Thiết kế giao diện cập nhật thông tin qos giữa khối điều khiển thích ứng tài nguyên chung (GARC) và AS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG




ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



Đề tài:
THIẾT KẾ GIAO DIỆN CẬP NHẬT QoS GIỮA
GARC VÀ AS TRONG IMS CORE




Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH THẮNG
Lớp ĐT3 – K54
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN TÀI HƯNG

Hà Nội, 5-2014

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 )
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm qua, xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và
mạng PSTN được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc. Nhiều kiến
trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mục đích tạo ra
một mạng IP duy nhất. Phân hệ IP 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 sữ
dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet. IMS đã thực sự trở thành chìa khóa
để hơp nhất mạng di động và mạng Internet, IMS đồng thời cũng trờ thành một
phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN). Và được chuẩn hóa bởi các tổ
chức chuẩn hóa quốc tế.
Song song với sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ Internet cũng đặt ra
nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu và giải quyết, trong đó nổi bật nhất là vấn để
chất lượng dịch vụ cho người dùng. Đảm bảo chất lượng dịch vụ, quản lý tài
nguyên cũng như sữ dụng lưu lượng dữ liệu thông minh trở trành mối quan tâm
hàng đầu của các nhà cung cấp dịch vụ cũng như nhà điều hành mạng.
Trong thời gian thực tập tại phòng lab 618 thư viện Tạ Quang Bửu để tìm
hiểu về kiến trúc IMS và nghiên cứu một số công nghệ mạng trong tương lai, được
sự phân công của Tiến sĩ Nguyễn Tài Hưng em đã lựa chọn đề tài “ Thiết kế giao
diện cập nhật thông tin QoS giữa khối Điều khiển thích ứng tài nguyên chung
(GARC) và AS “.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Tài Hưng và TS. Trần Thị Ngọc
Lan đã giúp đỡ tận tình cho em trong thời gian làm đồ án vừa qua. Tôi cũng xin
chân thành gửi lời cảm ơn tới các bạn cùng nhóm nghiên cứu cũng như các bạn
trong phòng lab 618 đã góp ý, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong những năm gần đây, các dịch vụ mạng ngày càng phát triển, nhiều
ứng dụng cá nhân được được đưa ra, yêu cầu băng thông cao, việc vận chuyển dữ
liệu gói trong mạng cũng không đồng nhất giữa các thiết bị đầu cuối, nên gây ra
tình trạng quá tải, cũng như tắc nghẽn trong mạng truy cập cũng như mạng lõi, do
đó ảnh hưởng tiêu cực tới chất lượng trải nghiệm của người dùng (QoE).
Trong đề tài này tôi chỉ ra một phần thiết kế nhỏ trong hệ thống điều kiển
thích ứng tài nguyên chung (GARC). Một giao diện quản lý và cập nhất chất
lượng dịch vụ (QoS) từ AS tới khối điều kiển thích ứng tài nguyên chung
(GARC). Từ những thông tin QoS được cập nhật, khối GARC sẽ có những quyết
định chính sách xuống các thành phần mạng khác để đảm bảo chất lượng dịch vụ
cho người dùng.
ABSTRACTION
Today,

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 10
1.1. Tầm quan trọng của đề tài. 10
1.2. Nội dung nghiên cứu. 11
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN IMS 12
2.1. Kiến trúc tổng quát IMS. 12
2.1.1. Lớp ứng dụng. 13
2.1.1.1. Máy chủ ứng dụng. 13
2.1.1.2. Cơ sở dữ liệu. 13
2.1.2. Lớp điều khiển. 14
2.1.2.1. Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF. 14
2.1.2.2. Chức năng điểu khiển đa phương tiện MRF. 19
2.1.3. Lớp truyền tải. 20
2.1.3.1. UE. 20
2.1.3.2. Giao tiếp với mạng PSTN 22

2.1.3.3. Giao tiếp với mạng GMS/GPRS 24
2.1.3.4. Giao tiếp với mạng IP. 24
2.2. Định danh trong IMS 25
2.2.1. Định danh người dùng công cộng. 26
2.2.2. Định danh người dùng riêng. 27
2.2.3. Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng. 28
2.2.4. Định danh dịch vụ công cộng. 29
2.2.4.1. Định nghĩa PSI 29
2.2.4.2. Phân loại PSI. 30
2.3. SIM, USIM và ISIM trong 3GPP. 30
2.3.1. SIM. 31
2.3.2. USIM. 31
2.3.3. ISIM 32
2.4. Một số thủ tục trong mạng IMS. 32
2.4.1. Thủ tục liên quan tới quá trình đăng ký. 32
2.4.1.1. Thủ tục đăng ký. 32
2.4.1.2. Thủ tục đăng ký lại. 34
2.4.2. Thủ tục xóa đăng ký. 34
2.4.2.1. Thủ tục xóa đăng ký khởi tạo bởi UE. 34
2.4.2.2. Thủ tục xóa đăng ký tạo bởi nhà khai thác mạng. 36
2.4.3. Thủ tục thiết lập phiên. 40
2.4.3.1. Thủ tục thiết lập phiên giữa hai thuê bao mạng IMS. 40
2.4.3.2. Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và PSTN. 43
CHƯƠNG 3. GIAO THỨC SIP VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG NIST SIP STACK. 46
3.1. Giao thức SIP. 46
3.1.1. Tổng quan về SIP. 46
3.1.1.1. Định nghĩa SIP 46
3.1.1.2. Đặc điểm của SIP. 46
3.1.1.3. Chức năng chính. 48
3.1.2. Các thành phần chính. 48

3.1.2.1. UA. 48
3.1.2.2. Server. 48
3.1.3. Cấu trúc bản tin SIP. 54
3.1.3.1. Startline 54
3.1.3.2. Header. 57
3.1.3.3. Message Body 58
3.2. NIST SIP Stack và ứng dụng JAVA. 60
3.2.1. SIP Stack. 60
3.2.1.1. SIP Stack là gì 60
3.2.1.2. Chức năng của SIP Stack. 60
3.2.1.3. Bản tin SIP Stack. 61
3.2.2. NIST SIP Stack và triển khai ứng dụng. 62
CHƯƠNG 4. GIAO THỨC DIAMETER VÀ KHỐI ĐIỀU KHIỂN THÍCH ỨNG TÀI
NGUYÊN (GARC). 65
4.1. Giao thức DIAMETER. 65
4.1.1. Tổng quan về giao thức DIAMETER. 65
4.1.2. Các thành phần chính. 66
4.1.2.1. Diameter Replay Agent. 66
4.1.2.2. Diameter Proxy Agent. 67
4.1.2.3. Diameter Redirect Agent. 68
4.1.2.4. Diameter Translation Agent. 69
4.1.3. Cấu trúc bản tin DIAMETER. 69
4.1.3.1. Cấu trúc header của Diameter. 69
4.1.3.1. AVP. 71
4.1.4. Bảo mật trong bản tin Diameter. 73
4.1.5. Kiểm soát lỗi. 73
4.1.6. Kết nối và phiên trong Diameter. 74
4.1.7. Dịch vụ trong Diameter. 75
4.2. Khối điều khiển thích ứng tài nguyên chung (GARC) 77
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ GIAO DIỆN Sh+ GIỮA GARC VÀ AS 81

5.1. Tổng quan về giao diện Sh+. 81
5.2. Các bản tin trong giao diện Sh+. 81
5.2.1. RAR/RAA (Re-Auth Request/Answer) 82
5.2.2. QIR/QIA (QoS Information Request/Answer) 83
5.2.3. SNR/SNA (Subcriber- Notifications Request/Answer). 84
5.2.4. QUR/QUA (QoS-Update-Request). 86
5.3. Định dạng các AVP trong bản tin Diameter. 87
5.3.1. Origin-Host AVP. 87
5.3.2. Origin-Realm AVP. 87
5.3.3. Destination-Host AVP. 87
5.3.4. Destination-Realm AVP. 87
5.3.5. Proxy-info AVP. 88
5.3.6. Route-Record AVP. 88
5.3.7. Result-Code AVP. 88
5.3.8. Time-Stamps AVP. 88
5.3.9. Service-Specific-Info AVP. 89
5.3.10. Service-Identication AVP. 89
5.3.11. Data-Reference AVP. 89
5.3.12. SDP-Media-Name AVP. 90
5.3.13. SDP-Media-Decription AVP. 90
5.3.14. SDP-Media-Type AVP 90
5.3.15. QoS-information AVP. 91
KẾT LUẬN 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 94


DANH SÁCH HÌNH VẼ
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH SÁCH BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Tầm quan trọng của đề tài.

Trong xu hướng phát triển của mạng Internet hiện nay, giải pháp phát triển
dài hạn một môi trường mạng dữ liệu duy nhất (LTE-Long Term Evolution) đang
được chú trọng phát triển. Nó là rất quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch
vụ (QoS) cho vấn đề quá tải trong mạng truy nhập và mạng lõi.
Thông tin (âm thanh và các dữ liệu khác) được vận chuyển trong mạng All-
ip dưới hình thức các gói tin mà không xem xét tới đặc tính của từng ứng dụng cá
nhân khác nhau. Yêu cầu ứng dụng khác nhau về việc vận chuyển dữ liệu gói
trong mạng tồn tại do sự không đồng nhất của các ứng dụng, mà không thể thực
hiện được vì thiếu thông tin liên lạc giữa các ứng dụng và lớp mạng.
Do nhu cầu băng thông cao bởi người dùng cuối, tình trạng quá tải có thể
gây ra tắc nghẽn trong mạng truy nhập và mạng lõi, do đó ảnh hưởng tiêu cực tới
chất lượng trải nghiệm của người dùng (QoE). Các ứng dụng Over-The-Top và
lưu lượng dữ liệu nhanh chóng phát triển, dự kiến sẽ là 70% lưu lượng dữ liệu trực
tuyến đa phương tiện, 20% dữ liệu tập tin tải về và 5% dữ liệu cho các thiết bị
M2M vào năm 2016, đó là nguyên nhân gây ra tràn dữ liệu trong điều hành mạng
ngày nay.
Đề tài điều kiển thích ứng tài nguyên chung (GARC), là một cách tiếp cận
khái niệm, thực hiện nguyên mẫu và là chiếc cầu nối giữa lớp ứng dụng và lớp
mạng để tối ưu hóa các kết nối tổng thể từ đầu cuối đến đầu cuối bằng cách áp
dụng đầy đủ ứng dụng cá nhân và cơ chế kiểm soát dịch vụ cụ thể trên các kết nối.
Mất gói tin và bị gián đoạn kết nối sẽ tránh được thông qua giải pháp quản lý lưu
lượng thông minh trong mạng truy nhập và mạng lõi.
Có hai khả năng chủ yếu là phải đối mặt với tình trạng thiếu băng thông
trong quá tải đó là:
 Trích lập dự phòng trong mạng truy cập và mạng lõi.
 Quản lý lưu lượng dữ liệu thông minh.
Phần này trình bày ảnh hưởng công việc quan trọng có liên quan ra bốn lĩnh

vực chính quản lý giao thông thông minh
1.2. Nội dung nghiên cứu.

Với mục đích nghiên cứu và xây dựng hệ thống điều kiển tài nguyên thích
ứng chung, nên trong đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu về kiến trúc hệ thống
IMS và thiết kế giao diện Diameter cập nhật chất lượng dịch vụ QoS cho hệ thống.
Nội dung khái quát như sau:
 Tổng quan về IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS và các thành phần của nó,
nguyên lý trao đổi bản tin trong hệ thống và một số thủ tục định danh.
 Giao thức SIP và triển khai ứng dụng NIST SIP Stack: Tìm hiểu về giao
thức khởi tạo phiên SIP và xây dựng các ứng dụng dựa vào Sip Stack và bộ
thư viện NIST SIP Stack chuẩn bằng ngôn ngữ Java.
 Giao thức Diameter và điều kiển thích ứng tài nguyên chung GARC: Tìm
hiểu về giao thức AAA Diameter và khối điều khiển thích ứng tài nguyên
chung GARC.
 Thiết kế giao diện giữa GARC và AS: Ngiên cứu và thiết kế giao diện trao
đổi bản tin QoS giữa khối GARC và AS dựa trên giao diện Sh đã chuẩn
hóa.


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN IMS

Trong chương này giới thiệu cấu trúc, chức năng của những thực thể trong
một phân hệ IMS và mối quan hệ giữa chúng. Mỗi thực thể được trình bày trực
quan theo mô hình phân lớp NGN. Lớp ứng dụng gồm máy chủ ứng dụng và HSS,
đây chính là cơ sở dữ liệu về dịch vụ và người dùng của toàn hệ thống. Lớp điều
khiển gồm các thành phần quản lý cuộc gọi và quản lý tài nguyên, lớp này đóng
vai trò quan trọng trong phân hệ IMS dùng để điều khiển và thiết lập phiên. Lớp
truyền tải thể hiện mối quan hệ giữa phân hệ IMS và các hệ thống hiện có như
PSTN, UMTS, GMS, mạng IP.

2.1. Kiến trúc tổng quát IMS.


Hình 2.1. Kiến trúc tổng quát IMS.
Trong hình 2-1 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc IMS như
chuẩn hóa của 3GPP. Trong đó được phân chia thành 3 lớp: Lớp ứng dụng, lớp
điều khiển và lớp truyền tải.
2.1.1. Lớp ứng dụng.
2.1.1.1. Máy chủ ứng dụng.

Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS. AS
tương tác với S-CSCF thông qua giao thứ SIP để cung cấp dịch vụ đến người
dùng. AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó. Nếu
AS là một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông
qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng. AS có thể
cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện của người dùng trên mạng, quản lý
quá trình hội nghị truyền hình, tính cước trực tuyến,…
2.1.1.2. Cơ sở dữ liệu.
2.1.1.2.1. HSS.

Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS có thể xem như là một cải tiến
của bộ đăng ký định vị thường trú HLR và AuC trong mạng GSM. HSS là một cơ
sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả các thuê bao và những thông tin dịch vụ liên
quan đến thuê bao. Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên
của S-CSCF gán cho người dùng , hồ sơ chuyển vùng, thông số chứng thực cũng
như thông tin về dịch vụ thuê bao. Thông tin nhận dạng người dùng gồm khóa
nhận dạng riêng và khóa nhận dạng chung. Khóa nhận dạng riêng được tạo ra bởi
các nhà khai thác mạng và được dùng với mục đích đăng ký và chứng thực. Khóa
nhận dạng người dùng chung được sữ dụng để truyền thông giữa các người dùng.
HSS cũng đáp ứng địa chỉ một S-CSCF nếu có yêu cầu trong thủ tục đăng ký. Hơn

nữa, HSS còn thực hiện những chính sách hệ thống như lưu trữ thông tin hoặc xóa
thông tin những UE không hợp lệ. HSS phải hỗ trợ những thành phần của miền PS
như SGSN và GGSN. Điều này giúp các thuê bao của IMS có thể sữ dụng dịch vụ
của miền PS và ngược lại. Tương tự, do HSS đóng vai trò như HLR nên cũng hỗ
trợ các thành phần của miền CS như MSC, BSC. Điều này cho phép các thuê bao
IMS có thể truy cập đến các dịch vụ của miền CS và hỗ trợ chuyển vùng trên toàn
hệ thống GMS/UMTS. Như một AuC, HSS lưu trữ khó bí mật của mỗi thuê bao,
cái này dùng để chứng thực khi đăng ký vào mạng và mã hóa dữ liệu cho mỗi thuê
bao di động. Tùy thuộc vào số lượng thuê bao mà có thể có nhiều HSS trong một
mạng IMS. HSS tiếp xúc với CSCF thông qua điểm tham chiếu Cx và tiếp xúc với
AS thông qua điểm tham chiếu Sh.
2.1.1.2.2. SLF.
Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị
SLF sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng
tương ứng.

Hình 2.2: SLF chỉ định HSS phù hợp.
Để tìm được địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF phải gửi đến SLF bản
tin yêu cầu LIR. Hình trên mô tả quá trình tìm ra địa chỉ HSS phù hợp khi I-CSCF
nhận được bản tin INVITE trong trường hợp mạng có ba HSS.
2.1.2. Lớp điều khiển.
2.1.2.1. Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF.

CSCF có 3 loại: Proxy-CSCF (P-CSCF),
Serving-CSCF (S-CSCF) và
Interrogating-CSCF (I-CSCF)
.
Mỗi CSCF có chức năng riêng. Chức năng chung của
CSCF là tham gia trong suốt quá trình đăng kí và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS.
Hơn nữa, những thành phần này còn có chức năng gởi dữ liệu tính cước đến Server tính

cước. Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF trong hoạt động là cả hai có
thể đại diện cho user để kết thúc phiên và có thể kiểm tra nội dung của bản tin trong giao
thức SDP.
2.1.2.1.1. P-CSCF.

P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên giữa UE với mạng IMS, đóng vai trò như
một SIP proxy server. Tất cả những tín hiệu SIP được gởi giữa mạng IMS và UE
đều đi qua P-CSCF. Do đó, nhiệm vụ chính của P-CSCF là chuyển tiếp bản tin SIP
dựa vào tên domain. Ngoài ra, P-CSCF còn thực hiện: nén bản tin SIP, bảo mật,
tích hợp PDF, tham gia vào quá trình tính cước, và xác định phiên khẩn cấp.
 Nén bản tin SIP.
SIP là giao thức báo hiệu dựa trên text nên dung lượng bản tin lớn hơn rất
nhiều so với bản tin được mã hóa nhị phân. Vì thế, để tăng tốc độ thiết lập phiên,
3GPP đã đưa ra cách thức nén bản tin SIP giữa UE với P-CSCF trong RFC3486.
P-CSCF cần phải nén bản tin nếu UE xác định rằng muốn nhận bản tin đã được
nén.
Thông số thể hiện yêu cầu nén được định nghĩa như là một tham số SIP
URI và được đặt trong trường tên là “comp”. Hiện nay chỉ có một giá trị được
định nghĩa cho tham số này là “sigComp”. Khi một thực thể SIP gởi bản tin đến
một thực thể khác mà trong SIP URI chứa thông số “comp=SigComp” thì bản tin
sẽ được nén.
Ví dụ: sip:abc@yahoo. com;comp=sigcomp
 Bảo mật.
P-CSCF có vai trò chính trong sự liên kết bảo mật và áp dụng sự bảo vệ
đảm bảo toàn vẹn và riêng tư cho tín hiệu SIP. Điều đó đạt được trong suốt quá
trình đăng kí SIP khi UE và P-CSCF thương lượng IPSec. Sau lần đăng kí đầu
tiên, P-CSCF có thể áp dụng việc bảo vệ toàn vẹn và riêng tư cho bản tin SIP.
Trong lần đăng ký đầu tiên, nếu chính sách mạng IMS đưa ra yêu cầu bảo
mật thì bản tin REGISTER không được bảo mật sẽ bị P-CSCF gởi bản tin
401Unauthorized từ chối đăng kí. UE sẽ tiếp tục gởi bản tin REGISTER có chứa

thông tin về bảo mật. Khi đó, UE và P-CSCF sẽ thương lượng với nhau và chọn
thuật toán mã hóa để dùng mã hóa phiên, quá trình được hoàn tất khi UE nhận
được đáp ứng 200 OK.

Hình 2.3. Đăng ký có và không có bảo mật.
Khi 2 bên trao đổi các bản tin với nhau, một thuật toán mã hóa sẽ được sử
dụng để mã hóa các bản tin mà chỉ 2 bên mới có thể giải mã được. Trong trường
hợp này, UE sẽ không sử dụng port mặc định 5060/5061 để trao đổi dữ liệu với P-
CSCF nữa, mà sử dụng một port mà 2 bên thương lượng.
 Xác định phiên khẩn cấp.
Đến thời điểm hiện tại, phiên khẩn cấp chưa được xác định đầy đủ trong
IMS. Phiên khẩn cấp được định nghĩa tùy thuộc vào chính sách của nhà khai thác
mạng. Một số phiên khẩn cấp được định nghĩa tại P-CSCF. Khi nhận được yêu cầu
phiên khẩn cấp thì P-CSCF có thể chỉ định một S-CSCF bất kỳ để xử lý phiên này.
Điều này rất cần thiết nhất là lúc UE chuyển vùng.
 P-CSCF tích hợp PDF và tham gia vào quá trình tính cước
P-CSCF còn tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF. PDF cấp giấy
phép sử dụng tài nguyên cho người dùng, quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ
đa phương tiện. P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước để gởi đến các
khối tính cước phù hợp.
2.1.2.1.2. I-CSCF.

I-CSCF là điểm giao tiếp giữa các thuê bao IMS trong vùng phục vụ của
cùng một nhà khai thác mạng, hoặc với các thuê bao thuộc các nhà khai thác mạng
khác. Trong một mạng có thể có nhiều I-CSCF. I-CSCF được xem như một SIP
Proxy và đặt ở đường biên của mạng IMS, I-CSCF có bốn chức năng chính là:
 Liên lạc với HSS để biết thông tin của chặng tiếp theo khi nhận được yêu
cầu từ UE.
 Xác định S-CSCF cho UE khi nhận thông tin về UE từ HSS, sự xác định S-
CSCF thực hiện khi UE đăng ký hoặc xóa đăng ký.

 Định tuyến yêu cầu SIP nhận được từ mạng khác tới S-CSCF hoặc một
server ứng dụng.
 Cung cấp chức năng ẩn cấu hình mạng (THIG): nhà khai thác có thể sử
dụng chức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình trong I-CSCF hoặc kĩ thuật
khác để ẩn cấu hình, khả năng và cấu trúc của mạng khỏi các mạng ngoài.
Nếu nhà khai thác muốn ẩn cấu hình thì nhà khai thác phải đặt chức năng
ẩn cấu hình mạng trên đường định tuyến khi nhận hoặc gởi yêu cầu hay đáp
ứng từ một mạng IMS khác. THIG thực hiện việc mã hóa và giải mã tất cả
các header liên quan đến thông tin về cấu trúc của nhà khai thác mạng IMS.
Khi một mạng thực hiện việc ẩn cấu hình mạng thì việc liên lạc với mạng
khác phải thông qua I-CSCF (nếu mạng IMS không thực hiện việc ẩn cấu
hình mạng thì khi có sự liên lạc với mạng khác, yêu cầu kết nối từ mạng sẽ
được đưa thẳng tới S-CSCF mà không thông qua I-CSCF).
2.1.2.1.3. S-CSCF.

S-CSCF là thành phần quan trọng của IMS vì nó chịu trách nhiệm thực hiện
quá trình đăng ký, quyết định định tuyến, duy trì tình trạng phiên và lưu trữ hồ sơ
thông tin về dịch vụ cho người dùng. S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên
cho UE. S-CSCF thực hiện các chức năng như sau:
 Đăng ký.
S-CSCF có thể xử lí như một SIP Registrar server, S-CSCF tiếp nhận yêu
cầu đăng kí và thiết lập thông tin khả dụng của UE khi truy vấn HSS. Khi UE thực
hiện đăng ký thì yêu cầu của nó được định tuyến tới S-CSCF, lúc đó S-CSCF dựa
trên thông tin chứng thực từ HSS để đưa ra những yêu cầu để kiểm tra I-CSCF.
Sau khi nhận đươc đáp ứng và kiểm tra lại, S-CSCF chấp nhận sự đăng ký và bắt
đầu phục vụ cho phiên đăng ký này. Sau thủ tục này thông tin UE được khởi tạo
và nhận các dịch vụ IMS.
 Phân phối các dịch vụ cho UE và tham gia vào quá trình tính phí.
Hồ sơ về dịch vụ của UE được HSS đưa xuống S-CSCF khi UE đăng ký
vào mạng IMS. S-CSCF sử dụng thông tin này để phân phối dịch vụ phù hợp cho

UE khi có yêu cầu. Hơn nữa, S-CSCF cần phải áp dụng các loại chính sách truyền
dẫn trong hồ sơ dịch vụ của UE, ví dụ như UE này chỉ sử dụng thoại và mà không
sử dụng video,…
 Định tuyến.
S-CSCF có thể xử lí như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và đáp
ứng ngay lập tức nếu bên tiếp nhận yêu cầu ở cùng mạng nhà khai thác với bên gởi
yêu cầu hoặc gửi chúng đi nếu bên tiếp nhận yêu cầu kết nối thuộc hệ thống mạng
khác.
Khi S-CSCF nhận yêu cầu của UE khởi tạo thông qua P-CSCF thì nó phải
quyết định những AS phù hợp cho UE. Sau khi tương tác với AS thì S-CSCF tiếp
tục xử lý phiên kết nối của UE trong mạng IMS hoặc tới mạng khác. Hơn nữa, nếu
UE sử dụng MSISDN làm địa chỉ cho cuộc gọi thì S-CSCF sẽ chuyển đổi số
MSISDN thành địa chỉ SIP rồi sau đó mới chuyển tiếp các yêu cầu của UE.
 S-CSCF có thể xử lí như một UA.
Nó có thể khởi tạo yêu cầu hoặc kết thúc phiên mà không phụ thuộc vào
phiên giao dịch SIP. Bên cạnh đó, nó còn cung cấp các thông tin liên quan cho các
điểm đầu cuối (như thông báo tính phí, kiểu chuông, …).

Hình 2.4. Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF.
2.1.2.2. Chức năng điểu khiển đa phương tiện MRF.

MRF được phân thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện
MRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP. MRFC là khối
trực tiếp giao tiếp với AS qua giao thức SIP và với S-CSCF qua giao thức
MEGACO/H.248. MRFP nhận thông tin điều khiển từ MRFC và giao tiếp với các
thành phần của mạng truyền dẫn. MRF có vai trò quan trọng trong hội nghị đa
điểm để phân bố tài nguyên hợp lý.
MRFC nhận báo hiệu điều khiển cuộc gọi qua giao thức SIP. MRFC cần
thiết cho việc hỗ trợ những dịch vụ, như hội nghị, những thông báo tới người dùng
hoặc chuyển mã kênh mang. MRFC chuyển báo hiệu SIP nhận được từ S-CSCF

qua điểm tham chiếu Mr và sử dụng những chỉ dẫn MEGACO/H.248 để điều
khiển MRFP. MRFC có thể gửi thông tin thanh toán tới CCF và OCS.
MRFP cung cấp những tài nguyên mặt phẳng người dùng được yêu cầu và
chỉ dẫn bởi MRFC. MRFP thực hiện những chức năng liên quan đến media như
phát và trộn media, thích ứng nội dung dịch vụ, chuyển đổi định dạng nội dung,…

Hình 2.5. Chức năng điều khiển đa phương tiện MRF.
2.1.3. Lớp truyền tải.
2.1.3.1. UE.

Là thiết bị đầu cuối thực hiện các yêu cầu dịch vụ. Người dùng sử dụng các
thiết bị này để giao tiếp với mạng và thực hiện các dịch vụ. Ở trạng thái bình
thường, UE chứa thông tin về: địa chỉ của P-CSCF, tên miền mạng nhà (Home
Network), thuật toán mã hóa, bảo mật, khóa nhận dạng thuê bao. Chúng ta sẽ tìm
hiểu về khóa nhận dạng người dùng bao gồm: khóa nhận dạng người dùng chung
và khóa nhận dạng người dùng riêng.
2.1.3.1.1. Khóa nhận dạng người dùng riêng.

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS đều có một khóa nhận dạng người dùng
riêng. Khóa này được cung cấp bởi nhà điều hành mạng (khóa này giống như
IMSI trong mạng GSM), được sử dụng trong thủ tục đăng ký, chứng thực, quản lý
thuê bao và tính cước. Khóa nhận dạng người dùng riêng có những đặc tính sau:
 Không được sử dụng để định tuyến các bản tin SIP.
 Khóa nhận dạng người dùng riêng chứa các thông tin phục vụ cho việc
đăng ký người dùng vào IMS Home Network (bao gồm cả đăng ký lại và
xóa đăng ký).
 Khóa nhận dạng người dùng riêng được chứa trong ISIM và HSS.
 Là mã nhận dạng toàn cầu duy nhất và cố định ứng với UE. Do đó, khóa
này dùng để xác định UE, không phải xác định thuê bao.
2.1.3.1.2. Khóa nhận dạng người dùng chung.

Mỗi người dùng trong phân hệ IMS có thể có một hoặc nhiều khóa nhận
dạng người dùng chung. Khóa này được người dùng sử dụng khi truyền thông với
các người dùng khác. Khóa này được công khai và có thể trao đổi với người dùng
khác thông qua danh bạ, trang web hoặc business card. Trong giai đoạn đầu triển
khai IMS, vẫn còn tồn tại những mạng khác nhau như PSTN/ISDN, GSM,
Internet,…. Do đó, người dùng IMS phải truyền thông được với người dùng ở các
mạng này. Để đáp ứng nhu cầu này, mỗi người dùng IMS sẽ có thêm một số viễn
thông, ví dụ: +840975975975 để liên lạc với miền CS và có địa chỉ URL để giao
tiếp với người dùng Internet, ví dụ: abc@cdf. zyz.
Khóa nhận dạng người dùng chung có các đặc điểm sau:
 Khóa này có thể được tạo nên từ số điện thoại hoặc tên miền trên internet,
do nhà khai thác mạng qui định. Khóa này có thể được sử dụng như SIP
URL, được định nghĩa trong IETF RFC 3261 và IETF RFC 2396.
 Một ISIM lưu trữ ít nhất một khóa nhận dạng người dùng chung.
 Khóa này không được sử dụng trong quá trình chứng thực thuê bao.
 Khóa nhận dạng người dùng chung phải được đăng ký trước khi khởi tạo
phiên IMS và những phiên không liên quan thủ tục như bản tin:
MESSAGE, SUBSCRIBE, NOTIFY, ….
 Có thể đăng ký nhiều khóa nhận dạng người dùng chung trong cùng một
yêu cầu đăng ký từ UE. Để đăng ký khóa nhận dạng người dùng chung của
một người dùng, ta phải mất một khoảng thời gian. Do đó, nếu người dùng
có 4 khóa nhận dạng người dùng chung thì phải mất khoảng thời gian nhiều
hơn 4 lần. Để khắc phục điều này, tổ chức 3GPP đã phát triển phương pháp
đăng ký nhiều khóa nhận dạng người dùng chung trong cùng một yêu cầu
đăng ký gọi là đăng ký ẩn. Để thực hiện đăng ký ẩn, UE gởi bản tin
SUBSCRIBE yêu cầu đăng ký ẩn đến S-CSCF. Khi S-CSCF nhận được bản
tin này, nó sẽ đáp ứng lại bằng bản tin NOTIFY chấp nhận đăng ký ẩn.
2.1.3.2. Giao tiếp với mạng PSTN.
2.1.3.2.1. BGCP.

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) có nhiệm vụ lựa chọn
mạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng trong IMS sẽ
được định tuyến sang. Nếu BGCF xác định được rằng lưu lượng chuyển mạng đó
sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn
một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN. Nếu lưu lượng cần
truyền tới một mạng không nằm cùng mạng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báo hiệu
phiên này tới BGCF đang quản lý mạng đích đó.

BGCF thực hiện các chức năng như sau:
 Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CS CN. Nếu như sự tương
tác ở trong một mạng khác thì BGCF sẽ gửi báo hiệu SIP tới BGCF của
mạng đó. Nếu như sự tương tác nằm trong một mạng khác và nhà khai thác
yêu cầu ẩn cấu hình mạng đó thì BGCF gửi báo hiệu SIP thông qua một I-
PSCF (THIG) về phía BGCF của mạng đó.
 Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN hoặc CS CN và gửi
báo hiệu SIP tới MGCF đó. Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằm
trong một mạng khác.
2.1.3.2.2. MGCP.

MGCF là thành phần gateway của PSTN hay CS và mạng IMS. Nút này có
nhiệm vụ quản lý các cổng đa phương tiện, tương tác với S-CSCF để quản lý các
cuộc gọi trên kênh đa phương tiện. Nó thực hiện chuyển đổi giao thức và ánh xạ
SIP thành ISUP hoặc BICC. Ngoài ra, MGCF còn điều khiển nguồn tài nguyên
trong MGW. Giao thức sử dụng giữa MGCF và MGW là H.248.

2.1.3.2.3. IMS-MGW.

IMS-MGW cung cấp mặt phẳng liên kết cho người dùng IMS và CS CN.
Nó xác định kênh truyền từ CS CN và dòng truyền dẫn từ mạng, thực hiện việc

chuyển đổi giữa những đầu cuối và thực hiện giải mã và xử lý tín hiệu cho mặt
phẳng người dùng khi cần thiết. Hơn nữa, IMS-MGW còn có chức năng cung cấp
âm chuông và những thông báo cho người dùng CS.
Tương tự, tất cả các cuộc gọi từ CS vào mạng IMS đều được đưa đến
MGCF, nó thực hiện việc chuyển đổi giao thức cần thiết và gởi những yêu cầu SIP
đến I-CSCF dung cho việc thiết lập phiên. Trong cùng thời điểm đó MGCF kết nối
với IMS-MGW để dành sẵn nguồn tài nguyên cần thiết ở mặt phẳng người dùng.

Hình 2.7. Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CS CN và ngược lại.
2.1.3.3. Giao tiếp với mạng GMS/GPRS.
2.1.3.3.1. SGSN.

SGSN là thành phần liên kết giữa mạng IMS và mạng chuyển mạch gói
hiện có. Nó có thể hoạt động, điều khiển và xử lý lưu lượng cho miền PS. Phần
điều khiển có hai chức năng chính: quản lý di động và quản lý phiên. Quản lý di
động sẽ quản lý vị trí và trạng thái của UE, chứng thực cả người dùng lẫn UE.
Quản lý phiên cho phép và điều khiển kết nối. Khối này cũng được sử dụng trong
mạng 3G. Chức năng xử lý lưu lượng là một phần của chức năng điều khiển phiên.
SGSN hoạt động như một Gateway cho những luồng lưu lượng của người dùng
truy cập vào mạng.
2.1.3.3.2. GGSN.

Khối chức năng này cung cấp khả năng tương tác với những mạng PS khác
nhau như mạng IMS hoặc Internet. Nó chuyển đổi những gói GPRS đến từ SGSN
thành định dạng PDP tương ứng và gửi chúng ra ngoài trên mạng ở ngoài tương
ứng. Trong hướng ngược lại, địa chỉ PDP của gói dữ liệu đến được chuyển đổi
thành địa chỉ IMS của người dùng đích. GGSN chứa địa chỉ SGSN hiện tại và hồ
sơ thông tin của những người dùng đăng ký vào thanh ghi định vị của nó. GGSN
có khả năng tập trung thông tin tính cước cho các mục đích thanh toán.
Nói chung, có mối quan hệ nhiều - nhiều giữa SGSN và GGSN: Một

GGSN giao tiếp với một mạng ngoài cần một vài SGSN; một SGSN có thể định
tuyến nhiều gói tới nhiều GGSN khác nhau.
2.1.3.4. Giao tiếp với mạng IP.
2.1.3.4.1. NASS.

NASS là thành phần chỉ sử dụng cho các mạng truy nhập hữu tuyến, với nhiệm vụ
cung cấp kết nối đến người dùng trong mạng truy nhập. NASS có các chức năng chính
sau:
 Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình
khác cho UE (sử dụng DHCP).
 Xác nhận, chứng thực người dùng trước và trong suốt quá trình cấp phát IP.
 Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ người dùng mạng
 Quản lý vị trí người dùng
 Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng.
2.1.3.4.2. RACS

Chức năng điều khiển tài nguyên và chấp nhận kết nối RACS bao gồm 2
chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-PDF) và chức
năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF).

 Chức năng quyết định chính sách dịch vụ S-PDF: dưới yêu cầu của các ứng
dụng, sẽ tạo ra các quyết định về chính sách bằng việc sử dụng các luật
chính sách và chuyển những quyết định này tới A-RACF. S-DPF cung cấp
một cách nhìn trừu tượng về các chức năng truyền tải với nội dung hay các
dịch vụ ứng dụng. Bằng cách sử dụng S-DPF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở
nên độc lập với việc xử lý dịch vụ.
 Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập A-RACF:
nhận các yêu cầu về tài nguyên QoS từ S-PDF. A-RACF sẽ sử dụng thông
tin QoS nhận được từ S-PDF để quyết định chấp nhận hay không chấp nhận
kết nối. A-RACF cũng thực hiện chức năng đặt trước tài nguyên và điều

khiển các thực thể NAT hoặc Firewall.
2.2. Định danh trong IMS.

Trong bất kỳ một mạng nào cũng đều phải định danh được người dùng một
cách duy nhất. Đây là thuộc tính cho phép một điện thoại nhất định đổ chuông mà
không phải là một điện thoại khác khi chúng ta quay số trong mạng PSTN.