Cấu trỳc mạng NGN-mobile được xõy dựng dựa trờn hai nguyờn tắc cơ bản: - Hội tụ thoại và dữ liệu: sử dụng cựng một cụng nghệ, cựng một mạng cho cả hai dịch vụ thoại và dữ liệu.
- Phõn tỏch cỏc lớp: tỏch chức năng chuyển mạch và chức năng xử lý cuộc gọi. Về cơ bản mụ hỡnh chức năng của mạng NGN- Mobile cú thể được cho trờn Hỡnh 1.4. Trong mụ hỡnh này, mạng NGN- Mobile được chia thành cỏc phõn lớp cơ bản: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp điều khiển và lớp ứng dụng. Mỗi phõn lớp cú chứa một số phần tử chức năng cơ bản như: mỏy chủ cuộc gọi (Call Sever, MSC Server) hay cũn gọi là Chuyền mạch mềm (SoftSwitch), Cổng truy nhập (Media Gateway), Cổng bỏo hiệu (Signalling Gateway) và Mỏy chủ dịch vụ (Feature Server).
Luận văn thạc sĩ Chương I: Tổng quan về IMS trong mạng thụng tin di động
Mạng truyền tải IP/ATM
Cổng truy nhập (Media Gateway) Máy chủ dịch vụ (Feature Server) Call server Signalling Gateway Lớp ứng dụng Lớp điều khiển Lớp truyền tải Lớp truy nhập Hỡnh 1.4 Cấu trỳc phõn lớp của mạng NGN- Mobile. 1.4.2 Cỏc chức năng cơ bản của IMS trong hệ thống NGN di động Hỡnh 1.4 thể hiện cấu trỳc NGN di động đựa trờn phiờn bản 3GPP R4 với việc sử dụng phần tửđiều khiển cuộc gọi Call server là Softswitch ở lớp điều khiển cuộc gọi. Khi phiờn bản IMS đầu tiờn (ứng với 3GPP R5) được triển khai trong cấu trỳc này. Về cơ bản cỏc phần tử chức năng chớnh (CSCF) của IMS sẽ thực hiện việc xử lý cuộc gọi tại lớp điều khiển. Ngoài ra, trong IMS cũn cú một số phần tử chức năng khỏc hỗ trợ kết nối với cỏc hệ thống mạng hiện cú và cỏc hệ thống IMS khỏc. Lớp chuyển tải vẫn tận dụng cấu trỳc mạng cũ (như cỏc phần tử SGSN/GGSN). Bờn cạnh đú, cỏc mỏy chủứng dụng SIP (thuộc lớp ứng dụng) cũng là những thành phần khụng thể thiếu được trong cấu trỳc hệ thống IMS. Như vậy, IMS sẽ đem đến những thay đổi trong cấu trỳc mạng cũ chủ yếu tại lớp điều khiển và lớp ứng dụng. Cỏc chức năng cơ bản của IMS tại lớp điều khiển trong cấu trỳc IMS bao gồm: - Điều phối và quản lý phiờn Multimedia: IMS sử dụng giao thức SIP để điều phối và quản lý phiờn multimedia. IMS về bản chất là một mạng SIP di động được
Luận văn thạc sĩ Chương I: Tổng quan về IMS trong mạng thụng tin di động
thiết kếđể hỗ trợ chức năng này, trong đú IMS hỗ trợđịnh tuyến, định vị mạng, và cỏc chức năng đỏnh địa chỉ. Khỏc với miền chuyển mạch kờnh CS và miền chuyển mạch gúi PS, miền IMS cho phộp thiết lập bất kỳ loại phiờn media nào (vớ dụ, voice, video, text,...). Nú cũng cho phộp bộ tạo dịch vụ kết hợp cỏc dịch vụ từ miền CS và miền PS trong cựng một phiờn, và cũng cú thể hiệu chỉnh cỏc phiờn này một cỏch mềm dẻo và linh hoạt, vớ dụ thờm tớnh năng video vào phiờn thoại hiện cú. Tớnh năng này mở ra một số dịch vụ user-to-user và multi-user mới và hấp dẫn, như dịch vụ thoại cải tiến, thoại video, chat, Push-to-Talk, và Multimedia conferencing, tất cả chỳng đều dựa trờn khỏi niệm phiờn đa phương tiện (multimedia session). - Quản lý phiờn truyền dẫn di động: Cấu trỳc căn bản của IMS cho phộp hỗ trợ cỏc dịch vụ truyền thụng IP di động thụng qua khả năng IMS tỡm cỏc user khỏc trong mạng và sau đú thiết lập một phiờn thụng tin với user đú. Cỏc phần tử quan trọng của IMS cho phộp quản lý di động là CSCF (Call Session Control Function) và HSS (Home Subscriber Server). HSS giữ toàn bộ dữ liệu căn bản về thuờ bao và cho phộp cỏc user (hoặc cỏc server) tỡm và liờn lạc với cỏc user đầu cuối khỏc. CSCF về cơ bản là một proxy, nú hỗ trợ việc thiết lập và quản lý cỏc phiờn và chuyển tiếp cỏc bản tin giữa cỏc mạng IMS. IMS về cơ bản cho phộp truy nhập tới dịch vụ bất chấp vị trớ địa lý của người sử dụng đầu cuối.
- Chất lượng dịch vụ: IMS sẽ cung cấp một giải phỏp hiệu quả và được chuẩn hoỏ cho cỏc nhà khai thỏc muốn triển khai dịch vụ di động IP thời gian thực khụng lóng phớ tài nguyờn truyền dẫn nhưng vẫn đảm bảo sự hài lũng của khỏch hàng về dịch vụ. Truyền thụng IP di động thời gian thực gặp rất nhiều khú khăn do sự giao động lờn xuống của băng thụng, ảnh hưởng nghiờm trọng tới việc truyền dẫn cỏc gúi tin IP qua mạng. Trong mạng IP thụng thường, truyền tải IP luụn luụn cố gắng tối đa đểđảm bảo băng thụng dịch vụ yờu cầu, người ta thường gọi là “best-effort”, tuy nhiờn, trong thực tế khụng cú bất kỳ sự đảm bảo tuyệt đối nào. Điều này dẫn đến chức năng dịch vụ IP di động thời gian thực rất kộm chất lượng hoặc gần khụng phụ thuộc vào sự khả dụng của băng tần và tắc nghẽn mạng. Cỏc kỹ thuật hỗ trợ QoS được phỏt triển để khắc phục những vần đề này và cung cấp một số loại mức
Luận văn thạc sĩ Chương I: Tổng quan về IMS trong mạng thụng tin di động
truyền tải được đảm bảo chất lượng thay cho việc sử dụng tớnh năng “best-effort”. QoS được đảm bảo bởi cỏc tham số truyền dẫn IP cơ bản, như tốc độ truyền dẫn, trễ Gateway, và tỉ lệ lỗi, cú thểđược đo, cải thiện, và đảm bảo trước. Người sử dụng cú chỉ rừ mức chất lượng họ yờu cầu, tuỳ vào loại dịch vụ và khả năng tài chớnh của họ. Chức năng đảm bảo QoS “thụng minh” trong mạng IP di động được chuẩn hoỏ cho IMS là một thực thể được biết dưới tờn gọi PDF (Policy Decision Function). PDF điều khiển và tương tỏc với mạng chuyển mạch gúi IP (thụng qua giao diện Go với GGSN).
- Thực thi, điều khiển và tương tỏc dịch vụ: Trong bối cảnh nhà khai thỏc đó triển khai một số lượng lớn cỏc dịch vụ và yờu cầu một hệ thống cung cấp dịch vụ phức tạp, hoàn toàn cú thểđảm bảo rằng nhà khai thỏc cú thể giỏm sỏt yờu cầu cung cấp dịch vụ và sự tương tỏc giữa nhiều loại thành phần dịch vụ với nhau. Trong cỏc miền CS và PS, việc thực thi dịch vụ được điều khiển bởi ứng dụng, nú làm việc tương tỏc giữa cỏc dịch vụ phức tạp và giảm tớnh trong suốt tổng thể của dịch vụ. IMS khắc phục vấn đề này bằng cỏch tạo ra chức năng cung cấp dịch vụ hiệu quả. Khi một người sử dụng đăng ký vào mạng IMS của nhà khai thỏc mạng di động (MNO), hồ sơ phục vụ thuờ bao SSP (Subscriber Service Profile) của anh ta được CSCF tải về từ HSS. SSP chứa một số lượng rất lớn thụng tin liờn quan đến dịch vụ của mỗi người sử dụng đầu cuối và cho phộp CSCF thực hiện:
9 Xỏc định những dịch vụ nào cần được thực thi, dựa vào việc lọc tham số từ SSP.
9 Quyết định thứ tự trong đú cú nhiều dịch vụđược thực thi (nếu cú)
9 Quyết định địa chỉ của cỏc một hoặc nhiều server ứng dụng sẽ thực thi dịch vụ của người sử dụng đầu cuối yờu cầu.
9 Thụng bỏo cho cỏc server ứng dụng về thứ tự trong đú những dịch vụ nào sẽ được thực thi trong trường hợp cú nhiều dịch vụ cần được thực hiện trong mỗi server ứng dụng. Thực thi, điều khiển, và tương tỏc dịch vụ cho phộp cỏc MNO sử dụng IMS như platform cơ sở hạ tầng tỏi sử dụng bằng cỏch
Luận văn thạc sĩ Chương I: Tổng quan về IMS trong mạng thụng tin di động
cho phộp chỳng điều khiển và quản lý một cỏch hiệu quả cỏc quỏ trỡnh lọc, thực thi, và tương tỏc dịch vụ.
- Kết nối với bờn thứ ba: IMS cung cấp kiến trỳc chuẩn cho phộp triển khai dịch vụ IP tiờn tiến. Nhiều loại dịch vụ IMS cú thể được phỏt triển một cỏch độc lập và tại thời điểm sử dụng cỏc tớnh năng chung của kiến trỳc IMS. Khả năng này cho phộp linh hoạt việc tớch hợp dịch vụ cũng như hoạt động liờn mạng (vớ dụ, giữa cỏc mạng cố định và di động). Ngoài ra, chức năng roaming tự động được hỗ trợ với một ớt hoặc khụng cần bổ xung thờm tớnh năng nào.
Luận văn thạc sĩ Chương II: Cấu trỳc IMS theo tiờu chuẩn 3GPP
CHƯƠNG II: CẤU TRÚC IMS THEO TIấU CHUẨN 3GPP
2.1 Cấu trỳc phõn lớp
3GPP quyết định dựng cỏch tiếp cận theo lớp để thiết kế cấu trỳc IMS. Cỏc dịch vụ kờnh mang và truyền tải được tỏch biệt so với mạng bỏo hiệu IMS và cỏc dịch vụ quản lý phiờn. Cỏc dịch vụ cũn lại chạy trờn nền mạng bỏo hiệu IMS. Error!
Reference source not found.2.1 thể hiện mụ hỡnh cấu trỳc phõn lớp.
Một số trường hợp cú thể phõn biệt giữa chức năng tại cỏc lớp cao và lớp thấp. Cấu trỳc phõn lớp được xõy dựng với mục tiờu tạo ra sự phụ thuộc tối thiểu giữa cỏc lớp. Điều này sẽ cú lợi khi thờm cỏc mạng truy nhập mới vào hệ thống. Tớnh năng WLAN truy nhập tới IMS được đưa vào hệ thống ở phiờn bản 3GPP Release 6, truy nhập băng rộng cốđịnh được đưa vào IMS trong Release 7.
Hỡnh 2.1 Cấu trỳc lớp và IMS.
Cấu trỳc phõn lớp làm tăng tầm quan trọng của lớp ứng dụng do cỏc dịch vụ được thiết kế để hoạt động độc lập với lớp truy nhập; khi đú IMS cú chức năng là cầu nối giữa lớp ứng dụng và lớp truy nhập. Cỏc chức năng liệt kờ theo nhúm và
Luận văn thạc sĩ Chương II: Cấu trỳc IMS theo tiờu chuẩn 3GPP
chức năng hiển thị được sử dụng như nhau trong IMS khi thuờ bao đang sử dụng điện thoại di động hoặc PC để thụng tin. Cỏc dịch vụ khỏc nhau thỡ cú cỏc yờu cầu khỏc nhau, chỳng bao gồm cỏc yờu cầu:Độ rộng băng thụng, Trễ, Năng lực xử lý của thiết bị.
Điều đú cú nghĩa là để cỏc dịch vụ khỏc nhau được thực thi một cỏch đỳng đắn,
mạng phải được trang bị lụgic dịch vụ và điều khiển cú khả năng nhận biết truy
nhập đối với cỏc dịch vụ đa phương tiện. Chức năng đa truy nhập được xõy dựng
trong cấu trỳc IMS cho phộp cỏc nhà khai thỏc mạng cốđịnh và mạng di động thực
hiện hội tụ. Điều đú cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ sử dụng cỏc đặc tớnh và khả
năng của cỏc thiết bị hiện cú, cỏc phương thức truy nhập mạng và cho phộp họđiều
chỉnh cỏc phương thức truy nhập một cỏch linh hoạt.
2.2 Sự tự do truy nhập
IMS được thiết kế cho phộp tự do truy nhập, cỏc dịch vụ IMS cú thểđược hỗ trợ trờn bất cứ mạng kết nối IP nào (vớ dụ: GPRS, WLAN, đường dõy thuờ bao số - DSL, truy nhập băng rộng). Release 5 IMS mụ tả một vài tớnh năng đặc trưng cho GPRS. Ở Release 6, những tớnh năng này được tỏch khỏi phần lừi IMS và cấu trỳc IMS đảm bảo hỗ trợ truy nhập độc lập. Error! Reference source not found.2.2 mụ tả nhiều hệ thống truy nhập khỏc nhau: WLAN, GPRS và UMTS kết nối đến lừi IMS.
Luận văn thạc sĩ Chương II: Cấu trỳc IMS theo tiờu chuẩn 3GPP
Hỡnh 2.2 Truy nhập tự do trong IMS.
2.3 Mụ tả mối quan hệ cỏc thực thể và cỏc chức năng trong IMS
Mục này phõn tớch cỏc thực thể IMS và cỏc chức năng cơ bản. Cỏc thực thể chức năng trong IMS cú thể chia thành 6 loại cơ bản:
- Nhúm quản lý phiờn và định tuyến (cỏc thực thể CSCF) - Cơ sở dữ liệu (HSS, SLF) - Dịch vụ (mỏy chủứng dụng, MRFC, MRFP). - Cỏc phần tử chức năng liờn mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW) - Cỏc bộ phận chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG) - Tớnh cước.
Cỏc tiờu chuẩn IMS được xõy dựng nhằm giỳp cho chức năng của cỏc thực thể mạng khụng cần được mụ tả chi tiết. Thay vào đú, tiờu chuẩn mụ tả cỏc điểm tham chiếu giữa cỏc thực thể và cỏc chức năng hỗ trợ tại cỏc điểm tham chiếu. Chẳng hạn: cỏch CSCF lấy số liệu từ cỏc cơ sở dữ liệu.
Luận văn thạc sĩ Chương II: Cấu trỳc IMS theo tiờu chuẩn 3GPP
2.3.1 Cỏc thực thể thực hiện chức năng điều khiển phiờn cuộc gọi (CSCF)
Cú ba loại chức năng điều khiển phiờn khỏc nhau: CSCF uỷ quyền (Proxy- CSCF: P-CSCF); CSCF phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF) và CSCF tham vấn (Interrogating-CSCF: I-CSCF). Mỗi CSCF cú nhiệm vụ riờng. Thường thỡ tất cả cỏc CSCF tham gia trong suốt quỏ trỡnh đăng ký thiết lập phiờn và định hỡnh cơ chế định tuyến SIP. Ngoài ra, tất cả cỏc chức năng đều cú khả năng gửi số liệu tớnh cước tới bộ chức năng tớnh cước offline. Cú vài chức năng thụng thường mà P-CSCF và S-CSCF cú thể thực hiện. Cỏc thực thể cú khả năng giải phúng phiờn thay cho thuờ bao (vớ dụ khi S-CSCF phỏt hiện ra một phiờn đang treo - khụng sử dụng, hoặc P- CSCF nhận được thụng bỏo kờnh mang truyền thụng bị mất) và cú khả năng kiểm tra nội dung của Giao thức mụ tả phiờn (SDP) hoặc kiểm tra cỏc loại hoặc cỏc mó truyền thụng trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng khụng phự hợp với chớnh sỏch của nhà khai thỏc, CSCF từ chối yờu cầu và gửi bản tin thụng bỏo lỗi SIP tới UE.
2.3.1.1 Chức năng điều khiển phiờn cuộc gọi uỷ quyền (P-CSCF)
P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiờn của cỏc thuờ bao trong hệ thống IMS. Cú nghĩa là tất cả lưu lượng bỏo hiệu SIP từ UE sẽđược gửi tới P-CSCF. Ngược lại, tất cả cỏc kết cuối bỏo hiệu SIP từ mạng được gửi từ P-CSCF tới UE. Bốn chức năng cơ bản của P-CSCF bao gồm: nộn SIP, kết hợp bảo mật IP (IPSec), tương tỏc với chức năng quyết định chớnh sỏch (PDF) và xỏc định phiờn khẩn cấp.
Giao thức SIP là giao thức bỏo hiệu chứa lượng lớn cỏc tham số mào đầu, bao gồm cả cỏc thụng tin mở rộng và thụng tin liờn quan tới bảo mật. Kớch thước cỏc bản tin của SIP thường lớn hơn so với cỏc phương thức mó hoỏ nhị phõn. Để làm rỳt ngắn thời gian thiết lập phiờn, 3GPP uỷ thỏc việc hỗ trợ nộn SIP được thực hiện giữa UE và P-CSCF. P-CSCF cần nộn cỏc bản tin nếu UE thụng bỏo rằng nú muốn nhận cỏc bản tin bỏo hiện nộn.
P-CSCF chịu trỏch nhiệm duy trỡ Kết nối bảo mật (SA) và sử dụng sự bảo vệ tớnh nhất quỏn và bảo mật cho bỏo hiệu SIP. Cụng việc này được thực hiện trong
Luận văn thạc sĩ Chương II: Cấu trỳc IMS theo tiờu chuẩn 3GPP
suốt quỏ trỡnh đăng ký SIP khi UE và P-CSCF thực hiện thỏa thuận bảo mật IPSec. Sau kết thỳc quỏ trỡnh đăng ký khởi tạo, P-CSCF cú thể ỏp dụng sự bảo vệ toàn vẹn một cỏch tin cậy cho bỏo hiệu SIP.
P-CSCF cú nhiệm vụ chuyển tiếp phiờn và thụng tin truyền thụng liờn quan tới PDF khi nhà khai thỏc muốn ỏp dụng chớnh sỏch cục bộ cho dịch vụ cơ bản (SBLP). Cỏc phiờn khẩn cấp IMS chưa chuẩn húa (cỏc cụng việc này sẽ được tiến hành trong Release 7). Do vậy, mạng IMS sẽ phỏt hiện cỏc yờu cầu phiờn khẩn cấp và hướng dẫn UE của UMTS dựng mạng CS để thực hiện cỏc phiờn khẩn cấp đú. Việc phỏt hiện cỏc phiờn gọi khẩn cấp là nhiệm vụ của P-CSCF.
2.3.1.2 Chức năng điều khiển phiờn cuộc gọi tham vấn (I-CSCF)
I-CSCF là điểm giao tiếp cho cỏc kết nối tới thuờ bao trong mạng của nhà khai thỏc. I-CSCF thực hiện 4 cụng việc cơ bản:
- Xỏc định tờn của nỳt mạng trong chặng kế tiếp (S-CSCF hoặc mỏy chủ ứng dụng) từ Mỏy chủ thuờ bao thường trỳ (HSS).
- Phõn cụng S-CSCF dựa trờn cỏc tớnh năng yờu cầu từ HSS. Sự phõn cụng của S-CSCF sẽ được thực hiện khi một thuờ bao đăng ký hoặc khi họ nhận được một yờu cầu SIP trong khi họ khụng đăng ký với mạng (họ cú cỏc dịch vụ trong trạng thỏi khụng đăng ký như thư thoại).
- Định tuyến cỏc yờu cầu tới một S-CSCF đó được chỉđịnh hoặc một mỏy chủ ứng dụng.
- Hỗ trợ cỏc chức năng cổng vào ra nội mạng ẩn cấu hỡnh (THIG).
