2.2.1. Yêu cầu kiến trúc
- Các phiên đa phương tiện IP
Các mạng liên lạc đang tồn tại có thể yêu cầu các loại dịch vụ thoại, video và tin nhắn sử dụng chuyển mạch kênh biên. Dịch vụ khách hàng cuối không bị từ chối khi khách hàng chuyển từ miền chuyển mạch gói sang bắt đầu sử dụng IMS. IMS sẽ liên lạc với mức trên bằng cách yêu cầu các điều kiện liên lạc được nâng cao chất lượng. Người dùng có thể tắch hợp thoại, video, văn bản, chia sẻ nội dung và hiện diện là một phần trong phiên liên lạc và có thể thêm vào hoặc loại đi dịch vụ cũng như vậy khi mà họ chọn.
- Kết nối IP
Yêu cầu nền tảng là thiết bị phải có kết nối IP để có thể truy nhập. Các ứng dụng ngang hàng yêu cầu sự nắm bắt đầu cuối tới đầu cuối và kết nối này có thể đạt được dễ dàng nhất với phiên bản IPv6, vì IPv6 không thiếu địa chỉ. Do vậy, 3GPP đã sắp xếp các vấn đề vì IMS hỗ trợ riêng cho IPv6. Việc bổ sung và thực hiện IMS ban đầu có thể sử dụng IPv4. 3GPP đưa ra các lưu ý về việc các phiên bản IP kết nối công việc với nhau được xử lý như thế nào trong IMS. Kết nối IP có thể đạt được từ mạng nhà lẫn mạng khách. Hình dưới chỉ ra lựa chọn kết nối IMS khi NSD chuyển vùng.
Các lựa chọn kết nối IMS khi một người dùng đang chuyển vùng được mô tả như hình vẽ sau:
- Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ đa phương tiện IP
Trong mạng Internet công cộng, trễ có xu hướng cao và đa dạng, các gói tới bị hỏng và một vài gói bị mất hoặc bị loại. Với IMS thì trường hợp này sẽ không còn tồn tại lâu nữa. Các mạng truy nhập và tuyền tải cơ bản cùng với IMS cung cấp chất lượng dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối (QoS). Theo IMS, UE sắp xếp các khả năng và nhấn mạnh các yêu cầu về QoS trong suốt phiên giao thức khởi tạo phiên (SIP) hoặc quá trình thay đổi phiên. UE có thể sắp xếp các tham số như sau:
o Loại phương tiện, hướng lưu lượng.
o Tốc độ bit loại phương tiện, kắch cỡ gói, tần xuất truyền tải gói
o Sử dụng tải RTP cho các loại phương tiện
o Tương thắch băng thông - Liên lạc đảm bảo
Bảo mật là yêu cầu cơ bản trong mọi hệ thống viễn thông và IMS không phải ngoại lệ. IMS có các cơ chế cho phép và nhận thực giữa UE và mạng IMS thêm vào thủ tục mạng truy nhập (mạng GPRS). Hơn nữa, tắnh tin cậy của bản tin SIP hoặc lựa chọn được cung cấp giữa UE, mạng IMS ảo và giữa các thực thể mạng IMS mà không quan tâm tới mạng lõi cơ sở (đó là RAN và GPRS). Vì vậy, IMS cung cấp ắt nhất mức bảo mật là GPRS tương ứng và các mạng chuyển mạch kênh.
- Điều chỉnh tắnh cước
Tổng quan về tắnh cước trong IMS được mô tả như hình vẽ dưới đây:
Kiến trúc IMS cho phép sử dụng các mô hình tắnh cước khác nhau. Gồm, khả năng tắnh cước bên tham gia gọi đi hoặc để tắnh cước của cả phắa gọi đến và gọi đi trên cơ sở nguồn được dùng ở mức truyền tải. Sau đó người gọi có thể bị tắnh cước trong toàn bộ phiên mức IMS: có thể sử dụng các sơ đồ tắnh cước khác nhau tại mức IMS và mức truyền tải.
Trong phiên IMS có thể gồm thành phần đa phương tiện (thoại và video), yêu cầu IMS cung cấp điều kiện tắnh cước mỗi thành phần phương tiện. Điều này cho phép khả năng tắnh cước phắa bị gọi nếu họ thêm vào thành phần phương tiện mới trong phiên, và cũng yêu cầu các mạng IMS khác nhau có thể thay đổi thông tin trong tắnh cước được áp dụng vào phiên hiện tại.
Kiến trúc IMS hỗ trợ cả khả năng tắnh cước online và offline. Tắnh cước online là tiến trình tắnh cước mà ở đó thông tin tắnh cước có thể ảnh hưởng trong thời gian thực mà dịch vụ đưa ra, vì vậy, tương tác trực tiếp điều khiển phiên/dịch vụ. Hình 2.3 chỉ ra cái nhìn đơn giản về việc tắnh cước thông thường trong môi trường IMS. Rõ ràng chìa khóa ở đây là: IMS thêm khả năng tắnh cước cho lưu lượng IP người dùng hơn là cách trước đây.
- Hỗ trợ chuyển vùng
Người dùng có thể truy cập vào dịch vụ của mình mà không xét đến vị trắ địa lý. Đặc điểm chuyển vùng làm cho người dùng có thể sử dụng dịch vụ thậm chắ khi không ở những vùng trong vùng dịch vụ của mạng nhà.
Hình 2.4. Các thay đổi chuyển vùng IMS/CS
- Làm việc tương tác với các mạng khác
IMS hỗ trợ liên lạc với PSTN, ISDN, khách hàng Internet và di động. Thêm vào đó, có thể hỗ trợ các phiên với các ứng dụng Internet thực hiện không thuộc về tổ chức 3GPP.
- Sự phát triển dịch vụ
Quan trọng là có nền dịch vụ mở rộng và đưa ra dịch vụ mới nhanh chóng, nghĩa là cách tiêu chuẩn hóa bộ dịch vụ từ xa, ứng dụng và dịch vụ bổ sung. Vì vậy 3GPP đang tiêu chuẩn hóa các dịch vụ tiềm năng. Kiến trúc IMS gồm khung làm việc dịch vụ cung cấp khả năng hỗ trợ thoại, video, đa phương tiện, tin nhắn, chia sẻ, truyền dữ liệu, và các dịch vụ bổ sung cơ bản trong IMS.
- Thiết kế phân lớp
3GPP quyết định tiếp cận các lớp để thiết kế kiến trúc, có nghĩa là các dịch vụ biên và truyền tải là riêng biệt với mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên.
Kiến trúc các lớp và IMS được mô tả như trong hình vẽ dưới đây:
Hình 2.5. Kiến trúc các lớp và IMS
Các lớp có sự độc lập tối thiểu cho phép các mạng truy nhập mới vào hệ thống dễ . Mạng vùng nội hạt không dây (WLAN) truy nhập vào IMS được thêm vào 3GPP phiên bản 6 và truy nhập băng rộng cố định tới IMS là tiêu chuẩn trong phiên bản 7.
Khi thuê bao đang sử dụng điện thoại di động hoặc khách hàng sử dụng PC để liên lạc, cùng nhóm và hiện diện liệt kê các chức năng trong IMS sẽ được dùng. Các dịch vụ khác nhau có những yêu cầu khác nhau. Bao gồm: băng thông, độ hội tụ, xử lý công suất trong thiết bị.
Chức năng đa truy nhập được xây dựng trong kiến trúc IMS, giải pháp hội tụ di động và cố định của các nhà vận hành mạng di động và cố định. Điều này sẽ cho phép
các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng các khả năng và đặc điểm của các thiết bị được lựa chọn hiện tại và phương pháp truy nhập mạng .
- Truy nhập độc lập
IMS được thiết kế để truy nhập độc lập vì vậy các dịch vụ IMS được cung cấp qua các mạng kết nối IP (GPRS, WLAN). Tuy nhiên, các tiêu chuẩn IMS phiên bản 5 có vài đặc điểm riêng của GPRS. Trong phiên bản 6 (GPRS) vấn đề truy nhập riêng được chia từ các mô tả IMS và kiến trúc IMS trở lại trạng thái gốc (truy nhập độc lập).
2.2.2. Mô tả các chức năng và các thực thể trong IMS
Những thực thể trong IMS có thể được phân thành sáu loại: Quản lý phiên và định tuyến (CSCFs), cơ sở dữ liệu (HSS, SLF), các dịch vụ (server ứng dụng, MRFC, MRFP), các hàm làm việc tương tác (BGCF, MGCF, IMS Ờ MGW, SGW), các chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG), tắnh cước.
Ớ Các chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)
Có ba loại chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF): đại diệnỜCSCF (P- CSCF), dịch vụ-CSCF (S-CSCF) và truy vấnỜCSCF (I-CSCF). Mỗi CSCF có các nhiệm vụ riêng. Thông thường tất cả CSCF thực hiện một vai trò trong suốt tiến trình thiết lập phiên và đăng ký và tạo bộ máy định tuyến SIP. Hơn nữa, tất cả các khối chức năng có thể gửi dữ liệu tắnh cước tới một khối chức năng tắnh cước offline.
PỜCSCF và SỜCSCF đều có thể giải phóng phiên trên danh nghĩa người dùng (vắ dụ, khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang bị treo hoặc P-CSCF nhận lưu ý rằng một phương tiện biên bị mất) và có thể kiểm tra nội dung của tải giao thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra khi nào nó chứa loại phương tiện hoặc giải mã, mà không được cho phép khách hàng. Khi đề xuất của SDP không phù hợp với chắnh sách của nhà vận hành, CSCF từ chối yêu cầu và gửi một bản tin lỗi SIP tới UE.
Ớ Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF)
Khối chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF) là điểm liên lạc đầu tiên của người dùng trong IMS, có nghĩa là tất cả lưu lượng báo hiệu SIP từ UE sẽ được gửi tới P-CSCF. Tương tự, tất cả các đầu cuối báo hiệu SIP từ mạng được gửi từ P-CSCF tới UE. Có bốn nhiệm vụ riêng được đăng ký cho P-CSCF: nén SIP, kết hợp bảo mật IPSec, tương tác với chức năng quyết định chắnh sách (PDF) và phát hiện phiên khẩn cấp.
P-CSCF chịu trách nhiệm duy trì kết hợp bảo mật (SAs) và áp dụng bảo vệ toàn bộ và tin cậy cho báo hiệu SIP. Điều này được thực hiện trong suốt phiên đăng ký SIP vì UE và P-CSCF điều chỉnh IPSec SAs. Sau khi bắt đầu đăng ký P-CSCF có thể áp dụng bảo vệ toàn bộ và tin cậy báo hiệu SIP.
Ớ Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF)
Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF) là điểm liên lạc trong mạng nhà vận hành cho tất cả các kết nối xác định đắch tới thuê bao của nhà vận hành mạng đó. I-CSCF có bốn nhiệm vụ:
- Đạt được tên của next hop (hoặc là S-CSCF hoặc là server ứng dụng) từ server thuê bao nhà (HSS).
- Phân công cho S-CSCF dựa trên các khả năng nhận được từ HSS.
- Định tuyến các yêu cầu đến tới S-CSCF được phân công hoặc tới server ứng dụng.
- Cung cấp chức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình (THIG).
Ớ Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF)
Chức năng điều khiển cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF) - điểm trọng tâm của IMS là khi chịu trách nhiệm xử lý quá trình đăng ký, tạo quyết định định tuyến, duy trì trạng thái phiên, và lưu đặc điểm dịch vụ. Khi người dùng gửi yêu cầu đăng ký. nó sẽ được định tuyến tới S-CSCF, tải dữ liệu nhận thực từ HSS. Trên cơ sở dữ liệu nhận thực phát lệnh tới UE. Sau khi nhận hồi đáp và kiểm tra, S-CSCF chấp nhận đăng ký và bắt đầu giám sát trạng thái đăng ký. Sau quá trình này người dùng có thể bắt đầu và nhận các dịch vụ IMS. Hơn nữa, S-CSCF tải về đặc điểm dịch vụ từ HSS là một phần của quá trình đăng ký.
S-CSCF sử dụng thông tin gồm hồ sơ dịch vụ để quyết định khi nào và server ứng dụng nào được liên lạc khi người dùng gửi một yêu cầu SIP hoặc nhận một yêu cầu từ ai khác. Hình 2.6 mô tả vai trò của S-CSCF trong các quyết định định tuyến. S- CSCF còn có thể gửi thông tin liên quan tài khoản tới hệ thống tắnh cước online cho các mục đắch tắnh cước online (đó là hỗ trợ cho các thuê bao trả trước).
Thiết lập phiên IMS cơ bản và định tuyến S-CSCF được mô tả như trong hình vẽ sau đây:
Hình 2.6. Thiết lập phiên IMS cơ bản và định tuyến S-CSCF
Ớ Cơ sở dữ liệu
Có hai cơ sở dữ liệu chắnh trong kiến trúc IMS: server thuê bao thường trú (HSS) và chức năng định vị thuê bao (SLF).
HSS là bộ lưu dữ liệu chắnh cho tất cả các thuê bao và dữ liệu dịch vụ liên quan của IMS. Dữ liệu chắnh được lưu trong HSS bao gồm các định dạng người dùng, thông tin đăng ký, các tham số truy nhập và thông tin bắt đầu dịch vụ. Nhận dạng khách hàng gồm 2 loại: nhận dạng khác hàng công cộng và riêng. Các tham số truy nhập IMS được sử dụng để thiết lập các phiên và gồm các tham số giống như nhận thực người dùng, cho phép chuyển vùng và chỉ định tên S-CSCF. Thông tin bắt đầu dịch vụ cho phép thực hiện dịch vụ SIP.
Hình 2.7. Cấu trúc HSS
SLF được dùng như là cơ chế giải quyết cho phép I-CSCF, S-CSCF và AS tìm kiếm địa chỉ của HSS nắm giữ dữ liệu thuê bao của thực thể người dùng đã đưa ra khi HSS có thể xác định nhiều địa chỉ và riêng rẽ được thực hiện bởi nhà vận hành mạng.
Ớ Các chức năng dịch vụ
Có ba chức năng được đưa ra là các chức năng liên quan dịch vụ IMS là: bộ điều khiển chức năng nguồn đa phương tiện (MRFC), bộ xử lý chức năng nguồn đa phương tiện (MRFP), và server ứng dụng (AS).
ASs được mô tả ở đây là một phần các chức năng IMS vì ASs là các thực thể cung cấp các dịch vụ đa phương tiện giá trị gia tăng trong IMS, như hiện diện và Push to talk qua di động. AS nằm trong mạng gia đình của khách hàng hoặc là vị trắ bên thứ ba. Bên thứ ba ở đây có nghĩa là mạng hoặc là AS đứng một mình. Các chức năng chắnh của AS là: Có thể xử lý và ảnh hưởng phiên SIP tới nhận được từ IMS, có khả năng phát các yêu cầu SIP, có khả năng gửi thông tin tài khoản tới các chức năng tắnh cước.
IM-SSF được giới thiệu trong kiến trúc IMS để hỗ trợ các dịch vụ kế thừa được phát triển trong CSE. Nó dẫn ra các đặc điểm mạng và liên mạng với giao diện phần ứng dụng CAMEL (CAP.)
Hình 2.8. Mối quan hệ giữa các loại server ứng dụng
AS SIP là server trên cơ sở SIP, dẫn một dải rộng các dịch vụ đa phương tiện giá trị gia tăng. AS SIP có thể được dùng để cung cấp các dịch vụ hiện diện, bản tin, Push to talk qua di động và hội nghị. Hình 1.13 chỉ ra các chức năng khác nhau kết nối như thế nào. Tương lai của AS SIP S-CSCF, server khả năng dịch vụ OSA và IM-SSF đưa ra cùng đặc tắnh điểm tham chiếu.
MRFC và MRFP cùng cung cấp các cơ chế cho các dịch vụ liên quan tới biên như là hội nghị, thông báo tới một khách hàng hoặc chuyển mã biên trong kiến trúc IMS.
Ớ Các thực thể GPRS
o Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)
Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) liên kết RAN tới mạng lõi gói, có nhiệm vụ thực hiện cả chức năng điều khiển và xử lý lưu lượng cho miền PS. Phần điều khiển chứa hai chức năng chắnh: quản lý động và quản lý phiên. Quản lý động giải quyết vị trắ, trạng thái UE, nhận thực cả thuê bao và UE. Phần điều khiển của quản lý phiên giải quyết điều khiển thừa nhận kết nối và bất cứ thay đổi nào trong các kết nối dữ liệu đang tồn tại. Nó cũng quản lý các dịch vụ và nguồn mạng 3G. SGSN đảm bảo các kết nối nhận QoS phù hợp. Thêm vào đó, SGSN phát thông tin tắnh cước.
o Node hỗ trợ cổng GPRS (GGSN)
Node hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) cung cấp sự ảnh hưởng với các mạng dữ liệu gói ngoài. Chức năng gốc của GGSN là để kết nối UE tới các mạng dữ liệu ngoài, nơi các ứng dụng dựa trên cơ sở IP và các dịch vụ cư trú. Mạng dữ liệu ngoại có thể là IMS hoặc Internet. Nói cách khác, GGSN định tuyến các gói IP chứa báo hiệu SIP từ UE tới P-CSCF, và ngược lại. Thêm vào, GGSN quan tâm tới việc định tuyến các gói IP phương tiện IMS tới mạng đắch (vắ dụ, để GGSN trong mạng đầu cuối). Ngoài ra GGSN đưa ra chắnh sách và giám sát việc sử dụng nội dung PDP cho lưu lượng phương tiện IMS và phát thông tin tắnh cước.
2.3. Các giao thức sử dụng trong IMS
2.3.1. Giao thức khởi tạo phiên SIP Ờ Session Initiation Protocol
SIPỜgiao thức khởi tạo phiên là giao thức lớp ứng dụng được sử dụng để thiết lập, thay đổi và xác định đầu cuối các phiên đa phương tiện trong giao thức Internet (IP). Các ứng dụng gồm: thoại, hình ảnh, trò chơi, tin nhắn, điều khiển cuộc gọi và