Yêu cầu hỗ trợ hoặc TCP hoặc SCTP cho client và yêu cầu đồng thời cả TCP và SCTP cho agent và server khiến cho tải trên đường truyền và trong mạng càng tăng thêm. UDP dùng rất ít tài nguyên trong khi TCP/SCTP đòi hỏi thiết lập phiên phức tạp.
Ngoài ra, hiện đã có rất nhiều thiết bị sử dụng Radius và trừ khi có một kế hoạch chuyển đổi hợp lý bao gồm triển khai các agent chuyển đổi báo hiệu và sự hiện diện đồng thời của Radius và Diameter, chuyển đổi sang Diameter sẽ hoàn toàn không đơn giản chút nào.
2.5. KẾT LUẬN
Xu thế sử dụng công nghệ IP trong mọi lĩnh vực của viễn thông đã tương đối rõ ràng. Một mạng IP chung cung cấp các tính năng chung và do đó giảm chi phí khai thác và vận hành. Khả năng cắt giảm chi phí cho nhà khai thác cũng là một trong những động lực thúc đẩy việc hội tụ mạng. Ngoài ra, khi cấu trúc nền tảng mạng đã được chuẩn hoá, các dịch vụ mới dành riêng cho một phân đoạn thị trường nào đó sẽ được phát triển và triển khai một cách dễ dàng và hiệu quả hơn.
Hiện có 3 tổ chức đang hoạt động rất tích cực trong việc xây dựng một kiến trúc mạng IP thích hợp cho việc hội tụ cố định – di động là 3GPP, 3GPP2 và ETSI-TISPAN. Thông qua các hoạt động chuẩn hoá cũng như sự quan tâm đặc biệt của các nhà cung cấp thiết bị cũng như giải pháp mạng, có thể thấy rằng xu thế hội tụ cố định – di động là một xu thế tất yếu, có ý nghĩa sống còn với các nhà khai thác mạng viễn thông.
Ở đây cũng đã tìm hiểu về giao thức báo hiệu SIP, giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập kênh mang BICC và giao thức Diameter.
Chương 3
KIẾN TRÚC MẠNG LÕI (IMS)
3.1. 3GPP
Hình 3-1 minh họa kiến trúc IMS (từ R5 đến R7) do tổ chức 3GPP đề xuất và được TISPAN chấp nhận. Phân hệ IMS là lớp nằm ở giữa và bao gồm các khối chức năng được trình bày trong phần tiếp theo.
Hình 3-1 - Kiến trúc IMS của 3GPP (nguồn 3GPP, ETSI-TISPAN)
1) Cơ sở dữ liệu thuê bao
Chức năng HSS (Home Subscriber Server) là cơ sở dữ liệu gốc có chức năng hỗ trợ các thành phần khác của IMS có nhiệm vụ xử lý các phiên kết nối. HSS chứa các thông tin thuê bao (profile của thuê bao), thực hiện việc
xác thực thuê bao, và cung cấp các thông tin về vị trí hiện tại của thuê bao. Nói một cách khác, nó có chức năng tương tự như của HLR và AUC của hệ thống GSM.
Chức năng SLF (Subscriber Location Function) được thực hiện khi nhiều HSS được sử dụng. HSS và SLF đều phải hỗ trợ giao thức DIAMETER
2) Điều khiển cuộc gọi/phiên kết nối
Các Server CSCF (Call/Session Control Function) là các SIP server có nhiệm vụ xử lý các gói tin báo hiệu SIP trong IMS. P-CSCF (Proxy-CSCF) là một SIP Proxy Server có nhiệm vụ làm proxy cho đầu cuối IMS. P-CSCF có thể là server nằm tại mạng khách (nếu mạng khách tuân thủ IMS) hoặc mạng chủ (nếu mạng khách không tuân thủ IMS). Thiết bị đầu cuối phát hiện P- CSCF cho nó thông qua DHCP hoặc được gán bởi PDP Context (dùng GPR). Một P-CSCF có các tính chất sau:
• Được gán cho một thiết bị đầu cuối IMS khi thiết bị này đăng ký với mạng và không được thay đổi trong suốt thời gian đăng ký
• nằm trên tuyến báo hiệu và có thể giám sát tất cả các bản tin báo hiệu
• xác thực người dùng và thiết lập liên kết bảo mật Ipsec với thiết bị đầu cuối IMS. Điều này cho phép loại trừ nguy cơ tấn công mạng kiểu giả danh hay chuyển tiếp cũng như bảo vệ thông tin cá nhân của người sử dụng. Các nút mạng khác có thể tin tưởng kết quả xác thực của P- CSCF nên không cần xác thực lại
• nén và giải nén bản tin SIP nên giúp giảm thiểu trễ báo hiệu trên kết nối vô tuyến tốc độ thấp
• có thể có chức năng PDF, làm nhiệm vụ cấp phép sử dụng tài nguyên của phần chuyển tải và quản lý chất lượng dịch vụ, và được sử dụng vào những mục đích như quản lý sử dụng theo chính sách, bắt thông
tin theo luật, quản lý băng thông, v.v… PDF cũng có thể là một chức năng riêng biệt, ví dụ như trong phần điều khiển phiên ngoài biên
• gửi các thông tin tính cước đến nút thu thập thông tin cước.
Server I-CSCF (Interrogating-CSCF) thực chất là một SIP Proxy đặt ở rìa mạng. Địa chỉ của I-CSCF được quảng bá thông qua hệ thống địa chỉ miền DNS nên các server khác có thể tìm được và kết nối với nó như cửa ngõ chính để gửi gói tin SIP vào mạng. I-CSCF truy vấn HSS qua giao diện Cx và Dx qua giao thức DIAMETER để xác định vị trí thuê bao, để có thể định tuyến yêu cầu SIP đến server S-CSCF phục vụ thuê bao đó. I-CSCF cũng được sử dụng với mục đích bảo vệ cấu trúc nội bộ của mạng.
Server S-CSCF (Serving-CSCF) là nút có vai trò trung tâm trong hệ thống báo hiệu. Trên thực tế, nó là một SIP server nhưng có thêm chức năng điều khiển phiên. S-CSCF bao giờ cũng nằm ở mạng gốc của thuê bao. S-CSCF sử dụng giao diện Cx và Dx của DIAMETER để truy vấn HSS và tải xuống hay cập nhật profile của thuê bao. S-CSCF hoàn toàn không lưu thông tin thuê bao. Các nhiệm vụ chính của S-SCCF bao gồm:
• xử lý các bản tin đăng ký SIP
• nằm trên tuyến báo hiệu và có thể giám sát từng bản tin báo hiệu
• xác định server ứng dụng để gửi bản tin báo hiệu SIP
• cung cấp dịch vụ định tuyến, thường sử dụng dịch vụ ENUM
• áp đặt chính sách của nhà vận hành mạng
3) Server ứng dụng
Server ứng dụng (AS) là nơi thực hiện các dịch vụ, giao diện với S-CSCF thông qua báo hiệu SIP. Đây là cơ sở để bên cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng tích hợp và triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng của họ trên cơ sở hạ tầng IMS.
Tuỳ thuộc vào dịch vụ cụ thể, Server ứng dụng có thể hoạt động ở chế độ SIP proxy, SIP UA hoặc SIP B2BUA. Server ứng dụng có thể được đặt tại mạng chủ hoặc mạng của bên thứ ba. Dựa trên giao diện giữa AS và S-CSCF mà nó có thể được phân ra làm các loại sau:
• SIP AS: server ứng dụng IMS chuẩn
• OSA-SCS: server ứng dụng OSA dùng Parlay API
• IM-SSF: server ứng dụng CAMEL dùng giao thức CAP
4) Server đa phương tiện
Khối MRF (Media Resource Function) cung cấp các chức năng đa phương tiện như:
• Đưa ra các thông báo (thoại hoặc video)
• hội nghị đa phương tiện (trộn nhiều luồng thoại và video)
• TTS (Text-to-speech conversation) và nhận dạng tiếng nói
• Chuyển đổi thông tin đa phương tiện (chuyển đổi giữa các codecs) MRF lại được phân ra làm một số loại. MRFC (Media Resource Function Controller) là chức năng của phần báo hiệu, có nhiệm vụ của SIP UA đối với S-CSCF và điều khiển phần MRFP qua giao diện H.248. MRFP (Media Resource Function Processor) là chức năng của phần chuyển tải, thực hiện các chức năng liên quan đến thoại/video.
5) Định tuyến gateway ngõ ra
BGCF là SIP server có chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại bị gọi. BGCF chỉ được kích hoạt khi gọi từ IMS sang mạng chuyển mạch kênh.
6) Gateway PSTN
Gateway PSTN là phần kết nối IMS với mạng chuyển mạch kênh PSTN. Về báo hiệu, mạng chuyển mạch kênh dùng báo hiệu ISUP/MTP trong khi
IMS dùng báo hiệu SIP. Về thoại, mạng chuyển mạch kênh dùng PCM trong khi IMS dùng RTP.
GW giao diện với phần báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh, có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức lớp dưới như SCTP/IP sang MTP để giúp cho việc gửi báo hiệu ISUP từ MGCF sang mạng chuyển mạch kênh và ngược lại.
MGCF có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức điều khiển cuộc gọi giữa SIP và ISUP, và giao tiếp với SGW qua SCTP. Ngoài ra, nó còn điều khiển việc sử dụng tài nguyên của MGW qua giao diện H.248.
MGW giao tiếp với phần chuyển tải của mạng chuyển mạch kênh, có nhiệm vụ chuyển đổi giữa RTP và PCM. Ngoài ra, nó còn thực hiện việc chuyển đổi định dạng thoại/video khi cần (ví dụ, IMS sử dụng codec AMR trong khi PSTN dùng G.711).
7) Tính cước
Việc tính cước ngoại tuyến được sử dụng cho các thuê bao trả sau. Tính cước trực tuyến được dùng cho các dịch vụ trả trước. Một phiên kết nối có thể được tính cước cả ngoại tuyến lẫn trực tuyến.
Đối với tính cước ngoại tuyến, tất cả các thành phần SIP của mạng (P- CSCF, I-CSCF, S-CSCF, BGCF, MRFC, MGCF, AS) sử dụng giao diện Rf của DIAMETER để gửi các thông tin cước đến khối CCF (Charging Collector Function) đặt tại trong cùng vùng mạng với chúng. CCF sẽ thu thập toàn bộ các thông tin cước để xây dựng một bản ghi cước CDR và gửi đến hệ thống tính cước của mạng. Mỗi phiên kết nối được gán một ID riêng (hay còn gọi là ICID – IMS Charging Identity). Tham số IOI sẽ cho biết mạng khởi tạo và mạng kết cuối của phiên kết nối. Mỗi mạng có hệ thống tính cước riêng. Các hệ thống tính cước của các vùng mạng khác nhau sẽ có thể trao đổi thông tin với nhau để có thể tính cước các cuộc gọi chuyển vùng.
Đối với tính cước trực tuyến, S-CSCF trao đổi trực tiếp với SCF (Session Charging Function) – có chức năng của một server ứng dụng SIP thông thường. SCF có thể báo hiệu để S-CSCF kết thúc phiên kết nối đang hoạt động nếu tài khoản thuê bao đã hết tiền. Server ứng dụng và MRFC thông tin đến khối ECF (Event Charging Function) qua giao diện DIAMETER Ro với hai trường hợp sau:
• Ở chế độ IEC (Immediate Event Charging), một số tiền được ECF trừ ngay khỏi tài khoản, sau đó, MRFC hay server ứng dụng sẽ được cho phép cung cấp dịch vụ. Nếu tài khoản hết tiền thì dịch vụ sẽ bị khoá.
• ở chế độ ECUR (Event Charging with Unit Reservation), ECF để dành một số tiền nhất định trong tài khoản thuê bao và sau đó cho phép MRFC hoặc AS cung cấp dịch vụ. Sau khi kết thúc dịch vụ, số tiền sử dụng được báo lại và trừ khỏi tài khoản, lượng tiền dành riêng sau đó sẽ được trả lại tài khoản của thuê bao.
3.2. ETSI – TISPAN
Core IMS trong kiến trúc NGN của ETSI được minh hoạ trong hình 3 - 2
IHình 3-2 – Core IMS trong phiên bản NGN release 1 (Nguồn ETSI TISPAN, 2005)
Kiến trúc NGN của TISPAN bổ sung thêm hai khối chức năng mới so với IMS của 3GPP là phần Kết nối mạng (Network Attachment Subsystem – NASS) và Điều khiển truy nhập và tài nguyên (Resource and Admission Control Subsystem – RACS).
NASS: Khối chức năng này có nhiệm vụ thực hiện quá trình đăng ký tại mức truy nhập và khởi tạo thiết bị đầu cuối để truy nhập vào dịch vụ NGN:
• cung cấp chức năng nhận diện và xác thực ở mức mạng, quản lý vùng địa chỉ IP của mạng truy nhập và nhận thực phiên truy nhập,
• thông báo điểm truy nhập dịch vụ và ứng dụng cho người dùng cuối.
O th e r I P N e tw o rk s
IP Transport (Access and Core)
T-MGF I-BGF AS HSS IBCF A-BGF P-CSCF S-CSCF BGCF I-CSCF SLF Charging Functions IWF UE « Core IMS » Mw Mw Mw/Mk/Mm Mr Mg Mj Mi Mp Mn Gm Gq IS C Cx Dx Dh Sh Ic Rf/Ro Rf/Ro Cx Ib Ia Id P S T N /IS D N SGF MRFC MGCF MRFP
Re s ource a nd Admis s ion Control S ubs ys tem
Network Attachment Subsystem If Ie Mi Mw O th e r I P N e tw o rk s
IP Transport (Access and Core)
T-MGF I-BGF AS HSS IBCF A-BGF P-CSCF S-CSCF BGCF I-CSCF SLF Charging Functions IWF UE « Core IMS » Mw Mw Mw/Mk/Mm Mr Mg Mj Mi Mp Mn Gm Gq IS C Cx Dx Dh Sh Ic Rf/Ro Rf/Ro Cx Ib Ia Id P S T N /IS D N SGF MRFC MGCF MRFP
Re s ource a nd Admis s ion Control S ubs ys tem
Network Attachment Subsystem If Ie Mi Mw
RACS:Khối này có nhiệm vụ điều khiển truy nhập và điều khiển cổng bao gồm chức năng điều khiển chuyển đổi địa chỉ và cổng mạng (NAPT) và DSCP (Differentiated Services field code point). Điều khiển truy nhập bao gồm việc kiểm tra xác thực người dùng dựa trên profile thông qua khối NASS, cấp phép cho người sử dụng dựa trên profile, chính sách riêng của nhà cung cấp và tài nguyên mạng hiện có.
Khối RACS phối hợp với chức năng truyền tải để điều khiển một hay nhiều chức năng trên lớp truyền tải như:
• lọc gói tin,
• phân loại lưu lượng,
• đánh dấu và kiểm soát lưu lượng,
• dành riêng và phân bổ băng thông,
• NAPT,
• chống spoofing địa chỉ IP,
• vượt NAPT/tường lửa,
• tính cước (usage metering).
3.3. 3GPP2
Kiến trúc IMS của 3GPP2 được thể hiện trong hình 3-3. IMS là một phần trong kiến trúc MMD (IP Multimedia Domain) của 3GPP2. Về cơ bản, IMS của 3GPP2 giống với IMS của 3GPP. Do vậy, phần này chỉ trình bày một cách tổng quan.
Kiến trúc MMD có khả năng hỗ trợ PDS và IMS. PDS cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói nói chung, IMS cung cấp các dịch vụ đa phương tiện. Có thể thấy trên hình 3-3, phần lớn các thành phần và giao diện trong kiến trúc IMS của 3GPP2 giống như của 3GPP. Tập hợp của AAA và các CSDL khác
cung cấp chức năng của HSS. CSCF cũng là một SIP server và giao diện ISC cũng dựa trên giao thức SIP. So sánh với hình 3-1, 3GPP2 cũng có OSA AS và SIP AS, tuy nhiên, lại không có CAMEL.
Hình 3-3- Kiến trúc IMS của 3GPP2
3.4. KẾT LUẬN
Trong chương này chúng ta đã tìm hiểu về kiến trúc mạng lõi IMS của 3GPP, ETSI – TISPAN và 3GPP2. Kiến trúc IMS của 3GPP bao gồm các khối chức năng như: khối cơ sở dữ liệu thuê bao, khối điều khiển cuộc gọi/phiên kết nối, các loại Server, các Gateway và khối tính cước.
Kiến trúc mạng lõi IMS của TISPAN bổ sung thêm hai khối chức năng so với IMS của 3GPP là phần kết nối mạng NASS và điều khiển truy nhập và tài nguyên RACS.
Kiến trúc IMS của 3GPP2 là một phần trong kiến trúc MMD của 3GPP2. Về cơ bản IMS của 3GPP2 giống với IMS của 3GPP.
Chương 4
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS VÀ AN NINH MẠNG
4.1. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
4.1.1 IP QoS
Để hỗ trợ QoS trong mạng IP, hiện có các công cụ sau:
• IntServ
• DiffServ
• Kỹ thuật lưu lượng
• MPLS
• Quản lý QoS theo chính sách (Policy Based QoS Management – PBQM)
4.1.1.1. IntServ (Interated Services)
IntServ sử dụng một giao thức báo hiệu để đặt trước tài nguyên cho từng luồng tin (tín hiệu thoại, video, v.v...). Giao thức báo hiệu được sử dụng bởi IntServ là RSVP.
Với IntServ, người sử dụng đưa ra một yêu cầu QoS cụ thể cho một phiên kết nối và RSVP sẽ báo hiệu cho các thiết bị hỗ trợ IntServ trong mạng để dành riêng một lượng tài nguyên (băng thông, bộ đệm) tại các thiết bị này để đảm bảo các gói tin của phiên kết nối này sẽ nhận được chất lượng dịch vụ đúng như yêu cầu. Ví dụ, người sử dụng thực hiện một cuộc gọi điện thoại IP, điện thoại IP sẽ gửi một bản tin RSVP PATH đến thiết bị bên nhận qua mạng IntServ.
Các router trong mạng IntServ trên tuyến kết nối, khi nhận được bản tin PATH sẽ hiểu đấy là báo hiệu dành trước tài nguyên cho một phiên kết nối mới, và sẽ kiểm tra tài nguyên hiện có trước khi chuyển tiếp bản tin PATH
đến router tiếp theo trên tuyến kết nối đó. Mỗi router hỗ trợ IntServ phải lưu một trạng thái tài nguyên cho kết nối đi qua nó và trạng thái này sẽ được duy trì trong suốt thời gian kết nối. Khi bản tin PATH đến phía người nhận, các tham số lưu lượng trong bản tin sẽ được bên nhận xem xét và nếu bên nhận chấp thuận hoặc cần thay đổi tham số thì bản tin RSVP RESV sẽ đuợc gửi lại cho bên gửi. Vì RSVP chỉ báo hiệu đặt trước tài nguyên cho một chiều, nên quy trình trên phải được thực hiện cho cả hai trước trước khi một kết nối hai