4.3.1 Giao thức Diameter
Diameter là một giao thức ngang hàng, cả client và server đều có thể gửi hoặc nhận yêu cầu và đáp ứng. Giao thức Diameter đƣợc dùng cho quá trình nhận thực, xác thực, tài khoản. Diameter sử dụng cả TCP và SCTP cho việc truyền tải; sử dụng IPsec và TLS cho việc bảo mật.
Diameter gồm hai phần chính: giao thức Diameter nền tảng và ứng dụng Diameter. Giao thức Diameter nền tảng cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ liệu Diameter, thỏa thuận các khả năng, điều khiển lỗi và cung cấp sự mở rộng. Còn ứng dụng Diameter định nghĩa các đơn vị dữ liệu và chức năng ứng dụng riêng. Diameter nền tảng giao thức là cơ sở cho các Diameter ứng dụng. Diameter định nghĩa một số thành phần sau:
Diamerter client: một thực thể chức năng, thông thƣờng đặt tại biên mạng, sử dụng để điều khiển truy nhập
Diameter server: thực thể chức năng xử lý các yêu cầu nhận thực, xác thực và kiểm toán cho một vùng riêng.
Proxy: chức năng chuyển tiếp các bản tin Diameter, tạo các quyết định chính sách dựa trên cách sử dụng tài nguyên và dự liệu. Một proxy có thể thay đổi các bản tin để thiết lập các quyết định chính sách nhƣ điều khiển cách sử dụng tài nguyên, cung cấp điều khiển quản trị, và dự liệu.
Relay: chuyển tiếp bản tin Diameter dựa trên thông tin định tuyến liên quan và các thực thể trong bảng định tuyến vùng. Nó chỉ có thể can thiệp vào thông tin định tuyến mà không thể can thiệp vào các dữ liệu khác.
Redirect agent: chỉ dẫn từ client đến server và cho phép chúng truyền thông với nhau.
Translation agent: cho phép chuyển đổi giao thức giữa Diameter và các giao thức AAA khác nhƣ là RADIUS.
Trong IMS, Diameter đƣợc sử dụng tại các giao diện Cx, Dx giao tiếp giữa I- CSCF, S-CSCF với HSS, SLF và Sh, Dh giữa các AS với SLF, HSS. Mục đích là để lấy thông tin xác thực, cấp quyền ngƣời dùng hoặc cập nhật thông tin ngƣời dùng. Ngoài ra còn dùng cho giao diện Ro phục vụ cho việc tính cƣớc. Ngoài những
đặc điểm chung nhƣ đã nêu trên về mặt giao thức. Với mỗi giao diện có một số đặc điểm riêng.
(i) Với các giao diện Cx, Dx
Trƣờng hợp này, I-CSCF và S-CSCF đóng vai trò là Diameter client; HSS là Diameter server và SLF có vai trò chuyển hƣớng (Redirect agent). Giao diện Cx chứa ba loại thủ tục chính: quản lý vị trí, xử lý số liệu thuê bao và nhận thực thuê bao. Ứng dụng Diameter trên Cx và Dx là nhƣ nhau. Tuy nhiên, Dx chỉ có trách nhiệm chuyển tiếp bản tin.
Hình 4.9: Vị trí của các giao diện trong IMS
Mục đích sử dụng Diameter trong giao diện Cx, Dx gồm:
o Chỉ định một S-CSCF đã đƣợc chỉ định cho một ngƣời dùng.
o Tải xuống các hƣớng xác thực ngƣời dùng. Các hƣớng này đƣợc lƣu trong HSS.
o Nhận thực khi ngƣời dùng chuyển vùng trong một mạng khách.
o Lƣu trữ trong HSS địa chỉ của các S-CSCF đã đƣợc chỉ định cho ngƣời dùng. o Để thông báo cho HSS về trạng thái đăng ký của nhận dạng ngƣời dùng. o Tải xuống từ HSS lƣợc sử ngƣời dùng bao gồm các tiêu chuẩn lựa chọn. o Đẩy lƣợc sử ngƣời dùng từ HSS tới S-CSCF khi lƣợc sử ngƣời dùng thay đổi. o Cung cấp các thông tin cần thiết cho I-CSCF khi cần lựa chọn S-CSCF.
(ii) Với giao diện Sh
Một AS (SIP AS hay OSA SCS) có thể cần số liệu thuê bao hoặc cần xác định S-CSCF nào để gửi yêu cầu SIP đến đó. Loại thông tin này đƣợc lƣu trữ tại HSS. Vì thế, cần điểm tham chiếu giữa HSS và AS. Điểm tham chiếu Sh dùng giao thức Diameter. Các thủ tục đƣợc chia thành hai loại chính: xử lý số liệu và khai báo/thuê dùng số liệu. Giao diện này định nghĩa một số loại dữ liệu ngƣời dùng nhƣ sau:
o Repository data: AS sử dụng HSS để lƣu trữ dữ liệu trong suốt. Dữ liệu này chỉ có thể hiểu đƣợc bởi máy chủ dịch vụ thiết lập dịch vụ. Dữ liệu này khác nhau tùy từng ngƣời dùng và tùy từng dịch vụ
o Public identifiers : danh sách các nhận dạng công cộng của ngƣời dùng
o IMS user state: trạng thái đăng ký của ngƣời dùng trong IMS. Đó có thể là: đăng ký, chƣa đăng ký, chờ đợi trong quá trình chứng thực hoặc chƣa đăng ký nhƣng S-CSCF chỉ định tới ngƣời dùng đó.
o S-CSCF name: chứa địa chỉ của S-CSCF đƣợc chỉ định cho ngƣời dùng o Initial filter criteria: chứa thông tin kích hoạt cho một dịch vụ.
o Location information: chứa vị trí của ngƣời dùng trong miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói
o User state: chứa trạng thái của ngƣời dùng trong miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói.
o Charging information: chứa địa chỉ của chức năng tính cƣớc.
4.3.2 Giao thức COPS
COP là giao thức đƣợc IETF chuẩn hóa nhằm thực hiện việc quản lý, cấu hình và áp đặt chính sách. Giao thức này hoạt động theo mô hình Client/Server. Nó định nghĩa một giao thức yêu cầu và đáp ứng một cách đơn giản trong việc trao đổi thông tin chính sách giữa server quyết định chính sách và client của nó. Trong đó điểm thực thi chính sách (PEP) đƣợc xem là client và server là điểm quyết định chính sách (PDP). COPS điều khiển chính sách theo hai mô hình chính: (i) Outsourcing và (ii) Configuration. Trong (i) PEP chỉ định một PDP bên ngoài chịu trách nhiệm xử lý những sự kiện gửi ra từ PEP. Mô hình này cho thấy sự tƣơng quan một – một giữa những sự kiện ở PEP và những quyết định từ một PDP. (ii) Không giống nhƣ mô hình trƣớc là không có sự ánh xạ trực tiếp những sự kiện tại PEP và những
quyết định từ PDP. PDP có thể cấu hình những sự kiện bên ngoài đƣợc khởi tạo bởi một PEP bất kỳ và sự kiện gửi từ PEP có thể đƣợc xử lý bởi PDP cùng khối với nó hoặc PDP thuộc khối khác. Xét về mặt thời gian thì mô hình này linh động hơn mô hình outsourcing.
COPS sử dụng TCP để truyền những bản tin đáng tin cậy giữa PEP và PDP. Không giống nhƣ giao thức client/server khác, cặp bản tin yêu cầu/đáp ứng này phải phù hợp với cặp bản tin yêu cầu/đáp ứng khác. Ở đây server có thể áp đặt chính sách cho client và xóa những chính sách trên client nêu chính sách đó không còn giá trị nữa. PEP khởi tạo kết nối TCP đến PDP. PEP gửi yêu cầu và nhận những quyết định chính sách từ PDP và liên lạc giữa PEP và PDP là sự trao đổi yêu cầu / đáp ứng. Tuy nhiên PDP/PEP có thể gửi đi những bản tin độc lập. Ví dụ PDP gửi những quyết định tới PEP buộc PEP thay đổi những chính sách đƣợc PDP chấp nhận trƣớc đó và PEP có thể gửi những bản tin báo cáo về trạng thái cho PDP…
COPS đƣợc sử dụng trong liên lạc giữa khối PDF và GGSN tạo sự kết nối giữa IMS và mạng GPRS. Thông qua COPS các chính sách nhƣ băng thông, tiêu chí điều khiển chấp nhận, QoS… đƣợc PDF điều khiển thiết lập trên nền tảng truyền tải của mạng hội tụ nhằm cung cấp các loại hình dịch vụ cho khách hàng.
4.3.3 Nén báo hiệu trong IMS
Nhằm tƣơng thích với tốc độ truyền dữ liệu thấp của các đƣờng liên kết vô tuyến, IMS bổ sung cơ chế nén báo hiệu nhằm tăng hiệu quả của quá trình truyền thông báo hiệu và đƣợc thực hiện thông qua SigComp. SigComp là một cơ chế mà các giao thức lớp ứng dụng dùng để nén bản tin trƣớc khi gửi vào mạng. Nó không chỉ cung cấp phƣơng thức giảm thiểu kích thƣớc bản tin SIP mà còn có những chức năng giải nén cho một phạm vi rộng lớn các thuật toán nén. Cơ chế nén SigComp đƣợc xem nhƣ một lớp nằm giữa SIP và giao thức lớp truyền tải. Về mặt kiến trúc SigComp đƣợc chia làm năm thực thể:
o Bộ điều phối nén: Đây là giao diện giữa ứng dụng và hệ thống SigComp. Nó sẽ yêu cầu một bộ nén đƣợc chỉ thị bởi ứng dụng thông qua một nhận dạng
nhóm. Bộ điều phối nén sẽ gửi trả lại các bản tin đã đƣợc nén đến đích của chúng.
o Bộ điều phối giải nén: Là giao diện giữa hệ thống SigComp và ứng dụng tƣơng ứng. Nó yêu cầu UDVM thực hiện giải nén bản tin. Sau đó nó gửi bản tin đã đƣợc giải nén đến phần ứng dụng. Nếu ứng dụng đó yêu cầu bộ giải nén duy trì trạng thái bản tin nó sẽ gửi trả lại một nhận dạng tƣơng ứng. o Bộ nén: Đây là thực thể thực hiện nén bản tin ứng dụng. Nó sử dụng một
nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Các bản tin đã đƣợc nén đƣợc gửi đến bộ điều phối nén.
Hình 4.7: Kiến trúc SigComp
o UDVM: là thiết bị ảo giải nén tổng thể (vạn năng)UDVM (Universal Decompressor Virtual Machine). Nó cung cấp các chức năng giải nén. Khi thu nhận một bản tin SigComp, bản tin này đƣợc lƣu trong bộ nhớ giải nén. Các mã byte và từ điển nén đƣợc lƣu tại thực thể giải nén sẽ đƣợc nạp cho UDVM để UDVM thực hiện giải nén. Sau khi bản tin đó đƣợc giải nén, thông tin mà nó lƣu trữ đƣợc sử dụng để cập nhật từ điển và lƣu lại thành một trạng thái mới.
o Bộ xử lý trạng thái: Lƣu trữ thông tin về trạng thái các bản tin SigComp. Ứng dụng SIP có thể nhóm các bản tin có liên quan với nhau lại. Ví dụ các bản tin thuộc cùng hội thoại hoặc có cùng địa chỉ node kế tiếp. Ứng dụng SIP sẽ định vị
bộ nén cho mỗi một nhóm và lƣu lại thông tin trạng thái tƣơng ứng. Nó cũng xác định khi nào thì một nhóm này đƣợc tạo ra hoặc loại bỏ. Một nhóm bản tin đƣợc xác định bởi một nhận dạng nhóm tƣơng ứng. Ứng dụng cũng chịu trách nhiệm xác định nhận dạng cho bộ giải nén. Khi nó thu nhận đƣợc một bản tin đã đƣợc giải nén nó sẽ xác định nhận dạng nhóm tƣơng ứng cho bản tin và cung cấp cho hệ thống SigComp.
Trong IMS thực thể thực hiện nén và giải nén bản tin đến và đi từ đầu cuối là P- CSCF. Bản tin SIP đƣợc nén bởi SigComp trong UE gửi qua giao diện vô tuyến, trạm gốc BS, bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC của mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN. Từ UTRAN nó sẽ đƣợc gửi qua node SGSN và GGSN để tới P-CSCF là nơi mà các bản tin SigComp đƣợc giải nén. Từ P-CSCF bản tin SIP đƣợc gửi đi không cần nén. Trong pha đăng ký thiết bị ngƣời dùng và chức năng P-CSCF thông báo cho nhau mong muốn thực hiện nén bản tin và khả năng của mình nhƣ kích thƣớc bộ nhớ, năng lực xử lý, trạng thái và các lệnh nén. Khi UE hoặc P-CSCF muốn gửi một bản tin SIP đƣợc nén nó phải gửi bản tin đến bộ điều phối nén. Bộ điều phối nén gửi bản tin đến bộ nén, tìm trạng thái nén cần thiết, nhận dạng nhóm và sử dụng một thuật toán nén để mã hóa bản tin. Cuối cùng bộ điều phối nén gửi bản tin đã đƣợc nén đến lớp truyền tải để phân phối đến P-CSCF. Tại P-CSCF khi bộ điều phối giải nén nhận đƣợc một bản tin, nó kiểm tra tiền tố của bản tin đó và xác định bản tin đã đƣợc nén và gửi đến UDVM. UDVM truy vấn bộ quản lý trạng thái để nhận lấy trạng thái tƣơng ứng cho giải nén bản tin. Sau khi giải nén UDVM sẽ gửi trả bản tin lại bộ điều phối để gửi đến phần ứng dụng.
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Nội dung chƣơng tập trung vào các khía cạnh liên quan tới báo hiệu trong IMS. Kiến trúc chức năng và các điểm tham chiếu của IMS đƣợc trình bày nhằm chỉ rõ các chức năng và giao thức phối hợp hoạt động trong IMS. Đặc tính hoạt động của giao thức SIP đƣợc trình bày trong chƣơng này đƣợc khái quát bởi các điểm khác biệt nhất định với môi trƣờng mạng IP thuần. Bên cạnh đó, các giao thức hỗ trợ cho
kết nối đa phƣơng tiện cũng đƣợc trình bày trên các khía cạnh chức năng nhận thực, xác lập chính sách hay nén thông tin cũng đƣợc trình bày.
Các nội dung ôn tập chính trong chương
- Kiến trúc, thành phần chức năng và các điểm tham chiếu IMS;
- Các thủ tục SIP ứng dụng trong IMS;
- Đặc tính của giao thức Diameter, COPS;
- Cơ chế nén báo hiệu trong SigComp.
CHƯƠNG 5: BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LIÊN MẠNG
Tóm tắt: Vấn đề kết nối liên điều hành và đảm bảo các phiên kết nối truyền thông từ một hạ tầng mạng này sang hạ tầng mạng khác luôn được đặt ra trong nỗ lực hội tụ mạng. Chương này chỉ ra các vấn đề cơ bản của điều khiển chấp nhận kết nối, kiến trúc điều khiển phân tán và các giao thức, thủ tục báo hiệu cho kết nối liên mạng.
5.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG 5.1.1 Hội tụ mạng cố định và di động
Nhƣ trong chƣơng 2 đã trình bày sơ lƣợc về xu hƣớng hội tụ hạ tầng mạng truyền thông trong những năm gần đây. Bên cạnh hƣớng tiếp cận máy chủ cuộc gọi, tập trung vào mục tiêu gắn kết giữa hạ tầng mạng cố định với mạng internet, tiếp cận IMS đƣợc coi là giải pháp tiềm năng hiện nay cho mục tiêu hội tụ mạng di động và mạng cố định và đƣợc gọi là FMC (Fixed Mobile Convergence). Mạng hội tụ cố định/di động cho phép thuê bao di động có thể chuyển vùng ra ngoài vùng phục vụ của mạng di động mà vẫn có khả năng truy nhập các dịch vụ cung cấp trong mạng thƣờng trú. Sự phát triển của công nghệ mạng lõi theo hƣớng dựa trên mạng IP là giải pháp lâu dài để tích hợp các công nghệ mạng khác nhau và tích hợp các mạng cố định và di động. Mạng hội tụ FMC tạo cơ hội cho phép mở rộng phạm vi và vùng phục vụ của các dịch vụ mà các mạng trƣớc đó không thể thực hiện đƣợc. Tiếp cận này hoàn toàn có thể từng bƣớc thay thế cho tiếp cận chuyển mạch mềm trong tƣơng lai. Khái niệm FMC liên quan đến vấn đề hội tụ mạng cố định và mạng di động. Do vậy, những nghiên cứu về FMC xoay quanh hai mạng: cố định và di động. Đối với mạng di động, các công nghệ mạng sau đây có thể đƣợc sử dụng để thực hiện việc hội tụ với mạng cố định:
o Miền IMS: liên quan đến việc sử dụng miền IMS của 3GPP để cung cấp các dịch vụ dựa trên SIP.
o PLMN-CS: miền chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ thoại (không đƣợc điều khiển bởi IMS).
o PLMN-PS: miền chuyển mạch gói cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói (không đƣợc điều khiển bởi IMS).
Mạng cố định có thể đƣợc phân thành 3 loại công nghệ truy nhập cố định sau đây, có thể thực hiện hội tụ với mạng di động:
o Mạng vô tuyến: Thiết bị đầu cuối truy nhập với mạng cố định qua giao diện vô tuyến (ví dụ: các chuẩn IEEE 802.11, 802.15 và 802.16). Thuê bao có thể sử dụng cùng một loại đầu cuối để truy nhập cả mạng di động và mạng vô tuyến cố định (sử dụng đầu cuối hai chế độ). Chức năng điều khiển đối với mạng này bao gồm IMS và UMA.
o Truy nhập cố định băng rộng: Thiết bị đầu cuối truy nhập mạng cố định qua kết nối hữu tuyến. Thuê bao không thể sử dụng cùng một loại thiết bị để truy nhập cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng này là IMS.
o Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN: Thiết bị đầu cuối là điện thoại cố định truyền thống. Thuê bao không thể sử dụng cùng một đầu cuối để truy nhập tới cả mạng di động và mạng cố định. Chức năng điều khiển của mạng cố định này là: PES kết hợp với IMS;UMA-J:POTS đƣợc kết nối với miền PLMN-CS sử dụng cổng kết nối; thiết bị chuyển mạch PSTN; PES kết hợp với chuyển mạch mềm.
5.1.2 Cấu trúc FMC dựa trên IMS
Cấu trúc FMC dựa trên IMS thể hiện trên hình 5.1. Cấu trúc này đƣợc xây dựng