(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu, áp dụng phân hệ đa phương tiện IP trong mạng viễn thông việt nam

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC CƯƠNG

NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG
TIỆN IP TRONG MẠNG VIỄN THÔNG
VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2012


2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC CƯƠNG

NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG PHÂN HỆ ĐA PHƯƠNG
TIỆN IP TRONG MẠNG VIỄN THƠNG
VIỆT NAM

Ngành

: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành

: Kỹ thuật Điện tử

Mã số

:

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Quốc Tuấn

HÀ NỘI – 2012


5

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... 3
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. 4
MỤC LỤC ......................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... 11
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 13
Chƣơng 1 Nghiên cứu kiến trúc IMS ................................................................ 15
1.1 Xu hƣớng hội tụ mạng viễn thông .............................................................. 15
1.2 Quá trình chuẩn hóa IMS của 3GPP ........................................................... 18
1.3 Kiến trúc IM ............................................................................................... 19
1.4 Các khối chức năng cơ bản trong mạng lõi IMS ......................................... 23
1.4.1 Các phần tử cơ sở dữ liệu ........................................................................ 23

1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server) .............................................................. 23
1.4.1.2 SLF (Subscription Locator Function).................................................... 23
1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS .................................................................... 24
1.4.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF) ......................................................................... 25
1.4.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF )............................................................. 25
1.4.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF) ...................................................................... 26
1.4.3 Các phần tử điều khiển kết nối liên mạng ................................................ 26
1.4.3.1 MGCF (Media Gateway Control Function) .......................................... 26
1.4.3.2 BGCF (Breakout Gateway Control Function) ....................................... 27
1.4.3.3 SGW (Signalling gateway function) .................................................... 28
1.4.4 Phần tử dịch vụ IMS ................................................................................ 29
1.4.5 Các phần tử tài nguyên ............................................................................ 30


6

1.4.5.1 MRF (Media Resource Function) ......................................................... 30
1.4.5.2 MGW (Media gateway function) ......................................................... 31
1.5 Các điểm tham chiếu IMS .......................................................................... 31
Chƣơng 2 Một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS .......................... 33
2.1 Giao thức SIP ............................................................................................ 33
2.1.1 Tổng quan về giao thức SIP ..................................................................... 33
2.1.2 Cấu trúc SIP ............................................................................................ 33
2.1.2.1 Server .................................................................................................. 33
2.1.2.2 Client .................................................................................................... 34
2.1.3 Bản tin SIP .............................................................................................. 35
2.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP .................................................................. 35
2.1.5 Tính năng của SIP ................................................................................... 38
2.1.5.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF ........................................... 39
2.1.5.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng ........................................................ 39

2.1.5.3 Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối ................................................... 39
2.1.5.4 Dễ dàng tạo tính năng mới và dịch vụ mới............................................ 40
2.2 Giao thức Diameter .................................................................................. 40
2.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter ............................................................ 40
2.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter .................................................................... 41
2.2.2.1 Diameter Relay Agent .......................................................................... 41
2.2.2.2 Diameter Proxy Agent .......................................................................... 42
2.2.2.3 Diameter Redirect Agent ...................................................................... 42
2.2.2.4 Diameter Translation Agent .................................................................. 43
2.2.3 Bản tin ..................................................................................................... 43
2.2.3.1 Cấu trúc Diameter header ..................................................................... 43


7

2.2.3.2 Cấu trúc AVP ....................................................................................... 44
2.2.4 Bảo mật trong bản tin Diameter ............................................................... 46
2.2.5 Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter ....................................... 46
2.3 Giao thức COPS ........................................................................................ 47
2.3.1 Tổng quan về giao thức COPS ................................................................. 47
2.3.2 Chức năng chính của COPS ..................................................................... 48
2.3.2.1 Bản tin COPS ....................................................................................... 49
2.3.2.2 Object format ........................................................................................ 49
2.4 Giao thức Megaco/H.248........................................................................... 51
2.4.1 Tổng quan về giao thức Megaco/H.248 ................................................... 51
2.4.2 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248 ................................................... 52
2.4.3 Termination và Context ........................................................................... 52
2.4.3.1 Termination .......................................................................................... 52
2.4.3.2 Context ................................................................................................. 52
2.4.4 Một số lệnh của Megaco/H.248 ............................................................... 53

2.4.5 Hoạt động của Megaco/H.248 ................................................................. 54
2.5 Các luồng xử lý trong IMS ......................................................................... 55
2.5.1 Đăng ký vào mạng IMS ........................................................................... 55
2.5.1.1 Đăng ký mới ......................................................................................... 55
2.5.1.2 Đăng ký lại ........................................................................................... 58
2.5.2 Xóa đăng ký ........................................................................................... 58
2.5.2.1 Xóa đăng ký khởi tạo bởi UE ............................................................... 58
2.5.2.2 Xóa đăng ký khởi tạo mạng .................................................................. 60
2.5.3 Thủ tục thiết lập phiên ............................................................................. 65
2.5.3.1 Thủ tục thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc hai mạng IMS ................... 65


8

2.5.3.2 Thiết lập phiên giữa thuê bao thuộc mạng IMS và mạng PSTN ............ 68
Chƣơng 3 Giải pháp triển khai IMS tại VNPT.................................................. 71
3.1 Giới thiệu viễn thông Việt Nam ................................................................. 71
3.2 Kiến trúc mạng viễn thông Việt Nam ......................................................... 73
3.3. Tình hình triển khai NGN ở Việt Nam....................................................... 74
3.4 Giải pháp triển khai IMS tại VNPT ........................................................... 77
3.4.1 Tổng quan giải pháp triển khai IMS ........................................................ 77
3.4.2 Kiến trúc triển khai hệ thống IMS của VNPT ......................................... 82
3.4.3 Dịch vụ VoIP triển khai trên IMS ........................................................... 84
3.5 Mô phỏng trên Open IMS Core .................................................................. 86
3.5.1 Giới thiệu chung OPEN IMS Core ......................................................... 86
3.5.2 Triển khai mơ hình mơ phỏng .................................................................. 89
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................. 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 97
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 98

9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tiếng Anh
3GPP
3rd Generation Partnership
Project
ADSL
Asymmetric Digital
Subscriber Line
AS
Application Server
ATM
Asynchronous Transfer
Mode
BGCF
Breakout Gateway Control
Function
BS
Bearer service
BTS
Base Transceiver Station
CDMA
Code Division Multiple
Access
CN
Core network
CS

Circuit Switch
CSCF
Call Session Controller
Function
GGSN
Gateway GPRS Support
Node
GPRS
General Packet Radio
Service
GSM
Global System for Mobile
Communications
HLR
Home Location Register
HSS
Home Subscriber Server
I-CSCF
Interrogating-CSCF
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
IETF
Internet Engineering Task
Force
IM
Instant Messaging
IMS-MGW IP Multimedia SubsystemMedia Gateway Function
IM-SSF
IP Multimedia Service

Switching Function
IMS
IP Multimedia Subsystem
IP
ISC
ISDN
MGW

Tiếng Việt
Dự án hợp tác về mạng viễn thông
thế hệ thứ 3
Đƣờng dây thuê bao số bất đối
xứng
Máy chủ ứng dụng
Phƣơng thức truyền dẫn bất đối
xứng
Chức năng điều khiển cổng vào ra
Breakout
Dịch vụ mạng
Trạm gốc
Đa truy nhập phân chia theo mã
Mạng lõi
Chuyển mạch kênh
Bộ điều khiển phiên cuộc gọi
Nút hỗ trợ Cổng vào ra GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói thơng thƣờng
Hệ thống thơng tin đi động tồn
cầu
Thanh ghi định vị thƣờng trú
Máy chủ thuê bao thƣờng trú

CSCF tham vấn
Viện các kỹ sƣ điện và điện tử
Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet

Nhắn tin tức thời
Chức năng cổng vào ra truyền
thông -phân hệ đa phƣơng tiện IP
Chức năng chuyển mạch phục vụ
đa phƣơng tiện IP
Phân hệ đa phƣơng tiện dựa trên
giao thức Internet
Internet Protocol
Giao thức Internet
IMS Service Control
Giao diện điều khiển dịch vụ IMS
Integrated Services Digital Mạng số đa dịch vụ tích hợp
Network
Media Gateway Function Chức năng cổng vào ra truyền


10

MGCF
MRFC
NGN
OMA
OSA
OSP
PEP
PDP

P-CSCF
PS
PSTN
QoS
RACF
RTP
S-CSCF
SDH
SDP
SGW
SIP
SLF

Media Gateway Control
Function
Multimedia Resource
Function Control
Next Generation Network
Open Mobile Alliance
Open Services
Architecture
Operator Service Provider
Policy Enforcement Point
Packet Data Protocol
Policy Decision Point
Proxy-CSCF
Packet Switch
Public Switched
Telephone Network
Quality of Service

Resource Access Control
Facility
Real-time Transport
Protocol
Serving-CSCF
Synchronous Digital
Hierarchy

Signalling Gateway
Session Initiation Protocol
Subscription Locator
Function
TD-CDMA Time Division/Code
Division Multiple Access
TDM
Time-Division
Multiplexing
UE
User Equipment
VNPT
Vietnam Posts and
Telecommunications
Group
VoIP
Voice over IP
WLAN
Wireless Local Area
Network
xDSL
Digital Subscriber Line

thông
Chức năng điều khiển cổng vào ra
truyền thông
Chức năng điều khiển tài nguyên
đa phƣơng tiện
Mạng thế hệ sau
Liên minh di động mở
Kiến trúc các dịch vụ mở
Nhà cung cấp dịch vụ
Chính sách thực thi điểm
Giao thức dữ liệu gói
Điểm quyết định chính sách
CSCF uỷ quyền
Chuyển mạch gói
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
Chất lƣợng dịch vụ
Phƣơng tiện điều khiển truy nhập
tài nguyên
Giao thức truyền tải thời gian thực
CSCF phục vụ
Phân cấp số đồng bộ
Cổng vào ra báo hiệu
Giao thức khởi tạo phiên
Chức năng bộ định vị sự thuê bao
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian/phân chia theo mã
Ghép kênh phân chia theo thời gian
Thiết bị của ngƣời dùng

Tập đồn Bƣu chính Viễn thơng
Việt Nam
Thoại qua IP
Mạng nội vùng không dây
Các công nghệ đƣờng dây thuê bao
số


11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thơng

17

Hình 1.2 Mơ hình kiến trúc IMS

19

Hình 1.3 Kiến trúc IMS của 3GPP

20

Hình 1.4 Kiến trúc IMS của ETSI

20

Hình 1.5 Kiến trúc IMS của ITU-T

21

Hình 1.6 SLF chỉ định HSS phù hợp

24

Hình 1.7 Liên kết với mạng IP phiên bản khác nhau

27

Hình 1.8 Kết nối IMS và mạng PSTN/CS

28

Hình 1.9 Các máy chủ ứng dụng IMS

29

Hình 1.10 Chức năng điều khiển thơng tin đa phƣơng tiện MRF

31

Hình 2.1 Cấu trúc SIP

34

Hình 2.2 Mơ tả hoạt động của máy chủ ủy quyền

36

Hình 2.3 Mô tả hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ

37

Hình 2.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP

38

Hình 2.5 Giao thức Diameter

40

Hình 2.6 Diameter Proxy Agent định tuyến các bản tin dựa vào bảng định tuyến
42
Hình 2.7 Diameter Redirect Agent

42

Hình 2.8 Diameter Translation Agent

43

Hình 2.9 Cấu trúc bản tin trong giao thức Diameter

43

Hình 2.10 Cấu trúc header của Diameter

43

Hình 2.11 Cấu trúc AVP

44

Hình 2.12 Lỗi giao thức trong Diameter

46

Hình 2.13 Lỗi ứng dụng trong giao thức Diameter

46

Hình 2.14 Mơ hình COPS

48

Hình 2.15 COPS header

49

Hình 2.16 Object format của bản tin COPS

50

Hình 2.17 Megaco/H.248 kết nối điều khiển Gateway

51


12

Hình 2.18 Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248

52

Hình 2.19 Luồng giao thức của Megaco/H248

54

Hình 2.20 Thủ tục đăng ký mới

56

Hình 2.21 Thủ tục đăng ký lại

58

Hình 2.22 Xóa đăng ký với ngƣời dùng đã đƣợc đăng ký.

59

Hình 2.23 Xóa đăng ký khởi tạo mạng - hết thời gian đăng ký

62

Hình 2.24 Xóa đăng ký ứng dụng khởi mạng - quản lý

63

Hình 2.25 Xóa đăng ký ứng dụng khởi tạo mạng bởi S-CSCF

64

Hình 2.26 Thủ tục phục vụ tới phục vụ - các nhà khai thác khác nhau

66

Hình 2.27 Thủ tục từ Serving tới PSTN - Cùng nhà khai thác mạng

69

Hình 3.1 Biểu đồ số thuê bao điện thoại cố định

71

Hình 3.2 Biểu đồ số thuê bao điện thoại di động

71

Hình 3.3 Biểu đồ doanh thu trong ngành viễn thơng

72

Hình 3.4 Th bao dịch vụ điện thoại cố định của các doanh nghiệp

73

Hình 3.5 Thuê bao dịch vụ điện thoại di động của các doanh nghiệp

73

Hình 3.6 Thuê bao dịch vụ truy nhập Internet của các doanh nghiệp

73

Hình 3.7 Cấu trúc mạng NGN VNPT năm 2004

75

Hình 3.8 Cấu hình mạng NGN của VNPT năm 2010

76

Hình 3.9 Mơ hình giải pháp của Alcatel Lucent

78

Hình 3.10 Cấu hình mạng IMS – Alcatel Lucent

30

Hình 3.11 Mơ hình triển khai hệ thống IMS của VNPT

83

Hình 3.12 Tổ chức cung cấp dịch vụ VoIP

84

Hình 3.13 Cơ chế hoạt động của dịch vụ VoIP

85

Hình 3.14 Các thành phần chính của Open IMS

86

Hình 3.15 Cấu trúc HSS

88

Hình 3.16 Mơ hình mơ phỏng mạng NGN

89


13

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam với dân số hơn 80 triệu dân là một nƣớc đang phát triển với chủ
trƣơng công nghiệp hóa - hiện đại hóa và chiến lƣợc tăng tốc, vì vậy viễn thơng
và Internet phải đi trƣớc một bƣớc. Các dịch vụ Viễn thông và Internet phải
đƣợc phổ cập rộng rãi tới miền núi, hải đảo, vùng sâu, vùng xa đảm bảo việc
trao đổi thông tin, phát triển kinh tế và góp phần bảo đảm an ninh, quốc phòng.
Hiện tại và trong thời gian tới nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ
thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các loại hình dịch vụ băng rộng ngày một
tăng và không thể tách rời đời sống xã hội. Để thỏa mãn nhu cầu đó mạng viễn
thơng địi hỏi phải có cấu trúc hiện đại linh hoạt và nhất là thỏa mãn mọi nhu
cầu về dịch vụ đa phƣơng tiện. Mạng phải có tổ chức đơn giản nhƣng có nhiều
chức năng. Mạng, dịch vụ và đầu cuối phải đƣợc tích hợp thì mới có khả năng
cung cấp dịch vụ băng rộng đa phƣơng tiện cho khách hàng.

Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tƣơng tự sang số,
từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹp
sang mạng số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho
ngƣời dùng đầu cuối. Mặc dù vậy mạng hiện tại vẫn không thỏa mãn hết đƣợc
nhu cầu của khách hàng. Chính vì vậy cần có một tổ chức mạng mới tập hợp
đƣợc tất cả các ƣu điểm của mạng viễn thông hiện tại và phải đáp ứng đƣợc các
nhu cầu truyền thông trong tƣơng lai.
Chính sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phƣơng tiện
với yêu cầu về băng thông và chất lƣợng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên
mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông. Cùng với đó, sự phát triển nhanh
chóng của các mạng di động và cố định, các mạng truyền dẫn qua vệ tinh đã làm
nảy sinh các ý tƣởng về khả năng hội tụ các mạng này. Đó là khởi nguồn để
phân hệ đa truyền thông IP IMS ra đời và phát triển. Các nhà khai thác viễn
thông lớn ở Việt nam nhƣ VNPT, Vietel.. đang từng bƣớc triển khai các cơng
nghệ này vào mạng của mình.
Vậy, đối với các nhà khai thác tại Việt Nam việc lựa chọn lộ trình nhƣ thế
nào, sử dụng giải pháp của hãng nào đang là sự quan tâm của các nhà cung cấp
dịch vụ. Nhận thức đƣợc điều đó, tơi đã quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên
cứu, áp dụng phân hệ đa phƣơng tiện IP trong mạng viễn thông Việt Nam” làm
luận văn tốt nghiệp.
Luận văn gồm có 3 chƣơng:


14

Chƣơng 1: Xu hƣớng hội tụ mạng viễn thông, lợi ích mà IMS mang lại,
tiến trình chuẩn hóa IMS của 3GPP. Phần tiếp theo nghiên cứu về các yêu
cầu kỹ thuật trong hệ thống mạng và kiến trúc IMS, các khối chức năng,
các thực thể liên quan trong kiến trúc IMS.
Chƣơng 2: Nghiên cứu khái quát các giao thức sử dụng phổ biến nhƣ:

SIP, Diameter, COPS, Megaco/H.248 và phân tích từng bƣớc hoạt động
của phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụ trong
IMS.
Chƣơng 3: Phân tích hiện trạng mạng viễn thơng Việt Nam hiện nay và
tình hình triển khai IMS của VNPT cũng nhƣ mơ hình các dịch vụ IMS, từ
đó xây dựng và mơ phỏng mơ hình dịch vụ IMS.
Do nội dung kiến thức của đề tài rất mới, khả năng còn hạn chế nên luận
văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận
đƣợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cơ giáo và đồng nghiệp để đề tài đƣợc hoàn
thiện và đƣợc áp dụng vào thực tế mang lại hiệu quả cao.


15

Chương 1 Nghiên cứu kiến trúc IMS
1.1 Xu hướng hội tụ mạng viễn thông
Trong mạng viễn thông hiện tại, các công nghệ đƣợc sử dụng chủ yếu bao
gồm: chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, chuyển mạch bản tin, cơng nghệ
ATM, chuyển mạch khung, mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN, Fast Ethernet,
Token ring, các dịch vụ số liệu phân tán dựa trên cáp quang FDDI. Bên cạnh đó,
các cơng nghệ mới cũng đã đƣợc áp dụng hiện nay nhƣ: SONET/SDH, xDSL và
B-ISDN, các công nghệ truy nhập vô tuyến nhƣ CDMA, TDMA, FDMA, Wifi,
Wimax, …
Các công nghệ trên đây đều có những giải pháp kĩ thuật và những hệ
thống hỗ trợ trên chính hệ thống của mình. Khi có nhiều công nghệ mạng sẽ dẫn
đến tăng trƣởng các phần tử mạng và do vậy sẽ làm tăng sự phức tạp trong đồng
bộ và cơng tác quản lí, hơn nữa các nhà khai thác mạng khác nhau lại sử dụng
các công nghệ và các chuẩn khác nhau do vậy dẫn đến việc tồn tại nhiều mạng
riêng rẽ. Đây là vấn đề thách thức thực tế với mạng viễn thông hiện nay.
Nhƣ vậy, các mạng đơn lẻ trƣớc đây nhƣ di động, mạng thoại truyền

thống, mạng truyền dữ liệu, mạng Internet, mạng không dây… chỉ cung cấp
đƣợc các dịch vụ đơn lẻ. Ví dụ nhƣ trong mạng chuyển mạch điện thoại công
cộng PSTN, một cuộc nối đƣợc thiết lập giữa hai th bao thơng qua q trình
trao đổi khe thời gian cố định trong suốt quá trình cuộc gọi. Kiểu mạng này phù
hợp cho dịch vụ thoại vì chúng có tốc độ bit khơng đổi và thơng tin có tính thời
gian thực cao. Với các ứng dụng truyền dữ liệu, việc sử dụng riêng một kênh
thông tin để truyền là rất lãng phí về tài ngun và khơng phù hợp với yêu cầu
sử dụng.
Với các mạng di động hiện nay mặc dù có tốc độ phát triển rất nhanh tuy
nhiên dịch vụ mà nhà khai thác mạng di động cung cấp cho ngƣời dùng vẫn chủ
yếu là dịch vụ thoại truyền thống kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn. Bên cạnh đó,
có các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ thấp và giá thành dịch vụ cao và chƣa
đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông đa phƣơng tiện của ngƣời dùng.
Tƣơng tự nhƣ vậy mạng chuyển mạch gói là rất hữu hiệu cho việc chuyển
thông tin số liệu nhƣng lại không phù hợp cho truyền thoại do chƣa kiểm sốt
đƣợc độ trễ truyền thơng tin và tỷ lệ thất thốt gói tin.
Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là tạo ra một mạng tích hợp có thể
cung cấp nhiều loại hình dịch vụ có u cầu băng thông, thời gian thực và chất
lƣợng dịch vụ khác nhau.


16

Bƣớc đầu tiên trong hƣớng đi này là phát triển ISDN băng hẹp cung cấp
báo hiệu kênh chung giữa các ngƣời sử dụng cho tất cả các dịch vụ thoại và số
liệu. Trong khi đó vẫn duy trì sự riêng biệt giữa chuyển mạch kênh và chuyển
mạch gói tại trạm trung gian. Ngƣời dùng đƣợc cung cấp các truy nhập số tốc độ
2B+D cho cả thoại và số liệu cùng với 16 Bbps cho báo hiệu và các dịch vụ
chuyển mạch gói. Tuy nhiên hƣớng phát triển này dần dần bộc lộ yếu điểm khi
nhu cầu dịch vụ băng thông rộng ngày càng phát triển. Tốc độ truy nhập 2B+D

là quá thấp so với nhu cầu dịch vụ băng rộng hiện nay.
ISDN ngày càng thể hiện nhƣợc điểm không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu
truyền thơng, trong khi đó cơng nghệ truyền dẫn và công nghệ điện tử VLSI
ngày càng phát triển và xuất hiện cơng nghệ mới có khả năng truyền tải cao
đƣợc đánh giá là có nhiều hứa hẹn để truyền dẫn cả thoại và dữ liệu đó là ATM
đã đƣa ra một hƣớng mới để phát triển ISDN băng hẹp thành ISDN băng rộng
(B-ISDN). B-ISDN cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói
theo kiểu đơn phƣơng tiện, đa phƣơng tiện, theo kiểu hƣớng kết nối hay phi kết
nối và theo cấu hình đơn hƣớng hoặc đa hƣớng.
Tuy nhiên khi triển khai B-ISDN với công nghệ nền tảng là ATM thì vấn
đề giá thành xây dựng mạng lại lớn vì B-ISDN khơng tận dụng tối đa nền tảng
mạng hiện có. Do vậy khơng đáp ứng kịp thời cho nhu cầu sử dụng dịch vụ của
ngƣời dùng.
Từ tình hình mạng viễn thơng hiện nay và sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụ
băng rộng, việc xây dựng một mạng cung cấp đa loại hình dịch vụ tốc độ cao
băng thông lớn là vấn đề tất yếu của các nhà khai thác mạng.
ISDN, B-ISDN đều có nhƣợc điểm khi đƣợc triển khai để cung cấp dịch
vụ tốc độ cao băng thông lớn cho ngƣời dùng. Vấn đề đặt ra là mơ hình mạng
nào có thể khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của hai mạng trên trong khi vẫn có thể
cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện cho ngƣời dùng.
Để thực hiện đƣợc điều trên các tổ chức chuẩn hóa viễn thơng đã nghiên
cứu và đƣa ra mơ hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phƣơng
tiện cho ngƣời dùng trong khi đó giá thành và thời gian xây dựng mạng là rẻ
nhất và nhanh nhất đó chính là mạng IMS/NGN.
Lợi ích của IMS:
- Đối với ngƣời dùng, dịch vụ dựa trên IMS cho phép liên lạc ngƣời với
ngƣời và ngƣời với nội dung thông tin theo một loạt các phƣơng thức - bao gồm


17

cả giọng nói, văn bản, hình ảnh và video, hoặc sự kết hợp của các phƣơng thức
trên một cách cá nhân hóa cao và kiểm sốt tốt.
- Đối với các nhà khai thác, IMS tiến thêm một bƣớc nữa về khái niệm
kiến trúc nhiều lớp bằng cách định nghĩa một kiến trúc nằm ngang, nơi mà dịch
vụ đƣợc triển khai và các chức năng phổ biến có thể đƣợc tái sử dụng cho nhiều
ứng dụng. Kiến trúc nằm ngang trong IMS còn xác định khả năng tƣơng tác và
chuyển vùng, cung cấp điều khiển truyền tải, tính cƣớc và bảo mật. Hơn thế nữa,
nó cũng đƣợc tích hợp với các mạng thoại và dữ liệu hiện tại, trong khi áp dụng
nhiều thành tựu quan trọng của ngành CNTT. Điều này làm cho IMS trở thành
một khả năng then chốt cho sự hội tụ di động cố định.
Với những lý do trên, IMS sẽ trở thành giải pháp ƣu tiên cho các nhà khai
thác cố định và di động kinh doanh đa phƣơng tiện.

Hình 1.1 Kiến trúc IMS hỗ trợ sự hội tụ thiết bị truyền thông
Trên thực tế sự hội tụ đã và đang diễn ra. Các công nghệ của mạng
2,5G/3G và WLAN cho phép tạo kết nối sử dụng các dịch vụ băng rộng. Một số
dịch vụ trƣớc kia chỉ đƣợc cung cấp thông qua một nhà khai thác mạng, giờ đã
có thể đƣợc cung cấp thơng qua nhà khai thác mạng sử dụng cơng nghệ khác. Ví
dụ nhƣ dịch vụ SMS đã đƣợc cung cấp cho cả điện thoại cố định, di động và
Internet. Sự hội tụ trên xuất phát từ yêu cầu cụ thể về một dịch vụ nào đó. Để có
thể cung cấp đồng thời dịch vụ nhƣ vậy phải có phƣơng án cụ thể triển khai cho
từng dịch vụ. Đó là xu hƣớng đang phát triển mạnh.


18

1.2 Q trình chuẩn hóa IMS của 3GPP
IMS đƣợc định nghĩa nhƣ sau: “IMS là kiến trúc toàn cầu, độc lập với
truy nhập; điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên giao thức IP. Kiến trúc này cho

phép cung cấp nhiều loại dịch vụ đa phƣơng tiện tới ngƣời dùng thông qua các
giao thức thông dụng trên Internet”.
IMS đƣợc dự án hợp tác về viễn thông thế hệ thứ 3 (3GPP-3rd Generation
Partnership Project) giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5 (Release 5) vào
tháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản. IMS đƣợc mô tả là một
cấu trúc chuẩn hóa truy nhập khơng giới hạn trên nền IP, có khả năng thích ứng
với các mạng thoại, số liệu và di động. Cùng với 3GPP, trong năm 2002 3GPP2
cũng đƣa ra chuẩn hóa IMS của riêng mình. Về cơ bản 3GPP IMS và 3GPP2 là
giống nhau tuy nhiên giữa chúng cũng có một vài khác biệt nhƣ là giải pháp tính
cƣớc hay hỗ trợ các phiên bản IP.
Đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6. Phiên bản
này tập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 (tính cƣớc, quản lý chất lƣợng
dịch vụ) và bổ sung một số đặc tính mới (hỗ trợ truy nhập từ các mạng khác
nhau). Release 6 đƣợc hoàn thành vào tháng 3/2005. Những kết quả chuẩn hóa
IMS trong Release 6 của 3GPP đƣợc ETSI TISPAN sử dụng để thực hiện chuẩn
hóa phiên bản NGN R1. Đây đƣợc coi nhƣ một sự khởi đầu cho hội tụ cố định di động trong IMS.
Release 7 đƣợc 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và đƣợc hồn thiện vào
khoảng tháng 3-9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng cố định. Tháng
6/2007, ETSI TISPAN kết hợp với 3GPP để tiếp tục chuẩn hóa xây dựng cấu
trúc mạng IMS chung nhằm hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ mới nhƣ
IPTV. Cấu trúc này đƣợc chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release 8. Hiện nay
phiên bản này vẫn đang đƣợc tiếp tục hoàn thiện.
Đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu đƣợc chuẩn hóa với một số
tính năng nhƣ: Giải pháp cho dịch vụ thoại và video trong miền chuyển mạch
kênh, tính năng hỗ trợ di động WiMAX - LTE, WiMAX - UMTS.
Ngoài 02 tổ chức chuẩn hóa trên, Liên minh Di động mở OMA (Open
Mobile Alliance) cũng đóng vai trị quan trọng trong tiến trình phát triển các
dịch vụ IMS. Tuy nhiên, trong khi 3GPP và 3GPP2 tiếp tục phát triển và chuẩn
hóa kiến trúc lõi IMS, xây dựng các dịch vụ cơ bản IMS nhƣ là thoại, video và
dịch vụ hội nghị, thì OMA tập trung phát triển sáng tạo, thiết kế nhiều ứng dụng

và dịch vụ khác nhau trên đỉnh của kiến trúc IMS.


19

1.3 Kiến trúc IMS
Kiến trúc của một hệ thống IMS đƣợc chia thành bốn lớp bao gồm:

Hình 1.2 Mơ hình kiến trúc IMS
Lớp ứng dụng: bao gồm các máy chủ ứng dụng và thực hiện các dịch vụ
giá trị gia tăng cho ngƣời sử dụng. Tiêu chuẩn IMS định nghĩa ra các thực thể
khởi tạo dịch vụ chung (chẳng hạn nhƣ quản lý danh sách nhóm và sự hiện diện)
đƣợc thực hiện nhƣ các dịch vụ trong một máy chủ ứng dụng SIP.
Lớp điều khiển: (hay còn gọi là lớp IMS lõi): bao gồm các máy chủ điều
khiển mạng để quản lý cuộc gọi hoặc thiết lập phiên, sửa đổi và giải phóng.
Chức năng quan trọng nhất trong số này là CSCF (Call Session Control
Function), còn đƣợc biết đến nhƣ một máy chủ SIP. Lớp này cũng có một bộ
đầy đủ các chức năng hỗ trợ, chẳng hạn nhƣ dữ liệu, tính cƣớc và khai thác và
quản lý. Kết nối với những nhà khai thác khác hay các loại mạng khác đƣợc
quản lý bởi các cổng biên giới.
Lớp kết nối: bao gồm các bộ định tuyến và chuyển mạch, cả cho mạng
xƣơng sống và mạng truy cập.
Lớp quản lý: bao gồm các máy chủ và các phần mềm quản lý cung cấp
các công cụ giúp việc vận hành, khai thác và bảo dƣỡng hệ thống một cách
thuận tiện và tự động hóa cao.
Mơ hình kiến trúc IMS đƣợc chuẩn hóa theo 3GPP thể hiện qua hình 1.3


20

Hình 1.3 Kiến trúc IMS của 3GPP
* IMS của một số tổ chức tiêu chuẩn khác
Bên cạnh 3GPP, các tổ chức khác nhƣ IETF, ITU-T, ARIB, ETSI... và các
công ty điện tử - viễn thông nhƣ NEC, MOTOROLA,SIEMEN... cũng nghiên
cứu và đƣa ra các chuẩn của mình
Mơ hình IMS trong NGN của ETSI đƣa ra nhƣ hình 1.4.

Hình 1.4 Kiến trúc IMS của ETSI
Với kiến trúc IMS của ETSI, so với kiến trúc của 3GPP thì một số khối
chức năng đƣợc thêm vào để thực hiện chức năng tƣơng tác với các mạng IP


21

khác nhƣ IWF, SPDF, I-BCF, SGF. Còn lại các thành phần cơ sở dữ liệu HSS,
thành phần điều khiển IMS gồm P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF; thành phần điều
khiển tƣơng tác nhƣ MGCF, BGCF, SGW; các thành phần tƣơng tác nhƣ OSASCS, OSA-AS, IM-SSF, CSE; các thành phần tài nguyên MRF; thành phần
tƣơng tác phƣơng tiện MGW; và các giao diện trong mạng đều tƣơng tự nhƣ
kiến trúc của 3GPP.
ITU-T cũng đƣa ra mơ hình IMS của mình đƣợc trình bày trên hỡnh 1.5.
Các mạng đa ph-ơng tiện IP khác

AS

PSTN

Mm

Sh

ISC

PSTN
MGW

BGCF

CSCF

HSS
AAA+DB

Mk
Mn

Mw

BGCF
Mj

Mb

Cx
Mi

Dh

Mg
CSCF

MGCF
Mb

SLF

MRCF
Mb

MRFP

Dx

Mr
Mw

Mp

P-CSCF

Mb

Gq

Gm

Mạng truy nhập kÕt nèi IP

UE

Hình 1.5 Kiến trúc IMS của ITU-T

Các đặc điểm giống và khác nhau trong kiến trúc IMS của ba tổ chức
ITU-T, IETF và 3GPP có thể đƣợc tổng kết nhƣ bảng 1.1.
Bảng 1.1 So sánh các kiến trúc IMS.
3GPP
Phần tử chức năng Thành phần cơ sở
trong kiến trúc
dữ liệu HSS
Các thành phần
điều khiển IMS:
P-CSCF, I-CSCF,
S-CSCF
Các thành phần
điều khiển tài
nguyên và điều
khiển tƣơng tác
BGCF,
MGCF,

ITU-T
Thành phần cơ sở
dữ liệu HSS
Các thành phần
điều khiển IMS:
P-CSCF, I-CSCF,
S-CSCF
Các thành phần
điều khiển tài
nguyên và điều
khiển tƣơng tác
BGCF,

MGCF,

IETF
Có các phần tử
chức năng nhƣ
3GPP và ITU-T
nhƣng bổ sung
thêm phân hệ điều
khiển chấp nhận
và tài nguyên
(RACS) chứa các
khối chức năng
IWF, I-BCF, SGF,
SPDF để thực


22

SGW
Các thành phần tài
nguyên và tƣơng
tác phƣơng tiện
MGF, MGW
Quan điểm xây Cung cấp dịch vụ
dựng
đa phƣơng tiện
cho các đầu cuối
3G

SGW

Các thành phần tài
nguyên và tƣơng
tác phƣơng tiện
MGF, MGW
Cung cấp dịch vụ
đa phƣơng tiện
cho các đầu cuối
PSTN/ ISDN

hiện tƣơng tác với
các mạng trƣớc
đây.
Cung cấp dịch vụ
đa phƣơng tiện
cho các trạm
(host)

Cách tiếp cận IMS của mỗi tổ chức khác nhau là khác nhau, ITU-T định
hƣớng xây dựng mạng NGN của mình từ nền tảng mạng cố định, IETF lại xây
dựng NGN với nền tảng là mạng Internet còn 3GPP xây dựng NGN với nền tảng
mạng di động 3G. Dù lựa chọn nền tảng nào đi nữa, khi xây dựng NGN thì tất cả
các mạng hiện tại nhƣ 3G, Internet, hay PSTN/ISDN... đều hội tụ chung thành
một mạng duy nhất để cung cấp đa loại hình dịch vụ tới ngƣời dùng đầu cuối.
Tuy nhiên vấn đề lựa chọn nền tảng để xây dựng NGN sẽ quyết định tốc
độ thành công khi xây dựng NGN.
PSTN/ ISDN hiện nay đã phát triển toàn cầu, số lƣợng thuê bao hiện đang
chiếm ƣu thế hơn hẳn so với các thuê bao di động hay internet. Nhƣng với cơ sở
cơng nghệ mạng thì vẫn dựa trên nền mạng chuyển mạch kênh và đầu cuối cố
định khơng có khả năng đáp ứng các dịch vụ thông minh, hơn nữa mạng truy
nhập vẫn chƣa số hóa hồn tồn do vậy khả năng truyền tải tốc độ cao băng

thông lớn với mạng cố định đã bộc lộ nhiều khuyết điểm.
Internet hiện nay có tốc độ phát triển nhanh nhất, chỉ trong khoảng thời
gian cỡ 10 năm, internet đã phát triển toàn cầu. Nền tảng công nghệ cho Internet
dựa trên công nghệ gói IP do vậy Internet đƣợc coi là mạng dữ liệu có khả năng
truyền tài lớn nhất. Tuy nhiên, mong muốn của ngƣời dùng không phải là chỉ
truyền dữ liệu, họ còn cần các dịch vụ thời gian thực và hƣớng kết nối. Khi yêu
cầu này đặt ra với internet rõ ràng Internet không thể đáp ứng .
Từ hiện trạng mạng nhƣ vậy, giải pháp để cải thiện mạng viễn thông là
kết hợp ƣu điểm tốc độ bit cố đinh, hƣớng kết nối và đảm bảo tính thời gian thực
cao của PSTN/ ISDN với những ƣu điểm khả năng truyển tải lớn, tiết kiệm tài
nguyên mạng, đầu cuối thông minh của mạng internet và loại bỏ những nhƣợc
điểm của các mạng này cho đến nay vẫn là một giải pháp tốt.
Mạng 3G hiện nay có tốc độ phát triển vƣợt bậc, mặc dù ra đời sau PSTN/
ISDN và Internet nhƣng 3G đã phát triển mức toàn cầu (UMTS). 3G đƣợc xây
dựng trên nền mạng thơng minh PLMN, 3G cịn thơng minh hơn nữa. Với các


23

công nghệ truy nhập tiên tiến nhƣ TDMA, CDMA và đầu cuối thông minh, 3G
đã cho phép ngƣời dùng đầu cuối vừa có khả năng sử dụng dịch vụ thời gian
thực lại có khả năng truyền tải và truy nhập dữ liệu.
Nhƣ vậy so với PSTN/ ISDN và Internet thì 3G đã thực hiện đƣợc bƣớc
đầu trong tiến trình hội nhập dịch vụ thoại và dữ liệu. Điều này đã tạo cơ hội rất
thuận tiện để 3G tiến đến NGN.
1.4 Các khối chức năng cơ bản trong mạng lõi IMS [10]
1.4.1 Các phần tử cơ sở dữ liệu
1.4.1.1 HSS (Home Subcriber Server)
Máy chủ quản lý thuê bao thƣờng trú HSS có thể xem nhƣ là một cải tiến
của bộ đăng ký định vị thƣờng trú HLR và AuC trong mạng GSM. HSS là một

cơ sở dữ liệu lƣu trữ thông tin của tất cả thuê bao và những thông tin dịch vụ
liên quan đến thuê bao. Nó chứa đựng các thông tin nhƣ nhận dạng ngƣời dùng,
tên của S-CSCF gán cho ngƣời dùng, hồ sơ chuyển vùng, thông số chứng thực
cũng nhƣ thông tin về dịch vụ thuê bao. Thông tin nhận dạng ngƣời dùng gồm
khóa nhận dạng riêng và khóa nhận dạng chung. Khóa nhận dạng riêng đƣợc tạo
ra bởi nhà khai thác mạng và đƣợc dùng với mục đích đăng ký và chứng thực.
Khóa nhận dạng ngƣời dùng chung đƣợc sử dụng để truyền thông giữa các
ngƣời 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 nhƣ lƣu
trữ thơng tin hoặc xóa thơng tin những UE khơng hợp lệ.
HSS phải hỗ trợ những thành phần của miền PS nhƣ SGSN và GGSN.
Điều này giúp các thuê bao của IMS có thể sử dụng dịch vụ của miền PS và
ngƣợc lại. Tƣơng tự, do HSS đóng vai trị nhƣ HLR nên cũng hỗ trợ các thành
phần của miền CS nhƣ 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
GSM/UMTS. Nhƣ một AuC, HSS lƣu trữ khóa 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 lƣợng 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.
1.4.1.2 SLF (Subscription Locator Function)
Trong trƣờng hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị
SLF sẽ đƣợc thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của ngƣời dùng
tƣơng ứng.


24

Hình 1.6 SLF chỉ định HSS phù hợp
Để tìm đƣợc địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF phải gửi đến SLF

bản tin u cầu LIR. Hình trên mơ tả q trình tìm ra địa chỉ HSS phù hợp khi ICSCF nhận đƣợc bản tin INVITE trong trƣờng hợp mạng có ba HSS.
Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng
dành riêng cho IMS.
1.4.2 Các phần tử điều khiển IMS
Chức năng điều khiển cuộc gọi 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 ký
và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS. Hơn nữa, những thành phần này cịn có
chức năng gửi dữ liệu tính cƣớc đến Server tính cƣớc.
1.4.2.1 P-CSCF (Proxy-CSCF)
P-CSCF đóng vai trị nhƣ một máy chủ SIP, là điểm đầu tiên liên lạc giữa
đầu cuối IMS và mạng IMS. Nó có thể đƣợc đặt ở mạng khách (trong toàn bộ
mạng IMS) hoặc mạng chủ. Một vài mạng có thể sử dụng thiết bị kiểm soát biên
giới phiên SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này. Để kết
nối với hệ thống IMS, ngƣời dùng trƣớc tiên phải gửi đăng ký tới P-CSCF trong
mạng mà nó đang kết nối. Địa chỉ của P-CSCF đƣợc truy cập thông qua giao
thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) hoặc sẽ đƣợc cung cấp khi
ngƣời dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng
thông tin di động tế bào.
Chức năng của P-CSCF bao gồm:
+ P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ ngƣời dùng
đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng nhƣ bản tin phản hồi từ máy chủ SIP
về ngƣời dùng.


25

+ P-CSCF đƣợc gán cho đầu cuối IMS trong suốt q trình đăng ký, và
khơng thay đổi trong suốt q trình đăng ký.
+ P-CSCF nằm trên đƣờng đi của tất cả các bản tin báo hiệu và có thể

đƣợc gán vào mỗi bản tin.
+ P-CSCF xác thực ngƣời dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với
thiết bị đầu cuối IMS của ngƣời dùng. P-CSCF cịn có vai trị ngăn cản các tấn
công nhƣ spoofing, replay để đảm bảo sự bảo mật và an toàn cho ngƣời dùng.
+ P-CSCF có thể nén và giải nén các bản tin SIP dùng sigcomp, để giảm
thiểu khối lƣợng thông tin báo hiệu truyền trên những đƣờng truyền tốc độ thấp
(hay giảm độ trễ khi truyền trên các kênh có băng thơng hẹp).
+ P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (Policy
Decision Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phƣơng
tiện.
+ P-CSCF cũng tham gia vào q trình tính cƣớc dịch vụ.
1.4.2.2 I-CSCF (Interrogating-CSCF )
I-CSCF là một máy chủ SIP khác đƣợc đặt ở biên của miền quản trị. Địa
chỉ IP của I-CSCF đƣợc cơng bố trong tên miền hệ thống, vì thế các máy chủ
ứng dụng ở xa có thể tìm thấy I-CSCF và sử dụng I-CSCF nhƣ một điểm chuyển
tiếp cho các gói tin SIP tới miền này.
Các chức năng của I-CSCF bao gồm:
+ Định tuyến bản tin yêu cầu SIP nhận đƣợc từ một mạng khác đến SCSCF tƣơng ứng. Để làm đƣợc điều này, I-CSCF sẽ truy vấn HSS thông qua
giao diện Diameter Cx để cập nhật địa chỉ S-CSCF tƣơng ứng của ngƣời dùng
(giao diện Dx đƣợc dùng để từ I-CSCF tới SLF để định vị HSS cần thiết). Nếu
nhƣ chƣa có S-CSCF nào đƣợc gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một SCSCF cho ngƣời dùng để nó xử lý yêu cầu SIP.
+ Ngƣợc lại, I-CSCF sẽ định tuyến bản tin yêu cầu SIP hoặc bản tin trả lời
SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ
khác. I-CSCF luôn luôn đƣợc đặt tại mạng chủ, trong một số trƣờng hợp nhƣ
THIG (Topology Hiding Inter-network Gateway), I-CSCF đƣợc đặt tại mạng
khách là tốt nhất.


26

1.4.2.3 S-CSCF (Serving-CSCF)
S-CSCF là một nút trung tâm của hệ thống báo hiệu IMS. S-CSCF vận
hành giống nhƣ một máy chủ SIP nhƣng nó cũng bao hàm cả chức năng quản lý
phiên dịch vụ. Thêm vào việc thực hiện chức năng là một máy chủ SIP thì nó
cũng đóng vai trò nhƣ một trung tâm đăng ký SIP. Điều này có nghĩa là nó duy
trì mối liên hệ giữa vị trí của ngƣời dùng (nói cách khác là địa chỉ IP của thiết bị
đầu cuối mà ngƣời dùng đăng nhập) với địa chỉ SIP của ngƣời dùng đó (cũng
đƣợc biết đến nhƣ là định danh chung của ngƣời dùng). Cũng giống nhƣ ICSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện diameter với HSS. Lý do chính của
việc sử dụng giao diện với HSS là:
Để tải các vector nhận thực của ngƣời dùng đang cố gắng truy cập mạng
từ HSS. S-CSCF sử dụng vector này để nhận thực ngƣời dùng.
Để tải hồ sơ ngƣời dùng từ HSS. Hồ sơ ngƣời dùng bao gồm các triggers
có thể làm cho bản tin SIP đƣợc định tuyến qua một hoặc vài máy chủ ứng dụng.
Để khai báo với HSS về S-CSCF đƣợc cấp cho ngƣời dùng trong suốt quá
trình đăng ký.
Tất cả các bản tin báo hiệu SIP mà đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi qua
S-CSCF. S-CSCF sẽ kiểm tra mỗi bản tin SIP và quyết định xem liệu bản tin
báo hiệu này nên đi qua một hay nhiều máy chủ ứng dụng trên đƣờng đi tới đích
cuối cùng của nó. Các máy chủ ứng dụng này sẽ cung cấp các khả năng về một
dịch vụ tới ngƣời dùng. Một chức năng chính của S-CSCF là cung cấp dịch vụ
định tuyến bản tin SIP. Nếu ngƣời dùng quay số điện thoại thay vì sử dụng
SIPURI (Uniform Resource Identifier) thì S-CSCF cung cấp một dịch vụ chuyển
đổi, thƣờng dựa trên chuẩn DNS E.164 Number Translation (DNS/ENUM). SCSCF cũng tác động vào chính sách mạng của nhà cung cấp. Ví dụ, một ngƣời
dùng có thể khơng có quyền thiết lập một phiên cụ thể nào cả. S-CSCF tránh
cho ngƣời dùng thực hiện các chức năng không đƣợc cho phép. Một mạng
thƣờng bao gồm một số các S-CSCF cho mục đích mở rộng và dự phòng. Mỗi
S-CSCF phục vụ một số lƣợng đầu cuối tùy thuộc vào dung lƣợng của nó. SCSCF ln ln đƣợc đặt tại mạng chủ. (đƣợc mô tả trong RFC-2916)
1.4.3 Các phần tử điều khiển kết nối liên mạng
1.4.3.1 MGCF (Media Gateway Control Function)
MGCF là thành phần cổng nối của PSTN hay CS và mạng IMS. Nút này

có nhiệm vụ quản lý các cổng đa phƣơng tiện, tƣơng tác với S-CSCF để quản lý
các cuộc gọi trên kênh đa phƣơng tiện. Nó thực hiện chuyển đổi giao thức và


27

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
Megaco/H.248.
IMS hỗ trợ cả 2 phiên bản IPv4 và IPv6, do vậy tại một thời điểm trong
một phiên đa phƣơng tiện hay truyền thông vấn đề liên mạng giữa 2 phiên bản
IP này có thể xẩy ra. Để tiến trình liên mạng giữa 2 phiên bản không cần hỗ trợ
của các thiết bị đầu cuối, IMS bổ sung thêm 2 chức năng mới cho phép chuyển
đổi cả 2 phiên bản IP. Chức năng này đƣợc gọi là cổng lớp ứng dụng IMS
(ALG-Application Layer Gateway) và cổng chuyển đổi (TrGW - Transition
Gateway).

Hình 1.7 Liên kết với mạng IP phiên bản khác nhau
IMS-ALG hoạt động nhƣ 1 SIP B2BUA thực hiện 2 giai đoạn báo hiệu
với phiên bản IP khác nhau, một hƣớng về mạng IMS, một hƣớng ra mạng
ngồi. Bên cạnh đó IMS-ALG cịn thực hiện sửa lại địa chỉ IP và số port trong
giao thức đặc tả phiên SDP (Session Description Protocol) để cho phép dữ liệu
đƣợc định tuyến thông qua TrGW.
TrGW thực tế là một bộ chuyển đổi giao thức NAT-PT/NAPT-PT
(Network Address Port Translator - Protocol Translator). TrGW đƣợc cấu hình
với chức năng tự động cấp phát địa chỉ IPv4 cho các phiên IP. TrGW cũng thực
hiện chức năng chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6 tại mức dữ liệu phƣơng tiện (RTP
hay RTCP).
1.4.3.2 BGCF (Breakout Gateway Control Function)
Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) có nhiệm vụ lựa chọn

mạng PSTN hoặc mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lƣu lƣợng trong IMS sẽ
đƣợc định tuyến sang. Nếu BGCF xác định đƣợc rằng lƣu lƣợng chuyển mạng