Giải pháp tích hợp cung cấp dịch vụ VAS trong mạng UMTS sử dụng IMS

IMS là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây, cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm âm thanh , video, thoại, văn bản và dữ liệu.. Trong tiến trình chuyển

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

NGUYỄN ĐĂNG THÁI

GIẢI PHÁP TÍCH HỢP CUNG CẤP DỊCH VỤ VAS TRONG MẠNG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2013

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Ngày nay mạng UMTS đã được phát triển và đưa vào sử dụng ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới Trong xu thế chung của sự phát triển mạng UMTS sẽ được thay thế bởi một mạng tiên tiến hơn, đáp ứng được nhu cầu dịch vụ ngày càng cao của người sử dụng Cùng với đó,

sự phát triển nhanh chóng của các mạng di động và cố định, mạng internet đã làm nảy sinh các ý tưởng về khả năng hội tụ các mạng này Đó là khởi nguồn để phân hệ đa phương tiện IP IMS ra đời

và phát triển IMS là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây, cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm âm thanh , video, thoại, văn bản và dữ liệu

Hiện nay IMS đã được triển khai trên nhiều nơi trên thế giới đặc biệt là quá trình triển khai

từ mạng UMTS Trong tiến trình chuyển lên tiếp theo từ mạng UMTS sử dụng IMS vấn đề đặt ra là làm cách nào để giữ lại kiến trúc dịch vụ và các dịch vụ đã triển khai để có thể đảm bảo được quyền lợi của người sử dụng và hạn chế tối đa chi phí

Đề tài tiến hành nghiên cứu mô hình cung cấp dịch vụ VAS khi chuyển đổi từ mạng UMTS sang sử dụng IMS mà không làm gián đoạn cung cấp dịch vụ cho khách hàng cũng như tận dụng được tài nguyên mạng UMTS

Mục đích của nghiên cứu nhằm đưa ra giải pháp tích hợp cung cấp các dịch vụ VAS trong mạng UMTS sử dụng IMS Kết quả cụ thể của nghiên cứu là đưa ra mô hình hệ thống VAS trong mạng UMTS sử dụng IMS và đưa ra đề xuất ứng dụng cho mạng Vietnam mobile

Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cùng với sự hướng dẫn tận tình của

thầy TS Đỗ Mạnh Quyết, tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài

“Giải pháp tích hợp cung cấp dịch vụ VAS trong mạng UMTS sử dụng IMS”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VAS TRONG UMTS VÀ VAS TRONG IMS

Chương này tập trung giới thiệu khái quát về IMS, về dịch vụ giá trị gia tăng VAS, đưa ra mô hình VAS trong các mạng UMTS, mạng sử dụng IMS, đưa ra ý tưởng giải pháp tích hợp VAS khi chuyển từ mạng UMTS lên mạng UMTS sử dụng IMS

1.1 Giới thiệu chung về IMS

Phân hệ đa phương tiện IP là một tập các đặc điểm kỹ thuật mô tả trong kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo (NGN) cho việc thực thi các dịch vụ đa phương tiện và thoại dựa trên IP IMS định nghĩa một kiến trúc

và cơ cấu hoàn chỉnh cho phép hội tụ thoại, hình ảnh, dữ liệu và các công nghệ mạng di động dựa trên cơ sở

hạ tầng dựa IP Nó hoàn thiện lỗ hổng giữa hai mô hình truyền thông thành công nhất, đó là công nghệ tế bào

và Internet Người dùng có thể lướt Web, chơi game online hoặc tham gia một hội nghị video quan trọng cho

dù đang ở đâu Đó là một viễn cảnh của IMS, cung cấp truy nhập di động cho tất cả các dịch vụ mà Internet cung cấp

1.1.1 Sự cần thiết của IMS

Ý tưởng chính của IMS là cung cấp dịch vụ Internet mọi nơi, tại mọi thời điểm bằng cách sử dụng công nghệ di động tổ ong Ở khía cạnh khác, chúng ta có thể nói hệ thống di động tổ ong đã cung cấp các dịch vụ băng rộng, gồm một vài các dịch vụ Internet như dịch vụ tin nhắn đa phương tiện Nói tóm lại, mọi người dùng di động tổ ong có thể truy nhập Internet sử dụng kết nối số liệu, trong phương pháp truy nhập này mọi dịch vụ Internet có thể được cung cấp Vậy chúng ta cần IMS làm gì?

Chúng ta cần cho thời gian xa hơn những thứ mà chúng ta muốn nói là kết hợp Internet với hệ thống

di động tổ ong và nó là thực sự tiên tiến

Như vậy đặt ra một vấn đề: Vì sao chúng ta cần IMS, nếu tất cả sức mạnh của Internet đã có hiệu lực cho người dùng 3G qua miền chuyển mạch gói? Câu trả lời gồm ba phần: QoS, cước phí và các dịch vụ tích hợp khác

Vấn đề chính đối với miền chuyển mạch gói là cung cấp các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực một cách tốt nhất mà không cần quan tâm đến QoS Tức là mạng cung cấp không đảm bảo băng thông có được của một người dùng cho một kết nối riêng lẻ cũng như độ trễ của gói dữ liệu Do vậy chất lượng của cuộc thoại VoIP có thể biến đổi rất khác nhau trong chính cuộc gọi đó Ở một điểm xác định nào đó khi một người dùng cần gọi đến một người dùng khác có thể hoàn thành nhưng ngay sau đó nó có thể trở nên không hiểu được

Phân hệ đa phương tiện IP không được ủy thác bất kỳ một mô hình kinh doanh nào, nó cho phép nhà khai thác tính cước phí theo tính toán phù hợp hơn Phân hệ IMS cung cấp thông tin về dịch vụ được yêu cầu của người dùng, và với những thông tin này nhà khai thác quyết định dịch vụ nào được cung cấp cho người dùng theo một tỷ lệ dịch vụ cố định, ứng dụng phương thức tính cước truyền thống dựa trên thời gian, áp dụng dựa trên QoS hoặc thực hiện một phương pháp tính cước phí mới Như một bộ lọc, bằng dịch vụ, trong ngữ cảnh tính cước phí như vậy, chúng ta đề cập tới mọi giá trị mang lại cho người dùng (ví dụ: phiên thoại, phiên thoại có hình, cầu truyền hình, một bản tin tức thì, hoặc cung cấp thông tin về sự hiện diện của tài khoản …)

Việc cung cấp các dịch vụ tích hợp tới người dùng là lý do thứ ba cho sự phát triển của IMS Mặc dù các nhà cung cấp thiết bị hay nhà khai thác lớn sẽ phát triển một vài dịch vụ đa phương tiện, nhà khai thác không muốn hạn chế các dịch vụ đó Các nhà khai thác muốn có thể sử dụng dịch vụ được phát triển bởi nhóm

thứ ba, nhóm người kinh doanh dịch vụ, tích hợp dịch vụ mà họ đã sẵn có và cung cấp cho người dùng với một dịch vụ mới hoàn chỉnh

Hơn nữa, mục đích của phân hệ IMS không chỉ cung cấp các dịch vụ mới mà cung cấp tất cả các dịch vụ ở hiện tại và tương lai, mà Internet có thể cung cấp Thêm vào đó, người dùng có thể thực hiện tốt tất

cả các dịch vụ của mình khi chuyển vùng như khi họ sử dụng trong mạng nhà

1.1.2 Lịch sử của IMS

IMS được định nghĩa đầu tiên bởi 3GPP, nó là sự thỏa thuận hợp tác giữa một thành viên của chuẩn viễn thông, như là phần của các chuẩn làm việc hỗ trợ cho mạng GSM và công nghệ sóng vô tuyến phát triển IMS đã được giới thiệu đầu tiên trong 3GPP Phiên bản 5, trong đó “ Giao thức khởi tạo phiên SIP”, được định nghĩa bởi nhóm đặc trách kỹ thuật về Internet (IETF) được chọn làm giao thức chính cho IMS Hơn thế nữa IMS đã được cải tiến trong Phiên bản 6 và 7 của 3GPP bao gồm thêm các tính năng như quản lý nhóm, liên kết nối với WLAN và các hệ thống dựa trên CS, truy nhập băng rộng cố định

1.2 Giới thiệu chung về dịch vụ giá trị gia tăng VAS

Dịch vụ giá trị gia tăng (VAS – Value Added Service) là dịch vụ mà nhà cung cấp đưa ra thêm bên cạnh các dịch vụ sẵn có của mình Dịch vụ giá trị gia tăng VAS là một thuật ngữ được sử dụng cho các dịch

vụ và kiến trúc dịch vụ cơ bản tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà khai thác mạng viễn thông cung cấp tùy chỉnh các ứng dụng cho người sử dụng cuối cùng của mạng Đối với người sử dụng cuối cùng, một dịch vụ giá trị gia tăng tạo thành một kinh nghiệm người dùng vượt xa các tiêu chuẩn dịch vụ mạng

Đối với một nhà điều hành, VAS là một phương tiện để phân biệt từ các nhà khai thác khác Một danh mục đầu tư phong phú của VAS có thể thu hút nhiều thuê bao mới Ngoài ra, VAS có thể được phát triển, thử nghiệm và triển khai trong một thời gian ngắn hơn nhiều so với các dịch vụ mạng tiêu chuẩn

Dịch vụ giá trị gia tăng được thực hiện thông qua logic dịch vụ, được triển khai trên một nền tảng thực hiện dịch vụ trong mạng của nhà điều hành Logic dịch vụ có thể được cung cấp bởi nhà cung cấp nền tảng thực hiện dịch vụ hoặc có thể được phát triển bởi các nhà điều hành riêng hoặc một nhà cung cấp thứ ba Nền tảng dịch vụ được thực hiện thường được cung cấp bởi một môi trường kiến tạo dịch vụ, dựa trên giao diện người dùng đồ họa VAS được áp dụng trong cả hai mạng có dây PSTN/ISDN và mạng điện thoại di động PLMN như GSM hoặc UMTS, VAS còn được biết đến như là Mạng thông minh (IN)

Hiện nay VAS được sử dụng phổ biến trong các nhà khai thác trên toàn thế giới Các nhà mạng đã đầu tư rất nhiều trong việc triển khai nền tảng thực hiện dịch vụ VAS và trong sự phát triển logic dịch vụ Ngoài ra, hệ thống hỗ trợ kinh doanh đã được phát triển, bao gồm hệ thống quản trị khách hàng, hệ thống chăm sóc khách hàng và hệ thống dữ liệu kinh doanh

Mạng viễn thông có xu hướng di chuyển lên mạng toàn IP và IMS để cung cấp nhiều dịch vụ truyền thông đa phương tiện, câu hỏi đặt ra làm thế nào để bảo vệ các đầu tư trong triển khai VAS hiện có khi di chuyển các di sản VAS theo hướng IMS Bài toán kinh doanh được đặt ra là khi di chuyển di sản VAS lên mạng sử dụng IMS, các nhà khai thác có tiếp tục sử dụng dịch vụ VAS hiện có được không và những nơi có thể áp dụng cũng như sẽ áp dụng nó như thế nào trong mạng mới

1.3 Mô hình VAS trong mạng UMTS

VAS trong mạng GSM hoặc mạng UMTS được thực hiện bằng các phương tiện logic dịch vụ được triển khai trên một nền tảng thực hiện dịch vụ thường được gọi là điểm điều khiển dịch vụ (SCP) Hình 1.1 cho thấy kiến trúc VAS trong mạng UMTS [12] Các hoạt động của VAS trong mạng GSM là tương tự như các hoạt động của VAS trong mạng UMTS Khái niệm và nguyên tắc được sử dụng cho VAS áp dụng như

nhau trong mạng có dây PSTN cũng như trong mạng di động GSM, UMTS Trong luận văn sẽ tập trung chủ yếu vào VAS trong mạng di động

Hình 1.1: VAS trong mạng UMTS

Như trên hình vẽ, SCP tương tác với MSC hoặc GMSC trong mạng lõi UMTS Giao diện giữa GMSC và SCP được hình thành bởi một phần giao thức ứng dụng CAMEL(CAP) CAMEL cấu thành tiêu chuẩn mạng IN cho mạng GSM, CAMEL được chuẩn hóa bởi ETSI và sau đó được phát triển bởi 3GPP CAMEL được chuẩn hóa trong các giai đoạn khác nhau, CAMEL giai đoạn 1 (được giới thiệu trong GSM phát hành R96) đến giai đoạn CAMEL 4 (phát hành trong phiên bản mạng 3G Rel-5)

Các dịch vụ VAS được đưa ra từ GMSC được thực hiện bằng phương tiện dữ liệu kích hoạt dịch vụ,

dữ liệu này MSC nhận được từ HLR trong tập tin đính kèm ban đầu với mạng GSM hoặc GMSC nhận được

từ HLR trong quá trình chấm dứt xử lý cuộc gọi Các dịch vụ VAS được đưa ra cũng có thể dựa trên các thiết lập chuyển mạch Các dịch vụ CAMEL được chuẩn hóa toàn cầu có thể được đưa ra bởi một thuê bao GSM trong mạng nhà hoặc khi chuyển vùng trong một mạng khác.CAMEL chủ yếu hướng tới kiểm soát các cuộc gọi thoại , cuộc gọi dữ liệu, các cuộc gọi fax, hoặc cuộc gọi video

Chuyển mạch trong miền CS bị hạn chế bởi khả năng giải quyết và kiểm soát tương tác dịch vụ khi

đa dịch vụ VAS được đưa ra trong một cuộc gọi Tuy nhiên, vẫn còn các nhà khai thác muốn đưa ra CAMEL dựa trên dịch vụ trả trước kết hợp với các dịch vụ IN, chẳng hạn như dịch vụ chúc mừng cá nhân

1.4 Mô hình VAS trong IMS

Giao thức khởi tạo phiên SIP được định nghĩa trong RFC 3261, SIP được thiết kế để hỗ trợ việc thiết lập các phiên đa phương tiện giữa các người sử dụng trên mạng IP [9]

VAS trong IMS được thực hiện bằng các phương tiện của máy chủ ứng dụng SIP (SIP AS) và logic

có thể trên thiết bị đầu cuối Tuy nhiên, trong luận văn này sẽ tập trung vào phần mạng của VAS Một

SIP-AS trong IMS có một vai trò tương tự như một SCP trong miền UMTS Ngoài ra, nó cung cấp chức năng nhất định được tìm thấy trong MSC của mạng UMTS Chức năng này bao gồm các dịch vụ thoại cơ bản và các dịch vụ bổ sung Một SIP-AS có chức năng kết nối đến CSCF phục vụ (S-CSCF), truy vấn CSCF (I-CSCF), chức năng kiểm soát nguồn tài nguyên đa phương tiện (MRF) và hệ thống thuê bao nhà (HSS) SIP-

AS bao gồm một nền tảng thực hiện dịch vụ với một số dịch vụ được triển khai trên nó Kết nối với MRF cho mục đích điều khiển tương tác người dùng Kết nối với HSS cho mục đích lưu trữ và lấy dữ liệu thuê bao tĩnh hoặc động

Hình 1.2 cho thấy kiến trúc cho VAS trong IMS [12] Các tổ chức, cá nhân được kết nối thông qua các điểm tham chiếu chuẩn hóa cho mạng IMS

Hình 1.2: Server ứng dụng SIP trong IMS

Hình 1.2 cho thấy kiến trúc áp dụng cho các phiên SIP khởi đầu S-CSCF có được dữ liệu thuê bao

từ HSS, tại thời điểm thuê bao đăng ký HSS chứa dữ liệu thuê bao liên tục Một trong các thành phần của dữ liệu thuê bao là các tiêu chuẩn lọc ban đầu (IFC) IFC được sử dụng bởi S-CSCF cho việc đưa ra các dịch vụ giá trị gia tăng IFC chứa địa chỉ SIP-AS VAS, được dẫn ra cho các thuê bao này IFC có dạng của một tập tin XML, quy định cụ thể các điều kiện cho việc dẫn ra dịch vụ VAS cho các thuê bao Các điểm tham chiếu giữa S-CSCF và SIP AS là giao diện điều khiển dịch vụ IMS (ISC) Giao thức chạy trên các điểm tham chiếu ISC là SIP

Một SIP AS được liên kết chức năng trong báo hiệu SIP Các báo hiệu SIP liên quan đến một cuộc gọi là đối tượng để điều khiển SIP-AS, được định tuyến thông qua tất cả các SIP-AS đã đưa ra cho phiên làm việc Đây là một sự khác biệt so với UMTS, ISUP/BICC không được gửi thông qua SCP một cách rõ ràng Hình 1.2 chỉ ra liên kết trong suốt của SIP-AS vào một phiên SIP, cung cấp cho các SIP-AS toàn quyền điều khiển phiên SIP trong khi SCP chỉ có thể điều khiển các cuộc gọi CS trong ranh giới điều khiển được tiếp xúc bởi MSC/SSF thông qua giao thức CAP VAS trong IMS có thể điều khiển bất kỳ loại phiên và không phiên liên quan đến các dịch vụ truyền thông trong mạng sử dụng IMS, chẳng hạn như cuộc gọi thoại, cuộc gọi video, nhắn tin và trò chuyện Một SIP-AS có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng phương tiện truyền thông

và các phương tiện truyền thông định tuyến cho một phiên giao tiếp SIP Bên cạnh chức năng kết nối với mạng lõi IMS (CSCF, MRFC, HSS), SIP-AS có thể có giao diện kinh doanh với các dịch vụ dựa trên internet, ví dụ như bằng cách sử dụng ngôn ngữ thực hiện quy trình kinh doanh (BPEL) hoặc các dịch vụ Web

VAS có thể được dẫn ra cho các phiên SIP khởi xướng (các phiên SIP khởi xướng bởi thuê bao IMS được phục vụ) và kết thúc phiên SIP (các phiên SIP dành trước cho thuê bao IMS được phục vụ) Hình 1.2 phản ánh rằng nhiều SIP-AS có thể được đưa ra cho một phiên SIP, tùy thuộc vào nội dung của IFC Ví dụ IFC cho một thuê bao có thể chỉ định cho một cuộc gọi ban đầu, S-CSCF đầu tiên phải đưa ra một dịch vụ SIP-AS # 1, theo sau bởi một dịch vụ SIP-AS # 2 Phương pháp này đưa ra nhiều SIP-AS trong một cuộc gọi được gọi là chaining IFC Một cơ chế tương tự như cơ chế tồn tại trong GSM, MSC đưa ra các dịch vụ khác nhau theo thứ tự (Service chaining)

Trong PSTN và GSM, các dịch vụ cơ bản như các cuộc gọi thoại và các dịch vụ bổ sung như chuyển hướng cuộc gọi, chuyển cuộc gọi được thực hiện bởi mạng lõi Nghĩa là các dịch vụ này không thuộc tiêu đề của VAS Trong IMS, dịch vụ thoại cơ bản, cũng như các dịch vụ bổ trợ, được thực hiện bằng cách sử dụng

cơ chế tương tự như được sử dụng cho VAS trong IMS Dịch vụ thoại cơ bản trong IMS được gọi là điện thoại đa phương tiện truyền thông, dịch vụ thoại bổ sung trong IMS được biết đến như là dịch vụ mô phỏng Dịch vụ thoại cơ bản và các dịch vụ mô phỏng này được thực hiện thông qua chỉ định và logic dịch vụ được chuẩn hóa được triển khai trên SIP-AS

1.5 Mô hình VAS trong mạng UMTS sử dụng IMS

Sau khi mô tả VAS trong IMS và VAS cho mạng UMTS, vấn đề cần giải quyết trong thực tế là làm thế nào để phát triển kiến trúc dịch vụ đã được triển khai và các dịch vụ đã được triển khai khi IMS đang được đưa vào sử dụng trong một mạng, các bộ phận nào có thể được tái sử dụng, các chức năng phải nào sẽ phải di chuyển, làm thế nào để phát triển cho mạng tiếp theo trong tương lai kế thừa từ mạng UMTS

Mạng lõi tiến hóa lên IMS, và sẽ có nhiều hơn các thuê bao sẽ trở thành thuê bao IMS và tương ứng với nó sẽ có các thiết bị đầu cuối IMS có khả năng phù hợp Tuy nhiên, mạng truy nhập CS và các thiết bị đầu cuối CS sẽ duy trì trong một thời gian dài Câu hỏi đầu tiên được đặt ra là bộ phận nào của mạng kế thừa

sẽ tiếp tục sử dụng các khả năng để điều khiển mạng lưới CS, và bộ phận nào sử dụng mạng IMS và hội nhập của nó với các lớp dịch vụ

Hình 1.3 mô tả một câu hỏi cốt lõi được đề cập trong luận văn này Một nhà điều hành di chuyển từ UMTS lên mạng sử dụng IMS có thể sử dụng các di sản dịch vụ VAS hiện tại trong mạng thế hệ sau như thế nào Dịch vụ VAS UMTS hiện có thường được gọi là di sản IN

Hình 1.3: Ứng dụng các di sản VAS trong IMS

Các vấn đề chính được chỉ ra bởi dấu hỏi trong hình 1.3 Làm thế nào chúng ta có thể kết nối di sản dịch vụ VAS trong mạng UMTS vào trong mạng sử dụng IMS Và làm thế nào chúng ta có thể nhận được di sản dịch vụ VAS để làm việc cùng với một SIP-AS trong mạng IMS, ví dụ như một SIP-AS cung cấp các dịch vụ điện thoại cơ bản và bổ sung Mạng lõi IMS sử dụng SIP qua các điểm tham chiếu ISC đối với SIP-

AS, trong khi một di sản SCP sử dụng CAP hướng tới mạng lõi UMTS Khi đề cập đến vấn đề này, luận văn phải xem xét đến sự tương tác giữa di sản dịch vụ VAS với các đơn vị khác trong mạng UMTS Sự tương tác này cần phải được áp dụng trong mạng sử dụng IMS tốt khi di chuyển di sản VAS sang mạng sử dụng IMS

Giải pháp chung cho việc áp dụng các di sản VAS trong mạng UMTS lên mạng UMTS sử dụng IMS, sẽ được trình bày rõ trong chương 3

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC IMS

Chương này tập trung nghiên cứu kiến trúc IMS, chức năng các phần tử, các giao thức và giao diện trong IMS

2.1 Giới thiệu chung

IMS là một chuẩn dựa trên mạng viễn thông toàn IP mà nó sử dụng cả mạng có dây và không dây hiện tại với sự đa dạng các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản, và dữ liệu Các dịch vụ dựa trên IMS có thể được phân chia thành ba loại sau:

 Dịch vụ Non real time như dịch vụ tin nhắn đa phương tiện và phân phối nội dung đa phương tiện

 Dịch vụ Near real time ví dụ như Push to talk qua mạng thông tin di động tổ ong và dịch vụ chơi Game

 Dịch vụ Real time như thoại, audio hoặc video, hội nghị dựa trên nền chuyển mạch gói

Những dịch vụ này có thể có được dễ dàng qua các dịch vụ cùng loại như các dịch vụ hiện tại và dịch vụ quản lý danh sách nhóm

2.2 Cấu trúc phân lớp IMS

Mạng di động và cố định có thể được hội tụ trên nền tảng IMS hoàn toàn IP Để thấy được xu hướng

đó, một mạng IMS được định nghĩa trong một kiến trúc mặt phẳng ngang, bao gồm 3 lớp chức năng [11]:

Hình 2.1: Kiến trúc phân lớp của phân hệ IMS theo chiều ngang

Hình 2.1 chỉ ra kiến trúc phân lớp IMS theo chiều ngang Lớp đầu tiên là lớp truyền tải thực hiện truyền tải dung lượng báo hiệu và các luồng phương tiện Lớp này bao gồm các switch, router và các thực thể xử lý phương tiện (ví dụ: Media Gateway, Media Server) được sử dụng cho cả mạng đường trục và mạng truy nhập Các người dùng của mạng IMS có thể kết nối thông qua sự đa dạng về mạng truy nhập và kỹ thuật bao gồm cả mạng không dây và có dây Một vài người sử dụng có thể kết nối trực tiếp tới IMS thông qua mạng dựa trên IP, người dùng khác có thể kết nối gián tiếp với mạng IMS thông qua PSTN Mỗi một kiểu kết nối trên tới mạng IMS đều được thực hiện dễ dàng bởi các phần tử logic trong lớp truyền tải Như là một lớp truy nhập không phụ thuộc mạng, IMS có thể kết nối đến nhiều loại mạng khác nhau

Lớp thứ hai trong kiến trúc IMS là lớp điều khiển Bao gồm các phần tử của mạng báo hiệu (ví dụ: CSCF, HSS, MGCF…) để hỗ trợ điều khiển phiên chung, điều khiển phương tiện và chức năng điều khiển truy nhập qua các giao thức báo hiệu như SIP, Diameter, H248 Lớp điều khiển là mạng lõi của IMS, với viễn thông nó thực sự điều khiển hiệu quả cho các thiết bị của người sử dụng kết nối tới nhiều

kiểu mạng truy nhập Lớp này cũng bao gồm server thuê bao nhà (HSS) để lưu trữ thông tin như vị trí vật lý của các người dùng, phân phát tài nguyên và dữ liệu bảo mật có liên quan

Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp ứng dụng Lớp này bao gồm các Server ứng dụng như server ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ mở bên thứ 3 và các điểm điều khiển dịch vụ mở kế thừa IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê bao nhà và các thành phần của mạng báo hiệu được phân phối trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển

Khi đưa ra một cấu trúc mạng lõi đơn của một mạng lõi cấu trúc theo chiều ngang cho bất kỳ một loại mạng truy nhập và dịch vụ khác nhau, kiến trúc phân hệ IMS mang lại lợi thế xoá bỏ kiến trúc dịch vụ theo chiều dọc truyền thống, mà nó nhân đôi các chức năng tương tự nhau (ví dụ: điều khiển phiên, tính cước) cho mỗi kiểu truy nhập và dịch vụ Kiến trúc phân hệ IMS tạo ra một nguồn tài nguyên chia sẻ hấp dẫn và cơ hội cho việc tiết kiệm chi phí cho nhà khai thác mạng và nhà cung cấp dịch vụ

2.3 Tổng quan về các giao thức chính sử dụng trong IMS

2.3.1 Giao thức khởi tạo SIP

Giao thức khởi tạo phiên (được định nghĩa trong RFC 3261) được thiết kế để hỗ trợ việc thiết lập các phiên đa phương tiện giữa các người sử dụng trên mạng IP [9] Giống như điều khiển cuộc gọi, mục tiêu của SIP RFC là hỗ trợ các chức năng như di động của người sử dụng và chuyển hướng cuộc gọi

Người sử dụng máy tính

`

InternetIMS

Iu

Hình 2.2: Báo hiệu SIP từ đầu cuối đến đầu cuối

Hình 2.2 đưa ra mô tả giao thức SIP, SIP là giao thức chuẩn do IETF đưa ra nhằm mục đích thực hiện một hệ thống có khả năng truyền qua môi trường mạng IP Nó được định nghĩa như một client-server trong đó các yêu cầu được bên gọi (client) đưa ra và bên bị gọi (server) trả lời nhằm đáp ứng yêu cầu của bên gọi SIP sử dụng một số kiểu bản tin và trường khởi đầu giống HTTP Về cơ bản SIP là một giao thức hướng văn bản và gần giống với giao thức HTTP nhưng nó không phải là một sự mở rộng của HTTP Trong kiến

trúc phân hệ IMS giao thức SIP được sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện trong

mạng lõi trên các giao diện Mg, Mw, Mm, Mi, Mj, và Mk

2.3.2 Giao thức Diameter

Trong IMS, giao thức Diameter được sử dụng để nhận thực trao quyền và thanh toán đối với người dùng IMS SIP được lựa chọn làm báo hiệu trong mạng lõi IMS và giao thức Diameter được sử dụng cho nhận thực, trao quyền và thanh toán Ngoài hai giao thức cơ bản trên, trên các giao diện giữa các phần tử mạng lõi IMS với các phần tử ngoài có thể sử dụng một số giao thức khác H248, MEGACO, giao thức truyền tải thời gian thực RTP, MAP…

2.4 Kiến trúc IMS

IMS cung cấp tất cả các thực thể mạng và các thủ tục để hỗ trợ thoại thời gian thực và các ứng dụng

IP đa phương tiện Nó sử dụng SIP để hỗ trợ báo hiệu và điều khiển cho các dịch vụ thời gian thực

3GPP, ETSI và diễn đàn Parlay định nghĩa cấu trúc chức năng của IMS như hình vẽ sau [11]:

Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc IMS của 3GPP

IMS thực hiện 3 chức năng chính:

 Hội tụ mạng di động và mạng cố định

 Hội tụ dịch vụ Cung cấp dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên nền gói IP

 Hội tụ đầu cuối

2.5 Chức năng các phần tử của IMS

2.5.1 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)

Thực thể chức năng chính trong IMS là chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF: Call Session Control Function) CSCF là một SIP server CSCF có thể có một số vai trò khác nhau khi được sử dụng trong phân hệ đa phương tiện IP Nó có thể hoạt động như một Proxy-CSCF (P-CSCF), như một Serving-CSCF (S-CSCF), và có thể như một Interrogating-CSCF (I-CSCF) Hình 2.4 thể hiện kiến trúc CSCF với các giao diện của nó

2.5.1.1 S-CSCF (CSCF phục vụ)

S-CSCF là bộ não của IMS, nó được đặt ở mạng nhà Nghĩa là báo hiệu cuộc gọi khởi xướng từ máy

di động được định tuyến qua mạng nhà của người sử dụng Chẳng hạn một thuê bao Việt Nam chuyển mạng vào Trung Quốc sau đó gọi đến một thuê bao tại Úc, báo hiệu cuộc gọi này sẽ phải đi qua mạng của thuê bao nhà của nó tại Việt Nam Cách thực hiện này cho phép nhà khai mạng có thể thoả thuận các bản tin tính cước với nhà khai thác mạng khách cho từng thuê bao Tất nhiên điều này chỉ liên quan đến báo hiệu, còn lưu lượng cuộc gọi vẫn được định tuyến IP giữa các GGSN của các mạng Trung Quốc và Úc Nó thực hiện các dịch vụ điều khiển phiên và đăng ký cho các UE Khi UE tham gia một phiên, S- CSCF duy trì trạng thái của phiên này và tương tác với các nền tảng dịch vụ khác và các chức năng tính cước mà nhà khai thác mạng cần thiết để hỗ trợ dịch vụ

Hình 2.4: Kiến trúc CSCF

2.5.1.2 P-CSCF (CSCF đại diện)

P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên của máy di động trong IMS tại chỗ hay khách Nói một cách khác, P- CSCF tiếp nhận các yêu cầu SIP từ các máy di động hoặc tự mình thực hiện các yêu cầu này hoặc chuyển chúng đến các server khác P- CSCF chứa chức năng điều khiển chính sách để điều khiển chính sách liên quan đến cách thức sử dụng các kênh mang trong GGSN Đối với các thuê bao chuyển mạng, P- CSCF được đặt trong mạng khách, đặc biệt là nó được đặt trong GGSN của mạng mà từ đó thuê bao nhận được dịch vụ

2.5.1.3 I-CSCF (CSCF hỏi )

I-CSCF là điểm tiếp xúc trong phạm vi mạng của nhà khai thác cho tất cả các kết nối tới thuê bao của nhà khai thác mạng Nó đóng vai trò như một điểm tiếp xúc trung tâm trong mạng nhà khai thác dành cho một thuê bao hay một người sử dụng hiện đang làm khách ở mạng này đối với tất cả các phiên Trong một mạng của nhà khai thác có thể có nhiều I-CSCF

2.5.2 HSS ( Server thuê bao nhà)

Đây là cơ sở dữ liệu chung cho tất cả các người dùng, nó chứa cả HLR trong thể thức mạng GPRS Nó chứa các thông tin sau:

 Thông tin nhận dạng (số điện thoại, các địa chỉ SIP, IMSI)

 Thông tin an ninh (các khoá nhận thực bí mật)

 Thông tin vị trí (SGSN, địa chỉ IP)

 Thông tin lý lịch người sử dụng (các dịch vụ đăng ký)

2.5.3 Server ứng dụng (AS)

3GPP đặc tả rằng mỗi UE đều có mạng nhà và có thể đăng ký tập các dịch vụ với mạng nhà của nó (các dịch vụ đăng ký tại mạng nhà) Các tiêu chuẩn 3GPP hiện thời đòi hỏi rằng mạng nhà của UE phải cung cấp điều khiển dịch vụ cho mạng khách

Các AS không chỉ đơn thuần là các thực thể IMS mà đúng hơn là các chức năng trên cùng của IMS Các AS được trình bầy ở đây như là bộ phận của IMS vì chúng là các thực thể cung cấp các dịch vụ đa phương tiện giá trị gia tăng trong IMS

AS đăng ký trong mạng nhà của người sử dụng hay tại vị trí của người thứ ba Các dịch vụ cung cấp không chỉ hạn chế trên các dịch vụ dựa trên SIP mà cả các dịch vụ dựa trên môi trường dịch vụ của mạng thông minh CAMEL và kiến trúc dịch vụ mở (OSA)

2.5.4 Chức năng điều khiển cổng nối xuyên (BGCF)

Chức năng điều khiển cổng cổng nối xuyên (BGCF) 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 mạng chuyển mạch kênh nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN 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

2.5.5 SLF (Chức năng định vị đăng ký thuê bao)

SLF (Subcription location function) được sử dụng như là một cơ chế phân giải cho phép I-CSCF, CSCF và AS tìm được địa chỉ của HSS, nơi chứa số liệu thuê bao khi nhiều HSS với các địa chỉ khác nhau được sử dụng trong mạng của nhà khai thác

S-2.5.6 MGCF ( Chức năng điều khiển cổng đa phương tiện)

MGCF là một cổng hỗ trợ thông tin giữa các người sử dụng IMS và CS Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF) và các cổng phương tiện (IM-MGW) chịu trách nhiệm cho báo hiệu và chuyển đổi các phương tiện giữa miền PS và các mạng chuyển mạch kênh (PSTN chẳng hạn) MGCF giao tiếp với S-CSCF (hoặc BGCF) qua giao thức SIP

2.5.7 MRF (Chức năng tài nguyên đa phương tiện)

Kiến trúc liên quan đến chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) được thể hiện trong hình như sau:

Hình 2.7: Kiến trúc MRF

MRF được phân tách thành bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFC và bộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP như thể hiện trên hình vẽ 2.7

2.5.8 IMS-MGW (Chức năng cổng phương tiện -IMS)

IMS MGW đảm bảo liên kết mặt phẳng người sử dụng giữa các mạng CS (PSTN, GSM) và IMS Một IMS-MGW có thể kết thúc các kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh và các luồng phương tiện từ mạng chuyển mạch gói (ví dụ luồng RTP trong mạng IP) IMS-MGW có thể hỗ trợ chuyển đổi phương tiện điều khiển mang và xử lí tải trọng (ví dụ mã hóa, triệt vọng, cầu hội nghị)

2.5.9 SGW (Chức năng cổng báo hiệu)

Chức năng cổng báo hiệu được sử dụng để kết nối các mạng báo hiệu khác nhau ví dụ mạng báo hiệu SCTP/ IP và mạng báo hiệu SS7 Chức năng cổng báo hiệu có thể triển khai như một thực thể đứng một mình hoặc bên trong mỗi thực thể khác Các luồng phiên trong đặc tả này không thể hiện SGW nhưng khi làm việc với PSTN hay miền chuyển mạch kênh thì cần có một SGW để chuyển đổi truyền tải báo hiệu SGW được triển khai như hai node logic sau:

2.5.10 PDF (Chức năng quyết định chính sách)

PDF chịu trách nhiệm đưa ra các quyết định về chính sách dựa trên thông tin phiên và thông tin liên quan đến phương tiện nhận được từ P-CSCF Nó hoạt động như một điểm quyết định chính sách để điều