kiến trúc ims và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3g

Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm vừa qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động
và mạng PSTN đang là xu hướng được quan tâm hang đầu trong lĩnh vực
thông tin liên lạc. Nhiều kiến trúc mới đã ra đời tong quá trinh phát triển, hợp
nhất các mạng với nhau mục đích tạo ra một mạng All IP duy nhất. Phân hệ
IMS (IP Multimedia Subsystem) 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 thể hệ mới (NGN) của tất cả các hang sản xuất thiết bị viễn
thông và các tổ chức chuẩn hóa 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 dễ dàng tích hợp các
dịch vụ mới. IMS đồng thời cũng hỗ trợ nhiều loại hình truy cập khác nhau do
hứa hẹn sẽ mang lại một số lượng lớn khách hang sử dụng dịch vụ xây dựng
trên đó.
Em xin chân thành cảm ơn bạn bè, thầy, cô và đặc biệt là TS.Trần Văn
Minh đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong thời gian làm đồ án vừa qua.
Hà Nội, tháng 4 năm 2009
Sinh viên
Page 1 of 123
1
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Chương 1. Tổng quan kiến trúc IMS
1.1. Vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng 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 dich vụ được sử dụng để tạo ra các dịch vụ khác nhau.
Mạng hỗ trợ hai kiểu mạng truy nhập khác nhau : Hệ thống trạm gốc

(BSS) và phân hệ mạng vô tuyến (RNS). BSS la mạng truy nhập GSM trong
khi đó RSN lạ mạng truy nhập UMTS.
Hình 1.1 Kiến trúc mạng UMTS
Mạng lõi bao gồm miền chuyển mạch kênh (CS) và miền chuyển mạch
gói.Hai miền này khác nhau trong cách xử lí dữ liệu. Miền chuyển mạch kênh
dành sẵn các kênh cho lưu lượng người dùng, do đó đươc sử dụng các dịch vụ
thời gian thực và dịch vụ hội đàm như dịch vụ thoại và dịch vụ hội nghị
video. Miền chuyển mạch kênh 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.
Page 2 of 123
2
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Phân hệ IMS là một phần trong miền chuyển mạch gói. Chức năng của IMS là
cung cấp các dịch vụ đa phương tiện trên nền IP, bao gồm các dịch vụ thời
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.
1.2. Những yêu cầu khi thiết kế IMS
IMS được xây dựng và phat triển với mục đích phải kết hợp được nhưng xu
thế công nghệ mới nhất, tạo ra một nền tảng chung để phát triển các dịch vụ
multimedia đa dạng và tạo ra nhiều lợi nhuận hơn trong việc thúc đẩy khách
hang sử dụng miền chuyển mạch gói trong 3G. Để đạt được những mục đích
đó thi IMS phải thực hiện những yêu cầu sau:
1. Hỗ trợ viêc thiêt lập các phiên đa phương tiện IP
2. Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS
3. Hỗ trợ làm việc lien kết mang Internet và mạng chuyển mạch kênh
(PSTN)
4. Hỗ trợ phát triển các dịch vụ
5. Hỗ trợ chuyển vùng
6. Hỗ trợ điều khiển dich vụ
7. Hỗ trợ đa truy nhập

1.3. Tổng quan về các giao thức sử dung trong IMS
Kiến trúc trong IMS do 3GPP phát triển dựa trên các giao thức IP được
chuẩn hóa bởi IETF, bao gồm các giao thức điều khiển phiên , các giao thức
về chứng thực cấp quyền và tính toán (AAA) và một số các phiên giao thức
khác.
Page 3 of 123
3
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
1.3.1.Giao thức điều khiển phiên
Các giao thức điều khiển đóng vai trò chia 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 la 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 điền khiển phiên cho IMS trong nhiều
giao thức điều khiển phiên dựa trên IP khác như BICC và H323. SIP được
IETF chuẩn hóa
Trong RFC 3261 ( Request for Command). SIP tuân theo mô hình
khách-chủ ( Clien- 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 (Uses-to-
Network) với giao diện mạng với mạng (Network-to-Network). Trong mô
hình SIP chỉ có một giao thức duy nhất hoạt động thông suốt. Ngoài ra SIP là
một giao thức dưới dạng văn bản do đó nó dễ dàng mở rộng, gỡ rối và phát
triển các dịch vụ.
1.3.2. Giao thức AAA
Diameter dựa trên RFC 3588 được chọn là giao thức AAA trong mạng
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 chưng thực, cấp
quyền và tính cước.
Page 4 of 123
4
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Diameter bao gồm một giao thức cơ bản và giao thức này đươc bổ sung
bởi các ứng dụng Diameter. Các ứng dụng Diameter là các tùy biến hoặc là
các mở rộng Diameter để phù hợp với các ứng dụng cụ thể.
IMS sử dụng Diameter trong nhiều giao diện , mặc dù vậy các giao diện náy
có thể sử dụng Diameter khác nhau
1.3.3. Các giao thức khác nhau
Bên cạnh SIP và Diameter , IMS cón sử dụng nhiều giao thức khác. Giao
thức dịch vụ chính sách mở rộng thông thường COPS (Common Open
Service) được sử dụng để truyền tải chinh sách giữa các điểm quyết định dich
vụ PDPs (Policy Decision Points ) và các điểm thực hiện chính sách (Policy
Enforcement Points).
H.248 (ITU-T khuyến nghị H.248) được sử dụng bởi các nút báo hiệu để
điều khiển các nút trong mặt phẳng media.
RPT (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RCTP (RTP Control
Protocol, RFC 3550) dùng để truyền tải media trong video và audio.
1.4. Tổng quan kiến trúc IMS
IMS không được chuẩn hóa 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 một 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.
Page 5 of 123
5
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G

Hình 1.2 Tổng quan kiến trúc IMS
Bên cạnh 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 chuyển mạch gói thông qua lien kết vô tuyến. IMS động thời hỗ
trợ các kiểu truy nhập và các thiết bị khác như PDAs (Personal Digital
Assitant) và máy tính. Các thiết bị này có thể truy nhập qua ADSL hoặc
WLAN.
Phần còn lại của hình vẽ chỉ ra các node chức năng khác nhau trong kiến
trúc lõi của IMS bao gồm :
+ Cơ sở dữ liệu người dùng : HSS (Home Subcriber Servers) và SLF
(Subcriber Location Function).
Page 6 of 123
6
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
+ Chức năng điều khiển phiên, cuộc gọi : CSCF (Call/ Sesion Control
Function)
+ Chức năng lien quan đến nguồn media MRFC (Media Resource
Function Controller) và bộ xử lí chức năng nguồn media MRFP (Media
Resource Function Processor).
+ BGCF (Breakout Gateway Control Function).
+ PSTN gateway bao gồm SGM (Signlling Gateway) , MGCF (Media
Gateway Controller Function) và MGW (Media Gateway).
1.4.1. CSCF- Call/Session Control Function.
CSCF là một SIP server. Nó là thành phần cơ bản nhất trong kiến trúc
IMS. CSCF xử lí báo hiệu SIP. Có ba kiểu kết nối 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.Tất cả góp tạo thành
bộ máy định tuyến bản tin SIP. Ngoài ra chúng còn có thể gửi các thong tin

tính cước tới tính năng tính cước ngoại tuyến.
1.4.1.1. P-CSCF
P-CSCF là điểm lien lạc đầu tiên giữa các thiết bị đầu cuối và mạng IMS.
Trong mô hình của SIP thì P-CSCF đang làm việc như một onbound/inbound
SIP Proxy-server. Tất cả 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
chuyển tiếp các bản tin SIP request và response theo các hướng phù hợp :
hoặc đi tới thiết bị IMS hoặc là tới mạng IMS. P-CSCF được chỉ định cho các
Page 7 of 123
7
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
thiết bị đầu cuối IMS trong quá trình đăng ký và không thay đổi trong quá
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 bị
đầu cuối IMS. Những liên kết bảo mật IPsec này đảm bảo sự toàn vẹn thực
thể. Một khi P-CSCF đã chứng thực người dùng thì các node khác trong mạch
không cần thực hiện các chứng thực người dùng khác nữa vì chúng tin tưởng
vào P-CSCF. Sự xác nhận của P-CSCF còn có các chức năng khác các dịch
vụ cá nhân và các bản ghi tính cước.
Một chưc năng khác của P-CSCF là chúng kiểm tra sự chính xác của bản
tin SIP request được gửi bởi thiết bị đầu cuối IMS. Chức năng này giúp ngăn
chặn các thiết bị đầu cuối gửi SIP không 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 chưc năng này). Bản tin SIP đôi khi có thể rất
lớn. Trong khi gửi một bản tin qua kết nối băng thông rộng chỉ mất một thời
gian ngắn thì việc gửi một SIP qua băng thông hẹp , như một kết nối vô tuyến
chẳng hạn , sẽ mất một vài giây. Cơ chế dùng để rút ngắn thời gian truyền
một bản tin là nén bản tin lại, truyền qua liên kết vô tuyến và giải nén bên
phía nhận.

P-CSCF có thể bao gồm một PDF. PDF cấp quyền sử dụng media và
quản lí QoS trên mặt phẳng media.
P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước tới các nút thu thập
thông tin tính cước.
Với mục địch mở rộng và tạo ra dư thừa để dụ phòng trên một mạng IMS
thông thường có nhiều P-CSCF. Mỗi một P-CSCF phục vụ một số thiết bị đầu
cuối IMS phụ thuộc vào dung lượng của nó.
Page 8 of 123
8
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
P-CSCF có thể tạo được đặt tại mạng khách hoặc mạng chủ. Trong
trường hợp mạng chuyển mạch gói trên GPRS thì P-CSCF luôn đặt trong một
mạng với GGSN. Vì vậy GGSN và P-CSCF có thể cùng đặt tại mạng khách
hoặc tại mạng chủ.
1.4.1.2. I-CSCF
I-CSCF là SIP proxy được đặt tại biên của miền quản trị. Địa chỉ của I-
CSCF luôn được liệt kê trong bản ghi DSN (Domain name System) của miền.
Khi một SIP server tuân theo các thủ tục SIP để tim 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 còn có một giao diện tới
SLF và HSS.
Giao diện này dựa trên giao thức Diameter. Qua giao thức I-CSCF truy
cứu các thông tin về vị trí của người dùng và định tuyến các bản tin SIP đang
chứa đựng thông tin nhạy cảm về miền , như số lượng server trong miền , tên
DSN và dung lượng của chúng.
Một mạng IMS thường bao gồm nhiều I-CSCF cho mục đích mở rộng và
tạo dư thừa.
I-CSCF thường nằm tại mạng chủ , mặc dù trong một số trường hợp đặc
biệt có thể đặt tại mạng khách.
1.4.1.3. S-CSCF

S-CSCF là node trung tâm trong mặt phẳng bóa hiệu. Ngoài chức năng
là một SIP server , S-CSCF còn đóng vai trò là một SIP registrar. Nó duy trì
một gán kết giữa vị trí người dùng và địa chỉ SIP người dụng trong bản ghi.
Giống như I-CSCF, S-CSCF cũng đồng thời thực hiện giao diện với
HSS để thực hiện các mục đích sau :
Page 9 of 123
9
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
+ Tải về các vector chứng thực của người dùng đang truy nhập vào mạng
S-CSCF sử dụng các vector này để chứng thực người dùng.
+ 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 ÍM gửi và nhận đều đi qua S-
CSCF.
S-CSCF giám sát từng bản tin SIP và quyết định xem báo hiệu SIP sẽ đi
qua một hay nhiều server ứng dụng hoặc để định tuyến tới đích cuối cùng.
Một trong những chức năng chinh 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 DSN E.164 Number Translation.
S-CSCF động thời thi hành các chính sách của nhà điều hành mạng.Hay
S-CSCF ngăn chặn người dụng thực hiện những dịch vụ không được cho
phép.
S-CSCF luôn đặt tại mạng chủ.
1.4.2. Cơ sở dữ liệu : HSS và SLF
HSS và 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 kí thuê bao, tham số truy nhập và thông tin kích hoạt dịch vụ. Thông
tin nhận dạng bao gồm có hai loại :

+ Nhận dạng người dùng công cộng
+ Nhận dạng người dùng cá nhân
Page 10 of 123
10
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Nhận dạng người dùng cá nhân được sử dụng mục đích đăng ký và cấp
quyền, trong khi đó nhận dạng người dùng công cộng được người dùng để
liên lạc với những người dùng khác nhau. Các tham số truy nhập IMS được
khởi tạo để thiết lập một phiên và bao gồm các thông số như chứng thực
người dùng, cấp quyền chuyển vùng và tên của S-CSCF phụ trách người
dùng. Thông tin kích hoạt dịch vụ cho phép thực hiện các dịch vụ SIP.
HSS cũng bao gồm một số các chức năng của vị trí chủ (HLR) và trung
tâm nhận thực (AUC).
Hình 1.3. Cấu trúc của HSS
Chức năng HLR hỗ trợ thực thể trong miền chuyển mạch gói như SGSN
và GGSN. Điều này cho phép cá 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 server. Điều này cũng cho phép các thuê
bao có thể truy nhập các dịch vụ trong miền chuyển mạch kênh và hỗ trợ
chuyển vùng tới những vùng có chuyển mạch kênh .
AUC lưu trữ chìa khóa bí mật cho mỗi thuê bao di động. Chìa khóa này
được sử dụng để tạo ra dữ liệu bảo mật linh động cho mỗi thuê bao. Dữ liệu
được sử dụng cho sự nhận thực lẫn nhau giữa mạng và IMSI (International
Page 11 of 123
11
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Mobile Subcriber Identity). Dữ liệu bảo mật cung cấp sự toàn vẹn thực thể và
mã hóa thông tin liên lạc qua đường vô tuyến giũa UE và mạng.
Một mạng có thể có nhiều hơn một HSS, phụ thuộc vào số lượng thuê
bao và khả năng của các thiết bị tổ chức của mạng.

Nếu mạng có một HSS không cần phải có SLF (Subscription Location
Function). Ngược lại nếu mạng có nhiều hơn một HSS nhất thiêt phải có SLF.
SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản dùng để ánh xạ địa chỉ thuê bao với HSS
tương ứng quản lý thuê bao đó. Khi một nút khác truy vấn SLF với đầu là một
địa chỉ thuê bao thì nhận đươc HSS chứa thông tin liên quan đến thuê bao như
là đầu ra.
HSS và SLF thực hiện giao thức Diameter với các ứng dụng Diameter
xác định cho IMS.
1.4.3. AS (Application Server)
AS là các thực thể SIP đảm nhận và thực hiện các dịch vụ.

Hình 1.4. Application Server
Page 12 of 123
12
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
AS gồm ba loại :
+ SIP AS : đây là các AS cơ sở thực hiện các dịch vụ multimedia dựa
trên SIP. Các dịch vụ IMS mới sẽ phát triển trong SIP AS.
+ OSA-SCS (Open Service Access-Service Capability Server) : Đây là
AS cung cấp giao diện tới ứng dụng nền tảng OSA. Nó thừa kế tất cả các khả
năng của dịch vụ mở, đặc biệt khả năng để truy nhập một cách bảo mật vào
các mạng bên ngoài. Nút này một mặt đóng góp vai trò là AS và mặt khác là
một giao diện OSA AS và giao diện lập trình ưng dụng OSA.
+IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function) : AS cho phép tái
sử dụng dịch vụ CAMEL (Customized Application for Mobile Network
Enhanced Logic) được phát triển cho GSM. IM-SSF cho phép một GSM SCF
(GSM Service Control Function) điều khiển một phiên IMS.
AS có thể được đặt tại mạng chủ hoặc tại mạng của một nhà cung cấp
thứ ba. Trong trường hợp AS được đặt ngoài mạng chủ thì nó không giao tiếp
với HSS.

1.4.4. MRF
MRF cung cấp nguồn media trong mạng chủ . MRF cung cấp khả năng
để play thông báo , trộn các luồng media với nhau, chuyển đổi giữa các loại
mã khác nhau, thu thập thống kê và làm các công việc phân tích media khác.
MRF được chia thành MRFC và MRFP. MRFC đóng vai trò như một
SIP User Agent và có một giao diện tới S-CSCF. MRFC điều khiển nguồn tài
nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248. MRFP thực hiện tất cả chức
năng liên quan đến media như play và trộn media.
MRF luôn đặt tại mạng chủ.
1.4.5. BGCF
Page 13 of 123
13
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
BGCF là một thành phần SIP server cơ bản bao gồm chức năng định
tuyến dựa trên số điện thoại. BGCF chỉ được sử dụng trong nhưng phiên mà
bắt đầu từ một thiết bị đầu cuối IMS tới một người dùng trong mạng chuyển
mạch kênh như PSTN hoặc là PLMN.
Hai chức năng chính của BGCF:
+ Lựa chọn mạng thích hợp trong trường hợp làm việc với miền chuyển
mạch kênh
+ Lựa chọn PSTN/CS gateway phù hợp
1.4.6. IMS- ALG và TrGW
IMS hỗ trợ cả IPv4 và IPv6. Ở một số điểm trong phiên multimedia IP
làm việc chéo giữa hai phiên cơ bản có thể xảy ra. Để tránh cho thiết bị đầu
cuối không phải hỗ trợ các chức năng để có thể làm việc liên kết, IMS bổ
sung them hai thực thể mới đó là : IMS-ALG (IMS- Application Layer
Gateway và TrGW (Transition Gateway). IMS-ALG xử lý các vấn đề về báo
hiệu (SIP,SDP…), còn TrGW xử lí lưu lượng media (RTP,RCTP).
Hình 1.5. IMS-ALG và TrGW
Page 14 of 123

14
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
IMS-ALG thực hiện chức năng như một SIP B2BUA bằng cách duy trì
hai chặng báo hiệu độc lập. Một chặng hướng tới bên trong mạng IMS và
chặng còn lại hướng vào mạng khác. Mỗi chặng này sử dụng phiên bản IP
khác nhau. Thêm vào đó , IMS-ALG ghi lại SDP băng cách thay đổi các địa
chỉ IP và các port number tạo ra bởi các thiết bị đầu cuối với một hoặc nhiều
địa chỉ IP và port numbers phân bổ cho TrGW. Điều này cho phép lưu lượng
media được định tuyến tới TrGW
IMS-ALG giao tiếp I-CSCF với các luồng lưu lượng tới và với S-CSCF
cho các luồng lưu lượng đi thông qua giao diện Mx.
TrGW là một NAT-PT/NAPT-PT (Network address Port Translator-
Protocol Translator). TrGW được cấu hình với một tập hợp các địa chỉ IP,
được phân bổ tự động cho một phiên đã cho. TrGW thực hiện sự chuyển đổi
media giữa IPv4 và IPv6.
1.4.7. PSTN/CS gateway
PSTN gateway cung cấp giao diện hương tới mạng chuyển mạch kênh,
cho phép các thiết bị đầu cuối IMS gọi và nhận các cuộc gọi từ PSTN và tới
PSTN.
PSTN gateway cung cấp giao diện hướng tới mạng chuyển mạch kênh,
cho phép các thiết bị đầu cuối IMS gọi và nhận các cuộc gọi từ PSTN và tới
PSTN.
Page 15 of 123
15
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Hình 1.6. PSTN/CS Getway giao tiếp với một mạng CS
PSTN gateway được phân chia thành những thành phần chức năng sau :
+ SGW (Signalling Gateway) : Signalling gateway giao tiếp với mặt
phẳng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh. SGW thực hiện sự chuyển đổi
giao thức mức thấp. SGW thay thế các giao tiếp bậc thấp NTP (ITU-T khuyến

nghị Q.701) bằng SCTP/IP (Stream Control Transmission Protocol, RFC
2960). Vì vậy, SGW chuyển đổi ISUP (ITU-T khuyến nghị Q.761) hoặc
BICC trên nền MTP bằng ISUP hoặc BICC trên nền SCTP/IP
+ MGCF(Media Gateway Control Function): MGCF là node trung tâm
của PSTN/CS gateway. Nó thực hiện chuyển đổi giao thức ánh xạ SIP (giao
thức điệu khiển cuộc gọi trong IMS) thành ISUP/IP hoặc BICC/IP. Ngoài ra,
MGCF còn điệu khiển tài nguyên trong MGW (Media Gate Way). Giao thức
được sử dụng giữa MGCF và MGW là H.248.
+ MGW : Media Gateway giao tiếp với mặt phẳng media của PSTN. Một
mặt MGW có khả năng gửi nhận media IMS trên nền RTP (Real-time
Page 16 of 123
16
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Transport Protocol). Mặt khác MGW sử dụng một hoặc nhiều khe thời gian
PCM để kết nối tới mạng chuyển mạch kênh. Thêm vào đó, MGW thực hiện
việc chuyển đổi mã khi mà thiết bị đầu cuối IMS không hỗ trợ các codec được
sử dụng bởi mạng chuyển mạch kênh. Một tình huống phổ biến thường xảy ra
thiết bị đầu cuối IMS sử dụng mã AMR trong khi đó thiêt bị đầu cuối PSTN
sử dụng mã G.711.
1.5. Nhận dạng người dùng trong IMS
1.5.1.Nhận dạng người dụng công cộng
Trong IMS có một cách tiền định để nhận dạng người dùng công cộng.
Một thuê bao IMS được phân bổ hay nhiều nhận dạng người dùng công cộng.
Nhà điều hành chủ chịu trách nhiệm phân phối nhận dạng người dùng công
cộng tới mỗi thuê bao IMS. Một nhận dạng người dùng công cộng có thể là
SIP URI hoặc một TEL URI. Nhận dạng người dùng công cộng sử dụng làm
nhưng thông tin liên lạc trên tấm card giao dịch.
Trong IMS, nhận dạng người dùng công cộng để dịnh tuyến báo hiệu
SIP. Nhận dạng người dùng công cộng ứng với tần số MSISDN (Mobile
Subcriber ISDN Number) trong GSM.

Nhận dạng người dùng công cộng chứa một SIP URI, nó thường có dạng
: sip: Mặc dù các nhà điều hành IMS có thể thay
đổi cấu trúc này và địa chỉ của họ. Them vào đó, nó có thể bao gồm một số
điện thoại trong một SIP URL sử dụng định dạng như sau:
SIP : ; uses=phone
Định dạng này cần thiết vì SIP yêu cầu rằng URI trong khi đăng kí phải
là SIP. Vì vậy nó có khả năng đăng kí một TEL URI trong SIP, mặc dù nó có
khả năng đăng kí một SIP URI mà chứa một số điện thoại.
Page 17 of 123
17
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
TEL URI là một dạng khác của nhận dạng người dùng công cộng. Đây là
một TEL URI thể hiện một số điện thoại quốc tế: tel:+1-212-555-0293
Tel URI cần thiết để có thể gọi từ một thiết bị đầu cuối IMS tới một điện
thoài trong PSTN. Bởi vì số điện thoại PSTN được thể hiện bởi những chữ số.
Mặt khác, TEL URI cũng cần thiết nếu một thuê bao PSTN muốn thực hiện
một cuộc gọi tới một người dùng trong IMS, bởi vì ngươid dùng trong PSTN
chỉ có thể bấm những chữ số. Mỗi người dùng sẽ phân bố ít nhất một SIP URI
và một TEL URL. Lý do để phân bố nhiều nhận dạng công cộng là một người
dùng có thể có nhiều nhóm liên lạc như gia đình, bạn bè, đồng nghiệp … Có
thể mỗi nhóm người biết sử các nhận dạng công cộng khác nhau của người
dùng. Điều này thuận tiện cho việc kích hoạt những dịch vụ liên quan.
Trong IMS mỗi bản tin đăng kí SIP có thể đăng kí nhiều nhận dạng
người dùng công cộng để tiết kiệm thời gian đăng kí và băng thông.
1.5.2. Nhận dạng người dùng cá nhân
Mỗi thuê bao IMS được gán cho một nhận dạng người dùng cá nhân.
Không giống nhận dạng người dùng công cộng. Nhận dạng người dùng cá
nhân không có dạng SIP URIs hay TEL URIs mà có dạng NAI (Network
Access Identifier, RCF 2486). Định dạng NAI là :
Nhận dạng người dùng cá nhân không để định tuyến bản tin SIP mà dành

riêng cho mục địch nhận thực và nhận dạng đăng kí thuê bao. Nhận dạng
người dùng cá nhân thực hiện chức năng giống như IMSI (Internationnal
Mobile Subcriber Indentifier). Trong GSM người dùng không cần phải biết
nhận dạng người dùng cá nhân, bởi nó đươc lưu trữ trong một thẻ thông minh,
giống như IMSI được lưu trong SIM.
1.5.3. Mối liên hệ nhận dạng người dùng cá nhân và người dùng công cộng
Page 18 of 123
18
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Nhà điêu hành phân bổ một hoặc nhiều nhận dạng người dùng công cộng
và một nhận dạng người dùng cá nhân cho mỗi người dùng. Trong trường hợp
GSM/UMTS thẻ thông minh lưu trữ nhận dạng người dùng công cộng, HSS
lưu trữ đồng thời nhận dạng người dùng công cộng và nhận dạng người dùng
cá nhân.
Mối liên hệ giữa một thuê bao IMS, nhận dạng người dùng công cộng và
một nhận dạng người dùng cá nhân được nêu ra trên hình:
Hình 1.7. Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công
cộng trong Realese 5
Một thuê bao IMS được cung cấp chỉ duy nhất một nhận dạng người
dùng cá nhân và nhiều nhận dạng người dùng công cộng.
Page 19 of 123
19
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
3GPP release 6 đã mở rộng mối quan hệ giữa người dùng cá nhân và
nhận dạng người dùng công cộng như hình vẽ:
Hình 1.8. Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công
cộng trong Realese 6
Trong trường hợp của UMTS, chỉ có một nhận dạng người dùng cá nhân
được lưu trong thẻ thông minh , nhưng người dùng có thê có nhiều thẻ và
chúng được lắp vào trong các thiết bị khác nhau.

1.5.4. Nhận dạng dịch vụ công cộng
Khái niệm nhận dạng dịch vụ công cộng được giới thiệu trong release 6
của 3GPP. Không giống như nhận dạng người dùng công cộng được phân bổ
tới người dùng, một nhận dạng dich vụ công cộng được phân bổ cho một dịch
vụ được nắm giữ bởi một AS.
Page 20 of 123
20
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
1.5.5. USIM và ISIM trong 3GPP
UICC (Universal Integrated Circuit Card) là trung tâm trong thiết kế thiết
bị đầu cuối 3GPP. UICC là thẻ thông minh có thể dịch chuyển được , lưu trữ
một số dữ liệu như thông tin đăng kí thuê bao, nhận thực, sổ địa chỉ và các tin
nhắn. Nếu không có UICC thì thiết bị đầu cuối chỉ có thể gọi các số khẩn cấp.
UICC cho phép người dùng dễ dàng di chuyển thông tin đăng kí thuê bao
của họ sang thiết bị mới bằng cách lắp thẻ thông minh sang thiết bị đó. UICC
là một khái niệm chung định nghĩa các đặc tính của thẻ thông minh.
UICC có thể bao gồm một vài ứng dụng logic như SIM, USIM
(Universal Subscriber Indentity Module), ISIM (IP multimedia Services
Indentity Module). UICC còn có các ứng dụng khác như là số điện thoại.
1.5.5.1 USIM
USIM là một ứng dụng khác nằm trong UICC. USIM cung cấp một tập
hợp các tham số bao gồm thông tin đăng kí thuê bao, thông tin nhận thực,
phương pháp thanh toán, lưu trữ tin nhắn. USIM được sử dụng để truy nhập
mạng UMTS.
Các thiết bị đầu cuối trong mạng chuyển mạch kênh cần phải có USIM
để hoạt động trong mạng 3G. Rõ ràng cả USIM và SIM có thể cùng tồn tại
đồng thời trong UICC để thiết bị đầu cuối có thể sử dụng đồng thời mạng
GSM và UMTS.
Page 21 of 123
21

Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Hình 1.9. Cấu trúc đơn giản hoá của USIM
USIM lưu giữ những thông số dưới đây :
+ IMSI: IMSI là một nhận dạng mà được phân bố đến mỗi người dùng.
IMSI chỉ được sử dụng nhận dạng người dùng cho mục đích nhận thực. Nhận
dạng người dùng cá nhân tương đương với IMSI.
+ MSISDN: Trường hợp này lưu trữ một hoặc nhiều số điện thoại được
cung cấp cho người dùng. Nhận dạng người dùng công cộng tương đương với
MSISDN.
+ CK (Ciphering Key) và IK (Integrity Key) : Đó là chìa khóa được sử
dụng cho mục địch mã hóa và bảo vệ toàn vẹn thực thển qua giao diện vô
tuyến. USIM lưu trữ riêng biệt chìa khóa được sử dụng trong chuyển mạch
kênh và chìa khóa trong mạng chuyển mạch gói.
Page 22 of 123
22
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
+ USIM lưu trữ bí mật dài hạn được sử được sử dụng cho mục đích nhận
thực và tính toán chìa khóa toàn vẹn và chìa khóa mã được sử dụng giữa thiết
bị đầu cuối và mạng.
+ SMS ( Short Massage Service) : USIM lưu trữ các bản tin ngắn và các
thông tin liên quan như người gửi, người nhận , trạng thái.
+ Các tham số SMS : trường hợp này USIM lưu trữ thông tin cấu hình
liên quan tới dịch vụ SMS như địa chỉ trung tâm tin nhắn hoặc các giao thức
được hỗ trợ.
+ Các tham số MMS : Trường này lưu trữ dữ liệu cấu hình liên quan đến
dịch vụ MMS, như địa chỉ MMS server và địa chỉ của MMS gateway.
1.5.5.2. ISIM
ISIM có vai trò đặc biệt quan trọng trong IMS, bởi vì nó các thông số
được sử dụng để chứng thực người dùng, cấu hình thiết bị đầu cuối khi thiết
bị hoạt động trong mạng IMS.

Hình 1.10. Cấu trúc của ứng dụng ISIM
Các tham số ISIM bao gồm :
+ Nhận dạng người dùng cá nhân
Page 23 of 123
23
Nhận dạng người dùng cá nhân
Nhận dạng người dùng công cộng
Nhận dạng người dùng công cộng
Nhận dạng người dùng công cộng
URI miền của mạng chủ
Bí mật dài hạn
ISIM
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
+ Nhận dạng người dùng công cộng
+ URI của miền mạng chủ
+ Bí mật dài hạn : ISIM lưu trữ một bí mật dài hạn được sử dụng cho
mục đích nhận thực và tính toán mã vẹn toàn vẹn và mã hóa sử dụng giữa
mạng và thiết bị đầu cuối.
Tất cả những thông tin trên có thể đọc ra, có nghĩa là người dùng không
thể thay đổi giá trị của chúng.
Như vậy truy nhập tới mạng IMS có thể dựa trên USIM hoặc ISIM. Mặc
dù sử dụng ISIM vẫn tốt hơn vì nó được thiết kế dành riêng cho IMS.
Trong chương này ta đã tìm hiểu vị trí và vai trò 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.
Page 24 of 123
24
Kiến trúc IMS và các dịch vụ giá trị gia tăng cho mạng 3G
Chương 2. Điều khiển phiên trong cấu trúc IMS

2.1. Giao thức khởi tạo phiên SIP (Session Initial Protocol)
2.1.1. Khái niệm về SIP
SIP là một giao thức báo hiệu do IETF chuẩn hóa cho mạng Internet,
dùng để thiết lập, giải phóng cũng như thay đổi các phiên đa phương tiện. SIP
được coi như lad một phần của cấu trúc hội thảo đa phương tiện. Kiến trúc
IMS đã thừa kế giao thức báo hiệu này đồng thời đưa vào các mở rộng
(extension) để phù hợp với môi trường vô tuyến.
2.1.2.1. Mô tả phiên và SDP
Mô tả phiên chứa đầy đủ thông tin một phiên để người dùng ở xa có thể
tham gia vào phiên như : địa chỉ IP, port number cho media, codec, hình ảnh
của người tham gia phiên….
Giao thức mô tả phiên SDP (Session Description Protocol) là một giao
thức phổ biến miêu tả các phiên multimedia.
Ngoài mô tả phiên dựa trên SDP, SIP có thể dùng các giao thức mô tả
phiên khác .
2.1.2.2. Mô hình đề nghị/trả lời
SIP cung cấp sự trao đổi miêu tả phiên hai chiều gọi là mô hình hỏi và trả
lời. Khi một người dùng A tạo ra một mô tả phiên và gửi tới một người dùng
B, thì người dùng B lại tạo ra một mô tả phiên khác và gửi nó tới cho người
dùng A. Sau mỗi trao đổi hỏi và đáp. Cả hai người dùng A, B đều có một cái
nhìn chung về phiên multimedia của họ.
Page 25 of 123
25