thiết kế và triển khai dịch vụ iptv trên kiến trúc mạng ims

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: .…………….………….…… Số hiệu sinh viên: ………………
Khoá:…………………….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………………
1. Đầu đề đồ án:
……………………………………………… ………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………… ………
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
…………………………………… …………………………………………… …… ……………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….
… ……………………… …………………………………………………………………………………….
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
……………………………………………………………………………………………………………… ….
………………………………………………………………………………………………………………………………
…… ….
………………………………………………………………………………………………………………………………
……… ….……………………………………………………………………………………………
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
……………………………………………………………………………………………………………………… ….
…………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………….
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… ……………………
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….……………
7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ………
Ngày tháng năm
Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:
Ngành: Khoá:
Giảng viên hướng dẫn:
Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:







2. Nhận xét của cán bộ phản biện:











Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
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.
IMS được chuẩn hóa bởi 3GPP và 3GPP2 dựa trên giao thức báo hiệu SIP và
các giao thức mở khác do IETF chuẩn hóa nên rất dễ dàng tích hợp với các dịch vụ
mới. IMS đồng thời cũng hỗ trợ nhiều loại hình truy cập khác nhau do đó nó hứa
hẹn sẽ mang lại một số lượng lớn khách hàng sử dụng các dịch vụ xây dựng trên đó.
Trong thời gian thực tập tại phòng lab 618 thư viện điện tử 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 “Thiết kế và
triển khai dịch vụ IPTV trên kiến trúc mạng IMS”.
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.
Em xin chân thành cám ơn
Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2010
Sinh viên
Giang Kỳ Nam

Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong những năm gần đây, dịch vụ IPTV đang là chủ đề nóng thu hút sự
quan tâm của nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng viễn thong di động trên thế giới.
Bên cạnh đó kiến trúc mạng IMS nổi lên như 1 xu hướng trong kiến trúc mạng thế
hệ tiếp theo. Như vậy triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS sẽ mang lại cho người
dùng những trải nghiệm dịch vụ như thế nào và tính thực tế của nó ra sao?
Trong đề tài này, tôi chỉ ra giải pháp thiết kế triển khai dịch vụ trên nền tảng
IMS, so sánh nó với những kiến trúc truyền thống để thấy được ưu điểm của nó về
tốc độ và chi phí cho phát triển dịch vụ trong mạng viễn thông nói chung. Theo đó
tôi đưa ra mô hình của dịch vụ IPTV trên kiến trúc IMS, sử dụng các siao thức SIP,
Diameter, công nghệ Sip Servlet để triển khai nó và chứng minh tính mềm dẻo và
đa tính năng, dễ dàng mở rộng của IMS.
ABSTRACTION
Today, IPTV is presently a hot topic that is attracting the attention of many
telecom network operators. Beside, IMS emerges to be the trend in developing the
architecture of the next generation network. So what will IMS based IPTV bring to
the end users in terms of service experience and how does it become reality?
In this project, I present a solution in designing and developing services in
IMS architecture, put it in comparison to traditional architecture to realize its
advantages regarding speed and cost of service development in telecom network in
general. After that, I bring out IMS based IPTV architecture that implements SIP,
Diameter protocol, Sip servlet technology and develop it to demonstrate the
flexibility, multi function and scalability of IMS.
5
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam

MỤC LỤC
1 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 15
1.1 Tầm quan trọng của đề tài 15
1.2 Nội dung nghiên cứu 16
2 CHƯƠNG II : VỀ KIẾN TRÚC IMS 17
2.1 Kiến trúc tổng quát IMS 17
2.1.1 Mạng truy nhập 18
2.1.2 Mạng lõi 19
2.1.3 Tầng dịch vụ 29
2.2 Định danh trong IMS 30
2.2.1 Định danh người dùng công cộng 30
2.2.2 Định danh người dùng riêng 32
2.2.3 Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng 32
2.2.4 Định danh dịch vụ công cộng 34
2.3 SIM, USIM và ISIM trong 3GPP 35
2.3.1 SIM 36
2.3.2 USIM 36
2.3.3 ISIM 36
2.4 Tiêu chuẩn lọc 37
2.5 Triển khai kiến trúc IMS 43
3 CHƯƠNG III : CÁC GIAO THỨC QUAN TRỌNG 46
3.1 Giao thức SDP 46
3.1.1 Mô tả phiên 46
3.1.2 Mô hình Offer/Answer 48
3.1.3 SIP và SIPS URIs 49
3.1.4 Định vị người dùng 50
3.2 Giao thức Diameter 51
3.2.1 Gói tin Diameter 52
3.2.2 Phiên giao dịch 53
3.2.3 Triển khai giao thức trong đề tài 55

3.3 Giao thức SIP 59
3.3.1 SIP liên hệ với HTTP như thế nào 60
3.3.2 Bản tin SIP 62
3.3.3 Phiên giao dịch (Transaction) 63
3.3.4 Hội thoại (dialog) 65
3.3.5 Trường điều khiển Record-Route, Route và Contact 67
4 CHƯƠNG IV : MÁY CHỦ ỨNG DỤNG 69
4.1 Tổng quan về máy chủ ứng dụng 69
6
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
4.2 Chức năng của máy chủ ứng dụng trong mô hình IMS 69
4.3 Các chế độ hoạt động của máy chủ ứng dụng 71
4.3.1 AS hoạt động như SIP User Agent 71
4.3.2 AS hoạt động như back-to-back user agent 72
4.3.3 AS đóng vai trò như là SIP Proxy Server 73
4.3.4 AS đóng vai trò như là SIP Redirect Server 74
4.4 Giao diện AS với các thành phần khác trong mạng 75
4.4.1 Giao diện với IMS Core – ISC 75
4.4.2 Giao diện với HSS – Sh 76
4.5 Quá trình cung cấp dịch vụ 81
4.5.1 Giới thiệu 81
4.5.2 Sự hình thành tiêu chuẩn lọc khởi tạo 81
4.5.3 Lựa chọn máy chủ ứng dụng 84
4.5.4 Hành vi của máy chủ ứng dụng 86
4.5.5 Máy chủ ứng dụng tương tác với HSS 86
4.5.6 Máy chủ ứng dụng gửi yêu cầu về S-CSCF 87
5 CHƯƠNG V : DỊCH VỤ IPTV TRÊN NỀN IMS 88
5.1 Giới thiệu dịch vụ IPTV trên nền IMS 88

5.2 Các luồng xử lý cuộc gọi trong IPTV nền IMS 90
5.2.1 Đăng ký vào mạng IMS 90
5.2.2 Call flows của các chức năng chính trong dịch vụ IPTV 93
5.2.3 Các tình huống khi đăng nhập và sử dụng dịch vụ IPTv 101
6 CHƯƠNG VI : THIẾT KẾ DỊCH VỤ IPTV 103
6.1 Tổng quan về công nghệ SIP Servlet 103
6.1.1 Mô hình SIP Servlet 103
6.1.2 Các khái niệm chính của SIP Servlet API 104
6.2 Thiết kế dịch vụ 112
6.2.1 Yêu cầu 112
6.2.2 Kiến trúc hệ thống 112
6.2.3 Thiết kế các lớp cho dịch vụ 115
6.2.4 Kịch bản thực thi ứng dụng 126
6.3 Cài đặt và sử dụng dịch vụ 126
6.3.1 Yêu cầu hệ thống 126
6.3.2 Hướng dẫn cài đặt 126
6.3.3 Kết quả thu được 126
1. Poster paper gửi tại hội nghị TridentCom – Berlin 128
2. Cài đặt Open IMS Core lên Ubuntu 136
3. Cài đặt máy chủ ứng dụng sailfin 138
4. Cài đặt dịch vụ IPTV lên máy chủ Sailfin 139
Provisioning FHoSS 139
Povisioning content database 139
Povisioning Diameter Peer 139
7
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
Povisioning User Repository 139
Cấu hình máy chủ IPTV 139

Tạo JDBC Resources cho MySQL(để kết nối tới máy chủ MySql) 140
JDBC Connection Pool 140
5. Chạy thử với HUT - Communicator 147
Ngữ cảnh: 147
Thiết lập dịch vụ Iptv và Parental control: 147
Hoạt động 152
8
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2-1 : Kiến trúc IMS 18
Hình 2-2 : Giao tiếp giữa PSTN/CS gateway và mạng CS 25
Hình 2-3 : P-CSCF đặt tại mạng khách 28
Hình 2-4 : P-CSCF đặt tại mạng chủ 28
Hình 2-5 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công
cộng theo 3GPP R5 33
Hình 2-6 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công
cộng theo 3GPP R6 34
Hình 2-7 : Cấu trúc của User Profile 39
Hình 2-8 : Cấu trúc tiêu chuẩn lọc khởi tạo 40
Hình 2-9 : Sơ đồ các khối chức năng trong kiến trúc IMS 43
Hình 3-10 : Một ví dụ về mô tả phiên SDP 47
Hình 3-11 : Các kiểu trong SDP 48
Hình 3-12 : Mô tả phiên SDP của Bob 49
Hình 3-13 : Alice đăng ký vị trí người dùng với tên miền domain.com registrar 51
HÌnh 3-14: Cấu trúc gói tin Diameter 52
HÌnh 3-15: Cấu trúc AVP trong gói tin Diameter 53
HÌnh 3-16: Diameter transaction 54
HÌnh 3-17: IFC của người dùng tải về từ HSS 57

HÌnh 3-18: Repository data của 1 người dùng IPTV 58
Hình 3-19 : Các bước thiết lập một cuộc gọi 60
Hình 3-20 : Cấu trúc bản tin SIP 63
Hình 3-21 : Transaction 65
Hình 3-22 : Luồng cuộc gọi trong một hội thoại SIP 66
Hình 3-23 : Cách sử dụng Record-Route, Route và Contact 68
Hình 4-24 : Hướng tiếp cận dịch vụ trong kiến trúc IMS 70
Hình 4-25 : AS hoạt động như một SIP UA 72
Hình 4-26 : Kiến trúc logic của SIP B2BUA 73
Hình 4-27 : AS ứng dụng đóng vai trò SIP B2BUA 73
Hình 4-28 : AS đóng vai trò SIP Proxy AS 74
Hình 4-29 : AS đóng vai trò SIP Redirect Server 74
Hình 4-30 : Sh data uml diagram 79
Hình 4-31 : Thành phần của Service Point Trigger 82
Hình 4-32 : Ví dụ về User Profile 84
HÌnh 5-33:Quá trình đăng ký của user vào mạng IMS (tiếp) 90
HÌnh 5-34: Quá trình đăng ký của user vào mạng IMS (tiếp) 91
HÌnh 5-35: Quá trình đăng ký của user vào mạng IMS (tiếp) 92
HÌnh 5-36: Người dùng thông thường 94
HÌnh 5-37: Đăng nhập với dịch vụ IPTV trường hợp có Access control 95
9
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
HÌnh 5-38: Dịch vụ truyền hình cơ bản 96
HÌnh 5-39: Dịch vụ VoD tiêu chuẩn 99
HÌnh 5-40: Dịch vụ VoD nâng cao 100
Hình 6-41 : Vòng đời của Servlet 106
Hình 6-42 : Minh họa cấu trúc phân cấp của đối tượng SipServletRequest và
SipServletResponse 110

HÌnh 6-43: Mô hình tổng quát dịch vụ IMS based IPTV 113
HÌnh 6-44: sơ đồ lớp cho gói user profile 116
HÌnh 6-45: Sơ đồ lớp gói servlets 117
HÌnh 6-46: Các lớp trong gói tools 118
HÌnh 6-47: Sơ đồ lớp gói diameter 119
HÌnh 6-48: Lưu đồ thuật toán khởi tạo dịch vụ 122
HÌnh 6-49: Lưu đồ thuật toán đăng nhập vào dịch vụ 123
HÌnh 6-50: Lưu đồ thuật toán xử lý yêu cầu kênh 125

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3-1: Diameter commands 52
Bảng 3-2: Diameter AVPs 53
10
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT
Từ viết
tắt
Tên đầy đủ
01
3GPP Third Generation Partnership Project
02
3GPP2 Third Generation Partnership Project 2
03
ACK Acknowledgment
04
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
05

AS Application Server
06
ATM Asynchoronous Transfer Mode
07
B2BUA Back-to-back User Agent
08
BGCF Breakout Gateway Control Function
09
BICC Bearer Independent Call Control
10
COPS Common Open Policy Service
11
CSCF Call Session Control Function
12
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
13
DNS Domain Name System
14
ENUM Telephone Number Mapping
15
GGSN Gateway GPRS Support Node
16
GPRS General Packet Radio Service
17
GSM Global System for Mobile Communications
18
HLR Home Location Register
19
HSS Home Subscriber Server />System-for-Mobile-Communications-%28cellular-phone-
20

HTTP Hypertext Transfer Protocol
21
I-CSCF Interrogating-CSCF
22
IETF Internet Engineering Task Force
23
IFC Initial Filter Criteria
24
IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function
25
IMS IP Multimedia Subsystem
11
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
26
IMSI International Mobile Subscriber Identifier
27
IP Internet Protocol
28
IP-CAN IP Connectivity Access Network
29
ISC IMS Service Control
30
ISIM IP multimedia Services Identity Module
31
ISUP ISDN User Part
32
ITU-T
International Telecommunication Union-Telecommunications

33
MAP Mobile Application Part
34
MEGACO
Media Gateway Control
35
MGCF Media Gateway Control Function
36
MGW Media Gateway
37
MIME Multipurpose Internet Mail Extensions
38
MRF Media Resource Function
39
MRFC Media Resource Function Controllers
40
MRFP Media Resource Function Processors
41
MSISDN
Mobile Subscriber ISDN Number
42
NAI Network Access Identifier
43
OSA-SCS
Open Service Access–Service Capability Server
44
P-CSCF Proxy-CSCF
45
PA Presence Agent
46

PDF Policy Decision Function
47
PEP Policy Enforcement Point
48
PIDF Presence Information Data Format
49
PS Presence Agent
50
PSI Public Service Identity
51
PSTN Public Switched Telephone Network
52
PUA Presence User Agent
53
QoS Quality of Service
12
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
54
RTP Real-Time Transport Protocol
55
RTCP RTP Control Protocol
56
S-CSCF Serving-CSCF
57
SCTP Stream Control Transmission Protocol
58
SDP Session Description Protocol
59

SFC Subsequent Filter Criteria
60
SGSN Serving GPRS Support Node
61
SGW Signalling Gateway
62
SIM Subscriber Indetity Module
63
SIP Session Initiation Protocol
64
SLF Subscriber Location Function
65
SPT Service Point Trigger
66
SS7 Sinaling System No. 7
67
TCP Transmission Control Protocol
68
THIG Topology Hiding Inter-network Gateway
69
UA User Agent
70
UAC User Agent Client
71
UAS User Agent Server
72
UDA User Data Answer
73
UDP User Datagram Protocol
74

UDR User Data Request
75
UE User Equipment
76
UICC Universal Integrated Circuit Card
77
UMTS Universal Mobile Telecommunication System
78
URI Uniform Resource Identifier
79
URL Uniform Resource Locator
80
USIM Universal Subscriber Identity Module
81
VoIP Voice over IP
13
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
82
VoD Video on Demand
83
WAP Wireless Application Protocol
84
WLAN Wireless Local Access Network
85
WLSS WebLogic SIP Server
86
XML Extensible Markup Language
14

Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
1 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
1.1 Tầm quan trọng của đề tài
IMS là 1 công nghệ trong đó hội tụ và triển khai thoại và dữ liệu trên 1
platform duy nhất, và là 1 kiến trúc mở sử dụng giao thức Internet. Với IMS,
rất nhiều dịch vụ đa phương tiện có thể được cung cấp bởi chỉ 1 nhà mạng hay
với chỉ 1 thiết bị mọi lúc mọi nơi. Trong quá khứ, truyền thông không dây và
có dây và hệ thống cáp được triển khai tách biệt, nhưng giờ đây, những hệ
thống như thế có thể hội tụ lại thành 1 mạng truy cập thông qua nền tảng IMS
và qua 1 nền tảng duy nhất đó, các nhà cung cấp dịch vụ có thể giảm chi phí
quản lý và tăng hiệu suất hoạt động của mình.
Thêm vào đó, với vai trò là 1 kiến trúc tiêu chuẩn, IMS làm tăng tính tương
thích giữa các nhà cung cấp thiết bị cũng như dịch vụ, do đó làm tăng tốc độ
phát triển ứng dụng 1 cách đáng kể. Có nghĩa là càng ngày càng có nhiều dịch
vụ thân thiện, tiện lợi hướng tới người dùng hơn dẫn đến làm tăng sự thoải
mái của khách hàng.
IPTV là một trong những dịch vụ mà IMS có thể cung cấp tới người dùng. Ý
tưởng của dịch vụ này cũng không ngoài mục đích đem lại sự tiện lợi cho
người dùng:
“Hàng ngày đi làm về Nam hay xem TV trên xe bus. Chương trinh ưa thích
của anh ý là kênh thông tinh quốc gia VTV1. Sau khi quay số đến 1 địa chỉ
dạng email (), kênh truyền hình này lập tức được trả về
và hiển thị trên màn hình điện thoại, dễ dàng và đơn giản như là thực hiện 1
cuộc gọi tới bạn bè. Tất cả những kênh ưa thích đều được lưu giữ trên máy
chủ của nhà cung cấp và được chia sẻ với chiếc Setopbox ở nhà anh ý.”
15
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50

Giang Kỳ Nam
“Nam rất háo hức về bộ phim Iron man2. 1 ngày anh nhận được tin nhắn từ
dịch vụ IPTv mà anh đã đăng ký là Iron man2 đã có trên kho phim theo yêu
cầu. Tối hôm đó Nam quay số tới bằng chiếc STB ở
nhà, sau đó chọn bộ phim ưa thích của mình trong danh sách kênh trả về của
nhà mạng.”
“Nam rất hài lòng với chất lượng cũng như giá của bộ phim và trên màn hình
ti vi anh mở danh sách bạn bè ra và gửi 1 tin nhắn ngắn tới người bạn của
mình là Hùng()”
…
Tất nhiên ngữ cảnh trên chưa thực tế ở thời điểm hiện tại, tuy nhiên trong 1
tương lai rất gần, câu chuyện này sẽ trở nên phổ biến. Những giao tiếp tương
tác dịch vụ như thê sẽ trở nên rất dễ dàng khi được hỗ trợ bởi kiến trúc IMS
1.2 Nội dung nghiên cứu
Với mực đích nghiên cứu là phát triển ứng dụng theo kiến trúc IMS nên trong
đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu tổng quan về IMS, máy chủ ứng dụng và
về dịch vụ IPTV:
• 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.
• Các giao thức liên quan: giới thiệu về 1 số giao thức quan trọng chủ
yếu dùng trong mạng IMS, phục vụ cho đề tài.
• Giới thiệu dịch vụ IPTV: tổng quát về dịch vụ IPTV, các call flow
quan trọng trong dịch vụ, các tình huống trong sử dụng dịch vụ.
• Thiết kế dịch vụ IPTV: thiết kế dịch vụ từ các yêu cầu thực tế, sơ đồ
lớp.
16
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam

• Triển khai dịch vụ: các bước sử dụng dịch vụ đối với người dùng
cuối.
2 CHƯƠNG II : VỀ KIẾN TRÚC IMS
Trong chương này sẽ nói về kiến trúc IMS, chi tiết các thành phần của nó và 1
số khái niệm cơ bản liên quan đến mạng IMS và kết nối giữa nó và các kiến
trúc mạng khác
2.1 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.
17
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
Hình 2-1 : 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.
2.1.1 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 (User Endpoint). 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
18
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
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.
2.1.2 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 gọi 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.
2.1.2.1 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 giống như 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
19
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
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
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.
2.1.2.2 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 giới phiên SBC (Session Border
Controller) để thực hiện chức năng này. Để kết nối với hệ thống
IMS, người dùng trước tiên phải gửi đăng ký tới 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.
20
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
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
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 máy chủ 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
21
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
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 S-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.
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.
22
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
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.
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.
2.1.2.3 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
23
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
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.
2.1.2.4 Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng
Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) thực hiện chủ yếu là
chức năng của máy chủ SIP bao gồm chức năng định tuyến dựa trên số điện
thoại. BGCF (Breakout Gateway Control Function) chỉ dùng trong các
phiên được khởi tạo bởi đầu cuối IMS và hướng tới một người dùng trong
mạng chuyển mạch kênh như là PSTN hay PLMN. Chức năng chính của
BGCF là:
• Lựa chọn mạng thích hợp nơi mà tương tác với miền chuyển mạch
kênh xảy ra.
• Hoặc lựa chọn cổng PSTN/CS phù hợp, nếu tương tác xảy ra trong
cùng một mạng mà BGCF được đặt.

2.1.2.5 PSTN/CS Gateway
24
Thiết kế và triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS
Khoa điện tử viễn thông - Đt4 K50
Giang Kỳ Nam
PSTN gateway cung cấp một giao diện hướng tới một mạng chuyển mạch
kênh, cho phép các thiết bị đầu cuối IMS gọi và nhận cuộc gọi tới PSTN và
từ PSTN.
Hình 2-2 : Giao tiếp giữa PSTN/CS gateway và mạng CS
Hình 2-2 mô tả một BGCF và một PSTN gateway riêng biệt có giao tiếp
mạng với PSTN. PSTN gateway được phân tích thành các chức năng sau:
• SGW (Signalling Gateway) : Signalling gateway giao tiếp với mặt
phẳng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh. SGW thực hiện biến
đổi giao thức ở lớp thấp hơn. Ví dụ: SGW có nhiệm vụ thay thế các
giao thức MTP (ITU-T khuyến nghị Q.701 [133]) ở mức thấp hơn
vận chuyển cùng với SCTP (Stream Control Transmission Protocol,
được định nghĩa tại RFC 2960 [230]) trên địa chỉ IP. Vì thế, SGW
chuyển đổi ISUP (ITU-T khuyến nghị Q.761 [139]) hoặc BICC
25