Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.5 MB, 116 trang )
bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------
LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển
dịch vụ trên nền ims
Ngành: kỹ thuật điện tử
M số:
Lu đức toản
Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn tài hng
Hà Nội Năm 2009
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận Văn Thạc sỹ Khoa học này là do tôi nghiên cứu và thực
hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Nguyễn Tài Hưng. Nếu có gì sai phạm, tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, tháng 11 năm 2009
Lưu Đức Toản
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 1
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
MỤC LỤC
.........................................................................................................2
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................9
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................11
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC IMS ........................................12
1.1.
Giới thiệu tổng quan về IMS.......................................................................12
1.2.
Các yêu cầu của IMS ...................................................................................14
1.2.1.
Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP........................................14
1.2.2.
Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS............................................................14
1.2.3.
Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh
PSTN
................................................................................................................14
1.2.4.
Hỗ trợ chuyển vùng ................................................................................15
1.2.5.
Hỗ trợ điều khiển dịch vụ .......................................................................15
1.2.6.
Hỗ trợ phát triển các dịch vụ ..................................................................16
1.2.7.
Hỗ trợ đa truy nhập.................................................................................16
1.3.
Các thực thể trong kiến trúc IMS...............................................................16
1.3.1.
Mạng truy nhập.......................................................................................17
1.3.2.
Mạng lõi..................................................................................................18
1.3.3.
Lớp dịch vụ.............................................................................................25
1.4.
Một số giao diện trong IMS.........................................................................27
1.4.1.
Giao diện Gm..........................................................................................27
1.4.2.
Giao diện Mw .........................................................................................28
1.4.3.
Giao diện ISC .........................................................................................29
1.4.4.
Giao diện Cx ...........................................................................................29
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 2
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
CHƯƠNG 2.
2.1.
GIAO THỨC TRONG IMS........................................................33
Giao thức báo hiệu SIP................................................................................33
2.1.1.
Khái niệm giao thức SIP.........................................................................33
2.1.2.
Các thành phần .......................................................................................34
2.1.3.
Các loại bản tin SIP ................................................................................39
2.1.4.
Các giao thức đi kèm với SIP .................................................................48
2.2.
Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền và tính cước trong IMS ..........51
2.2.1.
Chứng thực và cấp quyền trong IMS......................................................51
2.2.2.
Giao thức Diameter.................................................................................52
2.2.3.
Giao diện Cx và Dx ................................................................................64
2.2.4.
Thông tin người dùng .............................................................................72
2.2.5.
Giao diện Sh ...........................................................................................77
2.2.6.
Tính cước................................................................................................78
CHƯƠNG 3.
CÁC DỊCH VỤ GIA TĂNG CƠ BẢN XÂY DỰNG TRÊN
KIẾN TRÚC IMS....................................................................................................80
3.1.
Dịch vụ Presence ..........................................................................................80
3.1.1.
Khái niệm Presence ................................................................................80
3.1.2.
Mở rộng giao thức SIP cho presence......................................................81
3.1.3.
Kiến trúc dịch vụ presence trong IMS....................................................83
3.1.4.
Danh sách presentity...............................................................................84
3.1.5.
Một số luồng bản tin báo hiệu cơ bản trong dịch vụ presence ...............85
3.2.
Messaging......................................................................................................88
3.2.1.
Messaging trong IMS .............................................................................89
3.2.2.
Kiến trúc dịch vụ messaging trong IMS.................................................89
3.2.3.
Messaging tức thời..................................................................................89
3.2.4.
Messaging dựa trên phiên.......................................................................92
3.3.
Conferencing.................................................................................................93
3.3.1.
Kiến trúc conferencing ...........................................................................94
3.3.2.
Gói sự kiện SIP về trạng thái conference ...............................................94
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 3
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
3.3.3.
3.4.
Một số luồng báo hiệu cơ bản trong của dịch vụ conferencing..............95
Dịch vụ IPTV trên nền IMS ........................................................................98
3.4.1.
Kiến trúc IPTV trên nền IMS .................................................................98
3.4.2.
Các thành phần chức năng....................................................................100
3.4.3.
Các giao diện ........................................................................................104
CHƯƠNG 4.
DEMO DỊCH VỤ IPTV ............................................................105
4.1.
Giới thiệu phần mềm OpenIMSCore của FOKUS .................................105
4.2.
Mô hình triển khai dịch vụ IPTV .............................................................109
4.3.
Kết quả thực hiện .......................................................................................110
KẾT LUẬN
.....................................................................................................112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................113
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................114
ABSTRACT
.....................................................................................................115
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 4
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT TỪ VIẾT TẮT
TỪ ĐẦY ĐỦ
1
3GPP
3rd Generation Partnership Project
2
AAA
Authentication, Authorization, Accouting
3
ACK
Acknowledgement
4
AS
Application Server
5
AVP
Atribute Value Pair
6
AVT
Audio/Video/Transport
7
B2BUA
Back-to-Back User Agent
8
BC
BroadCast
9
BGCF
10
CAMEL
11
CoD
Breakout Gateway Control Function
Customized Application for Mobile Network Enhanced
Logic
Content on Demand
12
CPL
Call Process Language
13
CSCF
Call/Session Control Function
14
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
15
DNS
Domain Name System
16
DSL
Digital Subscriber Line
17
DTMF
Dual-Tone Multi-Frequency
18
HSS
Home Subscriber Server
19
HTTP
Hypertext Transfer Protocol
20
I-CSCF
Interrogating-CSCF
21
IETF
Internet Engineering Task Force
22
IFC
Initial Filter Criteria
23
IMS
IP Multimedia Subsystem
24
IM-SSF
IP Multimedia Service Switching Function
25
IP
Internet Protocol
26
IVR
Interactive Voice Response
27
MCF
Media Control Function
28
MCU
Multipoint Control Unit
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 5
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
29
MDF
Media Delivery Function
30
MGFC
Media Gateway Controller Function
31
MGW
Media Gateway
32
MRF
Media Resource Function
33
MRFC
Media Resource Function Controller
34
MRFP
Media Resource Function Processor
35
MS
Media Server
36
N-PVR
Network-Personal Video Recorder
37
NASS
Network Attachment Subsystem
38
OSA-SCS
Open Service Access-Service Capability Server
39
OSI
Open Systems Interconnection
40
P-CSCF
Proxy-CSCF
41
Policy Decision Function
42
PSTN
Public Switched Telephone Network
43
QoS
Quality of Service
44
RACS
Resource and Admission Control Subsystem
45
RTCP
Real-time Transport Control Protocol
46
RTP
Real-time Transport Protocol
47
S-CSCF
Serving-CSCF
48
SDF
Service Discovery Function
49
SDP
Session Description Protocol
50
SEMS
SIP Express Media Server
51
SER
SIP Express Router
52
SGW
Signaling Gateway
53
SIP
Session Initiation Protocol
54
SLF
Subscription Locator Function
55
SMTP
Simple Mail Transfer Protocol
55
SSF
Service Selection Function
56
TCP
Transmission Control Protocol
57
TLS
58
TISPAN
Transmission Layer Security
Telecoms & Internet converged Services and Protocols
for Advanced Networking
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 6
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
59
TTS
Text To Speech
60
UA
User Agent
61
UAC
User Agent Client
62
63
64
65
66
67
68
69
UAS
UDP
UE
URI
URL
UPSF
VoIP
XDMS
User Agent Server
User Datagram Protocol
User Equipment
Uniform Resource Identifier
Uniform Resource Locator
User Profile Server Function
Voice over IP
XML Document Management Server
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 7
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các trường thông tin trong Header ...........................................................41
Bảng 2.2. Cấu trúc của một bản tin SIP request ......................................................42
Bảng 2.3. Bản tin yêu cầu và trả lời trong giao thức Diameter.................................59
Bảng 2.4. Trường AVP-Code ...................................................................................62
Bảng 2.5. Các lệnh mới trong Diameter ứng dụng cho giao diện Cx.......................66
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 8
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tổng quan kiến trúc IMS ..........................................................................17
Hình 1.2. IMS-ALG và TrGW ..................................................................................23
Hình 1.3. PSTN/CS giao tiếp với một mạng CS.......................................................24
Hình 1.4. Ba dạng máy chủ ứng dụng.......................................................................26
Hình 2.1. SIP/PSTN Gateway và SIP/H.323 Gateway .............................................35
Hình 2.2. Mô hình đăng ký điển hình .......................................................................38
Hình 2.3. Redirect bản tin SIP ..................................................................................39
Hình 2.4. Phương thức INVITE không có phần thân bản tin SDP...........................44
Hình 2.5. Phân biệt các xác nhận end-to-end và hop-by-hop ...................................45
Hình 2.6. Sơ đồ xác thực và cấp quyền trong IMS ...................................................52
Hình 2.7. Giao thức Diameter cơ bản và các ứng dụng ............................................53
Hình 2.8. Cấu trúc bản tin Diameter .........................................................................55
Hình 2.9. Cấu trúc của AVP ......................................................................................57
Hình 2.10. Bản tin UAR/UAA, MAR/MAA, SAR,SAA trong quá trình đăng ký ...68
Hình 2.11.Bản tin LIR/LIA và bản tin SAR/SAA ....................................................70
Hình 2.12. Bản tin RTR/RTA ....................................................................................71
Hình 2.13. Bản tin PPR/PPA.....................................................................................72
Hình 2.14. Cấu trúc thông tin người dùng ................................................................73
Hình 2.15. Cấu trúc tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu......................................................75
Hình 3.1. Contact hiện nay và contact cải tiến với các thông tin về presence..........81
Hình 3.2. Kiến trúc SIP presence ..............................................................................83
Hình 3.3. Kiến trúc để cung cấp dịch vụ presence trong IMS ..................................84
Hình 3.4. Minh họa đăng ký thông tin qua dịch vụ URI-list ....................................85
Hình 3.5. Luồng bản tin đăng ký để nhận thông tin presence từ một presentity ......86
Hình 3.6. Đăng ký tới list presentity nằm trong RLS ...............................................87
Hình 3.7. RLS đăng ký tới một presentity ................................................................88
Hình 3.8. Messaging tức thời ....................................................................................89
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 9
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
Hình 3.9. Ví dụ về dịch vụ được cung cấp tin nhắn tức thời ....................................91
Hình 3.10. Luồng bản tin điển hình của một phiên tin nhắn ....................................93
Hình 3.11. Tạo ra conference sử dụng conference factory URI ...............................96
Hình 3.12. Mời một người dùng khác tham gia vào hội nghị...................................97
Hình 3.13. Đăng ký để nhận thông tin trạng thái hội nghị........................................97
Hình 3.14. Kiến trúc IPTV trên nền IMS-NGN của TISPAN...................................99
Hình 4.1. Các thành phần của OpenIMS ................................................................105
Hình 4.2. OpenIMS Client khi chạy lần đầu tiên....................................................107
Hình 4.3. Mô hình kiến trúc thực hiện dịch vụ IPTV trên nền IMS .......................109
Hình 4.3. Thiết lập thông số trên Client..................................................................110
Hình 4.4. Hiển thị Video trên Client ....................................................................... 111
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 10
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, số lượng người sử dụng Internet trên thế giới ngày
một tăng. Mạng Interner đã phát triển thành một mạng số liệu toàn cầu cho phép
nhiều loại hình thông tin, nhiều dịch vụ phát triển trên đó. Do ra đời sau mạng điện
thoại chuyển mạch kênh, sự phát triển của mạng Internet liên quan nhiều đến các kỹ
thuật của mạng PSTN. Các dịch vụ multimedia trên Internet đang ngày càng phát
triển và thông tin truyền trên Internet cũng không chỉ đơn thuần là số liệu mà bao
gồm cả tiếng nói và hình ảnh. Do đó, mạng Internet và mạng PSTN đang có xu
hướng hội nhập với nhau. Kiến trúc IMS (IP Multimedia Subsystem) đã ra đời trong
xu thế phát triển đó. Với IMS, người dùng có thể liên lạc khắp mọi nơi, bằng nhiều
phương tiện liên lạc khác nhau nhờ tính chất của mạng di động và được cung cấp
nhiều dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet. Ngoài ra, IMS còn mang lại chất lượng cao
hơn cho các dịch vụ truyền thoại qua mạng IP và tính linh hoạt trong việc phát triển
các dịch vụ mới cho các nhà cung cấp. IMS đã thực sự trở thành chìa khóa để hợp
nhất mạng PSTN và mạng Internet.
Sau quá trình tìm hiểu về kiến trúc IMS và các dịch vụ mới trên IMS, em đã lựa
chọn đề tài “Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS”. Do thời
gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn của em không thể tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn tiến sĩ Nguyễn Tài Hưng đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, tháng 11 năm 2009
Sinh viên
Lưu Đức Toản
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 11
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC IMS
1.1.
Giới thiệu tổng quan về IMS
Hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xây dựng bổ sung cho
các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa
phương tiện cho khách hàng đầu cuối.
IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển
bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa
thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng
không dây.
IMS được thiết kế dựa trên SIP cho phép truyền bất kì phương tiện truyền thông
nào như thoại, video hay dữ liệu qua bất kì mạng nào. Phân hệ mạng lõi đa phương
tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng lõi (CN) để cung cấp các dịch vụ đa
phương tiện IP. Các thành phần này bao gồm tất cả các thành phần liên quan đến
mạng báo hiệu và mạng mang như đa xác định ở 3GPP TS 23. 002: "Network
Architecture". Dịch vụ đa phương tiện IP được dựa trên khả năng điều khiển phiên,
các mạng mang đa phương tiện, các tiện ích của miền chuyển mạch gói (PS) do
IETF xác định.
Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo dưỡng
qua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đa cố gắng tương thích với các chuẩn
IETF (chuẩn Internet). Trong một số trường hợp là lấy chuẩn giao thức của IETF do
đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn Internet ví dụ như giao thức
SIP. . .
Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP cho phép các nhà vận hành mạng di động
mặt đất PLMN sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng của họ
bằng cách xây dựng lên các ứng dụng, các dịch vụ với các giao thức Internet. Ở đây
không có mục đích là để chuẩn hóa các dịch vụ trong phạn vi của phân hệ IM CN,
mà mục đích chính là để các dịch vụ sẽ được phát triển do các nhà khai thác mạng
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 12
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
PLMN và hiệp hội các nhà cung cấp thứ ba khác bao gồm cả không gian Internet
đang sử dụng và phân hệ IM CN. Phân hệ IM CN có thể cho phép hội tụ để truy
nhập thoại, hình ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho
người dùng đầu cuối không dây, và có thể phối hợp sự phát triển về Internet với sự
phát triển của truyền thông di động.
Giải pháp cuối cùng để có thể hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện IP gồm có các
đầu cuối, mạng truy nhập vô tuyến GERAN hoặc UTRAN, mạng lõi GPRS tiên
tiến, và các thành phần chức năng đặc biệt của phân hệ IM CN được mô tả trong
luận văn này.
Sự khác biệt của IMS với kiến trúc mạng truyền thống là lớp ứng dụng và
chuyển mạch rất gần với mạng truy nhâp, với kiến trúc này nó có thể áp dụng cho
bất kì mạng truy nhập nào như 3G, Wifi, DSL, cable …
Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền thống
sang VoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư và giá thành dịch vụ. Tuy nhiên nếu chỉ
chuyển sang mỗi mạng VoIP thì vẫn không đủ để giải quyết hết những lo âu về giá
thành đầu tư, giá cước thu nhập và còn phải tăng nhiều chi phí mới. Khi dịch vụ
thoại chuyển sang mạng IP, nó sẽ trở thành một phần của bộ các dịch vụ truyền
thông hướng kết nối đa phương tiện thời gian thực chạy trên mạng IP và cùng chia
sẽ một sự sắp xếp client/server chung như dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị
mạng và các dịch vụ VoIP, 3G … Thêm vào đó để VoIP có thể hỗ trợ lớp các dịch
vụ mới như dich vụ đa phương tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng
chuyển tiếp dịch vụ mới. Nền tảng ở đây được chọn chính là IMS (IP Multimedia
Subsystem) do 3GPP định nghĩa và phát triển.
Giải pháp của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ thống dữ liệu, phần mềm và các
dịch vụ chuyên nghiệp, để đáp ứng mạng cần hoạt động cả mạng đường dây và
mạng không dây.
Tuy nhiên để các thành phần này hội tụ với các lớp dịch vụ mới và đảm bảo QoS
thì mạng phải có một kiến trúc dịch vụ phù hợp và có khả năng để hỗ trợ cho:
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 13
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
o Tách lớp đầu cuối và truyền tải khỏi lớp điều khiển phiên.
o Quản lí phiên qua các dịch vụ thời gian thực
o Tương thích với dịch vụ mạng thông minh tiên tiến.
o Tương tác trong suốt với các mạng TDM trước đây.
o Hội tụ dịch vụ mạng không dây và dịch mạng đường dây.
o Pha trộn thoại với các dịch vụ thời gian thực.
o Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thông tin thộc tính người dùng qua dịch vụ
o Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bá người dùng đầu cuối.
o Mở ra giao diện chuẩn và giao diện lập trình ứng dụng
1.2.
Các yêu cầu của IMS
1.2.1. Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP
IMS có thể truyền tải các dịch vụ đa dạng.Yêu cầu này nhấn mạnh sự cần thiết để
cung cấp các dịch vụ chính được truyền tải bởi IMS đó là các phiên multimedia qua
mạng chuyển mạch gói. Kiểu media trong trường hợp này có thể là audio hoặc video.
Truyền thông multimedia đã được chuẩn hóa trong các chuẩn hóa trước đây của
3GPP nhưng những kiểu truyền thông multimedia này được thực hiện qua mạng
chuyển mạch kênh chứ không phải qua mạng chuyển mạch gói.
1.2.2. Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS
QoS là một trong các vấn đề quan trọng nhất của IMS. QoS cho một phiên
multimedia cụ thể được quyết định bởi nhiều nhân tố như băng thông lớn nhất. Băng
thông lớn nhất có thể được cấp phát cho người dùng dựa trên đăng ký của người dùng
hoặc dựa trên tình trạng hiện tại của mạng.
1.2.3. Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh
PSTN
Hỗ trợ làm việc liên kết với Internet là một yêu cầu rõ ràng. Mạng Internet sẽ là
đích đến của hàng triệu phiên multimedia được bắt đầu trong IMS. Khi yêu cầu này
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 14
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
đạt được thì số lượng các phiên multimeda sẽ được tăng lên đáng kể.
IMS đồng thời cũng hỗ trợ làm việc liên kết với mạng chuyển mạch kênh PSTN.
Những thiết bị đầu cuối IMS đầu tiên sẽ có khả năng kết nối đồng thời với mạng
chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. Vì thế khi một người dùng muốn gọi
cho một người dùng khác ở trong PSTN hay ở trong mạng di động thì thiết bị đầu
cuối IMS chọn miền chuyển mạch kênh để sử dụng.
Mặc dù yêu cầu làm việc liên kết với mạng chuyển mạch kênh là một yêu cầu
không bắt buộc nhưng hầu hết các thiết bị đầu cuối IMS sẽ hỗ trợ miền chuyển mạch
kênh. Vì thể yêu cầu này có thể được xem như yêu cầu dài hạn.
1.2.4. Hỗ trợ chuyển vùng
Hỗ trợ chuyển vùng là một yêu cầu cơ bản kể từ mạng di động thế hệ thứ hai.
Chuyển vùng giúp người dùng có thể liên lạc khi sang một mang khách. IMS thừa kế
yêu cầu này giúp người dùng duy trì kết nối khi di chuyển sang đất nước khác.
1.2.5. Hỗ trợ điều khiển dịch vụ
IMS giúp nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra những chính sách với những dịch vụ
mà họ cung cấp cho người dùng. Có thể chia những dịch vụ này thành 2 loại:
+ Những chính sách áp dụng chung đối với tất cả người sử dụng trong mạng.
+ Những chính sách áp dụng riêng lẻ đối với những người dùng cụ thể.
Những chính sách chung bao gồm một số các giới hạn do các nhà cung cấp dịch
vụ đưa ra như giới hạn sử dụng các bộ codec dung lượng lớn như G711 trong mạng
của họ Thay vào đó họ có thể áp dụng những bộ codec dung lượng nhỏ như AMR.
Những chính sách riêng lẻ ngược lại được gắn với mỗi một người dùng cụ thể. Ví
dụ khi một người dùng có thể có một vài đăng ký để sử dụng các dịch vụ IMS mà
không bao gồm video. Thiết bị đầu cuối IMS có thể hỗ trợ video nhưng trong trường
hợp người dùng cố gắng để bắt đầu một phiên multimedia mà bao gồm video thì nhà
cung cấp sẽ chặn phiên này.
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 15
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
1.2.6. Hỗ trợ phát triển các dịch vụ
Yêu cầu này ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế kiến trúc IMS.Yêu cầu này khẳng
định rằng các dịch vụ IMS không cần phải tiêu chuẩn hóa. Nó đánh dấu một cột mốc
quan trọng trong thiết kế mạng di động, bởi vì trước đây, tất cả các dịch vụ riêng lẻ
hoặc là phải chuẩn hóa hoặc là được thực hiện độc quyền. Thậm chí khi một dịch vụ
đã được chuẩn hóa, cũng không có một đảm bảo chắc chắn dịch vụ sẽ làm việc khi
chuyển vùng sang một mạng khác. IMS giúp cho triển khai các dịch vụ mới đến
người dùng nhanh hơn. Trước đây, sự chuẩn hóa các dịch vụ và công việc kiểm tra
gây ra sự chậm chễ đáng kể trong việc triển khai dịch vụ. IMS làm giảm đáng kể sự
chậm trễ này bằng cách tiêu chuẩn hóa khả năng dịch vụ thay vì chuẩn hóa dịch vụ
riêng lẻ.
1.2.7. Hỗ trợ đa truy nhập
Yêu cầu này giới thiệu các phương thức truy nhập khác ngoài GPRS.IMS chỉ là
một mạng IP và do đó bất cứ một mạng truy nhập nào cũng có thể cung cấp sự truy
nhập tới nó. IMS có thể được truy nhập từ mạng WLAN (Wireless Local Area
Network), từ một ADSL …
1.3.
Các thực thể trong kiến trúc IMS
IMS không được chuẩn hoá theo các node 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 môt node hoặc một chức
năng thể được tách ra thực hiện trong 2 node hoặc nhiều hơn. Thông thường các nhà
cung cấp thường thực hiện một chức năng trong mỗi node riêng lẻ.
Kiến trúc IMS được chia làm 3 phần: Mạng lõi, mạng truy nhập và lớp dịch
vụ.
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 16
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
Hình 1.1. Tổng quan kiến trúc IMS
1.3.1. Mạng truy nhập
Bên trái của hình 1.1 là các thiết bị IMS. Phía dưới là thiết bị di động IMS
thường được gọi là thiết bị ngừời dùng UE.
Người sử dụng có thể kết nối vào mạng IMS theo nhiều cách khác nhau nhưng
tất cả các cách này đều phải sử dụng chuẩn IP. Các đầu cuối trực tiếp (ví dụ như các
điện thoại di động, các thiết bị số cá nhân (PDAs) và các máy tính) có thể đăng ký
trực tiếp vào mạng IMS, ngay cả khi người sử dụng roaming sang một mạng khác
hoặc một nước khác (mạng khách). Yêu cầu duy nhất là họ phải sử dụng IPv6 (hoặc
IPv4 trong IMS ban đầu) và chạy các SIP UA. Các truy nhập cố định (VD: DSL,
cable modem, ethernet), truy nhập di động (VD: W-CDMA, CDMA 2000, GSM,
GPRS) và truy nhập không dây (VD: WLAN, WiMAX) đều được hỗ trợ trong IMS.
Các hệ thống điện thoại khác như H323 và các hệ thống VoIP không tương thích với
IMS được hỗ trợ thông qua các gateway.
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 17
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
1.3.2. Mạng lõi
Phần còn lại của hình vẽ chỉ ra các node chức năng khác trong kiến trúc lõi của
IMS bao gồm:
• Cơ sở dữ liệu người dùng: HSS (Home Subcriber Servers) và SLF (Subcriber
Location Function)
• Chức năng điều khiển phiên, cuộc gọi: CSCF (Call/Sesion Control Function)
• Chức năng liên quan đến nguồn media: MRF (Media Resource Function) bao
gồm bộ điều khiển chức năng nguồn media MRFC (Media Resource
Function Controller) và bộ xử lý chức năng nguồn media MRFP (Media
Resource Function Processor)
• BGCF (Breakout Gateway Control Function)
• PSTN gateway bao gồm SGW (Signalling Gateway), MGCF (Media
Gateway Controller Function) và MGW (Media Gateway).
1.3.2.1. Cơ sở dữ liệu: HSS và SLF
Cả HSS và SLF thực hiện giao thức Diameter với các ứng dụng Diameter xác
định cho IMS.
a. HSS
HSS (Home Subscriber Server) lưu trữ tất cả các dữ liệu cần thiết liên quan đến
thuê bao để xử lý các phiên multimedia. Những dữ liệu này bao gồm thông tin định
vị, thông tin bảo mật (bao gồm cả thông tin nhận thực và thông tin về quyền của
người sử dụng)...
Tất cả các dữ liệu liên quan đến một người sử dụng cụ thể chỉ được lưu trong
một HSS. Một mạng có thể có nhiều hơn một HSS khi số lượng thuê bao quá lớn
cho một HSS xử lý.
b. SLF
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 18
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
Những mạng chỉ có một HSS thì không cần phải có SLF nhưng nếu một mạng
có nhiều hơn một HSS thì nhất thiết phải có SLF (Subscription Locator Function).
SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản dùng để ánh xạ từ địa chỉ của thuê bao với
HSS tương ứng quản lý thuê bao đó. Một node truy vấn SLF với đầu vào là địa chỉ
thuê bao thì sẽ nhận được đầu ra là HSS chứa tất cả các thông tin liên quan đến
thuê bao đó.
1.3.2.2. Điều khiển cuộc gọi/phiên (CSCF)
CSCF là một SIP server. Nó là thành phần cơ bản nhất trong kiến trúc IMS.
CSCF xử lý báo hiệu SIP trong IMS. Dựa trên chức năng cung cấp, CSCF được
chia thành 3 loại:
• P-CSCF (Proxy-CSCF)
• I-CSCF (Interrogating-CSCF)
• S-CSCF (Serving-CSCF)
a. P-CSCF
P-CSCF là điểm liên lạc đầu tiên (trong luồng báo hiệu) giữa đầu cuối IMS và
mạng IMS. Trong mô hình của SIP, P-CSCF đóng vai trò như một
outbound/inbound SIP proxy server. Tất cả các yêu cầu khởi tạo hoặc gửi đến đầu
cuối IMS đều phải đi qua P- CSCF. P- CSCF chuyển tiếp các bản tin SIP yêu cầu và
đáp ứng theo hướng phù hợp (tới thiết bị đầu cuối IMS hay tới mạng IMS).
P-CSCF được chỉ định cho thiết bị đầu cuối IMS trong quá tŕnh đăng ký IMS và
không thay đổi trong suốt quá trình này.
P-CSCF bao gồm nhiều chức năng khác nhau, trong đó có một số chức năng liên
quan đến bảo mật. Nó thiết lập một số liên kết bảo mật IPsec với các thiết bị đầu
cuối IMS. Những liên kết này đảm bảo tính toàn vẹn thực thể (VD: khả năng đi tìm
nội dung của bản tin có bị thay đổi từ khi nó được tạo ra hay không).
Một khi P-CSCF đă chứng thực người dùng (như là một phần của sự thiết lập
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 19
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
liên kết bảo mật), nó xác nhận thuê bao với các node còn lại trong mạng. Các node
khác trong mạng không cần thực hiện chứng thực người dùng nữa vì chúng tin
tưởng vào P-CSCF. Sự xác nhận của P-CSCF còn có các chức năng khác như cung
cấp các dịch vụ cá nhân và tạo ra các bản ghi tính cước.
Một chức năng khác của P-CSCF là chúng kiểm tra tính 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 các bản tin SIP không chính xác.
P-CSCF còn bao gồm một bộ nén và một bộ giải nén các bản tin SIP (thiết bị
đầu cuối IMS cũng có 2 bộ phận này). Bản tin SIP có thể rất lớn. Trong khi gửi một
bản tin SIP qua một kết nối băng thông rộng chỉ mất một thời gian rất ngắn nhưng
việc gửi một bản tin SIP qua một kênh băng thông hẹp (VD: một kết nối vô tuyến)
sẽ mất một vài giây. Cơ chế để giảm thời gian truyền một bản tin SIP là nén bản tin,
truyền qua liên kết vô tuyến và giải nén ở bên nhận.
P-CSCF có thể bao gồm một PDF (Policy Decision Function). PDF có thể được
kết hợp với P-CSCF hoặc được triển khai như một đơn vị riêng rẽ. PDF cấp quyền
sử dụng tài nguyên media và quản lý QoS trên mặt phẳng media.
P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước tới các node thu thập thông tin
tính cước.
Với mục đích mở rộng và tạo ra dư thừa để dự phòng, một mạng IMS thường có
nhiều P-CSCF. Phụ thuộc vào dung lượng của node, mỗi P-CSCF phục vụ một số
thiết bị đầu cuối IMS.
P-CSCF có thể được đặt tại mạng khách hoặc mạng chủ.
b. I-CSCF
I-CSCF là một SIP proxy được đặt tại biên của miền quản trị. Địa chỉ cua ICSCF được liệt kê trong các bản ghi DNS (Domain Name System) của miền. Khi
một SIP server tuân theo các thủ tục SIP để tìm chặng SIP tiếp theo cho một bản tin
SIP, SIP server đó sẽ nhận được địa chỉ của I-CSCF trong miền đích.
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 20
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
Bên cạnh chức năng là một SIP server, I-CSCF còn có giao diện với SLF và
HSS. Giao diện này dựa trên giao thức Diameter. Qua giao diện này, I-CSCF truy
lục các thông tin về vị trí của người sử dụng và định tuyến bản tin SIP request đến
địa chỉ đích thích hợp.
Ngoài ra, I-CSCF còn có chức năng mã hóa các thành phần của bản tin SIP chứa
các thông tin nhạy cảm về miền (VD: số lượng các server trong miền, tên DNS và
dung lượng của chúng).
Vì mục đích mở rộng và tạo dư thừa, một mạng IMS thường bao gồm nhiều ICSCF.
I-CSCF thường nằm tại mạng chủ, tuy nhiên trong một số trường hợp đặc biệt
nó có thể được đặt tại mạng khách.
c. S-CSCF
S-CSCF là node trung tâm trong mặt phẳng báo hiệu. Về bản chất S-CSCF là
một SIP server nhưng nó cũng thực hiện tốt việc điều khiển phiên. 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 của người dùng (VD: địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối mà người dùng
đăng nhập vào) và địa chỉ SIP của người dùng trong bản ghi (Public User Identity).
Giống như I-CSCF, S-CSCF cũng thực hiện giao diện tới HSS nhằm mục đích:
• Tải về từ HSS các vector nhận thực người dùng đang truy nhập vào mạng
IMS. S-CSCF sử dụng các vector này để chứng thực người dùng.
• Tải về profile của người dùng từ HSS. Profile của người dùng bao gồm
profile dịch vụ.
• Thông báo cho HSS biết rằng S- CSCF này sẽ phục vụ người dùng trong suốt
quá trình đăng ký.
• Tất cả các báo hiệu SIP mà thiết bị đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi qua SCSCF. S-CSCF giám sát tất cả các bản tin SIP và quyết định xem báo hiệu
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 21
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
SIP sẽ đi qua một hay nhiều server ứng dụng để định tuyến đến đích cuối
cùng.
Một trong những chức năng chính của S-CSCF là cung cấp các chức năng định
tuyến bản tin SIP. Nếu một người dùng quay một số điện thoại thay vì một SIP URI
(Uniform Resource Identifier) thì S-CSCF sẽ cung cấp dịch vụ chuyển đổi địa chỉ,
thường dựa trên DNS E.164 Number Translation.
S-CSCF đồng thời thực thi các chính sách của người điều hành mạng. Nói cách
khác, S-CSCF ngăn chặn người dùng thực hiện những dịch vụ không được phép.
Một mạng thường gồm nhiều S-CSCF vì mục đích mở rộng và dư thừa. Phụ
thuộc vào dung lượng của node, mỗi S-CSCF phục vụ một số lượng thiết bị đầu
cuối IMS.
S-CSCF luôn luôn nằm tại mạng chủ.
1.3.2.3. Các máy chủ xử lý media (MS)
Chức năng tài nguyên media (Media Resource Function – 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 UA 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 luôn đặt tại mạng chủ.
1.3.2.4. Cổng giao tiếp biên
Cổng giao tiếp biên (Breakout Gateway Control Function – 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 những phiên mà bắt đầu từ một thiết bị đầu cuối
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 22
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
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
1.3.2.5. Cổng lớp ứng dụng của IMS và cổng chuyển tiếp
IMS hỗ trợ cả IPv4 và IPv6. Ở một số điểm trong phiên multimedia IP việc làm
việc chéo giữa hai phiên bản có thể xảy ra. Để tránh cho các thiết bị đầu cuối không
phải hỗ trợ các chức năng để có thể làm việc liên kết, IMS bổ sung thêm hai thực
thể mới đó là: Cổng lớp ứng dụng của IMS (IMS–Application Layer Gateway-IMSALG) và cổng chuyển tiếp (Transition Gateway-TrGW). IMS-ALG xử lý các vấn
đề về báo hiệu (SIP , SDP …), còn TrGW xử lý lưu lượng media (RTP, RCTP).
Hình 1.2. IMS-ALG và TrGW
IMS-ALG thực hiện chức năng như một SIP B2BUA bằng cách duy trì hai
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 23
Nghiên cứu kiến trúc và phát triển dịch vụ trên nền IMS
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 các phiên bản IP khác nhau. Thêm
vào đó, IMS-ALG ghi lại SDP bằng 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 với 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.
1.3.2.6. Cổng giao tiếp với mạng PSTN
Cổng giao tiếp với mạng PSTN (PSTN/CS 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.
Hình 1.3. PSTN/CS giao tiếp với một mạng CS
Lưu Đức Toản – Lớp KT Điện tử 2 - Khóa 2007-2009
Trang 24
