Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản. Các thực thể chức năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản: nhóm quản lý phiên và định tuyến (CSCF); cơ sở dữ liệu (HSS, SLF); dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP); các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW); các bộ phận chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG); tính cƣớc. Dƣới đây sẽ phân tích các chức năng cơ bản theo các thực thể trong IMS.
a, Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)
Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất là một máy chủ SIP và đóng vai trò trung tâm của IMS. CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong IMS. Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác 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 có nhiệm vụ riêng. Thƣờng thì tất cả các CSCF tham gia trong suốt quá trình đăng ký thiết lập phiên và định hình cơ chế định tuyến SIP. Ngoài ra, tất cả các chức năng đều có khả năng gửi số liệu tính cƣớc tới bộ chức năng tính cƣớc offline. Có vài chức năng thông thƣờng mà P-CSCF và S-CSCF có thể thực hiện. Các thực thể có khả năng giải phóng phiên thay cho thuê bao (ví dụ khi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang treo - không sử dụng, hoặc P- CSCF nhận đƣợc thông báo kênh mang truyền thông bị mất) và có khả năng kiểm tra nội dung của giao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại hoặc các mã truyền thông trong giao thức này. Khi SDP đang sử dụng không phù hợp với chính
sách của nhà khai thác, CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tới UE.
CSCF đại diện (ủy quyền)
P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS. Có nghĩa là tất cả lƣu lƣợng báo hiệu SIP từ UE sẽ đƣợc gửi tới P-CSCF. Ngƣợc lại, tất cả các kết cuối báo hiệu SIP từ mạng đƣợc gửi từ P-CSCF tới UE. Bốn chức năng cơ bản của P-CSCF bao gồm: nén SIP, kết hợp bảo mật IP (IPSec), tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) và xác định phiên khẩn cấp. Có thể có một hoặc nhiều P-CSCF trong một mạng. P-CSCF thực hiện các chức năng sau: o Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên
tên miền do UE cung cấp.
o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục vụ (S-CSCF). o Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP tới UE.
o Phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên.
o Tạo thông tin tính cƣớc để gửi cho nút tính cƣớc CCF.
o Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết bảo mật giữa UE và P-CSCF. Chức năng này đƣợc cung cấp bởi giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật đóng gói ESP.
o Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE. P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486].
o Chức năng kiểm tra phƣơng tiện. P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao thức mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tới UE.
o Duy trì bộ định thời phiên. Các bộ định thời phiên cho phép P-CSCF phát hiện và giải phóng tài nguyên do các phiên đang bị treo chiếm dụng.
o Tƣơng tác với chức năng quyết định chính sách (PDF). PDF chịu trách nhiệm triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP). Trong Release 5, PDF là một thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình. Thông thƣờng một mạng IMS sẽ có nhiều P-CSCF tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng. Mỗi P-CSCF chỉ phục vụ một số lƣợng các đầu cuối IMS nhất định.
CSCF truy vấn
CSCF truy vấn (I-CSCF) là một SIP Proxy nằm tại biên giới của vùng quản lý. Địa chỉ của các I-CSCF trong một miền sẽ đƣợc liệt kê trong các bản ghi DNS của miền đó. Khi muốn xác định bƣớc nhảy tiếp theo cho một bản tin nào đó của thủ tục SIP thì máy chủ SIP phải biết đƣợc địa chỉ của ít nhất là một I-CSCF của miền mà bản tin đó cần đến. Có thể có nhiều I-CSCF bên trong một mạng. I-CSCF thực hiện các chức năng sau:
o Liên lạc với HSS để thu đƣợc tên của S-CSCF đang phục vụ khách hàng. o Đăng ký (gán) một S-CSCF dựa trên dung lƣợng nhận đƣợc từ HSS. o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF.
o Cung cấp chức năng che giấu. I-CSCF có chứa một tính năng gọi là THIG – cổng liên mạng che giấu cấu hình. THIG đƣợc sử dụng để che cấu hình và dung lƣợng của mạng từ phía bên ngoài mạng của nhà khai thác.
Số lƣợng I-CSCF trong một mạng tùy thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó.
CSCF phục vụ
CSCF phục vụ (S-CSCF) là một máy chủ SIP đóng vai trò trung tâm của mặt bằng báo hiệu với chức năng chủ yếu là điều khiển phiên. Ngoài tƣ cách là một máy chủ thì S-CSCF còn hoạt động nhƣ một bộ đăng ký SIP, có nghĩa nó chứa một ràng buộc giữa vị trí khách hàng (là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối nơi khách hàng đăng nhập) và địa chỉ SIP của bản ghi thuộc về khách hàng đó (còn gọi là nhận dạng chung cho khách hàng). Có thể có nhiều S-CSCF bên trong mạng. S-CSCF thực hiện các chức năng sau:
o Điều khiển các yêu cầu đăng ký nhƣ một register. S-CSCF nhận biết đƣợc địa chị IP của UE và P-CSCF nào đang đƣợc UE sử dụng nhƣ một điểm truy cập IMS.
o Nhận thực ngƣời dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA) giữa UE và mạng nhà.
o Tải thông tin ngƣời dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS trong suốt quá trình đăng ký hoặc khi xử lý một yêu cầu tới ngƣời dùng không đƣợc đăng ký. o Định tuyến lƣu lƣợng đầu cuối di động tới P-CSCF và định tuyến lƣu lƣợng
khởi xƣớng từ di động tới I-CSCF, thực thể chức năng điều khiển cổng thoát BGCF) hay máy chủ ứng dụng (AS).
o Thực hiện chức năng điều khiển phiên. S-CSCF có thể hoạt động giống nhƣ một máy chủ đại diện.
o Tƣơng tác với các nền tảng dịch vụ.
o Phiên dịch số E.164 tới URI dùng để nhận dạng tài nguyên hợp nhất sử dụng cơ chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS). Chức năng này là cần thiết do việc định tuyến cho một bản tin SIP trong IMS chỉ sử dụng các SIP URI, nghĩa là trong trƣờng hợp một khách hàng quay một số điện thoại thay vì sử dụng SIP URI thì S-CSCF phải sử dụng các dịch vụ phiên dịch số.
o Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần.
o Thực hiện kiểm tra phƣơng tiện. S-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin SDP và kiểm tra xem nó chứa các loại phƣơng tiện hay codec. Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng thì S- CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi đi bản tin báo lỗi SIP.
o Duy trì bộ đinh thời phiên. Nó cho phép S-CSCF phát hiện và giải phóng các tài nguyện do các phiên đang chiếm dụng.
o Tạo và gửi thông tin tính cƣớc tới nút tính cƣớc CCF để tính cƣớc offline và tới hệ thống OCS để tính cƣớc online.
Số lƣợng S-CSCF trong một mạng phụ thuộc vào quy mô và độ dƣ của mạng đó. Mỗi S-CSCF chỉ phục vụ cho một số lƣợng thiết bị đầu cuối IMS nhất định. Khác với P-CSCF và I-CSCF, S-CSCF luôn nằm ở mạng nhà.
b, Cơ sở dữ liệu HSS/HLR
Về khía cạnh kỹ thuật, máy chủ thuê bao mạng nhà HSS là sự cải tiến từ HLR. Trong IMS, HSS là trung tâm lƣu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phƣơng tiện cho khách hàng đó. Những dữ liệu này là thông tin định vị, thông tin an ninh (gồm thông tin nhận thực và thông tin trao quyền), thông tin hồ sơ khách hàng (các dịch vụ mà khách hàng đăng ký) và thông tin về S-CSCF đƣợc gán cho mỗi khách hàng.
Chức năng HLR đƣợc sử dụng để hỗ trợ cho các thực thể miền PS nhƣ SGSN và GGSN. Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền PS. HLR cũng hỗ trợ cho các thực thể miền CS nhƣ MSC hay các server MSC. Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền CS và hỗ trợ roaming tới các mạng miền CS GSM/UMTS.
Trong một mạng có thể có nhiều HSS tùy vào số lƣợng thuê bao. Tuy nhiên, tất cả dữ liệu của một khách hàng phải đƣợc lƣu trữ trong một HSS duy nhất. Các mạng có từ hai HSS trở lên thì phải bổ sung thêm một SLF (có chức năng ánh xạ địa chỉ khách hàng đến HSS). Khi một nút gửi truy vấn đến SLF trong đó có chứa địa chỉ của khách hàng thì nó sẽ đƣợc HSS trả lời toàn bộ thông tin có liên quan đến khách hàng đó.
c, Máy chủ ứng dụng (AS)
Các server ứng dụng không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức năng phía trên IMS. Tuy nhiên các AS ở đây đƣợc mô tả nhƣ một phần chức năng IMS do thực thể này cung cấp các dịch vụ đa phƣơng tiện giá trị thặng dƣ trong IMS. AS có thể nằm tại mạng nhà hay mạng của nhà cung cấp dịch vụ thứ ba, trong đó ngƣời điều hành mạng nhà đã thỏa thuận về vấn đề cung cấp dịch vụ với nhà
cung cấp thứ ba này. AS sẽ không giao tiếp với HSS khi nó không nằm trên mạng nhà. Các chức năng chính của AS bao gồm:
o Khả năng xử lý và tác động tới phiên SIP thu đƣợc. o Khả năng tạo ra các yêu cầu SIP.
o Khả năng gửi thông tin thanh toán tới bộ phận tính cƣớc.
d, Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phương tiện MRF
Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phƣơng tiện (MRF) có chức năng cung cấp tài nguyên đa phƣơng tiện trong mạng nhà, các luồng phƣơng tiện hỗn hợp, chuyển mã giữa các bộ codec, thu nhận thông tin thống kê và phân tích các loại phƣơng tiện.
MRF đƣợc chia thành nút nằm trên mặt bằng báo hiệu (MRFC) và nút nằm trên mặt bằng phƣơng tiện (MRFP). MRFC hoạt động nhƣ một tác nhân khách hàng SIP, nó giao tiếp với S-CSCF thông qua giao thức SIP và có chức năng điều khiển tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248.
MRFP thực hiện tất cả các chức năng liên quan đến phƣơng tiện, ví dụ nhƣ thể hiện (playing) và trộn lẫn (mixing) phƣơng tiện. MRF luôn luôn nằm ở mạng nhà.
e, Thực thể chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF)
MGCF là thực thể cho phép giao tiếp giữa IMS và ngƣời dùng CS. Nó thực hiện các chức năng sau:
o Điều khiển những phần của trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênh phƣơng tiện trong một IMS-MGW.
o Truyền thông với các thực thể CSCF, BGCF, và PSTN.
o Quyết định trạm tiếp theo phụ thuộc vào số định tuyến cho những cuộc gọi vào từ các mạng truyền thống.
o Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa những giao thức điều khiển cuộc gọi ISUP/TCAP và phân hệ IMS .
o Thông tin ngoài băng nhận đƣợc trong MGCF đƣợc đẩy tới CSCF/IMS-MGW.
o Gửi thông tin tính cƣớc tới CCF.
f, Thực thể chức năng điều khiển cổng (BGCF)
BGCF chịu trách nhiệm lựa chọn lối thoát đến miền CS. Quá trình này có thể lựa chọn ra lối thoát trong chính mạng cấp phát BGCF hoặc lối thoát tới mạng khác. Trong trƣờng hợp thứ nhất, BGCF sẽ lựa chọn một thực thể chức năng MGCF để xử lý phiên. Trƣờng hợp thứ hai, BGCF sẽ chuyển tiếp phiên tới BGCF khác trong mạng đƣợc lựa chọn. Ngoài ra, BGCF cũng có chức năng gửi thông tin tính cƣớc tới CCF.