF và S-CSCF cần liênhệ với SLF trước Điểm tham chiếu Dx ra đời phục vụ mục đích này Điểm tham chiếuDx luôn kết hợp hoạt động với điểm tham chiếu Cx Giao thức cơ bản hoạt động trênđiểm tham chiếu này là Diameter Nhiệm vụ của nó là thực thi các định tuyến nhậnđược từ Diameter Redirect Agent

S-Để nhận được đia chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF gởi yêu cầu Cx đếnSLF qua điểm tham chiếu Dx Khi đã nhận được địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF sẽ gởi yêu cầu Cx đến HSS

2.2.3.7 Điểm tham chiếu Cx

Thông tin về thuê bao và dịch vụ được lưu trữ thường trú trong HSS Vì thế,I-CSCF và S-CSCF sẽ phải tiếp xúc với HSS khi có người dùng đăng ký hoặc sử dụngdịch vụ Điểm tham chiếu Cx ra đời để đáp ứng mục đích này Cx là điểm tham chiếugiữa HSS và CSCF và hoạt động dựa trên giao thức Diameter Thủ tục trên điểm thamchiếu Cx có thể chia ra 3 thủ tục chính: Quản lý vị trí, kiểm soát dữ liệu người dùng vàchứng thực người dùng

2.2.3.8 Điểm tham chiếu ISC

ISC là điểm tham chiếu giữa I-CSCF, S-CSCF và AS dùng để truyền bản tin điềukhiển của giao thức SIP Thủ tục qua giao diện này có thể chia ra làm hai thủ tục chính:

 Thủ tục định tuyến các bản tin yêu cầu thiết lập SIP: Khi S-CSCF nhận đượccác yêu cầu thiết lập, nó sẽ phân tích yêu cầu này Tùy thuộc vào kết quả phân tích màS-CSCF sẽ định tuyến các bản tin đến AS xử lý

 Thủ tục AS khởi tạo yêu cầu thiết lập phiên SIP

2.3 LỚP TRUYỀN TẢI2.3.1 UE

Là thiết bị đầu cuối thực hiện các yêu cầu dịch vụ Người dùng sử dụng cácthiết bị này để giao tiếp với mạng và thực hiện các dịch vụ Ở trạng thái bình thường,UE chứa thông tin về: địa chỉ của P-CSCF, tên miền mạng nhà (Home Network), thuậttoán mã hóa, bảo mật, khóa nhận dạng thuê bao Chúng ta sẽ tìm hiểu về khóa nhậndạng người dùng bao gồm: khóa nhận dạng người dùng chung và khóa nhận dạngngười dùng riêng.

2.3.1.1 Khóa nhận dạng người dùng riêng

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS đều có một khóa nhận dạng người dùngriêng Khóa này được cung cấp bởi nhà điều hành mạng (khóa này giống như IMSItrong mạng GSM), được sử dụng trong thủ tục đăng ký, chứng thực, quản lý thuê baovà tính cước Khóa nhận dạng người dùng riêng có những đặc tính sau:

 Không được sử dụng để định tuyến các bản tin SIP

 Khóa nhận dạng người dùng riêng chứa các thông tin phục vụ cho việc đăngký người dùng vào IMS Home Network (bao gồm cả đăng ký lại và xóa đăng ký)

 Khóa nhận dạng người dùng riêng được chứa trong ISIM và HSS

 Là mã nhận dạng toàn cầu duy nhất và cố định ứng với UE Do đó, khóa nàydùng để xác định UE, không phải xác định thuê bao

2.3.1.2 Khóa nhận dạng người dùng chung

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS có thể có một hoặc nhiều khóa nhậndạng người dùng chung Khóa này được người dùng sử dụng khi truyền thông với cácngười dùng khác Khóa này được công khai và có thể trao đổi với người dùng khácthông qua danh bạ, trang web hoặc business card Trong giai đoạn đầu triển khai IMS,vẫn còn tồn tại những mạng khác nhau như PSTN/ISDN, GSM, Internet,… Do đó,người dùng IMS phải truyền thông được với người dùng ở các mạng này Để đáp ứng

+840975975975 để liên lạc với miền CS và có địa chỉ URL để giao tiếp với ngườidùng Internet, ví dụ: abc@cdf zyz

Khóa nhận dạng người dùng chung có các đặc điểm sau:

 Khóa này có thể được tạo nên từ số điện thoại hoặc tên miền trên internet, donhà khai thác mạng qui định Khóa này có thể được sử dụng như SIP URL, được địnhnghĩa trong IETF RFC 3261 và IETF RFC 2396

 Một ISIM lưu trữ ít nhất một khóa nhận dạng người dùng chung  Khóa này không được sử dụng trong quá trình chứng thực thuê bao

 Khóa nhận dạng người dùng chung phải được đăng ký trước khi khởi tạophiên IMS và những phiên không liên quan thủ tục như bản tin: MESSAGE,SUBSCRIBE, NOTIFY, …

 Có thể đăng ký nhiều khóa nhận dạng người dùng chung trong cùng một yêucầu đăng ký từ UE Để đăng ký khóa nhận dạng người dùng chung của một ngườidùng, ta phải mất một khoảng thời gian Do đó, nếu người dùng có 4 khóa nhận dạngngười dùng chung thì phải mất khoảng thời gian nhiều hơn 4 lần Để khắc phục điềunày, tổ chức 3GPP đã phát triển phương pháp đăng ký nhiều khóa nhận dạng ngườidùng chung trong cùng một yêu cầu đăng ký gọi là đăng ký ẩn Để thực hiện đăng kýẩn, UE gởi bản tin SUBSCRIBE yêu cầu đăng ký ẩn đến S-CSCF Khi S-CSCF nhậnđược bản tin này, nó sẽ đáp ứng lại bằng bản tin NOTIFY chấp nhận đăng ký ẩn

2.3.2 Giao tiếp với mạng PSTN2.3.2.1 BGCF

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) có nhiệm vụ lựa chọnmạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng trong IMS sẽ đượcđịnh tuyến sang Nếu BGCF xác định được rằng lưu lượng chuyển mạng đó sẽ tớimạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCFđể đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN Nếu lưu lượng cần truyền tới mộtmạng không nằm cùng mạng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báo hiệu phiên này tới BGCFđang quản lý mạng đích đó

BGCF thực hiện các chức năng như sau:

 Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CS CN Nếu như sự tương tácở 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 hìnhmạng đó thì BGCF gửi báo hiệu SIP thông qua một I-CSCF (THIG) về phía BGCFcủa mạng đó

 Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN hoặc CS CN và gửibáo hiệu SIP tới MGCF đó Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằm trong mộtmạng khác

2.3.2.2 MGCF

MGCF là thành phần gateway của PSTN hay CS và mạng IMS Nút này cónhiệm vụ quản lý các cổng đa phương tiện, tương tác với S-CSCF để quản lý các cuộcgọi trên kênh đa phương tiện Nó thực hiện chuyển đổi giao thức và ánh xạ SIP thànhISUP hoặc BICC Ngoài ra, MGCF còn điều khiển nguồn tài nguyên trong MGW.Giao thức sử dụng giữa MGCF và MGW là H.248

2.3.2.3 IMS-MGW

IMS-MGW cung cấp mặt phẳng liên kết cho người dùng IMS và CS CN Nóxác định kênh truyền từ CS CN và dòng truyền dẫn từ mạng, thực hiện việc chuyểnđổi giữa những đầu cuối và thực hiện giải mã và xử lý tín hiệu cho mặt phẳng ngườidùng khi cần thiết Hơn nữa, IMS-MGW còn có chức năng cung cấp âm chuông vànhững thông báo cho người dùng CS

Tương tự, tất cả các cuộc gọi từ CS vào mạng IMS đều được đưa đếnMGCF, nó thực hiện việc chuyển đổi giao thức cần thiết và gởi những yêu cầu SIP đếnI-CSCF dung cho việc thiết lập phiên Trong cùng thời điểm đó MGCF kết nối vớiIMS-MGW để dành sẵn nguồn tài nguyên cần thiết ở mặt phẳng người dùng

Hình 2.6: Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CS CN và ngược lại

2.3.3 Giao tiếp với mạng GSM/GPRS2.3.3.1 SGSN

SGSN là thành phần liên kết giữa mạng IMS và mạng chuyển mạch gói hiệncó Nó có thể hoạt động, điều khiển và xử lý lưu lượng cho miền PS Phần điều khiểncó hai chức năng chính: quản lý di động và quản lý phiên Quản lý di động sẽ quản lývị trí và trạng thái của UE, chứng thực cả người dùng lẫn UE Quản lý phiên cho phépvà điều khiển kết nối Khối này cũng được sử dụng trong mạng 3G Chức năng xử lýlưu lượng là một phần của chức năng điều khiển phiên SGSN hoạt động như mộtGateway cho những luồng lưu lượng của người dùng truy cập vào mạng

2.3.3.2 GGSN

Khối chức năng này cung cấp khả năng tương tác với những mạng PS khácnhau như mạng IMS hoặc Internet Nó chuyển đổi những gói GPRS đến từ SGSNthành định dạng PDP tương ứng và gửi chúng ra ngoài trên mạng ở ngoài tương ứng.Trong hướng ngược lại, địa chỉ PDP của gói dữ liệu đến được chuyển đổi thành địachỉ IMS của người dùng đích GGSN chứa địa chỉ SGSN hiện tại và hồ sơ thông tincủa những người dùng đăng ký vào thanh ghi định vị của nó GGSN có khả năng tậptrung thông tin tính cước cho các mục đích thanh toán

Nói chung, có mối quan hệ nhiều - nhiều giữa SGSN và GGSN: Một GGSNgiao tiếp với một mạng ngoài cần một vài SGSN; một SGSN có thể định tuyến nhiềugói tới nhiều GGSN khác nhau

2.3.4 Giao tiếp với mạng IP2.3.4.1 NASS

NASS là thành phần chỉ sử dụng cho các mạng truy nhập hữu tuyến, vớinhiệm vụ cung cấp kết nối đến người dùng trong mạng truy nhập NASS có các chứcnăng chính sau:

 Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình kháccho UE (sử dụng DHCP)

 Xác nhận, chứng thực người dùng trước và trong suốt quá trình cấp phát IP  Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ người dùng mạng

 Quản lý vị trí người dùng

 Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng

2.3.4.2 RACS

Chức năng điều khiển tài nguyên và chấp nhận kết nối RACS bao gồm 2chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-PDF) và chức năngđiều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF)

 Chức năng quyết định chính sách dịch vụ S-PDF: dưới yêu cầu của các ứngdụng, sẽ tạo ra các quyết định về chính sách bằng việc sử dụng các luật chính sách vàchuyển những quyết định này tới A-RACF S-DPF cung cấp một cách nhìn trừu tượngvề các chức năng truyền tải với nội dung hay các dịch vụ ứng dụng Bằng cách sửdụng S-DPF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ

 Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập A-RACF:nhận các yêu cầu về tài nguyên QoS từ S-PDF A-RACF sẽ sử dụng thông tin QoSnhận được từ S-PDF để quyết định chấp nhận hay không chấp nhận kết nối A-RACFcũng thực hiện chức năng đặt trước tài nguyên và điều khiển các thực thể NAT hoặcFirewall

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ THỦ TỤC TRONGMẠNG IMS

Chương này mô tả quá trình đăng ký đến thiết lập phiên để sử dụng dịch vụcủa một UE Quá trình này sẽ liên quan đến nhiều thực thể trong IMS [2] Mục đíchchương này không nhằm thể hiện chính xác những điều xảy ra trong thực tế mà chỉgiúp người đọc có cái nhìn tổng quan về vai trò của các khối trong hệ thống Đầu tiên,UE phải thực hiện việc đăng kí với hệ thống mới có thể sử dụng được dịch vụ Tùythuộc vào trạng thái của UE mà S-CSCF sẽ phân phối phù hợp

3.1 THỦ TỤC LIÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐĂNG KÝ 3.1.1 Thủ tục đăng ký

Hình 3.1: Thủ tục đăng ký

Các bước thực hiện:

 Bước 1: UE gửi bản tin REGISTER tới Proxy chứa thông tin đăng kí như:

khóa nhận dạng người dùng chung, khóa nhận dạng người dùng riêng, tên miền HomeNetwork, địa chỉ IP của người dùng.

 Bước 2: Khi nhận thông tin đăng ký, P-CSCF thực hiện kiểm tra tên miền

Home Network để tìm thực thể mạng nhà và Proxy sẽ gửi luồng thông tin đăng ký tớiI-CSCF gồm: địa chỉ hoặc tên của P-CSCF, khóa nhận dạng người dùng chung, khóanhận dạng người dùng riêng, nhận dạng mạng của P-CSCF, địa chỉ IP của UE.

 Bước 3: I-CSCF sẽ gửi bản tin Cx-Query hoặc Cx-Select-Pull qua điểm

tham chiếu Cx để truy vấn HSS về: khóa nhận dạng người dùng chung, khóa nhậndạng người dùng riêng, nhận dạng mạng của P-CSCF.

 Bước 4: HSS sẽ gửi Cx-Query Resp hoặc Cx-Select-Pull Resp cho I-CSCF  Bước 5: I-CSCF gửi thông tin đăng ký lên S-CSCF kèm thêm thông tin đáp

ứng từ HSS

 Bước 6: S-CSCF gửi Cx-Put hoặc Cx-Pull gồm: khóa nhận dạng người dùng

chung, khóa nhận dạng người dùng riêng, tên S-CSCF đến HSS

 Bước 7: HSS lưu trữ tên S-CSCF cho UE và gửi Cx-Put Resp hoặc Cx-Pull

Resp chứa thông tin của UE đến S-CSCF

 Bước 8: Dựa trên bộ lọc tiêu chuẩn, S-CSCF sẽ gởi thông tin đăng kí tới mặt

phẳng điều khiển dịch vụ và thực hiện bất cứ thủ tục điều khiển dịch vụ thích hợp nào

 Bước 9: S-CSCF gửi bản tin chấp nhận 200 OK cho I-CSCF, nó chứa thông

tin để UE tiếp xúc với mạng nhà

 Bước 10: I-CSCF gửi bản tin chấp nhận 200 OK cho P-CSCF, bản tin này

chứa thông tin đê UE tiếp xúc với mạng nhà.

 Bước 11: P-CSCF gửi bản tin chấp nhận 200 OK cho UE

Bảng 3.1: Tóm tắt trạng thái các khối trong thủ tục đăng ký

UE Địa chỉ của CSCF, tên miềnmạng nhà, khóa

địa chỉ của CSCF, tên miềnmạng nhà, khóa

P-Địa chỉ của P-CSCF, tên miềnmạng nhà, khóa nhận dạngchung và riêng, thông số bảo

và khóa nhậndạng riêng

và riêng, thông sốbảo mật,…

S-CSCF và có thể chứa thêmkhóa nhận dạng người dùngchung ẩn cấu hình

P-CSCF Địa chỉ UE, khóanhận dạng chungvà riêng đã đượcmã hóa, thông sốbảo mật

Địa chỉ S-CSCF, địa chỉ UE,khóa nhận dạng người dùng đãđăng ký, thông số bảo mật, địachỉ khối CDF

I-CSCF Địa chỉ HSS hoặcSLF

Địa chỉ của HSShoặc SLF, P-CSCF,S-CSCF

Địa chỉ HSS hoặc SLF

S-CSCF Địa chỉ HSS hoặcSLF

Tên hoặc địa chỉcủa HSS, thông tincủa người dùng, tênhoặc IP của P-CSCF, địa chỉ IPcủa UE.

Tên hoặc địa chỉ của HSS,thông tin người dùng, tên hoặcIP của P-CSCF, địa chỉ IP củaUE.

HSS Thông tin củangười dùng,thông số để chọnS-CSCF

Thông tin củangười dùng, thôngsố chọn S-CSCF,thông số mạngkhách nếu ngườidùng chuyển vùng

Thông tin người dùng, thông sốchọn S-CSCF, thông tin vềnhững người dùng đã đăng ký,tên S-CSCF cho người dùng.

3.1.2 Thủ tục đăng ký lại

Đăng ký lại là một hoạt động định kì của UE nhằm cập nhật lại một sự đăngký đã tồn tại hoặc cập nhật những thay đổi về trạng thái đăng ký của UE Các bướctrong quá trình đăng ký lại được thực hiện tương lúc đăng ký, nhưng vì có một S-CSCF đã được ấn định cho UE trong lúc đăng ký nên I-CSCF sẽ không gởi bản tin Cx-SELECT PULL yêu cầu S-CSCF

3.1.3 Thủ tục xóa đăng ký

3.1.3.1 Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi UE

Khi UE muốn xóa đăng ký khỏi mạng IMS thì UE phải thực hiện một thủ tụcxóa đăng ký ở mức ứng dụng Thủ tục này phải được thực hiện khi đã hết thời gianđăng ký Các bước thực hiện thủ tục xóa đăng ký cũng giống như thủ thủ tục đăng kývới thời gian đăng ký là 0 giây

Hình 3.2: Thủ tục xóa đăng ký thực hiện bởi UE

Các bước thực hiện như sau:

 Bước 1: UE gởi yêu cầu REGISTER mới với yêu cầu thời gian là 0 giây.

Thông tin đăng ký được gởi đến P-CSCF bao gồm: khóa nhận dạng người dùng chung,nhận dạng người dùng riêng, tên miền Home network, địa chỉ IP của UE

 Bước 2: P-CSCF kiểm tra tên miền mạng nhà, chuyển tiếp bản tin

REGISTER đến I-CSCF với các thong tin: khóa nhận dạng thuê bao chung, nhận dạngthuê bao riêng, nhận dạng mạng Proxy, địa chỉ IP của UE

 Bước 3: I-CSCF sẽ gửi luồng thông tin Cx-Query tới HSS có chứa:

khóa nhận dạng thuê bao chung, nhận dạng thuê bao riêng, nhận dạng mạng

P- Bước 4: HSS sẽ xác định người dùng này hiện đã đăng kí chưa HSS sẽ gửi

Cx-Query Resp chứa tên S-CSCF tới I-CSCF

 Bước 5: I-CSCF sử dụng tên của S-CSCF để xác định địa chỉ của S-CSCF.

I-CSCF gởi bản tin REGISTER đến S-CSCF có nội dung gồm: tên hoặc địa chỉ CSCF, khóa nhận dạng chung, khóa nhận dạng riêng, địa chỉ IP của UE, I-CSCF trongtrường hợp mạng muốn ẩn cấu hình

P- Bước 6: Dựa vào bộ lọc tiêu chuẩn, S-CSCF sẽ gửi thông tin xóa đăng kí tới

mặt phẳng điều khiển dịch vụ và bất kì mặt phẳng nào chứa các thủ tục điều khiển dịchvụ cần thiết Mặt phẳng điều khiển dịch vụ sẽ xóa tất cả các thông tin liên quan đếnthuê bao này

 Bước 7: Tùy thuộc vào nhà khai thác lựa chọn S-CSCF có thể gửi Cx-Put

(chứa khóa nhận dạng người dùng chung, nhận dạng người dùng riêng, xóa tên CSCF) hoặc Cx-Put (gồm khóa nhận dạng người dùng chung, khóa nhận dạng ngườidùng riêng, giữ tên S-CSCF), với những thuê bao không được coi là đã đăng kí lâu ởS-CSCF Sau đó HSS sẽ xóa bỏ hoặc giữ lại tên S-CSCF cho thuê bao đó theo yêu cầu.Trong cả hai trường hợp, trạng thái của nhận dạng thuê bao không được lưu trữ vìkhông được đăng kí ở HSS Nếu như tên của S-CSCF được giữ lại thì HSS sẽ chophép xóa bỏ sự phục vụ S-CSCF bất cứ lúc nào

S- Bước 8: HSS sẽ gửi đáp ứng Cx-Put Resp tới S-CSCF để báo nhận Cx-Put  Bước 9: S-CSCF sẽ đáp ứng lại bằng bản tin 200 OK tới I-CSCF S-CSCF sẽ

xóa tất cả các thông tin của thuê bao sau khi gửi bản tin 200 OK

 Bước 10: I-CSCF sẽ gửi bản tin 200 OK tới P-CSCF

 Bước 11: P-CSCF sẽ gửi bản tin 200 OK tới UE và thực hiện việc xóa thông

tin liên quan đến thuê bao này

3.1.3.2 Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi nhà khai thác mạng

Thủ tục xóa đăng ký thực hiện bởi nhà khai thác mạng thực hiện khi: Hết thời hạn đăng ký

 Bảo dưỡng mạng: không tương thích dữ liệu ở nút lỗi, mất SIM, kết thúcphiên không tốt như: pin UE yếu, thuê bao di chuyển quá nhanh, …

 Ngăn chặn đăng ký hai lần hoặc lưu trữ thông tin trái ngược nhau Trườnghợp này sẽ xảy ra lúc trao đổi các tham số chuyển vùng giữa hai nhà vận hành