Đồ án nghiên cứu và phát triển chức năng hss và slf cho kiến trúc ims

Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trac IMS

LOI NOI DAU

Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng

PSTN đang là xu hướng được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc.
Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mục
đích tạo ra một mạng IP duy nhất. Phân hệ IP Multmdia Subsystem (IMS) là một trong

những kiến trúc đã ra đời trong xu thé phát triển đó. Với IMS, người dùng có thể liên

lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng di động và đồng thời có thể sử dụng
những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet. IMS đã thực sự trở thành chìa khóa để hợp

nhất mang di động và mang Internet. IMS đồng thời cũng trở thành một phân hệ trong

mơ hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hãng sản xuất các thiết bị viễn thông

và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới.

Viện FOKUS ( Fraunhofer Institute for Open Communication Systems) đã đưa ra
dự án OpenIMS. Đây là một dự án mã nguồn mở xây dựng mạng lõi IMS, rất phù hợp
cho việc nghiên cứu IMS của sinh viên.

Trong thời gian thực tập tài phòng Lab C9-4II của bộ môn kỹ thuật thông tin,
được sự hướng dẫn của TS Nguyễn Tài Hưng, tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp cho mình
“Nghiên cứu và phát triển chức năng HSS và SLF cho kiến trúc IMS”. Đề tài liên

quan nhiều đến thông tin người dùng và các dịch vụ của nhà cung cấp. Đây là những
vân đề lớn, rất quan trọng trong một mạng viễn thông.

Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Tài Hưng, TS
Nguyễn Hữu Thanh và TS Nguyễn Văn Tiến đã giúp đỡ nhiệt tình cho cá nhân tơi
cũng như tat cả các bạn sinh viên tại phịng Lab C9-411 hồn thành đồ án của mình.

Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 21 thang 05 năm 2008

Sinh viên: Đào Anh Hà

TOM TAT DO AN

Xu hướng hội tụ mạng internet mạng di động và mạng điện thoại cố định đang ngày
một trở nên cần thiết và được chú trọng. Phân hệ IMS ra đời như là một kiến trúc đề đạt
được mục đích đó.

Việc nghiên cứu va phát triển các chức năng của khối HSS và SLF trong kién trúc
IMS có ý nghĩa quan trọng trong hoạt động của mạng IMS. Khối HSS chứa toàn bộ
thông của tin người dùng gắn liền với các thông tin dịch vụ. Do vậy đồ án của tôi tập
trung nghiên cứu lý thuyết và có mơ phỏng trên thực tế về các phần sau:

e Thông tin người dùng: Nghiên cứu cấu trúc của thông tin người dùng trong
IMS

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 1

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

e_ Giao thức Diameter: Là giao thức bao trùm lên hầu hết các hoạt động của
khối HSS như: q trình đăng ký, chứng thực, cấp quyền, tính cước, khởi

tạo cuộc gọi của người dùng...

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 2

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

ABSTRACT

Nowadays, the tendency of converging the Internet and the Cellular Worlds not
only becomes more and more essential. Therefore, IMS architecture is created to
achieve this goal.

Researching and developing HSS and SLF functions take important role in IMS
operation. In addition, HSS contains complete user and service profiles. As a result,
my thesis is concentrated on studying about following theories and _ practical
simulations:

e User information: Researching about the structure of user profiles in
IMS architecture

e Diameter protocol: a crucial protocol used in almost HSS activities
including registering, authentication, authorization, accounting, initiating
user call...

Đào Anh Hà - Điện tử 4 — K48 -DHBKHN 3

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

MUC LUC

0981962710077 -:-............... 1

I9) .090.v62097 901... 1

ABSTRACT

MUC LUC...... sẻ

DANH SÁCH HÌNH VẼ............

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮTT.......................-2--2©<+2EE2EE22EEE2EE22E122712211222122212712221e.2 9

Chương 0 GIỚI THIỆU ĐẺ TÀI ...........2.2 .2.+EE.E£.EE.££.EE2.EE.+E.ESE.Ee.rE.er-rer-rk-rrs 12

0.1 Tầm quan trọng của đề tài.......¿2.5.s .Sx.+S.xSE.EEE.2E.EEE.E .21..122-2 -zxe 12

0.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Chyong 1 TONG QUAN KIEN TRUC IMS... sẻ

1.1 VỊ trí và vai trị của phân hệ IMS trong kiên trúc mang di động 3G... I3

1.2 Các yêu cầu của IMS.................................--©2--27<22EE22EE2212271227212.122xe1. 14

1.2.1 Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP ................................-- 14

1.2.2 Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS......................---2-22- 2+c++cxe+xezrerssrs 14

1.2.3 Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch
[on 00550017 ............................. 14

1.2.4 HO tro chuyến vùng.........2:.5¿.+ .+.EeS.EE9.EE.EEE.2E.E12.12.211.22.121.21-1 -xe. 15

1.2.5 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ.......................---.ccccscrrrterrrrriirrrrrrrirrrreo l5
1.2.6 Hỗ trợ phát triển các dịch Vụ..............2.+..©+.s+.xz.+E.k+.rk.er-ke-rr-se-rs-srs 15

1.2.7 Hỗ trợ đa truy nhập

1.3 Tổng quan về các giao thức sử đụng trong [MS ..15

1.3.1 Giao thức điều khiển phiên

1.3.2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước....................... 16

1.3.3. Các giao thức khác........- ó.c .t.t..9.1.1.119.1 .11.1.v.n..rn 16

1.4 Tổng quan kiến trúc IMS.........-..2 .2 .+E.+Sk.+S.EtS.EE£.EE+.EE.eEE.Evk.er-rse-rxee 17

1.4.2 CSCF - Call/Session Control Function. .........

1.4.3

1.4.4

1.4.5

1.4.6

1.47 IMS-ALG và TrGỀW.............H.H H.H....HH...H.H .nh.à.n .ri, 22

1.4.8 PSTN/CS Øaf€WAV......H.S......H.T.n.h T.H .H.H .nh.t.ư 23

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 4

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

1.4.9 Mang chu va mang khach

1.5 Nhận dạng người dùng trong IMS

1.5.1 Nhận dạng người dùng cá nhân..............-.- .5.-5..s se.+..xs.ev.se.ee.er.sve 27

1.5.2 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và nhận dạng
người dùng công cộng.....................-.-.- .--.-.--

1.5.3 Nhận dạng dịch vụ công công

1.5.4 SIM, USIM và ISIM trong 3GPP..

Chuong2 GIAO THỨC HỖ TRỢ CHUNG THUC, CAP QUYEN, TINH
CUGC TRONG IMS

2.1 Chứng thực và cấp quyền trong IMS

2.2 Giao thứ Diameter

2.2.1 Cấu trúc bản tin Diamefer..............e+.ck.eS.E.1.22-1-27-1-22¿12c1s2.ccrx 35

2.2.2 Cặp giá trị thuộc tính..........---..6.+.1.......v..n...n.g.ư 37

2.2.3. Địa chỉ AAA và AAAS.........S.1 .2.11.21 .2.110.112.181.11 .H1.tcrc 38

2.2.4 Giao thức Diameter cơ bản

2.2.5 Các AVP trong giao thức Diameter cơ bản

2.3 Giao diện Cx và DX................5.55.52.5.5 ..<<.<.
2.3.1 Những lệnh trong Diameter ứng dụng cho giao diện Cx................. 45

2.3.2. Các AVP trong Diameter ứng dụng cho giao điện Cx .................... 50

2.4 Thông tin người dùng........---.-c-.c.1........n.g...nh.-rưy

2.4.1 Cấu trúc tổng quát thông tin người dùng

2.4.2 Nhận dạng công cộng...

2.4.3 Cấp quyền cho mạng lõi dich vu

2.4.4 Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu...........2.: 2..5£..e2.2.+E.+E.ke.zk.er.xr-rx-rrs 56

2.5 6:0 0117 ................. 58

2.5.1 Dữ liệu người dùng trên giao diện SÌ..................6...55.+..«.+.+.s.+s.s-+ 58

2.5.2 _ Các lệnh định nghĩa trên Diameter ứng dụng cho giao diện Sh...... 59

2.5.3. Các AVP định nghĩa trong Diameter ứng dụng cho giao dién Sh..62

2.6 Tih CUGC ..................... 62

Churong 3. PHAN MEM OPENIMSG .......sscsssssesssessessessesssssssssessscsscssessessecseseses 64

3.1 Giới thiệu chung về phần mềm OpenTMS của FOKUS..................... 64

3.2 Fokus Home Subcriber Server ( FHoSS ).................-..¿5.+..«c.+x.s+.xs.++ 67

Chuong 4 CAC MO PHONG

4.1 Tao và đăng ký người dùng mới

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 5

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

4.2 Co sở dữ liệu người dùng trên mysqÏ

4.3 Cấu hình các dịch vụ we

44 Thống kê các bản tin Diameter trong qua trình đăng ký.................. 77

009015. .................... 79
PHU LUC cecccccssecssesssesssecssecssessucssecssucssecssecssecsucssuesssessucssuessesssessnessuesssessesaseessees 80
TAT LIEU THAM KHAO wu... eeccssessscsssseesssneessssececsnscessneeessnscecsineeasnneeenneteennieees 82

Đào Anh Hà - Điện tử 4 — K48 -DHBKHN

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

DANH SACH HINH VE

Chwong 0 GIỚI THIỆU ĐẺ TÀI ...........2.2 .2.+EE.E£.EE.££.EE2.EE.+E.ESE.Ee.rE.er-rer-rk-rrs 12
Chwong 1 TỎNG QUAN KIÉN TRÚC IMS..................2.-5.2.5.2....c-rs-srs

Hình 1.1 Kiến trúc của mang UMTS...

Hình 1.2 Tống quan kiến tric IMS.

Hình 13 Cau trac của HSS

Hinh 1.4 Application S€rV€T...................-Ặ.S ....à ....n ......-rưy 21

l0 0 la 0c c2 .................. 23

Hình 1.6 PSTN/CS Getway giao tiếp với một mạng CS..................... 24

Hình I7 P-CSCF đặt tại mạng khách...

Hinh 1.8 P-CSCF đặt tại mạng chủ

Hình 1.9 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công
cộng trong Realese 5...........c.h........nh .nh.nà.n .HH..-nh-n-hư 28

Hình 1.10 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công

cộng trong R€Ï€aS€ ........................ Án TH TH nh nh TH TH nh nhà nưy 29

Hinh 1.11 Cấu trúc đơn giản hóa của USIM............................-.---¿5-5z552 30
Hinh 1.12 Cấu trúc của ứng dụng ISIM.............................------:2+se+c<+cscrs 31

Chương2 GIAO THUC HO TRỢ CHỨNG THỰC, CAP QUN, TÍNH
90/9/90):19)1e0) 1011... ............. 32

Hình 2.1 Sơ đồ xác thực và cấp quyền trong IMS.............................-- 33

Hình2.2 Giao thức Diameter cơ bản và các ứng dụng....................... 34

Hình 2.3 Cau tric bản tin Diameter.............................---¿-7-2©25zccxcscxcses 36

Hình 2.4 Cấu trúc của AVP...............................ccerriihhhhererre

Hình 2.5 Các lệnh cơ bản của Diameter

Hình26 Một số AVP

Hình2.7 Các lệnh định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện Cx

Hình 2.8 Ban tin UAR/UAA, MAR/MAA, SAR,SAA trong qua trình
dang ky

Hinh2.9 Bản tin LIR/LIA và bản tin SAR/SAA

Hình2.I0 Bản tin RTR/RTA

Hình 2.II Bản tin PPR/PPA................................... ĂẶĂScS.SHh in 50

Hinh 2.12 Các AVP định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện
Cx

Hinh 2.13

Đào Anh Hà - Điện tử 4 — K48 -DHBKHN 7

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Hinh 2.14 Cấu trúc tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu..

Hinh 2.15 Danh sách lệnh được định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho
giao dién Sh

Hinh 2.16

Hinh 2.17

Hinh 2.18

Hinh 2.19
Sh

Chuong 3 PHAN MEM OPENIMS
Hinh 3.1 Các thành phần của OpenIMS...
Hinh 3.2 OpenIMS Client khi chạy lần đầu tiên

Hinh 3.3 FHoSS trong OpenIMS................................- --ccksSsssriy 67

Hinh 3.4 Giao diện web quản lý FHoSS..................-.5.c....c.sc.ss.v.ees 68

Hinh 3.5 Trang cấu hình nhận dạng người đùng cá nhân..................... 69

Hinh 3.6 Trang cấu hình thơng tin dịch vụ

Hinh 3.7 Cấu trúc thư mục của FHoSS

Chuong 4 CAC MO PHONG

Hinh 4.1 Cấu hình thơng số IMSU................¿.22..©5.22.c2.+.EE.£x.cz-x-cr-rk 71
Hinh 4.2 Cấu hình thơng số IMPI............2.-.2..2©.52.+£.2£.E£.Ez.rx.zz-rs-rk 72
Hinh 4.3 Cấu hình thơng số IMPU......................--22©22©5222<+2x2£xczxsccez 73

Hinh 4.4 Cơ sở dữ liệu trong FhoSS .............................---- sccs«ssseeeeeeseree 74

Hinh 4.5 Sơ đồ thực thế liên kết rút gọn của cơ sở dữ liệu trong
FHoSS

Hình 4.6 Một số máy chủ ứng dụng đã khởi tạo và chạy thử................ 76
Hình 4.7
Một số điểm kích hoạt đã tạo...........2.5.cc.cs.Ex-rx-er-xecrr-ek

Hình 4.8 Một số tiêu chuẩn lọc ban đầu đã được tạo

Hình 4.9 Một số bản tin trong quá trình đăng ký

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 8

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

DANH SACH TU VIET TAT

3Gpp | 4 Generation | 1 cong tic mang thé hé thứ 3
Partnership Project

AAA
Authentication Chứng thực, cấp quyền, tính cước
AS Authorization
AuC Accounting
AVP
CSCF Application Server Máy chủ ứng dụng
DNS
Authetication Center Trung tâm nhận thực

Atribute Value Pair Cặp giá trị thuộc tính

Call/Sessi Control .. cà La . .
a ession onto") Khéi chite năng điêu khiên phiên và cuộc gọi

Function

Domain Name System Hệ thống tên miền

FQDN | Fully Qualified Domain | ren miền đủ điều kiện

Name

GGSN | Getway GPRS Suport | sẻ ý hỗ tro nut GPRS

GPRS Node

HLR General Packet Radio | Dịch vụ chuyển gói rộng khắp qua sóng vơ
HSS Service tuyến
IANA
Home Location Register | Bộ đăng ký vị trí máy chủ

Home Subcriber Server | Máy chủ thuê bao

Internet Assigned | _. ; Lyin y
Nunber Authority Tô chức câp phát số hiệu internet

IETF Internet Engi i
tick Fore neieering Lực lượng quản lý kỹ thuật

IFC Initial Filter Criteria Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu

IMS IP Multiultimedia | 5 an hé IP da phương tiệni

Subsystem

IMSI International Mobile | Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Subscriber Identity

IP Internet Protocol Giao thức mạng

IPsec Internet Protocol Giao thức bao mat mang
security
ITU
MRF International Hiệp hội viễn thông quốc tế
MSC

PDF Telecommunication
Union
RADIUS
Media Resource Funtion | Chức năng tài nguyên media

Mobil Switchi . .
opus wHoaine Trung tâm chuyên mạch di động

Center

Poli Decisi .: " A
° icy SE | Khối chức năng giải quyết chính sách

Function

Remote Authenticati . „ ^ . en `
Dist tn User Sevicw ton Dịch vụ chứng thực cuộc gọi người dùng từ xa

RTP Real-Ti Ti rt 2
sa 1une ranspo Giao thức vận chuyên thời gian thực
Protocol

SDP Session Descripton | ¡ ° thức mô tả phiên
Protocol

Serving GPRS S rt »
SGSN | "ẽ PPĐP Í Nút hỗ trợ phục vụ GPRS
Node

SIP Session Initiation | G30 thitc khởi tạo phiên

Protocol

SLF Subcriber Locaton | 1.44; chite nang vi trí thuê bao
Function

SP Service Point Điểm dịch vụ

TP Triger Point Điểm kích hoạt dịch vụ
UMTS Hệ thống viễn thông di động quốc tế
Universal Mobile

Telecommunication

System

Đào Anh Hà - Điện tử 4 — K48 -DHBKHN 10

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Đào Anh Hà - Điện tử 4 — K48 -DHBKHN 11

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Chuong0 GIỚI THIỆU ĐÈ TÀI

0.1 Tầm quan trọng của đề tài

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đặc biệt là trong
lĩnh vực viễn thông, các dịch vụ được phát triển ngày càng trở nên phong phú, đa
dạng. Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của Internet càng tạo ra nền tảng cho việc

phát triển cho rất nhiều dịch vụ. Với mong muốn kết hợp các dịch vụ Internet và các
dịch vụ di động truyền thống, các nhà phát triển đã không ngừng nghỉ trong việc sáng
tạo ra các kiến trúc mạng mới, các cơng nghệ mới nhằm thực hiện mục đích này. Sự ra
đời của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng 3G chính là bước phát triển quan trọng

trong q trình hợp nhất các dịch vụ đó.

Việc quản lý các dịch vụ, đưa dịch vụ đến với người dùng, quản lý thơng tin người
dùng, tính cước... có vai trị quan trọng trong q trình triển khai IMS.

Thông tin người dùng phải được xây dựng sao cho có thé dé dang xac lap va thay
đổi các gói dịch vụ khác nhau cho từng người dùng tùy theo nhu cầu. Cấu trúc thông
tin người dùng phải đồng nhất cho nhiều loại thiết bị đầu cuối khác nhau.

Vấn đề an ninh, bảo mật, chứng thực, cấp quyền, tính cước cũng cần được quan
tâm một cách kỹ lưỡng. Bởi lẽ trong hoàn cảnh hiện nay khi công nghệ thông tin phát
triển như vũ bão thì đi kèm với nó cũng tiềm ấn rất nhiều nguy cơ như virus, hacker,
trộm cắp tài khoản, trộm cước...

0.2 Nôi dung nghiên cứu của đề tài

Với mục đích nghiên cứu phát triển khối HSS và IFC cho kiến trúc IMS, đề tài của
tôi bao gồm các nội đung chính sau:

© Chương 1 Tống quan kiến trúc IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS, các

thành phần, chức năng của từng thành phần và kiến trúc triển khai

e Chương 2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước trong
IMS: Trình bày về giao thức Diameter và cấu trúc cơ sở dữ liệu người

dùng.

e_ Chương 3 Phần mềm OpenIMS: Giới thiệu về mã nguồn mở OpenIMS

của viện FOKUS, trong đó tập trung vào modul FHoSS quản lý cơ sở dữ
liệu người dùng

e Chương 4 Các mơ phỏng: Trình bày các cơng việc làm được trong việc
mô phỏng, chạy thử phần mềm OPENIMS

e_ Chương 5 Kết luận: Các kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 12

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Chuwong1 TONG QUAN KIEN TRUC IMS

Trong chương này ta sẽ tìm hiểu về vị trí và vai trị của phân hệ IMS trong kiến trúc
mạng di động 3G, những yêu cầu khi xây dựng phân hệ IMS và tổng quan về các giao
thức, các thành phần chức năng và các cách nhận dạng người dùng trong kiến trúc IMS.

1.1 Vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di đông 3G

Mạng di động 3G được phân chia logic thành mạng truy nhập (Access Network) và
mạng lõi (Core Network). Phía trên cơ sở hạ tầng mạng là nền tảng dịch vụ được sử
dụng để tạo ra các dịch vụ khác nhau. Hình 1.1 chỉ ra kiến trúc mạng 3G UMTS.

Applications Application & Servers
& Service

Core cS . IMS PS

Network Domain Domain

Access BSS & RNS
Network

Hình LI Kién tric cia mang UMTS UMTS.

Mạng hỗ trợ hai kiểu mạng truy nhập khác nhau:
- Base-station System (BSS) la mang truy cap GSM
- Radio Network Subsystem (RNS) 1a mang truy cap

Đào Anh Hà - Điện tử 4 — K48 -DHBKHN 13

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Mang lõi bao gồm miễn chuyển mạch kênh (CS) và miền chuyền mạch gói (PS). Hai

miền này khác nhau trong cách chúng xử lý dữ liệu. Miền chuyển mạch kênh dành sẵn
các kênh cho lưu lượng của người dùng. Do đó được sử dụng cho các dịch vụ thời gian
thực và dịch vụ hội đàm như dịch vụ thoại và dịch vụ hội nghị video. Miền chuyền mạch
gói được sử dụng cho các ứng dụng dữ liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối như truyền file,
truy cập web và e-mail.

Phân hệ IMS như trong hình vẽ là một phần trong miền chuyền mạch gói. Chức năng
của IMS là cung cấp các dịch đa phương tiện trên nén IP, bao gom cac dich vu thoi gian
thực như trong miền chuyển mạch kênh. Do đó IMS sẽ làm cho miền chuyển mạch kênh
dần dần được thay thế trong tương lai.

12 Các yêu cầu của IMS

IMS được xây dựng và phát triển với mục đích phải kết hợp được những xu hướng

công nghệ mới nhất, làm cho mơ hình Internet - Mobile trở thành hiện thực, tạo ra một
nền tảng chung để phát triển các địch vụ multimedia đa dạng và tạo ra nhiều lợi nhuận
hơn trong việc thúc đây khách hàng sử dụng miền chuyển mạch gói trong 3G. Đề đạt
được những mục đích đó thì IMS đã được định nghĩa như là một nền tảng kiến trúc để
truyền tải các dịch vụ multimedia IP tới người dùng cuối. Nền tảng đó phải thực hiện
được những yêu cầu sau:

1.2.1 Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP

IMS co thể truyền tải các dịch vụ đa đạng.Yêu cầu này nhân mạnh sự cần thiết để

cung cấp các dịch vụ chính được truyền tải bởi IMS đó là các phiên multimedia qua
mạng chuyên mạch gói. Kiểu media trong trường hợp này có thể là audio hoặc video.
Truyền thơng multimedia đã được chuẩn hóa trong các chuẩn hóa trước đây của 3GPP
nhưng những kiểu truyền thông multimedia này được thực hiện qua mạng chuyển mạch
kênh chứ không phải qua mạng chuyển mạch gói.

1.2.2 Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS

QoS là một trong các vấn đề quan trọng nhất của IMS. QoS cho một phiên
multimedia cụ thể được quyết định bởi nhiều nhân tố như băng thơng lớn nhất. Băng
thơng lớn nhất có thể được cấp phát cho người dùng dựa trên đăng ký của người dùng
hoặc dựa trên tình trạng hiện tại của mạng.

1.23 Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyến mạch kênh

(PSTN)

Hỗ trợ làm việc liên kết vơi Internet là một yêu cầu rõ ràng. Mạng Internet sẽ là đích
đến của hàng triệu phiên multimedia được bắt đầu trong IMS. Khi yêu cầu này đạt được
thì số lượng các phiên multimeda sẽ được tăng lên đáng kể.

IMS đồng thời cũng hỗ trợ làm việc liên kết với mạng PSTN. Những thiết bị đầu

cuối IMS đầu tiên sẽ có khả năng kết nói đồng thời với mạng chuyển mạch kênh và
mạng chuyển mạch gói. Vì thế khi một người dùng muốn gọi cho một người dùng khác
ở trong PSTN hay ở trong mạng di động thì thiết bị đầu cuối IMS chọn miền chuyên
mạch kênh đề sử dụng.

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 14

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Mặc dù yêu cầu làm việc liên kết với mạng chuyển mạch kênh là một yêu cầu không

bắt buộc nhưng hầu hết các thiết bị đầu cuối IMS sẽ hỗ trợ miền chuyển mạch kênh. Vì
thể yêu cầu này có thể được xem như yêu cau dai hạn.

1.2.4 Hỗ trợ chuyến vùng

Hỗ trợ chuyển vùng là một yêu cầu cơ bản kể từ mạng di động thế hệ thứ hai.
Chuyên vùng giúp người dùng có thể liên lạc khi sang một mang khách. IMS thừa kế

yêu cầu này giúp người dùng duy trì kết nối khi đi chuyền sang đất nước khác.

1.2.5 Hỗ trợ điều khiến dịch vụ

IMS giúp nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra những chính sách với những dịch vụ

mà họ cung cấp cho người dùng. Có thể chia những dịch vụ này thành 2 loại:

+ Những chính sách áp dụng chung đối với tất cả người sử dụng trong mạng.

+ Những chính sách áp dụng riêng lẻ đối với những người dùng cụ thẻ.

Những chính sách chung bao gồm một số các giới hạn do các nhà cung cấp dịch vụ
đưa ra như giới hạn sử dụng các bộ codec dung lượng lớn như G711 trong mạng của họ
Thay vào đó họ có thể áp dụng những bộ codec dung lượng nhỏ như AMR.

Những chính sách riêng lẻ ngược lại được gắn với mỗi một người dùng cụ thể. Ví dụ

khi một người dùng có thể có một vài đăng ký để sử dụng các dịch vụ IMS mà khơng
bao gồm video. Thiết bị đầu cuối IMS có thể hỗ trợ video nhưng trong trường hợp người
dùng cố gắng để bắt đầu một phiên multimedia mà bao gồm video thì nhà cung cấp sẽ
chặn phiên này.

1.2.6 Hỗ trợ phát triển các dịch vụ

Yêu cầu này ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế kiến trúc IMS.Yêu cầu này khẳng định
rằng các dịch vụ IMS không cần phải tiêu chuẩn hóa. Nó đánh dấu một cột mốc quan

trọng trong thiết kế mạng di động, bởi vì trước đây, tất cả các dịch vụ riêng lẻ hoặc là

phải chuẩn hóa hoặc là được thực hiện độc quyền. Thậm chí khi một dịch vụ đã được

chuẩn hóa, cũng khơng có một đảm bảo chắc chăn địch vụ sẽ làm việc khi chuyển vùng

sang một mạng khác. IMS giúp cho triển khai các dịch vụ mới đến người dùng nhanh
hơn. Trước đây, sự chuẩn hóa các dịch vụ và công việc kiểm tra gây ra sự chậm chế
đáng kể trong việc triển khai dịch vụ. IMS làm giảm đáng kể sự chậm trễ này bằng cách
tiêu chuẩn hóa khả năng dịch vụ thay vì chn hóa dịch vụ riêng lẻ.

1.2.7 Hỗ trợ đa truy nhập

Yêu cầu này giới thiệu các phương thức truy nhập khác ngồi GPRS.IMS chỉ là một
mạng IP và do đó bất cứ một mạng truy nhập nào cũng có thể cung cấp sự truy nhập tới
nó. IMS có thể được truy nhập từ mạng WLAN (Wireless Local Area Network), từ một
ADSL...

1.3 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS

Kiến trúc IMS do 3GPP phát triển dựa trên các giao thức IP được chuẩn hóa bởi
IETE. Giao thức IP bao gồm các giao thức về điều khiển phiên, các giao thức về chứng
thực, cấp quyền và tính tốn (AAA) và một số các giao thức khác.

Đào Anh Hà - Điện tử 4— K48 -ĐHBKHN 15

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

1.3.1 Giao thức điều khiển phiên

Các giao thức điều khiển cuộc đóng vai trị chìa khóa trong bất kì một hệ thống điện
thoại nào. Trong mạng chuyển mạch kênh, các giao thức điều khiển cuộc gọi quan trọng
nhất là TUP (Telephony User Part, ITU-T khuyến nghị Q.721), ISUP ( ISDN User Part,
ITU-T, khuyến nghị Q.761) và BICC (Bearer Independent Call Control, ITU-T khuyến
nghị Q.1901).

SIP đã được chọn là giao thức điều khiển phiên cho IMS trong nhiều giao thức điều
khiển phiên phiên dựa trên IP khác như BICC và H323. SIP được IETF chuẩn hóa trong
RFC 3261 (Request for Command). SIP tn theo mơ hình khách - chủ (client-server).
SIP 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 mơ hình
SIP chỉ có một giao thức duy nhất hoạt động thơng suốt. Ngồi 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.

1.3.2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước

Diameter dua trén RFC 3588 duoc chon 1a giao thttc AAA trong mang IMS.
Diameter được phát triển từ giao thức RADIUS (RFC 2865) là một giao thức được sử
dụng phổ biến trong Internet để thực hiện chứng thực, cấp quyền và tính cước. Ví dụ khi
một người dùng quay số đến một nhà cung cấp dịch vụ Internet, máy chủ truy nhập
mạng sử dụng RADIUS đề chứng thực cấp quyền cho user.

Diameter bao gồm một giao thức cơ bản và giao thức này được bổ sung bởi các
Diameter ứng dụng. Các Diameter ứng dụng là các tùy biến hoặc là các mở rộng
Diameter dé phi hợp với các môi trường cụ thé.

IMS sir dung Diameter trong nhiều giao diện, mac du vay cdc giao diện này có thé str
dụng các tng dung Diameter khac nhau. Vi du IMS su dung mot Diameter tng dung
trong qua trinh thiét lập cuộc gọi nhưng lại sử dụng một Diameter ứng dụng khác trong
tính cước.

1.3.3 Cac giao thức khác

Bén canh SIP va Diameter, IMS con sử dụng nhiéu giao thức khác. Giao thức dịch
vụ chính sách mở thơng thường COPS (Common Open Policy Service) duge ding dé
truyền tải chính sách giữa các điểm quyết định dich vu PDPs (Policy Decision Points) va
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 đề điều khiển

các nút trong mặt phẳng media.

RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) va RCTP (RTP Control Protocol,
RFC 3550) ding đề truyền tải media như video và audio.

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 16

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

1.4 Téng quan kiến trúc IMS
IMS khơng được chn hố theo các nút mà dựa trên chức năng. Điều này có nghĩa

là kiến trúc IMS là một tập hợp các chức năng được liên kết với nhau bởi các giao diện.
Các chức năng có thể được kết hợp lại trong mơt nút hoặc một chức năng thể được tách
ra thực hiện trong 2 nút hoặc nhiều hơn. Thông thường các nhà cung cấp thường thực
hiện một chức năng trong mỗi nút riêng lẻ.

MGW

Hình 12 Tổng quan kiến trúc IMS

Hình vẽ 1.2 thể hiện tổng quan kiến trúc IMS. Trong hình vẽ này các giao diện báo

hiệu trong IMS được thể hiện bằng hai hoặc ba chữ cái.

Bên phải của hình vẽ là các thiết bị IMS. Phía dưới là thiết bị di động IMS thường

được gọi là thiết bị người dùng UE. Thiết bị đầu cuối IMS kết nối tới mạng chuyên

mạch gói thông qua liên kết vô tuyến. IMS đồng thời cũng hỗ trợ các kiểu truy nhập và
các thiết bị khác như PDA (Personal Digital Assistant) và máy tính. Các thiết bị này có

thể truy nhập qua ADSL hoặc WLAN.

Phần cịn lại của hình vẽ chỉ ra các nút chức năng khác trong kiến trúc lõi của IMS
bao gồm:

+ Cơ sở dữ liệu người dùng: HSS (Home Subcriber Servers) và SLE (Subcriber
Location Function).

+ Chức năng điều khiển phién, cudc goi: CSCF (Call /Sesion Control Function)

+ Chức năng lién quan dén nguén media: MRF (Media Resource Fuction) bao gdm
b6 diéu khién chitc nang nguén media MRFC (Media Resource Function Controller) và
b6 xir ly chtre nang nguén media MRFP (Media Resource Function Processor).

+ BGCF (Breakout Gateway Control Function).

Đào Anh Hà — Dién tt 4 — K48 -DHBKHN 17

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

+ PSTN gateway bao gom SGW (Signalling Gateway), MGCF (Media Gateway

Controller Function) va MGW (Media Gateway).

1.4.2 CSCF - Call/Session Control Function.

CSCF là một SIP server. Nó là thành phần cơ bản nhất trong kiến tric IMS.

CSCF xử lý báo hiệu SIP. Có ba kiểu khác nhau của CSCF:

+ Proxy —CSCF (P-CSCF)

+ Serving -CSCF (S-CSCF)

+ Interrogating -CSCF I-CSCF)

Mỗi CSCF có những chức năng đặc biệt của chúng. Tắt cả góp phần tạo thành bộ
máy định tuyến bản tin SIP. Ngoài ra chúng có thể gửi các thơng tin tính cước tới chức

năng tính cước ngoại tuyến.

1.4.2.1 P-CSCE

P-CSCF là điểm liên lạc đầu tiên giữa thiết bị đầu cuối và mạng IMS. Trong mơ

hình của SIP thì P-CSCF đang làm việc như một oubound/inbound SIP proxy server. Tất

cả các bản tin SIP được khởi tạo bởi một thiết bị đầu cuối IMS hoặc gửi đến thiết bị đầu

cuối IMS đều phải đi qua P-CSCF. P-CSCF chuyền tiếp các bản tin SIP: yêu cầu và hồi
đáp theo các hướng phù hợp hoặc là đi tới thiết bị IMS hoặc là tới mạng IMS.

P-CSCF được chỉ định cho các thiết bị đầu cuối IMS trong q trình đăng ký và
khơng thay đổi trong q trình này.

P-CSCF bao gồm nhiều chức năng khác nhau và một trong số chúng liên quan tới
bảo mật. Nó thiết lập một số liên kết đảm bảo IPsec với các thiết bi dau cudi IMS.
Những liên kết bảo mật Ipsec này đảm bảo sự toàn vẹn thực thể, ví dụ như khả năng để
dị tìm nội dung của bản tin có bị thay đồi từ khi nó được tạo ra hay không.

Một khi P-CSCEF đã chứng thực người dùng (như là một phần của sự thiết lập liên kết
bảo mật) thì các nút khác trong mạng không cần phải thực hiện các chứng thực người
dùng khác nữa vì chúng tin tưởng vào P-CSCFE. Sự xác nhận của P-CSCF cịn có các
chức năng khác như cung cấp các dịch vụ cho các cá nhân và các bản ghi tính cước.

Một chức năng khác nữa của P-CSCF là chúng kiểm tra sự chính xác của bản tin SIP

yêu cầu được gửi bởi thiết bị đầu cuối IMS. Chức năng này giúp ngăn chặn các thiết bị
đầu cuối gửi các bản tin SIP khơng chính xác.

P-CSCF bao gồm một bộ phận nén và giải nén các bản tin SIP (thiết bị đầu cuối
IMS cũng bao gồm chức năng này). Bản tin SIP đơi khi có thể rất lớn. Trong khi gửi

một bản tin qua một kết nói băng thơng rộng chỉ mắt một thời gian ngắn thì việc gửi một
bản tin SIP qua một kênh băng thông hẹp, như một kết nói vơ tuyến chẳng hạn, sẽ mắt
một vài giây. Cơ chế dùng đề rút ngắn thời gian truyền một bản tin là nén bản tin lại,
truyền qua liên kết vơ tuyến và giải nén bên phía nhận.

P-CSCF có thể bao gồm một PDF. PDF cấp quyền sử dụng media và quản lý QoS
trên mặt phẳng media.

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 18

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tinh cước tới các nút thu thập thông tin tinh
cước.

Với mục đích mở rộng và tạo ra dư thừa để dự phịng thơng thường trong một mạng

IMS có nhiều P-CSCF. Mỗi một P-CSCF phục vụ một số thiết bị đầu cuối IMS phụ

thuộc vào dung lượng của nó.

P-CSCF có thể được đặt tại mạng khách hoặc mạng chủ. Trong trường hợp mạng
chuyển mạch gói đựa trên GPRS thì P-CSCF ln đặt trong cùng một mạng với GGSN.
Vì vậy GGSN và P-CSCF có thể cùng đặt tại mạng khách hoặc tại mạng chủ.

1.4.2.2 I-CSCF

I-CSCF là SIP proxy được đặt tại biên của miễn quản trị. Địa chỉ của I-CSCF luôn
được liệt kê trong các bản ghi DNS của miền. Khi một SIP server tuân theo các thủ tục

SIP dé tìm chặng SIP tiếp theo cho một bản tin SIP sẽ nhận được địa chỉ của I-CSCF

trong miền đích.

Ngoài chức năng là một SIP server, I-CSCF cịn có một giao diện tới SLF va HSS.
Giao diện này dựa trên giao thức Diameter. Qua giao diện này I-CSCF truy vấn các
thơng tin về vị trí của người dùng và định tuyến các bản tin SIP tới địa chỉ phù hợp.

I-CSCF cịn có chức năng mã hóa một phần bản tin SIP đang chứa đựng những

thông tin nhạy cảm về miền, như số lượng các server trong miễn, tên DNS và dung

lượng của chúng. thường bao gồm nhiều I-CSCF cho mục đích mở rộng và tạo dư

Một mạng IMS

thừa.

]-CSCF thường nằm tại mạng chủ, mặc dù trong một số trường hợp đặc biệt nó có
thể được đặt tại mạng khách.

1.4.2.3 S-CSCF

S-CSCF là nút trung tâm trong mặt phẳng báo hiệu. Ngoài chức năng là một SIP

server, S-CSCF cịn đóng vai trị là một SIP registrar. Nó duy trì một gán kết giữa vị trí
của người dùng (như địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) và địa
chỉ SIP của người dùng trong bản ghi.

Giống như I-CSCE, S-CSCF cũng đồng thời thực hiện giao diện tới HSS để thực

hiện các mục đích sau:

+ Tải về các vector chứng thực của người dùng đang truy nhập vào mạng. S-
CSCF sử dụng các vector nay dé chứng thực người dùng.

+ Tải về hồ sơ người đùng từ HSS. Hồ sơ người dùng bao gồm hồ sơ dịch vụ .

+ Thông báo cho HSS rằng S-CSCF này sẽ phục vụ người dùng trong khoảng
thời gian đăng ký.

Tất cả báo hiệu SIP mà thiết bị đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi qua S-CSCF .

S-CSCF giám sát từng ban tin SIP và quyết định xem báo hiệu SIP sẽ đi qua một hay

nhiều server ứng dụng hoặc đề định tuyến tới đích cuối cùng.

Đào Anh Hà - Điện tử 4 - K48 -ĐHBKHN 19

Nghiên cứu va phat trién chtre nang HSS va SLF cho kién tric IMS

Một trong những chức năng chính của S-CSCF là cung cấp chức năng định tuyến
bản tin SIP. Nếu một người dùng quay một số điện thoại thay vì một SIP URI thì S-
CSCF cung cấp dịch vụ chuyển đổi địa chỉ, thường dựa trên DNS E.164 Number
Translation (IETF).

S-CSCF đồng thời thi hành các chính sách của nhà điều hành mạng. Ví dụ một người

dùng khơng có quyền để thiết lập một loại phiên cụ thé như phiên video chẳng hạn. Nói

cách khác, S-CSCF ngăn chặn người dùng thực hiện những dịch vụ không được cho
phép.

S-CSCF luôn luôn nằm tại mạng chủ.

1.4.3 Cơ sở dữ liệu: HSS và SLF

HSS va SLF là hai cơ sở dữ liệu chính trong kiến trúc IMS.

HSS lưu trữ dữ liệu cho tất cả các thuê bao và tất cả dữ liệu liên quan đến dịch vụ

của IMS. Dữ liệu được lưu trữ trong HSS bao gồm nhận dạng, thông tin đăng ký thuê
bao, tham số truy nhập và thông tin kích hoạt dịch vụ. Thơng tin nhận dạng gồm có hai
loại: Nhận dạng người dùng công cộng và nhận dạng người dùng cá nhân. Nhận dạng
người đùng cá nhân được sử dụng cho mục đích đăng ký và cấp quyền, trong khi đó
nhận dạng người dùng cơng cộng được người dùng sử dụng đẻ liên lạc với những người
dùng khác. Các tham số truy nhập IMS được khởi tạo dé thét lập một phiên và bao gồm
các thông số giống như chứng thực người dùng, cấp quyền chuyên vùng và tên của S-
CSCF phụ trách người dùng. Thơng tin kích họat dịch vụ cho phép thực hiện các dịch vụ
SIP.

HSS cũng bao gồm một số các chức năng của bộ đăng ký vị trí chủ (HLR) và trung
tâm nhận thực (AuC).

Chức năng HLR/AuC cho Chức năng IP multimedia
miền chuyển mạch kênh

Chức năng HLR/AuC cho
miền chuyển mạch gói HSS

Hình L3 Cau tric cia HSS

Chức năng HLR hỗ trợ các thực thể trong miền chuyển mạch gói như SGSN và
GGSN. Điều này cho phép các thuê bao truy nhập tới các dịch vụ trong miền chuyển
mạch gói. HLR đồng thời cũng hỗ trợ các thực thể trong miền chuyển mạch kênh như
MSC/MSC servers. Điều này cũng cho phép các thuê bao có thể truy nhập các dịch vụ
trong miền chuyển mạch kênh và hỗ trợ chuyền vùng tới những mạng có miền chuyển

mạch kênh.

Đào Anh Hà - Điện tử 4— K48 -ĐHBKHN 20