Nhóm 3 kiến trúc các giao thức IMS

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG I

CHUYÊN ĐỀ
ĐỀ TÀI: KIẾN TRÚC VÀ GIAO THỨC CỦA IMS
NHÓM 01

Giảng viên: TS. HỒNG TRỌNG MINH
Sinh viên: Đồn Văn Phúc - B18DCVT323
Đinh Thị Thanh - B18DCVT395
Bùi Đức Thắng - B18DCVT407

Hà Nội, 10/2021
1


MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................................... 2
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................... 3
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... 4
1. KHÁI NIỆM IMS ...................................................................................................... 8
2. KIẾN TRÚC PHÂN HỆ VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG IMS .......................... 8
2.1 Giới thiệu............................................................................................................... 8
2.2 Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS ................................................ 8
2.2.1 Lớp dịch vụ .................................................................................................... 9
2.2.1.1 Máy chủ ứng dụng (Appication Server – AS) .......................................... 9
2.2.1.2 Máy chủ quản lý Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF ............................ 11
2.2.2 Lớp lõi IMS .................................................................................................. 11
2.2.2.1 Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF) ................................................ 11
2.2.2.2 Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF) ........................................... 14
2.2.2.3 Chức năng điều khiển cổng truyền thông (MGCF) ................................ 15

2.2.2.4 Chức năng tài nguyên truyền thông (MRF) ............................................ 15
2.2.3 Lớp truyền tải .............................................................................................. 16
2.2.3.1 NASS (Network Attachment Subsystem) .............................................. 16
2.2.3.2 RACF (Resource & Admission Control Functionality) ......................... 17
2.2.3.3 PSTN/CSGateway .................................................................................. 17
2.2.3.4 IMSGW và TrGW .................................................................................. 18
2.2.3.5 Mạng truy nhập ....................................................................................... 19
2.3 Các điểm tham chiếu IMS................................................................................. 21
2.4 Các giao thức chính được sử dụng trong IMS ................................................ 24
2.4.1 Giao thức khởi tạo phiên (SIP) .................................................................. 24
2.4.2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước Diameter (AAA) ... 26
2.4.3 Một vài ví dụ về hoạt động của SIP và DIAMETER trong IMS ........... 27
2.4.4 Các giao thức khác ........................................................................................ 30
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 31

2


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng PSTN
đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc. Nhiều kiến trúc
mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mục đích tạo ra một mạng
IP duy nhất. Phân hệ IP Multimedia Subsystem (IMS) là một trong những kiến trúc đã ra
đời trong xu thế phát triển đó. IMS trở thành một phân hệ trong mơ hình mạng thế hệ mới
(NGN) của tất cả các hãng sản xuất các thiết bị viễn thơng và các tổ chức chuẩn hóa trên
thế giới. 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, là một phân hệ không thể
thiếu trong kiến trúc NGN.
Trong bối cảnh như vậy việc triển khai đề tài "Phân hệ đa phương tiện IMS (IP

Multimedia Subsystem)" là rất cần thiết. Mục tiêu của tiểu luận này là tìm hiểu tổng quan
về IMS, kiến trúc phân hệ - các giao thức IMS, các dịch vụ có thể được triển khai trong
đó, phân tích những ưu nhược điểm và khả năng triển khai IMS trong NGN, qua đó có thể
hiểu và thấy được tầm quan trọng của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng tương lai.
Nội dung của chuyên đề bao gồm:
• Tổng quan về IMS
• Kiến trúc của IMS
• Các giao thức về IMS
Do quá trình thực hiện chuyên đề chỉ dựa trên lý thuyết và tìm hiểu tài liệu, chưa được
tiếp xúc thực tế và có các mơ hình thực tiễn để tiếp cận và còn hạn chế về mặt thời gian
nên nhiều vấn đề chưa thể trình bày rõ và chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất
mong được sự thơng cảm và đóng góp ý kiến của thầy và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh
hơn. Nhóm xin chân thành cảm ơn!

3


CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

3GPP

3 Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3

AAA

Authentication, Authorization,

Nhận thự trao quyền và thanh toán

Accounting
API

Application program interface

Giao diện lập trình ứng dụng

AS

Application Server

Server ứng dụng

Asynchronous Transfer Mode

Phương thức truyền tải không đồng

ATM

bộ
BGCF

BS
CAMEL

Breakout gateway controll

Chức năng điều khiển cổng chuyển

function

mạng

Bearer service

Dịch vụ mang

Customized Application for

Mạng Logic cao cấp của những

Mobile Network services

ứng dụng

Enhanced Logic
CCF

Chức năng điều khiển phiên cuộc

Call Control Function

gọi
CDR

Call Detail Record

Bản ghi chi tiết cuộc gọi

CLEC

Competitive Local Exchange

Nhà cung cấp tổng đài nội hạt cạnh

Carrier

tranh

CN

Core network

Mạng lõi

CS

Circuit switched

Chuyển mạch kênh

Call session control function

Chức năng điều khiển phiên cuộc

CSCF

gọi
4


DHCP

Dynamic Host Configuration

Giao thức cấu hình host động

Protocol
DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

ETSI

European Telecommunication

Viện chuẩn viễn thông châu Âu

Standard Institute
GGSN

Gateway GPRS Support Node

Node hỗ trợ GPRS cổng

GSM

Golbal System for Mobile

Hệ thống di động toàn cầu

HSS

Home subscriber server

Server thuê bao nhà

I-CSCF

Interrogating – CSCF

CSCF – truy vấn

IEC

Inter Exchange Carrier

Nhà cung cấp dịch vụ liên tổng đài

IETF

Internet Engineering Task Force

Nhóm đặc trách kĩ thuật Inernet

IP multimedia

Đa phương tiện IP

IP Multimedia Core Network

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP

IM
IM CN SS

Subsystem
IMS

IP Multimedia subsystem

Phân hệ đa phương tiện IP

IMSI

International Mobile Subscriber

Nhận dạng thuê bao di động toàn

Identifier

cầu

Internet Protocol

Giao thức Inernet

IP-Connectivity Access

Mạng truy nhập kết nối IP

IP
IP-CAN

Network
ISDN

Mạng số dịch vụ tích hợp

Integrated Services Digital
Network

5


ISDN

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

Intergrated Serviec Digital
Network

ISIM

IMS SIM

Modul nhận dạng th bao IMS

ITU-T

International

Tiểu ban chuẩn hố viễn thơng

Telecommunication Union-

trong Liên minh viễn thông quốc tế

Telecommunication
Standardization Bureau
LEC

Local Exhange Carrier

Vật mang trong các tổng đài nội hạt

MGCF

Media Gateway Control

Chức năng điều khiển cổng phương

Function

tiện

MGF

Media Gateway Function

Chức năng cổng phương tiện

MMS

Multimedia Message Serviec

Dịch vụ bản tin đa phương tiện

MRFC

Multimedia Resource Function

Bộ điều khiển tài nguyên đa

Control

phương tiện

Multimedia Resource Function

Bộ xử lý tài nguyên đa phương tiện

MRFP

Process
OSA

Open services Architecture

Kiến trúc dịc vụ mở

PCF

Policy Control Function

Chức năng điều khiển hợp đồng

Proxy – CSCF

CSCF - thể quyền

PDN

Packet Data Network

Mạng dữ liệu gói

PDP

Packet Data Protocol

Giao thức dữ liệu gói

PLMN

PublicLandMobile Network

Mạng di động mặt đất cơng cộng

PSTN

Public Switch Telephone

Mạng điện thoại công cộng

P-CSCF

Network
6


Radio Access Bearer

Mang truy nhập vô tuyến

Serving – CSCF

CSCF – phục vụ

SBC

Session Border Control

Điều khiển phiên trung gian

SCS

Service Capability Server

Server có khả năng phục vụ

SDP

Session Description Protocol

Giao thức mơ tả phiên

SGSN

Serving GPRS Support Node

Node hỗ trợ GPRS phục vụ

SGW

Signalling Gateway

Cổng báo hiệu

SIM

Subsciber Identifier Modul

Khối nhận dạng thuê bao

SIP

Session Initiation Protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SLF

Subscriber Locator Function

Chức năng vị trí thuê bao

SSF

Service Switching Function

Chức năng chuyển mạch dịch vụ

THIG

Topology Hiding Interwork

Cổng tương tác ẩn giao thức

RAB
S – CSCF

Gateway
UE

User Equipment

Thiết bị người dùng

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống thơng tin di động tồn

Telecommunication System

cầu

URL

Universal Resource Locator

Vị trí tài ngun tồn cầu

USIM

UMTS SIM

Modul nhận dạng th bao UMTS

ETSI

European Telecommunications

Viện chuẩn hố viễn thơng Châu

Standards Institute

Âu

7


1. KHÁI NIỆM IMS
IMS - thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, là một phần của kiến trúc mạng
thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền
thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa
2G, 3G và 4G với mạng không dây.
IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và phân phối các
dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy
nhập nào.
IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập
hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vơ
tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau
có thể tương vận (interoperability) với nhau, là phần mạng được xây dựng bổ sung cho các
mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện
cho khách hàng đầu cuối.

2. KIẾN TRÚC PHÂN HỆ VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG IMS
2.1 Giới thiệu
IMS là một chuẩn dựa trên mạng viễn thơng tồn IP mà nó sử dụng cả mạng có dây
và khơng dây hiện tại với sự đa dạng các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video,
thoại , văn bản, và dữ liệu.

2.2 Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS
IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng 3GPP khơng chuẩn hóa các node mà là các chức
năng. Điều này có nghĩa rằng kiến trúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn
kết với nhau thông qua các giao tiếp đã được chuẩn hóa.
Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều khiển (hay
còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp truyền tải (hay lớp người dùng).

8


Hình 2.1 Kiến trúc phân lớp của IMS
a. Lớp dịch vụ: bao gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server) và các máy chủ
thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server).
b. Lớp điều khiển: bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS lõi.
c. Lớp truyền tải: bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các mạng truy nhập
kết nối vào mạng lõi IP. Hai thực thể chức năng NASS và RACS địnhnghĩa bởi TISPAN
có thể được xem như thuộc lớp vận tải hay thuộc lớp điều khiển ở trên.

2.2.1 Lớp dịch vụ
2.2.1.1 Máy chủ ứng dụng (Appication Server – AS)
AS là một thành phần SIP, thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý dịch vụ. Tùy thuộc
vào dịch vụ thực tế mà AS hoạt động trong chế độ SIP Proxy, SIP UA hay SIP B2BUA.
Các AS kết nối với S-CFCS thông qua giao tiếp SIP. Có 3 loại AS: SIP AS, OSA-SCS,
IM-SSF. Các máy chủ OSA-SCS, IM-SSF đóng vai trị làm cầu nối để IMS giao tiếp với
OSA và gsmSCF. Ngoài ra các máy chủ có thể được kết nối tới HSS để tải về hoặc gửi lên
các thông tin dữ liệu của khách hàng. SIP AS, OSA-SCS giao tiếp với HSS thông qua giao
thức Diameter trong khi đó IM-SSF sử dụng giao tiếp MAP (Mobile Application Part).
9

AS có thể đặt ở mạng nhà hoặc ở mạng ngoài mà nhà điều hành mạng nhà xác nhận sự
đồng ý dịch vụ. Nếu AS đặt ở ngoài mạng nhà nó khơng tương tác với HSS. Các AS được
mơ tả theo Hình 2.2:

Hình 2.2 Các máy chủ ứng dụng IMS
• SIPAS: Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các dịch vụ đa
phương tiện IP dựa trên nền SIP.
• Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA: OSA-SCS (Open Service Access –Service
capability Server):AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng dụng truy nhập dịch vụ
mở (OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS đặc biệt là khả năng truy
nhập bảo mật từ các mạng bên ngoài. OSA-SCS giao tiếp với máy chủ ứng dụng OSA
thơng qua giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface).
• Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP: IM-SSF (IP Multimedia Service Switching
Function):Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử dụng lại dịch vụ logic
cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động (CAMEL Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic) mà đã được phát triển trong
hệ thống GSM. IM-SSF cho phép chức năng điều khiển dịch vụ GSM (GMSSCF – GSM
Service Control Function) thực hiện điều khiển các phiên IMS. IM-SSF giao tiếp với
GMSCSF thông qua giao tiếp CAP (CAMEL Application Part).
10


2.2.1.2 Máy chủ quản lý Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF
• Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm
lưu trữ cho thơng tin người dùng, nó được phát triển từ HLR (Home Location Register)
trong hệ thống GSM. HSS là một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất các các thuê bao
khách hàng. Dữ liệu này bao gồm thông tin vị trí, thơng tin bảo mật (bao gồm cả thông tin
nhận thực và cho phép), thông tin hồ sơ thuê bao (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đã
đăng ký) và S-CSCF được phân bổ cho thuê bao…
Trong một mạng IMS có thể có nhiều hơn một HSS, thơng thường HSS được xây dựng

theo cơ chế có dự phịng để tránh bị mất thơng tin khi có lỗi xảy ra.
• Chức năng định vị thuê bao SLF (Subscriber location Function) là một CSDL nhằm
xác định thông tin của khách hàng đang được lưu trên HSS nào. Chính vì vậy với những
mạng mà chỉ có 1 HSS thì khơng yêu cầu phải có SLF, tuy nhiên trong trường hợp có nhiều
HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF sẽ được thiết lập nhằm xác
định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.
Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành riêng cho
IMS.

2.2.2 Lớp lõi IMS
Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đa phương tiện.
Các chức năng của nó bao gồm:
2.2.2.1 Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF)
CSCF (Call Session Control Function) là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử
lý các bản tin báo hiệu SIP trong hệ thống IMS. CSCF có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi, hỗ
trợ và giải phóng các phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tương tác dịch vụ của
người dùng. Tùy thuộc vào chức năng mà nhà khai thác cung cấp CSCF có 3 loại:
- P-CSCF (Proxy-CSCF).
11


- I-CSCF (Interrogating-CSCF).
- S-CSCF (Serving-CSCF).

UE

HSS

P-CSCF

I-CSCF

S-CSCF

BGCF

MGCF

IMS-MGW

Hình 2.3 Kiến trúc các CSCF
• Proxy-CSCF (P-CSCF) là một proxy SIP. Sở dĩ gọi là proxy vì nó có thể nhận các u
cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộ phận khác trong hệ thống
IMS. P-CSCF là điểm kết nối đầu tiên (chức năng báo hiệu) giữa các đầu cuối IMS và
mạng IMS - là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Theo quan
điểm từ SIP thì P-CSCF đóng vai trị là một máy chủ outbound/inbound SIP Proxy, điều
này có nghĩa rằng tất cả các yêu cầu khởi tạo phiên được xuất phát hoặc gửi đến một đầu
cuối IMS đều phải chuyển giao qua P-CSCF sau đó nó thực hiện chuyển tiếp các bản tin
SIP yêu cầu và đáp ứng tới hướng tương ứng.
Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong
mạng mà nó đang kết nối. Một P-CSCF được chỉ định cho một đầu cuối IMS trong suốt
q trình đăng ký và khơng thay đổi trong khoảng thời gian này. Chức năng của P-CSCF
bao gồm:
- P-CSCF nằm trên đường truyền của tất cả các thơng điệp báo hiệu trong hệ thống
IMS. Nó có khả năng kiểm tra bất kỳ thông điệp nào. P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển
12


tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như những thông điệp
phản hồi từ máy chủ SIP về UE, điều này ngăn chặn q trình khởi tạo các bản tin khơng

đúng theo khn dạng của SIP từ các đầu cuối IMS.
- P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị IMS của
người dùng. Nó cịn có vai trị ngăn cản các tấn cơng như spoofing, replay để đảm bảo sự
bảo mật và an toàn cho người dùng.
- P-CSCF cũng bao gồm các chức năng nén và giải nén các bản tin SIP. Cơ chế này
giúp giảm được thời gian trễ khi truyền lan các bản tin SIP trong mạng, giảm thiểu khối
lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp.
- 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.
- P-CSCF cũng tham gia vào q trình tính cước dịch vụ.
- P-CSCF có thể được đặt trong mạng chủ hoặc mạng khách, đối với mạng di động dựa
trên nền GPRS, P-CSCF luôn được đặt cùng vị trí với nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS (GGSN
- Gateway GPRS Support Node).
• Serving-CSCF (S-CSCF) là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệu IMS. SCSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chức năng quản lý phiên
dịch vụ. Các chức năng chính của S-CSCF bao gồm:
- Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ người dùng (địa
chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP. S-CSCF đóng vai trị như một máy chủ Registar trong
hệ thống SIP, có nghĩa là S-CSCF duy trì một liên kết giữa vị trí người dùng (như địa chỉ
IP mà người dùng log vào hệ thống) và bản ghi địa chỉ SIP của người dùng.
- S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS về người dùng.
Nó có thể kiểm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn.
- S-CSCF giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ cho người

13


dùng. Nó giữ vai trị định tuyến dịch vụ thơng qua việc sử dụng giải pháp DNS/ENUM
(Electronic Numbering).
- S-CSCF thực hiện các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ. S-CSCF tương tác với
máy chủ AS để yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng. S-CSCF liên lạc với HSS để

lấy thông tin, cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng và tham gia vào quá trình tính cước
dịch vụ.
- S-CSCF ln được đặt trong mạng chủ.
• Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung cấp dịch vụ là
điểm liên lạc cho tất cả các kết nối hướng đến một UE nằm trong mạng đó. Địa chỉ IP của
I-CSCF được chứa trong máy chủ DNS của hệ thống. Chức năng của I-CSCF bao gồm:
- Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương
ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông qua DIAMETER) để cập
nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng. Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán
cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP.
- Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP
đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác.
-I-CSCF cịn mã hố các phần của các thông điệp SIP mà chứa các thông tin nhạy cảm
về vùng như : số lượng server trong vùng ,tên DNS hay dung lượng của chúng. Chức năng
này còn được gọi là THIG ,nó thường khơng được triển khai bởi hầu hết các mạng.
- I-CSCF thường đặt trong mạng chủ.Trong một vài trường hợp đặc biệt (I-CSCF có
tính năng THIG) nó có thể được đặt ở một mạng khách.
2.2.2.2 Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF)
BGCF (Breakout Gateway Control Function) lựa chọn mạng PSTN hoặc mạng
chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng sẽ được định tuyến sang. Nếu BGCF xác định
được rằng lưu lượng chuyển mạng đó sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng
với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN.
14


Nếu lưu lượng chuyển sang mạng không nằm cùng với BGCF thì BGCF sẽ gửi báo hiệu
phiên này tới BGCF đang quản lí mạng đích đó.
BGCF thực hiện các chức năng như sau:
- Nhận yêu cầu từ S-CSCF để lựa chọn một điểm chuyển lưu lượng phù hợp sang
PSTN hay CSN

- Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CSN. Nếu như sự tương tác ở trong
một mạng khác thì BGCF sẽ gửi báo hiệu SIP tới BGCF của mạng đó. Nếu như sự tương
tác nằm trong một mạng khác và nhà khai thác yêu cầu ẩn cấu hình mạng đó thì BGCF gửi
báo hiệu SIP thơng qua một I-CSCF(THIG) về phía BGCF của mạng đó.
- Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN hoặc CSN và gửi báo hiệu
SIP tới MGCF đó. Điều này khơng thể sử dụng khi tương tác nằm trong một mạng khác.
Đưa ra các CDRs BGCF có thể sử dụng thơng tin nhận được từ các giao thức khác hoặc sử
dụng thông tin quản lí khi lựa chọn mạng sẽ tương tác.
2.2.2.3 Chức năng điều khiển cổng truyền thông (MGCF)
MGCF (Media Gateway Control Function) có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện,
bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh
phương tiện; làm trung gian chuyển đổi (conversion) giữa các giao thức báo hiệu ISUP
và SIP.
MGCF quản lý một hay nhiều IM-MGW (IP Multimedia-Media Gateway). IMMGW sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài ngun. IM-MGW đóng vai trị là điểm
chuyển dổi nội dung đa phương tiện giữa mạng chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi
thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác.
2.2.2.4 Chức năng tài nguyên truyền thông (MRF)
Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) được thể hiện
trong hình 2.4 như sau:
15


AS

MRFC

S-CSCF

MRFP

Hình 2.4 Kiến trúc MRF
Chức năng này cung cấp tài nguyên truyền thông trong mạng chủ với khả năng vận
hành thông báo, pha trộn luồng dữ liệu, chuyển đổi các loại mã khác nhau và sắp xếp dữ
liệu đã được phân tích trong hệ thống IMS. MRF ln được đặt trong mạng chủ IMS.
Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện MRF (Media Resource Function) có thể
phân ra thành 2 thành phần: MRFC (Media Resource Function Controller) và MRFP
(Media Resource Function Processor).
- MRFC có vai trị quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương tiện trong MRFP
(Media Resource Function Processor), giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng dụng AS
truyền qua S-CSCF, điều khiển MRFP tương ứng cũng như tham gia vào q trình tính
cước.
- MRFP đóng vai trị quan trọng trong việc thích ứng nội dụng dịch vụ, chuyển đổi
định dạng (transcoding) nội dung.

2.2.3 Lớp truyền tải
Chúng ta xem NASS và RACF là 2 thành phần thuộc lớp vận tải. Vài trò của 2 thành
phần này được miêu tả dưới đây:
2.2.3.1 NASS (Network Attachment Subsystem)
Chức năng chính của NASS bao gồm:
16


- Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thơng số cấu hình khác cho UE
(sử dụng DHCP).
- Nhận thực người dùng trước và trong quá trình cấp phát địa chỉ IP.
- Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ mạng.
- Quản lý định vị người dùng.
- Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng.

2.2.3.2 RACF (Resource & Admission Control Functionality)

RACF bao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (SPDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF).
• S-PDF (Serving Policy Decision Function), dưới yêu cầu của các ứng dụng, sẽ tạo
ra các quyết định về chính sách (policy) bằng việc sử dụng các luật chính sách và chuyển
những quyết định này tới A-RACF. S-DPF cung cấp một cách nhìn trừu tượng về các chức
năng truyền tải với nội dung hay các dịch vụ ứng dụng. Bằng cách sử dụng S-DPF, việc xử
lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ.
•

A-RACF (Access Resource and admission Control Function) nhận các yêu cầu

về tài nguyên QoS từ S-PDF. A-RACF sẽ sử dụng thông tin QoS nhận được từ S-PDF để
quyết định chấp nhận hay không chấp nhận kết nối. A-RACF cũng thực hiện chức năng
đặt trước tài nguyên và điều khiển các thực thể NAT/Firewall.
2.2.3.3 PSTN/CSGateway
PSTN gateway cung cấp giao diện đến mạng chuyển mạch kênh ,cho phép các đầu
cuối IMS có thể thực hiện và nhận các cuộc gọi đến và từ PSTN (hoặc bất cứ mạng chuyển
mạch kênh nào).
IMS kết nối tới mạng PSTN/CS thông qua cổng giao tiếp PSTN chức năng này được
phân chia thành 3 chức năng nhỏ: SGW, MGCF, MGW như trong Hình 2.5.
17


Hình 2.5 Kết nối IMS và mạng PSTN/CS
•

SignallingGateway (SGW)

SGW giao diện với mặt bằng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh.SGW chuyển đổi
giao thức ở lớp thấp, ví dụ, một SGW chuyển MTP sang SCTP trên nền IP. Như vậy, SGW
chuyển đổi ISUP hay BICC trên MTP thành ISUP/BICC trên SCTP/IP, để SS7 chạy trên

nền IP.
• Media Gateway (MGW)
MGW giao diện với mặt bằng phương tiện của mạng chuyển mạch kênh. Một mặt nó
có thể gửi và nhận với IMS qua RTP .Mặt khác nó sử dụng một hay nhiều khe PCM để kế
tnối với mạng chuyển mạch kênh .Hơn nữa MGW thực hiện chuyển mã khi các đầu cuối
IMS khơng hỗ trợ các kiểu mã hố được sử dụng bởi CS (điều này xảy ra khi đầu cuối IMS
sử dụng mã AMR còn đầu cuối PSTN sử dụng kiểu mã hố G.711).
2.2.3.4 IMSGW và TrGW
Như đã nói ,IMS hỗ trợ hai phiên bản IP là IPv4 và IPv6 .Tại một số điểm của một
phiên, sự liên mạng giữa hai phiên bản này có thể xảy ra Để có thể chuyển đổi giữa IPv4
và IPv6 mà không cần một thiết bị hỗ trợ nào ,IMS có thêm hai thực thể chức năng để cung
cấp q trình chuyển đổi ,đó là :IMSA pplication Layer Gateway (IMS- ALG) và
Transition Gateway (TrGW) .Hình1.6 thể hiện mối quan về giữa IMS-ALG ,TrGW và các
phần của IMS.

18


IMS-ALG đóng vai trị như một SIPB2BUA để duy trì 2 phần báo hiệu độc lập, một
hướng đến mạng IMS và một hướng đến mạng khác. Mỗi phần này chạy trên 2 phiên bản
IP khác nhau.

Hình 2.6 IMS-ALG và TrGW
Thêm nữa, IMS-ALG sẽ viết lại SDP bằng cách thay đổi địa chỉ IP và số port được tạo
bởi đầu cuối với một hay nhiều địa chỉ IP và port được cấp phát bởi TrGW. IMS- ALG
tương tác với –CSCF cho lưu lượng vào và với S-CSCF cho lưu lượng ra qua giao diện
Mx.
TrGW thực sự là một NAT-PT/NAPT-PT (Network Address Port Translator- Protocol
Translator). Nó được cấu hình vớ một pool của IPv4 được tự động cấp phát cho một phiên.
TrGW thực hiện việc chuyển đổi tại mặt bằng phương tiện (như RTP, RTCP).

2.2.3.5 Mạng truy nhập
Truy nhập đến mạng lõi thông qua các border Gateway (GGSN/PDG/BAS):
+ Với GPRS/UMTS, GGSN nhận thực UE và điều khiển việc thiết lập các kênh
phương tiện bằng cách sử dụng PDP.
SGSN kết nối RAN đến mạng lõi. Nó có nhiệm vụ thực hiện cả chức năng điều khiển
và xử lý lưu lượng cho mạng PS. Phần điều khiển gồm hai chức năng chính: quản lý sự
thay đổi và quản lý phiên.

19


Hình 2.7 Mạng truy nhập tới IMS
Quản lý thay đổi giám sát vị trí và trạng thái của UE và nhận thực cả thuê bao và UE. Quản
lý phiên xử lý điều khiển cho phép kết nối và bất cứ thay đổi nào trong những kết nối dữ
liệu hiện có. Xử lý lưu lượng là một phần của quản lý phiên.
GGSN cung cấp liên kết với mạng dữ liệu gói bên ngồi (IMS hay Internet). Nói cách
khác GGSN định tuyến các gói IP chứa báo hiệu SIP từ UE đến P-CSCF.
+Với WLAN, PDG điều khiển việc thiết lập tunnel thông qua mạng truy nhập đến UE.
Những tunnel này có bảo mật nhưng khơng có QoS.
+Với 3 GPPR elease 7 hỗ trợ kết nối IP trên mạng truy nhập hữu tuyến qua DSL hay
Cable.

20


2.3 Các điểm tham chiếu IMS

Hình 2.8 Các điểm tham chiếu trong IMS
Điểm tham chiếu IMS có nhiệm vụ là điểm nối giữa các thực thể trong và ngoài mạng
IMS, trao đổi các thơng tin và báo hiệu, tính năng của các điểm tham chiếu được mô tả

trong Bảng 2.1.

Điểm

Thực thể

Mục đích

Giao thức

liên quan
Cr

Cx

Dh

MRFC, AS

MRFC nhận tư liệu (các kịch bản và tài
nguyên) từ một AS

I-CSCF, S-CSCF,

Thông tin giữa HSS và I-CSCF/S-

HSS

CSCF

SIP AS, OSA, SCF,

AS sử dụng để tìm chính xác HSS cần

IM-SSF, HSS

thiết trong môi trường nhiều HSS

21

HTTP

Diameter

Diameter


Dx

Gm

I-CSCF, S-CSCF,
SLF

UE, P-CSCF

I-CSCF/S-CSCF sử dụng để tìm chính
xác HSS cần thiết trong môi trường

Diameter

nhiều HSS
Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu
SIP giữa UE và IMS

SIP

Cho phép nhà khai thác điều khiển QoS
PDF, GGSN
Go

trong mặt phẳng người dùng và chuyển

COPS

đổi thơng tin liên quan đến tính cước
giữa IMS và mạng GPRS
P-CSCF, PDF

Gq

Truyền tải thông tin liên quan đến
quyết định chính sách giữa P-CSCF và

Diameter

PDF
ISC

S-CSCF, I-CSCF,

Truyền tải tất cả các bản tin giữa AS và

AS

CSCF

SIP

MGCF chuyển đổi bản tin báo hiệu
Mg

MGCF -» I-CSCF

ISUP thành bản tin báo hiệu SIP và

SIP

chuyển tiếp tới I –CSCF

Mi

S-CSCF -» BGCF

BGCF -> MGCF
Mj

Truyền tải thông tin qua lại giữa SCSCF và BGCF

SIP

Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF
và MGCF trong cùng một mạng lõi

SIP

IMS
Truyền tải thông tin qua lại giữa BGCF
Mk

BGCF -> BGCF

và MGCF thuộc các mạng IMS khác
nhau.
22

SIP


Mm

I-CSCF, S-CSCF,

Truyền tải thông tin qua lại giữa các

mạng IP ngồi

mạng IP và IMS

Mn

MGCF, IM-MGW

Mp

MRFC, MRFP

Mr

S-CSCF, MRFC

Mw

Truyền tải thơng tin qua lại giữa MRFP
và MRFC
Truyền tải thông tin qua lại giữa SCSCF và MRFC
Truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu

CSCF

giữa các CSCF

MGCF, AS, MRFC,
CDF

Ro

người dùng

P-CSCF, I-CSCF, S-

Các CSCF, BGCF,
Rf

Điều khiển tài nguyên trong mặt phẳng

Các thực thể IMS sử dụng trong tính
cước offline đến OCS.

AS, MRCF, OCS, S-

AS, MRCF, S-CSCF sử dụng cho tính

CSCF

cước trực tuyến tới OCS

SIP

H.248

H.248

SIP

SIP

Diameter

Diameter

Thơng tin dịch vụ liên quan tính cước
Rx

P-CSCF, AS, CRF

động được chuyển giữa CRF và các

Diameter

thực thể IMS
Si

Ut

IM-SSF, HSS

Truyền tải tất cả các bản tin giữa IMSSF và HSS

UE, AS (SIP AS,

Cho phép UE quản lý các thông tin liên

OSA SCS, IM-SSF)

qua đến dịch vụ của mình

MAP

HTTP

Bảng 2.1 Các điểm tham chiếu liên kết các chức năng trong mạng lõi IMS

23


2.4 Các giao thức chính được 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.

2.4.1 Giao thức khởi tạo phiên (SIP)
SIP (Session Initiation Protocol) đã được chọn là giao thức khởi tạo phiên cho IMS,
SIP được IETF chuẩn hóa trong RFC 3261 (Request for Command).
SIP tn theo mơ hình khách - chủ (client-server). 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. Ngoài 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.
SIP là một giao thức thuộc lớp ứng dụng được sử dụng cho việc thiết lập, điều chỉnh và
kết cuối các phiên đa phương tiện trong một mạng IP. Nó là một phần của kiến trúc đa
phương tiện– màn hững giao thức vẫn đang được chuẩn hố bởi IETF. Các ứng dụng của
nó bao gồm: voice, video, gaming, messagging, điều khiển cuộc gọi và presence.
Các thành phần trong SIP có thể phân loại thành các User Agent (UA) và các thành
phần trung gian (là các servers).
Một UA là một điểm cuối của một cuộc gọi, nó gửi và nhận các yêu cầu và đáp ứng
SIP, nó là điểm kết thúc của các dòng đang phương tiện nên thường nó cịn được gọi là

UE. UA bao gồm 2 phần:
- User Agent Client (UAC): còn được gọi là Calling Agent User là một ứng dụng có
chức năng khởi tạo yêu cầu SIP.

24


- User Agent Server (UAS): còn gọi là Called Agent User tiếp nhận, gửi trả lại, từ chối
yêu cầu và gửi đáp ứng về cho user gửi yêu cầu.

Hình 2.9 Các thành phần SIP
Các thành phần trung gian là các thực thể chuyển các bản tin SIP đến đích, chúng được
sử dụng để định tuyến và gửi lại các yêu cầu. Những server này bao gồm:
• Proxyserver: nhận và chuyển tiếp các yêu cầu. Nó có thể biên dịch và viết lại bản
tin mà không ảnh hướng đến trạng thái yêu cầu. Một proxyserver có thể gửi một yêu cầu
đến một số địa điểm tại cùng một thời điểm– đặc điểm này gọi là
“forkingproxy”. Có 3 loại proxy server:
- dialog-statefullproxy: một proxy là dialog-statefull nếu nó duy trì trạng thái cuộc gọi
từ yêu cầu khở itạ (INVITE) đến yêu cầu kết thúc (BYE)
- transaction-statefullproxy: là một proxy nếu nó có cơ cấu chuyển dịch trạng thái
client và server trong quá trình yêu cầu
- statelessproxy: là một proxy mà chuyển tiếp mọi u cầu và đáp ứng mà nó nhận
được.
• Redirectserver: ánh xạ địa chỉ yêu cầu thành đại chỉ mới và trả lại địa chỉ này về
client. Nó khơng khởi tạo một yêu cầu SIP và không chuyển các yêu cầu tới các server
khác, khơng giống như proxy server.
• Locationserver: là server giữ vị trí của user.

25