Các điểm tham chiếu tính cước bao gồm Rf, Ro, Rx.
Bảng 2-3 Tổng kết các điểm tham chiếu. Tên điểm tham chiếu Các thực thể liên quan Mục đích Giao thức
Gm UE, P-CSCF Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa UE và các CSCF SIP Mw P-CSCF, I-CSCF,
S-CSCF
Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa các CSCF
SIP ISC S-CSCF, I-CSCF,
AS
Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa CSCF và AS
SIP Cx I-CSCF, S-CSCF,
HSS
Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa SIP AS/OSA SCS và HSS
Diameter Dx I-CSCF, S-CSCF,
SLF
Điểm tham chiếu này được dùng bởi I- CSCF/S-CSCF để tìm HSS phù hợp trong môi trường nhiều HSS
Diameter
Sh SIP AS, OSA SCS, HSS
Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển thông tin giữa SIP AS/OSA SCS và HSS
Diameter
Si IM-SSF, HSS Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển thông tin giữa IM-SSF và HSS
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 49
Dh SIP AS, OSA, SCF, IM-SSF,
HSS
Điểm tham chiếu này được dùng cho AS tìm HSS đúng trong môi trường nhiều HSS
Diameter
Mm I-CSCF, S-CSCF, mạng IP mở rộng
Điểm tham chiếu này sẽđược dùng cho các bản tin đang chuyển giữa IMS và mạng IP mở rộng
Chưa xác định Mg MGCF → I-CSCF MGCF chuyển đổi báo hiệu ISUP thành
báo hiệu SIP và gửi báo hiệu SIP tới I- CSCF.
SIP
Mi S-CSCF → BGCF Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa S-CSCF và BGCF.
SIP Mj BGCF → MGCF Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa BGCF và MGCF trong cùng một mạng IMS
SIP
Mk BGCF → BGCF Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa các BGCF ở các mạng IMS khác nhau
SIP
Mr S-CSCF, MRFC Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa S-CSCF và MRFC
SIP
Mp MRFC, MRFP Điểm tham chiếu này được dùng để
chuyển các bản tin giữa MRFC và MRFP
H.248 Mn MGCF, IMS-
MGW
Điểm tham chiếu này cho phép sựđiều khiển của các tài nguyên mặt phẳng thuê bao.
H.248
Ut UE, AS (SIP AS, OSA SCS, IM- SSF)
Điểm tham chiếu này cho phép UE quản lý thông tin liên quan tới các dịch vụ của UE đó.
HTTP Go PDF, GGSN Điểm tham chiếu này cho phép các nhà
khai thác điều khiển QoS trong mặt phẳng thuê bao và chuyển thông tin tính cước tương ứng giữa mạng IMS và mạng GPRS.
COPS
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 50
chuyển thông tin liên quan tới quyết định chính sách giữa P-CSCF và PDF.
Ro AS, MRCF, S- CSCF, OCS
Điểm tham chiếu này được dùng bởi AS/MRFC/S-CSCF cho việc tính cước online tới OCS. Chú ý: có thể tồn tại bộ chức năng ảnh hưởng hoạt động giữa S- CSCF và OCS. Diameter Rf P-CSCF, S-CSCF, I-CSCF, BGCF, MGCF, AS, MRFC, CDF
Điểm tham chiếu này được dùng bởi các thực thể IMS trong việc tính cước offline
đến CDF
Diameter
Rx P-CSCF, AS, bộ
chức năng luật tính cước
Điểm tham chiếu này cho phép thông tin dịch vụ liên quan tính cước động được chuyển giữa bộ chức năng các luật tính cước (CRF) và các thực thể IMS. Thông tin này được dùng bởi CRF cho việc lựa chọn và hoàn thành các luật tính cước.
Diameter
2.2 Nghiên cứu các chức năng của IMS trong hệ thống thông tin di động 2.2.1 Nghiên cứu vấn đềđăng ký, nhận thực và tính cước (AAA) trong IMS 2.2.1.1 Vấn đềĐăng ký
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 51
Hình 2-13: Quá trình đăng ký.
UE muốn sử dụng một dịch vụ trong IMS thì trước hết nó phải tìm được một P-CSCF (*) và đăng ký để đạt được kênh mang kết nối IP với P-CSCF đó. Trường hợp truy nhập GPRS, UE thực hiện thủ tục liên lạc với GPRS và thực hiện thủ tục PDP Context (Packet Data Protocol ** ) cho báo hiệu SIP. Sựđăng ký IMS gồm hai giai đoạn (phía trái hình 2-15 là giai đoạn đầu – chỉ cách mạng truy vấn UE, bên phải hình 2-15 chỉ ra giai đoạn 2 – cách UE phản hồi sự truy vấn đó và hoàn thành sựđăng ký).
Đầu tiên, UE gửi một yêu cầu SIP REGISTER đến P-CSCF (đã tìm được ở thủ tục tìm kiếm P-CSCF). Yêu cầu này chứa một nhận dạng cần được đăng ký và một tên miền thường trú (hoặc địa chỉ của I-CSCF). P-CSCF xử lý yêu cầu REGISTER và dùng tên miền thường trú đã cung cấp để có được địa chỉ IP của I-CSCF. I-CSCF đó sẽ liên lạc với HSS (nếu mạng có nhiều HSS thì các CSCF cần phải truy vấn SLF qua giao diện Cx và Dx để tìm ra HSS, xem lại – giao diện Cx, Dx) để tìm các khả năng cần thiết cho việc lựa chọn S-CSCF (vì I-CSCF không lưu giữ trạng thái đăng ký của user do đó, khi nhận được yêu cầu REGISTER, I-CSCF cần truy vấn HSS xem trạng thái đăng ký của user đồng thời xác định có tồn tại S-CSCF đã cấp cho user chưa – nếu chưa thì I- CSCF sẽ tìm một S-CSCF mới. Xem hình 2-14 và mục giao diện Cx. Đểđạt được địa chỉ của S-CSCF thì I-CSCF phải gửi LIR đến HSS, hình 2-14 ). Sau khi chọn được S- CSCF, I-CSCF chuyển tiếp yêu cầu REGISTER cho S-CSCF. S-CSCF sẽ nhận ra User
đó chưa được trao quyền và vì thế S-CSCF gọi dữ liệu nhận thực về User đó từ HSS (Hình 2-13 và mục giao diện Cx, Dx) và chấp vấn User bằng bản tin phản hồi 401 Unauthorized.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 52
Hình 2-14: I-CSCF tìm S-CSCF
Tiếp theo, UE sẽ phản hồi bằng cách gửi yêu cầu REGISTER khác đến P-CSCF. P- CSCF sẽ tìm ra I-CSCF và I-CSCF sẽ tìm ra S-CSCF. Cuối cùng S-CSCF kiểm tra phản hồi (REGISTER đó) của UE, nếu nó đúng với các mô tả thuộc tính User tải về từ
HSS thì S-CSCF sẽ chấp nhận đăng ký và phản hồi UE một bản tin 200 OK (đồng thời nó cũng thông báo với HSS về sự nhận thực và trao quyền này bằng bản tin SAR, xem giao diện Cx). Khi UE đăng ký thành công, nó có thể khởi tạo và nhận được các phiên. Trong thủ tục đăng ký, cả UE và P-CSCF sẽ nghiên cứu xem S-CSCF nào trong mạng sẽ phục vụ UE. Những phản hồi của UE sẽ giúp duy trì sự đăng ký. Nếu UE không Refresh sựđăng ký của nó thì S-CSCF sẽ tựđộng xóa đăng ký khi bộ timer đăng ký đã thực hiện được một chu kỳ đếm. Khi UE muốn thôi đăng ký với IMS, nó sẽ gửi một yêu cầu REGISTER chứa giá trị hạn cho timer đăng ký bằng không.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 53
(*) Dò tìm điểm vào mạng IMS P-CSCF – tức là UE cần có được địa chỉ IP của P- CSCF. Theo 3GPP thì có hai cơ chếđể đạt được địa chỉ IP này: thủ tục DHCP DNS (Dynamic Host Configuration Protocol's Domain Name System) và thủ tục GPRS.
Thủ tục GPRS (hình 2-16), UE đặt cờ yêu cầu địa chỉ P-CSCF trong yêu cầu kích hoạt PDP Context (hoặc trong yêu cầu kích hoạt PDP Context thứ cấp) và UE sẽ nhận được địa chỉ IP của P-CSCF trong bản tin phản hồi (hoặc các địa chỉ IP nếu có nhiều P-CSCF nhận được yêu cầu kích hoạt này) (3 GPP TS 24.008 để biết thêm cấu hình giao thức truyền thông tin yêu cầu này). Cơ chế mà GGSN lấy được địa chỉ IP của P-CSCF vẫn chưa được chuẩn hóa, nó không hoạt động đối với các GGSN tiền phiên bản 5.
Hình 2-16: Dò tìm P-CSCF bằng cơ chế GPRS.
Thủ tục DHCP DNS (hình 2-17), UE gửi một truy vấn DHCP đến mạng truy nhập kết nối IP (ví dụ GPRS). Theo RFC3319 và RFC3315, UE có thể yêu cầu một danh sách các tên miền SIP Server của các P-CSCF hoặc yêu cầu một danh sách các địa chỉ IPv6 SIP Server của các P-CSCF. Khi các tên miền được gửi lại UE, thì UE cần thực hiện truy vấn DNS (NAPTR/SRV) để tìm ra một địa chỉ IP của P-CSCF.
Hình 2-17: Dò tìm P-CSCF bằng cơ chế thông thường – DHCP DNS.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 54 Kích hoạt PDP Context sơ cấp - là thủ tục tạo kết nối logic theo QoS từ UE tới GGSN, được khởi tạo bởi UE để kích hoạt trạng thái quản lý phiên, từ đó UE sẽ nhận được địa chỉ IP và các tài nguyên vô tuyến. Sau khi kích hoạt PDP Context cơ sở, UE có thể gửi các gói IP qua môi trường vô tuyến.
Kích hoạt PDP Context thứ cấp cho phép thuê bao thiết lập PDP Context thứ cấp với cùng địa chỉ IP nhưđã đạt được từ kích hoạt PDP Context sơ cấp. Hai Context này có thể có các đặc tính QoS khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng mà có các yêu cầu QoS phù hợp.
Sửa đổi PDP Context là thủ tục mà UE, SGSN hoặc GGSN khởi tạo cho việc cập nhật PDP Context. Mạng truy nhập vô tuyến có thể yêu cầu thủ tục này ví dụ khi mất sóng với UE.
Vô hiệu PDP Context là thủ tục dùng để xóa kết nối logic giữa UE và GGSN. Nó có thểđược khởi tạo bởi UE, SGSN, HLR hoặc GGSN.
2.2.1.1.2 Chi tiết về sựđăng ký
Sau khi thiết lập PDP Context báo hiệu và dò tìm ra địa chỉ P-CSCF, UE (của tobias trong ví dụ này) gửi yêu cầu REGISTER (1) đến P-CSCF, nó có dạng:
REGISTER sip:homel.fr SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP [5555: :a:b:c:d];branch=0uetb Route: sip: [5555 : :a:f:f:e];Ir
Max-Forwards: 70 From: <sip:tobias@homel.fr>;tag=pohja To: <sip:tobias@homel.fr> Contact: <sip:[5555::1:2:3:4]>;expires=600000 Call-ID: apb03aOs09dkjdfglkj49111 CSeq: 25 REGISTER Content-Length: 0
Đích đến cuối cùng của yêu cầu này là Registrar (chính là S-CSCF) có địa chỉ: sip:homel.fr (tên miền của mạng thường trú đọc trong ISIM).
Mào đầu To chỉ ra nhận dạng user public (cũng đọc từ ISIM, nhận dạng này giống như
một địa chỉ phục vụ cho dịch vụ. Ví dụđịa chỉ A là dịch vụ nhắn tin và thoại, địa chỉ B là dịch vụ game và video). Địa chỉ này báo cho Registrar biết rằng sip:tobias@home.fr sẽ được dùng với địa chỉ liên lạc chứa ở mào đầu Contact: sip:[5555::1:2:3:4] hạn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 55
dùng 600000 giây (mạng có thểđiều chỉnh giá trị này cho phù hợp, bằng cách giửi lại giá trị hạn ở phản hồi 200 OK hoàn thành khởi tạo đăng ký).
UE đặt địa chỉ của nó tại mào đầu Via: [5555::a:b:c:d] (mào đầu này thông báo cho nút kế tiếp biết địa chỉ của nút trước mà bản tin đã đi qua, một nút có thể điền thêm hoặc xóa bớt thông tin này để phục vụ cho sự định tuyến). Tham số Branch là nhận dạng của giao dịch (một loạt các bản tin hay thủ tục đáp ứng cho một yêu cầu).
Mào đầu Route chỉ ra địa chỉ của nút kế tiếp (ởđây là P-CSCF). Mào đầu From nhận dạng user đang thực hiện đăng ký.
Mào đầu Call-ID cùng với mào đầu Cseq dùng để nhận dạng giao dịch REGISTER. Content-Length bằng không vì yêu cầu REGISTER không chứa nội dung text.
Sau khi đã đóng gói yêu cầu REGISTER trên (chú ý rằng mỗi gói tin không thể có độ
dài lớn hơn 1300 byte), UE sẽ gửi tới chặng kế tiếp (P-CSCF) theo giao thức UDP. Nếu không có port nào được ấn định trong mào đầu Route thì yêu cầu sẽđược gửi đến port SIP mặc định là 5060.
P-CSCF nhận được yêu cầu REGISTER, nó sẽ nhận ra được UE chưa được nhận thực nên P-CSCF sẽ thực hiện chức năng proxy của nó. P-CSCF sẽ xóa bỏ mào đầu Route của yêu cầu (vì mào đầu này chỉđến chính P-CSCF này) và tiếp tục gửi nó đến chặng kế tiếp, đồng thời thêm vào một mào đầu Via nữa có chứa địa chỉ của P-CSCF này. Để
thực hiện điều này, P-CSCF cần dùng DNS NAPTR (Naming Authority Pointer) , SRV (Service records) và các truy vấn AAA, P-CSCF sẽ tìm ra địa chỉ của I-CSCF trong mạng của Tobias. Sau đó P-CSCF không đặt địa chỉ của I-CSCF vào mào đầu Route, nó sẽđặt địa chỉ của I-CSCF vào gói UDP chứa yêu cầu đó và gửi trực tiếp tới I-CSCF.
REGISTER sip:homel.fr SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP sip:pcscf l.visitedl.fi;branch=0pctb Via: SIP/2.0/UDP [5555 : :a:b:c:d];branch=0uetb Max-Forwards: 69 From: <sip:tobias@homel.fr>;tag=pohja To: <sip:tobias@homel.fr> Contact: <sip:[5555::1:2:3:4]>;expires=600000 Call-ID: apb03aOs09dkjdfglkj49111 CSeq: 25 REGISTER
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 56
Content-Length: 0
I-CSCF nhận được yêu cầu REGISTER đó, nó sẽ truy vấn HSS để phân công S-CSCF phục vụ cho UE đang đăng ký. Sau đó I-CSCF thêm vào một mào đầu Via chứa địa chỉ của nó rồi gửi yêu cầu tới S-CSCF đã được phân công.
REGISTER sip:homel.fr SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP sip:icscf 1 .homel.fr;branch=0ictb Via: SIP/2.0/UDP sip:pcscf1.visitedl.fi;branch=0pctb Via: SIP/2.0/UDP [5555::a:b:c:d];branch=0uetb Route: siptscscfl.homel.fr;lr
Max-Forwards: 68
From: <sip:tobias@homel.fr>;tag=pohja To: <sip:tobias@homel.fr>
Contact: <sip: [5555: :1:2:3:4]>;expires = 600000 Call-ID: apb03aOs09dkjdfglkj49111
CSeq: 25 REGISTER Content-Length: 0
Sựđăng ký được thực hiện tại S-CSCF. Sau khi nhận được yêu cầu REGISTER khởi tạo, S-CSCF sẽ yêu cầu Tobias nhận thực (sẽ được mô tả chi tiết ở mục sau). Các thông tin nhận thực sẽđược Tobias trả lời ở yêu cầu REGISTER thứ hai:
REGISTER siprhomel.fr SIP/2 .0
Via: SIP/2 .0/UDP sip: icscf 1 .homel. f r ;branch=3ictb Via: SIP/2 .0/UDP sip :pcscf 1. visitedl.n;branch=2pct Via: SIP/2.0/UDP [5555::a:b:c:d];branch=1uetb Route: sip:scscfl.homel.fr;Ir
Max-Forwards: 67
From: <sip:tobias@homel.fr>;tag=ulkomaa To: <sip:tobias@homel.fr>
Contact: <sip: [5555: :1:2:3:4]>;expires=600000 Call-ID: apb03aOs09dkjdfglkj49222
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 57
Content-Length: 0
Nếu nhận thực thành công, S-CSCF sẽđăng ký phục vụ cho Tobias, đồng thời nó cũng cập nhật thông tin lên HSS chỉ ra trạng thái đăng ký của Tobias.
Sau cùng S-CSCF gửi lại phản hồi 200 OK cho UE, chỉ ra thủ tục đăng ký đã thực hiện thành công:
SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2 .0/UDP icscf1.homel. fr;branch=3ictb Via: SIP/2.0/UDP pcscfl.visitedl.fi;branch=2pctb Via: SIP/2.0/UDP [5555::1:2:3:4]:1357;branch=luetb From: <sip:tobias@homel.fr>;tag=ulkomaa
To : <sip:tobias@homel.fr>;tag=kotimaa
Contact: <sip: [5555: :a:b:c:d]>;expires = 600000 Call-ID: apb03aOs09dkjdfglkj49222
CSeq: 47 REGISTER Content-Length: 0
Nhờ có mào đầu Via, phản hồi sẽ đi qua các CSCF mà yêu cầu đã đi qua để về UE.
Điều đó được thực hiện theo trình tự ngược (mỗi một CSCF mà phản hồi đi qua sẽ
thực hiện xóa đi mào đầu Via của nó).
Chú ý rằng bản tin chứa mào đầu Service-Route để chỉ ra một yêu cầu hoặc một phản hồi thực hiện cho chính người gọi hay cho thiết bị UE của người gọi (khi khởi tạo yêu cầu là người gọi thực hiện qua UE, yêu cầu thứ hai là do UE tựđộng thực hiện), ví dụ: Service-Route sip:orig@scscf1.homel.fr;Ir. Nếu bắt buộc các bản tin phải qua P-CSCF (do cơ chế bảo mật yêu cầu) thì cần có mào đầu Path sẽ chứa địa chỉ của proxy bắt buộc bản tin phải qua đó.
2.2.1.2 Vấn đề nhận thực
2.2.1.2.1 Khái quát sự nhận thực
Hình 2-14 đã mô tả về quá trình đăng ký, trong đó có bao hàm cả sự nhận thực user. Khi S-CSCF nhận được yêu cầu REGISTER đăng ký, nó tải về vector nhận thực AV (authentication vector) từ HSS (bằng cách gửi SAR đến HSS và nhận về SAA, đã đề cập ở mục 2.2.1.1). AV chứa RAND (chuỗi số ngẫu nhiên), XRES (kết quả so sánh với RES từ UE), AUTN (network authentication token), IK (integrity key) và CK
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 58
(ciphering key). S-CSCF sẽ phản hồi bằng cách gửi 401 Unauthorized chứa RAND, AUTN, IK và CK trở lại phía UE.
P-CSCF nhận được phản hồi này, nó sẽ xóa IK và CK rồi gửi phản hồi đến UE. IK
được dùng cho việc kết hợp bảo mật giữa P-CSCF và UE (trình bầy trong vấn đề quản lý phiên).
Sau khi nhận được 401 Unauthoried, UE thẩm tra AUTN dựa trên IK và SQN có trong ISIM. Sự thẩm tra AUTN thành công đồng nghĩa với việc mạng được nhận thực (đảm bảo dữ liệu nhận thực nhận được đúng từ mạng thường trú của UE). UE thực hiện tính toán RES (authentication challenge response) dựa trên CK và RAND, rồi gửi RES ở
yêu cầu REGISTER thứ cấp lại cho S-CSCF. S-CSCF sẽ thực hiện so sánh XRES nhận được từ HSS với RES nhận được từ UE, nếu thành công thì UE được nhận thực và tiếp tục thực hiện các thủ tục khác (các tham số nhận thực sẽ được nằm trong các