S-CSCF có nhiệm vụ xử lý đăng ký dịch vụ, ra quyết định định tuyến, duy trì các trạng thái phiên dịch vụ và lưu trữ tạm thời thông tin trạng thái dịch vụ. Khi thuê bao gửi yêu cầu đăng ký, thì yêu cầu đó sẽ được định tuyến tới S-CSCF và S-CSCF tải về số
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 30
đến UE. Sau khi nhận được đáp ứng và kiểm tra lại số liệu nhận thực, S-CSCF chấp nhận đăng ký và bắt đầu giám sát trạng thái đăng ký dịch vụ. Sau thủ tục này, thuê bao có thể khởi tạo và nhận các dịch vụ IMS.
Thông tin trạng thái dịch vụ là một tập hợp những thông tin đặc trưng của thuê bao
được lưu trữ lâu dài tại HSS. S-CSCF tải về thông tin trạng thái dịch vụ phù hợp với số
số nhận dạng từng thuê bao. S-CSCF sử dụng thông tin chứa trong trạng thái dịch vụ để quyết định khi nào và máy chủ ứng dụng nào được kết nối đến thuê bao khi thuê bao gửi yêu cầu SIP hay nhận được yêu cầu từ thuê bao khác. Ngoài ra, thông tin trạng thái dịch vụ có thể chứa các chỉ dẫn về loại chính sách phương tiện truyền thông mà S- CSCF cần áp dụng; nó có thể chỉ định cho phép thuê bao chỉ được sử dụng các thành phần truyền thông ứng dụng và âm thanh mà không được sử dụng thành phần video. S-CSCF chịu trách nhiệm đưa ra những quyết định định tuyến quan trọng khi nó nhận
được tất cả các phiên giao dịch từ/tới UE. Khi S-CSCF nhận được yêu cầu từ UE qua P-CSCF, nó cần quyết định có được kết nối đến các máy chủ ứng dụng trước khi tiếp tục gửi thêm các yêu cầu. Sau khi tương tác với các máy chủ ứng dụng, S-CSCF tiếp tục phiên hoặc chuyển sang miền dịch vụ khác (mạng CS hoặc mạng IP khác). Ngoài ra, nếu UE dùng số ISDN trạm di động (MSISDN) để làm địa chỉ phần bị gọi thì S- CSCF chuyển đổi số MSISDN thành định dạng số nhận dạng tài nguyên chung SIP (SIP URI) trước khi gửi yêu cầu tiếp sau; do IMS không định tuyến các yêu cầu theo số MSISDN. Tương tự như vậy, S-CSCF sẽ nhận tất cả các yêu cầu gửi tới UE. Mặc dù S-CSCF biết địa chỉ IP của UE nhờ quá trình đăng ký, nó vẫn gửi toàn bộ các yêu cầu qua P-CSCF do P-CSCF có trách nhiệm thực hiện các chức năng nén SIP và các chức năng bảo mật. Trước khi gửi yêu cầu tới P-CSCF, CSCF có thể định tuyến các yêu cầu tới các máy chủứng dụng. Hình 2-7 mô tả vai trò của S-CSCF trong các quyết
định định tuyến.
Ngoài ra, S-CSCF có thể gửi các thông tin tính cước tới Hệ thống tính cước online để
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 31
Hình 2-7 S-CSCF định tuyến và tạo lập phiên IMS cơ bản. 2.1.2.2 Cơ sở dữ liệu
Trong cấu trúc IMS, có 2 hệ thống cơ sở dữ liệu chính: Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) và Chức năng định vịđăng ký (SLF).
HSS lưu trữ số liệu chính cho tất cả thuê bao và số liệu liên quan tới dịch vụ của IMS. Số liệu chính được lưu trong HSS bao gồm các số nhận thuê bao, thông tin đăng ký, các tham số truy nhập và thông tin lựa chọn dịch vụ. Các số số nhận dạng thuê bao gồm 2 loại: số số nhận dạng riêng và số số nhận dạng thuê bao công cộng. Số nhận dạng riêng là số nhận dạng được phân bổ bởi nhà khai thác mạng thường trú, nó được dùng cho mục đích đăng ký và trao quyền sử dụng. Số nhận dạng thuê bao công cộng là số nhận dạng mà các thuê bao có thể dùng cho các yêu cầu thông tin với thuê bao khác. IMS truy nhập các tham sốđược dùng để tạo lập phiên, các tham sốđó bao gồm: nhận thực thuê bao, trao quyền dịch vụ khi chuyển vùng và tên của các S-CSCF đã
được phân bổ. Thông tin lựa chọn dịch vụ cho phép sự thực thi dịch vụ SIP. HSS cũng hỗ trợ các yêu cầu riêng của mỗi thuê bao theo các tính năng yêu cầu của S-CSCF. Thông tin này được I-CSCF dùng để lựa chọn S-CSCF phù hợp nhất cho mỗi thuê bao. Ngoài các chức năng liên quan đến IMS, HSS chứa tập con các Thanh ghi định vị
thường trú và Trung tâm nhận thực (HLR/AUC) yêu cầu bởi miền chuyển mạch gói (PS) và miền chuyển mạch kênh (CS). Cấu trúc của HSS được biểu diễn ở Hình 2-8. Sự thông tin giữa các chức năng HSS khác nhau vẫn chưa được chuẩn hoá.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 32
Các chức năng của HLR yêu cầu hỗ trợ cho các thực thể miền PS như: SGSN và GGSN. Những chức năng này cho phép, thuê bao có thể truy nhập các dịch vụ trong miền PS. HLR cũng chứa các chức năng hỗ trợ cho các thực thể miền CS như: các MSC hoặc MSC server. Do vậy, cho phép thuê bao truy nhập miền CS và hỗ trợ
chuyển vùng tới các mạng miền CS như GSM hoặc UMTS. AUC lưu trữ khoá bảo mật cho mỗi thuê bao di động, khóa này được dùng để tạo số liệu bảo mật động cho mỗi thuê bao di động - số liệu dùng cho nhận thực mạng và nhận thực Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI). Bảo mật số liệu cũng được dùng để hỗ trợ bảo vệ và mã hóa thông tin qua môi trường vô tuyến giữa UE và mạng. Có thể có nhiều HSS trong mạng thường trú, phụ thuộc vào số lượng thuê bao di động, khả năng của các thiết bị
và sự tổ chức của mạng. Có nhiều điểm tham chiếu giữa HSS và các thực thể mạng khác.
SLF là phương tiện cho I-CSCF, S-CSCF và AS sử dụng để tìm địa chỉ của HSS chứa số liệu thuê bao tương ứng với số nhận dạng thuê bao khi nhà khai thác mạng triển khai hệ thống cơ sở dữ liệu gồm nhiều HSS (Hình 2-12).
Hình 2-8 Cấu trúc HSS. Các chức năng dịch vụ
Nhóm các thực thể chức năng được phân loại theo các chức năng liên quan tới dịch vụ
IMS là: Bộđiều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRFC), Bộ xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRFP) và Máy chủứng dụng (AS).
Theo thiết kế cấu trúc phân lớp IMS, các AS không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức năng lớp cao nhất ở trên IMS. Tuy nhiên, các AS được mô tả ởđây như thành phần của các chức năng IMS vì các AS là những thực thể hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trong IMS. AS nằm ở mạng thường trú của thuê bao hoặc ở mạng AS
độc lập. Các chức năng chính của AS bao gồm:
• Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu được.
• Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 33
Khi nhà khai thác có khả năng đề nghị truy nhập tới các dịch vụ dựa trên môi trường dịch vụ (CSE), môi trường dịch vụ CAMEL và cấu trúc dịch vụ mở (OSA), các dịch vụđó sẽ không bị giới hạn đối với các dịch vụ trên cơ sở SIP. Vì thế, AS là khái niệm dùng để chỉ các AS SIP, các Máy chủ tính năng dịch vụ OSA (SCS) và các Bộ chức năng chuyển mạch dịch vụđa phương tiện CAMEL IP (IM-SSF).
Sử dụng OSA, nhà khai thác có thể tận dụng các đặc tính có thể như điều khiển cuộc gọi, tương tác thuê bao, trạng thái thuê bao, điều khiển phiên số liệu, các khả năng kết cuối, quản lý tài khoản, tính cước và chính sách quản lý sự phát triển các dịch vụ. Ưu
điểm tiếp theo của cấu trúc OSA là việc có thể được sử dụng một cơ chế chuẩn hoá cho việc hỗ trợ các AS bên thứ 3 (của một mạng AS độc lập xác định), khi OSA chứa truy nhập khởi tạo, sự nhận thực, sự trao quyền sử dụng, sự đăng ký và các đặc tính mới (S-CSCF không hỗ trợ chức năng nhận thực và chức năng bảo mật đối với sự truy nhập của bên thứ 3 trực tiếp tới IMS). Khi sự hỗ trợ của các dịch vụ OSA theo sự lựa chọn của nhà khai thác, sẽ không có cơ sở kiến trúc hỗ trợ các giao thức OSA và các
đặc tính OSA. Vì thế, OSA SCS được dùng để kết cuối báo hiệu SIP từ S-CSCF. OSA SCS sủ dụng giao diện chương trình ứng dụng OSA để thông tin với máy chủ ứng dụng OSA.
IM-SSF được giới thiệu trong cấu trúc IMS để hỗ trợ các dịch vụ cũ được phát triển trên CSE. Nó giúp các đặc tính mạng CAMEL (các điểm dò tìm trigger, Trạng thái kết thúc chuyển mạch dịch vụ CAMEL...) làm việc cùng với giao diện phần ứng dụng CAMEL.
SIP AS là nhà hỗ trợ SIP cơ bản làm chủ một dải rộng các dịch vụđa phương tiện. SIP AS có thểđược dùng để hỗ trợ sự thể hiện, nhắn tin, PoC và các dịch vụ hội nghị.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 34
Hình 2-9 thể hiện cấu trúc kết nối các chức năng khác nhau. Các máy chủ SIP AS, OSA AS và IM-SSF sử dụng chung một giao diện với S-CSCF.
Một AS có thểđược sử dụng để cung cấp chỉ một dịch vụ xác định; thuê bao có thể có nhiều dịch vụ hơn, do đó mỗi thuê bao có thể sử dụng nhiều AS. Ví dụ một nhà khai thác có thể có một AS để điều khiển lưu lượng kết cuối tới một thuê bao theo sự lựa chọn của thuê bao (ví dụđổi hướng tất cả các phiên đa phương tiện thu được tới máy tựđộng trả lời trong khoảng thời gian từ 5-7 giờ tối) và AS khác dùng để thích ứng nội dung của các bản tin theo khả năng của UE (kích cỡ màn hình, số lượng màu,...). MRFC kết hợp với MRFP hỗ trợ cơ chế các dịch vụ liên quan tới kênh mang như hội nghị, các thông báo cho thuê bao hoặc chuyển mã trong kênh mang ở cấu trúc IMS. MRFC có nhiệm vụ xử lý kết nối SIP tới/từ S-CSCF và để điều khiển MRFP. MRFP hỗ trợ các tài nguyên của mặt phẳng thuê bao mà MRFC yêu cầu. MRFP thực hiện các chức năng sau:
• Ghép các luồng thông tin vào.
• Tài nguyên luồng phương tiện.
• Xử lý luồng phương tiện (chuyển mã âm thanh, phân tích phương tiện …). Hiện tại, MRFC và MRFP không có vai trò quan trọng trong cấu trúc IMS, theo tiêu chuẩn IMS , MRFC nằm cùng AS và điểm tham chiếu giữa MRFC với MRFP vẫn chưa được định nghĩa một cách rõ ràng.
2.1.2.3 Các chức năng hoạt động liên mạng
Trong mục này chúng ta sẽ phân tích 4 chức năng liên quan đến việc kết nối liên mạng, những chức năng này được sử dụng cho việc trao đổi báo hiệu giữa IMS và CS CN.
Ở trên đã phân tích việc S-CSCF quyết định khi nào chuyển sang CS CN. Để thực hiện việc chuyển đổi, S-CSCF gửi một yêu cầu phiên SIP tới thực thể Chức năng điều khiển cổng breakout (BGCF); S-CSCF chọn nơi thực hiện việc breakout trong miền CS. Kết quả của sự lựa chọn xử lý này có thể hoặc là breakout trong cùng một mạng mà có BGCF hoặc là breakout mạng khác. Nếu breakout được thực hiện trong cùng mạng thì BGCF lựa chọn phần tử Chức năng điều khiển cổng vào ra truyền thông (MGCF) để tiếp tục thực hiện phiên truyền dẫn. Nếu breakout xảy ra ở mạng khác thì BGCF chuyển tiếp phiên tới BGCF khác ở trong mạng đã chọn. Cách khác là định tuyến báo hiệu và truyền thông qua mạng IP gần với thuê bao bị gọi.
Khi yêu cầu phiên SIP tới MGCF, thực thể này thực hiện chuyển đổi giao thức giữa các giao thức SIP và các giao thức phần thuê bao ISDN (ISUP), hoặc giao thức Điều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 35
khiển cuộc gọi độc lập kênh mang (BICC) và gửi yêu cầu đã chuyển đổi qua Cổng vào ra báo hiệu (SGW) để tới CS CN. SGW thực hiện sự chuyển đổi báo hiệu (hai chiều) tại lớp truyền tải giữa sự truyền tải báo hiệu IP (ví dụ giữa SCTP/IP và SS7 MTP) và hệ thống báo hiệu số 7. MGCF cũng điều khiển Cổng phương tiện IMS (IMS-MGW). IMS-MGW hỗ trợ liên kết mặt phẳng thuê bao giữa mạng CS CN và IMS. Nó kết cuối các kênh mang từ mạng CS và các luồng truyền thông theo mạng trục (ví dụ luồng RTP ở mạng IP hay kết nối AAL2/ATM ở ATM) và chuyển đổi giữa các kết cuối rồi thực hiện chuyển mã, xử lý tín hiệu cho mặt phẳng thuê bao khi cần thiết. Ngoài ra, IMS-MGW còn cung cấp các âm báo hiệu và các thông báo cho những thuê bao trong mạng CS.
Tương tự, tất cả báo hiệu điều khiển cuộc gọi thu được từ thuê bao CS tới thuê bao IMS được chuyển tới MGCF để thực hiện sự chuyển đổi giao thức cần thiết. Sau đó, yêu cầu phiên SIP sẽ được gửi tới tới I-CSCF để kết thúc phiên. Lúc này, MGCF phối hợp với IMS-MGW và chiếm dụng các tài nguyên IMS-MGW cần thiết tại mặt phẳng thuê bao.
Hình 2-10 Sự chuyển đổi báo hiệu trong SGW. 2.1.2.4 Các chức năng hỗ trợ
PDF có chức năng thực hiện các quyết định chính sách dựa trên thông tin phiên và thông tin về phương tiện thu được từ P-CSCF. Phần tử này có vai trò là điểm quyết
định chính sách để thực hiện điều khiển SBLP.
Sự thiết lập phiên ở IMS bao gồm một sự trao đổi bản tin từđầu cuối đến đầu cuối sử
dụng SIP và giao thức mô tả phiên (SDP). Trong khi trao đổi bản tin, các UE dàn xếp một loạt các đặc tính truyền thông. Nếu nhà khai thác áp dụng SBLP thì P-CSCF chuyển tiếp thông tin SDP phù hợp đến PDF, thông tin này chứa thông tin xác định nguồn gốc. Do đó, PDF chỉ định và trả về thẻ trao quyền, P-CSCF sẽ gửi nó tới UE. PDF chỉ ra và trao quyền luồng IP của các thành phần truyền thông đã được chọn bằng cách ánh xạ từ các tham số SDP với các tham số QoS IP để chuyển đến truy nhập mạng. Khi nhận được yêu cầu kích hoạt hoặc chỉnh sửa ngữ cảnh PDP, GGSN sẽ hỏi
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 36
thông tin trao quyền từ PDF. PDF so sánh thông tin ràng buộc đã nhận được với thông tin trao quyền đã lưu trữ và trả về một quyết định trao quyền. Nếu thông tin ràng buộc
được kiểm tra không thấy lỗi thì PDF sẽ truyền thông tin các chi tiết trao quyền truyền thông tới GGSN.
Ngoài quyết định trao quyền kênh mang, PDF nhận thông tin khi ngữ cảnh PDP SBLP
được giải phóng hoặc UE đã mất/khôi phục lại kênh mang vô tuyến, hoặc khi PDP SBLP đang sử dụng lưu lượng luồng hay lưu lượng đàm thoại. Tuỳ theo thông tin này, PDF có thể cho P-CSCF biết về các sự cố đã xuất hiện. Điều này cho phép P-CSCF
đạt hiệu quả tính cước và nó có thể bắt đầu giải phóng phiên IMS thay cho thuê bao. Ngoài ra, PDF có thể yêu cầu GGSN giải hoạt ngữ cảnh PDP SBLP.
Cổng an ninh (SEG) có chức năng bảo vệ lưu lượng của mặt phẳng điều khiển giữa các miền bảo mật. Miền bảo mật là một mạng được quản lý bởi một hệ thống nhận thực độc lập. SEG đặt ở biên giới miền bảo mật và nó thực thi các chính sách bảo mật của miền bảo mật tới các SEG khác. Trong IMS tất cả lưu lượng đều được định tuyến qua SEG, đặc biệt khi lưu lượng là liên miền. Khi bảo vệ lưu lượng IMS liên miền, cả
sự tin cậy cũng như thống nhất số liệu và nhận thực đều được uỷ thác thực hiện.
Chức năng của THIG có thể dùng để ẩn cấu hình, dung lượng và cấu trúc của mạng khi ở ngoài mạng của nhà khai thác. Nếu nhà khai thác muốn sử dụng chức năng ẩn thì họ phải đặt chức năng THIG trong đường định tuyến khi nhận các yêu cầu hay nhận