TIỆN IP IMS
Tóm tắt: Tiếp cận phân hệ đa phương tiện IP đóng vai trò then chốt trong quá trình hội tụ giữa mạng cố định và di động và internet hiện nay. Nhằm sáng tỏ các vấn đề liên quan tới báo hiệu và điều khiển trong IMS, nội dung chương này sẽ trình bày các khía cạnh liên quan của IMS như cấu trúc chức năng, thành phần và các giao thức báo hiệu liên quan. Bên cạnh báo hiệu và điều khiển cuộc gọi đa phương tiện qua giao thức SIP, các giao thức hỗ trợ nhận thực, tính cước hay thiết lập chính sách cho các cuộc gọi cũng sẽ được trình bày.
4.1 KIẾN TRÚC PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN IP
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị đầu cuối di động và mạng xã hội đã và đang đem lại hàng loạt tiện ích mới cho ngƣời sử dụng. Nhu cầu phát triển một phân hệ tích hợp các dịch vụ internet vào di động nhằm tạo ra một mạng di động thế hệ kế tiếp đƣợc xác định bằng giải pháp công nghệ IMS.
Hình 4.1: Vị trí và mối quan hệ của IMS
Hình 4.1 thể hiện một cấu trúc hội tụ mạng với tâm điểm là IMS hỗ trợ cả miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh. Việc phát triển của IMS là sự nỗ lực hợp tác giữa tổ chức tiêu chuẩn đứng đầu cho mạng di động 3GPP và tổ chức đứng đầu cho mạng Internet là IETF. IETF cung cấp đặc tả các giao thức và công nghệ nền tảng trong khi 3GPP phát triển kiến trúc khung làm việc, tích hợp các giao thức cần thiết để cung cấp cho hệ thống di động các khả năng nhƣ chuyển vùng giữa các
nhà điều hành, phân biệt chất lƣợng dịch vụ và tính cƣớc. Các yêu cầu cơ bản về cấu trúc của một hệ thống IMS đã đƣợc đặt ra gồm: hỗ trợ các phiên truyền thông đa phƣơng tiện IP; kết nối IP cho các thiết bị di động trên cả vùng mạng nhà và mạng khách; đảm bảo chất lƣợng thông tin cho các phiên đa phƣơng tiện; hỗ trợ các chính sách sử dụng đúng tài nguyên yêu cầu; đảm bảo an toàn thông tin trong các môi trƣờng kết nối; hỗ trợ chính sách tính cƣớc; thực hiện chuyển vùng linh hoạt; phối hợp kết nối với các mạng khác; ứng dụng cơ chế điều khiển dịch vụ linh hoạt; phân lớp cấu trúc và đa dạng hình thức truy nhập.
4.1.1 Mô hình kiến trúc IMS
Mục tiêu của kiến trúc IMS là cung cấp nhiều giá trị gia tăng hơn cho nhà cung cấp mạng, ngƣời phát triển ứng dụng, ngƣời cung cấp dịch vụ cũng nhƣ ngƣời sử dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới đƣợc triển khai một cách nhanh chóng với chi phí thấp. Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác chuyển tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung lƣợng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng. Một mạng IMS đƣợc định nghĩa trong một kiến trúc mặt phẳng ngang gồm 3 lớp chức năng.
Hình 4.2: Truy nhập với IMS
Lớp đầu tiên là lớp mang. Lớp này truyền tải dung lƣợng báo hiệu và các luồng lƣu lƣợng đa phƣơng tiện. Lớp này bao gồm các thiết bị phần cứng nhƣ thiết bị chuyển
mạch, bộ định tuyến và các thực thể xử lý phƣơng tiện nhƣ cổng đa phƣơng tiện hay máy chủ phƣơng tiện. IMS đóng vai trò nhƣ một lớp truy nhập không phụ thuộc mạng để kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau hiện có (hình 4.2).
Lớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển. Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu nhƣ CSCF, HSS, MGCF…để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phƣơng tiện và chức năng điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu nhƣ SIP, Diameter, H248. Lớp điều khiển là chức năng cốt lõi của IMS để truyền thông báo hiệu và các yêu cầu điều khiển tới các thành phần thiết bị trong phiên. Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp dịch vụ. Lớp này bao gồm các Server ứng dụng nhƣ server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ mở kế thừa từ các hệ thống truyền thống. IMS đƣa ra các điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà, các thành phần của mạng báo hiệu đƣợc phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển. Cấu trúc phân lớp đƣợc thể hiện trên hình 4.3.
Hình 4.3: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS
Một trong các yếu tố tạo nên tính ƣu việt của hệ thống IMS trong mục tiêu kết nối là các cơ chế báo hiệu và điều khiển. Cụ thể là thông qua hai giao thức báo hiệu là SIP và giao thức Diameter. Giao thức SIP đƣợc sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phƣơng tiện. Còn giao thức Diameter đƣợc sử
Lớp Điều Khiển CSCF MRFC MRFP MGCF BGCF SEG SGW IMS_MGW GGSN SGSN HSS AS AS
RAN ADSL,CápWLAN, … PSTN/ các mạng CS mở rộng Các mạng IP mở rộng
Lưu lượng báo hiệu Lưu lượng người dùng Lớp Ứng Dụng Lớp Truyền tải AS PTIT
dụng cho nhận thực trao quyền và thanh toán (AAA) đối với các dịch vụ của ngƣời sử dụng. Nếu so sánh với giao thức báo hiệu SS7 truyền thống, giao thức đƣợc sử dụng trong mạng chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại, chức năng giao thức SIP tƣơng tự nhƣ ISUP còn giao thức Diameter và các ứng dụng của nó tƣơng ứng với giao thức dựa trên TCAP. Để truyền tải giao thức báo hiệu trong IMS, giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP và giao thức điều khiển truyền tải TCP chạy trên nền IPv4/IPv6 đƣợc sử dụng.
4.1.2 Các thành phần chức năng
Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản. Các thực thể chức năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản: nhóm quản lý phiên và định tuyến (CSCF); cơ sở dữ liệu (HSS, SLF); dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP); các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW); các bộ phận chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG); tính cƣớc. Dƣới đây sẽ phân tích các chức năng cơ bản theo các thực thể trong IMS.