Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IP multimedia subsystem IMS

...

ĐẶNG HUY HOÀNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

ĐẶNG HUY HỒNG

TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV DỰA TRÊN NỀN
TẢNG IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM (IMS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

KHỐ 2010B

HÀ NỘI - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

NGUYỄN HỒI NAM
ĐẶNG HUY HỒNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP

NHẰM
CAO NĂNG
LỰC
CẠNH
TRANH
TRIỂN NÂNG
KHAI DỊCH
VỤ IPTV
DỰA
TRÊN
NỀN
TRONG
KINH DOANH
VIỄN THÔNG
TẢNG
IP MULTIMEDIA
SUBSYSTEM
(IMS)
CỦA TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC MIỀN BẮC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN
NGÀNH
KỸTHẠC
THUẬTSĨ
ĐIỆN
TỬ VIỄN
LUẬN
VĂN
KHOA
HỌCTHÔNG

NGÀNH QUẢN TRỊ KINH DOANH

Người hướng dẫn: PGS. TS. NGUYỄN HỮU THANH
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ MAI ANH

HÀ NỘI - 2012
HÀ NỘI - 2011


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................8
LỜI NÓI ĐẦU .........................................................................................................10
1

2

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU ....................................................................................11
1.1

Tầm quan trọng của đề tài ...........................................................................11

1.2

Nội dung nghiên cứu ...................................................................................13

CHƯƠNG II : CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG TRONG KIẾN TRÚC IMS ......14
2.1

Các yêu cầu đối với IMS .............................................................................14

2.1.1

Phiên đa phương tiện IP ........................................................................14

2.1.2

Chất lượng dịch vụ QoS .......................................................................14

2.1.3

Internetworking .....................................................................................15

2.1.4

Chuyển vùng (Roaming) .......................................................................15

2.1.5

Điều khiển dịch vụ ................................................................................16

2.1.6

Phát triển dịch vụ ..................................................................................16

2.1.7

Đa truy nhập..........................................................................................17

2.2

Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS..........................................17

2.2.1

Giao thức điều khiển phiên ...................................................................17

2.2.2

Giao thức AAA .....................................................................................18

2.2.3

Các giao thức khác ................................................................................19

2.3

Kiến trúc tổng quát IMS ..............................................................................19

2.3.1

Mạng truy nhập .....................................................................................20

2.3.2

Mạng lõi ................................................................................................21

2.3.3

Tầng dịch vụ .........................................................................................30

2.4

Định danh trong IMS ...................................................................................32

2.4.1

Định danh người dùng công cộng .........................................................32

2.4.2

Định danh người dùng riêng .................................................................34

2.4.3

Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng .................34

2.4.4

Định danh dịch vụ công cộng ...............................................................36

Trang 1

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
2.5

3

SIM, USIM và ISIM trong 3GPP ................................................................37

2.5.1

SIM .......................................................................................................38

2.5.2

USIM ....................................................................................................38

2.5.3

ISIM ......................................................................................................38

2.6

Tiêu chuẩn lọc .............................................................................................39

2.7

Triển khai kiến trúc IMS .............................................................................45

CHƯƠNG III : ĐIỀU KHIỂN PHIÊN TRONG IMS .......................................47
3.1

Chức năng của SIP ......................................................................................47

3.1.1

Mô tả phiên và SDP ..............................................................................47

3.1.2

Mô hình Offer/Answer..........................................................................49

3.1.3

SIP và SIPS URIs .................................................................................50

3.1.4

Định vị người dùng ...............................................................................50

3.2

4

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

Cơ bản về SIP ..............................................................................................52

3.2.1

SIP là gì .................................................................................................52

3.2.2

Bản tin SIP ............................................................................................54

3.2.3

Phiên giao dịch (Transaction) ...............................................................54

3.2.4

Hội thoại (dialog) ..................................................................................56

3.2.5

Trường điều khiển Record-Route, Route và Contact ...........................58

CHƯƠNG IV : MÁY CHỦ ỨNG DỤNG TRONG IMS .................................60
4.1

Tổng quan về máy chủ ứng dụng ................................................................60

4.2

Chức năng của máy chủ ứng dụng trong mơ hình IMS ..............................61

4.3

Các chế độ hoạt động của máy chủ ứng dụng .............................................62

4.3.1

AS hoạt động như SIP User Agent .......................................................63

4.3.2

AS hoạt động như back-to-back user agent ..........................................63

4.3.3

AS đóng vai trị như là SIP Proxy Server .............................................64

4.3.4

AS đóng vai trị như là SIP Redirect Server .........................................65

4.4

Giao diện AS với các thành phần khác trong mạng ....................................66

4.4.1

Giao diện với IMS Core – ISC .............................................................66

4.4.2

Giao diện với HSS – Sh ........................................................................67

4.5

Quá trình cung cấp dịch vụ ..........................................................................72

4.5.1

Giới thiệu ..............................................................................................72

4.5.2

Sự hình thành tiêu chuẩn lọc khởi tạo ..................................................72

4.5.3

Lựa chọn máy chủ ứng dụng ................................................................75
Trang 2


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

5

6

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

4.5.4

Hành vi của máy chủ ứng dụng ............................................................77

4.5.5

Máy chủ ứng dụng tương tác với HSS .................................................77

4.5.6

Máy chủ ứng dụng gửi yêu cầu về S-CSCF .........................................78

CHƯƠNG V : XÂY DỰNG DỊCH VỤ MÁY CHỦ IPTV ..............................79
5.1

Giới thiệu dịch vụ IPTV ..............................................................................79

5.2

Các thủ tục xử lý cuộc gọi trong IPTV ........................................................79

5.2.1

Đăng ký .................................................................................................79

5.2.1

Các chức năng chính và các thủ tục xử lý trong dịch vụ IPTV ............84

CHƯƠNG VI : TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV ...............................................92
6.1

Triển khai dịch vụ IPTV ..............................................................................92

6.2

Cài đặt và sử dụng dịch vụ ..........................................................................93

6.2.1

Cấu hình máy chủ ứng dụng IPTV .......................................................93

6.2.2

Cấu hình Media Server .........................................................................95

6.2.3

Cấu hình HSS chuyển yêu cầu sử dụng đến AS ...................................98

6.3

Thực thi ứng dụng .....................................................................................101

KẾT LUẬN ............................................................................................................104
PHỤ LỤC ...............................................................................................................105
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................108

Trang 3


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tên tơi là: Đặng Huy Hồng
Sinh ngày: 13 – 01 – 1985
Học viên cao học khóa: Cao học 2010B.
Mã số học viên: CB100364.
Tơi xin cam đoan, tồn bộ kiến thức và nội dung trong bài luận văn của tôi là
các kiến thức tự nghiên cứu từ các tài liệu tham khảo trong và ngồi nước, khơng có
sự sao chép hay vay mượn dưới bất kỳ hình thức nào để hoàn thành bản luận văn tốt
nghiệp cao học chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử viễn thơng.
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước Viện
đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Hà Nội, tháng 09 năm 2012.

Đặng Huy Hoàng

Trang 4


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Từ viết

Tên đầy đủ

01

3GPP
tắt

Third Generation Partnership Project

02

3GPP2

Third Generation Partnership Project 2

03

ACK

Acknowledgment

04

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

05

AS

Application Server

06

ATM

Asynchoronous Transfer Mode

07

B2BUA

Back-to-back User Agent

08

BGCF

Breakout Gateway Control Function

09

BICC

Bearer Independent Call Control

10

COPS

Common Open Policy Service

11

CSCF

Call Session Control Function

12

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

13

DNS

Domain Name System

14

ENUM

Telephone Number Mapping

15

GGSN

Gateway GPRS Support Node

16

GPRS

General Packet Radio Service

17

GSM

Global System for Mobile Communications

18

HLR

Home Location Register

19

HSS

Home Subscriber Server

20

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

21

I-CSCF

Interrogating-CSCF

22

IETF

Internet Engineering Task Force

23

IFC

Initial Filter Criteria

24

IM-SSF

IP Multimedia Service Switching Function

25

IMS

IP Multimedia Subsystem

26

IMSI

International Mobile Subscriber Identifier

27

IP

Internet Protocol
Mobile Subscriber Identifier

Trang 5


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

28

IP-CAN

IP Connectivity Access Network

29

ISC

IMS Service Control

30

ISIM

IP multimedia Services Identity Module

31

ISUP

32

ITU-T

ISDN User Part
Services Identity Module
International Telecommunication Union-Telecommunications

33

MAP

Mobile Application Part

34

MEGACO Media Gateway Control

35

MGCF

Media Gateway Control Function

36

MGW

Media Gateway

37

MIME

Multipurpose Internet Mail Extensions

38

MRF

Media Resource Function

39

MRFC

Media Resource Function Controllers

40

MRFP

Media Resource Function Processors

41

MSISDN

Mobile Subscriber ISDN Number

42

NAI

Network Access Identifier

43

OSA-SCS

Open Service Access–Service Capability Server

44

P-CSCF

Proxy-CSCF

45

PA

Presence Agent

46

PDF

Policy Decision Function

47

PEP

Policy Enforcement Point

48

PIDF

Presence Information Data Format

49

PS

Presence Agent

50

PSI

Public Service Identity

51

PSTN

Public Switched Telephone Network

52

PUA

Presence User Agent

53

QoS

Quality of Service

54

RTP

Real-Time Transport Protocol

55

RTCP

56

S-CSCF

RTP Control Protocol
Time Protocol
Serving-CSCF

57

SCTP

Stream Control Transmission Protocol

Trang 6


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

58

SDP

Session Description Protocol

59

SFC

Subsequent Filter Criteria

60

SGSN

Serving GPRS Support Node

61

SGW

Signalling Gateway

62

SIM

Subscriber Indetity Module

63

SIP

Session Initiation Protocol

64

SLF

Subscriber Location Function

65

SPT

Service Point Trigger

66

SS7

Sinaling System No. 7

67

TCP

Transmission Control Protocol

68

THIG

Topology Hiding Inter-network Gateway

69

UA

User Agent

70

UAC

User Agent Client

71

UAS

User Agent Server

72

UDA

User Data Answer

73

UDP

User Datagram Protocol

74

UDR

User Data Request

75

UE

User Equipment

76

UICC

Universal Integrated Circuit Card

77

UMTS

Universal Mobile Telecommunication System

78

URI

Uniform Resource Identifier

79

URL

Uniform Resource Locator

80

USIM

Universal Subscriber Identity Module

81

VoIP

Voice over IP

82

VoD

Video on Demand

83

WAP

Wireless Application Protocol

84

WLAN

Wireless Local Access Network

85

WLSS

WebLogic SIP Server

86

XML

Extensible Markup Language

Trang 7


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2-1 : Tổng quan kiến trúc IMS .........................................................................20
Hình 2-2 : Giao tiếp giữa PSTN/CS gateway và mạng CS .......................................27
Hình 2-3 : P-CSCF đặt tại mạng khách .....................................................................29
Hình 2-4 : P-CSCF đặt tại mạng chủ ........................................................................30

Hình 2-5 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công
cộng theo 3GPP R5 ...................................................................................................35
Hình 2-6 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công
cộng theo 3GPP R6 ...................................................................................................36
Hình 2-7 : Cấu trúc của User Profile .........................................................................41
Hình 2-8 : Cấu trúc tiêu chuẩn lọc khởi tạo ..............................................................42
Hình 2-9 : Sơ đồ các khối chức năng trong kiến trúc IMS .......................................45
Hình 3-1 : Một ví dụ về mơ tả phiên SDP ................................................................47
Hình 3-2 : Các kiểu trong SDP .................................................................................48
Hình 3-3 : Mơ tả phiên SDP của Bob .......................................................................49
Hình 3-4 : Alice đăng ký vị trí người dùng với tên miền domain.com registrar ......51
Hình 3-5 : Các bước thiết lập một cuộc gọi ..............................................................53
Hình 3-6 : Cấu trúc bản tin SIP .................................................................................54
Hình 3-7 : Transaction ..............................................................................................56
Hình 3-8 : Luồng cuộc gọi trong một hội thoại SIP..................................................57
Hình 3-9 : Cách sử dụng Record-Route, Route và Contact ......................................59
Hình 4-1 : Hướng tiếp cận dịch vụ trong kiến trúc IMS ...........................................61
Hình 4-2 : AS hoạt động như một SIP UA ...............................................................63
Hình 4-3 : Kiến trúc logic của SIP B2BUA ..............................................................64
Hình 4-4 : AS ứng dụng đóng vai trị SIP B2BUA ...................................................64
Hình 4-5 : AS đóng vai trị SIP Proxy AS ................................................................65
Hình 4-6 : AS đóng vai trị SIP Redirect Server .......................................................65
Hình 4-7 : Sh data uml diagram ................................................................................70
Hình 4-8 : Thành phần của Service Point Trigger ....................................................73
Hình 4-9 : Ví dụ về User Profile ...............................................................................75
Hình 5-1 : Call flow đăng ký.....................................................................................80
Hình 5-2 : Call flow đăng ký (tiếp) ...........................................................................81
Hình 5-3 : Đăng ký với máy chủ ứng dụng...............................................................83
Hình 5-4 : Call flow khởi tạo dịch vụ IPTV .............................................................87
Hình 5-5 : Bản tin INVITE dịch vụ IPTV ................................................................88

Hình 5-6 : Call flow ngừng dịch vụ IPTV ................................................................89
Hình 5-7 : Bản tin BYE dịch vụ IPTV ......................................................................90
Hình 5-8 : Call flow khơng có kênh phục vụ trong IPTV.........................................91
Hình 6-1 : Mơ hình tổng quát IPTV trên nền IMS....................................................92
Hình 6-2 : Giao diện web của DSS ...........................................................................96
Hình 6-3 : Playlist cho người sử dụng ......................................................................97
Hình 6-4 : Tạo Application Server trong IMS ..........................................................98
Trang 8


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

Hình 6-5 : Tạo Trigger Point trong IMS ...................................................................99
Hình 6-6 : Tạo iFC trong IMS...................................................................................99
Hình 6-7 : Tạo Service Profile trong IMS ...............................................................100
Hình 6-8 : Tạo Shared-IFC-Set trong IMS .............................................................100
Hình 6-9 : Cấu hình cho UCT IMS Client ..............................................................101
Hình 6-10 : Alice đăng ký thành cơng ....................................................................102
Hình 6-11 : Người dùng xem dịch vụ IPTV thành công.........................................103

Trang 9


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng
PSTN đang là xu hướng được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc.
Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mục
đích tạo ra một mạng tồn IP duy nhất. Phân hệ IP Multimedia Subsystem (IMS) là
một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát triển đó. Với IMS người dùng
có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng di động và đồng thời có thể
sử dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet. IMS đã thực sự trở thành chìa
khóa để hợp nhất mạng di động và mạng Internet. IMS đồng thời cũng trở thành
một phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hãng sản xuất
các thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới.
IMS được chuẩn hóa bởi 3GPP và 3GPP2 dựa trên giao thức báo hiệu SIP và
các giao thức mở khác do IETF chuẩn hóa nên rất dễ dàng tích hợp với các dịch vụ
mới. IMS đồng thời cũng hỗ trợ nhiều loại hình truy cập khác nhau do đó nó hứa
hẹn sẽ mang lại một số lượng lớn khách hàng sử dụng các dịch vụ xây dựng trên đó.
Trong thời gian thực tập học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, để tìm
hiểu về kiến trúc IMS và triển khai các dịch vụ mới trên IMS, được sự gợi ý của
PGS. TS Nguyễn Hữu Thanh em đã lựa chọn đề tài “Triển khai dịch vụ IPTV dựa
trên nền tảng IP Multimedia Subsystem (IMS)”.
Em xin chân thành cám ơn PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh đã giúp đỡ tận tình
cho em trong thời gian làm đồ án vừa qua. Tôi cũng xin chân thành cám ơn gia đình
và bạn bè đã động viên và chia sẽ những kinh nghiệm quý báu.
Em xin chân thành cám ơn
Hà Nội, ngày tháng 09 năm 2012
Sinh viên

Trang 10


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

1 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
1.1 Tầm quan trọng của đề tài
Mục đích của mạng thế hệ thứ 3 là hợp nhất hai mơ hình thơng tin đang
được triển khai rộng rãi nhất hiện nay là mạng tế bào và mạng internet. IMS là
nhân tố chính trong kiến trúc mạng 3G làm cho nó có khả năng cung cấp truy
cập tới tất cả các dịch vụ mà internet có thể cung cấp cho mạng tế bào. Người
sử dụng có thể truy cập vào một trang web yêu thích, đọc email, xem phim
hoặc tham gia một buổi hội thảo qua truyền hình ở bất cứ đâu mà chỉ bằng
một cách đơn giản là sử dụng một chiếc điện thoại hỗ trợ 3G.
Cùng với sự phát triển của mạng thế hệ thứ ba trong những năm gần đây
internet đã phát triển với một tốc độ chóng mặt. Lý do chính cho việc phát
triển mạnh mẽ này là khả năng cung cấp các dịch vụ tiện ích mà hàng trăm
người sử dụng ưa thích. Một trong những ví dụ điển hình là world wide web
và email. Nhưng bên cạnh đó cịn rất nhiều dịch vụ khác như instant message,
presence, VoIP, VoD, hội thảo truyền hình,…
Với mong muốn kết hợp các dịch vụ internet và các dịch vụ di động
truyền thống để đáp ứng ngày một tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà
phát triển đã không ngừng sáng tạo và đưa ra những kiến trúc mạng mới, các
công nghệ mới nhằm thực hiện mục đích này. Sự ra đời của phân hệ IMS
trong kiến trúc mạng 3G chính là bước phát triển quan trọng trong quá trình
hợp nhất dịch vụ đó.
Việc phát triển hệ thống này khơng chỉ đem lại những lợi ích về mặt kinh
tế cho nhà cung cấp dịch vụ mà còn đem lại nhiều tiện ích cho người sử dụng:
 Về phía nhà cung cấp dịch vụ: cho phép đưa ra nhanh chóng các máy
chủ ứng dụng với các dịch vụ mới vào trong mạng của nhà khai thác
mạng di động. Thông qua giao diện ISC (IMS Service Control
interface), máy chủ ứng dụng SIP (ví dụ máy chủ ứng dụng push-toTrang 11

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

talk), SIP Enabling Services Server (ví dụ máy chủ ứng dụng presence)
hay gateway có thể được kết nối vào IMS, hỗ trợ nhiều loại truy nhập
khác nhau…
 Về phía người sử dụng: cho phép người sử dụng có thể truy nhập dễ
dàng và an tồn vào mạng đa phương tiện, chất lượng dịch vụ được
nâng cao, có cơ hội sử dụng nhiều các dịch vụ tiện ích mới…
Một điểm nữa khá quan trọng là khi khoa học và công nghệ ngày càng
phát triển, sự hội nhập giữa các nước ngày càng cao, các dịch vụ hoàn tồn
sẵn có đối với người dùng thì nhà cung cấp dịch vụ nào thỏa mãn được người
dùng về sự đa dạng trong dịch vụ cung cấp, sự tiện dụng cũng như chi phí thấp
nhất sẽ chiếm được lợi thế trong cạnh tranh thị trường và do đó sẽ kiếm được
nhiều lợi nhuận. Khả năng cung cấp các dịch vụ với những tính năng như thế
là hồn tồn có thể đối với IMS.
IPTV là một trong những dịch vụ mà IMS có thể cung cấp tới người
dùng. Ý tưởng của dịch vụ này cũng khơng ngồi mục đích đem lại sự tiện lợi
cho người dùng: Với IPTV, mọi người có thể xem nội dung u thích (như
phim, chương trình giải trí, thời sự,…) ở bất kỳ thời điểm nào, không bị lệ
thuộc vào giờ phát sóng của Đài truyền hình, xem phim theo yêu cầu với chất
lượng cao. Khi xem phim IPTV có tính năng như: tạm dừng, xem đi xem lại
nhiều lần. Trên tivi, khách hàng còn sử dụng được các dịch vụ: nhắn tin, gọi
điện thoại, games, mua hàng, giao dịch chứng khoán, giao dịch ngân hàng,
giao lưu trực tuyến...
Trong đề tài này, em tập trung nghiên cứu “triển khai dịch vụ IPTV
dựa trên nền tảng IP Multimedia Subsystem (IMS)”. Dịch vụ này mặc dù
chỉ là một phần rất nhỏ trong các dịch vụ hấp dẫn mà IMS mang lại, tuy nhiên

nó cũng là một minh chứng rất điển hình cho tiện ích về phát triển dịch vụ
tương lai mà IMS có thể đem lại.

Trang 12


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

1.2 Nội dung nghiên cứu
Với mực đích nghiên cứu và phát triển ứng dụng theo kiến trúc IMS nên
trong đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu tổng quan về IMS, máy chủ ứng
dụng và về dịch vụ IPTV:
 Tổng quan về IMS: tìm hiểu về kiến trúc IMS, các thành phần, chức
năng của từng thành phần, kiến trúc triển khai và một số các khái niệm
quan trọng sử dụng trong IMS.
 Máy chủ ứng dụng (Application Server): giới thiệu về máy chủ ứng
dụng trong kiến trúc IMS, chức năng và các chế độ hoạt động, giao
diện từ máy chủ ứng dụng SIP tới các thành phần khác trong mạng lõi
IMS.
 Nguyên lý thực hiện dịch vụ IPTV: mô tả chức năng dịch vụ, thủ tục
thực hiện dịch vụ, điều khiển lỗi, thủ tục kiểm tra trạng thái người
dùng.
 Triển khai dịch vụ: các bước sử dụng dịch vụ đối với người dùng
cuối.
.

Trang 13

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

2 CHƯƠNG II : CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG
TRONG KIẾN TRÚC IMS
2.1 Các yêu cầu đối với IMS
IMS hướng đến:
 Kết hợp các xu thế mới nhất trong cơng nghệ.
 Tạo ra mơ hình di động Internet.
 Tạo ra nền tảng phổ biến để phát triển các dịch vụ đa phương tiện khác
nhau.
 Tạo ra cơ chế nâng cao lợi nhuận vì cách sử dụng của mạng chuyển
mạch gói di động.

2.1.1 Phiên đa phương tiện IP
IMS có thể đưa ra một dải rộng các dịch vụ. Mặc dù vậy, có một dịch
vụ đặc biệt quan trọng với người dùng: đó là thơng tin liên lạc audio và
video. Yêu cầu này nhấn mạnh đến sự cần thiết hỗ trợ dịch vụ chính được tạo
ra bởi IMS: các phiên multimedia qua mạng chuyển mạch gói. Multimedia
có liên quan đến sự tồn tại đồng thời của một vài loại media, trong trường
hợp này là audio và video.
Giao tiếp multimedia được chuẩn hóa trong tài liệu 3GPP trước đây,
nhưng những giao tiếp multimedia này diễn ra trên mạng chuyển mạch kênh
hơn là trên mạng chuyển mạch gói.

2.1.2 Chất lượng dịch vụ QoS
Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) là yêu cầu chủ yếu trong
IMS. QoS cho một phiên liên quan được xác định bởi một số nhân tố, như

băng thơng cực đại có thể cấp cho người dùng dựa trên thuê bao của người

Trang 14


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

dùng hoặc trạng thái hiện tại của mạng. IMS cho phép nhà khai thác mạng
điều khiển QoS mà người dùng đưa ra, do đó các nhà khai thác mạng có thể
phân biệt các nhóm khách hàng khác nhau.

2.1.3 Internetworking
Hỗ trợ cho tương tác với Internet là một yêu cầu rõ ràng với IMS,
Internet đưa ra hàng triệu đích đến tiềm năng cho các phiên multimedia được
khởi tạo trong IMS. Khi tương tác với Internet, số lượng đích đến tiềm năng
cho các phiên đa phương tiện được mở rộng một cách đột ngột.
IMS cũng được yêu cầu có thể làm việc được với mạng chuyển mạch
kênh, như mạng PSTN (Public Switched Telephone Network), hay các mạng
tế bào đang tồn tại. Đầu cuối IMS có thể kết nối được đến cả mạng chuyện
mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. Vì thế, khi người dùng muốn gọi đến
điện thoại trong mạng PSTN hay mạng tế bào, đầu cuối IMS sẽ chọn sử dụng
vùng chuyển mạch kênh.
Vì vậy, mặc dù tương tác với mạng chuyển mạch kênh không được yêu
cầu một cách nghiêm ngặt, thì hầu hết các đầu cuối IMS sẽ hỗ trợ vùng
chuyển mạch kênh. Yêu cầu hỗ trợ tương tác với mạng chuyển mạch kênh có
thể được coi như là một yêu cầu dài hạn. Yêu cầu này sẽ được triển khai khi
ta xây dựng đầu cuối IMS chỉ hỗ trợ chuyển mạch gói.

2.1.4 Chuyển vùng (Roaming)
Chuyển vùng (roaming) là yêu cầu chung kể từ khi phát minh ra mạng
tế bào thứ hai. Người dùng có thể chuyển vùng sang các mạng khác, ví dụ
như khi chuyển sang một quốc gia khác. Hiển nhiên là IMS sẽ kế thừa yêu
cầu này, do đó nó có thể cho phép người dùng chuyển vùng sang các quốc
gia khác nhau.

Trang 15


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

2.1.5 Điều khiển dịch vụ
Các nhà khai thác mạng muốn áp dụng những chính sách trong việc
phân phát dịch vụ đến người dùng. Chúng ta có thể chia những chính sách đó
làm hai loại.
 Các chính sách chung có thể áp dụng được cho tất cả người dùng
trong mạng.
 Các chính sách cá nhân có thể áp dụng cho một người dùng nhất định.
Loại chính sách đầu tiên bao gồm một tập hợp các giới hạn được áp
dụng cho tất cả người dùng trong mạng. Ví dụ, nhà vận hành mạng có thể
muốn giới hạn việc sử dụng audio codec băng rộng, như G.711 (ITU-T
Recommendation G.711), trong mạng của họ. Thay vì như thế, họ có thể đưa
ra các codec băng thông thấp hơn như AMR (Adaptive Multi Rate).
Loại chính sách thứ hai bao gồm một tập các chính sách được đáp ứng
cho mỗi người dùng. Ví dụ, một người dùng có thể có vài th bao để sử
dụng các dịch vụ IMS không bao gồm video. Đầu cuối IMS sẽ hầu hết là có
khả năng hỗ trợ video, nhưng trong trường hợp nỗ lực khởi tạo một phiên

multimedia mà có cả video, thì nhà vận hành mạng sẽ ngăn khơng cho phiên
đó được khởi tạo.

2.1.6 Phát triển dịch vụ
Yêu cầu về tạo ra dịch vụ có ảnh hưởng mạnh trong thiết kế kiến trúc
IMS. Yêu cầu này nói rõ các dịch vụ IMS khơng cần thiết phải được chuẩn
hóa. Yêu cầu này biểu diễn một dấu mốc trong thiết kế cellualar bởi vì trong
quá khứ, mọi dịch vụ đơn đều được chuẩn hóa hoặc là có sự triển khai phù
hợp. Thậm chí các dịch vụ được chuẩn hóa thì khơng có gì đảm bảo rằng các
dịch vụ sẽ làm việc khi chuyển sang một mạng khác.

Trang 16


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

IMS hướng đến làm giảm thời gian cần thiết khi đưa ra một dịch vụ
mới. Trong quá khứ, việc chuẩn hóa dịch vụ và kiểm tra vận hành gây ra sự
chậm trễ lớn, và IMS ra đời sẽ làm giảm việc chậm trễ đó.

2.1.7 Đa truy nhập
Yêu cầu đa truy nhập ở đây nói đến các phương tiện truy nhập khác
hơn GPRS. IMS là mạng all-IP và cũng như bất kỳ một mạng IP nào khác,
nó ở lớp thấp hơn và độc lập truy nhập. Bất kỳ mạng truy nhập nào về
nguyên tắc cũng có thể truy cập đến IMS. Ví dụ, IMS có thể được truy nhập
sử dụng WLAN (Wireless Local Area Network), ADSL (Asymmetric Digital
Subscriber Line), HFC (Hybird Fiber Coax) hoặc là Cable Modem. Tuy
nhiên, 3GPP cam kết phát triển giải pháp cho việc cải tiến GSM, tập trung

vào truy nhập GPRS (cả trong GSM và UMTS, Universal Mobile
Telecommunication System) cho phiên bản đầu tiên của IMS (ví dụ, Release
5). Các phiên bản tiếp theo sẽ nghiên cứu các truy nhập khác, ví dụ như
WLAN.

2.2 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS
2.2.1 Giao thức điều khiển phiên
Các giao thức điều khiển cuộc gọi đóng vai trị quan trọng trong bất kỳ
một hệ thống điện thoại nào. Trong mạng chuyển mạch kênh, các giao thức
điều khiển cuộc gọi nói chung là TUP (Telephony User Part), ISUP (ISDN
User Part) và BICC (Bearer Independent Call Control). Các giao thức được
xem xét để sử dụng làm giao thức điều khiển phiên cho IMS hiển nhiên là
dựa trên IP. Các giao thức có thể được sử dụng là:
Bearer Independent Call Control (BICC) : BICC là một cải tiến của
ISUP. Không như ISUP, BICC tách biệt mặt phẳng báo hiệu ra khỏi mặt
phảng media, do đó báo hiệ có thể truyền qua một tập các nút riêng biệt chứ
không đi qua mặt phẳng media. Thêm nữa, BICC hỗ trợ và có thể chạy trên

Trang 17


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

các công nghệ khác nhau như IP, SS7 (Sinaling System No. 7) hay ATM
(Asynchoronous Transfer Mode).
H.323 : tương tự như BICC, H.323 là giao thức do ITU-T phát triển.
H.323 định nghĩa một giao thức mới để thiết lập phiên multimedia. Không
như BICC, H.323 được thiết kế từ những ngày đầu tiên nhằm hỗ trợ công

nghệ IP. Trong H.323, báo hiệu và media không cần truyền qua cùng một tập
các host.
SIP (Session Initiation Protocol) : được đặc tả bởi IETF như là một
giao thức để thiết lập và quản lý các phiên multimedia qua mạng IP. SIP tn
theo mơ hình client-server nổi tiếng, mơ hình được sử dụng bởi nhiều giao
thức được phát triển bởi IETF. Các nhà thiết kế SIP đã mượn nguyên lý thiết
kế từ SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) và đặc biệt là HTTP (Hypertext
Transfer Protocol). SIP kế thừa hầu hết các đặc điểm của nó từ hai giao thức
trên. Đó là một điểm mạnh của SIP bởi vì HTTP và SMTP là những giao
thức thành công nhất trên Internet. SIP không giống như BICC và H.323, SIP
là giao thức dựa trên text. Điều đó có nghĩa là nó dễ dàng để mở rộng, sửa lỗi
và sử dụng để xây dựng các dịch vụ.
SIP được chọn làm giao thức điều khiển phiên trong IMS. Thực tế SIP
làm cho việc tạo ra các dịch vụ mới trở nên dễ dàng và vì SIP dựa trên HTTP
nên các nhà phát triển dịch vụ SIP có thể sử dụng tất cả các cơ chế được phát
triển cho HTTP như CGI (Common Gateway Interface) và Java Servlet.

2.2.2 Giao thức AAA
Ngồi giao thức điều khiển phiên thì cịn có một số giao thức khác
đóng vai trị quan trọng trong IMS. Diameter (là giao thức được định nghĩa
trong RFC 3588) được chọn làm giao thức AAA (Authentication,
Authorization, and Accounting) trong IMS.

Trang 18


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

Diameter là một cải tiến của RADIUS (được định nghĩa trong RFC
2865), đó là một giao thức được sử dụng rộng rãi trong Internet để thực hiện
AAA. Ví dụ, khi người dùng quay số đến nhà cung cấp dịch vụ Internet thì
server truy nhập mạng sử dụng RADIUS để chứng thực (authenticate) và cấp
quyền (authorize) cho người dùng truy cập mạng. Diameter bao gồm một
giao thức cơ bản được bổ sung với ứng dụng Diameter. Các ứng dụng
Diameter là sự lựa chọn hoặc mở rộng Diameter để phù hợp với một ứng
dụng cụ thể trong một môi trường. IMS sử dụng Diameter trong một số giao
diện, mặc dù không phải tất cả các giao diện sử dụng cùng một ứng dụng
Diameter. Ví dụ, IMS định nghĩa ứng dụng Diameter để tương tác với SIP
trong quá trình phiên được thiết lập và một ứng dụng khác để thực hiện điều
khiển tài khoản.

2.2.3 Các giao thức khác
Cùng với SIP và Diameter là các giao thức khác được sử dụng trong
IMS. Giao thức COPS (Common Open Policy Service) được sử dụng để
truyền các chính sách giữa các PDP (Policy Decision Points) và PEP (Policy
Enforcement Points). H.248 và các gói của nó được sử dụng bởi các nút tín
hiệu điều khiển trong mặt phẳng media. H.248 được phát triển bởi ITU-T và
IETF cũng được đề cập đến như là giao thức MEGACO (Media Gateway
Control). RTP (Real-time Transport Protocol) và RTCP (RTP Control
Protocol) được sử dụng để truyền dữ liệu thời gian thực như video và audio.

2.3 Kiến trúc tổng quát IMS
Trước khi tìm hiểu kiến trúc tổng quát IMS, chúng ta nên nhớ rằng 3GPP
khơng chuẩn hóa theo nút mà theo chức năng. Điều đó có nghĩa là kiến trúc
IMS là một tập hợp các chức năng được kết nối với nhau bởi các giao diện đã
được chuẩn hóa. Các nhà triển khai có thể kết hợp hai chức năng vào một nút.
Tương tự, các nhà triển khai có thể tách một chức năng thành hai hay nhiều
nút.

Trang 19


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

Nhìn chung thì hầu hết những dịch vụ cung cấp đều tuân theo kiến trúc
IMS một cách chặt chẽ và triển khai mỗi chức năng trong một nút riêng. Tuy
nhiên, việc tìm kiếm các nút triển khai nhiều hơn một chức năng và các chức
năng được phân phối qua nhiều hơn một nút là hoàn toàn có thể.

Hình 2-1 : Tổng quan kiến trúc IMS

Trong hình 2-1 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc IMS như
chuẩn hóa của 3GPP. Trong hình chỉ ra hầu hết các giao diện báo hiệu trong
hệ thống IMS, nó thường được đề cập đến bởi hai hay ba ký tự mã hóa. Chúng
ta khơng thể vẽ tất cả các giao diện được định nghĩa trong IMS mà chỉ có thể
liệt kê hầu hết những nút giao diện có liên quan. Trong IMS được phân chia
thành 3 phần: mạng truy nhập, mạng lõi và tầng dịch vụ.

2.3.1 Mạng truy nhập
Ở phía bên trái hình 2-1, chúng ta có thể nhìn thấy các đầu cuối IMS di
động thường được nhắc đến như là các thiết bị người dùng (UE). Đầu cuối

Trang 20


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

IMS được nối vào mạng chuyển mạch gói như là GPRS thơng qua đường
truyền vơ tuyến.
Chú ý rằng, mặc dù hình trên chỉ chỉ ra một thiết bị đầu cuối IMS nối
vào mạng sử dụng đường truyền vô tuyến nhưng IMS cũng hỗ trợ các loại
thiết bị và các cách truy nhập khác. Thiết bị hỗ trợ cá nhân PDAs và máy
tính là các ví dụ về các thiết bị có thể kết nối tới IMS. Một ví dụ khác về
phương pháp truy cập là WLAN và ADSL.

2.3.2 Mạng lõi
Phần cịn lại của hình chỉ ra các nút bao gồm trong mạng lõi IMS. Các
nút này là:
 Một hay vài cơ sở dữ liệu người dùng, còn gọi là HSS và SLF.
 Một hay vài máy chủ ứng SIP như là CSCF (Call Session Control
Function).
 Một hay vài MRF mỗi cái được chia nhỏ thành MRFC và MRFP.
 Một hay vài BGCF (Breakout Gateway Control Functions).
 Một hoặc vài PSTN gateways, được chia nhỏ hơn thành SGW và
MGCF.

2.3.2.1 Cơ sở dữ liệu HSS và SLF
HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm lưu trữ dữ liệu các thơng
tin liên quan đến người dùng. Về kỹ thuật thì HSS là sự phát triển của HLR
(Home Location Register), HLR là một nút trong mạng GSM. HSS bao
gồm các thông tin thuê bao liên quan đến người dùng được yêu cầu để điều
khiển các phiên đa phương tiện. Những dữ liệu này bao gồm, thơng tin vị
trí, thơng tin bảo mật (bao gồm các thông tin nhận thực và phân quyền),
các thông tin về tiểu sử người dùng (bao gồm các dịch vụ mà người dùng
đăng ký thuê bao), và S-CSCF cấp phát tới người dùng.

Trang 21


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

Một mạng có thể chứa một hoặc một vài HSS, trong trường hợp số
lượng thuê bao quá nhiều so với sự quản lý của một HSS. Trong tất cả
trường hợp, tất cả các dữ liệu liên quan đến một người dùng cụ thể được
chứa trong một HSS. Các mạng với một HSS sẽ không cần SLF
(Subscriber Location Function). Mặt khác, mạng với nhiều hơn một HSS
yêu cầu có SLF.
SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản ánh xạ địa chỉ người dùng tới HSS
quản lý tương ứng. Một nút yêu cầu truy vấn SLF, với một địa chỉ người
dùng là đầu vào, sẽ thu được ở đầu ra là HSS có chứa thơng tin liên quan
đến người dùng đó.
Cả HSS và SLF đều thực thi giao thức Diameter với các đặc trưng
ứng dụng diameter cho IMS.

2.3.2.2 Chức năng điều khiển cuộc gọi phiên
Điều khiển cuộc gọi phiên (CSCF) là một máy chủ SIP, là một nút
cần thiết trong IMS. Các CSCF xử lý các bản tin báo hiệu SIP trong IMS.
Có ba loại CSCF phụ thuộc vào các chức năng mà chúng cung cấp:
 Proxy-CSCF (P-CSCF) : là một máy chủ SIP, là điểm đầu tiên liên
lạc giữa đầu cuối IMS và mạng IMS. Nó có thể được đặt ở mạng
khách (trong tồn bộ mạng IMS) hoặc mạng chủ. Một vài mạng có
thể sử dụng thiết bị kiểm soát biên phiên SBC (Session Border
Controller) để thực hiện chức năng này. Để kết nối với hệ thống

IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng
mà nó đang kết nối. Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua
giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) hoặc sẽ
được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP
(Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động tế bào. Chức
năng của P-CSCF bao gồm:

Trang 22


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng IMS

o P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ UE
đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như bản tin phản
hồi từ máy chủ SIP về UE.
o P-CSCF được gán cho đầu cuối IMS trong suốt q trình
đăng ký, và khơng thay đổi trong suốt quá trình đăng ký.
o P-CSCF nằm trên đường đi của tất cả các bản tin báo hiệu và
có thể được gán vào mỗi bản tin.
o P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật
IPSec với thiết bị đầu cuối IMS của người dùng. P-CSCF cịn
có vai trị ngăn cản các tấn cơng như spoofing, replay để đảm
bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng.
o P-CSCF có thể nén và giải nén các bản tin SIP dùng sigcomp,
để giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên
những đường truyền tốc độ thấp (hay giảm độ trễ khi truyền
trên các kênh có băng thơng hẹp).
o P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách

PDF (Policy Decision Function) nhằm quản lý và đảm bảo
QoS cho các dịch vụ đa phương tiện.
o P-CSCF cũng tham gia vào q trình tính cước dịch vụ.
 Interrogating-CSCF (I-CSCF) : là một chức năng SIP khác được
đặt ở biên của miền quản trị. Địa chỉ IP của I-CSCF được công bố
trong DNS (Domain Name System) của miền, vì thế các máy chủ
ứng dụng ở xa có thể tìm thấy I-CSCF và sử dụng I-CSCF như một
điểm chuyển tiếp cho các gói tin SIP tới miền này. Các chức năng
của I-CSCF bao gồm:
o Định tuyến bản tin yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác
đến S-CSCF tương ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ
Trang 23