Nghiên cứu thiết kế hệ thống voice mail trên IMS

NGUYỄN NGỌC DÂN

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

..

NGUYỄN NGỌC DÂN

CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG VOICE MAIL
TRÊN IMS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
KHOÁ 2008 - 2010

Hà Nội – Năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC DÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG VOICE
MAIL TRÊN IMS

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
KHOÁ 2008 – 2010

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH

HÀ NỘI, NĂM 2011


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả thực hiện trong luận văn là kết quả nghiên
cứu trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin tron luận văn được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Dân

1


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

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. Việc
hội tụ các khái niệm Điện tử - Viễn thông – Công nghệ thông tin đã làm mờ các ranh
giới tách bách các ngành trên với nhau, các nhà khai thác dịch vụ công nghệ thông tin
Internet cũng tham gia vào thị trường viễn thông trên cơ sở hạ tầng mạng Internet trải
rộng khắp toàn cầu với nhiều dịch vụ cơ bản, dịch vụ giá trị gia tăng tiện dụng giá cả
hết sức cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông truyền thống. Xu hướng
này đặt ra một vấn đề tận dụng khả năng di động và nền tảng hạ tầng mạng IP
thuận tiện cho khai thác, quản lý để tạo ra nhiều sản phẩm, dịch vụ và là yếu tố
quyết định trong chiến lược cạnh tranh và phát triển của các doanh nghiệp tham
gia thị trường viễn thông trên thế giới. Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình
phát triển hợp nhất các mạng với mục đích tạo ra một mạng IP duy nhất. Phân hệ IP
Multimedia Subsystem (IMS) là một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát
triển đó. Với IMS, người dùng có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng
di động và đồng thời có thể 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 mơ 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.
Trong thời gian nghiên cứu thực hiện, được sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hữu
Thanh, tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp cho mình “Nghiên cứu thiết kế hệ thống Voice
mail trên nền IMS, khả năng ứng dụng trong mạng VNPT”. Đề tài tập trung nghiên
cứu, thiết kế hệ thống Voice mail sử dụng IMS, các yêu về công nghệ, kỹ thuật, thương
mại khả năng áp dụng trong thực tế đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ khách hàng và
mang lại doanh thu cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.

2

Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Hữu Thanh đã giúp
đỡ nhiệt tình cho cá nhân tơi hồn thành đồ án của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 28 tháng 03 năm 2011
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Dân

3


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Xu hướng hội tụ mạng Internet mạng di động và mạng điện thoại cố định đang ngày
một trở nên cần thiết và được chú trọng. Phân hệ IMS ra đời như là một kiến trúc để đạt
được mục đích đó.
Việc nghiên cứu thiết kế các dịch vụ trên nền IMS có ý nghĩa quan trọng trong việc
xem xét đánh giá, tính khả thi của IMS khi thương mại hoá và cung cấp dịch vụ ra thị
trường mang lại nhiều tiện ích cho người tiêu dùng và cả các nhà cung cấp dịch vụ trong
tương lai. Dịch vụ Voice mail là một trong những dịch vụ cơ bản của mạng di động, việc
thiết kế hệ thống trên nền IMS để duy trì dịch vụ trên nền platform dịch vụ mới là những
yêu cầu bắt buộc của IMS với các nền tảng cung cấp dịch vụ hiện tại. Do vậy đồ án của
tôi tập trung nghiên cứu lý thuyết, thiết kế và áp dụng mơ hình thực tế về các phần sau:
• Tổng quan chung về IMS

• Thiết kế hệ thống Voice mail trên nền IMS: cơ bản về dịch vụ, thiết kế,
triển khai hệ thống…

4


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

ABSTRACT
Nowadays, the tendency of converging the Internet and the Cellular Worlds not
only becomes more and more essential. Therefore, IMS architecture is created to
achieve this goal.
The research design of IMS-based services are important in considering the
assessment, the feasibility of the commercialization of IMS and service provider
market brings more benefits to consumers and all service providers in the future. Voice
mail service is one of the basic services of mobile networks, the design of IMS-based
system to maintain a platform-based services are services required by IMS to provide
the foundation current services. So my thesis focused on studying the theory, design
and practical application of models of the following components:
• Overview of IMS
• Voice mail systems design based on IMS: basic services, design, systems
implementation

5


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN................................................................................................. 4
ABSTRACT ........................................................................................................... 5
MỤC LỤC.............................................................................................................. 6
DANH SÁCH HÌNH VẼ .....................................................................................10
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT .............................................................................13
Chương 0

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI......................................................................15

0.1

Tầm quan trọng của đề tài...................................................................15

0.2

Nội dung nghiên cứu của đề tài ..........................................................16

Chương 1

TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS ...................................................17

1.1

Vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di động 3G..17

1.2

Các yêu cầu của IMS ..........................................................................18

1.2.1

Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP ................................18

1.2.2

Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS ....................................................18

1.2.3

Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch

kênh (PSTN).................................................................................................19
1.2.4

Hỗ trợ chuyển vùng .........................................................................19

1.2.5

Hỗ trợ điều khiển dịch vụ ................................................................19

1.2.6

Hỗ trợ phát triển các dịch vụ ...........................................................20

1.2.7

Hỗ trợ đa truy nhập..........................................................................20

1.3

Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS.................................20

1.3.1

Giao thức điều khiển phiên..............................................................20

1.3.2

Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước ........................21

1.3.3

Các giao thức khác ..........................................................................22

1.4

Tổng quan kiến trúc IMS ....................................................................22
6


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

1.4.2

CSCF - Call/Session Control Function. ..........................................24

1.4.3

Cơ sở dữ liệu : HSS và SLF ............................................................27

1.4.4

AS (Application server)...................................................................28

1.4.5

MRF.................................................................................................30

1.4.6

BGCF...............................................................................................30

1.4.7

IMS-ALG và TrGW ........................................................................30

1.4.8

PSTN/CS gateway ...........................................................................31

1.4.9

Mạng chủ và mạng khách................................................................33

1.5

Nhận dạng người dùng trong IMS ......................................................35

1.5.1

Nhận dạng người dùng công cộng...................................................36

1.5.2

Nhận dạng người dùng cá nhân.......................................................37

1.5.3

Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và nhận dạng người

dùng công cộng. ...........................................................................................37
1.5.4

Nhận dạng dịch vụ công công .........................................................39

1.5.5

SIM, USIM và ISIM trong 3GPP....................................................39

Chương 2

GIAO THỨC HỖ TRỢ CHỨNG THỰC, CẤP QUYỀN, TÍNH

CƯỚC TRONG IMS............................................................................................44

2.1

Chứng thực và cấp quyền trong IMS..................................................44

2.2

Giao thức Diameter.............................................................................45

2.2.1

Cấu trúc bản tin Diameter................................................................48

2.2.2

Cặp giá trị thuộc tính .......................................................................50

2.2.3

Địa chỉ AAA và AAAS ...................................................................52

2.2.4

Giao thức Diameter cơ bản..............................................................53

2.2.5

Các AVP trong giao thức Diameter cơ bản.....................................57

2.3

Giao diện Cx và Dx.............................................................................60

2.3.1

Những lệnh trong Diameter ứng dụng cho giao diện Cx ................61

2.3.2

Các AVP trong Diameter ứng dụng cho giao diện Cx ....................68
7


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

2.4

Nguyễn Ngọc Dân

Thông tin người dùng .........................................................................73

2.4.1

Cấu trúc tổng quát thông tin người dùng.........................................73

2.4.2

Nhận dạng công cộng ......................................................................74

2.4.3

Cấp quyền cho mạng lõi dịch vụ .....................................................74

2.4.4

Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu ...........................................................75

2.5

Giao diện Sh........................................................................................77

2.5.1

Dữ liệu người dùng trên giao diện Sh .............................................77

2.5.2

Các lệnh định nghĩa trên Diameter ứng dụng cho giao diện Sh......78

2.5.3

Các AVP định nghĩa trong Diameter ứng dụng cho giao diện Sh ..81

2.6
Chương 3
3.1

Tính cước ............................................................................................82
THIẾT KẾ HỆ THỐNG VOICE MAIL TRÊN IMS......................83
Khái niệm dịch vụ Hộp thư thoại........................................................83

3.1.1

Khái niệm chung..............................................................................83

3.1.2

Ưu điểm dịch vụ Hộp thư thoại.......................................................85

3.1.3

Hệ thống cung cấp dịch vụ Hộp thư thoại trong phạm vi IMS .......85

3.2

Thiết kế hệ thống Voice Mail .............................................................87

3.2.1

Kiến trúc hệ thống ...........................................................................87

3.2.2

Erlang và nguyên tắc thiết kế của Erlang ........................................88

3.2.3

Logic dịch vụ ...................................................................................90

3.2.4

Các module hệ thống .......................................................................92

3.2.5

Các giao thức ...................................................................................95

3.3

Tiến trình cuộc gọi (Call flow) Voice Mail trên IMS.........................97

3.3.1

IMS client đăng ký dịch vụ .............................................................98

3.3.2

Trường hợp IMS client gọi IMS client............................................99

3.3.3

Trường hợp thuê bao PSTN gọi IMS client ..................................104

Chương 4

ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VNPT ..........................................109

4.1

Hiện trạng và định hướng phát triển mạng lưới VNPT ....................109
8

Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

4.2

Hiện trạng cung cấp dịch vụ Hộp thư thoại tại VNPT .....................111

4.3

Đề xuất triển khai Hệ thống Hộp thư thoại trên IMS VNPT............113

KẾT LUẬN ........................................................................................................117
PHỤ LỤC...........................................................................................................118
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................119

9


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Chương 0

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI......................................................................15

Chương 1

TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS ...................................................17

Hình 1.1

Kiến trúc của mạng UMTS ..................................................17

Hình 1.2

Tổng quan kiến trúc IMS ......................................................23

Hình 1.3

Cấu trúc của HSS ..................................................................27

Hình 1.4

Application Server ................................................................29

Hình 1.5

IMS-ALG và TrGW..............................................................31

Hình 1.6

PSTN/CS Getway giao tiếp với một mạng CS .....................32

Hình 1.7

P-CSCF đặt tại mạng khách ..................................................34

Hình 1.8

P-CSCF đặt tại mạng chủ......................................................35

Hình 1.9

Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và cơng cộng

trong Realese 5..........................................................................................38
Hình 1.10

Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và cơng cộng

trong Release 6...........................................................................................38
Hình 1.11

Cấu trúc đơn giản hóa của USIM..........................................40

Hình 1.12

Cấu trúc của ứng dụng ISIM.................................................42

Chương 2

GIAO THỨC HỖ TRỢ CHỨNG THỰC, CẤP QUYỀN, TÍNH

CƯỚC TRONG IMS............................................................................................44
Hình 2.1

Sơ đồ xác thực và cấp quyền trong IMS ...............................45

Hình 2.2

Giao thức Diameter cơ bản và các ứng dụng ........................46

Hình 2.3

Cấu trúc bản tin Diameter .....................................................49

Hình 2.4

Cấu trúc của AVP..................................................................51

Hình 2.5

Các lệnh cơ bản của Diameter ..............................................54

Hình 2.6

Một số AVP...........................................................................58

10


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Hình 2.7

Nguyễn Ngọc Dân

Các lệnh định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện Cx
62

Hình 2.8

Bản tin UAR/UAA, MAR/MAA trong quá trình đăng ký ...64

Hình 2.9

Bản tin LIR/LIA và bản tin SAR/SAA .................................66

Hình 2.10

Bản tin RTR/RTA .................................................................67

Hình 2.11

Bản tin PPR/PPA...................................................................67

Hình 2.12

Các AVP định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện

Cx

69

Hình 2.13

Cấu trúc thơng tin người dung ..............................................73

Hình 2.14

Cấu trúc tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu....................................75

Hình 2.15

Danh sách lệnh được định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho

giao diện Sh 78
Hình 2.16

Bản tin UDR/ UDA...............................................................79

Hình 2.17

Bản tin PUR/PUA .................................................................79

Hình 2.18

Bản tin SNR/SNA và bản tin PNR/PNA ..............................80

Hình 2.19

Các AVP định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện Sh
81

Chương 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG VOICE MAIL TRÊN IMS......................83

Hình 3.1

Quy trình xử lý cuộc gọi dịch vụ HTT trong mạng di động .84

Hình 3.2

Quy trình xử lý cuộc gọi dịch vụ HTT trong mạng cố định .84

Hình 3.3

Mơ hình đơn giản của IMS ...................................................86

Hình 3.4

Sơ đồ khối chức năng hệ thống Voice Mail..........................87

Hình 3.5

Sơ đồ cấu trúc hình cây trong Erlang....................................90

Hình 3.6

Thiết kế cơ bản MGC............................................................91

Hình 3.7

Thiết kế cơ bản MG ..............................................................91

Hình 3.8

Tổng quan về hệ thống Voice Mail ( MGC, MG, các giao

diện)

93
11


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

Hình 3.9

Giao diện giữa CSCF với HSS..............................................96

Hình 3.10

Bản tin SNR/SNA và PNR/PNA giữa HSS và VMS ...........97

Hình 3.11

Quá trình đăng ký..................................................................98

Hình 3.12

Báo hiệu giữa hai IMS Client với VMS (thuê bao bận) .......99

Hình 3.13

Báo hiệu giữa hai IMS Client với VMS (thuê bao tạm thời

không liên lạc được) ................................................................................100
Hình 3.14

Báo hiệu giữa hai IMS Client với VMS (thuê bao khơng trả

lời)

101

Hình 3.15

Báo hiệu giữa th bao PSTN, IMS Client và VMS (thuê bao

bận)

104

Hình 3.16

Báo hiệu giữa thuê bao PSTN, IMS Client và VMS (thuê bao

tạm thời không liên lạc được) ..................................................................105
Hình 3.17

Báo hiệu giữa thuê bao PSTN, IMS Client và VMS (thuê bao

không trả lời)............................................................................................106
Chương 4

ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VNPT ..........................................109

Hình 4.1

Sơ đồ tổng quát mạng truyền tải IP của VNPT...................109

Hình 4.2

Thực tế triển khai mạng truyền tải IP của VNPT ...............110

Hình 4.3

Sơ đồ kết nối mạng VoIP NGN với mạng hiện tại của VNPT
111

Hình 4.4

Cấu trúc tổng thể mạng IMS của VNPT .............................114

Hình 4.5

Kết nối với mạng ngồi của 5100 CMS..............................115

Hình 4.6

Kết nối phần cứng trong 5100 CMS ...................................116

12


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
3GPP
AAA
AS
AuC
AVP
CSCF
DNS
FQDN
GGSN
GPRS
HLR
HSS
IANA
IETF
IFC
IMS
IMSI
IP
Ipsec
ITU
MRF

MSC
PDF

3rd Generation
Partnership Project
Authentication
Authorization
Accounting
Application Server
Authetication Center
Atribute Value Pair
Call/Session Control
Function
Domain Name System
Fully Qualified Domain
Name
Getway GPRS Suport
Node
General Packet Radio
Service
Home Location Register
Home Subcriber Server
Internet Assigned
Numbers Authority
Internet Engineering
Task Force
Initial Filter Criteria
IP Multimedia
Subsystem
International Mobile

Subscriber Identity
Internet Protocol
Internet Protocol
security
International
Telecommunication
Union
Media Resource Funtion
Mobile Switching
Center
Policy Decision
Function

Dự án cộng tác mạng thế hệ thứ 3
Chứng thực, cấp quyền, tính cước
Máy chủ ứng dụng
Trung tâm nhận thực
Cặp giá trị thuộc tính
Khối chức năng điều khiển phiên và cuộc gọi
Hệ thống tên miền
Tên miền đủ điểu kiện
Cổng hỗ trợ nút GPRS
Dịch vụ chuyển gói rộng khắp qua sóng vơ
tuyến
Bộ đăng ký vị trí máy chủ
Máy chủ th bao
Tổ chức cấp phát số hiệu internet
Lực lượng quản lý kỹ thuật
Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu
Phân hệ IP đa phương tiện

Nhận dạng thuê bao di động quốc tế
Giao thức mạng
Giao thức bảo mật mạng
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Chức năng tài nguyên media
Trung tâm chuyển mạch di động
Khối chức năng giải quyết chính sách

13


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS
RADIUS
RTP
SDP
SGSN
SIP
SLF
SP
TP
UMTS

Remote Authentication
Dial In User Service
Real-Time Transport
Protocol
Session Description
Protocol
Serving GPRS Support
Node

Session Initiation
Protocol
Subcriber Location
Function
Service Point
Triger Point
Universal Mobile
Telecommunication
System

Nguyễn Ngọc Dân

Dịch vụ chứng thực cuộc gọi người dùng từ xa
Giao thức vận chuyển thời gian thực
Giao thức mô tả phiên
Nút hỗ trợ phục vụ GPRS
Giao thức khởi tạo phiên
Khối chức năng vị trí thuê bao
Điểm dịch vụ
Điểm kích hoạt dịch vụ
Hệ thống viễn thơng di động quốc tế

14


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Chương 0

Nguyễn Ngọc Dân

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

0.1 Tầm quan trọng của đề tài
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đặc biệt là trong
lĩnh vực viễn thông, các dịch vụ được phát triển ngày càng trở nên phong phú, đa dạng.
Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của Internet càng tạo ra nền tảng cho việc phát
triển cho rất nhiều dịch vụ. Với mong muốn kết hợp các dịch vụ Internet và các dịch vụ
di động truyền thống, các nhà phát triển đã không ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra
các kiến trúc mạng mới, các cơng 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 các dịch vụ đó.
Việc nghiên cứu, nắm bắt được đặc thù công nghệ, ưu nhược điểm để có lộ trình
tiếp cận, kế hoạch đầu tư cụ thể và mơ hình cũng như các dịch vụ trong từng giai đoạn
là hết sức cần thiết trong mục tiêu hướng đến hội tụ cố định di động. Tại thị trường
Việt Nam tập đồn Bưu chính Viễn thơng Việt Nam đã thực hiện kế hoạch đầu tư theo
lộ trình đầu tư mạng lưới thế hệ mới trong đó IMS đang trong giai đoạn triển khai,
trước mắt tập trung cho phần cố định. Dịch vụ Voice Mail là một trong những dịch vụ
được triển khai trong giai đoạn đầu của dự án.
Trong phạm vi của đề tài, tôi hy vọng đã phần nào phân tích làm rõ được các khái
niệm, đặc điểm , cơ chế hoạt động của IMS. Việc thiết kế hệ thống Voice Mail trên nền
IMS, mơ hình áp dụng dịch vụ trong giai đoạn này là hết sức cần thiết.
Đề tài cũng đã thực hiện đánh giá thực trạng mạng lưới VNPT, thực trạng hệ thống
cung cấp dịch vụ Voice Mail của VNPT từ đó đưa ra các khuyến nghị và lựa chọn
được thiết bị phù hợp với yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ thống, cũng như đề xuất các
giai đoạn thực hiện cung cấp dịch vụ trên nền IMS

15

Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

0.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài
Với mục đích nghiên cứu thiết kế hệ thống Voice Mail trên IMS, đề tài của tôi bao
gồm các nội dung chính sau:
• Chương 1 Tổng quan kiến trúc IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS, các
thành phần, chức năng của từng thành phần và kiến trúc triển khai
• Chương 2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước trong
IMS: Trình bày về giao thức Diameter và cấu trúc cơ sở dữ liệu người
dùng.
• Chương 3 Thiết kế hệ thống Voice mail trên IMS trong đó tập trung
thiết kế kiến trúc của Voice Server, các logic dịch vụ, các giao thức làm
việc trong nội bộ Voice Server cũng như giao thức làm việc với các thành
phần khác trong IMS
• Chương 4 Đề xuất ứng dụng trong mạng VNPT: Đánh giá thực trạng
mạng lưới của VNPT, mạng khai thác dịch vụ Hộp thư thoại trên mạng
VNPT, các bất cập và đề xuất hướng triển khai
• Chương 5 Kết luận: Các kết luận và hướng phát triển của đề tài.

16


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Chương 1

Nguyễn Ngọc Dân

TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS

Trong chương này ta sẽ tìm hiểu về vị trí và vai trị của phân hệ IMS trong kiến trúc
mạng di động 3G, những yêu cầu khi xây dựng phân hệ IMS và tổng quan về các giao
thức, các thành phần chức năng và các cách nhận dạng người dùng trong kiến trúc IMS.

1.1 Vị trí và vai trị của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di động 3G
Mạng di động 3G được phân chia logic thành mạng truy nhập (Access Network) và
mạng lõi (Core Network). Phía trên cơ sở hạ tầng mạng là nền tảng dịch vụ được sử
dụng để tạo ra các dịch vụ khác nhau. Hình 1.1 chỉ ra kiến trúc mạng 3G UMTS.

Hình 1.1

Kiến trúc của mạng UMTS

Mạng hỗ trợ hai kiểu mạng truy nhập khác nhau:
- Base-station System (BSS) là mạng truy cập GSM
- Radio Network Subsystem (RNS) là mạng truy cập UMTS.
Mạng lõi bao gồm miền chuyển mạch kênh (CS) và miền chuyển mạch gói (PS). Hai
miền này khác nhau trong cách chúng xử lý dữ liệu. Miền chuyển mạch kênh dành sẵn
các kênh cho lưu lượng của người dùng. Do đó được sử dụng cho các dịch vụ thời gian
thực và dịch vụ hội đàm như dịch vụ thoại và dịch vụ hội nghị video. Miền chuyển mạch
gói được sử dụng cho các ứng dụng dữ liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối như truyền file,
truy cập web và e-mail.

17


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

Phân hệ IMS như trong hình vẽ là một phần trong miền chuyển mạch gói. Chức năng
của IMS là cung cấp các dịch đa phương tiện trên nền IP, bao gồm các dịch vụ thời gian
thực như trong miền chuyển mạch kênh. Do đó IMS sẽ làm cho miền chuyển mạch kênh
dần dần được thay thế trong tương lai.

1.2 Các yêu cầu của IMS
IMS được xây dựng và phát triển với mục đích phải kết hợp được những xu hướng
cơng nghệ mới nhất, làm cho mơ hình Internet - Mobile trở thành hiện thực, tạo ra một
nền tảng chung để phát triển các dịch vụ multimedia đa dạng và tạo ra nhiều lợi nhuận
hơn trong việc thúc đẩy khách hàng sử dụng miền chuyển mạch gói trong 3G. Để đạt
được những mục đích đó thì IMS đã được định nghĩa như là một nền tảng kiến trúc để
truyền tải các dịch vụ multimedia IP tới người dùng cuối. Nền tảng đó phải thực hiện
được những yêu cầu sau:
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 thơng 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
thơng 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.

18

Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

1.2.3 Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh
(PSTN)
Hỗ trợ làm việc liên kết vơi 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 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 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

19


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

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.
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 khơng 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 cơng 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 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS

Kiến trúc IMS do 3GPP phát triển dựa trên các giao thức IP được chuẩn hóa bởi
IETF. Giao thức IP bao gồm các giao thức về điều khiển phiên, các giao thức về chứng
thực, cấp quyền và tính tốn (AAA) và một số các giao thức khác.
1.3.1 Giao thức điều khiển phiên
Các giao thức điều khiển cuộc đóng vai trị chìa khóa trong bất kì một hệ thống điện
thoại nào. Trong mạng chuyển mạch kênh, các giao thức điều khiển cuộc gọi quan trọng
nhất là TUP (Telephony User Part, ITU-T khuyến nghị Q.721), ISUP ( ISDN User Part,

20


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

ITU-T, khuyến nghị Q.761) và BICC (Bearer Independent Call Control, ITU-T khuyến
nghị Q.1901).
SIP đã được chọn là giao thức điều khiển phiên cho IMS trong nhiều giao thức điều
khiển phiên phiên dựa trên IP khác như BICC và H323. SIP được IETF chuẩn hóa trong
RFC 3261 (Request for Command). SIP tn theo mơ hình khách - chủ (client-server).
SIP được thiết kế dựa trên các nguyên lý cơ bản từ hai giao thức HTTP, SMTP. Nên SIP
thừa kế hầu hết các đặc tính quan trọng của hai giao thức này. Điều này tạo ra sức mạnh
cho nó bởi HTTP và SMTP là các giao thức đã rất thành công trong mạng Internet.
Không giống như H323 và BICC, SIP không phân biệt giao diện người dùng tới mạng
(User-to-Network) với giao diện mạng với mạng (Network-to-Network). Trong mơ hình
SIP chỉ có một giao thức duy nhất hoạt động thơng suốt. Ngồi ra SIP là một giao thức
dưới dạng văn bản do đó nó dễ dàng mở rộng, gỡ rối và phát triển các dịch vụ.
1.3.2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước
Diameter dựa trên RFC 3588 được chọn là giao thức AAA trong mạng IMS.
Diameter được phát triển từ giao thức RADIUS (RFC 2865) là một giao thức được sử

dụng phổ biến trong Internet để thực hiện chứng thực, cấp quyền và tính cước. Ví dụ khi
một người dùng quay số đến một nhà cung cấp dịch vụ Internet, máy chủ truy nhập
mạng sử dụng RADIUS để chứng thực cấp quyền cho user.
Diameter bao gồm một giao thức cơ bản và giao thức này được bổ sung bởi các
Diameter ứng dụng. Các Diameter ứng dụng là các tùy biến hoặc là các mở rộng
Diameter để phù hợp với các môi trường cụ thể.
IMS sử dụng Diameter trong nhiều giao diện, mặc dù vậy các giao diện này có thể sử
dụng các ứng dụng Diameter khác nhau. Ví dụ IMS sử dụng một Diameter ứng dụng
trong quá trình thiết lập cuộc gọi nhưng lại sử dụng một Diameter ứng dụng khác trong
tính cước.

21


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Nguyễn Ngọc Dân

1.3.3 Các giao thức khác
Bên cạnh SIP và Diameter, IMS còn sử dụng nhiều giao thức khác. Giao thức dịch vụ
chính sách mở thơng thường COPS (Common Open Policy Service) được dùng để
truyền tải chính sách giữa các điểm quyết định dịch vụ PDPs (Policy Decision Points) và
các điểm thực hiện chính sách ( Policy Enforcement Points).
H.248 (ITU-T khuyến nghị H.248) được sử dụng bởi các nút báo hiệu để điều khiển
các nút trong mặt phẳng media.
RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RCTP (RTP Control Protocol,
RFC 3550) dùng để truyền tải media như video và audio.

1.4 Tổng quan kiến trúc IMS
IMS khơng được chuẩn hố theo các nút mà dựa trên chức năng. Điều này có nghĩa là

kiến trúc IMS là một tập hợp các chức năng được liên kết với nhau bởi các giao diện.
Các chức năng có thể được kết hợp lại trong mơt nút hoặc một chức năng thể được tách
ra thực hiện trong 2 nút hoặc nhiều hơn. Thông thường các nhà cung cấp thường thực
hiện một chức năng trong mỗi nút riêng lẻ.

22


Luận văn thạc sỹ khoa học - Voice Mail over IMS

Hình 1.2

Nguyễn Ngọc Dân

Tổng quan kiến trúc IMS

Hình vẽ 1.2 thể hiện tổng quan kiến trúc IMS. Trong hình vẽ này các giao diện báo
hiệu trong IMS được thể hiện bằng hai hoặc ba chữ cái.
Bên phải của hình vẽ là các thiết bị IMS. Phía dưới là thiết bị di động IMS thường
được gọi là thiết bị người dùng UE. Thiết bị đầu cuối IMS kết nối tới mạng chuyển mạch
gói thơng qua liên kết vơ tuyến. IMS đồng thời cũng hỗ trợ các kiểu truy nhập và các
thiết bị khác như PDA (Personal Digital Assistant) và máy tính. Các thiết bị này có thể
truy nhập qua ADSL hoặc WLAN.
Phần cịn lại của hình vẽ chỉ ra các nút 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)

23