2.2.1. Yêu cầu về kiến trúc. - Kết nối IP
Yêu cầu nền tảng là thiết bị phải có kết nối IP để có thể truy nhập. Các ứng dụng ngang hàng yêu cầu sự nắm bắt đầu cuối tới đầu cuối và kết nối này có thể đạt đƣợc dễ dàng nhất với phiên bản IPv6, vì IPv6 không thiếu địa chỉ. Do vậy, 3GPP đã sắp xếp các vấn đề vì IMS hỗ trợ riêng cho IPv6. Việc bổ sung và thực hiện IMS ban đầu có thể sử dụng IPv4. 3GPP đƣa ra các lƣu ý về việc các phiên bản IP kết nối công việc với nhau đƣợc xử lý nhƣ thế nào trong IMS. Kết nối IP có thể đạt đƣợc từ mạng nhà lẫn mạng khách. Hình dƣới chỉ ra lựa chọn kết nối IMS khi NSD chuyển vùng [5]. -Yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ
Trong mạng Internet công cộng, trễ có xu hƣớng cao và đa dạng, các gói tới bị hỏng và một vài gói bị mất hoặc bị loại. Với IMS thì trƣờng hợp này sẽ không còn tồn tại lâu nữa. Các mạng truy nhập và tuyền tải cơ bản cùng với IMS cung cấp chất lƣợng dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối (QoS). Theo IMS, UE sắp xếp các khả năng và nhấn mạnh các yêu cầu về QoS trong suốt phiên giao thức khởi tạo phiên (SIP) hoặc quá trình thay đổi phiên. UE có thể sắp xếp các tham số nhƣ sau:
+Loại phƣơng tiện, hƣớng lƣu lƣợng.
+Tốc độ bit loại phƣơng tiện, kích cỡ gói, tần xuất truyền tải gói +Sử dụng tải RTP cho các loại phƣơng tiện
+Tƣơng thích băng thông
-Yêu cầu về bảo mật
Bảo mật là yêu cầu cơ bản trong mọi hệ thống viễn thông và IMS không phải ngoại lệ. IMS có các cơ chế cho phép và nhận thực giữa UE và mạng IMS thêm vào thủ tụcmạng truy nhập (mạng GPRS). Hơn nữa, tính tin cậy của bản tin SIP hoặc lựa chọn đƣợc cung cấp giữa UE, mạng IMS ảo và giữa các thực thể mạng IMS mà không quan tâm tới mạng lõi cơ sở (đó là RAN và GPRS). Vì vậy, IMS cung cấp ít nhất mức bảo mật là GPRS tƣơng ứng và các mạng chuyển mạch kênh.
40
2.2.2.Tổng quan về tính cƣớc.
Hình 2.2: Mô hình tính cƣớc
Kiến trúc IMS cho phép sử dụng các mô hình tính cƣớc khác nhau. Gồm, khả năng tính cƣớc bên tham gia gọi đi hoặc để tính cƣớc của cả phía gọi đến và gọi đi trên cơ sở nguồn đƣợc dùng ở mức truyền tải.
Sau đó ngƣời gọi có thể bị tính cƣớc trong toàn bộ phiên mức IMS: có thể sử dụng các sơ đồ tính cƣớc khác nhau tại mức IMS và mức truyền tải.Trong phiên IMS có thể gồm thành phần đa phƣơng tiện (thoại và video), yêu cầu IMS cung cấp điều kiện tính cƣớc mỗi thành phần phƣơng tiện. Điều này cho phép khả năng tính cƣớc phía bị gọi nếu họ thêm vào thành phần phƣơng tiện mới trong phiên, và cũng yêu cầu các mạng IMS khác nhau có thể thay đổi thông tin trong tính cƣớc đƣợc áp dụng vào phiên hiện tại.
Kiến trúc IMS hỗ trợ cả khả năng tính cƣớc online và offline. Tính cƣớc online là tiến trình tính cƣớc mà ở đó thông tin tính cƣớc có thể ảnh hƣởng trong thời gian thực mà dịch vụ đƣa ra, vì vậy, tƣơng tác trực tiếp điều khiển phiên/dịch vụ.
2.2.3. Hỗ trợ chuyển vùng
Ngƣời dùng có thể truy cập vào dịch vụ của mình mà không xét đến vị trí địa lý. Đặc điểm chuyển vùng làm cho ngƣời dùng có thể sử dụng dịch vụ thậm chí khi không ở những vùng trong vùng dịch vụ của mạng nhà.
41
Khả năng tƣơng tác với các dịch vụ khác
IMS hỗ trợ liên lạc với PSTN, ISDN, khách hàng Internet và di động. Thêm vào đó, có thể hỗ trợ các phiên với các ứng dụng Internet thực hiện không thuộc về tổ chức 3GPP.
Hình 2.3: Lựa chọn kết nối khi chuyển vùng
2.3.Các chức năng và các thực thể trong IMS
IMS hỗ trợ liên lạc với PSTN, ISDN, khách hàng Internet và di động. Thêm vào đó, có thể hỗ trợ các phiên với các ứng dụng Internet thực hiện không thuộc về tổ chức 3GPP [6].
Các chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)
Có ba loại chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF): đại diện–CSCF (P- CSCF), dịch vụ - CSCF (S-CSCF) và truy vấn–CSCF (I-CSCF). Mỗi CSCF có các nhiệm vụ riêng. Thông thƣờng tất cả CSCF thực hiện một vai trò trong suốt tiến trình thiết lập phiên và đăng ký và tạo bộ máy định tuyến SIP. Hơn nữa, tất cả các khối chức năng có thể gửi dữ liệu tính cƣớc tới một khối chức năng tính cƣớc offline.
P–CSCF và S–CSCF đều có thể giải phóng phiên trên danh nghĩa ngƣời dùng (vídụ, khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang bị treo hoặc P-CSCF nhận lƣu ý rằng một phƣơng tiện biên bị mất) và có thể kiểm tra nội dung của tải giao thức mô tả
42
phiên(SDP) và kiểm tra khi nào nó chứa loại phƣơng tiện hoặc giải mã, mà không đƣợc cho phép khách hàng. Khi đề xuất của SDP không phù hợp với chính sách của nhà vận hành, CSCF từ chối yêu cầu và gửi một bản tin lỗi SIP tới UE
Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF)
Khối chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF) là điểm liên lạc đầu tiên của ngƣời dùng trong IMS, có nghĩa là tất cả lƣu lƣợng báo hiệu SIP từ UE sẽ đƣợcgửi tới P-CSCF. Tƣơng tự, tất cả các đầu cuối báo hiệu SIP từ mạng đƣợc gửi từ P-CSCF tới UE. Có bốn nhiệm vụ riêng đƣợc đăng ký cho P-CSCF: nén SIP, kết hợp bảomật IPSec, tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) và phát hiện phiên khẩn cấp.
P-CSCF chịu trách nhiệm duy trì kết hợp bảo mật (SAs) và áp dụng bảo vệ toàn bộ và tin cậy cho báo hiệu SIP. Điều này đƣợc thực hiện trong suốt phiên đăng ký SIP vìUE và P-CSCF điều chỉnh IPSec SAs. Sau khi bắt đầu đăng ký P-CSCF có thể áp dụng bảo vệ toàn bộ và tin cậy báo hiệu SIP.
Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF)
Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF) là điểm liên lạc trong mạng nhà vận hành cho tất cả các kết nối xác định đích tới thuê bao của nhà vận hành mạng đó. I-CSCF có bốn nhiệm vụ:
- Đạt đƣợc tên của next hop (hoặc là S-CSCF hoặc là server ứng dụng) từ server thuê bao nhà (HSS).
- Phân công cho S-CSCF dựa trên các khả năng nhận đƣợc từ HSS.
- Định tuyến các yêu cầu đến tới S-CSCF đƣợc phân công hoặc tới server ứng dụng.
- Cung cấp chức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình (THIG)
Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF)
Chức năng điều khiển cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF) - điểm trọng tâm của IMS là khi chịu trách nhiệm xử lý quá trình đăng ký, tạo quyết định định tuyến, duy trì trạng thái phiên, và lƣu đặc điểm dịch vụ. Khi ngƣời dùng gửi yêu cầu đăng ký. nó sẽ đƣợc định tuyến tới S-CSCF, tải dữ liệu nhận thực từ HSS. Trên cơ sở dữ liệu nhận thực phát lệnh tới UE. Sau khi nhận hồi đáp và kiểm tra, S-CSCF chấp nhận đăng ký và bắt
43
đầu giám sát trạng thái đăng ký. Sau quá trình này ngƣời dùng có thể bắt đầu và nhận các dịch vụ IMS. Hơn nữa, S-CSCF tải về đặc điểm dịch vụ từ HSS là một phần của quá trình đăng ký.
S-CSCF sử dụng thông tin gồm hồ sơ dịch vụ để quyết định khi nào và server ứng dụng nào đƣợc liên lạc khi ngƣời dùng gửi một yêu cầu SIP hoặc nhận một yêu cầu từ ai khác. S-CSCF còn có thể gửi thông tin liên quan tài khoản tới hệ thống tính cƣớc online cho các mục đích tính cƣớc online (đó là hỗ trợ cho các thuê bao trả trƣớc).
Cơ sở dữ liệu
Có hai cơ sở dữ liệu chính trong kiến trúc IMS: server thuê bao thƣờng trú (HSS)và chức năng định vị thuê bao (SLF).
HSS là bộ lƣu dữ liệu chính cho tất cả các thuê bao và dữ liệu dịch vụ liên quan của IMS. Dữ liệu chính đƣợc lƣu trong HSS bao gồm các định dạng ngƣời dùng, thông tin đăng ký, các tham số truy nhập và thông tin bắt đầu dịch vụ. Nhận dạng khách hàng gồm 2 loại: nhận dạng khác hàng công cộng và riêng. Các tham số truy nhập IMS đƣợc sử dụng để thiết lập các phiên và gồm các tham số giống nhƣ nhận thực ngƣời dùng, cho phép chuyển vùng và chỉ định tên S-CSCF. Thông tin bắt đầu dịch vụ cho phép thựchiện dịch vụ SIP
SLF đƣợc dùng nhƣ là cơ chế giải quyết cho phép I-CSCF, S-CSCF và AS tìm kiếm địa chỉ của HSS nắm giữ dữ liệu thuê bao của thực thể ngƣời dùng đã đƣa ra khi HSS có thể xác định nhiều địa chỉ và riêng rẽ đƣợc thực hiện bởi nhà vận hành mạng. Các chức năng dịch vụ.
Có ba chức năng đƣợc đƣa ra là các chức năng liên quan dịch vụ IMS là: bộ điều khiển chức năng nguồn đa phƣơng tiện (MRFC), bộ xử lý chức năng nguồn đa phƣơng tiện (MRFP), và server ứng dụng (AS).
ASs đƣợc mô tả ở đây là một phần các chức năng IMS vì ASs là các thực thể cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện giá trị gia tăng trong IMS, nhƣ hiện diện và Push to talk qua di động. AS nằm trong mạng gia đình của khách hàng hoặc là vị trí bên thứ ba. Bên thứ ba ở đây có nghĩa là mạng hoặc là AS đứng một mình. Các chức năng chính của AS là: Có thể xử lý và ảnh hƣởng phiên SIP tới nhận đƣợc từ IMS, có khả
44
năng phát các yêu cầu SIP, có khả năng gửi thông tin tài khoản tới các chức năng tính cƣớc.
IM-SSF đƣợc giới thiệu trong kiến trúc IMS để hỗ trợ các dịch vụ kế thừa đƣợc phát triển trong CSE. Nó dẫn ra các đặc điểm mạng và liên mạng với giao diện phần ứng dụng CAMEL (CAP.)
AS SIP là server trên cơ sở SIP, dẫn một dải rộng các dịch vụ đa phƣơng tiện giá trị gia tăng. AS SIP có thể đƣợc dùng để cung cấp các dịch vụ hiện diện, bản tin, Push totalk qua di động và hội nghị. chỉ ra các chức năng khác nhau kết nối nhƣ thế nào. Tƣơng lai của AS SIP S-CSCF, server khả năng dịch vụ OSA và IM-SSF đƣa ra cùng đặc tính điểm tham chiếu.
MRFC và MRFP cùng cung cấp các cơ chế cho các dịch vụ liên quan tới biên nhƣ là hội nghị, thông báo tới một khách hàng hoặc chuyển mã biên trong kiến trúc IMS
Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)
Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) liên kết RAN tới mạng lõi gói, có nhiệm vụ thực hiện cả chức năng điều khiển và xử lý lƣu lƣợng cho miền PS. Phần điều khiển chứa hai chức năng chính: quản lý động và quản lý phiên. Quản lý động giải quyết vị trí,trạng thái UE, nhận thực cả thuê bao và UE. Phần điều khiển của quản lý phiên giải quyết điều khiển thừa nhận kết nối và bất cứ thay đổi nào trong các kết nối dữ liệu đang tồn tại. Nó cũng quản lý các dịch vụ và nguồn mạng 3G. SGSN đảm bảo các kết nối nhận QoS phù hợp. Thêm vào đó, SGSN phát thông tin tính cƣớc.
Node hỗ trợ cổng GPRS (GGSN)
Node hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) cung cấp sự ảnh hƣởng với các mạng dữ liệu gói ngoài. Chức năng gốc của GGSN là để kết nối UE tới các mạng dữ liệu ngoài, nơi các ứng dụng dựa trên cơ sở IP và các dịch vụ cƣ trú. Mạng dữ liệu ngoại có thể là IMS hoặc Internet. Nói cách khác, GGSN định tuyến các gói IP chứa báo hiệu SIP từ UE tới P-CSCF, và ngƣợc lại. Thêm vào, GGSN quan tâm tới việc định tuyến các gói IP phƣơng tiện IMS tới mạng đích (ví dụ, để GGSN trong mạng đầu cuối). Ngoài ra GGSN đƣa ra chính sách và giám sát việc sử dụng nội dung PDP cho lƣu lƣợng phƣơng tiện IMS và phát thông tin tính cƣớc.
45
2.4 Các giao thức sử dụng trong IMS
2.4.1. Giao thức khởi tạo phiên SIP – Session Initiation Protocol
SIP–giao thức khởi tạo phiên là giao thức lớp ứng dụng đƣợc sử dụng để thiết lập, thay đổi và xác định đầu cuối các phiên đa phƣơng tiện trong giao thức Internet (IP).Các ứng dụng gồm: thoại, hình ảnh, trò chơi, tin nhắn, điều khiển cuộc gọi và hiện diện [7].
SIP dựa trên giao thức truyền tải văn bản (HTTP) và giao thức truyền thƣ đơn giản(SMTP).
SIP đƣợc tạo ra với các mục đích thiết kế sau:
-Giao thức truyền tải trung lập – cho phép chạy giao thức tin cậy (TCP,SCTP) và giao thức không tin cậy (UDP).
-Yêu cầu định tuyến – trực tiếp (hiệu năng) hoặc định tuyến ủy quyền(điều khiển).
-Phân chia mô tả báo hiệu và phƣơng tiện – có thể thêm các ứng dụng hoặc phƣơng tiện mới.
-Khả năng mở rộng. -Tính di động cá nhân.
2.4.2.Giao thức mô tả phiên SDP-Session Description Protocol
Giao thức mô tả phiên SDP-giao thức cơ sở văn bản, là giao thức lớp ứng dụng tham gia vào mô tả các phiên đa phƣơng tiện. Khi mô tả một phiên ngƣời gọi và ngƣời đƣợc gọi chỉ ra các khả năng “nhận” tƣơng ứng, các định dạng phƣơng tiện và địa chỉ/cổng nhận. Thay đổi khả năng có thể đƣợc thực hiện trong suốt quá trình thiết lập phiên hoặc trong suốt phiên – đó là, trong khi phiên đang đƣợc tiến hành.
Nội dung bản tin SDP:
Một bản tin SDP chứa ba mức thông tin:
-Mô tả mức phiên – điều này bao gồm bộ nhận dạng phiên và các tham sốmức phiên khác, nhƣ là địa chỉ IP, tên, thông tin liên lạc về phiên và/hoặc ngƣời tạo ra
-Mô tả đoạn thời gian – thời gian bắt đầu và kết thúc, thời gian lặp lại, mộthoặc nhiều mô tả mức phƣơng tiện.
46
Hình 2.4: Ngăn xếp giao thức
- Định dạng và loại phƣơng tiện – giao thức truyền tải và số cổng, các thamsố mức phƣơng tiện khác. Chú ý rằng địa chỉ phƣơng tiện có thể khác với địa chỉ báo hiệu. Ba mức thông tin phải xuất hiện theo thứ tự đƣợc mô tả nhƣ trên. Bản tin SDP là lựa chọn của các dòng SDP.
2.4.3.Giao thức truyền tải thời gian thực RTP
Giao thức truyền tải thời gian thực RTP là giao thức sử dụng cho việc truyền phát dữ liệu thực đầu cuối tới đầu cuối. Nó cũng chứa các dịch vụ truyền phát đầu cuối tới đầu cuối cho các dữ liệu thời gian thực: định nghĩa loại tải (codec), số chuỗi, nhãn thời gian và điều khiển truyền phát. RTP không cung cấp chất lƣợng dịch vụ (QoS); tuy nhiên cung cấp điều khiển QoS sử dụng giao thức điều khiển RTP (RTCP).
RTP sử dụng cho truyền phát dữ liệu thời gian thực: Các trƣờng mào đầu cố định RTP:
Các trƣờng RTP hiện tại trong một gói RTP trình bày nhƣ sau:
- Phiên bản (V) – phiên bản của RTP. Luôn đƣợc thiết lập là “2”.
- Đệm (P) – nếu đƣợc thiết lập, thì gói RTP chứa octet đệm. Đệm có thể cần thiết cho một vài thuật toán mã hóa với kích thƣớc khối cố định hoặc cho các gói RTP đa mang trong một gói giao thức lớp thấp hơn.
47
- Sự mở rộng (X) – nếu đƣợc thiết lập, thì đó là một sự mở rộng mào đầu RTP. - Đếm CSRC (CC) – số nguồn phân bố (CSRC) IDs theo mào đầu cố định. - Đánh dấu (M) – sự giải thích của nó đƣợc định nghĩa bởi một profile. - Loại tải (PT) – nhận dạng định dạng tải (codec).
- Số chuỗi – tăng 1 cho mỗi gói dữ liệu RTP. Bộ thu sử dụng số chuỗi này đểyêu cầu lại các gói tới không nằm trong chuỗi đế và số chuỗi này giúp bộ thu xác định khi nào các gói bị mất.
- Nhãn thời gian – chỉ thời gian khi mà octet đầu tiên trong tải đƣợc làm mẫu. Trƣờng này cũng đƣợc dùng theo với số chuỗi để loại bỏ jitter.
- Nguồn đồng bộ (SSRC) – RTP không phụ thuộc vào các giao thức dƣới Internet và vì vậy sử dụng trƣờng này để xác định nguồn của các gói RTP.
- Nguồn phân bố (CSRC) – trƣờng này mang một danh sách SSRC chỉ ra cácnguồn đƣợc phân bố để trộn các luồng phƣơng tiện, nếu bộ trộn đi k m, cho phép giữa 0 và 15 SSRCs. Nếu có hơn 15 nguồn phƣơng tiện, thì chỉ 15 nguồn đƣợc xác định. Bộ trộn hội nghị thoại là một ví dụ tốt.
2.4.4. Giao thức điều khiển RTP – RTCP
Các gói giao thức điều khiển RTP đƣợc truyền định kỳ tới tất cả các thành viên tham gia trong một phiên. Có 4 chức năng RTCP:
- Cung cấp hồi đáp trong QoS phân bố dữ liệu thời gian thực.
- Mang bộ định dạng liên tục của nguồn RTP (đƣợc gọi là CNAME). - Cho phép một đoạn phân bố gói RTCP có thể thay đổi (đoạn thông báo). - Để khảo sát thông tin điều khiển phiên.
Các loại gói RTCP
- SR – thông báo bộ gửi, cung cấp thống kê nhận và truyền dẫn, đƣợc gửi bởi