Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống IMS trên nền mạng NGN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGUYỄN THỊ MINH CHÂU 0620003
TRẦN QUỐC CƯỜNG 0620006
Đề tài:
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
IMS TRÊN NỀN MẠNG NGN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
CHUYÊN NGÀNH: VIỄN THÔNG VÀ MẠNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. ThS. NGÔ ĐẮC THUẦN
2. ThS. HUỲNH PHÚ TRUNG - Công ty TMA Solutions
Thành phố Hồ Chí Minh – năm 2010


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên chúng em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Ngô Đắc Thuần đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đề tài. Thầy luôn quan tâm
theo sát tiến độ và đưa ra những đóng góp quý báo giúp chúng em sửa chữa và hoàn
thiện luận văn tốt nghiệp.
Chúng em chân thành cảm ơn ThS. Huỳnh Phú Trung, công ty TMA
Solutions, đã nhiệt tình truyền đạt kinh nghiệm, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian
thực tập và làm đề tài tốt nghiệp tại công ty. Nhờ sự hướng dẫn của anh, chúng em đã
định hướng và từng bước hoàn thành luận văn này.
Chúng em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông nói riêng
và trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM nói chung đã giảng dạy và tạo điều
kiện cho chúng em học tập tốt nhất trong thời gian qua. Những kiến thức đó chính là
nền tảng cần thiết giúp chúng em hoàn thành được luận văn tốt nghiệp.
Chúng em cũng gởi lời cảm ơn đến bạn Lê Trung đã nổ lực cùng chúng em

thực hiện giải pháp xây dựng mô hình mạng NGN hoàn chỉnh.
Một lần nữa, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chúng em mong
nhận được những đóng góp chân thành của tất cả mọi người.
Trang 2
LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấy đã
trở thành một phần của cuộc sống con người. Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu
phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu, hình ảnh với chất lượng cao
ngày một tăng. Để đáp ứng yêu cầu trên, các nhà cung cấp dịch vụ không chỉ quan tâm
đến phát triển dịch vụ mà còn phải xây dựng, củng cố và tối ưu hóa hạ tầng lẫn dịch vụ.
Song song đó, nhà khai thác phải nghiên cứu tìm ra một công nghệ thế hệ mới có kiến
trúc linh hoạt, tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại, đáp ứng đa công nghệ, đa giao
thức, đa truy cập, đa phương tiện truyền thông và đa dịch vụ… Trước yêu cầu đó, NGN
ra đời được xem là một giải pháp thỏa mãn tất cả các điều kiện kể trên cho một mạng
tương lai.
Từ nghiên cứu mạng thế hệ mới NGN, ý tưởng về một kiến trúc điều khiển
dịch vụ dựa trên chuẩn IP được hình thành. Kiến trúc này phải giúp nhà khai thác mạng
dễ dàng hơn trong triển khai và quản lý, đồng thời cho phép người dùng có thể sử dụng
một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển giữa vùng phục vụ của các mạng mà
vẫn có thể sử dụng cùng một dịch vụ với yêu cầu QoS được đảm bảo. Kiến trúc đó được
gọi là phân hệ đa phương tiện IP, viết tắt là IMS (IP Multimedia Subsystem). Phân hệ
IMS tạo điều kiện cho việc triển khai nhanh chống các dịch vụ chất lượng cao, mang
tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc, mọi nơi trên một kết nối. Do
đó, chắc chắn trong tương lai không xa, triển khai hệ thống mạng IMS là một xu hướng
tất yếu của các nhà khai thác dịch vụ mạng và viễn thông.
Trang 3
IMS hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau như thoại, dữ liệu, hình ảnh và
khả năng tích hợp cả ba loại hình dịch vụ nói trên. Sự tích hợp ấy chính là Tripple Play
mà IPTV là một dịch vụ điển hình. Đặc biệt, trên nền tảng IMS, yếu tố di động và truy
nhập không dây trở nên khả thi càng tạo điều kiện cho IPTV phát triển.

Nội dung bài báo cáo gồm hai phần chính:
 Phần đầu, đề tài giới thiệu vị trí và kiến trúc IMS trong mô hình mạng NGN theo chuẩn
hóa của tổ chức 3GPP. Nội dung phần này tập trung vào vai trò chức năng các phần tử
trong IMS. Thêm vào đó, đề tài cũng trình bày các giao thức và thủ tục sử dụng dịch vụ
giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của phân hệ này. Ngoài ra, luận văn
cũng đưa ra giải pháp từng bước tiến lên xây dựng mạng IMS trên hạ tầng mạng hiện
có.
 Phần sau, bài báo cáo xây dựng hoàn chỉnh một mô hình mô phỏng mạng NGN với đầy
đủ chức năng. Người dùng có thể đăng ký, sử dụng dịch vụ thoại, dữ liệu, xem IPTV,…
Hơn nữa, phần demo có sự kết hợp với đề tài “QoS over Tripple Play” để đảm bảo QoS
xuyên suốt cho các dịch vụ được triển khai từ lớp truy cập đến lớp ứng dụng. Đặc biệt,
mô hình này thực hiện hoàn toàn trên phần mềm mã nguồn mở, thực hiện trên các máy
tính, rất thích hợp cho việc nghiên cứu, phát triển tại các phòng nghiên cứu của trường
học, trung tâm nghiên cứu và phát triển của công ty.
Để thực hiện nội dung đó, đề tài được phân chia thành các chương như sau:
 Chương 1: Tổng quan về IMS trên nền NGN. Nội dung chương này giới thiệu những
khái niệm cơ bản về IMS cũng như vai trò của IMS trong mạng NGN.
 Chương 2: Kiến trúc phân hệ IMS. Đây là chương quan trọng nhất, trình bày các thực
thể và chức năng của IMS theo mô hình phân lớp mạng NGN.
 Chương 3: Một số thủ tục trong mạng IMS. Chương này giúp người đọc hình dung rõ
từng bước hoạt động của phân hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch
vụ.
 Chương 4: Các giao thức chính sử dụng trong phân hệ IMS. Chương này trình bày khái
quát các giao thức sử dụng phỗ biến trong mạng NGN như: SIP, Diameter, COPS,
MEGACO/H.248.
 Chương 5: Các bước tiến lên xây dựng IMS. Qua chương này, người đọc có thể hiểu
được cách thức xây dựng một hệ thống IMS trên cơ sở hạ tầng mạng hiện có.
Trang 4
 Chương 6: Demo trình bày mô phỏng IMS bằng Open Source IMS Core và dịch vụ
IPTV trên hệ điều hành Linux.

 Chương 7: Kết luận và hướng phát triển
IMS là một đề tài khá mới tại Việt Nam, tài liệu tiếng Việt gần như không có.
Với khả năng của sinh viên và thời gian tìm hiểu không nhiều, đề tài IMS over NGN
không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đọc về
đề tài này.
Trang 5
MỤC LỤC
Trang 6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Trang 7
Từ viết tắt Tiếng Anh
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
A-RACF Access Resource and admission Control Function
A-RACF Access Resource and admission Control Function
AVP Attribute Value Pairs
BGCF Breakout gateway control function
BICC Bearer Independent Call Control
BSC Base Station Controller
CCF Charging Collection Function
CGI Common Gateway Interface
COPS Common Open Policy Services
CPL Call Processing Language
CS Circuit Switching
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
DNS Domain Name System
EAP Extensible Authentication Protocol
ETSI European Telecommunication Standards Institute
FQDN Fully qualified domain name
FTTH Fiber To The Home
GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio Service
GSM Global System for Mobile communications
HSS Home Subscriber Server
HTTP Hypertext Transfer Protocol
IANA Internet Assigned Numbers Authority
ICID IMS Charging ID
IETF Internet Engineering Task Force
IMSI International Mobile Subscriber Identifier
ISDN Integrated Services Digital Network
LPDP Local Policy Decision Point
MCC Mobile Country Code
MG Media gateway
MGC Media gateway controller
MGCF Media gateway control function
MGW Media gateway
MINE Multipurpose Internet Mail Extension
MMS Multimedia Message Service
MNC Mobile Network Code
MRFC Multimedia Resource Function Controller
MRFP Media Resource Function Processor
MSC Mobile Switching Centre
MSC Mobile Switching Center
MSIN Mobile Subscriber Identification Number
NASREQ Network Access Server Application
NASS Network Attachment Subsystem
NASS Network Attachment Subsystem
NMSI National Mobile Station Identity
OCF Online Charging Function
OMA Open Mobile Alliance
OSP Open Settlement Protocol

PBN Packet Based Network
PDF Policy Decision Function
PDP Packet Data Protocol
Trang 8
PEP Policy enforcement point
PoC Push-to-Talk over Cellular
PS Packet Switched
PSTN Public Switched Telephone Network
RACS Resource Admission Control Functionality
RACS Resource and Admission Control Functionality
RADIUS Remote Authentication Dial In User Service
R-SGW Roaming Signaling Gateway
RSVP Resource Reservation Protocol
RTP Realtime Transport Protocol
RTSP Real Time Streaming Protocol
RUAM Remote UAM
SAP Session Advertisement Protocol
SBC Session Border Controller
SBLP Service Based Local Policy
SCIP Simple Conference Invitation Protocol
SCTP Stream Control Transmission Protocol
SDP Session Description Protocol
SGSN Signaling GPRS support nút
SGW Signaling gateway
SIP Session Initial Protocol
SLF Subscription Locator Function
SNTP Simple Network Time Protocol
S-PDF Serving Policy Decision Function
S-PDF Serving Policy Decision Function
TACACS Terminal Access Controller Access Control System

TCP Transmission Control Protocol
TG Trungking Gateway
TISPAN Telecoms and Internet converged Services and Protocols for Advanced
Networking
TLS Transport layer Security
T-SGW Transport Singnalling Gateway
UA User Agent
UAC User Agent Client
UAM User Access Mode
UAS User Agent Server
UE User Equipment
UICC Universal Integrated Circuit Card
URL Universal Resource Locator
USIM Universal Subscriber Identity Module
VCC Voice Call Continuity
VoIP Voice over Internet Protocol
XML Extensible Markup Language
Trang 9
DANH MỤC HÌNH
Trang 10
DANH MỤC BẢNG
Trang 11
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS TRÊN
NỀN NGN
Chương này giới thiệu tổng quan về sự hình thành, vai trò và vị trí của phân
hệ IMS trong mô hình mạng NGN. IMS là thành phần quan trọng trong lớp điều khiển,
được xây dựng với mục đích hỗ trợ đa dịch vụ với chất lượng dịch vụ được đảm bảo,
khả năng tính cước và tương thích hoàn toàn với mạng hiện tại.
1.1. SỰ RA ĐỜI CỦA IMS

Trong những thập kỷ gần đây, các mạng cố định và di động đã và đang có một
sự chuyển đổi lớn, đóng vai trò không thể thiếu trong cuộc sống con người. Trong lĩnh
vực di động, thế hệ đầu tiên (1G) đã được giới thiệu vào thập niên 1980. Các mạng này
cung cấp các dịch vụ cơ bản cho người dùng, quan trọng nhất là truyền thoại và dịch vụ
liên quan đến truyền thoại. Không lâu sau đó, thế hệ di động thứ 2 (2G) được ra đời vào
những năm 1990 bổ sung thêm một số dịch vụ về dữ liệu. Thế hệ di động thứ 3 (3G)
cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện. Trong
lĩnh vực điện thoại cố định, mạng điện thoại truyền thống PSTN và mạng dịch vụ số
tích hợp ISDN đã chiếm lĩnh thị trường về thoại và truyền thông video. Và trong những
năm gần đây, Internet đã và đang phát triển nhanh chóng và ngày càng nhiều người
dùng thấy được lợi ích của công nghệ này. Tốc độ truy cập Internet ngày càng nhanh
hơn, mạnh hơn và giá thành thấp hơn với các dịch vụ như: ADSL, FTTH, IPTV,… Các
kết nối này luôn được đảm bảo thông suốt, giúp người dùng có thể sử dụng các dịch vụ
yêu cầu thời gian thực như chat, chơi game trực tuyến, VoIP,….
Tại thời điểm hiện tại, sự hội tụ giữa mạng di động và mạng cố định là một xu
thế tất yếu. Nhu cầu sử dụng cũng như sự phát triển vượt bậc của công nghệ đã thúc đẩy
sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động được tích hợp nhiều tính năng tiên tiến.
Thế hệ tiếp sau của nhiều thiết bị không chỉ đáp ứng các nhu cầu client-server cơ bản,
mà còn các dịch vụ peer-to-peer, thuận lợi cho việc chia sẻ các kết nối như trình duyệt,
desktop, hội nghị truyền hình, trò chuyện hai chiều như bộ đàm,….
Để có thể truyền thông với nhau, các ứng dụng trên nền IP phải có một cơ chế
để đạt được sự phù hợp với hệ thống mạng hiện có. Hiện tại, mạng điện thoại chỉ thực
Trang 12
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
hiện được kết nối thoại. Tương tự, đối với mạng IP, phần lớn các phiên được thiết lập
chỉ để tạo kết nối giữa hai điểm sử dụng riêng cho mạng IP. Điều này dẫn đến tình
trạng các nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng tạo ra một môi trường cô lập, các dịch
vụ đơn lẻ, không có tính cạnh tranh và nhất là người dùng không thể đồng thời sử dụng
các dịch vụ khác nhau từ các nhà khai thác khác nhau trên một thiết bị. Thêm vào đó,
các mạng truyền tải dữ liệu không cần thời gian thực được sử dụng chủ yếu trong thế hệ

Internet đầu tiên thì ngày nay các dịch vụ thời gian thực (hoặc gần thực) với chất lượng
dịch vụ QoS cao ngày càng được phát triển rộng rãi. Hơn nữa, người dùng trong tương
lai mong muốn có các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả
năng tương tác thời gian thực mọi lúc mọi nơi trên mọi thiết bị sử dụng. Điều này đặt ra
những yêu cầu mới cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông. Trong bối cảnh đó, IMS
được xem như là một giải pháp hứa hẹn để thỏa mãn được các yêu cầu về hội tụ, tích
hợp các dịch vụ trên một kết nối cho một thế hệ mạng tương lai.
Hình 1.1: Sự hội tụ mạng
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,
Trang 13
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện cho các hệ
thống mạng khác nhau có thể vận hành cùng với nhau. IMS đã và đang được tập trung
nghiên cứu và ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm lớn của các nhà khai thác bởi
vì lợi ích mà nó mang lại cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng.
1.2. LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG IMS
Một trong những mục đích đầu tiên của IMS là giúp cho việc quản lý mạng
trở nên dễ dàng hơn bằng cách tách biệt chức năng điều khiển và chức năng vận tải
thông tin [7]. Một cách cụ thể, IMS phân phối dịch vụ trên hạ tầng chuyển mạch gói,
IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển mạch mạch sang chuyển mạch gói trên nền
IP, tạo thuận lợi cho việc quản lý mạng thông tin di động. Việc kết nối giữa mạng cố
định và di động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai. IMS
cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di chuyển từ
mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể sử dụng cùng một dịch vụ.
Kiến trúc IMS cung cấp nhiều dịch vụ gia tăng cho nhà cung cấp mạng, người
phát triển ứng dụng, người cung cấp dịch vụ cũng như người sử dụng các thiết bị đầu
cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới được triển khai một cách nhanh chóng với chi

phí thấp. IMS cung cấp khả năng tính cước phức tạp hơn nhiều so với hệ thống tài
khoản trả trước hay trả sau, ví dụ như việc tính cước theo từng dịch vụ sử dụng hay
phân chia cước giữa các nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp mạng. Người sử dụng sẽ
nhận một bảng tính cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng. IMS hứa hẹn mang
đến nhiều dịch vụ đa phương tiện theo yêu cầu và sở thích của người dùng.
Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác truyền tải thông tin
một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phân phối dung lượng thông tin
trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng như
kịp thời thay đổi để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người dùng.
Tóm lại, IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triển
khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và
quản lý.
1.3. MÔ HÌNH PHÂN LỚP CỦA MẠNG NGN
Cấu trúc luận lý của NGN được chia thành 4 lớp chức năng là: lớp truy nhập,
lớp truyền tải, lớp điều khiển, lớp dịch vụ và quản lý.
Trang 14
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
 Lớp truy nhập
Cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổng
giao tiếp MGW thích hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và
không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính, tổng đài nội
bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô
tuyến cố định, VoDSL, VoIP,…
 Lớp truyền dẫn
Hệ thống truyền dẫn của mạng NGN thực hiện chức năng định tuyến, truyền
tải các luồng thông tin trong mạng dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều
khiển. Lớp truyền dẫn của mạng viễn thông thế hệ mới phải có tốc độ truyền tải cao,
băng thông lớn để đáp ứng cho việc truyền tải thông tin yêu cầu thời gian thực, dung
lượng lớn.
 Lớp điều khiển

Lớp điều khiển thực hiện giám sát, sửa đổi, và giải phóng các phiên giao dịch,
ghi lại các thông số của cuộc kết nối để cung cấp thông tin cho việc xử lý tính cước.
Lớp này dựa trên các thông tin và các tín hiệu nhận được từ lớp truy nhập để xác định
các thông số cần thiết về dịch vụ để điều khiển tài nguyên cho phù hợp.
Lớp điều khiển có chức năng điều khiển các phiên giao dịch trong một mạng
hội tụ dịch vụ và công nghệ nên nó phải có khả năng hỗ trợ phần lớn các giao thức khác
nhau đã từng tồn tại trong các mạng chuyển mạch trước đây và các giao thức đang được
sử dụng. Bên cạnh đó đòi hỏi nó phải có khả năng cung cấp các dịch cơ bản, dịch vụ
thông minh, các dịch vụ bổ sung,… Hơn nữa, hệ thống cần có khả năng xử lý và lưu trữ
khối lượng lớn cơ sở dữ liệu vì mạng NGN là mạng nhiều người dùng với nhiều loại
hình dịch vụ khác nhau.
 Lớp ứng dụng và quản lý dịch vụ
Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau, ở
nhiều hình thức như: thoại, fax, internet, dịch vụ đa phương tiện, các trò chơi trực tuyến
yêu cầu thời gian thực, dịch vụ truyền số liệu, và các dịch vụ giá trị gia tăng,…. Lớp này
liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện được chuẩn hóa. Chính vì vậy mà
việc cập nhật, tạo mới và triển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh
chóng và hiệu quả.
Trang 15
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
Lớp này có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media
Server, một thiết bị được biết đến với tập các chức năng như: Conferencing, xử lý Tone,
….
Hình 1.2: Vị trí IMS trong NGN
Trang 16
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC PHÂN HỆ IMS
Chương này giới thiệu cấu trúc, chức năng của những thực thể trong một phân
hệ IMS và mối quan hệ giữa chúng. Mỗi thực thể được trình bày trực quan theo mô hình
phân lớp NGN. Lớp ứng dụng gồm máy chủ ứng dụng và HSS, đây chính là cơ sở dữ

liệu về dịch vụ và người dùng của toàn hệ thống. Lớp điều khiển gồm các thành phần
quản lý cuộc gọi và quản lý tài nguyên. Lớp này đóng vai trò quan trọng trong phân hệ
IMS dùng để điều khiển, thiết lập phiên. Lớp truyền tải thể hiện mối quan hệ giữa phân
hệ IMS và các hệ thống hiện có như PSTN, UMTS, GSM, mạng IP [2].
2.1. LỚP ỨNG DỤNG
2.1.1. Máy chủ ứng dụng
Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi lưu trữ và vận hành các dịch vụ IMS. AS tương
tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng. AS có thể
thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó. Nếu AS là một phần của
mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER
để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng. AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý
sự truy cập của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghị truyền hình, tính cước
trực tuyến,…
2.1.2. Cơ sở dữ liệu
2.1.2.1. HSS
Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS có thể xem như là một cải tiến của
bộ đăng ký định vị thường trú HLR và AuC trong mạng GSM. HSS là một cơ sở dữ liệu
lưu trữ thông tin của tất cả thuê bao và những thông tin dịch vụ liên quan đến thuê bao.
Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người
dùng, hồ sơ chuyển vùng, thông số chứng thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao.
Thông tin nhận dạng người dùng gồm khóa nhận dạng riêng và khóa nhận dạng chung.
Khóa nhận dạng riêng được tạo ra bởi nhà khai thác mạng và được dùng với mục đích
đăng ký và chứng thực. Khóa nhận dạng người dùng chung được sử dụng để truyền
thông giữa các người dùng. HSS cũng đáp ứng địa chỉ một S-CSCF nếu có yêu cầu
trong thủ tục đăng ký. Hơn nữa, HSS còn thực hiện những chính sách hệ thống như lưu
trữ thông tin hoặc xóa thông tin những UE không hợp lệ.
Trang 17
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
HSS phải hỗ trợ những thành phần của miền PS như SGSN và GGSN. Điều
này giúp các thuê bao của IMS có thể sử dụng dịch vụ của miền PS và ngược lại. Tương

tự, do HSS đóng vai trò như HLR nên cũng hỗ trợ các thành phần của miền CS như
MSC, BSC. Điều này cho phép các thuê bao IMS có thể truy cập đến các dịch vụ của
miền CS và hỗ trợ chuyển vùng trên toàn hệ thống GSM/UMTS. Như một AuC, HSS
lưu trữ khóa bí mật của mỗi thuê bao, cái này dùng để chứng thực khi đăng ký vào
mạng và mã hóa dữ liệu cho mỗi thuê bao di động. Tùy thuộc vào số lượng thuê bao mà
có thể có nhiều HSS trong một mạng IMS. HSS tiếp xúc với CSCF thông qua điểm
tham chiếu Cx và tiếp xúc với AS thông qua điểm tham chiếu Sh.
2.1.2.2. SLF
Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị SLF sẽ
được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.
Hình 2.1: SLF chỉ định HSS phù hợp
Để tìm được địa chỉ của HSS, I-CSCF hoặc S-CSCF phải gởi đến SLF bản tin
yêu cầu LIR. Hình trên mô tả quá trình tìm ra địa chỉ HSS phù hợp khi I-CSCF nhận
được bản tin INVITE trong trường hợp mạng có ba HSS.
2.2. LỚP ĐIỀU KHIỂN
2.2.1. Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF
Trang 18
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
CSCF có 3 loại: Proxy-CSCF (P-CSCF), Serving-CSCF (S-CSCF) và
Interrogating-CSCF (I-CSCF). Mỗi CSCF có chức năng riêng. Chức năng chung của
CSCF là tham gia trong suốt quá trình đăng kí và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS.
Hơn nữa, những thành phần này còn có chức năng gởi dữ liệu tính cước đến Server tính
cước. Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF trong hoạt động là cả hai
có thể đại diện cho user để kết thúc phiên và có thể kiểm tra nội dung của bản tin trong
giao thức SDP.
2.2.1.1. P-CSCF
P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên giữa UE với mạng IMS, đóng vai trò như
một SIP proxy server. Tất cả những tín hiệu SIP được gởi giữa mạng IMS và UE đều đi
qua P-CSCF. Do đó, nhiệm vụ chính của P-CSCF là chuyển tiếp bản tin SIP dựa vào tên
domain. Ngoài ra, P-CSCF còn thực hiện: nén bản tin SIP, bảo mật, tích hợp PDF, tham

gia vào quá trình tính cước, và xác định phiên khẩn cấp.
 Nén bản tin SIP
SIP là giao thức báo hiệu dựa trên text nên dung lượng bản tin lớn hơn rất
nhiều so với bản tin được mã hóa nhị phân. Vì thế, để tăng tốc độ thiết lập phiên, 3GPP
đã dưa ra cách thức nén bản tin SIP giữa UE với P-CSCF trong RFC3486. P-CSCF cần
phải nén bản tin nếu UE xác định rằng muốn nhận bản tin đã được nén.
Thông số thể hiện yêu cầu nén được định nghĩa như là một tham số SIP URI
và được đặt trong trường tên là “comp”. Hiện nay chỉ có một giá trị được định nghĩa
cho tham số này là “sigComp”. Khi một thực thể SIP gởi bản tin đến một thực thể khác
mà trong SIP URI chứa thông số “comp=SigComp” thì bản tin sẽ được nén.
Ví dụ: sip:abc@yahoo. com;comp=sigcomp
 Bảo mật
P-CSCF có vai trò chính trong sự liên kết bảo mật và áp dụng sự bảo vệ đảm
bảo toàn vẹn và riêng tư cho tín hiệu SIP. Điều đó đạt được trong suốt quá trình đăng kí
SIP khi UE và P-CSCF thương lượng IPSec. Sau lần đăng kí đầu tiên, P-CSCF có thể áp
dụng việc bảo vệ toàn vẹn và riêng tư cho bản tin SIP.
Trong lần đăng ký đầu tiên, nếu chính sách mạng IMS đưa ra yêu cầu bảo mật thì
bản tin REGISTER không được bảo mật sẽ bị P-CSCF gởi bản tin 401Unauthorized từ chối
đăng kí. UE sẽ tiếp tục gởi bản tin REGISTER có chứa thông tin về bảo mật. Khi đó, UE và
Trang 19
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
P-CSCF sẽ thương lượng với nhau và chọn thuật toán mã hóa để dùng mã hóa phiên, quá
trình được hoàn tất khi UE nhận được đáp ứng 200 OK.
Hình 2.2: Đăng ký có yêu cầu bảo mật
Khi hai bên trao đổi các bản tin với nhau, một thuật toán mã hóa sẽ được sử
dụng để mã hóa các bản tin mà chỉ hai bên mới có thể giải mã được. Trong trường hợp
này, UE sẽ không sử dụng port mặc định 5060 hoặc 5061 để trao đổi dữ liệu với P-
CSCF nữa, hoặc sử dụng một port mà hai bên thương lượng.
 Xác định phiên khẩn cấp
Đến thời điểm hiện tại, phiên khẩn cấp chưa được xác định đầy đủ trong IMS.

Phiên khẩn cấp được định nghĩa tùy thuộc vào chính sách của nhà khai thác mạng. Một
số phiên khẩn cấp được định nghĩa tại P-CSCF. Khi nhận được yêu cầu phiên khẩn cấp
thì P-CSCF có thể chỉ định một S-CSCF bất kỳ để xử lý phiên này. Điều này rất cần
thiết nhất là lúc UE chuyển vùng.
 P-CSCF tích hợp PDF và tham gia vào quá trình tính cước
P-CSCF còn tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF. PDF cấp giấy
phép sử dụng tài nguyên cho người dùng, quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa
phương tiện. P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước để gởi đến các khối tính
cước phù hợp.
2.2.1.2. I-CSCF
I-CSCF là điểm giao tiếp giữa các thuê bao IMS trong vùng phục vụ của cùng
một nhà khai thác mạng, hoặc với các thuê bao thuộc các nhà khai thác mạng khác.
Trang 20
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
Trong một mạng có thể có nhiều I-CSCF. I-CSCF được xem như một SIP Proxy và đặt ở
đường biên của mạng IMS, I-CSCF có bốn chức năng chính là:
 Liên lạc với HSS để biết thông tin của chặng tiếp theo khi nhận được yêu cầu từ UE.
 Xác định S-CSCF cho UE khi nhận thông tin về UE từ HSS, sự xác định S-CSCF thực
hiện khi UE đăng ký hoặc xóa đăng ký.
 Định tuyến yêu cầu SIP nhận được từ mạng khác tới S-CSCF hoặc một server ứng dụng.
 Cung cấp chức năng ẩn cấu hình mạng (THIG): nhà khai thác có thể sử dụng chức năng
cổng liên mạng ẩn cấu hình trong I-CSCF hoặc kĩ thuật khác để ẩn cấu hình, khả năng
và cấu trúc của mạng khỏi các mạng ngoài. Nếu nhà khai thác muốn ẩn cấu hình thì nhà
khai thác phải đặt chức năng ẩn cấu hình mạng trên đường định tuyến khi nhận hoặc gởi
yêu cầu hay đáp ứng từ một mạng IMS khác. THIG thực hiện việc mã hóa và giải mã tất
cả các header liên quan đến thông tin về cấu trúc của nhà khai thác mạng IMS. Khi một
mạng thực hiện việc ẩn cấu hình mạng thì việc liên lạc với mạng khác phải thông qua I-
CSCF.
2.2.1.3. S-CSCF
S-CSCF là thành phần quan trọng của IMS vì nó chịu trách nhiệm thực hiện

quá trình đăng ký, quyết định định tuyến, duy trì tình trạng phiên và lưu trữ hồ sơ thông
tin về dịch vụ cho người dùng. S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE. S-
CSCF thực hiện các chức năng như sau:
 Đăng kí
S-CSCF có thể xử lí như một SIP Registrar server, S-CSCF tiếp nhận yêu cầu
đăng kí và thiết lập thông tin khả dụng của UE khi truy vấn HSS. Khi UE thực hiện
đăng ký thì yêu cầu của nó được định tuyến tới S-CSCF, lúc đó S-CSCF dựa trên thông
tin chứng thực từ HSS để đưa ra những yêu cầu để kiểm tra I-CSCF. Sau khi nhận đươc
đáp ứng và kiểm tra lại, S-CSCF chấp nhận sự đăng ký và bắt đầu phục vụ cho phiên
đăng ký này. Sau thủ tục này thông tin UE được khởi tạo và nhận các dịch vụ IMS.
 Phân phối các dịch vụ cho UE và tham gia vào quá trình tính phí
Hồ sơ về dịch vụ của UE được HSS đưa xuống S-CSCF khi UE đăng ký vào
mạng IMS. S-CSCF sử dụng thông tin này để phân phối dịch vụ phù hợp cho UE khi có
yêu cầu. Hơn nữa, S-CSCF cần phải áp dụng các loại chính sách truyền dẫn trong hồ sơ
dịch vụ của UE, ví dụ như UE này chỉ sử dụng thoại và mà không sử dụng video,…
Trang 21
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
 Định tuyến
S-CSCF có thể xử lí như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và đáp
ứng ngay lập tức nếu bên tiếp nhận yêu cầu ở cùng mạng nhà khai thác với bên gởi yêu
cầu hoặc gửi chúng đi nếu bên tiếp nhận yêu cầu kết nối thuộc hệ thống mạng khác.
Khi S-CSCF nhận yêu cầu của UE khởi tạo thông qua P-CSCF thì nó phải
quyết định những AS phù hợp cho UE. Sau khi tương tác với AS thì S-CSCF tiếp tục xử
lý phiên kết nối của UE trong mạng IMS hoặc tới mạng khác. Hơn nữa, nếu UE sử dụng
MSISDN làm địa chỉ cho cuộc gọi thì S-CSCF sẽ chuyển đổi số MSISDN thành địa chỉ
SIP rồi sau đó mới chuyển tiếp các yêu cầu của UE.
 S-CSCF có thể xử lí như một UA
Nó có thể khởi tạo yêu cầu hoặc kết thúc phiên mà không phụ thuộc vào phiên
giao dịch SIP. Bên cạnh đó, nó còn cung cấp các thông tin liên quan cho các điểm đầu
cuối (như thông báo tính phí, kiểu chuông, …)

Hình 2.3: Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF
2.2.2. Chức năng đa phương tiện MRF
MRF được phân thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện
MRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP. MRFC là khối trực tiếp
giao tiếp với AS qua giao thức SIP và với S-CSCF qua giao thức MEGACO/H.248.
MRFP nhận thông tin điều khiển từ MRFC và giao tiếp với các thành phần của mạng
truyền dẫn. MRF có vai trò quan trọng trong hội nghị đa điểm để phân bố tài nguyên
hợp lý.
MRFC nhận báo hiệu điều khiển cuộc gọi qua giao thức SIP. MRFC cần thiết
cho việc hỗ trợ những dịch vụ, như hội nghị, những thông báo tới người dùng hoặc
Trang 22
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
chuyển mã kênh mang. MRFC chuyển báo hiệu SIP nhận được từ S-CSCF qua điểm
tham chiếu Mr và sử dụng những chỉ dẫn MEGACO/H.248 để điều khiển MRFP.
MRFC có thể gửi thông tin thanh toán tới CCF và OCS.
MRFP cung cấp những tài nguyên mặt phẳng người dùng được yêu cầu và chỉ
dẫn bởi MRFC. MRFP thực hiện những chức năng liên quan đến media như phát và trộn
media, thích ứng nội dung dịch vụ, chuyển đổi định dạng nội dung,…
Hình 2.4: Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện MRF
2.2.3. Điểm tham chiếu (giao diện)
Trang 23
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
Hình 2.5: Vị trí các điểm tham chiếu trong IMS
2.2.3.1. Điểm tham chiếu Gm
Gm là điểm tham chiếu giữa UE và P-CSCF. Nó được dùng để truyền những
báo hiệu SIP giữa UE và mạng IMS. Thủ tục qua giao diện Gm có thể chia thành 3 thủ
tục chính: đăng ký, điều khiển phiên, các giao dịch.
 Thủ tục đăng ký: UE sử dụng giao diện này để gởi bản tin đăng ký và thương lượng các
thuật toán bảo mật với P-CSCF. Trong suốt quá trình này, cả UE và mạng sẽ trao đổi các
thông số phục vụ cho việc chứng thực, mã hóa và nén dữ liệu. Thông qua giao diện này,

UE sẽ được nhà khai thác mạng cung cấp những thông tin về yêu cầu đăng ký lại hoặc
hủy đăng ký.
 Thủ tục điều khiển phiên: chuyển tiếp các bản tin điều khiển phiên giữa các UE.
 Thủ tục giao dịch: Gm được dùng để gởi những yêu cầu độc lập và nhận những đáp ứng
độc lập.
2.2.3.2. Điểm tham chiếu Go
Nhà khai thác mạng mong muốn có sự phù hợp giữa những yêu cầu về QoS,
địa chỉ nguồn và đích với mức dịch vụ đã đăng ký. Khi đó, cần có sự giao tiếp giữa
mạng IMS và mạng GPRS. Điểm tham chiếu Go được tạo ra với mục đích này. Sau đó,
chức năng phục vụ cho việc tính phí được thêm vào. Giao thức được dùng cho việc này
là COPS. Thủ tục qua Go có thể chia thành 2 thủ tục chính:
Trang 24
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IMS TRÊN NỀN NGN
 Thủ tục cấp quyền truyền thông: người sử dụng dùng giao diện này để yêu cầu
kích hoạt thành phần sóng mang. Yêu cầu này có thể chấp nhận nếu đáp ứng
được các chính sách của nhà khai thác mạng đưa ra.
 Thủ tục tính phí: thông qua điểm tham chiếu Go, mạng IMS có thể chuyển thông
số ICID dùng cho việc tính phí đến người dung GPRS. Tương tự như vậy, mạng
GPRS cũng có thể chuyển những thông tin chứng thực việc tính phí đến mạng
IMS.
2.2.3.3. Điểm tham chiếu Mw
Mw là điểm tham chiếu giữa P-CSCF, I-CSCF và S-CSCF. Bản tin SIP sẽ
được truyền qua giao diện này giữa các thành phần CSCF với nhau. Thủ tục qua giao
diện Mw có thể chia thành 3 thủ tục chính:
 Thủ tục đăng ký
Trong thủ tục này, P-CSCF sử dụng điểm tham chiếu Mw để chuyển tiếp yêu cầu
đăng ký từ UE đến I-CSCF. Sau đó, I-CSCF sử dụng giao diện này để gởi tiếp bản tin đó
đến S-CSCF. Cuối cùng, bản tin đáp ứng được trả về cho UE cũng qua giao diện này.
 Thủ tục điều khiển phiên
Chứa các thiết lập của cả bên gọi và bên bị gọi. Đối với thiết lập bên gọi, điểm

tham chiếu Mw được dùng để chuyển yêu cầu từ P-CSCF đến S-CSCF và có thể từ S-
CSCF đến I-CSCF trong trường hợp thuê bao bị gọi. Đối với thiết lập bên bị gọi, bản tin
yêu cầu được gởi từ I-CSCF đến S-CSCF và từ S-CSCF đến P-CSCF. Giao diện này còn
sử dụng trong trường hợp mạng thực hiện việc kết thúc phiên, ví dụ như: khi P-CSCF
tiến hành việc kết thúc phiên khi nhận được thông báo chỉ dẫn của PDF là mất thành
phần sóng mang. Hơn nữa, thông tin về tính phí cũng được chuyển qua giao diện này.
 Thủ tục giao dịch
Dùng để chuyển các bản tin yêu cầu độc lập như Message và nhận tất cả đáp
ứng như 200 OK, … Sự khác biệt giữa thủ tục điều khiển phiên và thủ tục giao dịch là
một hộp thoại ghi nhận sự kiện không được tạo ra.
2.2.3.4. Điểm tham chiếu Mp
Khi MRFC điều khiển dòng thông tin phương tiện như kết nối cho một hội
nghị truyền thông hoặc dừng việc truyền thông với MRFP thì nó sẽ sử dụng điểm tham
chiếu Mp. Điểm tham chiếu này hoạt động dựa trên giao thức H.248.
Trang 25