đồ án tốt nghiệp đại học khảo sát các phương pháp phối hợp dịch vụ

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp dịch
vụ
MỤC LỤC
1 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 13
1.1 Tầm quan trọng của đề tài 13
1.2 Nội dung nghiên cứu 14
2 CHƯƠNG II : CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG TRONG KIẾN TRÚC IMS 16
2.1 Các yêu cầu đối với IMS 16
2.1.1 Phiên đa phương tiện IP 16
2.1.2 Chất lượng dịch vụ QoS 16
2.1.3 Internetworking 17
2.1.4 Chuyển vùng (Roaming) 17
2.1.5 Điều khiển dịch vụ 17
2.1.6 Phát triển dịch vụ 18
2.1.7 Đa truy nhập 18
2.2 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS 19
2.2.1 Giao thức điều khiển phiên 19
2.2.2 Giao thức AAA 20
2.2.3 Các giao thức khác 20
2.3 Kiến trúc tổng quát IMS 21
2.3.1 Mạng truy nhập 22
2.3.2 Mạng lõi 23
2.3.3 Tầng dịch vụ 32
2.4 Định danh trong IMS 33
2.4.1 Định danh người dùng công cộng 33
2.4.2 Định danh người dùng riêng 35
2.4.3 Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng 35
2.4.4 Định danh dịch vụ công cộng 37
2.5 SIM, USIM và ISIM trong 3GPP 38
2.5.1 SIM 39
2.5.2 USIM 39

2.5.3 ISIM 39
3 CHƯƠNG III : ĐIỀU KHIỂN PHIÊN TRONG IMS 40
3.1 Chức năng của SIP 40
3.1.1 Mô tả phiên và SDP 40
3.1.2 Mô hình Offer/Answer 41
3.1.3 SIP và SIPS URIs 42
3.1.4 Định vị người dùng 43
3.2 Cơ bản về SIP 44
3.2.1 SIP là gì 44
3.2.2 SIP liên hệ với HTTP như thế nào 46
3.2.3 Bản tin SIP 48
3.2.4 Phiên giao dịch (Transaction) 49
3.2.5 Hội thoại (dialog) 50
3.2.6 Trường điều khiển Record-Route, Route và Contact 52
4 CHƯƠNG IV : QUẢN LÝ TƯƠNG TÁC DỊCH VỤ TRONG IMS 54
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4 – K50 Trang 1
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp dịch
vụ
4.1 Service Broker – khối quản lý tương tác dịch vụ trong IMS 55
4.1.1 SCSCF và tiêu chuẩn lọc 55
4.1.2 Service Capabilitiy Interaction Manager (SCIM) 67
4.2 Distributed Feature Composition – architecture routing algorithm (DFC-AR):
72
4.2.1 Giới thiệu về hỗn hợp ứng dụng và kiến trúc DFC: 72
4.2.2 Mục tiêu thiết kế: 75
4.2.3 Hoạt động của DFC Application Router 76
4.2.4 DFC-AR API: 81
4.2.5 Các ví dụ: 84
5 CHƯƠNG V : CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP DỊCH VỤ TRONG MIỀN
WEB 87

5.1 Khái niệm Web Service và Service Oriented Architecture 87
5.1.1 Service Oriented Architecture 87
5.1.2 Web Service 92
5.1.3 Web Service Description Language – WSDL 97
5.2 Web Service Orchestration 99
5.2.1 Giới thiệu: 99
5.2.2 Orchestration và Choreography 99
5.2.3 Các ngôn ngữ dùng trong orchestration: 101
5.3 Business Process Execution Language for Webservices 107
5.3.1 Giới thiệu 107
5.3.2 Cấu trúc của một qui trình nghiệp vụ 108
5.3.3 Cách xây dụng một qui trình BPEL 108
5.3.4 Các đặc tính và yếu tố của một qui trình BPEL 108
6 CHƯƠNG VI : SO SÁNH PHỐI HỢP DỊCH VỤ TRONG MIỀN WEB VÀ
VIỄN THÔNG 111
6.1 So sánh hai miền: viễn thông và web: 111
6.1.1 Khách hàng – nhà cung cấp so với đối tác ngang hàng: 112
6.1.2 Kích hoạt rõ ràng và không rõ ràng: 112
6.1.3 Các chức năng phân tán và các chức năng chồng chéo 112
6.1.4 Các yêu cầu về dịch vụ 113
6.1.5 Những khác biệt về giao thức 113
6.1.6 Mô hình tương tác 114
6.1.7 Cấu trúc của bộ phối hợp 114
6.1.8 Phương pháp phối hợp dựa trên yêu cầu-phản hồi và dựa trên phiên kết
nối 115
6.1.9 Khác biệt về quan hệ trạng thái 115
6.1.10 Khác biệt nhưng có thể hòa hợp 116
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4 – K50 Trang 2
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2-1 : Tổng quan kiến trúc IMS 22

Hình 2-2 : Giao tiếp giữa PSTN/CS gateway và mạng CS 28
Hình 2-3 : P-CSCF đặt tại mạng khách 31
Hình 2-4: P-CSCF đặt tại mạng chủ 31
Hình 2-5 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công
cộng theo 3GPP R5 36
Hình 2-6 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công
cộng theo 3GPP R6 37
Hình 3-7 : Một ví dụ về mô tả phiên SDP 40
Hình 3-8 : Các kiểu trong SDP 41
Hình 3-9 : Mô tả phiên SDP của Bob 42
Hình 3-10 : Alice đăng ký vị trí người dùng với tên miền domain.com registrar 44
Hình 3-11 : Các bước thiết lập một cuộc gọi 46
Hình 3-12: Cấu trúc bản tin SIP 48
Hình 3-13: Transaction 50
Hình 3-14 : Luồng cuộc gọi trong một hội thoại SIP 51
Hình 3-15 : Cách sử dụng Record-Route, Route và Contact 53
Hình 4-16: Cấu trúc của User Profile 57
Hình 4-17: Cấu trúc tiêu chuẩn lọc khởi tạo 58
Hình 4-18: Thành phần của Service Point Trigger 61
Hình 4-19: Ví dụ về User Profile 63
Hình 4-20: SCSCF đóng vai trò Service Broker giữa các AS khác nhau 64
Hình 4-21: Định tuyến bản tin đến máy chủ ứng dụng 67
Hình 4-22: SCIM trong cấu trúc IMS 67
Hình 4-23: Giao diện của SCIM với các thực thể mạng 68
Hình 4-24: SCIM được triển khai theo dạng (1) 70
Hình 4-25 : SCIM được triển khai theo dạng (2) 71
Hình 4-26: Hỗn hợp ứng dụng trong các container 73
Hình 4-27: Minh họa ví dụ 1 85
Hình 4-28: Minh họa ví dụ 2 86
Hình 5-29: Các tác nhân trong SOA 89

Hình 5-30: Tập giao thức trong Web service 93
Hình 5-31: Các tác nhân của Web service 94
Hình 5-32: Thông điệp SOAP 95
Hình 5-33: Cấu trúc bản tin SOAP 96
Hình 5-34: Tổng quan về WSDL 98
Hình 5-35: Phối hợp dịch vụ web với phương pháp Orchestration 100
Hình 5-36: Phối hợp dịch vụ web với phương pháp Choreography 101
Hình 5-37: Ví dụ về WSCL 102
Hình 5-38: Tập hợp các mô hình trong BPMN 104
Hình 5-39: Web Services Choreography Interface (WSCI) 105
Hình 5-40: Ví dụ đơn giản về WSCI 105
Hình 5-41: Ví dụ đơn giản về BPML 106
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp dịch
vụ
Hình 5-42: Các đặc tính và yếu tố của một qui trình BPEL 109
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4 – K50 Trang 5
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp dịch
vụ
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết
tắt
Tên đầy đủ
1 3GPP Third Generation Partnership Project
2 3GPP2 Third Generation Partnership Project 2
3 3WC 3-way Call
4 ACK Acknowledgment
5 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
6 AR Application Router
7 AS Application Server
8 ATM Asynchoronous Transfer Mode

9 B2BUA Back-to-back User Agent
10 BGCF Breakout Gateway Control Function
11 BICC Bearer Independent Call Control
12
BPEL4WS
Business Process Execution Language for Web Services
13 BPML Business Process Management Language
14 BPMN Business Process Modeling Notation
15 CF Call Forwarding
16 COPS Common Open Policy Service
17 CSCF Call Session Control Function
18 CW Call Waiting
19 DFC Distributed Feature Composition
20 DFC-AR Distributed Feature Composition – architecture routing
algorithm
21 DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
22 DNS Domain Name System
23 ENUM Telephone Number Mapping
24 GGSN Gateway GPRS Support Node
25 GPRS General Packet Radio Service
26 GSM Global System for Mobile Communications
27 HLR Home Location Register
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4 – K50 Trang 6
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp dịch
vụ
28 HSS Home Subscriber Server
29 HTTP Hypertext Transfer Protocol
30 I-CSCF Interrogating-CSCF
31 IETF Internet Engineering Task Force
32 IFC Initial Filter Criteria

33 IMS IP Multimedia Subsystem
34 IMSI International Mobile Subscriber Identifier
35 IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function
36 IP Internet Protocol
37 IP-CAN IP Connectivity Access Network
38 ISC IMS Service Control
39 ISIM IP multimedia Services Identity Module
40 ISUP ISDN User Part
41 ITU-T International Telecommunication Union-
Telecommunications
42 MAP Mobile Application Part
43
MEGACO
Media Gateway Control
44 MGCF Media Gateway Control Function
45 MGW Media Gateway
46 MIME Multipurpose Internet Mail Extensions
47 MRF Media Resource Function
48 MRFC Media Resource Function Controllers
49 MRFP Media Resource Function Processors
50 MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number
51 NAI Network Access Identifier
52 OCS Outbound Call Screening
53
OSA-SCS
Open Service Access–Service Capability Server
54 PA Presence Agent
55 P-CSCF Proxy-CSCF
56 PDF Policy Decision Function
57 PEP Policy Enforcement Point

Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4 – K50 Trang 7
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp dịch
vụ
58 PIDF Presence Information Data Format
59 PS Presence Agent
60 PSI Public Service Identity
61 PSTN Public Switched Telephone Network
62 PUA Presence User Agent
63 QoS Quality of Service
64 RTCP RTP Control Protocol
65 RTP Real-Time Transport Protocol
66 SCIM Service Capabilitiy Interaction Manager
67 S-CSCF Serving-CSCF
68 SCTP Stream Control Transmission Protocol
69 SDP Session Description Protocol
70 SFC Subsequent Filter Criteria
71 SGSN Serving GPRS Support Node
72 SGW Signalling Gateway
73 SIM Subscriber Indetity Module
74 SIP Session Initiation Protocol
75 SLF Subscriber Location Function
76 SOAP Simple Object Access Protocol
77 SPT Service Point Trigger
78 SS7 Sinaling System No. 7
79 TCP Transmission Control Protocol
80 THIG Topology Hiding Inter-network Gateway
81 UA User Agent
82 UAC User Agent Client
83 UAS User Agent Server
84 UDA User Data Answer

85 UDP User Datagram Protocol
86 UDR User Data Request
88 UE User Equipment
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4 – K50 Trang 8
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp dịch
vụ
89 UICC Universal Integrated Circuit Card
90 UMTS Universal Mobile Telecommunication System
91 URI Uniform Resource Identifier
92 URL Uniform Resource Locator
93 USIM Universal Subscriber Identity Module
94 VoD Video on Demand
95 VoIP Voice over IP
96 WAP Wireless Application Protocol
97 WLAN Wireless Local Access Network
98 WLSS WebLogic SIP Server
99 WSCI Web Services Choreography Interface
100 WSDL Web Service Description Language
101 WSFL Web Services Flow Language
102 XML Extensible Markup Language
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4 – K50 Trang 9
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
LỜI NÓI ĐẦU
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 toàn IP duy nhất. Phân hệ IP Multimedia Subsystem (IMS) là một
trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế 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 mạng di động và mạng Internet. IMS đồng thời cũng trở thành một
phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hang sản xuất các
thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới.
Trong thời điểm hiện tại, yêu cầu cần có một tiêu chuẩn chung cho việc phối hợp
dịch vụ trong IMS và các dịch vụ web đang rất cấp bách. Vì vậy, hiện nay có một
số hướng nghiên cứu tiếp cận vấn đề này.
Trong thời gian thực tập tại phòng lab C9-411 của bộ môn kỹ thuật thông tin để tìm
hiểu về kiến trúc IMS và triển khai các dịch vụ mới trên IMS, được sự gợi ý của
tiến sĩ Nguyễn Tài Hưng em đã lựa chọn đề tài “Khảo sát các phương pháp phối hợp
và tương tác dịch vụ trong các mạng thế hệ mới”.
Em xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Tài Hưng và TS. Nguyễn Hữu Thanh đã
giúp đỡ tận tình cho em trong thời gian làm đồ án vừa qua. Tôi cũng xin chân thành
cám ơn gia đình và bạn bè đã động viên và chia sẽ những kinh nghiệm quý báu.
Em xin chân thành cám ơn
Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2010
Sinh viên
Nguyễn Quang Dũng
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 10
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong những năm gần đây, internet đã phát triển với một tốc độ chóng mặt. Với
mong muốn kết hợp các dịch vụ internet với các dịch vụ di động truyền thống để
đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ đã
không ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra các kiến trúc mạng mới, IMS ra đời là quả
của quá trình đó. Khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng một cách nhanh
chóng và linh hoạt nhất đã đem lại cho IMS một ưu thế rất lớn trong cạnh tranh.
Song song với sự phát triển của IMS là sự đòi hỏi cần có một tiêu chuẩn cho kĩ
thuật phối hợp dịch vụ trong miền IMS, như trong miền Web.
Trong đề tài này, tôi mong muốn đưa đến cho người đọc những kiến thức tổng quan
về hệ thống IMS và những hướng tiếp cận vấn đề phối hợp dịch vụ trong miền IMS
và các dịch vụ Web.

ABSTRACTION
Along with the rapid growing of 3G network, the Internet has experienced dramatic
growth over recent years. On providing integrated services between the Internet and
traditional mobile services to provide best ones to users, operators continue to
develop new architectures and unravel new network technologies. IMS architecture
is an important step in process of trying to improve quality of services. The ability
of rapid value-added service providing bring more competitive to this infrastructure.
In this thesis, I expect to provide readers general knowledge of IP multimedia
system and present approaches to feature interaction and service composition in
IMS and Web service domain.
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
1 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
1.1 Tầm quan trọng của đề tài
Mục đích của mạng thế hệ thứ mới là hợp nhất hai mô hình thông tin đang
được triển khai rộng rãi nhất hiện nay là mạng tế bào và mạng internet. IMS là
nhân tố chính trong kiến trúc mạng thế hệ mới làm cho nó có khả năng cung
cấp truy cập tới tất cả các dịch vụ mà internet có thể cung cấp cho mạng tế
bào. Người sử dụng có thể truy cập vào một trang web yêu thích, đọc email,
xem phim hoặc tham gia một buổi hội thảo qua truyền hình ở bất cứ đâu mà
chỉ bằng một cách đơn giản là sử dụng một chiếc điện thoại hỗ trợ 3G.
Cùng với sự phát triển của mạng thế hệ mới trong những năm gần đây, Internet
đã phát triển với một tốc độ chóng mặt. Lý do chính cho việc phát triển mạnh
mẽ này là khả năng cung cấp các dịch vụ tiện ích mà hàng trăm người sử dụng
ưa thích. Một trong những ví dụ điển hình là world wide web và email. Nhưng
bên cạnh đó còn rất nhiều dịch vụ khác như instant message, presence, VoIP,
VoD, hội thảo truyền hình,…
Với mong muốn kết hợp các dịch vụ Internet và các dịch vụ di động truyền
thống để đáp ứng ngày một tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà phát triển
đã không ngừng sáng tạo và đưa ra những kiến trúc mạng mới, các công nghệ
mới nhằm thực hiện mục đích này. Sự ra đời của phân hệ IMS trong kiến trúc

mạng thế hệ mới chính là bước phát triển quan trọng trong quá trình hợp nhất
dịch vụ đó.
Việc phát triển hệ thống này không chỉ đem lại những lợi ích về mặt kinh tế
cho nhà cung cấp dịch vụ mà còn đem lại nhiều tiện ích cho người sử dụng:
• Về phía nhà cung cấp dịch vụ: cho phép đưa ra nhanh chóng các máy
chủ ứng dụng với các dịch vụ mới vào trong mạng của nhà khai thác
mạng di động. Thông qua giao diện ISC (IMS Service Control
interface), máy chủ ứng dụng SIP (ví dụ máy chủ ứng dụng push-to-
talk), SIP Enabling Services Server (ví dụ máy chủ ứng dụng presence)
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 13
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
hay gateway có thể được kết nối vào IMS, hỗ trợ nhiều loại truy nhập
khác nhau…
• Về phía người sử dụng: cho phép người sử dụng có thể truy nhập dễ
dàng và an toàn vào mạng đa phương tiện, chất lượng dịch vụ được
nâng cao, có cơ hội sử dụng nhiều các dịch vụ tiện ích mới…
Một điểm nữa khá quan trọng là khi khoa học và công nghệ ngày càng phát
triển, sự hội nhập giữa các nước ngày càng cao, các dịch vụ hoàn toàn sẵn có
đối với người dùng thì nhà cung cấp dịch vụ nào thỏa mãn được người dùng về
sự đa dạng trong dịch vụ cung cấp, sự tiện dụng cũng như chi phí thấp nhất sẽ
chiếm được lợi thế trong cạnh tranh thị trường và do đó sẽ kiếm được nhiều lợi
nhuận. Khả năng cung cấp các dịch vụ với những tính năng như thế là hoàn
toàn có thể đối với IMS.
Sự phát triển của mạng thế hệ mới và Internet mà cụ thể là IMS và web service
kéo theo sự ra đời của hàng loạt dịch vụ mới. Vì vậy, yêu cầu đòi hỏi phải có
các công nghệ mới thực hiện việc phối hợp và điều khiển tương tác để tránh
xung đột giữa các dịch vụ này và có thể tạo ra các dịch vụ mới hoàn thiện hơn
là rất quan trọng.
Trong đề tài này, em tập trung nghiên cứu vấn đề “các phương pháp phối hợp
và tương tác dịch vụ trong mạng thế hệ mới”. Đây là một vấn đề cấp thiết

trong quá trình phát triển của các mạng thế hệ mới.
1.2 Nội dung nghiên cứu
Với mục đích nghiên cứu các phương pháp phối hợp dịch vụ trong mạng thế
hệ mới, trong đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu tổng quan về IMS, về cấu
trúc SOA và web service và các phương pháp phối hợp:
• Tổng quan về IMS: tìm hiểu về kiến trúc IMS, các thành phần, chức
năng của từng thành phần, kiến trúc triển khai và một số các khái niệm
quan trọng sử dụng trong IMS.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 14
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
• Các phương pháp điều khiển tương tác dịch vụ trong IMS: giới
thiệu các phương pháp tương tác dịch vụ trong miền IMS, bao gồm
phương pháp sử dụng iFC của SCSCF, cấu trúc khối SCIM mà 3GPP
đề xuất và khối DFC Application Router.
• Các phương pháp phối hợp dịch vụ trong miền web: giới thiệu về
cấu trúc SOA và web service, trình bày một số phương pháp phối hợp
dịch vụ mà trọng tâm là WS-BPEL.
• So sánh phương pháp phối hợp dịch vụ trong hai miền: trình bày
một số điểm khác biệt giữa hai miền viễn thông và web.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 15
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
2 CHƯƠNG II : CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG
TRONG KIẾN TRÚC IMS
2.1 Các yêu cầu đối với IMS
IMS hướng đến:
• Kết hợp các xu thế mới nhất trong công nghệ.
• Tạo ra mô hình di động Internet.
• Tạo ra nền tảng phổ biến để phát triển các dịch vụ đa phương tiện khác
nhau.
• Tạo ra cơ chế nâng cao lợi nhuận vì cách sử dụng của mạng chuyển

mạch gói di động.
2.1.1 Phiên đa phương tiện IP
IMS có thể đưa ra một dải rộng các dịch vụ. Mặc dù vậy, có một dịch vụ đặc
biệt quan trọng với người dùng: đó là thông tin liên lạc audio và video. Yêu
cầu này nhấn mạnh đến sự cần thiết hỗ trợ dịch vụ chính được tạo ra bởi
IMS: các phiên multimedia qua mạng chuyển mạch gói. Multimedia có liên
quan đến sự tồn tại đồng thời của một vài loại media, trong trường hợp này là
audio và video.
Giao tiếp multimedia được chuẩn hóa trong tài liệu 3GPP trước đây, nhưng
những giao tiếp multimedia này diễn ra trên mạng chuyển mạch kênh hơn là
trên mạng chuyển mạch gói.
2.1.2 Chất lượng dịch vụ QoS
Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) là yêu cầu chủ yếu trong IMS.
QoS cho một phiên liên quan được xác định bởi một số nhân tố, như băng
thông cực đại có thể cấp cho người dùng dựa trên thuê bao của người dùng
hoặc trạng thái hiện tại của mạng. IMS cho phép nhà khai thác mạng điều
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 16
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
khiển QoS mà người dùng đưa ra, do đó các nhà khai thác mạng có thể phân
biệt các nhóm khách hàng khác nhau.
2.1.3 Internetworking
Hỗ trợ cho tương tác với Internet là một yêu cầu rõ ràng với IMS, Internet
đưa ra hàng triệu đích đến tiềm năng cho các phiên multimedia được khởi tạo
trong IMS. Khi tương tác với Internet, số lượng đích đến tiềm năng cho các
phiên đa phương tiện được mở rộng một cách đột ngột.
IMS cũng được yêu cầu có thể làm việc được với mạng chuyển mạch kênh,
như mạng PSTN (Public Switched Telephone Network), hay các mạng tế bào
đang tồn tại. Đầu cuối IMS có thể kết nối được đến cả mạng chuyện mạch
kênh và mạng chuyển mạch gói. Vì thế, khi người dùng muốn gọi đến điện
thoại trong mạng PSTN hay mạng tế bào, đầu cuối IMS sẽ chọn sử dụng

vùng chuyển mạch kênh.
Vì vậy, mặc dù tương tác với mạng chuyển mạch kênh không được yêu cầu
một cách nghiêm ngặt, thì hầu hết các đầu cuối IMS sẽ hỗ trợ vùng chuyển
mạch kênh. Yêu cầu hỗ trợ tương tác với mạng chuyển mạch kênh có thể
được coi như là một yêu cầu dài hạn. Yêu cầu này sẽ được triển khai khi ta
xây dựng đầu cuối IMS chỉ hỗ trợ chuyển mạch gói.
2.1.4 Chuyển vùng (Roaming)
Chuyển vùng (roaming) là yêu cầu chung kể từ khi phát minh ra mạng tế bào
thứ hai. Người dùng có thể chuyển vùng sang các mạng khác, ví dụ như khi
chuyển sang một quốc gia khác. Hiển nhiên là IMS sẽ kế thừa yêu cầu này,
do đó nó có thể cho phép người dùng chuyển vùng sang các quốc gia khác
nhau.
2.1.5 Điều khiển dịch vụ
Các nhà khai thác mạng muốn áp dụng những chính sách trong việc phân
phát dịch vụ đến người dùng. Chúng ta có thể chia những chính sách đó làm
hai loại.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 17
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
• Các chính sách chung có thể áp dụng được cho tất cả người dùng
trong mạng.
• Các chính sách cá nhân có thể áp dụng cho một người dùng nhất định.
Loại chính sách đầu tiên bao gồm một tập hợp các giới hạn được áp dụng cho
tất cả người dùng trong mạng. Ví dụ, nhà vận hành mạng có thể muốn giới
hạn việc sử dụng audio codec băng rộng, như G.711 (ITU-T
Recommendation G.711), trong mạng của họ. Thay vì như thế, họ có thể đưa
ra các codec băng thông thấp hơn như AMR (Adaptive Multi Rate).
Loại chính sách thứ hai bao gồm một tập các chính sách được đáp ứng cho
mỗi người dùng. Ví dụ, một người dùng có thể có vài thuê bao để sử dụng
các dịch vụ IMS không bao gồm video. Đầu cuối IMS sẽ hầu hết là có khả
năng hỗ trợ video, nhưng trong trường hợp nỗ lực khởi tạo một phiên

multimedia mà có cả video, thì nhà vận hành mạng sẽ ngăn không cho phiên
đó được khởi tạo.
2.1.6 Phát triển dịch vụ
Yêu cầu về tạo ra dịch vụ có ảnh hưởng mạnh trong thiết kế kiến trúc IMS.
Yêu cầu này nói rõ các dịch vụ IMS không cần thiết phải được chuẩn hóa.
Yêu cầu này biểu diễn một dấu mốc trong thiết kế cellualar bởi vì trong quá
khứ, mọi dịch vụ đơn đều được chuẩn hóa hoặc là có sự triển khai phù hợp.
Thậm chí các dịch vụ được chuẩn hóa thì không có gì đảm bảo rằng các dịch
vụ sẽ làm việc khi chuyển sang một mạng khác.
IMS hướng đến làm giảm thời gian cần thiết khi đưa ra một dịch vụ mới.
Trong quá khứ, việc chuẩn hóa dịch vụ và kiểm tra vận hành gây ra sự chậm
trễ lớn, và IMS ra đời sẽ làm giảm việc chậm trễ đó.
2.1.7 Đa truy nhập
Yêu cầu đa truy nhập ở đây nói đến các phương tiện truy nhập khác hơn
GPRS. IMS là mạng all-IP và cũng như bất kỳ một mạng IP nào khác, nó ở
lớp thấp hơn và độc lập truy nhập. Bất kỳ mạng truy nhập nào về nguyên tắc
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 18
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
cũng có thể truy cập đến IMS. Ví dụ, IMS có thể được truy nhập sử dụng
WLAN (Wireless Local Area Network), ADSL (Asymmetric Digital
Subscriber Line), HFC (Hybird Fiber Coax) hoặc là Cable Modem. Tuy
nhiên, 3GPP cam kết phát triển giải pháp cho việc cải tiến GSM, tập trung
vào truy nhập GPRS (cả trong GSM và UMTS, Universal Mobile
Telecommunication System) cho phiên bản đầu tiên của IMS (ví dụ, Release
5). Các phiên bản tiếp theo sẽ nghiên cứu các truy nhập khác, ví dụ như
WLAN.
2.2 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS
2.2.1 Giao thức điều khiển phiên
Các giao thức điều khiển cuộc gọi đóng vai trò quan trọng trong bất kỳ một
hệ thống điện thoại nào. Trong mạng chuyển mạch kênh, các giao thức điều

khiển cuộc gọi nói chung là TUP (Telephony User Part), ISUP (ISDN User
Part) và BICC (Bearer Independent Call Control). Các giao thức được xem
xét để sử dụng làm giao thức điều khiển phiên cho IMS hiển nhiên là dựa
trên IP. Các giao thức có thể được sử dụng là:
Bearer Independent Call Control (BICC) : BICC là một cải tiến của ISUP.
Không như ISUP, BICC tách biệt mặt phẳng báo hiệu ra khỏi mặt phảng
media, do đó báo hiệ có thể truyền qua một tập các nút riêng biệt chứ không
đi qua mặt phẳng media. Thêm nữa, BICC hỗ trợ và có thể chạy trên các
công nghệ khác nhau như IP, SS7 (Sinaling System No. 7) hay ATM
(Asynchoronous Transfer Mode).
H.323 : tương tự như BICC, H.323 là giao thức do ITU-T phát triển. H.323
định nghĩa một giao thức mới để thiết lập phiên multimedia. Không như
BICC, H.323 được thiết kế từ những ngày đầu tiên nhằm hỗ trợ công nghệ
IP. Trong H.323, báo hiệu và media không cần truyền qua cùng một tập các
host.
SIP (Session Initiation Protocol) : được đặc tả bởi IETF như là một giao
thức để thiết lập và quản lý các phiên multimedia qua mạng IP. SIP tuân theo
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 19
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
mô hình client-server nổi tiếng, mô hình được sử dụng bởi nhiều giao thức
được phát triển bởi IETF. Các nhà thiết kế SIP đã mượn nguyên lý thiết kế từ
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) và đặc biệt là HTTP (Hypertext
Transfer Protocol). SIP kế thừa hầu hết các đặc điểm của nó từ hai giao thức
trên. Đó là một điểm mạnh của SIP bởi vì HTTP và SMTP là những giao
thức thành công nhất trên Internet. SIP không giống như BICC và H.323, SIP
là giao thức dựa trên text. Điều đó có nghĩa là nó dễ dàng để mở rộng, sửa lỗi
và sử dụng để xây dựng các dịch vụ.
SIP được chọn làm giao thức điều khiển phiên trong IMS. Thực tế SIP làm
cho việc tạo ra các dịch vụ mới trở nên dễ dàng và vì SIP dựa trên HTTP nên
các nhà phát triển dịch vụ SIP có thể sử dụng tất cả các cơ chế được phát

triển cho HTTP như CGI (Common Gateway Interface) và Java Servlet.
2.2.2 Giao thức AAA
Ngoài giao thức điều khiển phiên thì còn có một số giao thức khác đóng vai
trò quan trọng trong IMS. Diameter (là giao thức được định nghĩa trong RFC
3588) được chọn làm giao thức AAA (Authentication, Authorization, and
Accounting) trong IMS.
Diameter là một cải tiến của RADIUS (được định nghĩa trong RFC 2865), đó
là một giao thức được sử dụng rộng rãi trong Internet để thực hiện AAA. Ví
dụ, khi người dùng quay số đến nhà cung cấp dịch vụ Internet thì server truy
nhập mạng sử dụng RADIUS để chứng thực (authenticate) và cấp quyền
(authorize) cho người dùng truy cập mạng. Diameter bao gồm một giao thức
cơ bản được bổ sung với ứng dụng Diameter. Các ứng dụng Diameter là sự
lựa chọn hoặc mở rộng Diameter để phù hợp với một ứng dụng cụ thể trong
một môi trường. IMS sử dụng Diameter trong một số giao diện, mặc dù
không phải tất cả các giao diện sử dụng cùng một ứng dụng Diameter. Ví dụ,
IMS định nghĩa ứng dụng Diameter để tương tác với SIP trong quá trình
phiên được thiết lập và một ứng dụng khác để thực hiện điều khiển tài khoản.
2.2.3 Các giao thức khác
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 20
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
Cùng với SIP và Diameter là các giao thức khác được sử dụng trong IMS.
Giao thức COPS (Common Open Policy Service) được sử dụng để truyền các
chính sách giữa các PDP (Policy Decision Points) và PEP (Policy
Enforcement Points). H.248 và các gói của nó được sử dụng bởi các nút tín
hiệu điều khiển trong mặt phẳng media. H.248 được phát triển bởi ITU-T và
IETF cũng được đề cập đến như là giao thức MEGACO (Media Gateway
Control). RTP (Real-time Transport Protocol) và RTCP (RTP Control
Protocol) được sử dụng để truyền dữ liệu thời gian thực như video và audio.
2.3 Kiến trúc tổng quát IMS
Trước khi tìm hiểu kiến trúc tổng quát IMS, chúng ta nên nhớ rằng 3GPP

không chuẩn hóa theo nút mà theo chức năng. Điều đó có nghĩa là kiến trúc
IMS là một tập hợp các chức năng được kết nối với nhau bởi các giao diện đã
được chuẩn hóa. Các nhà triển khai có thể kết hợp hai chức năng vào một nút.
Tương tự, các nhà triển khai có thể tách một chức năng thành hai hay nhiều
nút.
Nhìn chung thì hầu hết những dịch vụ cung cấp đều tuân theo kiến trúc IMS
một cách chặt chẽ và triển khai mỗi chức năng trong một nút riêng. Tuy nhiên,
việc tìm kiếm các nút triển khai nhiều hơn một chức năng và các chức năng
được phân phối qua nhiều hơn một nút là hoàn toàn có thể.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 21
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
Hình 2-1 : Tổng quan kiến trúc IMS
Trong hình 2-1 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc IMS như chuẩn
hóa của 3GPP. Trong hình chỉ ra hầu hết các giao diện báo hiệu trong hệ thống
IMS, nó thường được đề cập đến bởi hai hay ba ký tự mã hóa. Chúng ta không
thể vẽ tất cả các giao diện được định nghĩa trong IMS mà chỉ có thể liệt kê hầu
hết những nút giao diện có liên quan. Trong IMS được phân chia thành 3 phần:
mạng truy nhập, mạng lõi và tầng dịch vụ.
2.3.1 Mạng truy nhập
Ở phía bên trái hình 2-1, chúng ta có thể nhìn thấy các đầu cuối IMS di động
thường được nhắc đến như là các thiết bị người dùng (UE). Đầu cuối IMS
được nối vào mạng chuyển mạch gói như là GPRS thông qua đường truyền
vô tuyến.
Chú ý rằng, mặc dù hình trên chỉ chỉ ra một thiết bị đầu cuối IMS nối vào
mạng sử dụng đường truyền vô tuyến nhưng IMS cũng hỗ trợ các loại thiết bị
và các cách truy nhập khác. Thiết bị hỗ trợ cá nhân PDAs và máy tính là các
ví dụ về các thiết bị có thể kết nối tới IMS. Một ví dụ khác về phương pháp
truy cập là WLAN và ADSL.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 22
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ

2.3.2 Mạng lõi
Phần còn lại của hình chỉ ra các nút bao gồm trong mạng lõi IMS. Các nút
này là:
• Một hay vài cơ sở dữ liệu người dùng, còn gọi là HSS và SLF.
• Một hay vài máy chủ ứng SIP như là CSCF (Call Session Control
Function).
• Một hay vài MRF mỗi cái được chia nhỏ thành MRFC và MRFP.
• Một hay vài BGCF (Breakout Gateway Control Functions).
• Một hoặc vài PSTN gateways, được chia nhỏ hơn thành SGW và
MGCF.
2.3.2.1 Cơ sở dữ liệu HSS và SLF
HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm lưu trữ dữ liệu các thông tin
liên quan đến người dùng. Về kỹ thuật thì HSS là sự phát triển của HLR
(Home Location Register), HLR là một nút trong mạng GSM. HSS bao
gồm các thông tin thuê bao liên quan đến người dùng được yêu cầu để điều
khiển các phiên đa phương tiện. Những dữ liệu này bao gồm, thông tin vị
trí, thông tin bảo mật (bao gồm các thông tin nhận thực và phân quyền), các
thông tin về tiểu sử người dùng (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đăng
ký thuê bao), và S-CSCF cấp phát tới người dùng.
Một mạng có thể chứa một hoặc một vài HSS, trong trường hợp số lượng
thuê bao quá nhiều so với sự quản lý của một HSS. Trong tất cả trường
hợp, tất cả các dữ liệu liên quan đến một người dùng cụ thể được chứa
trong một HSS. Các mạng với một HSS sẽ không cần SLF (Subscriber
Location Function). Mặt khác, mạng với nhiều hơn một HSS yêu cầu có
SLF.
SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản ánh xạ địa chỉ người dùng tới HSS quản
lý tương ứng. Một nút yêu cầu truy vấn SLF, với một địa chỉ người dùng là
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 23
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
đầu vào, sẽ thu được ở đầu ra là HSS có chứa thông tin liên quan đến người

dùng đó.
Cả HSS và SLF đều thực thi giao thức Diameter với các đặc trưng ứng
dụng diameter cho IMS.
2.3.2.2 Chức năng điều khiển cuộc gọi phiên
Điều khiển cuộc gọi phiên (CSCF) là một máy chủ SIP, là một nút cần thiết
trong IMS. Các CSCF xử lý các bản tin báo hiệu SIP trong IMS. Có ba loại
CSCF phụ thuộc vào các chức năng mà chúng cung cấp:
• Proxy-CSCF (P-CSCF) : là một máy chủ SIP, là điểm đầu tiên liên
lạc giữa đầu cuối IMS và mạng IMS. Nó có thể được đặt ở mạng
khách (trong toàn bộ mạng IMS) hoặc mạng chủ. Một vài mạng có
thể sử dụng thiết bị kiểm soát biên phiên SBC (Session Border
Controller) để thực hiện chức năng này. Để kết nối với hệ thống
IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng
mà nó đang kết nối. Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua
giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) hoặc sẽ
được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP
(Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động tế bào. Chức
năng của P-CSCF bao gồm:
o 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 bản tin phản
hồi từ máy chủ SIP về UE.
o P-CSCF được gán cho đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng
ký, và không thay đổi trong suốt quá trình đăng ký.
o P-CSCF nằm trên đường đi của tất cả các bản tin báo hiệu và
có thể được gán vào mỗi bản tin.
o P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật
IPSec với thiết bị đầu cuối IMS của người dùng. P-CSCF còn
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 24
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
có vai trò ngăn cản các tấn công như spoofing, replay để đảm

bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng.
o P-CSCF có thể nén và giải nén các bản tin SIP dùng sigcomp,
để giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những
đường truyền tốc độ thấp (hay giảm độ trễ khi truyền trên các
kênh có băng thông hẹp).
o 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.
o P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ.
• Interrogating-CSCF (I-CSCF) : là một chức năng SIP khác được
đặt ở biên của miền quản trị. Địa chỉ IP của I-CSCF được công bố
trong DNS (Domain Name System) của miền, vì thế các máy chủ
ứng dụng ở xa có thể tìm thấy I-CSCF và sử dụng I-CSCF như một
điểm chuyển tiếp cho các gói tin SIP tới miền này. Các chức năng
của I-CSCF bao gồm:
o Định tuyến bản tin yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác
đến S-CSCF tương ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ
truy vấn HSS thông qua giao diện Diameter Cx để cập nhật
địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng (giao diện Dx
được dùng để từ I-CSCF tới SLF để định vị HSS cần thiết).
Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ
tiến hành gán một I-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu
cầu SIP.
o Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến bản tin yêu cầu SIP hoặc bản
tin trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của
một nhà cung cấp dịch vụ khác.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 25
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
I-CSCF luôn luôn được đặt tại mạng chủ, trong một số trường hợp
như THIG (Topology Hiding Inter-network Gateway), I-CSCF được

đặt tại mạng khách là tốt nhất.
• Serving-CSCF (S-CSCF) : là một nút trung tâm của hệ thống báo
hiệu IMS. S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó
cũng bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ. Thêm vào việc
thực hiện chức năng là một máy chủ SIP thì nó cũng đóng vai trò
như một trung tâm đăng ký SIP (SIP registrar). Điều này có nghĩa là
nó duy trì mối liên hệ giữa vị trí của người dùng (nói cách khác là
địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) với địa chỉ
SIP của người dùng đó (cũng được biết đến như là định danh chung
của người dùng – Public User Identity).
Cũng giống như I-CSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện
diameter với HSS. Lý do chính của việc sử dụng giao diện với HSS
là:
o Để tải các vector nhận thực của người dùng đang cố gắng truy
cập mạng từ HSS. S-CSCF sử dụng vector này để nhận thực
người dùng.
o Để tải hồ sơ người dùng từ HSS. Hồ sơ người dùng bao gồm
các triggers có thể làm cho bản tin SIP được định tuyến qua
một hoặc vài máy chủ ứng dụng.
o Để khai báo với HSS về S-CSCF được cấp cho người dùng
trong suốt quá trình đăng ký.
Tất cả các bản tin báo hiệu SIP mà đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi
quá S-CSCF. S-CSCF sẽ kiểm tra mỗi bản tin SIP và quyết định xem
liệu bản tin báo hiệu này nên đi qua một hay nhiều máy chủ ứng
dụng trên đường đi tới đích cuối cùng của nó. Các máy chủ ứng dụng
này sẽ cung cấp các khả năng về một dịch vụ tới người dùng.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 26
Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát các phương pháp phối hợp và tương tác dịch vụ
Một chức năng chính của S-CSCF là cung cấp dịch vụ định tuyến
bản tin SIP. Nếu người dùng quay số điện thoại thay vì sử dụng SIP

URI (Uniform Resource Identifier) thì S-CSCF cung cấp một dịch vụ
chuyển đổi, thường dựa trên chuẩn DNS E.164 Number Translation
(DNS/ENUM) (được mô tả trong RFC-2916 [100]).
S-CSCF cũng tác động vào chính sách mạng của nhà cung cấp. Ví
dụ, một người dùng có thể không có quyền thiết lập một phiên cụ thể
nào cả. S-CSCF tránh cho người dùng thực hiện các chức năng
không được cho phép.
Một mạng thường bao gồm một số các S-CSCF cho mục đích mở
rộng và dự phòng. Mỗi S-CSCF phục vụ một số lượng đầu cuối tùy
thuộc vào dung lượng của nó.
S-CSCF luôn luôn được đặt tại mạng chủ.
2.3.2.3 Máy chủ xử lý media
Máy chủ xử lý media (MRF) cung cấp tài nguyên media trong mạng chủ.
MRF (Media Resource Function) cung cấp cho mạng chủ khả năng đưa ra
các thông báo trong luồng media (ví dụ trong cầu hội thảo tập trung),
chuyển đổi giữa các loại mã hóa, thu nhận số liệu thống kê và thực hiện bất
cứ loại phân tích media nào.
MRF còn được chia thành một nút nhỏ hơn trong miền báo hiệu gọi là
MRFC (Media Resource Function Controller) và một nút trong miền media
là MRFP (Media Resource Function Processor). MRFC hoạt động như là
một SIP User Agent và chứa các giao diện SIP với S-SCSF. MRFC điều
khiển tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248.
MRFP triển khai tất cả các hàm liên quan đến media như là chơi và trộn
media.
MRF luôn đặt ở mạng chủ.
Nguyễn Quang Dũng – Điện Tử 4– K50 Trang 27