1.5.1 Giao thức sip
1.5.1.1 Tổng quan về giao thức SIP
SIP là giao thức khởi tạo phiên, dùng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc các cuộc gọi điện thoại VoIP. SIP được phát triển bởi IETF và ban hành trong tài liệu RFC 3261 vào tháng 5 năm 2003.
SIP có thể sử dụng cho rất nhiều các dịch vụ khác nhau trong mạng IP như dịch vụ tin nhắn, thoại, hội nghị thoại, hội nghị truyền hình, email, dạy học từ xa, quảng bá, … SIP sử dụng khuôn dạng text, một khuôn dạng thường gặp trong mạng IP. Nó kế thừa các nguyên lý và khái niệm của các giao thức Internet như HTTP và SMTP. Nó được định nghĩa như một giao thức client-server, trong đó các yêu cầu được phía client đưa ra và các đáp ứng được server trả lời. SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trường header của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo header.
1.5.1.2 Cấu trúc SIP
Server
Là một chương trình ứng dụng chấp nhận các bản tin yêu cầu từ Client để phục vụ các yêu cầu này và gửi trả các đáp ứng cho các yêu cầu đó. Ta có các loại server sau:
Proxy Server: là phần mềm trung gian, hoạt động như là Server, vừa là
yêu cầu được xử lý bên trong hoặc chuyển chúng đến Server khác có chức năng định tuyến. Trong IMS, khối P-CSCF đóng vai trò là Proxy Server nhằm chuyển các yêu cầu của UE đến thực thể thích hợp.
Redirect Server: là một Server chấp nhận một yêu cầu SIP, ánh xạ địa chỉ
trong yêu cầu thành địa chỉ mới và trả lại địa chỉ này trở lại Proxy Server. Registrar Server: là máy chủ chấp nhận yêu cầu đăng ký. Một Registrar
Server được xếp đặt với một Proxy Server hoặc một Server gửi lại và có thể đưa ra các dịch vụ định vị. Registrar Server dùng để đăng ký các đối tượng SIP trong miền SIP và cập nhật lại vị trí hiện tại của chúng.
Location Server: Cung cấp chức năng phân giải tên cho SIP Proxy hoặc
Redirect Server. Sever này có thuật toán để phân giải tên. Các cơ chế này bao gồm một database của nhà đăng ký hoặc truy nhập đến những công cụ phân giải tên được sử dụng phổ biến như whois, LDAP hoặc các hệ thống hoạt động độc lập khác. Registrar server có thể là một thành phần con của location server; registrar server chịu trách nhiệm một phần trong việc populating database mà được liên kết với Location Server
Client
Client trong giao thức SIP chính là UE, là các thiết bị mà người dùng sử dụng để khởi tạo yêu cầu SIP đến các Server. Thiết bị này có thể là Hardphone hay Softphone. Hardphone là các thiết bị phần cứng hổ trợ chuẩn SIP như điện thoại IP. Softphone là phần mềm hổ trợ chuẩn SIP như Express Talk, Sidefisk,… hay hổ trợ cả IMS như: Mercuro IMS Client, UCT Client, OpenIC_Lite,. . .
1.5.1.3 Bản tin SIP
SIP sử dụng các bản tin để khởi tạo, hiệu chỉnh và kết thúc phiên giữa các người dùng.
Bản tin Ý nghĩa
INVITE Khởi tạo một phiên
ACK Khẳng định rằng client đã nhận được bản tin đáp ứng cho bản tin INVITE
BYE Yêu cầu kết thúc phiên CANCEL Yêu cầu kết thúc phiên
REGISTER Đầu cuối SIP đăng ký với Register server INFO Sử dụng để tải các thông tin
Bảng 1.2.Bản tin yêu cầu SIP
Bản tin Ý nghĩa
1xx Các bản tin chung
2xx Thành công
3xx Chuyển địa chỉ
4xx Yêu cầu không được đáp ứng
5xx Sự cố Server
6xx Sự cố toàn mạng
Bảng 1.3. Bản tin đáp ứng SIP
1.5.2 Giao thức Diametter
1.5.2.1 Tổng quan về giao thức Diametter
Khi con người muốn truy cập vào internet đến một Server cụ thể nào đó, người đó phải cung cấp thông tin về user name và password. Trong hầu hết các trường hợp, thông tin về user name và password không được lưu ở máy chủ đáp ứng truy cập mà được lưu ở một nơi khác, có thể là Lightweight Directory Access Protocol. Do đó nảy sinh vấn đề cần một giao thức truyền thông đáng tin cậy để trao đổi thông tin giữa máy chủ truy cập và máy lưu thông tin về user name và password. Vì thế, vào 1995 RADIUS ra đời, được dùng để chứng thực, quản lý quyền truy cập dịch vụ, thông tin tài khoản người dùng.
Khi công nghệ di động ngày càng phát triển thì RADIUS không đáp ứng được yêu cầu về QoS và không hỗ trợ chuyển vùng. Điều này là một trở ngại lớn trong sự phát triển dịch vụ. Một yêu cầu đặt ra là tìm ra một công nghệ mới không chỉ đáp ứng được tính năng của RADIUS mà còn khắc phục được những nhược điểm của giao thức này. Đến 1996, IETF chuẩn hóa Diameter trong RFC 3588. Giao thức này thỏa mãn các yêu cầu đặt ra ở trên.
Giao thức Diameter chia ra 2 phần: Diameter Base Protocol và Diameter Application. Diameter Base Protocol cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ liệu, khả năng thương lượng, kiểm soát lỗi và khả năng mở rộng. Diameter Application định nghĩa những ứng dụng dữ liệu riêng. Tại thời điểm này, ngoài ứng dụng chuẩn trong RFC3588, một số ứng dụng đã được định nghĩa như: Mobile IP, NASREQ, Diameter điều khiển tính phí và ứng dụng Diameter trong
giao thức SIP,… Diameter là giao thức truyền thông hoạt động trên giao diện Sh giữa HSS, AS, S-CSCF.
Hình 1.16. Giao thức Diameter
1.5.2.2 Cấu trúc bản tin
Trong Diameter có 3 thành phần chính là Server, Client và Agent. Client là một thiết bị ở biên, thực hiện các truy vấn và sử dụng dịch vụ. Một Diameter Agent thực hiện chức năng như một Proxy, Relay, Redirect Agent và dịch các bản tin. Diameter Server quản lý các yêu cầu cho một hệ thống.
Diameter Relay Agent
Diameter Relay Agent là một thực thể chấp nhận các yêu cầu và định tuyến các bản tin đến một thực thể khác dựa trên thông tin tìm được trong bản tin như tên miền đích đến của bản tin. Thông tin định tuyến này được thực hiện dựa vào bảng định tuyến được lưu trữ tại các nút mạng. Bảng định tuyến này chứa các trường sau: tên miền, mã ứng dụng, hoạt động cục bộ, nhận dạng Server, cấu hình tĩnh hoăc động, thời gian hết hạn..
Hình1.17. Diameter Proxy Agent
Giống như Relay, Proxy Agent định tuyến các bản tin Diameter sử dụng bảng định tuyến. Tuy nhiên, giữa hai thành phần có sự khác nhau về cách thay đổi bản tin để thực hiện chính sách
Diameter Redirect Agent
Hình 1.18. Diameter Redirect Agent
Diameter Reditect Agent thực hiện việc đinh tuyến các bản tin sang tên miền khác. Nó cũng sử dụng bảng định tuyến để xác định chặng tiếp theo của đường đi đến đích đã được yêu cầu. Thay tự vì định tuyến những yêu cầu, Redirect Agent sẽ đáp ứng lại địa chỉ của chặng kết tiếp để Proxy Agent định tuyến.
Hình 1.19.Diameter Translation Agent
Diameter Translation Agent là thành phần thực hiện việc chuyển đổi dịch vụ giữa Diameter và một giao thức thực hiện chức năng khác. Translation Agent sử dụng để tương thích với các dịch vụ trên cơ sở hạ tầng mạng sẵn có phổ biến như RADIUS, TACACS,….
1.5.3 Giao thức MEGACO/H.248
Megaco được phát triển bởi IETF (đưa ra vào cuối năm 1998), còn H. 248 được đưa ra vào tháng 5/1999 bởi ITU-T. Sau đó cả IETF và ITU-T cùng hợp tác thống nhất giao thức điều khiển MG, kết quả là vào tháng 6/2000 chuẩn Megaco/H. 248 ra đời.
MEGACO/H248 cung cấp một giải pháp toàn diện cho việc điều khiển các MG. Giao thức này hỗ trợ đa phương tiện và các dịch vụ hội thoại nâng cao đa điểm các cú pháp lập trình được nâng cao nhằm tăng hiệu quả cho các tiến trình đàm thoại, hỗ trợ cả việc mã hoá text và binary và thêm vào việc mở rộng các định nghĩa cho các gói tin.
Megaco/H. 248 là giao thức báo hiệu giữa Softswitch hoặc MGC với MG (Trunking Media Gateway, Lines Media Gateway hoặc IP Phone Media Gateway). Megaco/H. 248 điều khiển MG để kết nối các luồng từ ngoài.
Hình 1.20. MEGACO/H.248 kết nối điều khiển Gateway
Trong phân hệ IMS, giao thức này hoạt động trên điểm tham chiếu Mn, Mp giao tiếp MRFC với MRFP và MGCF với IMS-MGW.
1.6 Kết luận chương 1
Trong chương 1 đã trình bày được những nội dung chính như sau:
Tổng quan về IMS, các khái niệm cơ bản,tình hình nghiên cứu cũng như quá trình chuẩn hóa IMS.
Kiến trúc phân lớp tổng thể của phân hệ IMS, gồm các thực thể và các thành phần chức năng của IMS theo mô hình phân lớp mạng NGN.
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 khiển các phiên dịch vụ.
Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS. Chương này tập trung vào hai giao thức là SIP và Diametter bởi đây là hai giao thức sử dụng để liên lạc giữa các thực thể của IMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF và HSS.
CHƯƠNG 2: OPEN IMS CORE 2.1 Tổng quan về Open IMS Core
Ngày nay IMS (IP Multimedia Subsystem) cũng đã trong giai đoạn thử nghiệm với nhiều doanh nghiệp trên khắp thế giới, các nỗ lực phát triển và nghiên cứu, đặc biệt đối với mạng NGN, như việc tăng thêm nhiều hơn sự hỗ trợ trong 1 số lượng lớn khách hàng, đặc biệt cho việc phát triển các dịch vụ. Trong khi đã có nhiều dự án mã nguồn mở được thiết lập trong mảng VoIP cho các SIP clients, SIP client, proxy, stack và các công cụ xung quanh chuẩn SIP của IETF thì hiện nay thực tế vẫn chưa có 1 dự án mã nguồn mở nào tập trung cụ thể vào IMS.
Dự án mã nguồn mở OPEN SOURCE IMS Core nhằm mục đích đáp ứng sự thiếu hụt của các phần mềm mã nguồn mở cho IMS với những giải pháp linh động và có thể mở rộng được. Tính thích nghi và khả năng của các giải pháp này đã được chứng minh trong các dự án nghiên cứu và phát triển quốc gia và quốc tế. Mục đích của nó trong thời gian tiếp theo là tạo ra một cộng đồng các nhà phát triển cho phần core của mạng NGN. Phần mềm mã nguồn mở này cho phép sự phát triển của các dịch vụ IMS và thử nghiệm các khái niệm xung quanh phần core IMS.
Open IMS Core bao gồm hai thành phần chính là Call Session Control Functions (CSCFs) và Home Subscriber Server (HSS). Các thành phần này đều là những phần tử core trong kiến trúc NGN/IMS như đã được tiêu chuẩn hóa trong 3GPP, 3GPP2, ETSI TISPAN.
Khi triển khai (xây dựng IMS Test-bed) thì mỗi khối P,I,S, HSS có thể chạy trên một máy hoặc nhiều máy trong cùng một mạng Lan trên hệ điều hành Linux mà phổ biến nhất là Ubuntu, hay Fedora, Gentoo...Mã nguồn của OpenIMSCore này download miễn phí.
Ngoài ra còn một số IMS Client có thể dùng với IMS Core:
• UCT IMS Client: gồm các chức năng Instant Message, Audio Call, Video Call, XCAP/XDMS support,...
• IMS Communicator: gồm các chức năng AKA, MD5 authentication, Instant Message (Sip/Simple), Audio Call, Video Call, ...
• Counterpath X-lite: MD5 authentication only, Instant Message (Sip/Simple), Audio Call, Video Call (H263 codec only), QoS for voice and video,...
2.2 Kiến trúc Open IMS Core và các thành phần trong Open IMS
Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP là tập hợp các thành phần với các chức năng khác nhau. Một thành phần có thể đảm nhận hai hoặc nhiều chức năng, hoặc hai thành phần cùng đảm nhận một chức năng giống nhau. Mỗi thành phần cũng có thể xuất hiện nhiều lần trong một mạng riêng lẻ. Về mặt cấu trúc, Open IMS bao gồm các thành phần chính như sau:
Hình 2.1. Các thành phần chính của Open IMS
Open Source IMS Core :
Đây là phần lõi của OpenIMS, nó gồm có 2 thành phần chính : • HSS (Home Subcriber Server): Trong OpenIMS gọi là FHoSS
• Call Session Control Functions ( CSCFs ): Là khối trung tâm của mã nguồn mở Open Source IMS Core, khối này điều khiển bất kỳ báo hiệu IMS nào.
OpenIMSCore được đưa ra tại website http://openimscore.org/ Đầu cuối IMS (IMS Client)
Trong tất cả các thành phần của OpenIMS, IMS client là thành phần quyết định đánh giá sự thành công của IMS. Nó hoạt động như một môi trường đa ứng dụng để chứng minh khả năng phát triển dịch vụ trên mạng IMS. Có nhiều phần mềm IMS Client, bộ khung OpenIMS Client của FOKUS cung cấp giao diện lập trình được cho các nhà phát triển dịch vụ của IMS. Đặc điểm của OpenIMS Client :
• Xây dựng các IMS API chuẩn
• Có khả năng thay đổi một cách mềm dẻo theo yêu cầu • Tương thích đa nền (Windows XP, Windows CE, Linux) • Được triển khai trên Java hoặc .NET
• Dễ dàng kết nối với các thiết bị khác
• Tuân theo các chuẩn IEFT, 3GPP, TISPAN…
Open IMS SIP AS ( SIPSEE – Sip Servlet Execution Environment )
Đây là SIP Application Server cung cấp sự hội tụ của 2 môi trường dịch vụ là SIP và HTTP cho việc xây dựng các dịch vụ
Parlay X Gateway (OCS-X)
Cho phép các nhà phát triển dịch vụ tạo các ứng dụng qua web IMS Management
Kiến trúc IMS Management để quản lý và điều khiển mọi thành phần cần cho mạng lõi IMS
XML Document Management Server ( XDMS )
Máy chủ cung cấp hướng dẫn người dung về thông tin dịch vụ và cách truy cập…
Media Server :
Hỗ trợ các dịch vụ như :
• Voicemail, lưu lại bản tin rồi gửi vào mail • Hội thảo ( Conferencing )
2.3Các dịch vụ chạy trên Open IMS Core
IMS không phải là tiêu chuẩn cho các dịch vụ nhưng nó hỗ trợ trong việc tạo ra các dịch vụ đa phương tiện mới. IMS sử dụng một lớp điều khiển ngang nhằm tách phần mạng truy nhập ra khỏi lớp dịch vụ. Mỗi dịch vụ mới khi được phát triển có thể tái sử dụng cơ sở hạ tầng chung được cung cấp bởi IMS mà không cần đến những tính năng của riêng nó. Có thể kể đến một số tính năng như: chất lượng dịch vụ (Qos), xác thực người dùng, sự tính cước và vấn đề bảo mật... Bởi vậy, IMS cung cấp một nền tảng tốt để phát triển phong phú các dịch vụ đa phương tiện, đặc biệt là những dịch vụ yêu cầu thời gian thực.
2.3.1Thoại qua IP (VoIP)
VoIP (viết tắt của Voice over Internet Protocol, nghĩa là Truyền giọng nói
trên giao thức IP) là công nghệ truyền tiếng nói của con người (thoại) qua mạng thông tinsử dụng bộ giao thức TCP/IP. Nó sử dụng các gói dữ liệu IP (trên mạng LAN, WAN, Internet) với thông tin được truyền tải là mã hoá của âm thanh..
Để thực hiện việc này, điện thoại IP, thường được tích hợp sẵn các nghi thức báo hiệu chuẩn như SIP hay H.323, kết nối tới một tổng đài IP (IP PBX) của doanh nghiệp hay của nhà cung cấp dịch vụ. Điện thoại IP có thể là điện thoại thông thường (chỉ khác là thay vì nối với mạng điện thoại qua đường dây giao tiếp RJ11 thì điện thoại IP nối trực tiếp vào mạng LAN qua cáp Ethernet, giao tiếp RJ45) hoặc phần mềm thoại (soft-phone) cài trên máy tính.
VoIP là một trong những dịch vụ cơ bản nhất chạy trên Open IMS Core. Các phần mềm client trên hệ điều hành Microsoft hay Linux như UCT IMS Client, Mercuro Client, OpenIC_Lite, ... đều có hỗ trợ chức năng gọi thoại. Để sử dụng dịch vụ này trước hết người dùng phải đăng ký trên HSS, sau đó sử dụng những phần mềm trên để đăng nhập và thực hiện cuộc gọi.
2.3.2 IPTV
IPTV (Internet Protocol Television, có nghĩa: Truyền hình giao thức
Internet) là một hệ thống dịch vụ truyền hình kỹ thuật số được phát đi nhờ vào giao thức Internet thông qua một hạ tầng mạng, mà hạ tầng mạng này có thể bao gồm việc truyền thông qua một kết nối băng thông rộng. Một định nghĩa chung của IPTV là truyền hình, nhưng thay vì qua hình thức phát hình vô tuyến hay truyền hình cáp thì lại được truyền phát hình đến người xem thông qua các công nghệ sử dụng cho các mạng máy tính.
Kiến trúc IPTV trên nền IMS có thể cung cấp các dịch vụ IPTV được điều khiển và xử lý bởi IMS và có thể chuyển tiếp độc lập các dịch vụ IPTV với mạng truyền tải IP bên dưới. Để sử dụng dịch vụ IPTV trên nền IMS, ta chỉ cẩn gọi điện thoại tới 1 địa chỉ URI hoặc tới 1 số điện thoại đã được định sẵn, sau đó