Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ

Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Mục lục
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 1
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Danh mục hình vẽ
Hình 1.1. Kiến trúc phân lớp của IMS.
Hình 1.2. Các máy chủ ứng dụng IMS.
Hình 1.3. Kiến trúc các CSCF.
Hình 1.4. Kiến trúc MRF.
Hình 1.5. Kết nối IMS và mạng PSTN/CS.
Hình 1.6. IMS-ALG và
TrGW.
Hình 1.7. mạng truy nhập tới IMS.
Hình 1.8. Các điểm tham chiếu trong IMS.
Hình1.9: Các thành phần
SIP.
Hình2.1: Kiến trúc mạng hội tụ.
Hình 2.2. Kiến trúc mạng NGN (nguồn ETSI 2005)
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 2
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
I. Kiến trúc và các giao thức của IMS
IMS là gì ?
IMS - thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem – Phân hệ đa phương tiện IP, là
một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức
3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với
dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây.
IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối
các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng

truy nhập nào.
1. Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS.
Trước khi tìm hiểu kiến trúc của IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng 3GPP không
chuẩn hóa các node mà là các chức năng. Điều này có nghĩa rằng kiến trúc của IMS là sự
tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua các giao tiếp đã được chuẩn
hóa.
Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều khiển
(hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng).
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 3
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ


Hình 1.1. Kiến trúc phân lớp của IMS.
• Lớp dịch vụ bao gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server) và các máy
chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server).
• Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi.
• Lớp vận tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các mạng truy nhập
kết nối vào mạng lõi IP. Hai thực thể chức năng NASS và RACS định nghĩa bởi
TISPAN có thể được xem như thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp điều khiển ở trên.
Tại thời điểm hiện tại, kiến trúc cuối cùng của IMS chưa được thống nhất. Tuy nhiên
về cơ bản nó sẽ vẫn dựa trên các thành phần như miêu tả trong hình 2.1. Một điểm đáng
lưu ý là kiến trúc IMS là một kiến trúc chức năng, tức là các thực thể được định nghĩa
dựa theo các chức năng của chúng. Điều này có nghĩa là chúng có thể được thiết kế trên
cùng một thiết bị phần cứng.
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 4
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
1.1. Lớp dịch vụ.
1.1.1. Máy chủ ứng dụng (Appication Server - AS).

AS là một thành phần SIP, thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý dịch vụ. Tùy thuộc
vào dịch vụ thực tế mà AS hoạt động trong chế độ SIP Proxy, SIP UA hay SIP B2BUA.
Các AS kết nối với S-CFCS thông qua giao tiếp SIP. Có 3 loại AS: SIP AS, OSA-SCS,
IM-SSF. Các máy chủ OSA-SCS, IM-SSF đóng vai trò làm cầu nối để IMS giao tiếp với
OSA và gsmSCF. Ngoài ra các máy chủ có thể được kết nối tới HSS để tải về hoặc gửi
lên các thông tin dữ liệu của khách hàng. SIP AS, OSA-SCS giao tiếp với HSS thông qua
giao thức Diameter trong khi đó IM-SSF sử dụng giao tiếp MAP (Mobile Application
Part).
AS có thể đặt ở mạng nhà hoặc ở mạng ngoài mà nhà điều hành mạng nhà xác
nhận
sự đồng ý dịch vụ. Nếu AS đặt ở ngoài mạng nhà, nó không tương tác với
HSS.
Các AS được mô tả theo Hình 1.2:
Hình 1.2. Các máy chủ ứng dụng IMS.
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 5
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
 SIP AS: Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các dịch vụ đa
phương tiện IP dựa trên nền SIP.
 Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA: OSA-SCS (Open Service Access –Service capability
Server): AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng dụng truy nhập dịch vụ mở
(OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS đặc biệt là khả năng truy nhập bảo mật
từ các mạng bên ngoài. OSA-SCS giao tiếp với máy chủ ứng dụng OSA thông qua giao
diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface).
 Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP: IM-SSF (IP Multimedia Service Switching
Function): Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử dụng lại dịch vụ logic
cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động (CAMEL -
Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic) mà đã được phát triển
trong hệ thống GSM. IM-SSF cho phép chức năng điều khiển dịch vụ GSM (gsmSCF –
GSM Service Control Function) thực hiện điều khiển các phiên IMS. IM-SSF giao tiếp

với gsmCSF thông qua giao tiếp CAP (CAMEL Application Part).
1.1.2. Máy chủ quản lý Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF.
 Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) là trung
tâm lưu trữ cho thông tin người dùng, nó được phát triển từ HLR (Home Location
Register) trong hệ thống GSM. HSS là một cư sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất
các
các thuê bao khách hàng. Dữ liệu này bao gồm thông tin vị trí, thông tin bảo mật (bao
gồm cả thông tin nhận thực và cho phép), thông tin hồ sơ thuê bao (bao gồm các dịch vụ
mà người dùng đã đăng ký) và S-CSCF được phân bổ cho thuê bao…
Trong một mạng IMS có thể có nhiều hơn một HSS, thông thường HSS được xây
dựng theo cơ chế có dự phòng để tránh bị mất thông tin khi có lỗi xảy ra.
 Chức năng định vị thuê bao SLF (Subscriber location Function) là một CSDL nhằm xác
định thông tin của khách hàng đang được lưu trên HSS nào. Chính vì vậy với những
mạng mà chỉ có 1 HSS thì không yêu cầu phải có SLF, tuy nhiên trong trường hợp có
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 6
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF sẽ được thiết lập
nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.
Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành riêng cho
IMS.
1.2. Lớp lõi IMS.
Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đa phương
tiện. Các chức năng của nó bao gồm:
1.2.1. Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF - Call Session Control Function.
Chức năng này là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử lý các bản tin báo hiệu
SIP trong hệ thống IMS. CSCF có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ trợ và giải phóng các
phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tương tác dịch vụ của người dùng. Tùy
thuộc vào chức năng mà nhà khai thác cung cấp CSCF có 3 loại:
- P-CSCF (Proxy-CSCF).

- I-CSCF (Interrogating-CSCF).
UE
S-CSCF
BGCF
HSS
I-CSCF
P-CSCF
P-CSCF
MGCF
IMS-MGW
- S-CSCF (Serving-CSCF).
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 7
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Hình 1.3. Kiến trúc các CSCF.
 Proxy-CSCF (P-CSCF) là một proxy SIP. Sở dĩ gọi là proxy vì nó có thể nhận các
yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận khác trong hệ
thống IMS. P-CSCF là điểm kết nối đầu tiên (chức năng báo hiệu) giữa các đầu cuối IMS
và mạng IMS - là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Theo
quan điểm từ SIP thì P-CSCF đóng vai trò là một máy chủ outbound/inbound SIP Proxy,
điều này có nghĩa rằng tất cả các yêu cầu khởi tạo phiên được xuất phát hoặc gửi đến một
đầu cuối IMS đều phải chuyển giao qua P-CSCF sau đó nó thực hiện chuyển tiếp các bản
tin SIP yêu cầu và đáp ứng tới hướng tương ứng.
Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong
mạng mà nó đang kết nối. Một P-CSCF được chỉ định cho một đầu cuối IMS trong suốt
quá trình đăng ký và không thay đổi trong khoảng thời gian này. Chức năng của P-CSCF
bao gồm:
- P-CSCF nằm trên đường truyền của tất cả các thông điệp báo hiệu trong hệ thống
IMS. Nó có khả năng kiểm tra bất kỳ thông điệp nào. P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo
chuyển tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như những thông

điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE, điều này ngăn chặn quá trình khởi tạo các bản tin
không đúng theo khuôn dạng của SIP từ các đầu cuối IMS.
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 8
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
- P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị IMS của
người dùng. Nó còn có vai trò ngăn cản các tấn công như spoofing, replay để đảm bảo sự
bảo mật và an toàn cho người dùng.
- P-CSCF cũng bao gồm các chức năng nén và giải nén các bản tin SIP. Cơ chế này
giúp giảm được thời gian trễ khi truyền lan các bản tin SIP trong mạng, giảm thiểu khối
lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp.
- P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (Policy Decision
Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện.
- P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ.
- P-CSCF có thể được đặt trong mạng chủ hoặc mạng khách, đối với mạng di động
dựa trên nền GPRS, P-CSCF luôn được đặt cùng vị trí với nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS
(GGSN - Gateway GPRS Support Node).
 Serving-CSCF (S-CSCF) là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệu IMS. S-CSCF
vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch
vụ. Các chức năng chính của S-CSCF bao gồm:
- Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ người dùng (địa
chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP. S-CSCF đóng vai trò như một máy chủ Registar trong
hệ thống SIP, có nghĩa là S-CSCF duy trì một liên kết giữa vị trí người dùng (như địa chỉ
IP mà người dùng log vào hệ thống) và bản ghi địa chỉ SIP của người dùng.
- S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS về người dùng.
Nó có thể kiểm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn.
- S-CSCF giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ cho người
dùng. Nó giữ vai trò định tuyến dịch vụ thông qua việc sử dụng giải pháp DNS/ENUM
(Electronic Numbering).
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn

Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 9
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
- S-CSCF thực hiện các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ. S-CSCF tương tác với
máy chủ AS để yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng. S-CSCF liên lạc với HSS để
lấy thông tin, cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng và tham gia vào quá trình tính cước
dịch vụ.
- S-CSCF luôn được đặt trong mạng chủ.
 Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp dịch vụ là
điểm liên lạc cho tất cả các kết nối hướng đến một UE nằm trong mạng đó. Địa chỉ IP của
I-CSCF được chứa trong máy chủ DNS của hệ thống. Chức năng của I-CSCF bao gồm:
- Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương
ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua DIAMETER) để cập
nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng. Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán
cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP.
- Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP
đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác.
- I-CSCF còn mã hoá các phần của các thông điệp SIP mà chứa các thông
tin
nhạy cảm về vùng như: số lượng server trong vùng, tên DNS hay dung lượng của
chúng.
Chức năng này còn được gọi là THIG, nó thường không được triển khai bởi hầu
hết
các
mạng.
- I-CSCF thường đặt trong mạng chủ.Trong một vài trường hợp đặc biệt (I-CSCF có
tính năng THIG) nó có thể được đặt ở một mạng khách.
1.2.2 Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF).
BGCF (Breakout Gateway Control Function) thực chất là một máy chủ SIP mà cung
cấp chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại (telephone number). BGCF chỉ được sử
dụng trong phiên được khởi tạo bởi một đầu cuối IMS và một thuê bao trong mạng

chuyển mạch kênh như là PSTN hay PLMN. BGCF thực hiện 2 chức năng cơ bản sau:
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 10
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
- Lựa chọn mạng thích hợp mà tại đó có liên kết với mạng chuyển mạch kênh có thuê
bao tham gia trong thành phần phiên hội thoại.
- Lựa chọn Gateway PSTN/CS thích hợp, nếu vấn đề liên mạng mạng xẩy ra trong
cùng mạng với BGCF.
1.2.3 Chức năng điều khiển cổng truyền thông MGCF
MGCF ( Media Gateway Control Function) có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện,
bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh
phương tiện, làm trung gian chuyển đổi (conversion) giữa giao thức báo hiệu ISUP và
SIP. MGCF quản lý một hay nhiều IM-MGW (IP Multimedia-Media Gateway). IM-
MGW sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài nguyên. IM-MGW đóng vai trò là điểm
chuyển đổi nội dung đa phương tiện giữa mạng chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi
thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác.
1.2.4 Chức năng tài nguyên truyền thông MRF.
Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) được thể hiện
trong hình 1.4 như sau:
AS
MRFP
MRFC
S-CSCF
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 11
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Hình 1.4. Kiến trúc MRF.
Chức năng này cung cấp tài nguyên truyền thông trong mạng chủ với khả năng vận
hành thông báo, pha trộn luồng dữ liệu, chuyển đổi các loại mã khác nhau và sắp xếp dữ
liệu đã được phân tích trong hệ thống IMS. MRF luôn được đặt trong mạng chủ IMS.

Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện MRF (Media Resource Function) có thể
phân ra thành 2 thành phần: MRFC (Media Resource Function Controller) và MRFP
(Media Resource Function Processor).
- MRFC có vai trò quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương tiện trong
MRFP (Media Resource Function Processor), giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng
dụng AS truyền qua S-CSCF, điều khiển MRFP tương ứng cũng như tham gia vào quá
trình tính cước.
- MRFP đóng vai trò quan trọng trong việc thích ứng nội dụng dịch vụ, chuyển đổi
định dạng (transcoding) nội dung.
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 12
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
1.3 Lớp vận tải.
Ở đây, chúng ta tạm xem NASS và RACF là 2 thành phần thuộc lớp vận tải. Vài trò
của 2 thành phần này được miêu tả dưới đây:
1.3.1 NASS (Network Attachment Subsystem).
Chức năng chính của NASS bao gồm:
- Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình khác cho UE
(sử dụng DHCP).
- Nhận thực người dùng trước và trong quá trình cấp phát địa chỉ IP.
- Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ mạng.
- Quản lý định vị người dùng.
- Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng.
1.3.2. RACF (Resource & Admission Control Functionality).
RACF bao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-
PDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF).
 S-PDF (Serving Policy Decision Function), dưới yêu cầu của các ứng dụng, sẽ tạo ra các
quyết định về chính sách (policy) bằng việc sử dụng các luật chính sách và chuyển những
quyết định này tới A-RACF. S-DPF cung cấp một cách nhìn trừu tượng về các chức năng
truyền tải với nội dung hay các dịch vụ ứng dụng. Bằng cách sử dụng S-DPF, việc xử lý

tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ.
 A-RACF (Access Resource and admission Control Function) nhận các yêu cầu về tài
nguyên QoS từ S-PDF. A-RACF sẽ sử dụng thông tin QoS nhận được từ S-PDF để quyết
định chấp nhận hay không chấp nhận kết nối. A-RACF cũng thực hiện chức năng đặt
trước tài nguyên và điều khiển các thực thể NAT/Firewall.
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 13
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
1.3.3. PSTN/CS
Gateway.
PSTN gateway cung cấp giao diện đến mạng chuyển mạch kênh, cho phép các
đầu
cuối IMS có thể thực hiện và nhận các cuộc gọi đến và từ PSTN (hoặc bất cứ
mạng
chuyển mạch kênh
nào).
IMS kết nối tới mạng PSTN/CS thông qua cổng giao tiếp PSTN chức năng này được
phân chia thành 3 chức năng nhỏ: SGW, MGCF, MGW như trong Hình 1.5:
Hình 1.5. Kết nối IMS và mạng PSTN/CS.
 Signalling Gateway
(SGW)
SGW giao diện với mặt bằng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh. SGW
chuyển
đổi giao thức ở lớp thấp, ví dụ, một SGW chuyển MTP sang SCTP trên nền IP.
Nhu
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 14
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
vậy, SGW chuyển đổi ISUP hay BICC trên MTP thành ISUP/BICC trên SCTP/IP,
để

SS7 chạy trên nền
IP.
 Media Gateway
(MGW)
MGW giao diện với mặt bằng phương tiện của mạng chuyển mạch kênh. Một
mặt
nó có thể gửi và nhận với IMS qua RTP. Mặt khác nó sử dụng một hay nhiều
khe
PCM để kết nối với mạng chuyển mạch kênh. Hơn nữa MGW thực hiện chuyển
mã
khi các đầu cuối IMS không hỗ trợ các kiểu mã hoá được sử dụng bởi CS (điều
này
xảy ra khi đầu cuối IMS sử dụng mã AMR còn đầu cuối PSTN sử dụng kiểu mã
hoá
G.711).
1.3.4 IMS
GW và TrGW.
Như đã nói, IMS hỗ trợ hai phiên bản IP là IPv4 và IPv6. Tại một số điểm của
một
phiên, sự liên mạng giữa hai phiên bản này có thể xảy ra. Để có thể chuyển đổi
giữa
IPv4 và IPv6 mà không cần một thiết bị hỗ trợ nào, IMS có thêm hai thực thể
chức
năng để cung cấp quá trình chuyển đổi, đó là: IMS Application Layer
Gateway(IMS-
ALG) và Transition Gateway
(TrGW).
Hình 1.6 thể hiện mối quan về giữa IMS-ALG,
TrGW và các phần của
IMS.

IMS-ALG đóng vai trò như một SIP B2BUA để duy trì 2 phần báo hiệu độc
lập,
một hướng đến mạng IMS và một hướng đến mạng khác. Mỗi phần này chạy trên
2
phiên bản IP khác
nhau.
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 15
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Hình 1.6. IMS-ALG và
TrGW.
Thêm nữa, IMS-ALG sẽ viết lại SDP bằng cách thay đổi địa chỉ IP và số port
được
tạo bởi đầu cuối với một hay nhiều địa chỉ IP và port được cấp phát bởi TrGW.
IMS-
ALG tương tác với I-CSCF cho lưu lượng vào và với S-CSCF cho lưu lượng ra
qua
giao diện
Mx.
TrGW thực sự là một NAT-PT/NAPT-PT (Network Address Port
Translator-
Protocol Translator). Nó được cấu hình với một pool của IPv4 được tự động cấp
phát
cho
một phiên. TrGW thực hiện việc chuyển đổi tại mặt bằng phương tiện
(như
RTP,
RTCP).
1.3.5 Mạng truy
nhập.

Truy nhập đến mạng lõi thông qua các border Gateway
(GGSN/PDG/BAS):
+ Với GPRS/UMTS, GGSN nhận thực UE và điều khiển việc thiết lập các
kênh
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 16
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
phương tiện bằng cách sử dụng
PDP.
SGSN kết nối RAN đến mạng lõi. Nó có nhiệm vụ thực hiện cả chức năng
điều
khiển và xử lý lưu lượng cho mạng PS. Phần điều khiển gồm hai chức năng
chính:
quản lý sự thay đổi và quản lý
phiên.
Hình 1.7. mạng truy nhập tới IMS.
Quản lý thay đổi giám sát vị trí và trạng thái của UE và nhận thực cả thuê bao
và
UE. Quản lý phiên xử lý điều khiển cho phép kết nối và bất cứ thay đổi nào
trong
những kết nối dữ liệu hiện có. Xử lý lưu lượng là một phần của quản lý
phiên.
GGSN cung cấp liên kết với mạng dữ liệu gói bên ngoài (IMS hay Internet).
Nói
cách khách GGSN định tuyến các gói IP chứa báo hiệu SIP từ UE đến
P-CSCF.
+ Với WLAN, PDG điều khiển việc thiết lập tunnel thông qua mạng truy nhập
đến
UE. Những tunnel này có bảo mật nhưng không có
QoS.

+ Với 3GPP Release 7 hỗ trợ kết nối IP trên mạng truy nhập hữu tuyến qua
DSL

hay
Cable.
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 17
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
2. Các điểm tham chiếu IMS.
Hình 1.8. Các điểm tham chiếu trong IMS.
Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong và ngoài mạng
IMS, trao đổi các thông tin và báo hiệu, tính năng của các điểm tham chiếu được mô tả
trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS.
Điểm
Thực thể
liên quan
Mục đích
Giao
thức
Cr MRFC, AS
MRFC nhận tư liệu (các kịch bản và
tài nguyên ) từ một AS
HTTP
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 18
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Cx
I-CSCF, S-CSCF,
HSS

Thông tin giữa HSS và I-CSCF/S-
CSCF
Diameter
Dh
SIP AS, OSA, SCF,
IM-SSF, HSS
AS sử dụng để tìm chính xác HSS cần
thiết trong môi trường nhiều HSS
Diameter
Dx
I-CSCF, S-CSCF,
SLF
I-CSCF/S-CSCF sử dụng để tìm chính
xác HSS cần thiết trong môi trường
nhiều HSS
Diameter
Gm UE, P-CSCF
Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu
SIP giữa UE và IMS
SIP
Go
PDF, GGSN
Cho phép nhà khai thác điều khiển
QoS trong mặt phẳng người dùng và
chuyển đổi thông tin liên quan đến tính
cước giữa IMS và mạng GPRS
COPS
Gq
P-CSCF, PDF
Truyền tải thông tin liên quan đến

quyết định chính sách giữa P-CSCF và
PDF
Diameter
ISC
S-CSCF, I-CSCF,
AS
Truyền tải tất cả các bản tin giữa AS và
CSCF
SIP
Mg MGCF -» I-CSCF
MGCF chuyển đổi bản tin báo hiệu
ISUP thành bản tin báo hiệu SIP và
chuyển tiếp tới I –CSCF
SIP
Mi S-CSCF -» BGCF
Truyền tải thông tin qua lại giữa S-
CSCF và BGCF
SIP
Mj
BGCF -> MGCF
Truyền tải thông tin qua lại giữa
BGCF và MGCF trong cùng một mạng
lõi IMS
SIP
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 19
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Mk BGCF -> BGCF
Truyền tải thông tin qua lại giữa
BGCF và MGCF thuộc các mạng IMS

khác nhau.
SIP
Mm
I-CSCF, S-CSCF,
mạng IP ngoài
Truyền tải thông tin qua lại giữa các
mạng IP và IMS
SIP
Mn MGCF, IM-MGW
Điều khiển tài nguyên trong mặt phẳng
người dùng
H.248
Mp MRFC, MRFP
Truyền tải thông tin qua lại giữa MRFP
và MRFC
H.248
Mr S-CSCF, MRFC
Truyền tải thông tin qua lại giữa S-
CSCF và MRFC
SIP
Mw
P-CSCF, I-CSCF, S-
CSCF
Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu
giữa các CSCF
SIP
Rf
Các CSCF, BGCF,
MGCF, AS,
MRFC,CDF

Các thực thể IMS sử dụng trong tính
cước offline đến OCS.
Diameter
Ro
AS, MRCF, OCS,
S-CSCF
AS, MRCF, S-CSCF sử dụng cho tính
cước trực tuyến tới OCS
Diameter
Rx P-CSCF, AS, CRF
Thông tin dịch vụ liên quan tính cước
động được chuyển giữa CRF và các
thực thể IMS
Diameter
Sh
SIP AS, OSA SCS,
HSS
Truyền tải thông tin giữa SIP AS/OSA
SCS và HSS
Diameter
Si IM-SSF, HSS
Truyền tải tất cả các bản tin giữa IM-
SSF và HSS
MAP
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 20
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Ut
UE, AS (SIP AS,
OSA SCS, IM-SSF)

Cho phép UE quản lý các thông tin
liên qua đến dịch vụ của mình
HTTP
3. Các giao thức chính được sử dụng trong IMS.
Kiến trúc IMS do 3GPP phát triển dựa trên các giao thức IP được chuẩn hóa bởi IETF.
Giao thức IP bao gồm các giao thức về điều khiển phiên, các giao thức về chứng thực,
cấp quyền và tính toán (AAA) và một số các giao thức khác.
Phần này mô tả các giao thức chính được sử dụng giữa các điểm kết nối trong IMS.
Sẽ
không nêu rõ chi tiết các giao thức, mà chỉ giới thiệu tổng quan các giao thức.
3.1. Giao thức điều khiển phiên.
SIP đã được chọn là giao thức điều khiển phiên cho IMS, SIP được IETF chuẩn hóa
trong RFC 3261 (Request for Command).
SIP tuân theo mô hình khách - chủ (client-server). Được thiết kế dựa trên các nguyên
lý cơ bản từ hai giao thức HTTP, SMTP, nên SIP thừa kế hầu hết các đặc tính quan trọng
của hai giao thức này. Điều này tạo ra sức mạnh cho nó bởi HTTP và SMTP là các giao
thức đã rất thành công trong mạng Internet. Không giống như H323 và BICC, SIP không
phân biệt giao diện người dùng tới mạng (User-to-Network) với giao diện mạng với
mạng (Network-to-Network). Trong mô hình SIP chỉ có một giao thức duy nhất hoạt
động thông suốt. Ngoài ra SIP là một giao thức dưới dạng văn bản do đó nó dễ dàng mở
rộng, gỡ rối và phát triển các dịch vụ.
SIP là một giao thức thuộc lớp ứng dụng được sử dụng cho việc thiết lập, điều
chỉnh
và kết cuối các phiên đa phương tiện trong một mạng IP. Nó là một phần của kiến
trúc
đa phương tiện – mà những giao thức vẫn đang được chuẩn hoá bởi IETF. Các
ứng
dụng của nó bao gồm: voice, video, gaming, messagging, điều khiển cuộc gọi
và
presence.

Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 21
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Các thành phần trong SIP có thể phân loại thành các User Agent (UA) và các
thành
phần trung gian (là các
servers).
Một UA là một điểm cuối của một cuộc gọi, nó gửi và nhận các yêu cầu và đáp
ứng
SIP, nó là điểm kết thúc của các dòng đang phương tiện nên thường nó còn được gọi
là
UE. UA bao gồm 2
phần:
- User Agent Client (UAC): còn được gọi là Calling Agent User là một
ứng
dụng có chức năng khởi tạo yêu cầu
SIP.
- User Agent Server (UAS): còn gọi là Called Agent User tiếp nhận, gửi trả
lại,
từ
chối yêu cầu và gửi đáp ứng về cho user gửi yêu
cầu.
Hình1.9: Các thành phần
SIP.
Các thành phần trung gian là các thực thể chuyển các bản tin SIP đến đích,
chúng
được sử dụng để định tuyến và gửi lại các yêu cầu. Những server này bao
gồm:
 Proxy server: nhận và chuyển tiếp các yêu cầu. Nó có thể biên dịch và viết lại
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn

Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 22
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
bản
tin mà không ảnh hướng đến trạng thái yêu cầu. Một proxy server có thể gửi một
yêu
cầu đến một số địa điểm tại cùng một thời điểm – đặc điểm này gọi là “forking
proxy”.
Có 3 loại proxy
server:
- dialog-statefull proxy: một proxy là dialog-statefull nếu nó duy trì trạng
thái
cuộc gọi từ yêu cầu khởi tạo (INVITE) đến yêu cầu kết thúc
(BYE)
- transaction-statefull proxy: là một proxy nếu nó có cơ cấu chuyển dịch
trạng
thái
client và server trong quá trình yêu
cầu
- stateless proxy: là một proxy mà chuyển tiếp mọi yêu cầu và đáp ứng mà
nó
nhận
được.
 Redirect server: ánh xạ địa chỉ yêu cầu thành đại chỉ mới và trả lại địa chỉ này
về
client. Nó không khởi tạo một yêu cầu SIP và không chuyển các yêu cầu tới các
server
khác, không giống như proxy
server.
 Location server: là server giữ vị trí của
user.

 Registrar server: là server chấp nhận các yêu cầu REGISTER. Nó được sử
dụng
để tiếp nhận các đăng ký từ UA để cập nhật thông tin về vị trí của
chúng.
Ngoài ra, còn có thêm 2 server được sử dụng để cung cấp dịch vụ cho các SIP
user:
Application server và Back-to-back-user-agent
(B2BUA)
3.2. Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước (AAA).
Diameter dựa trên RFC 3588 được chọn là giao thức AAA trong mạng IMS.
Diameter là một giao thức cho việc nhận thực, cấp phép, và tính cước (AAA),
được
xây
dựng dựa trên giao thức RADIUS - ban đầu được sử dụng cung cấp AAA,
cho
môi
trường dial-up và truy nhập server đầu cuối. Và khi các mạng mới ra đời,
AAA
Working
Group đưa ra thêm một số yêu cầu cho AAA để có thể áp dụng và mạng
truy
nhập của
nhìêu nhóm khác
nhau:
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 23
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
- IP Routing for Wireless/Mobile Hosts WG (MPBILEIP)
[RFC2977]
- Network Access Server Requirements WG (NASREG)

[RFC3169]
- Roaming Operations WG (ROAMOPS)
[RFC2477]
- Telecommunications Industry Association
(TIA)
Giao thức Diameter thực ra được chia làm 2 phần: giao thức cơ sở Diameter và
các
ứng dụng Diameter. Giao thức cơ sở cung cấp các yêu cầu tối thiểu của một giao
thức
AAA, phát các đơn vị dữ liệu Diameter, khả năng thương thảo, xử lý lỗi, … Ứng
dụng
Diameter dựa trên giao thức cơ sở, định nghĩa các chức năng ứng dụng riêng.
Hiện
nay, một số ứng dụng Diameter đã được đưa ra: Mobile IP, NASREQ,
Extexsible
Authentication Protocol (EAP) , Diameter credit
control
và Diameter SIP
application.
Giao thức cơ sở Diameter sử dụng cả hai giao thức truyền tải TCP và SCTP.
Tuy
nhiên STCP. Tuy nhiên SCTP được chọn nhiều hơn, nó thể chia nhiều luồng độc
lập
vào trong một kết nối SCTP, thay vì giữ tất cả các luồng đó riêng như trong
TCP.
Cả IPsec và TLS đều được sử dụng cho bảo mật kết
nối.
IMS sử dụng Diameter trong nhiều giao diện, mặc dù vậy các giao diện này có thể sử
dụng các ứng dụng Diameter khác nhau. Ví dụ IMS sử dụng một Diameter ứng dụng
trong quá trình thiết lập cuộc gọi nhưng lại sử dụng một Diameter ứng dụng khác trong

tính cước.
3.3. Các giao thức khác.
Bên cạnh SIP và Diameter, IMS còn sử dụng nhiều giao thức khác như:
Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 24
Mạng thế hệ sau – Kiến trúc IMS và các vấn đề hội tụ
Giao thức dịch vụ chính sách mở thông thường COPS (Common Open Policy
Service) được dùng để truyền tải chính sách giữa các điểm quyết định dịch vụ PDPs
(Policy Decision Points) và các điểm thực hiện chính sách ( Policy Enforcement Points).
H.248 (ITU-T khuyến nghị H.248) được sử dụng bởi các nút báo hiệu để điều khiển
các nút trong mặt phẳng media.
RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RCTP (RTP Control Protocol, RFC
3550) dùng để truyền tải media như video và audio…
II. IMS và xu hướng hội tụ di động – cố định.
1. Giới thiệu.
Khái niệm hội tụ cố định – di động thường được sử dụng để ám chỉ việc tích hợp công
nghệ hữu tuyến và công nghệ vô tuyến. Tuy nhiên, khái niệm hội tụ không chỉ dừng lại ở
đó mà còn mở rộng thành sự hội tụ giữa media, số liệu và viễn thông và có thể được chia
thành 3 nhóm khác nhau là hội tụ dịch vụ, hội tụ thiết bị và hội tụ mạng.
Hội tụ dịch vụ là khả năng truyền tải dịch vụ đến thuê bao sử dụng bất kỳ một thiết bị
cầm tay sử dụng bất kỳ công nghệ truy nhập nào.
Hội tụ thiết bị là việc một thiết bị có khả năng hỗ trợ nhiều công nghệ truy nhập khác
nhau như CDMA2000, WCDMA, GSM, hữu tuyến băng rộng và WLAN.
Hội tụ mạng là việc hợp nhất mạng để cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau với chất
lượng cao mà không phụ thuộc vào công nghệ truy nhập, đem lại hiệu quả kinh tế cho
nhà khai thác mạng.
Hiện nay, hội tụ được coi là một cơ hội để giành khách hàng cũng như cung cấp giá trị
gia tăng cho khách hàng. Ví dụ về các dịch vụ và công nghệ tích hợp hiện có là:
• Dịch vụ khách hàng: thuê bao trọn gói cho dịch vụ cố định, di động và băng rộng,
triple play, một số - một hộp thư thoại.

Nhóm : Mai Văn Thuận, Nguyễn Danh Sơn
Nguyễn Thành Long, Ngô Quang Long Page 25