Phõn hệ IMS trong kiến trỳc NGN

1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2.2 Phõn hệ IMS trong kiến trỳc NGN

2.2.1 Tổng quan IMS

Hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xõy dựng bổ sung cho cỏc mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khỏch hàng đầu cuối.

IMS là một phần của kiến trỳc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phỏt triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thụng đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng khụng dõy.

IMS được thiết kế dựa trờn SIP cho phộp truyền bất kỡ phương tiện truyền thụng nào như thoại, video hay dữ liệu qua bất kỡ mạng nào.

Phõn hệ mạng lừi đa phương tiện IP bao gồm tất cả cỏc thành phần mạng lừi (CN) để cung cấp cỏc dịch vụ đa phương tiện IP. Cỏc thành phần này bao gồm tất cả cỏc thành phần liờn quan đến mạng bỏo hiệu và mạng mang như đó xỏc định ở 3GPP TS 23. 002: "Network Architecture". Dịch vụ đa phương tiện IP được dựa trờn khả năng điều khiển phiờn, cỏc mạng mang đa phương tiện, cỏc tiện ớch của miền chuyển mạch gúi (PS) do IETF xỏc định.

Để cỏc đầu cuối đường dõy cú thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo dưỡng qua mạng Internet, phõn hệ đa phương tiện IP đó cố gắng tương thớch với cỏc chuẩn IETF (chuẩn Internet). Trong một số trường hợp là lấy chuẩn giao thức của IETF do đú cỏc giao diện này tương thớch hợp lý với cỏc chuẩn Internet vớ dụ như giao thức SIP. . . .

Phõn hệ mạng lừi đa phương tiện IP cho phộp cỏc nhà vận hành mạng di động mặt đất PLMN sẵn sàng phục vụ cỏc dịch vụ đa phương tiện cho khỏch hàng của họ bằng

cỏch xõy dựng lờn cỏc ứng dụng, cỏc dịch vụ với cỏc giao thức Internet. Ở đõy khụng cú mục đớch là để chuẩn húa cỏc dịch vụ trong phạn vi của phõn hệ IM CN, mà mục đớch chớnh là để cỏc dịch vụ sẽ được phỏt triển do cỏc nhà khai thỏc mạng PLMN và hiệp hội cỏc nhà cung cấp thứ ba khỏc bao gồm cả khụng gian Internet đang sử dụng và phõn hệ IM CN. Phõn hệ IM CN cú thể cho phộp hội tụ để truy nhập thoại, hỡnh ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trờn cỏc cụng nghệ cho người dựng đầu cuối khụng dõy, và cú thể phối hợp sự phỏt triển về Internet với sự phỏt triển của truyền thụng di động.

Giải phỏp cuối cựng để cú thể hỗ trợ cỏc ứng dụng đa phương tiện IP gồm cú cỏc đầu cuối, mạng truy nhập vụ tuyến GERAN hoặc UTRAN, mạng lừi GPRS tiờn tiến, và cỏc thành phần chức năng đặc biệt của phõn hệ IM CN được mụ tả trong đồ ỏn này.

Sự khỏc biệt của IMS với kiến trỳc mạng truyền thống là lớp ứng dụng và chuyển mạch rất gần với mạng truy nhõp, với kiến trỳc này nú cú thể ỏp dụng cho bất kỡ mạng truy nhập nào như 3G, Wifi, DSL, cable …

Cỏc nhà cung cấp dịch vụ viễn thụng đang chuyển dịch vụ thoại truyền thống sang VoIP để tối ưu cho giỏ thành đầu tư và giỏ thành dịch vụ. Tuy nhiờn nếu chỉ chuyển sang mỗi mạng VoIP thỡ vẫn khụng đủ để giải quyết hết những lo õu về giỏ thành đầu tư, giỏ cước thu nhập và cũn phải tăng nhiều chi phớ mới. Khi dịch vụ thoại chuyển sang mạng IP, nú sẽ trở thành một phần của bộ cỏc dịch vụ truyền thụng hướng kết nối đa phương tiện thời gian thực chạy trờn mạng IP và cựng chia sẽ một sự sắp xếp client- server chung như dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị mạng và cỏc dịch vụ VoIP, 3G … Thờm vào đú để VoIP cú thể hỗ trợ lớp cỏc dịch vụ mới như dich vụ đa phương tiện, dịch vụ tớch hợp thỡ cần cú một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ mới. Nền tảng ở đõy được chọn chớnh là IMS (IP Multimedia Subsystem) do 3GPP định nghĩa và phỏt triển. Giải phỏp của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ thống dữ liệu, phần mềm và cỏc dịch vụ chuyờn nghiệp, để đỏp ứng mạng cần hoạt động cả mạng đường dõy và mạng khụng dõy.

Tuy nhiờn để cỏc thành phần này hội tụ với cỏc lớp dịch vụ mới và đảm bảo QoS thỡ mạng phải cú một kiến trỳc dịch vụ phự hợp và cú khả năng để hỗ trợ cho:

Tỏch lớp đầu cuối và truyền tải khỏi lớp điều khiển phiờn.

Quản lớ phiờn qua cỏc dịch vụ thời gian thực

Tương thớch với dịch vụ mạng thụng minh tiờn tiến.

Tương tỏc trong suốt với cỏc mạng TDM trước đõy.

Pha trộn thoại với cỏc dịch vụ thời gian thực.

Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thụng tin thộc tớnh người dựng qua dịch vụ

Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bỏ người dựng đầu cuối.

Mở ra giao diện chuẩn và giao diện lập trỡnh ứng dụng

3GPP, ETSI và diễn đàn Parlay định nghĩa kiến trỳc dịch vụ IMS để hỗ trợ cỏc yờu cầu đó núi đến trước đõy qua phiờn bản sau:

Hỡnh 2.3: Sơ đồ kiến trỳc IMS của 3GPP

Và kiến trỳc IMS mức cao khi nú được đặt trong mạng cựng với cỏc giao diện tương ứng như sau:

Hỡnh 2.4: Kiến trỳc IMS trong NGN

TểM LẠI: IMS trong NGN thực hiện 3 chức năng chớnh:

 Hội tụ mạng di động và mạng cố định

 Hội tụ dịch vụ. Cung cấp dịch vụ truyền thụng đa phương tiện trờn nền gúi IP

 Hội tụ đầu cuối.

2.2.2 Chức năng cỏc phần tử trong IMS

CSCF cú thể cú một số vai trũ khỏc nhau khi được sử dụng trong phõn hệ đa phương tiện IP. Nú cú thể hoạt động như một Proxy-CSCF (P-CSCF), như một Serving-CSCF (S-CSCF), và cú thể như một Interrogating-CSCF (I-CSCF). Hỡnh sau thể hiện kiến trỳc CSCF với cỏc giao diện của nú.

2.2.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF)

P-CSCF là điểm giao tiếp đầu tiờn trong phõn hệ IM CN. Địa chỉ của nú được UE phỏt hiện sau khi tớch cực thành cụng một PDP Context. P-CSCF xử lớ như một người đại diện vớ dụ tiếp nhận hay yờu cầu rồi phục vụ hoặc gửi chỳng đi. P-CSCF sẽ khụng thay đổi cỏc URI yờu cầu trong bản tin INVITE SIP. P-CSCF cú thể cư xử như một UA nhưng nú cú thể kết thỳc độc lập với giao dịch SIP.

Chức năng điều khiển hợp đồng (PCF) là một thực thể logic của P-CSCF. P-CSCF thực hiện cỏc chức năng sau:

 Chuyển tiếp yờu cầu đăng kớ SIP nhận được từ UE tới một I-CSCF đó xỏc định sử dụng tờn miền mạng nhà khi được UE cung cấp.

 Chuyển tiếp một bản tin SIP nhận được từ UE tới một Server SIP (e.g S-CSCF) với tờn của P-CSCF đó nhận được từ thủ tục đăng kớ.

 Gửi đỏp ứng hoặc yờu cầu tới UE.

Phỏt hiện hoặc điều khiển cỏc yờu cầu thiết lập phiờn khẩn cấp như cỏc thủ tục điều khiển lỗi.

 Phỏt ra cỏc CDRs.

 Bảo dưỡng hệ thống bảo mật giữa nú và UE

 Thực hiện nộn hoặc giải nộn cỏc bản tin SIP

 Trao quyền quản lớ mạng mang và quản lớ QoS

2.2.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF )

I-CSCF là điểm giao tiếp trong phạm vi mạng của nhà khai thỏc cho tất cả cỏc kết nối tới thuờ bao của nhà khai thỏc mạng, hoặc một thuờ bao chuyển mạng hiện tại nằm trong phạm vi vựng phục vụ của nhà khai thỏc mạng. Trong một mạng cú thể cú nhiều I- CSCF.

I-CSCF thực hiện cỏc chức năng sau:

 Đăng kớ.

 Phõn bổ một S-CSCF cho một người dựng thực hiện đăng kớ SIP.

 Cỏc luồng liờn quan đến phiờn và khụng liờn quan đến phiờn

 Định tuyến yờu cầu SIP nhận được từ mạng khỏc tới S-CSCF.

 Gửi yờu cầu hoặc đỏp ứng SIP tới S-CSCF đó xỏc định trong bước trờn.

 Sử dụng tài nguyờn và thanh toỏn.

 Phỏt ra cỏc CDRs

 Cổng liờn mạng ẩn cấu hỡnh: trong việc thực hiện cỏc chức năng trờn nhà khai thỏc cú thể sử dụng chức năng cổng liờn mạng ẩn cấu hỡnh (THIG) trong I-CSCF hoặc kĩ thuật khỏc để ẩn cấu hỡnh và khả năng của mạng khỏi cỏc mạng ngoài. Khi một I-CSCF được chọn để ẩn cấu hỡnh thỡ để truyền phiờn qua cỏc miền mạng khỏc nhau I-CSCF(THIG) sẽ gửi yờu cầu hoặc đỏp ứng SIP tới I- CSCF(THIG) khỏc được phộp vận hành và bảo dưỡng độc lập cấu hỡnh.

2.2.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF)

S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiờn cho UE. Nú bảo dưỡng trạng thỏi một phiờn khi cần thiết để nhà khai thỏc mạng hỗ trợ cỏc dịch vụ. Trong phạm vi mạng của nhà khai thỏc cỏc S-CSCF khỏc nhau cú thể cú cỏc chức năng khỏc nhau. S-CSCF thực hiện cỏc chức năng như sau:

 Đăng kớ

 Cú thể xử lớ như một REGISTRAR, nú tiếp nhận yờu cầu đăng kớ và thiết lập thụng tin khả dụng cho nú qua server vị trớ (e.g HSS).

 Lưu lượng liờn quan đến phiờn và khụng liờn quan đến phiờn

 Điều khiển phiờn cho cỏc đầu cuối đó đăng kớ. Nú sẽ từ chối truyền thụng IMS từ/ tới nhận dạng người dựng chung đó bị ngăn chặn khỏi IMS sau khi đó hoàn thành cỏc thủ tục đăng kớ.

 Nú cú thể xử lớ như một Proxy Server, nú tiếp nhận cỏc yờu cầu và phục vụ tại chỗ hoặc gửi chỳng đi.

 Nú cú thể xử lớ như một UA. Nú cú thể kết thỳc mà khụng phụ thuộc vào phiờn giao dịch SIP.

 Tương tỏc với mặt bằng dịch vụ để hỗ trợ cỏc loại dịch vụ.

 Cung cấp cho cỏc điểm đầu cuối bằng việc cung cấp cỏc thụng tin.

 Thay mặt cho một điểm đầu cuối khởi tạo (e.g thuờ bao khởi tạo hoặc UE)

o Nhận địa chỉ của I-CSCF từ cơ sở dữ liệu để nhà khai thỏc mạng phục vụ thuờ bao đớch từ tờn người dựng đớch (e.g Số điện thoại được quay

hoặc URL SIP), khi thuờ bao đớch là khỏch từ một nhà khai thỏc mạng khỏc gửi yờu cầu hoặc đỏp ứng SIP tới I-CSCF đú.

o Khi tờn của thuờ bao đớch (số điện thoại được quay hoặc URL SIP) và thuờ bao khởi tạo là khỏch của cựng một nhà khai thỏc mạng gửi yờu cầu hoặc đỏp ứng SIP tới một I-CSCF trong phạm vi mạng của nhà khai thỏc.

o Phụ thuộc vào chớnh sỏch của nhà khai thỏc mà yờu cầu hoặc đỏp ứng SIP gửi tới server SIP khỏc đặt trong phạm vi một miền ISP bờn ngoài phõn hệ IM CN.

o Gửi yờu cầu hoặc đỏp ứng SIP tới BGCF để định tuyến cuộc gọi tới miền PSTN hoặc miền chuyển mạch kờnh.

 Thay mặt điểm đầu cuối đớch (thuờ bao kết cuối hoặc UE)

o Gửi đỏp ứng hoặc yờu cầu SIP tới một P-CSCF cho thủ tục MT tới một thuờ bao nhà trong phạm vi mạng nhà, hoặc cho một thuờ bao chuyển mạng trong phạm vi mạng khỏch mà ở đú mạng nhà khụng cú một I- CSCF trong tuyến.

o Gửi đỏp ứng hoặc yờu cầu SIP tới một I-CSCF trong thủ tục MT cho thuờ bao chuyển mạng trong phạm vi một mạng khỏch mà ở đú mạng nhà khụng cú I-CSCF trong tuyến này.

o Gửi đỏp ứng hoặc yờu cầu SIP tới một BGCF để định tuyến cuộc gọi tới PSTN hoặc miền chuyển mạch kờnh.

 Sử dụng tài nguyờn và thanh toỏn

 Phỏt ra cỏc CDRs

2.2.2.4 BGCF (Breakout Gateway Control Function)

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) lựa chọn mạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kờnh (CSN) mà lưu lượng sẽ được định tuyến sang. Nếu BGCF xỏc định được rằng lưu lượng chuyển mạng đú sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cựng mạng với BGCF thỡ nú sẽ lựa chọn một MGCF để đỏp ứng cho liờn mạng với PSTN hay CSN. Nếu lưu lượng chuyển sang mạng khụng nằm cựng với BGCF thỡ BGCF sẽ gửi bỏo hiệu phiờn này tới BGCF đang quản lớ mạng đớch đú.

 Nhận yờu cầu từ S-CSCF để lựa chọn một điểm chuyển lưu lượng phự hợp sang PSTN hay CSN

 Lựa chọn mạng đang tương tỏc với PSTN hay CSN. Nếu như sự tương tỏc ở trong một mạng khỏc thỡ BGCF sẽ gửi bỏo hiệu SIP tới BGCF của mạng đú. Nếu như sự tương tỏc nằm trong một mạng khỏc và nhà khai thỏc yờu cầu ẩn cấu hỡnh mạng đú thỡ BGCF gửi bỏo hiệu SIP thụng qua một I-CSCF(THIG) về phớa BGCF của mạng đú.

 Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tỏc với PSTN hoặc CSN và gửi bỏo hiệu SIP tới MGCF đú. Điều này khụng thể sử dụng khi tương tỏc nằm trong một mạng khỏc.

 Đưa ra cỏc CDRs

BGCF cú thể sử dụng thụng tin nhận được từ cỏc giao thức khỏc hoặc sử dụng thụng tin quản lớ khi lựa chọn mạng sẽ tương tỏc.

2.2.2.5 HSS (Home subscriber Server)

Đõy là cơ sở dữ liệu chung cho tất cả cỏc người dựng, nú chứa cả HLR trong thể thức mạng GPRS. Nú chịu trỏch nhiệm lưu trữ danh sỏch cỏc đặc điểm và thuộc tớnh dịch vụ của người dựng đầu cuối. Danh sỏch này được sử dụng để kiểm tra vị trớ và cỏc biện phỏp truy nhập thuờ bao. Nú cung cấp thụng tin thuộc tớnh người dựng một cỏch trực tiếp hoặc thụng qua cỏc server. Thuộc tớnh thuờ bao lưu trữ gồm: nhận dạng người dựng, dịch vụ đó thuờ bao, thụng tin trao quyền. HSS chứa cỏc chức năng đa phương tiện IP để truyền tải thụng tin tới cỏc thực thể thớch hợp trong mạng lừi để thiết lập cuộc gọi/ phiờn, an ninh, trao quyền vv. Nú cũng truy nhập vào cỏc server nhận thực như AUC, AAA.

2.2.2.6 MGCF (Media Gateway Control Function)

Thành phần này là điểm kết cuối cho PSTN/ PLMN cho một mạng xỏc định. MGCF thực hiện cỏc chức năng sau:

 Điều khiển trạng thỏi cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho cỏc kờnh phương tiện trong một MGW

 Truyền thụng với CSCF

 MGCF lựa chọn CSCF phụ thuộc vào số định tuyến cho cỏc cuộc gọi lối vào từ cỏc mạng kế thừa

 Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa mạng kế thừa (vớ dụ ISUP, R1/ R2 vv) và cỏc giao thức điều khiển cuộc gọi mạng R00

 Giải sử MGCF nhận được thụng tin ngoài băng thỡ nú cú thể chuyển tiếp thụng tin này tới CSCF/ MGW

2.2.2.7 MRF (Multimedia resource function)

Kiến trỳc liờn quan đến chức năng tài nguyờn đa phương tiện (MRF) được thể hiện trong hỡnh như sau:

Hỡnh 2.6: Kiến trỳc MRF

MRF được phõn tỏch thành bộ điều khiển chức năng tài nguyờn đa phương tiện MRFC và bộ xử lớ chức năng tài nguyờn đa phương tiện MRFP như hỡnh vẽ trờn thể hiện.

Nhiệm vụ của của MRFC như sau:

 Điều khiển tài nguyờn phương tiện trong MRFP

 Dịch thụng tin đến từ AS và S-CSCF (Vớ dụ nhận dạng phiờn) để điều khiển MRFP một cỏch phự hợp

Nhiệm vụ của MRFP như sau:

 Điều khiển phần mang giữa MRFP và GGSN

 Cung cấp tài nguyờn để MRFC điều khiển

 Trộn cỏc luồng phương tiện lối vào

 Tài nguyờn luồng phương tiện

 Xử lớ luồng phương tiện

2.2.2.8 IMS-MGW (IP multimedia sbsystem-Media gateway function)

Một IMS-MGW cú thể kết thỳc cỏc kờnh mang từ mạng chuyển mạch kờnh và cỏc luồng phương tiện từ mạng chuyển mạch gúi (vớ dụ dũng RTP trong mạng IP). IMS-

MGW cú thể hỗ trợ chuyển đổi phương tiện điều khiển mang và xử lớ tải trọng (vớ dụ mó húa, triệt vọng, cầu hội nghị). Nú cú thể:

 Tương tỏc với MRCF để điều khiển tài nguyờn

 Tự nú điều khiển tài nguyờn như triệt tiếng vọng…

 Cú thể cần phải mó húa

IMS-MGW sẽ được cung cấp tài nguyờn cần thiết để hỗ trợ cỏc phương tiện truyền tải UMTS/ GSM. Hơn nữa IMS-MGW cũn phải bổ sung thờm nhiều bộ mó húa và cỏc giao thức khung và hỗ trợ cỏc chức năng đặc tả di động.

2.2.2.9 SGW (Signalling gateway function)

Chức năng cổng bỏo hiệu được sử dụng để kết nối cỏc mạng bỏo hiệu khỏc nhau vớ dụ mạng bỏo hiệu SCTP/ IP và mạng bỏo hiệu SS7. Chức năng cổng bỏo hiệu cú thể triển khai như một thực thể đứng một mỡnh hoặc bờn trong mụj thực thể khỏc. Cỏc luồng phiờn trong đặc tả này khụng thể hiện SGW nhưng khi làm việc với PSTN hay miền chuyển mạch kờnh thỡ cần cú một SGW để chuyển đổi truyền tải bỏo hiệu. SGW được triển khai như hai node logic sau: