đồ án : Nghiên cứu các giải pháp phát triển IPTV trên IMS-NGN

MỤC LỤCMỤC LỤCiDANH MỤC CÁC HÌNH VẼivCÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮTviLỜI NÓI ĐẦUxiChương 1 : KIẾN TRÚC IMS11.1Giới thiệu chung11.2Các yêu cầu về kiến trúc IMS21.2.1Kết nối IP21.2.2Truy nhập độc lập41.2.3Đảm bảo chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ đa phương tiện IP41.2.4Điều khiển chính sách IP để đảm bảo việc sử dụng đúng các tài nguyên phương tiện41.2.5Truyền thông an toàn51.2.6Tổ chức tính cước51.2.7Hỗ trợ roaming61.2.8Tương tác với các mạng khác61.2.9Mô hình điều khiển dịch vụ71.1.10Phát triển dịch vụ71.1.11Thiết kế phân lớp71.3Các giao thức được sử dụng trong IMS91.3.1Giao thức thiết lập phiên SIP91.3.2Giao thức Diameter111.4Kiến trúc phân hệ IMS121.4.1Máy chủ thuê bao mạng nhà (HSS) và thực thể chức năng định vị thuê bao (SLF)121.4.2Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)141.4.3Máy chủ ứng dụng (AS)181.4.4Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phương tiện181.4.5Thực thể chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF)181.4.6Thực thể chức năng điều khiển cổng thoát (BGCF)191.4.7Mạng khách và mạng nhà191.5Các điểm tham chiếu211.5.1Điểm tham chiếu Gm211.5.2Điểm tham chiếu Mw211.5.3Điểm tham chiếu điều khiển dịch vụ IMS (ISC)211.5.4Điểm tham chiếu Cx211.5.5Điểm tham chiếu Dx221.5.6Điểm tham chiếu Sh221.5.7Điểm tham chiếu Si221.5.8Điểm tham chiếu Dh221.5.9Điểm tham chiếu Mm221.5.10Điểm tham chiếu Mg231.5.11Điểm tham chiếu Mi231.5.12Điểm tham chiếu Mj231.5.13Điểm tham chiếu Mk231.5.14Điểm tham chiếu Mn231.5.15Điểm tham chiếu Ut231.5.16Điểm tham chiếu Mr241.5.17Điểm tham chiếu Mp241.5.18Điểm tham chiếu Go241.5.19Điểm tham chiếu Gq241.5.20Các điểm tham chiếu tính cước241.6Kết luận chương 125Chương 2 : CÔNG NGHỆ IPTV262.1Giới thiệu tổng quan về công nghệ IPTV262.2Mô hình tổng quan hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV272.3Các giao thức mạng292.4Các ứng dụng cơ bản của dịch vụ IPTV322.4.1Truyền hình quảng bá322.4.2Truyền hình theo yêu cầu (VoD)322.4.3Truyền hình tương tác332.5Các yêu cầu về dịch vụ IPTV342.5.1Băng tần cao342.5.2Băng tần không đối xứng342.5.3Chất lượng dịch vụ352.5.4Thời gian đổi kênh video quảng bá352.6Chất lượng dịch vụ hệ thống IPTV362.7Tình hình chuẩn hoá IPTV372.7.1DVB qua các mạng IP372.7.2ITU-T FG IPTV372.7.3ETSI TISPAN IPTV372.7.4Forum về khả năng tương tác của ATIS IPTV372.7.53GPP MBMS372.7.6OMA BCAST382.7.7IETF382.8Kết luận chương 238Chương 3 :CÁC GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN IPTV TRÊN IMS-NGN393.1Giới thiệu chung393.1.1Sự phát triển kiến trúc IPTV theo hướng NGN393.1.2Ưu điểm của kiển trúc IPTV trên nền IMS413.2Giải pháp phát triển ứng dụng IPTV trên IMS-NGN của ETSI TISPAN423.2.1Sơ đồ kiến trúc TISPAN IMS IPTV423.2.2Các thành phần chức năng433.2.3Các giao diện463.2.4Tương tác giữa các dịch vụ IPTV với IMS-NGN473.2.5Giới thiệu một số dịch vụ IPTV trên nền IMS-NGN543.2.6Phân tích hoạt động của dịch vụ IPTV trên IMS-NGN553.3Một số các giải pháp thực tế triển khai IPTV trên IMS-NGN793.3.1Giải pháp của FOKUS793.2.1Giải pháp của India863.4Kết luận chương 3.89KẾT LUẬN90TÀI LIỆU THAM KHẢO91 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼHình 1 1: Các tuỳ chọn kết nối IMS khi người dùng đang chuyển vùng.3Hình 1 2: Kiến trúc phân lớp IMS8Hình 1 3: Báo hiệu SIP từ đầu cuối đến đầu cuối10Hình 1 4: Kiến trúc tổng quan của 3GPP IMS.13Hình 1 5: Cấu trúc của HSS.14Hình 1 6: Kiến trúc P-CSCF nằm ở mạng khách.20Hình 1 7: Kiến trúc P-CSCF nằm ở mạng nhà.20Hình 2 1: Kiến trúc đơn giản của hệ thống IPTV end-to-end27Hình 2 2: Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV28Hình 2 3: Các giao thức truyền/phát dịch vụ IPTV tới khách hàng30Hình 3 1: Các bước phát triển chính của IPTV39Hình 3 2: Kiến trúc IPTV trên nền IMS-NGN của TISPAN42Hình 3 3: Kiến trúc dịch vụ trên nền IMS48Hình 3 4: Kiến trúc dịch vụ đơn giản dựa trên IMS.54Hình 3 5: Thủ tục khởi động UE56Hình 3 6: Kết nối và lựa chọn dịch vụ IPTV trong chế độ Pull.57Hình 3 7: Kết nối và lựa chọn dịch vụ IPTV trong chế độ Push58Hình 3 8: Thiết lập phiên quảng bá.59Hình 3 9:Quá trình SCF thiết lập kênh phân phối nội dung60Hình 3 10: Quá trình UE thiết lập kênh phân phối nội dung61Hình 3 11: Điều chỉnh phiên BC được thiết lập bởi UE.62Hình 3 12: Điều chỉnh phiên BC thiết lập bởi SCF.63Hình 3 13: Giải phóng phiên quảng bá bởi UE.64Hình 3 14: Giải phóng phiên quảng bá bởi SCF64Hình 3 15: Chuyển mạch kênh TV quảng bá.65Hình 3 16: Luồng báo hiệu cho việc thiết lập trick play của kênh broadcast.66Hình 3 17: Thiết lập phiên CoD.67Hình 3 18: Luồng báo hiệu phiên CoD từ MF.69Hình 3 19: Báo hiệu phiên CoD từ UE.70Hình 3 20: Sửa đổi phiên CoD thiết lập bởi UE.70Hình 3 21: Sửa đổi phiên CoD thiết lập bởi MF72Hình 3 22: Sửa đổi kênh phân phối nội dung từ UE.73Hình 3 23: Sửa đổi kênh phân phối nội dung từ MF.74Hình 3 24: Giải phóng phiên CoD thiết lập bởi UE.74Hình 3 25: Giải phóng phiên CoD thiết lập bởi SCF.75Hình 3 26: Giải phóng phiên CoD thiết lập bởi MF.76Hình 3 27: Báo hiệu chp PRV sử dụng yêu cầu Impulsive77Hình 3 28: Báo hiệu chp PRV sử dụng yêu cầu Off-line78Hình 3 29: Kiến trúc tham chiếu IMS-NGN-based IPTV của Fokus.80Hình 3 30: Kiến trúc triển khai83Hình 3 31: Client đa phương tiện IMS84Hình 3 32: Sơ đồ chuỗi các hoạt động thông báo cá nhân.85Hình 3 33: Sơ đồ mạng dịch vụ IPTV86Hình 3 34: IPTV trên nền IMS và MBMS87

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ii

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv

LỜI NÓI ĐẦU viii

Chương 1 : KIẾN TRÚC IMS 1

Chương 2 : CÔNG NGHỆ IPTV 26

Chương 3 :CÁC GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN IPTV TRÊN IMS-NGN 39

KẾT LUẬN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Các tuỳ chọn kết nối IMS khi người dùng đang chuyển vùng 3

Hình 1-2: Kiến trúc phân lớp IMS 8

Hình 1-3: Báo hiệu SIP từ đầu cuối đến đầu cuối 10

Hình 1-4: Kiến trúc tổng quan của 3GPP IMS 13

Hình 1-5: Cấu trúc của HSS 14

Hình 1-6: Kiến trúc P-CSCF nằm ở mạng khách 20

Hình 1-7: Kiến trúc P-CSCF nằm ở mạng nhà 20

Hình 2-8: Kiến trúc đơn giản của hệ thống IPTV end-to-end 27

Hình 2-9: Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 28

Hình 2-10: Các giao thức truyền/phát dịch vụ IPTV tới khách hàng 30

Hình 3-11: Các bước phát triển chính của IPTV 39

Hình 3-12: Kiến trúc IPTV trên nền IMS-NGN của TISPAN 42

Hình 3-13: Kiến trúc dịch vụ trên nền IMS 48

Hình 3-14: Kiến trúc dịch vụ đơn giản dựa trên IMS 54

Hình 3-15: Thủ tục khởi động UE 56

Hình 3-16: Kết nối và lựa chọn dịch vụ IPTV trong chế độ Pull 57

Hình 3-17: Kết nối và lựa chọn dịch vụ IPTV trong chế độ Push 58

Hình 3-18: Thiết lập phiên quảng bá 59

Hình 3-19:Quá trình SCF thiết lập kênh phân phối nội dung 60

Hình 3-20: Quá trình UE thiết lập kênh phân phối nội dung 61

Hình 3-21: Điều chỉnh phiên BC được thiết lập bởi UE 62

Hình 3-22: Điều chỉnh phiên BC thiết lập bởi SCF 63

Hình 3-23: Giải phóng phiên quảng bá bởi UE 64

Hình 3-24: Giải phóng phiên quảng bá bởi SCF 64

Hình 3-25: Chuyển mạch kênh TV quảng bá 65

Hình 3-26: Luồng báo hiệu cho việc thiết lập trick play của kênh broadcast 66

Hình 3-27: Thiết lập phiên CoD 67

Hình 3-28: Luồng báo hiệu phiên CoD từ MF 69

Hình 3-29: Báo hiệu phiên CoD từ UE 70

Hình 3-30: Sửa đổi phiên CoD thiết lập bởi UE 70

Hình 3-31: Sửa đổi phiên CoD thiết lập bởi MF 72

Hình 3-32: Sửa đổi kênh phân phối nội dung từ UE 73

Hình 3-33: Sửa đổi kênh phân phối nội dung từ MF 74

Hình 3-34: Giải phóng phiên CoD thiết lập bởi UE 74

Hình 3-35: Giải phóng phiên CoD thiết lập bởi SCF 75

Hình 3-36: Giải phóng phiên CoD thiết lập bởi MF 76

Hình 3-37: Báo hiệu chp PRV sử dụng yêu cầu Impulsive 77

Hình 3-38: Báo hiệu chp PRV sử dụng yêu cầu Off-line 78

Hình 3-39: Kiến trúc tham chiếu IMS-NGN-based IPTV của Fokus 80

Hình 3-40: Kiến trúc triển khai 83

Hình 3-41: Client đa phương tiện IMS 84

Hình 3-42: Sơ đồ chuỗi các hoạt động thông báo cá nhân 85

Hình 3-43: Sơ đồ mạng dịch vụ IPTV 86

Hình 3-44: IPTV trên nền IMS và MBMS 87

ARPU Average Revalue per Unit Lợi nhuận trung bình trên 1 thuê bao

AS Application Server Máy chủ ứng dụng

AUC Authentication Centre Trung tâm nhận thực

AVP Attribute Value Pair Cặp giá trị thuộc tính

B

BGCF Breakout Gateway Control

Function

Chức năng điều khiển cổng thoát

BSS/OSS Billing and Operation System Hệ thống vận hành và tính cước

C

CAPEX Capability Expensive Chi phí công suất

CCF Charging Collection Function Chức năng tính cước

CMF Content Manage Function Chức năng quản lý nội dung

COPS Common Open Policy Service Dịch vụ chính sách mở thông thườngCSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọiD

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

DVB Digital Video Broadcasting Phát quảng bá hình ảnh số

DVMRP Distance Vector Multicast Routing

Protocol

Giao thức định tuyến multicast theo vector khoảng cách

E

EPG Electronic Programming Guides Các chỉ dẫn lập trình điện tử

ESP Encapsulation Security Payload Tải tin bảo mật đóng gói

G

GARP Generic Attribute Registration

Protocol

Giao thức đăng ký thuộc tính chung

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

H

HDTV High-Definition Television Truyền hình có độ phân giải cao

HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao nhà (địa phương)HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

I

I-CSCF Interrogating-CSCF CSCF truy vấn

IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng đặc trách kỹ thuật InternetIGMP Internet Group Management

Protocol

Giao thức quản lý nhóm Internet

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMSI International Mobile Subscriber

MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MBMS Multimedia Broadcast Muticast

Service

Dịch vụ multicast/broadcast đa phương tiện

MCF Media Control Function Chức năng điều khiển phương tiệnMDF Media Delivery Function Chức năng phân phối phương tiệnMGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương

tiệnMGF Media Gateway Function Chức năng cổng phương tiện

MLD Multicast Listener Discovery Phát hiện người nghe Multicast

MPR Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến multicast

MRFC Media Resource Function

MRP Multicast Registration Protocol Giao thức đăng ký Multicast

MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuẩn mạch di động

MSCF Multimedia Service Control

Function

Chức năng điều khiển dịch vụ đa phương tiện

N

NAS Network Access Server Máy chủ truy nhập mạng

NASS Network Attachment Subsystem Phân hệ gắn với mạng

NAT Network Address Translation Chức năng phiên dịch địa chỉ mạngO

OCS Open Charging System Hệ thống tính cước online

OMA Open Mobile Alliance Khối liên minh di động mở

OPEX Operation Expensive Chi phí vận hành

OSPF Open Shortest Path First Ưu tiên đường ngắn nhất mở

P

PDA Personal Digital Assistant Thiết bị số cá nhân

PDF Policy Decision Function Chức năng quyết định chính sáchPEP Policy Enforcement Point Điểm tuân theo chính sách

PIM Protocol Independent Multicast Multicast độc lập giao thức

PRV Private Video Recorder Bộ ghi hình cá nhân

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức luồng thời gian thực

RTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thựcS

SBLP Service-based Local Policy Chính sách vùng theo dịch vụ

SCF Service Control Function Chức năng điều khiển dịch vụ

SCIM Service Capability Interaction

Manager

Quản lý tương tác tiềm năng dịch vụ

SDF Service Discovery Function Chức năng phát hiện dịch vụ

SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên

SDP Source Discovery Protocol Giao thức phát hiện tài nguyên

SDS Service Discovery and Selection Phát hiện và lựa chọn dịch vụ

SEG Security Gateway Cổng an ninh

SLF Subscription Location Function Chức năng định vị thuê bao

SMF Service Manager Function Chức năng quản lý dịch vụ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SGW Signalling Gateway Cổng báo hiệu

SIP Session Initiation Protocol Giao thức thiết lập phiên

SSF Service Selection Function Chức năng lựa chọn dịch vụ

SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụ

TISPAN Telecoms & Internet converged

Services and Protocols for Advanced Networking

Các giao thức và các dịch vụ Viễn thông và Internet cho các mạng tiên tiến

U

UPSF User Profile Server Function Chức năng quản lý hồ sơ người dùngURI Uniform Resource Identifier Nhận dạng tài nguyên hợp nhất

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, công nghệ thông tin ảnh hưởng mạnh đến các lĩnh vực giải trí như điện ảnh, phát thanh, truyền hình Nền tảng IP, sự phát triển của các công nghệ truy cập băng rộng đặt ra yêu cầu và cũng là động lực để các nhà công nghệ tìm ra giải pháp hiệu quả nhất tận dụng các hệ thống mạng để mang đến cho người xem càng nhiều càng tốt những sản phẩm giải trí chất lượng và tiện lợi Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã được phát triển, đặt biệt là công nghệ IPTV - truyền hình qua giao thức Internet, đã đáp ứng được phần nào nhu cầu và thị hiếu ngày càng cao của người dùng Hiện nay các nhà khai thác mạng đã bắt đầu đầu tư vào việc nghiên cứu và triển khai dịch

vụ IPTV trên nền IMS-NGN để mở rộng hơn khả năng đáp ứng dịch vụ này

Đứng trước xu hướng này, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ IPTV, IMS và đặc biệt là sự triển khai của IPTV trên nền IMS-NGN hay còn gọi bằng thuật ngữ “IMS-NGN-based IPTV” là vấn đề quan trọng đối với sinh viên Nhận thức về điều đó, đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu các giải pháp phát triển IPTV trên IMS-NGN” giới thiệu về quá trình chuẩn hoá cũng như các giải pháp công nghệ mạng của tổ chức chuẩn hoá TISPAN

và một số tổ chức khác về IPTV trên IMS-NGN và một số dịch vụ ứng dụng trên thực tế của nó Bố cục đồ án gồm 3 chương:

 Chương 1: Giới thiệu về kiến trúc phân hệ IMS

 Chương 2: Giới thiệu về công nghệ IPTV

 Chương 3: Các giải pháp phát triển IPTV trên IMS-NGN

IMS-NGN-based IPTV là một công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn

đề của IMS-NGN-based IPTV đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng và lâu dài Do vậy đồ án không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy

cô và các bạn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Lê Nhật Thăng, người đã tận tình hướng dẫn

em trong suốt quá trình làm đồ án này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Viễn thông 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua

Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân – những người đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập

Chương 1 : KIẾN TRÚC IMS 1.1 Giới thiệu chung

Phân hệ đa phương tiện IP - 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 vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương vận (interoperability) với nhau

Quá trình chuẩn hóa IMS

IMS được định hình và phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3G.IP, thành lập năm

1999 Kiến trúc ban đầu của IMS được xây dựng bởi 3G.IP và sau đó đã được chuẩn hóa bởi 3GPP (3rd Generation Partnership Project) trong Release 5 công bố tháng 3 năm

2003 Trong phiên bản đầu tiên này, mục đích của IMS là tạo thuận lợi cho việc phát triển và triển khai dịch vụ mới trên mạng thông tin di động Tiếp đến, tổ chức chuẩn hóa 3GPP2 đã xây dựng hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) nhằm hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trong mạng CDMA2000 dựa trên nền 3GPP IMS Trong Release

6 của 3GPP IMS, cùng với khuynh hướng tích hợp giữa mạng tế bào và mạng WLAN, mạng truy nhập WLAN đã được đưa vào như một mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập tế bào

IMS khởi đầu như một chuẩn cho mạng vô tuyến Tuy nhiên, cộng đồng mạng hữu tuyến, trong quá trình tìm kiếm một chuẩn thống nhất, sớm nhận thấy thế mạnh của IMS cho truyền thông hữu tuyến Khi đó ETSI đã mở rộng chuẩn IMS thành một phần của kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo NGN mà họ đang xây dựng Tổ chức chuẩn hóa TISPAN trực thuộc ETSI, với mục đích hội tụ mạng thông tin di động và Internet, đã chuẩn hóa IMS như một hệ thống con của NGN Kết hợp với TISPAN, trong Release 7 của IMS, việc cung cấp dịch vụ IMS qua mạng cố định đã được bổ sung Năm 2005, phiên bản Release 1 của TISPAN về NGN được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định-di động trong IMS Gần đây, 3GPP và TISPAN đã có được một thỏa thuận để cho ra phiên bản Release 8 của IMS với một kiến trúc IMS chung, có thể hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ như IPTV

Đa phần các giao thức sử dụng trong IMS được chuẩn hóa bởi IETF, điển hình nhất là giao thức tạo phiên SIP Rất nhiều các phát triển và cải tiến của SIP để hỗ trợ các chức năng theo yêu cầu của hệ thống IMS đã được đề nghị và chuẩn hóa bởi IETF như SIP hỗ trợ tính cước, bảo mật v.v Bên cạnh IETF và TISPAN, một tổ chức chuẩn hóa khác mà 3GPP hợp tác chặt chẽ trong việc phát triển IMS là Liên minh di động mở OMA nhằm phát triển các dịch vụ trên nền IMS Một trong những dịch vụ do OMA phát triển là Push-to-Talk over Cellular (PoC) hay OMA SIMPLE Instant Messaging.

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 Một cách cụ thể, IMS là một mạng phủ (overlay), phân phối dịch vụ trên nền hạ tầng chuyển nối gói IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối 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 dùng cùng một dịch vụ

Kiến trúc IMS cung cấp nhiều giá trị 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 Khách hàng sẽ chỉ nhận một bảng tính cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng thường trú IMS hứa hẹn mang đến nhiều dịch vụ đa phương tiên, giàu bản sắc theo yêu cầu và sở thích của từng khách hàng, do đó tăng sự trải nghiệm của khách hàng (customer experience)

Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác vận tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn 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 tình huống khác nhau của khách hàng

1.2 Các yêu cầu về kiến trúc IMS

1.2.1 Kết nối IP

Một yêu cầu cơ bản đặt ra là mỗi client phải có kết nối IP tới các dịch vụ truy nhập

Kết nối IP có thể được tạo ra từ mạng địa phương (home network) hoặc mạng tạm trú

(visited network) Phần bên trái của hình 1.1 biểu diễn một tùy chọn trọng đó thiết bị người dùng đạt được địa chỉ IP từ mạng tạm trú Trong mạng UMTS, điều này có nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến (RAN), node hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và node hỗ trợ GPRS Gateway sẽ được đặt trong mạng tạm trú khi trong mạng có sự chuyển vùng của người dùng Phần bên phải của hình biểu diễn một tuỳ chọn trong đó thiết bị người dùng lấy địa chỉ IP từ mạng địa phương Trong mạng UMTS, điều này nghĩa là RAN và SGSN được đặt trong mạng tạm trú khi mạng này có sự chuyển vùng của người dùng Dễ dàng thấy được, khi người dùng được đặt trong mạng địa phương thì tất cả các phần tử cần thiết và kết nối IP đều nằm trong mạng địa phương

Hình 1-1: Các tuỳ chọn kết nối IMS khi người dùng đang chuyển vùng.

Cần chú ý rằng một người dùng có thể chuyển vùng và đạt được kết nối IP từ mạng nhà như trong hình vẽ Điều này cho phép người dùng sử dụng các dịch vụ IMS mới ngay

cả khi chúng đang chuyển vùng trong một vùng không có mạng IMS nhưng có kết nối IP

Về lý thuyết thì mạng IMS có thể được triển khai trong một vùng đơn lẻ và sử dụng chuyển vùng GPRS để kết nối các khách hàng tới mạng địa phương Nhưng trên thực tế thì điều này không xảy ra do hiệu suất định tuyến không cao Tuy nhiên, mô hình triển khai này rất quan trọng khi các nhà khai thác phát triển lên các mạng IMS hoặc trong pha ban đầu, khi họ đưa ra các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực/ không thực

1.2.2 Truy nhập độc lập

Kiến trúc IMS được thiết kế có khả năng truy nhập độc lập sao có thể cung cấp các dịch vụ IMS qua bất kỳ mạng kết nối IP nào (như GPRS, WLAN, đường thuê bao số truy nhập băng rộng) 3GPP sử dụng thuật ngữ “mạng truy nhập kết nối IP” đề cập tới tập các thực thể mạng và các giao diện cung cấp kết nối truyền tải IP lớp dưới giữa các thực thể

UE và IMS

1.2.3 Đảm bảo chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ đa phương tiện IP

Trên các đường truyền Internet công cộng, khả năng xảy ra trễ rất cao và biến thiên dẫn đến hiện tượng thất lạc gói tin hoặc các gói tin đến không theo thứ tự Trong IMS không xảy tình trạng này Các mạng truy nhập và truyền tải lớp dưới cùng với IMS cung cấp chất lượng dịch vụ xuyên suốt (end-to-end QoS)

Thông qua IMS, UE đàm phán về dung lượng và gửi các yêu cầu QoS trong suốt quá trình thiếp lập phiên (SIP) UE có thể đàm phán về các tham số như:

- Loại phương tiện, hướng lưu lượng

- Tốc độ bit, kích thước gói, tần số truyền tải gói tin

- Việc sử dụng tải trọng RTP đối với các loại phương tiện

- Thích ứng băng thông

Sau khi đàm phán các tham số ở mức ứng dụng, các UE dành trước tài nguyên thích hợp từ mạng truy nhập Khi QoS xuyên suốt (end-to-end) được tạo ra, các UE mã hoá và đóng gói các loại phương tiện riêng rẽ với một giao thức thích hợp (chẳng hạn, RTP) và gửi các gói phương tiện này tới mạng truy nhập và truyền tải sử dụng giao thức lớp truyền tải (chẳng hạn, TCP và UDP) qua IP

1.2.4 Điều khiển chính sách IP để đảm bảo việc sử dụng đúng các tài

nguyên phương tiện

Điều khiển chính sách IP chính là khả năng nhận thực và điều khiển việc sử dụng lưu lượng sóng mang dựa trên các tham số báo hiệu tại phiên IMS Để thực hiện được cần sự tương tác giữa các mạng truy nhập kết nối IP và IMS Có thể chia phương tiện thiết lập tương tác thành ba loại khác nhau:

- Phần tử điều khiển chính sách có khả năng xác minh các giá trị được đàm phán trong báo hiệu SIP sử dụng khi kích hoạt sóng mang cho lưu lượng truyền thông Nó cho phép nhà điều hành xác nhận các tài nguyên sóng mang của nó không bị lạm dụng (chẳng hạn, địa chỉ IP nguồn và đích và băng thông ở mức sóng mang giống với ở việc thiết lập phiên SIP)

- Phần tử điều khiển chính sách có hiệu lực khi lưu lượng truyền thông giữa các điểm đầu cuối của một phiên SIP bắt đầu hoặc kết thúc Nó ngăn chặn việc sử dụng sóng mang cho đến khi phiên được thiết lập hoàn toàn và cho phép lưu lượng bắt đầu/ kết thúc đồng bộ với việc tính cước cho một phiên trong IMS.

- Phần tử điều khiển chính sách có khả năng nhận thông báo khi các dịch vụ mạng truy nhập kết nối IP điều chỉnh, trì hoãn hay giải phóng sóng mang trong một phiên của người dùng Điều này cho phép IMS giải phóng phiên đang diễn ra do người dùng không

ở trong vùng phủ sóng nữa

1.2.5 Truyền thông an toàn

Bảo mật là một yêu cầu cơ bản và rất cần thiết trong mỗi hệ thống viễn thông và IMS không phải là một ngoại lệ IMS tối thiểu cung cấp mức độ bảo mật tương tự các mạng chuyển mạch kênh và GPRS tương ứng: chẳng hạn, IMS đảm bảo việc nhận thực người dùng trước khi bắt đầu sử dụng dịch vụ và người dùng có thể yêu cầu sự riêng tư khi tham gia vào một phiên

1.2.6 Tổ chức tính cước

Từ phía nhà cung cấp dịch vụ hoặc nhà khai thác thì khả năng tính cước người dùng là rất quan trong đối với bất kỳ mạng nào Kiến trúc IMS cung cấp các mô hình tính cước khác nhau, bao gồm, khả năng tính cước chỉ tính cho bên chủ gọi hoặc tính cước cho cả chủ gọi và bị gọi dựa trên các tài nguyên được sử dụng ở mức truyền tải Ở mô hình tính cước thứ hai, bên chủ gọi sẽ được tính cước hoàn toàn ở phiên IMS: nghĩa là có thể sử dụng các cơ chế tính cước khác nhau ở mức IMS và truyền tải Tuy nhiên, nhà khai thác

có thể nhìn thấy thông tin tính cước từ các mức tính cước (dịch vụ và nội dung) IMS và truyền tải bằng cách thiết lập một điểm tham chiếu điều khiển chính sách

Do các phiên IMS có chứa các thành phần đa phương tiện (như audio và video) nên nó cần cung cấp phương tiện tính cước cho thành phần này Nghĩa là nó có khả năng tính cước bên bị gọi nếu bên bị gọi sử dụng thêm một thành phần phương tiện mới trong một phiên Các mạng IMS khác nhau có thể trao đổi thông tin trên việc tính cước được áp dụng cho phiên hiện tại

Kiến trúc IMS hỗ trợ cả hai phương pháp tính cước online và offline Tính cước online

là quá trình tính cước trong đó thông tin tính cước có thể ảnh hưởng tới dịch vụ trong thời gian thực và do đó tương tác trực tiếp với quá trình điều khiển phiên/dịch vụ Trên thực

tế, nhà khai thác có thể kiểm tra tài khoản của người sử dụng trước khi cho phép người sử

dụng tham gia vào phiên và dừng phiên khi đã tiêu hết toàn bộ thẻ tín dụng Các dịch vụ trả trước là các ứng dụng cần phải tính cước online Tính cước offline là quá trình tính cước trong đó thông tin tính cước không ảnh hưởng đến dịch vụ trong thời gian thực Đây

là mô hình truyền thông trong đó thông tin tính cước được tập hợp lại sau một khoảng thời gian cụ thể, và nhà khai thác sẽ gửi hoá đơn đến khách hàng ở cuối mỗi giai đoạn này

1.2.7 Hỗ trợ roaming

Từ quan điểm của người sử dụng thì điều quan trọng là truy nhập được dịch vụ chứ không quan tâm tới vị trí địa lý Roaming hỗ trợ việc sử dụng các dịch vụ ngay cả khi người dùng không nằm trong vùng dịch vụ của mạng địa phương Có hai trường hợp Roaming: GPRS roaming và IMS roaming Ngoài ra còn có IMS CS roaming (roaming chuyển mạch kênh IMS) GPRS roaming là khả năng truy nhập IMS khi mạng tạm trú cung cấp RAN và SGSN còn mạng địa phương cung cấp GGSN và IMS Mô hình IMS roaming đề cập tới cấu hình mạng trong đó mạng tạm trú cung cấp các kết nối IP (như RAN, SGSN, GGSN) và điểm đi vào IMS (P-CSCF) còn mạng địa phương cung cấp phần chức năng IMS còn lại Ưu điểm chính của mô hình roaming này so với mô hình GPRS roaming là nó sử dụng tối ưu tài nguyên mặt phẳng người dùng Roaming giữa IMS và miền CS CN là roaming liên miền giữa IMS và CS Khi một người dùng không được đăng ký hay không thế truy cập vào một miền thì có thể định tuyến một phiên tới miền khác Cần phải lưu ý rằng cả miền CS CN và miền IMS đều có các dịch vụ riêng của nó

và không thể sử dụng từ miền khác Có một số dịch vụ tương đương và có sẵn trong cả hai miền (ví dụ, VoIP trong IMS và điện thoại tiếng trong CSCN)

1.2.8 Tương tác với các mạng khác

Rõ ràng là IMS không được triển khai đồng thời ở các vùng trên toàn thế giới Hơn nữa, người dùng không thể nhanh chóng chuyển đổi các đầu cuối Điều này đặt ra một vấn đề về khả năng tiếp cận người dùng mà không quan tâm đến các đầu cuối của họ hay nơi mà họ sống Là một kiến trúc và công nghệ mạng truyền dẫn thành công mới, IMS có thể kết nối tới nhiều rất nhiều người dùng Do đó IMS hỗ trợ giao tiếp với PSTN, ISDN,

di động và người dùng Internet Bên cạnh đó, nó có thể hỗ trợ các phiên với các ứng dụng Internet không được phát triển bởi tổ chức 3GPP

1.2.9 Mô hình điều khiển dịch vụ

Các mạng di động 2G sử dụng cơ chế điều khiển dịch vụ tạm trú Điều này có nghĩa

là, khi một người dùng đang roaming thì một thực thể trong mạng tạm trú sẽ cung cấp các dịch vụ và điều khiển lưu lượng của người dùng Thực thể này trong 2G được gọi là trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động tạm trú Trong thời gian gần đây, Release 5 hỗ trợ cả hai mô hình điều khiển dịch vụ tạm trú và dịch vụ địa phương Khi sử dụng cả hai mô hình này thì những giải pháp kiến trúc tối ưu sẽ bị giảm đi do một số giải pháp đơn giản không phù hợp với cả hai mô hình này Sự hỗ trợ cả hai mô hình này cũng mở rộng các giao thức IETF và tăng các vấn đề liên quan tới việc đăng ký và các luồng phiên Điều khiển dịch vụ tạm trú bị drop do nó khá phức tạp và không tạo bất kì giá trị gia tăng đáng

kể nào so với điều khiển dịch vụ địa phương Điều khiển dịch vụ tạm trú yêu cầu phải có các mô hình roaming và đa liên hệ giữa các nhà khai thác Sự phát triển dịch vụ sẽ bị chậm lại khi cả mạng địa phương và mạng tạm trú cần hỗ trợ các dịch vụ giống nhau Thêm vào đó, số lượng các điểm tham chiếu giữa các nhà khai thác với nhau cũng tăng lên, do đó cần phải đưa ra các giải pháp phức tạp hơn (chẳng hạn, cơ chế bảo mật và tính cước phức tạp hơn) Do đó, điều khiển dịch vụ địa phương được lựa chọn, điều này có nghĩa là thực thể truy cập tới cơ sở dữ liệu thuê bao và tương tác trực tiếp với các nền tảng dịch vụ luôn luôn được cấp phát ở mạng địa phương của người dùng

1.1.10Phát triển dịch vụ

Tầm quan trọng của việc mở rộng nền tảng dịch vụ và khả năng triển khai nhanh chóng các dịch vụ mới cho thấy phương pháp chuẩn hoá các tổ hợp các dịch vụ viễn thông, các ứng dụng và các dịch vụ bổ sung trước đây không lâu nữa sẽ bị loại bỏ Do đó, 3GPP đang chuẩn hoá dần các dịch vụ Kiến trúc IMS bao gồm một kết cấu dịch vụ cung cấp khả năng cần thiết để hỗ trợ các dịch vụ thoai, video, đa phương tiên, nhắn tin, chia sẻ file, chuyển giao dữ liệu, trò chơi và các dịch vụ bổ sung khác trong IMS

đó Phương pháp này cũng làm tăng tính quan trọng của lớp ứng dụng Khi các ứng dụng

được tách ra và các tính năng chung được cung cấp bởi mạng IMS bên dưới thì có thể chạy cùng các ứng dụng trên UE sử dụng các kiểu truy nhập khác nhau.

Hình 1.2 biểu diễn mô hình kiến trúc phân lớp của IMS, bao gồm 3 lớp chức năng khác nhau Lớp đầu tiên là lớp mang, 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: MediaGateway, MediaServer) Như là một lớp truy nhập không phụ thuộc mạng, một 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 IMS, nó thực sự điều khiển hiệu quả cho các thiết bị của người sử dụng kết nối tới nhiều kiểu mạng truy nhập

Lớp thứ 3 trong kiến trúc IMS là lớp dịch vụ 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 chỉ đạo 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 Những thuê bao khả thi này có thể nhận dữ liệu cùng loại các dịch vụ trong khi chúng chuyển giao

Hình 1-2: Kiến trúc phân lớp IMS

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 lập 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 Kiến trúc này sẽ được trình bày chi tiết ở phần 1.4

1.3 Các giao thức được sử dụng trong IMS

Khi Viện tiêu chuẩn viễn thông của Châu Âu – ETSI phát triển các tiêu chuẩn cho GSM thì hầu hết các giao thức đều được thiết kế phục vụ cho giao diện vô tuyến và vấn

đề quản lý tính di động của mạng này Trong đó, ETSI chỉ tái sử dụng một số giao thức

do ITU-T phát triển, hầu hết các giao thức còn lại đều được thiết lập mới hoàn toàn

Sau này, khi phát triển IMS, 3GPP bắt đầu phân tích các giao thức trong GSM mà ETSI đã chuẩn hóa Trên cơ sở đó, 3GPP sử dụng các giao thức có sẵn của các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khác như IETF hay ITU-T Nhờ thế có thể tận dụng kinh nghiệm của IETF và ITU-T để thiết kế các giao thức có nhiều ưu điểm, tiết kiệm được thời gian chuẩn hóa và chi phí phát triển

1.3.1 Giao thức thiết lập phiên SIP

Giao thức khởi đầu 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 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 Giống như RFC 3261, một số các mở rộng được định nghĩa trong các RFC bổ sung và trong các khởi thảo của IETF về các vấn đề như: tương tác SIP/PSTN và SIP cho các vản tin tức thời và phát hiện sự có mặt Hiện nay SIP hỗ trợ một số dịch vụ cơ bản sau:

 Thiết lập cuộc gọi đa phương tiện

 Di động người sử dụng

 Cuộc gọi hội nghị

 Các dịch vụ bổ sung (giữ cuộc gọi, chuyển hướng cuộc gọi )

 Nhận thực và thanh toán

 Truyền bản tin thống nhất

 Truyền bản tin tức thời và phát hiện sự có mặt

Mặc dù SIP có thể đảm bảo tất cả các dịch vụ nói trên, R5 hiện nay chưa định nghĩa các kịch bản cho chúng Chẳng hạn hội nghị đa phương tiện sẽ chỉ có trong R6 Tuy nhiên điều này không báo trước rằng nhà khai thác hay nhà cung cấp sẽ đưa ra như một dịch vụ giá trị gia tăng

Lợi ích của việc sử dụng SIP làm giao thức báo hiệu chính trong IMS như sau:

• Báo hiệu SIP đầu cuối giữa các người sử dụng IP di động và cố định

• Có thể cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng cho người sử dụng di động

• SIP được thiết kế như một giao thức IP, vì thế nó thích hợp tốt với các giao thức IP

và các dịch vụ khác

• SIP đơn giản và tương đối dễ thực hiện

• Hiện nay trong R5 SIP cung cấp các khả năng chính đến quản lý các cuộc truyền thông đa phương tiện sau đây:

- Xác định vị trí hiện thời của người sử dụng đích (nhận phương tiện)

- Xác định xem một người sử dụng có định tham gia phiên hay không?

- Xác định các khả năng đầu cuối người sử dụng

- Thiết lập và quản lý phiên Bao gồm: thay đổi các thông số của phiên, yêu cầu các chức năng để cung cấp các dịch vụ cho một phiên và kết thúc phiên

Lợi ích được liệt kê đầu tiên trên đây là có tầm quan trọng đặc biệt Khi các thuê bao

di động bắt đầu sử dụng các dịch vụ dựa trên một hạ tầng IP, chúng có thể muốn thông tin với các đường Internet cố định Được mô tả như trong hình vẽ sau đây:

Hình 1-3: Báo hiệu SIP từ đầu cuối đến đầu cuối

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 theo mô hình 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.

1.3.2 Giao thức Diameter

Các chức năng của AAA theo IETF nó bao gồm các chức năng nhận thực trao quyền

và thanh toán cho mạng truy nhập Dự án 3GPP khuyến nghị sử dụng DIAMETER cung cấp chức năng thanh toán sau đây trong các phân hệ IMS

• Hỗ trợ cho IPv6

• Tương thích với RADIUS

• Hỗ trợ đại diện tường minh

Giao thức cơ sở hỗ trợ quản lý phiên và truyền dẫn các cặp giá trị thuộc tính AVP giữa các đối tác đồng cấp Ngoài ra nó cũng đưa ra một nhóm các lệnh cơ sở để xử lý việc tính cước đơn giản DIAMETER hỗ trợ làm tăng thêm độ tin cậy bằng việc sử dụng tìm kiếm động đồng cấp Một miền sẽ có cấu hình với hai server DIAMETER một dùng cho hoạt động (Active) và còn lại cho dự phòng (Standby)

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…

1.4 Kiến trúc phân hệ IMS

Phần này sẽ mô tả các thực thể IMS và các chức năng chính của nó Các thực thể này được phân thành 6 loại chính sau: hệ định tuyến và quản lý phiên (CSCFs), cơ sở dữ liệu (HSS, SLF), các phần tử tương tác (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW), các dịch vụ (server ứng dụng, MRFC, MRFP), các thực thể hỗ trợ (THIG, SEG, PDF) và tính cước Các chuẩn IMS được thiết lập sao cho các tính năng bên trong của các thực thể mạng không được chỉ định rõ ràng về chi tiết Chẳng hạn, Server thuê bao mạng nhà (HSS) có

ba chức năng nội tại: chức năng IMS, các chức năng cần thiết cho miền CS và các chức năng cần thiết cho miền PS Các chuẩn 3GPP không mô tả phương thức mà chức năng IMS tương tác với các chức năng được thiết kế cho chuyển mạch gói PS; thay vào đó, chúng mô tả các điểm tham chiếu giữa các thực thể và các chức năng được hỗ trợ tai các điểm tham chiếu đó

Hình 1.4 là kiến trúc tổng quan của IMS do 3GPP đưa ra, trong đó có một số giao diện báo hiệu được sử dụng trong IMS (như Mw, Mi…) Tuy nhiên, phần này không kể hết các giao diện trong IMS mà chỉ đưa ra những giao diện hay gặp nhất (danh sách đầy đủ các giao diện có trong khuyến nghị TS 23.002 của 3GPP)

Thiết bị đầu cuối IMS được gọi là thiết bị khách hàng UE, có thể kết nối đến mạng IMS qua một mạng chuyển mạch gói, ví dụ như mạng GPRS

IMS có thể hỗ trợ cho nhiều loại thiết bị đầu cuối và nhiều phương thức truy nhập khác nhau Ví dụ, ngoài máy điện thoại và máy tính cá nhân, thì thiết bị số cá nhân PDA cũng có thể kết nối đến IMS; bên cạnh phương thức truy nhập bằng liên kết vô tuyến thì khách hàng vẫn còn có thể sử dụng các phương thức truy nhập khác như WLAN hay ADSL

1.4.1 Máy chủ thuê bao mạng nhà (HSS) và thực thể chức năng định vị thuê

bao (SLF)

Về khía cạnh kỹ thuật, máy chủ thuê bao mạng nhà HSS là sự cải tiến từ HLR Trong IMS, HSS là trung tâm lưu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phương tiện cho khách hàng đó Những dữ liệu này là thông tin định vị, thông tin an ninh (gồm thông tin nhận thực và thông tin trao quyền), thông tin

hồ sơ khách hàng (các dịch vụ mà khách hàng đăng ký) và thông tin về S-CSCF được gán cho mỗi khách hàng

Hình 1-4: Kiến trúc tổng quan của 3GPP IMS.

Việc nhận dạng người dùng bao gồm hai loại: nhận dạng người dùng cá nhân và nhận dạng người dùng công cộng Nhận dạng người dùng cá nhân là nhận dạng người dùng được đăng ký bởi nhà khai thác mạng địa phương và được sử dụng cho những mục đích như đăng ký và nhận thực, trong khi nhận dạng người dùng công cộng là nhận dạng trong

đó các người dùng khác có thể sử dụng để yêu cầu giao tiếp với người dùng đầu cuối Các tham số truy nhập IMS được sử dụng để thiết lập phiên và chứa các tham số như nhận thực người dùng, trao quyền roaming và tên S-CSCF được cấp phát Thông tin khởi tạo dịch vụ cho phép thực hiện dịch vụ SIP HSS cũng cung cấp các yêu cầu người dùng đối với S-CSCF Thông tin này được I-CSCF sử dụng để lựa chọn S-CSCF phù hợp nhất đối với người dùng

HSS còn chứa một tập con chức năng của trung tâm nhận thực và đăng ký định vị mạng nhà (HLR/AUC) do miền PS và CS yêu cầu Cấu trúc của HSS được biểu diễn trong Hình 1 -5 Giao tiếp giữa các chức năng HSS khác nhau không được chuẩn hoá

Hình 1-5: Cấu trúc của HSS.

Chức năng HLR được sử dụng để hỗ trợ cho các thực thể miền PS như SGSN và GGSN Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền PS HLR cũng hỗ trợ cho các thực thể miền CS như MSC hay các server MSC Nó cho phép thuê bao truy nhập tới các dịch vụ miền CS và hỗ trợ roaming tới các mạng miền CS GSM/UMTS

AUC chứa một chìa khoá bí mật cho mỗi thuê bao di động, chìa khoá này dùng để bảo mật dữ liệu cho thuê bao Dữ liệu được sử dụng cho việc nhận thực lẫn nhau của IMSI (nhận dạng thuê bao di động quốc tế) và mạng Dữ liệu bảo mật cũng được sử dụng để tạo mật mã và bảo vệ trọn vẹn đường truyền vô tuyến giữa UE và mạng

Trong một mạng có thể có nhiều HSS tùy vào số lượng thuê bao Tuy nhiên, tất cả dữ liệu của một khách hàng phải được lưu trữ trong một HSS duy nhất Các mạng có từ hai HSS trở lên thì phải bổ sung thêm một SLF (có chức năng ánh xạ địa chỉ khách hàng đến HSS) Khi một nút gửi truy vấn đến SLF trong đó có chứa địa chỉ của khách hàng thì nó

sẽ được HSS trả lời toàn bộ thông tin có liên quan đến khách hàng đó SLF được sử dụng như một cơ chế cho phép I-CSCF, S-CSCF và AS tìm địa chỉ của HSS trong đó có chứa

dữ liệu thuê bao có chức năng nhận dạng người dùng khi

Cả HSS và SLF đều sử dụng cùng một ứng dụng của giao thức Diameter do IMS chỉ định

1.4.2 Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF)

Thực thể chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) thực chất là một máy chủ SIP, đóng vai trò trung tâm của IMS CSCF có nhiệm vụ xử lý báo hiệu SIP trong IMS Người

ta phân CSCF thành ba loại tùy vào chức năng của chúng như sau:

• P-CSCF (Proxy-CSCF)

• I-CSCF (Interrogating-CSCF)

• S-CSCF (Serving-CSCF)

1.4.2.1 CSCF đại diện

CSCF đại diện (P-CSCF) là điểm kết nối đầu tiên của người dùng trong mạng IMS Nếu nhìn từ góc độ của SIP thì P-CSCF hoạt động như một máy chủ đại diện có chức năng truyền và nhận dữ liệu, tức là tất cả các yêu cầu xuất phát hay kết thúc ở đầu cuối đều phải truyền qua P-CSCF P-CSCF còn thực hiện chuyển tiếp các yêu cầu SIP và hồi đáp cho thiết bị đầu cuối và mạng IMS

Có thể có một hoặc nhiều P-CSCF trong một mạng P-CSCF thực hiện các chức năng sau:

• Chuyển tiếp các yêu cầu SIP REGISTER tới CSCF truy vấn (I-CSCF) dựa trên tên miền do UE cung cấp

• Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP của UE tới CSCF phục vụ (S-CSCF)

• Chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng SIP tới UE

• Phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên

• Tạo thông tin tính cước để gửi cho nút tính cước CCF

• Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu SIP và duy trì liên kết bảo mật giữa UE và P-CSCF Chức năng này được cung cấp bởi giao thức bảo mật IPsec và tải tin bảo mật đóng gói ESP

• Nén và giải nén các bản tin SIP từ UE P-CSCF hỗ trợ nén bản tin dựa trên ba RFC: [RFC3320], [RFC3485] và [RFC3486]

• Chức năng kiểm tra phương tiện P-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin giao thức

mô tả phiên (SDP) và kiểm tra xem nó chứa các loại phương tiện hay codec Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà khai thác thì P-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi bản tin báo lỗi SIP tới UE

• Duy trì bộ định thời phiên Các bộ định thời phiên cho phép P-CSCF phát hiện và giải phóng tài nguyên do các phiên đang bị treo chiếm dụng

• Tương tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) PDF chịu trách nhiệm triển khai chính sách vùng theo dịch vụ (SBLP) Trong Release 5, PDF là một thực thể logic của P-CSCF, còn trong Release 6 PDF đứng riêng một mình

Thông thường một mạng IMS sẽ có nhiều P-CSCF tùy thuộc vào quy mô và độ dư của mạng (độ dư ở đây chính là sự bố trí các phần tử mạng nhiều hơn so với yêu cầu dành cho hoạt động với mục đích dự trữ để sử dụng khi cần thiết) Mỗi P-CSCF chỉ phục vụ một số lượng các đầu cuối IMS nhất định

P-CSCF có thể nằm tại mạng khách hay mạng nhà Trong trường hợp mạng chuyển mạch gói bên dưới là GPRS thì P-CSCF luôn nằm cùng mạng với GGSN (Gateway GPRS Support Node), do đó GGSN cũng có thể nằm ở mạng khách hoặc mạng nhà Các mạng IMS thế hệ đầu tiên sẽ được thiết kế theo chiều hướng kế thừa các đặc tính của GPRS, có nghĩa là GGSN và P-CSCF sẽ cùng nằm trên mạng nhà Trong tương lai, IMS

có thể được cải tiến để cho phép P-CSCF và GGSN cùng nằm ở mạng khách

1.4.2.2 CSCF truy vấn

CSCF truy vấn (I-CSCF) là một SIP Proxy nằm tại biên giới của vùng quản lý Địa chỉ của các I-CSCF trong một miền sẽ được liệt kê trong các bản ghi DNS của miền đó Khi muốn xác định bước nhảy tiếp theo cho một bản tin nào đó của thủ tục SIP thì máy chủ SIP phải biết được địa chỉ của ít nhất là một I-CSCF của miền mà bản tin đó cần đến

Có thể có nhiều I-CSCF bên trong một mạng I-CSCF thực hiện các chức năng sau:

• Liên lạc với HSS để thu được tên của S-CSCF đang phục vụ khách hàng

• Đăng ký (gán) một S-CSCF dựa trên dung lượng nhận được từ HSS

• Tạo và gửi thông tin tính cước tới nút tính cước CCF

• Cung cấp chức năng hiding I-CSCF có chứa một tính năng gọi là THIG – Cổng liên mạng che giấu cấu hình THIG được sử dụng để che cấu hình và dung lượng của mạng từ phía bên ngoài mạng của nhà khai thác

Số lượng I-CSCF trong một mạng tùy thuộc vào quy mô và độ dư của mạng đó

I-CSCF thông thường nằm ở mạng nhà, tuy nhiên trong một số trường hợp đặc biệt (như khi có thêm chức năng THIG) thì I-CSCF có thể nằm ở mạng khách

1.4.2.3 CSCF phục vụ

CSCF phục vụ (S-CSCF) là một máy chủ SIP đóng vai trò trung tâm của mặt bằng báo hiệu với chức năng chủ yếu là điều khiển phiên Ngoài tư cách là một máy chủ thì S-CSCF còn hoạt động như một bộ đăng ký SIP, có nghĩa nó chứa một ràng buộc giữa vị trí khách hàng (là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối nơi khách hàng đăng nhập) và địa chỉ SIP của bản ghi thuộc về khách hàng đó (còn gọi là nhận dạng chung cho khách hàng)

Có thể có nhiều S-CSCF bên trong mạng S-CSCF thực hiện các chức năng sau:

• Điều khiển các yêu cầu đăng ký như một register S-CSCF nhận biết được địa chị

IP của UE và P-CSCF nào đang được UE sử dụng như một điểm truy cập IMS

• Nhận thực người dùng bằng cơ chế nhận thực và đồng thuận khoá IMS (AKA) giữa UE và mạng nhà.

• Tải thông tin người dùng và dữ liệu liên quan đến dịch vụ từ HSS trong suốt quá trình đăng ký hoặc khi xử lý một yêu cầu tới người dùng không được đăng ký

• Định tuyến lưu lượng đầu cuối di động tới P-CSCF và định tuyến lưu lượng khởi xướng từ di động tới I-CSCF, thực thể chức năng điều khiển cổng thoát BGCF) hay máy chủ ứng dụng (AS)

• Thực hiện chức năng điều khiển phiên S-CSCF có thể hoạt động giống như một máy chủ đại diện

• Tương tác với các nền tảng dịch vụ

• Phiên dịch số E.164 tới URI dùng để nhận dạng tài nguyên hợp nhất sử dụng cơ chế phiên dịch hệ thống tên miền (DNS) Chức năng này là cần thiết do việc định tuyến cho một bản tin SIP trong IMS chỉ sử dụng các SIP URI, nghĩa là trong trường hợp một khách hàng quay một số điện thoại thay vì sử dụng SIP URI thì S-CSCF phải sử dụng các dịch vụ phiên dịch số

• Giám sát bộ định thời đăng ký và có thể đăng ký lại khi cần

• Thực hiện kiểm tra phương tiện S-CSCF có thể kiểm tra nội dung tải tin SDP và kiểm tra xem nó chứa các loại phương tiện hay codec Khi SDP không phù hợp với chính sách của nhà điều hành hoặc yêu cầu dịch vụ của khách hàng thì S-CSCF sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi đi bản tin báo lỗi SIP

• Duy trì bộ đinh thời phiên Nó cho phép S-CSCF phát hiện và giải phóng các tài nguyện do các phiên đang chiếm dụng

• Tạo và gửi thông tin tính cước tới nút tính cước CCF để tính cước offline và tới hệ thống OCS để tính cước online

Số lượng S-CSCF trong một mạng phụ thuộc vào quy mô và độ dư của mạng đó Mỗi S-CSCF chỉ phục vụ cho một số lượng thiết bị đầu cuối IMS nhất định Khác với P-CSCF

và I-CSCF, S-CSCF luôn nằm ở mạng nhà

1.4.3 Máy chủ ứng dụng (AS)

Các server ứng dụng không hoàn toàn là các thực thể IMS, chúng là các chức năng phía trên IMS Tuy nhiên các AS ở đây được mô tả như một phần chức năng IMS do thực thể này cung cấp các dịch vụ đa phương tiện giá trị thặng dư trong IMS.

AS có thể nằm tại mạng nhà hay mạng của nhà cung cấp dịch vụ thứ ba, trong đó người điều hành mạng nhà đã thỏa thuận về vấn đề cung cấp dịch vụ với nhà cung cấp thứ

ba này AS sẽ không giao tiếp với HSS khi nó không nằm trên mạng nhà

AS thực hiện các chức năng chính sau:

• Xử lý phiên SIP đến từ IMS

• Tạo các yêu cầu SIP

• Gửi thông tin tính cước tới CCF và OCS

1.4.4 Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phương tiện

Thực thể chức năng quản lý tài nguyên và phương tiện (MRF) có chức năng cung cấp tài nguyên đa phương tiện trong mạng nhà, các luồng phương tiện hỗn hợp, chuyển mã giữa các bộ codec, thu nhận thông tin thống kê và phân tích các loại phương tiện

MRF được chia thành nút nằm trên mặt bằng báo hiệu (MRFC) và nút nằm trên mặt bằng phương tiện (MRFP) MRFC hoạt động như một tác nhân khách hàng SIP, nó giao tiếp với S-CSCF thông qua giao thức SIP và có chức năng điều khiển tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248

MRFP thực hiện tất cả các chức năng liên quan đến phương tiện, ví dụ như thể hiện (playing) và trộn lẫn (mixing) phương tiện

MRF luôn luôn nằm ở mạng nhà

1.4.5 Thực thể chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGCF)

MGCF là thực thể cho phép giao tiếp giữa IMS và người dùng CS Nó thực hiện các chức năng sau:

• Điều khiển những phần của trạng thái cuộc gọi gắn liền với điều khiển kết nối cho các kênh phương tiện trong một IMS-MGW

• Truyền thông với các thực thể CSCF, BGCF, và PSTN

• Quyết định trạm tiếp theo phụ thuộc vào số định tuyến cho những cuộc gọi vào từ các mạng truyền thống

• Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa những giao thức điều khiển cuộc gọi ISUP/TCAP và phân hệ IM

• Thông tin ngoài băng nhận được trong MGCF được đẩy tới CSCF/IMS-MGW

• Gửi thông tin tính cước tới CCF

1.4.6 Thực thể chức năng điều khiển cổng thoát (BGCF)

BGCF chịu trách nhiệm lựa chọn lối thoát đến miền CS Quá trình này có thể lựa chọn

ra lối thoát trong chính mạng cấp phát BGCF hoặc lối thoát tới mạng khác Trong trường hợp thứ nhất, BGCF sẽ lựa chọn một thực thể chức năng MGCF để xử lý phiên Trường hợp thứ hai, BGCF sẽ chuyển tiếp phiên tới BGCF khác trong mạng được lựa chọn

Ngoài ra, BGCF cũng có chức năng gửi thông tin tính cước tới CCF

1.4.7 Mạng khách và mạng nhà

Trong IMS cũng có khái niệm mạng nhà và mạng khách như GSM và GPRS Ở mạng

tế bào, cơ sở hạ tầng cung cấp dịch vụ cho thuê bao di động trong vùng cư trú được gọi là mạng nhà Ngược lại, cơ sở hạ tầng được sử dụng khi thuê bao chuyển ra khỏi vùng bao phủ của mạng nhà được gọi là mạng khách, vì đây là cơ sở hạ tầng do một người điều hành khác cung cấp

Để khách hàng có thể sử dụng mạng khách thì người điều hành mạng này cần phải đạt được những thỏa thuận về báo hiệu chuyển vùng với người điều hành mạng nhà (của khách hàng đó) Hai người điều hành này phải thống nhất với nhau về một số vấn đề như giá cả cuộc gọi, chất lượng dịch vụ hay cách thức trao đổi thông tin về cước

Các khái niệm mạng nhà và mạng khách của IMS cũng tương tự như đối với các mạng

tế bào Hầu hết các nút trong IMS đều nằm ở mạng nhà, nhưng có một nút lại có thể nằm

ở mạng khách hoặc mạng nhà, đó chính là P-CSCF Vì vậy sẽ có hai kiến trúc mạng khác nhau của IMS, tùy thuộc vào vị trí của P-CSCF

Ngoài ra, khi mạng truy nhập kết nối là GPRS thì vị trí của P-CSCF phụ thuộc vào vị trí của GGSN Đối với kịch bản chuyển vùng thì GPRS sẽ cho phép GGSN được đặt ở mạng nhà hoặc mạng khách (nhưng SGSN phải luôn nằm ở mạng khách)

Trong IMS, cả GGSN và CSCF đều nằm trong cùng một mạng nhằm cho phép CSCF điều khiển GGSN thông qua giao diện Go Và cũng do P-CSCF và GGSN nằm trong cùng một mạng nên Go sẽ là một giao diện nội miền và có cơ chế hoạt động đơn giản hơn

P-Hình 1 -6 là cấu hình trong đó P-CSCF và cả GGSN nằm tại mạng khách Đây là cấu hình tương lai của IMS vì nó yêu cầu phía mạng khách cũng phải hỗ trợ IMS (GGSN phải được nâng cấp để phù hợp với 3GPP Release 5)

Hình 1-6: Kiến trúc P-CSCF nằm ở mạng khách.

Hình 1-7: Kiến trúc P-CSCF nằm ở mạng nhà.

Trong tương lai, tất cả các mạng trên thế giới sẽ sử dụng IMS Khi đó, các đối tác chuyển vùng đều phải nâng cấp GGSN lên Release 5 khi người điều hành mạng nhà cung cấp dịch vụ IMS

Những mạng IMS thế hệ đầu sẽ có cấu hình trong đó P-CSCF (và cả GGSN) được đặt tại mạng nhà như Hình 1 -7 Cấu hình này có ưu điểm là không bắt buộc mạng khách phải hỗ trợ IMS Đặc biệt, mạng khách sẽ không cần phải nâng cấp GGSN lên 3GPP Release 5 mà chỉ cần cung cấp các kênh mang vô tuyến và SGSN

Tuy nhiên, cấu hình trong Hình 1 -7 lại tồn tại một số nhược điểm do P-CSCF và GGSN cùng nằm trong mạng khách Nguyên nhân là mặt bằng phương tiện truyền qua GGSN, mà GGSN lại nằm ở mạng nhà nên phương tiện sẽ được định tuyến trước tiên đến mạng nhà, rồi sau đó mới đến đích của nó Đây chính là nguyên nhân gây trễ trong mặt bằng phương tiện

1.5 Các điểm tham chiếu

1.5.1 Điểm tham chiếu Gm

Điểm tham chiếu Gm kết nối UE với IMS Điểm tham chiếu này được sử dụng để truyền tải tất cả các bản tin báo hiệu SIP giữa UE và IMS Các thủ tục ở điểm tham chiếu

Gm có thể được chia thành ba loại chính là đăng ký, điều khiển phiên và các giao dịch

1.5.2 Điểm tham chiếu Mw

Điểm tham chiếu Mw được sử dụng tại giao diện giữa các CSCF khác nhau Mw sử dụng giao thức SIP để gửi yêu cầu đăng ký từ UE tới I-CSCF, từ I-CSCF tới S-CSCF và truyền đáp ứng theo hướng ngược lại

1.5.3 Điểm tham chiếu điều khiển dịch vụ IMS (ISC)

ISC là điểm tham chiếu để gửi và nhận các thông điệp SIP giữa CSCF và AS Các thủ tục ISC có thể được chia thành hai loại chính: định tuyến yêu cầu khởi tạo SIP tới AS và các yêu cầu SIP do AS khởi tạo

1.5.4 Điểm tham chiếu Cx

Cx là điểm tham chiếu nằm giữa HSS và CSCF, giao thức sử dụng là Diameter Các thủ tục có thể được chia thành ba loại chính: quản lý vị trí, xử lý số liệu thuê bao và nhận thực thuê bao

1.5.5 Điểm tham chiếu Dx

Khi các HSS có địa chỉ rõ ràng hay phức hợp được triển khai trong mạng, hoặc CSCF hoặc S-CSCF biết HSS nào nó sẽ liên hệ Tuy nhiên, chúng cần liên hệ với SLF

I-trước tiên Điểm tham chiếu Dx được sử dụng với mục đích như vậy Điểm tham chiếu

Dx luôn được dùng kết hợp với điểm tham chiếu Cx Giao thức sử dụng ở điểm tham chiếu này dựa trên Diameter

1.5.6 Điểm tham chiếu Sh

Một máy chủ ứng dụng có thể cần số liệu thuê bao hoặc cần xác định S-CSCF nào để gửi yêu cầu SIP đến đó Loại thông tin này được lưu trữ tại HSS Vì thế, cần điểm tham chiếu giữa HSS và AS Điểm tham chiếu Sh dùng giao thức Diameter Các thủ tục được chia thành hai loại chính: xử lý số liệu và khai báo/thuê dùng số liệu

1.5.7 Điểm tham chiếu Si

Khi AS là AS CAMEL (IM-SSF), nó dùng điểm tham chiếu Si để thông tin với HSS Điểm tham chiếu Si được dùng để truyền tải thông tin thuê bao CAMEL bao gồm các trigger từ HSS tới IM-SSF Giao thức được sử dụng là MAP (Phần ứng dụng dành cho di động)

1.5.8 Điểm tham chiếu Dh

Khi các HSS có địa chỉ phân tán hay phức hợp được triển khai trong mạng, AS không thể biết HSS nào mà nó cần lên lạc Tuy nhiên, AS cần phải liên lạc với SLF trước tiên

Để thực hiện mục đích này, phải cần đến điểm tham chiếu Dh (Ở điểm tham chiếu Dh luôn được dùng đồng thời với điểm tham chiếu Sh Giao thức dùng ở điểm tham chiếu này dựa trên Diameter

1.5.9 Điểm tham chiếu Mm

Điểm tham chiếu Mm cho phép thông tin qua lại giữa các mạng IP đa phương tiện Nó cho phép I-CSCF nhận yêu cầu phiên từ nhà hỗ trợ SIP khác hay đầu cuối khác Tương

tự, S-CSCF dùng điểm tham chiếu Mm để gửi các yêu cầu IMS UE gốc đến các mạng đa phương tiện khác Giao thức sử dụng là SIP

1.5.10 Điểm tham chiếu Mg

Điểm tham chiếu Mg liên kết chức năng CS, các MGCF với IMS (hay chi tiết hơn, tới I-CSCF) Điểm tham chiếu này cho phép MGCF gửi báo hiệu phiên thu được từ miền CS

đến I-CSCF Giao thức sử dụng cho điểm tham chiếu Mg là SIP MGCF có trách nhiệm chuyển đổi các báo hiệu ISUP thu được về giao thức SIP

1.5.11 Điểm tham chiếu Mi

Khi S-CSCF phát hiện ra một phiên cần được định tuyến tới miền CS, nó dùng điểm tham chiếu Mi để gửi phiên tới BGCF Giao thức dùng cho điểm tham chiếu Mi là SIP

1.5.12 Điểm tham chiếu Mj

Khi BGCF nhận được báo hiệu phiên qua điểm tham chiếu Mi, nó sẽ lựa chọn miền

CS mà cần thực hiện breakout Nếu breakout thực hiện ở cùng một mạng thì nó sẽ gửi phiên tới MGCF qua điểm tham chiếu Mj Giao thức dùng cho điểm tham chiếu Mj là SIP

1.5.13 Điểm tham chiếu Mk

Khi BGCF nhận được báo hiệu phiên qua điểm tham chiếu Mi, nó lựa chọn miền CS

có sự xuất hiện breakout Nếu breakout được thực hiện ở một mạng khác, nó sẽ gửi phiên tới BGCF trong mạng khác ấy qua điểm tham chiếu Mk Giao thức sử dụng cho điểm tham chiếu Mk là SIP

1.5.14 Điểm tham chiếu Mn

Giao diện Mn là điểm tham chiếu điều khiển giữa MGCF và IMS-MGW Giao diện Mn điều khiển mặt phẳng thuê bao giữa truy nhập IP với IMS-MGW (điểm tham chiếu Mb)

Nó cũng điều khiển mặt phẳng thuê bao giữa truy nhập CS (giao diện Nb và giao diện TDM) và IMS-MGW Giao diện Mn đựa trên H.248 và liên quan tới cách dùng (mã hoá, giải mã, ) của giao diện Mc theo danh nghĩa để điều khiển CS-MGW Sự khác biệt giữa hai giao diện này đó là: giao diện Mn giới thiệu những thủ tục H.248 mới cho việc sử lý truy nhập kết đầu cuối IP và một số thủ tục cho việc sử dụng kết cuối CS

1.5.15 Điểm tham chiếu Ut

Điểm tham chiếu Ut là điểm tham chiếu giữa UE và AS Nó cho phép thuê bao quản

lý và cấu hình một cách an toàn các dịch vụ mạng của họ liên quan tới thông tin thuê tại

AS Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP) là giao thức số liệu được lựa chọn cho điểm tham chiếu Ut Bất kỳ giao thức nào được chọn cho ứng dụng khi dùng điểm tham chiếu

Ut đều cần dựa trên nền HTTP

1.5.16 Điểm tham chiếu Mr

Khi S-CSCF cần kích hoạt các dịch vụ liên quan tới kênh mang, nó đặt báo hiệu SIP tới MRFC qua điểm tham chiếu Mr Chức năng của điểm tham chiếu Mr chưa hoàn toàn được chuẩn hóa: nó chưa thể phân loại cách S-CSCF khai báo cho MRFC thực hiện một thông báo một cách rõ ràng Giao thức được dùng ở điểm tham chiếu Mr là SIP.

1.5.17 Điểm tham chiếu Mp

Khi MRFC cần điều khiển các luồng truyền thông (ví dụ, để tạo kết nối cho truyền thông hội nghị hoặc để dừng truyền thông trong MRFP) nó sử dụng điểm tham chiếu Mp Điểm tham chiếu này tuân thủ chuẩn H248

1.5.18 Điểm tham chiếu Go

Nhà khai thác quan tâm đến điểm tham chiếu Go để chắc chắn rằng QoS, địa chỉ nguồn

và địa chỉ đích của lưu lượng truyền thông IMS yêu cầu sẽ được đáp ứng tại mức IMS Điều này yêu cầu trao đổi thông tin giữa IMS (mặt phẳng điều khiển) và mạng GPRS (mặt phẳng thuê bao) Lúc đầu, điểm tham chiếu Go được sử dụng cho mục đích này Sau

đó, sự tương quan tính cước được thêm vào như một chức năng bổ sung Giao thức sử dụng là giao thức Dịch vụ chính sách mở thông thường (COPS)

1.5.19 Điểm tham chiếu Gq

Mỗi PDF độc lập tận dụng điểm tham chiếu Gq để truyền tải thông tin tạo lập chính sách giữa bộ chức năng ứng dụng và PDF Trong IMS, P-CSCF giữ vai trò như chức năng ứng dụng Điểm tham chiếu này sử dụng giao thức Diameter

1.5.20 Các điểm tham chiếu tính cước

Các điểm tham chiếu tính cước bao gồm Rf, Ro, Rx

1.6 Kết luận chương 1

Chương 1 đã tìm hiểu về kiến trúc tổng quan của IMS, trong đó các thực thể chức năng, các điểm tham chiếu và các giao thức của IMS sẽ được ứng dụng cho mô hình kiến trúc trình bày ở chương 3

Các nội dung chính được trình bày trong chương này là:

• Sự ra đời và ý nghĩa của IMS.

• Các giao thức chính sử dụng trong IMS

• Kiến trúc của IMS

Chương 2 : CÔNG NGHỆ IPTV 2.1 Giới thiệu tổng quan về công nghệ IPTV

Khi thế giới bước vào kỉ nguyên của truyền thông đa phương tiện, nhiều dịch vụ, công nghệ hội tụ số đã được cung cấp đến người dùng, trong đó không thể không nhắc đến công nghệ IPTV – truyền hình trên giao thức IP truyền qua đường Internet băng thông rộng

IPTV là tín hiệu truyền hình truyền trên mạng viễn thông tới các thiết bị điện tử trong nhà gồm TV và máy tính Không còn cần tới cáp truyền hình, chỉ là một đường cáp duy nhất đáp ứng nhu cầu truy nhập, xem truyền hình, xem phim và các dịch vụ theo yêu cầu khác

IPTV có hai đặc điểm cơ bản là: dựa trên nền công nghệ IP và có khả năng cá thể hoá đáp ứng nhu cầu từng người dùng một So với mạng truyền hình số DTV thì IPTV có nhiều đổi mới về dạng tín hiệu cũng như phương thức truyền nội dung

Trong khi truyền hình số thông qua các menu đã định trước để các người sử dụng lựa chọn, thì IPTV có khả năng tương tác, đáp ứng đúng yêu cầu người sử dụng ngay lập tức

Ví dụ, người sử dụng một xem một bộ phim A, khi bấm chọn bằng điều khiển từ xa, một yêu cầu sẽ được bộ giải mã gửi lên máy chủ và luồng tín hiệu sẽ được chuyển riêng xuống

bộ giải mã duy nhất phục vụ cho yêu cầu của người này Cùng lúc đó, một người khác bấm chọn một chương trình game B, quy trình tương tự sẽ gửi yêu cầu lên máy chủ và chuyển luồng tín hiệu xuống bộ giải mã yêu cầu Đấy chính là cơ chế truyền tín hiệu đơn tuyến đáp ứng từng yêu cầu cá thể của người xem truyền hình

Về mặt kỹ thuật IPTV là công nghệ truyền dẫn hình ảnh kỹ thuật số tới người sử dụng qua Internet băng rộng Dịch vụ này thường được cung cấp chung với điện thoại IP (VoIP), video theo yêu cầu (Video on Demand – VOD) nên thường được gọi là công nghệ triple play về truyền tải dữ liệu, hình ảnh, âm thanh Điểm đặc biệt và hấp dẫn nhất của IPTV là sự tương tác giữa người xem với chương trình IPTV không đơn thuần là truyền hình như truyền hình cáp truyền thống, mà là một tổng thể chuỗi dịch vụ truyền hình có tính tương tác Ngoài việc tự do lựa chọn chương trình truyền hình hay phim muốn xem, khách hàng có thể tham gia các cuộc hội thảo từ xa, chơi game, mua hàng qua

TV hoặc viết blog video (vlog), nhắn tin qua TV,…

IPTV cũng cho phép khán giả chủ động chọn những nội dung gì mình muốn xem, không đơn thuần xem một cách thụ động như các loại truyền hình truyền thống Chính điểm “theo yêu cầu” này và sự gắn kết chặt chẽ giữa TV với mạng Internet và máy tính đã làm nên sức hút của IPTV, đặc biệt với giới trẻ châu Á vốn yêu thích máy tính hơn TV Ở châu Á, những sản phẩm công nghệ cao tích hợp nhiều tính năng dịch vụ luôn được chào đón

IPTV có thể thực hiện các dịch vụ multimedia Sử dụng bộ giải mã nối tivi, người sử dụng ngồi trước TV ấn phím điều khiển có thể xem các tiết mục video đang hoạt động, thực hiện đàm thoại IP có hình, nghe nhạc, tra tìm tin tức du lịch trên mạng, gửi và nhận e-mail, thực hiện mua sắm gia đình, giao dịch trái phiếu… Hiện IPTV đang được đánh giá

là một dịch vụ tiềm năng

2.2 Mô hình tổng quan hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV

Hình 2-8: Kiến trúc đơn giản của hệ thống IPTV end-to-end

Kiến trúc IPTV gồm các khối chức năng sau:

• Trung tâm dữ liệu IPTV

Trung tâm dữ liệu IPTV, hay còn gọi là “Headend”, là trung tâm thu nhận dữ liệu như truyền hình địa phương, tập hợp nội dung, các kênh truyền hình vệ tinh, mặt đất,… từ các nhà sản xuất hoặc các nguồn khác nhau Sau đó các nội dung này được mã hoá và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để phục vụ cho dịch vụ video theo yêu cầu

• Mạng phận phối nội dung

Việc phân phối các dịch vụ IPTV yêu cầu sử dụng kết nối one-to-one Trong mô hình triển khai IPTV lớn hơn thì số lượng kết nối one-to-one tăng lên đáng kể và nhu cầu về băng thông trên cơ sở hạ tầng mạng cũng tăng Sự tiến bộ về công nghệ mạng trong những năm gần đây cho phép các nhà cung cấp viễn thông đáp ứng được nhu cầu này Truyền hình cáp sử dụng cáp đồng trục và sợi lai; các mạng viễn thông sử dụng sợ quang đặc biệt phù hợp với việc phân phối nội dụng IPTV.

• Thiết bi khách hàng IPTV (IPTVCD)

IPTVCD là thiết bị chính cho khách hàng truy nhập các dịch vụ IPTV IPTVCD kết nối với mạng băng rộng, nó chịu trách nhiệm giải mã và xử lý luồng video IP đầu vào, kết hợp với các công nghệ mới giảm thiểu ảnh hưởng của các vấn đề về mạng khi xử lý nội dung IPTV Một số loại IPTVCD phổ biến như: cổng riêng, bộ giải mã IP set-top-box, giao diện game, và các máy chủ phương tiện

• Mạng nhà

Mỗi mạng nhà kết nối với một lượng thiết bị số Mạng nhà cho phép giao tiếp và chia

sẻ tài nguyên giữa các thành viên trong nhóm, như thoại, âm thanh, số liệu và giải trí giữa các thiết bị số khác nhau trong nhà Khách hàng có thể tiết kiệm chi phí và thời gian do các thiết bị ngoại như máy in và máy quét, cũng như các kết nối Internet băng rộng có thể

Hệ thống cung cấp nguồn dữ liệu thu, nhận và xử lý các dữ liệu chương trình từ các nguồn khác nhau như vệ tinh, truyền hình mặt đất và các nguồn khác để chuyển sang hệ thống Headen.

Hệ thống Headend thu, điều chế và giải mã nội dung hình ảnh và âm thanh từ các nguồn khác nhau và sử dụng các thiết bị mã hóa (encoder) để chuyển đổi nội dung này thành các luồng dữ liệu IP ở khuôn dạng mã hóa mong muốn

Hệ thống Middleware: có vai trò gắn kết một số thành phần logíc thành một hệ thống phần mềm IPTV/video hoàn chỉnh hơn Hệ thống Middleware cung cấp giao diện người sử dụng cho cả dịch vụ băng rộng và theo yêu cầu Hệ thống này cũng được sử dụng như phần mềm liên kết để tích hợp các sản phẩm từ các nhà cung cấp khác nhau thành một mức ứng dụng Middleware cung cấp khả năng quản lý thuê bao, nội dung và báo cáo hoàn chỉnh cùng với các chức năng quản lý EPG và STB, đồng thời vẫn duy trì tính mở cho việc tích hợp các dịch vụ trong tương lai

Hệ thống phân phối nội dung: Bao gồm các cụm máy chủ VoD và các hệ thống quản lý VoD tương ứng, cho phép lưu trữ các nội dung đã được mã hóa và thiết lập các chính sách phân phối nội dung một cách mềm dẻo Hệ thống này cũng cho phép nhà khai thác mở rộng một cách kinh tế, phù hợp với tải và yêu cầu dịch vụ của các thuê bao

Hệ thống quản lý bản quyền (DRM): giúp nhà khai thác bảo vệ nội dung của mình, như trộn các tín hiệu truyền hình hay mã hóa nội dung VoD, khi truyền

đi trên mạng Internet và tích hợp với tính năng an ninh tại STB phía thuê bao.Mạng truy nhập: Hạ tầng mạng IP băng rộng để truyền dịch vụ từ nhà cung cấp đến khách hàng

Set-top Box (STB): Thiết bị đầu cuối phía khách hàng cho phép thu, giải mã và hiển thị nội dung trên màn hình TV STB cũng có thể hỗ trợ HDTV, có khả năng kết nối với các thiết bị lưu trữ bên ngoài, video phone, truy nhập Web

Hệ thống quản lý mạng và tính cước

2.3 Các giao thức mạng

Dịch vụ IPTV bao gồm cả truyền hình trực tiếp (live TV) và truyền hình được lưu trữ sẵn Việc xem truyền hình qua IPTV cần một máy tính hoặc thiết bị “set-top-box” được kết nối tới TV Các nội dung truyền hình được nén sử dụng chuẩn MPEG-2 hoặc MPEG-

4 và được gửi đi dưới dạng luồng truyền tải MPEG qua IP Multicast trong trường hợp truyền hình trực tiếp hoặc qua IP Unicast trong trường hợp truyền hình theo yêu cầu IP Multicast là phương pháp mà thông tin được truyền đến các máy tính trong cùng thời điểm

Hình 2-10: Các giao thức truyền/phát dịch vụ IPTV tới khách hàng

Một hệ thống IPTV tiêu chuẩn thường sử dụng các giao thức cơ bản sau:

• Truyền hình trực tiếp sử dụng giao thức IGMP version 2 để kết nối tới một luồng multicast (TV channel) hoặc dùng để chuyển các kênh truyền hình

• VoD sử dụng giao thức RTSP

• PRV (Private Video Recorder)

Multicast là cách truyền thông tin tới một nhóm các đích đến một cách đồng thời sử dụng một phương pháp hiệu quả để truyền các bản tin trên mỗi kết nối của mạng chỉ một lần và chỉ tạo ra các bản sao khi các kết nối đến các đích đến rẽ nhánh

Thuật ngữ Multicast thường được sử dụng để ám chỉ đến IP Multicast, vốn là một giao thức được sử dụng để truyền một cách hiệu quả số liệu đến nhiều người nhận cùng một lúc trên các mạng sử dụng giao thức TCP/IP bằng cách sử dụng một địa chỉ multicast IP Multicast thường có liên quan đến các giao thức audio/video như RTP

Có nhiều kỹ thuật Multicast được sử dụng trên Internet Trong khi IP Multicast sử dụng lớp địa chỉ multicast (Class D) thì Explicit multicast (còn gọi là Xcast) lại sử dụng các địa chỉ unicast của tất cả các đích đến thay vì các địa chỉ multicast được ấn định Do kích thước gói IP nhìn chung bị giới hạn, Explicit multicast không thể được sử dụng cho các nhóm với số lượng lớn các địa chỉ multicast

Mô hình IP Multicast đòi hỏi phải giải quyết nhiều trạng thái bên trong mạng hơn so với mô hình IP unicast Và cũng chưa có một cơ chế nào chứng tỏ được sẽ cho phép mô hình IP multicast có thể mở rộng với hàng triệu người gửi và hàng triệu nhóm multicast,

do đó không thể tạo ra các ứng dụng multicast trong lĩnh vực thương mại trên Internet Kể

từ 2003, những nỗ lực mở rộng multicast đến các mạng lớn đã tập trung vào một trường hợp multicast một nguồn đơn giản hơn và dễ kiểm soát hơn

• Ưu điểm của Multicast:

- Sử dụng băng thông của mạng hiệu quả so với unicast - với unicast, tổng dung lượng băng thông tăng tuyến tính với số thuê bao

- Yêu cầu sử dụng máy chủ là tối thiểu so với unicast - với unicast, kết nối của mỗi khách hàng yêu cầu một luồng riêng; với IP Multicast, chỉ có một luồng được gửi ra từ máy chủ

- Yêu cầu sử dụng mạng là tối thiểu - đây là hiệu quả của việc sử dụng IP Multicast

• Nhược điểm của Multicast:

- Phân phát gói thiếu độ tin cậy - do IP Multicast sử dụng UDP làm giao thức truyền tải nên nó kế thừa sự thiếu tin cậy của UDP

- Khả năng lặp gói trên mạng - trong khi một giao thức định tuyến IP Multicast hội tụ, có khả năng nhiều bản sao của một gói multicast sẽ đến khách hàng

- Không có khả năng tránh tắc nghẽn - do IP Multicast sử dụng UDP làm giao thức truyền tải nên nó không có các cơ chế quay lui (backoff) và cửa sổ (window) của TCP

So với unicast, multicast là phương thức truyền sử dụng ít băng thông của mạng hơn Một ứng dụng unicast sẽ gửi một bản copy của mọi gói dữ liệu đến mọi người nhận Ngược lại, multicast chỉ gửi một bản copy tới những người dùng muốn nhận Đây là phương thức thường được sử dụng nhất cho hội nghị video và Video-on-Demand hiện nay

Một số cộng đồng trong mạng Internet công cộng vẫn thường sử dụng IP Multicast và

IP Multicast được sử dụng cho nhiều ứng dụng đặc biệt bên trong mạng IP dùng riêng (private IP network) Các giao thức IP Multicast:

• Giao thức quản lý nhóm Internet (IGMP)

• Multicast độc lập giao thức (PIM)

• Giao thức định tuyến multicast theo vector khoảng cách (DVMRP)

• Multicast OSPF (MOSPF)

• Multicast BGP (MBGP)

• Giao thức phát hiện tài nguyên multicast (MSDP).

• Phát hiện người nghe (listener) multicast (MLD)

• Giao thức đăng ký Multicast GARP (GMRP)

IGMP (Internet Group Management Protocol) là giao thức truyền thông để thông báo cho các bộ định tuyến hướng lên rằng một host muốn nhận một luồng multicast Một host trở thành một thành viên của một nhóm multicast (được định nghĩa bởi một địa chỉ IP Class D 224.0.0.0 đến 239.255.255.255) cùng với các thiết bị thu khác Đây là một cơ chế khác của các cơ chế MPR (Multicast Routing Protocol) chỉ chạy trên các thiết bị định tuyến Nói cách khác khi một host chỉ ra rằng nó muốn nhận một luồng multicast, tùy vào mạng các thiết bị định tuyến để quyết dịnh xử lý như thế nào và kết quả luôn là host sẽ nhận được một luồng

IGMP sử dụng hai bản tin cơ sở cho các hoạt động tiêu chuẩn: các Report và Query, các host gửi các Report để gia nhập hoặc rời khỏi một nhóm Một host nhận Query từ một thiết bị định tuyến nếu thiết bị đó muốn, cho dù host có muốn là thành viên của một nhóm multicast hay không

2.4 Các ứng dụng cơ bản của dịch vụ IPTV

Do mạng IP có khả năng truyền dẫn song hướng, nên các nhà khai thác có thể tạo ra công nghệ IPTV cho phép khách hàng lựa chọn chương trình và thời điểm xem chương trình đó IPTV có thể hỗ trợ các ứng dụng đầy tiềm năng sau:

2.4.1 Truyền hình quảng bá

Các nội dung truyền hình được quảng bá theo lịch trình thời gian cố định như truyền hình truyền thống Sự lựa chọn các gói kênh theo yêu cầu của khách hàng có thể bao gồm các kênh truyền hình công cộng (public), các kênh truyền hình trả tiền (pay TV), các kênh truyền hình được ưa thích, các kênh về mua sắm, các kênh về thời trang,…

2.4.2 Truyền hình theo yêu cầu (VoD)

Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu tập hợp những chương trình truyền hình đặc sắc được nhiều người ưa thích, đáp ứng nhu cầu thưởng thức, giải trí mọi lúc mọi nơi Người

sử dụng có thể lựa chọn và xem các chương trình truyền hình qua một mạng như một bộ phận của hệ thống truyền hình tương tác Người xem có thể tải về các chương trình yêu thích, trong khi xem có thể tua đi tua lại đoạn chương trình muốn xem