đồ án :Nghiên cứu cấu trúc IMS trong mạng thông tin di động

đồ án : Nghiên cứu cấu trúc IMS trong mạng thông tin di động MỤC LỤCMỤC LỤCTHUẬT NGỮ VIẾT TẮTiDANH MỤC HÌNH VẼIDANH MỤC BẢNG BIỂUALỜI NÓI ĐẦU1CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ IMS31.1 Giới thiệu về IMS31.2 Nguồn gốc khái niệm IMS51.2.1 Từ GSM đến 3GPP Release 751.2.2 Các tiêu chuẩn về IMS của 3 GPP91.2.3 Vấn đề lựa chọn phiên bản IMS161.3 Vị trí và vai trò của IMS trong cấu trúc hệ thống thông tin di động 171.3.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN di động171.3.2 Các chức năng cơ bản của IMS trong hệ thống NGN di động18CHƯƠNG II.NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC IMS THEO TIÊU CHUẨN 3GPP 212.1 Các yêu cầu về cấu trúc IMS212.1.1 Các phương truyền đa phương tiện IP212.1.2 Kết nối IP212.1.3 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ 222.1.4 An toàn thông tin232.1.5 Vấn đề tính cước242.1.6 Hỗ trợ chuyển vùng252.1.7 Mô hình điều khiển dịch vụ262.1.8 Cấu trúc phân lớp272.1.9 Sự tự do truy nhập282.2 Mô tả mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS292.2.1 Các thực thể thực hiện chức năng điều khiển chức phiên cuộc gọi292.2.2 Cơ sở dữ liệu322.2.3 Các điểm tham chiếu IMS392.3 Vấn đề đăng ký, nhận thực, tính cước và bảo mật trong IMS512.3.1 Vấn đề đăng ký512.3.2 Vấn đề nhận thực572.3.3 Vấn đề tính cước592.3.4 Vấn đề bảo mật632.3.5 Nghiên cứu vấn đề quản lý chính sách trong IMS66CHƯƠNG III.GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI IMS CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP 693.1 Giải pháp IMS của Huawei693.1.1 Giải pháp chung693.1.2 Chuyển đổi softswitch-IMS713.1.3 Thiết bị733.1.4 Dịch vụ753.2 Giải pháp của Alcatel793.2.1 Giải pháp chung793.2.2 Thiết bị813.2.3 Dịch vụ833.2.4 Các đặc điểm chính của giải pháp863.3 Giải pháp của Nortel863.4 Giải pháp của Nokia Siemens913.4.1 Giải pháp chung913.4.2 Giải pháp đề xuất cho VNPT933.4.3 Dịch vụ953.4.4 Ưu điểm của giải pháp của Siemens953.5 So sánh giải pháp của các nhà cung cấp viễn thông96KẾT LUẬN98TÀI LIỆU THAM KHẢO99 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC HÌNH VẼ I DANH MỤC BẢNG BIỂU A LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ IMS 3

1.1 Giới thiệu về IMS 3

1.2 Nguồn gốc khái niệm IMS 5

1.2.1 Từ GSM đến 3GPP Release 7 5

1.2.2 Các tiêu chuẩn về IMS của 3 GPP 9

1.2.3 Vấn đề lựa chọn phiên bản IMS 16

1.3 Vị trí và vai trò của IMS trong cấu trúc hệ thống thông tin di động 17

1.3.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN di động 17

1.3.2 Các chức năng cơ bản của IMS trong hệ thống NGN di động 18

CHƯƠNG II.NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC IMS THEO TIÊU CHUẨN 3GPP 21

2.1 Các yêu cầu về cấu trúc IMS 21

2.1.1 Các phương truyền đa phương tiện IP 21

2.1.2 Kết nối IP 21

2.1.3 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ 22

2.1.4 An toàn thông tin 23

2.1.5 Vấn đề tính cước 24

2.1.6 Hỗ trợ chuyển vùng 25

2.1.7 Mô hình điều khiển dịch vụ 26

2.1.8 Cấu trúc phân lớp 27

2.1.9 Sự tự do truy nhập 28

2.2 Mô tả mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS 29

2.2.1 Các thực thể thực hiện chức năng điều khiển chức phiên cuộc gọi 29

2.2.2 Cơ sở dữ liệu 32

2.2.3 Các điểm tham chiếu IMS 39

2.3 Vấn đề đăng ký, nhận thực, tính cước và bảo mật trong IMS 51

2.3.1 Vấn đề đăng ký 51

2.3.2 Vấn đề nhận thực 57

2.3.3 Vấn đề tính cước 59

2.3.4 Vấn đề bảo mật 63

2.3.5 Nghiên cứu vấn đề quản lý chính sách trong IMS 66

CHƯƠNG III.GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI IMS CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP 69

3.1 Giải pháp IMS của Huawei 69

3.1.1 Giải pháp chung 69

3.1.2 Chuyển đổi softswitch-IMS 71

3.1.3 Thiết bị 73

3.1.4 Dịch vụ 75

3.2 Giải pháp của Alcatel 79

3.2.1 Giải pháp chung 79

3.2.2 Thiết bị 81

3.2.3 Dịch vụ 83

3.2.4 Các đặc điểm chính của giải pháp 86

3.3 Giải pháp của Nortel 86

3.4 Giải pháp của Nokia Siemens 91

3.4.1 Giải pháp chung 91

3.4.2 Giải pháp đề xuất cho VNPT 93

3.4.3 Dịch vụ 95

3.4.4 Ưu điểm của giải pháp của Siemens 95

3.5 So sánh giải pháp của các nhà cung cấp viễn thông 96

KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác về mạng viễn thôngthế hệ thứ 3

ACA Accounting Answer Trả lời việc thanh toán

ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy nhậpACP Subsciption Authorization Policy Chính sách trao quyền thuê bao

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

ARPU Average Revenue Per Unit / User Lợi nhuận trung bình trên một thuê bao

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn bất đối xứngAUC Authentication Centre Trung tâm nhận thực

AVP Audio Video Profile

BCF Bearer Charging Function Chức năng tính cước Bearer

BGCF Breakout Gateway Control

Function

Chức năng điều khiển cổng vào ra Breakout

BICC Bearer Independent Call Control Điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh mang

CAMEL Customized Applications for Mobile network Enhanced

LogicCGF Charging Gateway Function Chức năng cổng tính cước

COPS Common Open Policy Service Dịch vụ chính sách mở

CCA Credit-Control-Answer Trả lời việc đối chứng tín dụngCCF Charging Collection Function Chức năng thu thập thông tin cướcCCR Credit-Control-Request Yêu cầu đối chứng tín dụng

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãCDF Charging Data Function Chức năng dữ liệu tính cước

CDR Charging Data Record Bản ghi dữ liệu tính cước

Call Data Record Bản ghi dữ liệu cuộc gọi

CLF Connectivity session Location and repository Function Vị trí phiên liên kết và kho chức năng CPCP Conference Policy Control Protocol Giao thức điều khiển chính sách hội nghị

CSC Call Session Controller Bộ điều khiển phiên cuộc gọi

CRF Charging Rule Function Chức năng luật tính cước

D

DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hoá dữ liệu

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình máy chủ động

DSCP Differentiated ServicesCodepoints Mã điểm các dịch vụ khác biệt

Service Registration

Sự đăng kí dịch vụ dùng ánh xạ sốđiện thoại

ETSI European TelecommunicationsStandards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu

F

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file

FMC Fixed Mobile Convergence Sự hội tụ di động và cố định

GCID GPRS Charging Identifier Nhận dạng tính cước GPRS

GERAN GSM/Edge Radio Access

GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin đi động toàn cầuGUI Graphic User Interface Giao diện đồ hoạ của người dùng

H

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú

HTTP Hypertext Transport Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản

I

ICID IMS Charging Identifier Nhận dạng tính cước IMS

ICP Internet Cache Protocol Giao thức ICP

IETF Internet Engineering Task

Force

Nhóm làm việc liên quan đến các giao thức Internet

IEC Immediate Event Charging Tính cước dựa trên sự kiện trực tiếp

IME Intergarated Multimedia Enviroment Môi trường đa phương tiện truyền thông tích hợpIMS-MGW IP Multimedia Subsystem-

Media Gateway Function

Chức năng cổng vào ra truyền thông – phân hệ đa phương tiện IPIM-SSF IP Multimedia Service Switching Function Chức năng chuyển mạch phục vụ đa phương tiện IPIMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện dựa trên giao thức InternetIMSI International Mobile Subscriber Identier Số nhận dạng thuê bao di động quốc tếIOI Inter-Operator Identifier Nhận dạng giữa nhà khai thác

IP-sec Internet Protocol security Bảo mật giao thức Internet

ISIM IP Multimedia Services

Identity Module

Modun nhận dạng các dịch vụ đa phương tiện IP

ISC IMS Service Control Giao diện điều khiển dịch vụ IMSISIM IP Multimedia Services Identity Module Modun nhận dạng các dịch vụ đa phương tiện IPISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp

M

MAA Multimedia-Auth-Answer Trả lời nhận thực đa phương tiệnMAP Mobile Application Part Phần ứng dụng cho di động

MAR Multimedia-Auth-Request Yêu cầu nhận thực đa phương tiện

MGW Media Gateway Function Chức năng cổng vào ra truyền

thôngMGCF Media Gateway Control

Code

Mã mạng di động (Mã mạng di động trong nước)

MNO Mobile Network Operator Nhà khai thác mạng di động

MML Man Manchine Language Ngôn ngữ giao diện người và máyMMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

Understanding

Biên bản ghi nhớ

MRFC Multimedia Resource Function Controller Bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện

MRFP Media Resource Function Processor Bộ xử lý chức năng tài nguyên truyền thôngMRS Media Resource Server Máy chủ tài nguyên truyền thôngMSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di độngMSIN Mobile Subscriber

Identification Number

Số nhận dạng thuê bao di động

MSISDN Mobile Subscriber International ISDN Mạng số đa dịch vụ tích hợp quốc tế cho thuê bao di độngMSRP Message Session Relay Protocol Giao thức chuyển giao phiên tin nhắnMTP Message Transfer Part Phần truyền dẫn bản tin

NAT Network Address Translator Bộ chuyển đổi địa chỉ mạng

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

L

LCS Location services Các dịch vụ dựa trên vị trí

LIA Location-Info-Answer Trả lời – thông tin vị trí

LIR Location-Info-Request Yêu cầu thông tin vị trí

LNP Local Number Portability

OCG Operator Charging Gateway Cổng điều hành tính cước

OCS Online Charging System Hệ thống tính cước online

OMA Open Mobile Alliance Liên minh di động mở

OSA Open Services Architecture Kiến trúc các dịch vụ mở

OSA SCS OSA Service Capability Server Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA

P

PBX Private Branch Exchange Tổng đài nhánh cá nhân

PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ giúp số cá nhân

PDF Policy Decision Function Chức năng quyết định chính sáchPDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

Policy Decision Point Điểm quyết định chính sáchPEP Policy Enforcement Point Điểm ép chính sách

PEF Policy Enforcement Function Chức năng ép chính sách

PIB Policy Information Base Cơ sở thông tin chính sách

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộngPNA Push-Notification-Answer Trả lời – đẩy vào thông báo

PNR Push-Notification-Request Yêu cầu đẩy vào thông báo

POC Push to talk over the Cellular

service

Dịch vụ đàm thoại trên Cell

POTS Plain Old Telephone System Hệ thống điện thoại truyền thốngPPA Push-Profile-Answer Trả lời – việc đẩy vào hồ sơ

PPR Push-Profile-Request Yêu cầu đẩy vào hồ sơ

PRACK Provisional Response ACKnowledgement Thừa nhận đáp ứng tạm thời

PSI Public Service Identity Nhận dạng dịch vụ công cộngPSTN Public Switched Telephone

RES Response Đáp ứng

RLS Resource List Server Máy chủ lên danh sách tài nguyên

(hiển thị)RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến

RSVP Resource SetupVation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyênRTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thựcRTA Registration-Termination-Answer Trả lời cho sự kết thúc đăng kýRTR Registration-Termination-Request Yêu cầu kết thúc đăng ký

S

SAA Server-Assignment-Answer Trả lời sự phân bổ máy chủ

SAR Server-Assignment-Request Yêu cầu phân bổ máy chủ

SBLP Service-Based Local Policy Chính sách nội bộ dựa trên dịch vụSCF Session Charging Function Chức năng tính cước phiên

SCS Service Capability Server Máy chủ tính năng dịch vụ

SCIM Server Capability Interaction Manager Nhà quản lý sự tương tác tính năng của máy chủ

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

SIM Subscriber Identity Module Modun nhận dạng thuê bao

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SLF Subscription Locator Function Chức năng bộ định vị sự thuê baoSNA Subscribe-Notifications-Answer Trả lời (đáp lại) các thông báo về thuê baoSNR Subscribe-Notifications-Request Yêu cầu các thông báo về thuê bao

SMG Special Mobile Group Nhóm đặc trách về di động

SME Small and Medium-sized Enterprise Doanh nghiệp vừa và nhỏ

SMPP Short Message Peer-to-Peer

Protocol

Giao thức tin nhắn ngắn ngang hàng

SMS Short Messaging Service Dịch vụ nhắn tin ngắn

SRF Single Reservation Flow

SRV RR Service record Bản ghi dịch vụ

SS7 MTP SS7 Message Transfer Part Phần truyền dẫn bản tin trong SS7SSP Subscriber Service Profile Hồ sơ phục vụ thuê bao

T

TD-CDMA Time Division/Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian / phân chia theo mãTBCP Talk Burst Control Protocol Giao thức điều khiển burst thoạiTHIG Topology Hiding Inter-networkGateway Cổng vào ra ẩn cấu hình giữa các mạngTISPAN

Telecoms & Internet convergedServices & Protocols for Advanced Networks

Tổ chức hội tụ viễn thông và Internet về dịch vụ và giao thức cho các mạng tiên tiến

TLS Transport Layer Security Bảo mật lớp truyền tải

TTCN Testing and Test Control Notation Thông báo điều khiển kiểm tra và thông báo việc kiểm traTUI Text User Interface Giao diện người dùng văn bản

U

UAA User-Authorization-Answer Trả lời sự trao quyền người dùngUAR User-Authorization-Request Yêu cầu trao quyền người dùngUDA User-Data-Answer Trả lời về dữ liệu người dùng

UICC Universal Integrated Circuit Card Thẻ mạch tích hợp toàn cầu

UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động phổ biếnURI Uniform Resource Identifier Nhận dạng tài nguyên đồng dạngUSDS Lucent Unified Subscriber Data Server Máy chủ dữ liệu thuê bao thống nhất của LucentUSIM UMTS Subscriber Identity

WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộngWIN Wireless Intelligent Network Mạng thông minh không dây

WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội vùng không dây

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

Access Network UMTS

Khách quản lý tài liệu XML

XDMS XMLDocument Management Server Máy chủ quản lý tài liệu XMLXML Extensible Markup Language Ngôn ngữ Đánh dấu Mở rộngXRES Expected response

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.24: S-CSCF không chấp nhận INVITE của đầu cuối 67

Hình 2.25: Thẻ trao quyền được chuyển trong yêu cầu INVITE 68

Hình 2.26: Thẻ trao quyền được chuyển ở một bản tin phản hồi SIP 68

Hình 3.1 Giải pháp NGN của Huawei 71

Hình 3.2 Lộ trình phát triển lên hệ thống IMS – Huawei 71

Hình 3.3 Nâng cấp từ NGN softswitch lên IMS - Huawei 72

Hình 3.4 Chi tiết các thành phần nâng cấp từ PSTN->NGN->IMS 72

Hình 3.5: Mô hình mạng IMS đầy đủ của Huawei 73

Hình 3.6: Nâng cấp từ softswitch lên AGCF 75

Hình 3.7: Nâng cấp từ softswitch lên MGCF 75

Hình 3.8: Mô hình dịch vụ VCC 76

Hình 3.9: Dich vụ Presence 77

Hình 3.10 Dịch vụ tin nhắn tích hợp 78

Hình 3.11: Lộ trình IMS của Alcatel Lucent 79

Hình 3.12 Cấu hình mạng IMS – Alcatel-Lucent 80

Hình 3.13 Mô hình cung cấp dịch vụ PoC của Alcatel – Luccent 85

Hình 3.14 Mô tả dịch vụ nhắn tin tức thời của Alcatel – Luccent 85

Hình 3.15 Cấu trúc IMS của Nortel 89

Hình 3.16 Chế độ hoạt động của AS5200 90

Hình 3.16: Các thành phần lõi của mạng IMS@vantage Nokia-Siemens 92

Hình 3.17 Cấu trúc giải pháp IMS của Nokia – Siemens đề xuất cho VNPT 94

DANH MỤC BẢNG BIỂU

 3GPP Release 5,6,7

IMS được giới thiệu trong phiên bản Release 5 của 3GPP IMS được giả định là mộtcấu trúc chuẩn hoá truy nhập không giới hạn trên nền IP, có khả năng hoạt động thíchứng với các mạng số liệu và thoại hiện có với hình thức truy nhập cố định (như PSTN,ISDN, Internet) và di động (như GSM, CDMA) Cấu trúc IMS hỗ trợ việc thiết lậpthông tin ngang hàng IP với tất cả các khách hàng phù hợp với chất lượng dịch vụ yêucầu Đồng thời với việc sử dụng tính năng quản lý phiên, cấu trúc IMS cũng hỗ trợ cácchức năng cần thiết khác để đảm bảo hỗ trợ dịch vụ (như đăng ký, bảo mật, tính cước,kiểm soát kênh mang, chuyển vùng) Với những tính năng đó, IMS sẽ là phần tử trungtâm của mạng lõi IP

Các yêu cầu kỹ thuật trong phiên bản Release 5 đã được thảo luận kỹ càng vàđược ấn định vào tháng 3 năm 2002 Do thời gian hoàn thành phiên bản này rất ngắncho nên nhiều đặc tính bị trì hoãn và sẽ phát hành tiếp theo ở Release 6 Sau khi ấnđịnh nội dung, công việc tiếp tục tiến tới sự ổn định vào đầu năm 2004 Release 6 IMStập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 IMS và bổ xung thêm các đặc tính mới.Release 6 được hoàn thành vào tháng 3 năm 2005 Bảng 1.1 chỉ ra các đặc tính quantrọng nhất của Release 5 và Release 6 Bảng cũng chứa các đặc tính ứng cử choRelease 7 Release 7 đang được tiếp tục xây dựng và những tính năng cơ bản của phiênbản này sẽ được công bố trong năm 2006

Từ bảng 1.1 chúng ta có thể thấy 3GPP đã định nghĩa một cấu trúc hạn chế cho

cơ cấu dịch vụ đa phương tiện IP trên nền tảng SIP Bảng chứa chức năng của các phần

tử logic và mô tả cách thức liên kết các phần tử, các thủ tục cũng như các giao thức đãđược lựa chọn Việc tối ưu môi trường thông tin di động được thiết kế dựa trên sự nhậnthực và phân quyền thuê bao theo số nhận dạng di động, dựa trên các quy luật tại giaodiện của thuê bao với mạng để thực hiện nép bản tin SIP và các cơ chế kiểm soát chínhsách và bảo mật Ngoài ra, các khía cạnh quan trọng theo quan điểm của nhà khai thácđược xác định khi phát triển kiến trúc như hệ thống tính cước, chính sách tính cước vàđiều khiển dịch vụ

Bảng 1.1 Các đặc tính của IMS theo các phiên bản của 3GPP

Cấu trúc: Các thực thể

và điểm tham chiếu có

Cấu trúc: Các hoạt động

liên mạng (các mạng CS,

Cấu trúc: Cuộc thoại giữa

miền CS và miền PS được

liên quan tới chức năng

tính cước

các mạng IP khác, WLAN) và một số thực thể và các điểm tham chiếu mới

kết nối với băng thông thích hợp tới IMS

Báo hiệu: Sự định tuyến

thông thường, sự đăng

ký, sự khởi tạo phiên, sự

sửa đổi phiên, sự kết thúc

phiên, sự giải phóng/xoá

đăng ký phiên theo

Báo hiệu: Các phiên khẩn,

thuận (AKA) của IMS

cho việc nhận thực thuê

An toàn bảo mật: Bảo vệ

tin cậy các bản tin SIP, sự nhận thực trên cơ sở địa chỉ IP và cấu trúc nhận thực khác

An toàn bảo mật: An toàn

bảo mật phù hợp cho truy cập băng thông rộng và có hỗtrợ bảo mật lớp 4 – bảo mật lớp truyền tải (TLS)

Chất lượng dịch vụ: Sự hài

hoà của điều khiển chính sách và điều khiển tính cước với sự trao quyền QoS

Các dịch vụ: Các dịch vụ bổ

xung trong SIP

động trong WLAN – UMTS

1.2.2 Các tiêu chuẩn về IMS của 3 GPP

Tổ chức 3GPP thực hiện chuẩn hoá cho nhánh công nghệ WCDMA Tính đến thờiđiểm hiện nay, lộ trình chuẩn hóa các tính năng của mạng di động theo cấu trúc NGNcủa 3GPP được liệt kê dưới đây:

 R99: Hoàn thành vào tháng 12/2000 Do hình thành từ GSM nên đảm bảotương thích ngược hoàn toàn Hình thành miền chuyển mạch gói mới, chưamang cấu trúc của mạng NGN

 R4: Đưa cấu trúc NGN vào miền chuyển mạch kênh thông qua việc tách riênglớp điều khiển và truyền tải qua đó đưa ra cấu trúc Server và MG cùng vớimạng truyền tải ATM/IP thay cho TDM Việc chuẩn hoá cơ bản hoàn thànhvào tháng 3/2001

 R5: Đưa cấu trúc NGN vào miền chuyển mạch gói nhờ sử dụng cấu trúc IMS.Các Server cuộc gọi đa phương tiện dựa trên giao thức SIP Việc chuẩn hoá cơbản hoàn thành vào giữa năm 2002

 R6: Hoàn thành vào tháng 3 năm 2005

 R7: Được chuẩn hóa theo 3 pha:

- Pha 1: hoàn thành vào tháng 9 năm 2005

- Pha 2: hoàn thành vào tháng 9 năm 2006

- Pha 3: hầu hết các tiêu chuẩn đã được hoàn thành trong khoảng thời gian từtháng 03-09 năm 2007.

 R8: Hiện vẫn đang được chuẩn hóa

 R9: Bắt đầu thực hiện chuẩn hoá vào tháng 1/2008 với một số tính năng cơ bảnnhư:

- Giải pháp cho các cuộc gọi thoại và video trong miền CS

- Hỗ trợ tính di động Wimax – LTE

- Hỗ trợ tính di động Wimax – UMTS

Nhìn vào lộ trình chuẩn hóa IMS của 3GPP, chúng ta có thể thấy: IMS bắt đầuđược chuẩn hóa từ phiên bản Release 5 (hoàn thành từ giữa năm 2002) với các tínhnăng xử lý cuộc gọi cơ bản (lõi IMS) Tiếp theo phiên bản Release 5 tính đến thờiđiểm hiện nay đã có 4 phiên bản được chuẩn hóa

Phiên bản Release 6 bổ xung thêm một số tính năng dịch vụ IMS và đặc biệt là

đã chuẩn hóa tính di động giữa WLAN và UMTS Những kết quả chuẩn hóa IMS trongphiên bản Release 6 của 3GPP đã được chuyển cho ETSI TISPAN để thực hiện chuẩnhóa phiên bản NGN R1

Đặc trưng cơ bản đối với phiên bản Release 7 của 3GPP là chuẩn hóa tính năng

hỗ trợ truy nhập với mạng băng rộng cố định (chi tiết các tính năng IMS được chuẩnhóa trong phiên bản Release 7 được liệt kê trên Bảng 1.1)

Từ tháng 6 năm 2007, ETSI TISPAN chính thức chuyển các yêu cầu liên quanđến cấu trúc IMS cố định (lõi IMS tối ưu cho mạng cố định) sang 3GPP để tiếp tụcthực hiện chuẩn hóa một lõi IMS chung (Common IMS) Đây là công việc cần thiếtnhằm hạn chế những khác biệt giữa các chuẩn IMS di động và IMS cố định Cấu trúcIMS chung được chuẩn hóa trong các phiên bản bắt đầu từ Release 8 của 3GPP (chitiết các tính năng IMS được chuẩn hóa trong phiên bản Release 8 được liệt kê trênBảng 1.2)

 Các tính năng IMS trong phiên bản Release 5

Mục tiêu cơ bản của việc xây dựng cấu trúc IMS trong phiên bản này là để hỗ trợ hiệuquả các ứng dụng đa phương tiện bao gồm các thành phần: âm thanh, hình ảnh và cáccông cụ chia sẻ trực tuyến … với khả năng thêm hoặc bớt một phương tiện khi đangthực hiện phiên truyền dẫn

Việc hỗ trợ hiệu quả các ứng dụng này dựa trên nguyên tắc là mạng có khả năngngắt các luồng truyền dẫn khác nhau trong cùng một phiên truyền đa phương tiện

Những luồng truyền dẫn này thông thường được sử dụng để tải số liệu từ các phần tửphương tiện khác nhau và do đó có các đặc tính QoS khác nhau Khi mạng xác địnhđược các đặc tính này, mạng có thể xử lý phân bổ tài nguyên một cách hiệu quả Cácchức năng trong IMS cũng cho phép ngắt các thỏa thuận phiên truyền dẫn trong quátrình thiết lập kênh mang.

Trong phiên bản này, so với các phiên bản trước, trong mạng sẽ có thêm cácthực thể chức năng mới dành riêng cho việc xử lý lưu lượng báo hiệu và lưu lượngthuê bao trong các ứng dụng phiên truyền đa phương tiện Nhóm các thực thể này được

gọi là Phân hệ IP đa phương tiện - "IP Multimedia CN subsystem" (IMS) Tất cả các

thực thể IMS đều nằm trong mạng lõi Trong phiên bản này, 3GPP cố gắng thực hiệnchuẩn hóa các tính năng IMS sao cho các thực thể không có tính năng IMS bị ảnhhưởng các ít càng tốt

Giao thức khởi tạo phiên truyền dẫn "Session Initiated Protocol" (SIP) trongmạng Internet (định nghĩa bởi IETF) được lựa chọn làm giao thức cơ bản trong IMS,

do giao thức này có cấu trúc đơn giản và việc sử dụng giao thức này cũng nhằm đảmbảo khả năng hoạt động liên mạng giữa các mạng của 3GPP và mạng IP cố định

Để truyền dẫn báo hiệu IMS và số liệu thuê bao, các thực thể IMS sử dụng cácdịch vụ kênh mang cung cấp bởi miền chuyển mạch gói và phân hệ truy nhập vô tuyếnUTRAN Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, miền PS và mạng truy nhập vô tuyếncoi các luồng ứng dụng và báo hiệu IMS như các luồng số liệu thuê bao, do vậy, nhữngphần tử chức năng trong miền PS và mạng truy nhập không bị ảnh hưởng nhiều khiđưa IMS vào trong cấu trúc mạng lõi Trong dịch vụ kênh mang hỗ trợ bởi miền PScho IMS, miền PS hỗ trợ các tính năng chuyển giao để duy trì dịch vụ khi thuê baothay đổi vị trí Về lý thuyết, IMS có thể được sử dụng ở phía trên của các mạng kênhmang khác (không phải là miền chuyển mạch gói PS) Tuy nhiên, tính năng này khôngđược định nghĩa trong Release 5

 Cấu trúc cơ bản của IMS được định nghĩa trong Release 3GPP

Cấu trúc IMS về cơ bản cho trên Hình 1.3:

Home

Serving PS domain

IMS Home

Serving PS domain

IMS

GGSN SGSN

HSS

P-CSCF

Other IP/IMS network

Hình 1.3 Cấu trúc các phần tử chức năng cơ bản của IMS (3GPP Release 5)

Các thực thể chức năng cơ bản của IMS được thể hiện trên hình vẽ bao gồm:

 Thực thể Chức năng điều kiển cuộc gọi ủy quyền - Proxy-Call State ControlFunction (P-CSCF): Đây là điểm truy nhập đầu tiên của IMS Thực thể nàynằm trong cùng một mạng với GGSN (nằm trong mạng thường trú hoặc tạmtrú, Hình 1.3 thể hiện vị trí của P-CSCF và GGSN nằm trong mạng tạm trú).Chức năng cơ bản của thực thể này là chọn I-CSCF phù hợp trong mạngthường trú của thuê bao Ngoài ra, nó cũng thực hiện một số tính năng nội bộ(vd: đọc số nhận thuê bao, xác định chính sách QoS )

 CSCF tham vấn - Interrogating-CSCF (I-CSCF): Đây là phần tử chức năngcổng giao tiếp chính của IMS trong mạng thường trú Phần tử này có chức năngchọn S-CSCF phù hợp để phục vụ cho thuê bao (chức năng này được thực hiệnvới sự trợ giúp của HSS)

 SCSCF phục vụ - Serving-CSCF (S-CSCF): Phần từ này thực hiện việc xử lýphiên truyền dẫn: xử lý các yêu cầu SIP, thực hiện các công việc phù hợp (như:yêu cầu mạng thường trú và tạm trú thiết lập các kênh mang) và chuyển tiếpyêu cầu đó tới S-CSCF / mạng IP bên ngoài của thuê bao đầu bên kia (khi cần).Một S-CSCF có thể cung cấp một số dịch vụ nhất định

 Các thực thể và chức năng liên mạng không được thể hiện trên Hình 1.3 Cácthực thể này được chuẩn hóa để thực hiện chức năng kết nối IMS với các mạngtruyền thống (PSTN, GSM, GSM+GPRS, UMTS….) bao gồm các thực thểnhư: BGCF, IMS-MGW Lưu ý: từ phiên bản Release 5 trở đi, chức năngHLR được gọi là "HSS" (Home Subscriber Server) để thể hiện rằng cơ sở dữliệu này không chỉ chứa các số liệu liên quan đến vị trí mà còn chứa các số liệu

đăng ký như: danh sách các dịch vụ có thể sử dụng của thuê bao và các tham sốliêu quan khác.

Trình tự làm việc của hệ thống mạng lõi có IMS: Đầu tiên, thiết lập kênh mangtrong miền PS (ngữ cảnh PDP trong mạng GPRS) để sử dụng truyền tải báo hiệu IMSgiữa UE và S-CSCF Sau khi thỏa thuận, các kênh mang miền PS khác được thiết lậpgiữa UE và đầu cuối tham gia thông tin để truyền tải số liệu tạo ra bởi ứng dụng IMS

 Các vấn đề liên quan đến mã hoá và dịch vụ hội thoại

Trong các tính năng của IMS, có tính năng được thực hiện nhằm đảm bảo các dịch vụhội thoại đa phương tiện có thể được cung cấp trong miền PS Tính năng này địnhnghĩa các bộ chuyển mã cần thiết và các phần tử được sử dụng trong dịch vụ hội thoại

đa phương tiện di động PS như: thoại, thoại thấy hình và hội thoại văn bản

Các bộ chuyển mã mặc định được sử dụng cho dịch vụ hội thoại PS hỗ trợ tínhtương thích giữa các thiết bị đầu cuối và các mạng khác nhau Những lợi thế khác là cóthể dễ dàng đảm bảo QoS ổn định, việc mã hóa tối ưu sẽ giúp giảm thiểu việc sử dụngtài nguyên vô tuyến và các bộ mã hóa có thể được thiết kế một cách hiệu quả, cải thiệnthời gian sử dụng pin, giảm giá thành sản xuất và triển khai đồng thời với các dịch vụkhác

Tiêu chuẩn TS 26.235 chứa một bộ các bộ mã hóa mặc định sử dụng cho cácứng dụng đa phương tiện hội thoại PS trong hệ thống IMS Việc thông tin âm thanh vàhình ảnh cũng được chuẩn hóa Các ứng dụng đề suất là các ứng dụng yêu cầu trễ thấp

và tính năng thời gian thực

Cần lưu ý rằng, việc chuẩn hóa các bộ mã hóa này không ngăn cản việc sử dụngcác bộ mã hóa khác trong mạng nếu thuê bao và các ứng dụng đầu cuối cần sử dụngcác bộ mã hóa này

Cùng với việc chuẩn hóa các bộ mã hóa, các phần tử giao thức điều khiển kênhmang, giao thức truyền tải và các giao thức phiên cũng được định nghĩa cho dịch vụ đaphương tiện PS

Tiêu chuẩn TS 26.236 chứa các giao thức yêu cầu trong 3GPP sử dụng đối vớicác dịch vụ đa phương tiện hội thoại PS dựa trên IMS IMS là một phân hệ chứa cácdịch vụ đa phương tiện hội thoại IP; cấu trúc của các dịch vụ này, các thủ tục xử lý tínhnăng phương tiện và thủ tục điều khiển cuộc gọi được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS24.229, và dựa trên giao thức SIP (được 3GPP chấp thuận sử dụng)

Từng loại phương tiện được mã hóa độc lập và đóng gói trong các gói Giao thứcthời gian thực- Real Time Protocol (RTP) phù hợp Sau đó, những gói này sẽ đượctruyền từ đầu cuối đến đầu cuối trong các gói UDP trên kết nối IP thời gian thực đã

được thỏa thuận và được thực hiện giữa các đầu cuối trong thời gian phiên truyền SIP(thủ tục này được định nghĩa trong tiêu chuẩn TS 24.229).

Các UE hoạt động trong IMS cần được hỗ trợ mã hóa/ giải mã và thực hiện cácchức năng đóng/mở gói Các chức năng logic liên quan đến các luồng lưu lượng được

xử lý tại lớp phiên SIP và việc đồng bộ giữa các phương tiện ở thiết bị thu đuợc thựchiện nhờ sử dụng các nhãn thời gian RTP

 Các vấn đề khác

Tất cả các khía cạnh hệ thống khác liên quan đến IMS được chuẩn hóa trong phiên bảnRelease 5 của 3GPP bao gồm:

 Bảo mật truy nhập đối với IMS

 Bảo vệ toàn vẹn số liệu

 Bảo mật báo hiệu SIP giữa các nút mạng

 CAMEL trong IMS

 Nén mào đầu trong mạng UTRAN và GERAN

Các tính năng cơ bản trong Release 5 đã được giới thiệu ở trên

 Các tính năng IMS trong phiên bản Release 6

Mục tiêu cơ bản của Release 5 là định nghĩa các khái niệm liên quan đến những yêucầu dịch vụ chung và các tính năng dịch vụ cho phiên bản Release 4 bao gồm: nhữngcải tiến đối với Release 99 và các dịch vụ IP đa phương tiện Các dịch vụ đa phươngtiện có khả năng hỗ trợ nhiều phần tử phương tiện trong cùng một cuộc gọi dựa trêncác tiêu chuẩn điều khiển cuộc gọi

Những cải tiến, nâng cấp cơ bản trong phiên bản Release 6 là việc chuẩn hóathêm dịch vụ nhắn tin IMS, tính năng liên hoạt động giữa CN và mạng CS và vấn đềtính cước trong IMS Một số các tính năng cơ bản trong phiên bản IMS Release 6 được

cho trên bảng 1.2, danh sách tổng hợp tất cả các tính năng IMS trong phiên bảnRelease 6 được liệt kê trên bảng 1.2.

Bảng 1.2 Các tính năng IMS cơ bản được chuẩn hóa trong phiên bản Release 6

SP-000216

Tính năng IMS Release: Khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện (IMS Phase 2 được phát triển dựa trên tính năng này)

NP-030229 Những cải tiến đối với các giao diện Cx và Sh

SP-020065 Quản lý nhóm trong IMS

NP-040494 Giai đoạn 3 của việc chuẩn hóa quản lý nhóm trong IMS (vd:

dịch vụ chat)SP-020065 Nhắn tin IMS

NP-040494 Giai đoạn 3 của việc chuẩn hóa nhắn tin IMS

NP-040494 Giai đoạn 3 đối với các tính năng bổ xung dựa trên SIP

NP-040494 Tóm tắt các tính năng bổ xung dựa trên SIP

NP-020091 Tính năng liên hoạt động giữa IMS và mạng IP khác

NP-030292 Tính năng liên hoạt động giữa IMS và các mạng CS

SP-030106 Vấn đề can thiệp luật pháp trong cấu trúc 3GPP Rel-6

SP-030049 Tính cước trong IMS

NP-040494 Các đối tượng quản lý trong IMS

Những tiêu chuẩn bị ảnh hưởng

TS 22.140 Multimedia Messaging Service (MMS); Stage 1

TS 22.228 Service requirements for the Internet Protocol (IP) multimedia

core network subsystem; Stage 1

TS 29.061 Interworking between the PLMN supporting packet based

services and PDNs

TS 33.106 3G security; Lawful Interception requirements

TS 33.107 3G security; Lawful interception architecture and functions

TS 33.108 3G security; Handover interface for Lawful Interception

Những tiêu chuẩn, báo cáo mới

TS 22.340 IP Multimedia System (IMS) messaging; Stage 1

TR 22.800 IMS subscription and access scenarios

TS 24.167 3GPP IMS Management Object (MO); Stage 3

TS 29.162 Interworking between the IMS and IP networks

TS 29.163 Interworking between the IMS and CS networks

TR 29.962 Signalling interworking between the 3GPP profile of the

Session Initiation Protocol (SIP) and non-3GPP SIP usage

TS 32.260 Telecommunication management; Charging Management; IMS

charging

1.2.3 Vấn đề lựa chọn phiên bản IMS

Trong mục 1, chúng ta đã tìm hiểu nguồn gốc khái niệm IMS và phân tích những cảitiến, nâng cấp của các phiên bản IMS từ phiên bản đầu tiên IMS Release 5 đến phiênbản hiện đang được chuẩn hóa IMS Release 9 Cấu trúc IMS được thực hiện với mụcđích tạo ra một nền tảng cung cấp dịch vụ đa phương tiện có khả năng hỗ trợ triển khainhanh chóng các loại hình dịch vụ kết hợp các phương tiện thông tin khác nhau: thoại,văn bản, âm thanh và hình ảnh Cấu trúc dựa trên giao thức điều khiển kết nối SIP này

có khả năng tạo điều kiện cho các bên thứ ba dễ dàng triển khai các dịch vụ đa phươngtiện Cấu trúc điều khiển dịch vụ này cũng tạo nền tảng cho việc hội tụ các hệ thốngtruy nhập cố định và di động

Trong phiên bản IMS (Release 5), các phần tử cơ bản hỗ trợ quá trình điềukhiển cuộc gọi dựa trên giao thức điều khiển phiên SIP bao gồm: CSCF, HSS và ASđược chuẩn hóa cùng với một số chức năng xử lý, quản lý tài nguyên, nhận thực, bảomật và chức năng điều khiển cuộc gọi cơ bản Phiên bản này, chỉ xem xét đến việc hỗtrợ các dịch vụ IMS trong miền PS Các phần tử để triển khai các dịch vụ cụ thể, cácdịch vụ theo thời gian thực đặc trưng cho cấu trúc IMS chưa được chuẩn hóa trongRelease 5

Những đặc trưng cơ bản nhất của phiên bản Release 6 bao gồm: hoàn thiện việcchuẩn hóa khả năng kết nối liên mạng giữa miền IMS với miền CS và các mạng IPkhác (tính năng kết nối liên mạng này mới chỉ đề cập trong phiên bản Release 5 màchưa được chuẩn hóa đầy đủ), thực hiện việc chuẩn hóa với các dịch vụ IMS cơ bản:dịch vụ hiển thị, nhắn tin, hội nghị, push to talk, quản lý nhóm và các dịch vụ dựa trên

Cấu trúc tiêu chuẩn phiên bản IMS Release 8 tương thích với TISPAN Release

2 Kể từ phiên bản này, các hoạt động chuẩn hóa giữa 3GPP và TISPAN ETSI đượcliên hệ mật thiết với nhau Phiên bản Release 8 thực hiện một số cải tiến đối với vấn đềtính cước, quản lý, bảo mật và chuẩn hóa đối với các dịch vụ hội tụ Có thể nói,Release 8 đảm bảo cho việc triển khai cấu trúc FMC

Từ những nhận xét trên, chúng ta có thể thấy rằng: để đảm bảo triển khai thửnghiệm IMS với một số dịch vụ cơ bản thì các phần tử hệ thống IMS phải hỗ trợ phiênbản từ sau Release 6; nếu nhà khai thác muốn triển khai một số dịch vụ hội tụ (nhưVCC…) thì phải sử dụng các thiết bị hỗ trợ Release 7; và muốn xây dựng một cấu trúc

FMC thì cần bắt đầu từ phiên bản Release 8 Tuy vậy, việc lựa chọn phiên bản IMS đểtriển khai cần phải có thêm thông tin về thời điểm triển khai; tương ứng với thời điểmtriển khai này là vấn đề về sự chín muồi về mặt công nghệ của các sản phẩm, thiết bịIMS của các nhà cung cấp trên thị trường viễn thông thế giới Ngoài ra, khi lựa chọnphiên bản IMS của các sản phẩm thiết bị cũng cần xem xét thêm lộ trình phát triển củacác sản phẩm thiết bị của các nhà cung cấp (vấn đề tuân thủ và phù hợp với lộ trìnhchuẩn hóa các tiêu chuẩn IMS)

1.3 Vị trí và vai trò của IMS trong cấu trúc hệ thống thông tin di động thế hệ mới 1.3.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN di động

Cấu trúc mạng NGN-mobile được xây dựng dựa trên hai nguyên tắc cơ bản:

 Hội tụ thoại và dữ liệu: sử dụng cùng một công nghệ, cùng một mạng cho cảhai dịch vụ thoại và dữ liệu

 Phân tách các lớp: tách chức năng chuyển mạch và chức năng xử lý cuộc gọi.Trong phần này, chúng ta phân tích mô hình chức năng của mạng NGN-Mobile.Trong đó, các phần tử chức năng có thể là một phần tử vật lý, được tích hợp bên trongphần tử vật lý hoặc được phân bố trên một số phần tử vật lý

Về cơ bản mô hình chức năng của mạng NGN- Mobile có thể được cho trênHình 1.4 Trong mô hình này, mạng NGN- Mobile được chia thành các phân lớp cơbản: lớp truy nhập, lớp truyền tải, lớp điều khiển và lớp ứng dụng

Mỗi phân lớp có chứa một số phần tử chức năng cơ bản như: máy chủ cuộc gọi (CallSever, MSC Server) hay còn gọi là Chuyền mạch mềm (SoftSwitch), Cổng truy nhập(Media Gateway), Cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và Máy chủ dịch vụ (FeatureServer)

Hình 1.4 Cấu trúc phân lớp của mạng NGN- Mobile.

1.3.2 Các chức năng cơ bản của IMS trong hệ thống NGN di động

Hình 1.4 thể hiện cấu trúc NGN di động đựa trên phiên bản 3GPP R4 với việc sử dụngphần tử điều khiển cuộc gọi Call server là Softswitch ở lớp điều khiển cuộc gọi Khiphiên bản IMS đầu tiên (ứng với 3GPP R5) được triển khai trong cấu trúc này Về cơbản các phần tử chức năng chính (CSCF) của IMS sẽ thực hiện việc xử lý cuộc gọi tạilớp điều khiển Ngoài ra, trong IMS còn có một số phần tử chức năng khác hỗ trợ kếtnối với các hệ thống mạng hiện có và các hệ thống IMS khác Lớp chuyển tải vẫn tậndụng cấu trúc mạng cũ (như các phần tử SGSN/GGSN) Bên cạnh đó, các máy chủứng dụng SIP (thuộc lớp ứng dụng) cũng là những thành phần không thể thiếu đượctrong cấu trúc hệ thống IMS Như vậy, IMS sẽ đem đến những thay đổi trong cấu trúcmạng cũ chủ yếu tại lớp điều khiển và lớp ứng dụng

Các chức năng cơ bản của IMS tại lớp điều khiển trong cấu trúc IMS bao gồm:

 Điều phối và quản lý phiên Multimedia: IMS sử dụng giao thức SIP để điều

phối và quản lý phiên multimedia IMS về bản chất là một mạng SIP di độngđược thiết kế để hỗ trợ chức năng này, trong đó IMS hỗ trợ định tuyến, định vịmạng, và các chức năng đánh địa chỉ Khác với miền chuyển mạch kênh CS vàmiền chuyển mạch gói PS, miền IMS cho phép thiết lập bất kỳ loại phiênmedia nào (ví dụ, voice, video, text, ) Nó cũng cho phép bộ tạo dịch vụ kết

hợp các dịch vụ từ miền CS và miền PS trong cùng một phiên, và cũng có thểhiệu chỉnh các phiên này một cách mềm dẻo và linh hoạt, ví dụ thêm tính năngvideo vào phiên thoại hiện có Tính năng này mở ra một số dịch vụ user-to-user

và multi-user mới và hấp dẫn, như dịch vụ thoại cải tiến, thoại video, chat,Push-to-Talk, và Multimedia conferencing, tất cả chúng đều dựa trên khái niệmphiên đa phương tiện (multimedia session)

 Quản lý phiên truyền dẫn di động: Cấu trúc căn bản của IMS cho phép hỗ trợ

các dịch vụ truyền thông IP di động thông qua khả năng IMS tìm các user kháctrong mạng và sau đó thiết lập một phiên thông tin với user đó Các phần tửquan trọng của IMS cho phép quản lý di động là CSCF (Call Session ControlFunction) và HSS (Home Subscriber Server) HSS giữ toàn bộ dữ liệu căn bản

về thuê bao và cho phép các user (hoặc các server) tìm và liên lạc với các userđầu cuối khác CSCF về cơ bản là một proxy, nó hỗ trợ việc thiết lập và quản lýcác phiên và chuyển tiếp các bản tin giữa các mạng IMS IMS về cơ bản chophép truy nhập tới dịch vụ bất chấp vị trí địa lý của người sử dụng đầu cuối

 Chất lượng dịch vụ: IMS sẽ cung cấp một giải pháp hiệu quả và được chuẩn

hoá cho các nhà khai thác muốn triển khai dịch vụ di động IP thời gian thựckhông lãng phí tài nguyên truyền dẫn nhưng vẫn đảm bảo sự hài lòng củakhách hàng về dịch vụ Truyền thông IP di động thời gian thực gặp rất nhiềukhó khăn do sự giao động lên xuống của băng thông, ảnh hưởng nghiêm trọngtới việc truyền dẫn các gói tin IP qua mạng Trong mạng IP thông thường,truyền tải IP luôn luôn cố gắng tối đa để đảm bảo băng thông dịch vụ yêu cầu,người ta thường gọi là “best-effort”, tuy nhiên, trong thực tế không có bất kỳ sựđảm bảo tuyệt đối nào Điều này dẫn đến chức năng dịch vụ IP di động thờigian thực rất kém chất lượng hoặc gần không phụ thuộc vào sự khả dụng củabăng tần và tắc nghẽn mạng Các kỹ thuật hỗ trợ QoS được phát triển để khắcphục những vần đề này và cung cấp một số loại mức truyền tải được đảm bảochất lượng thay cho việc sử dụng tính năng “best-effort” QoS được đảm bảobởi các tham số truyền dẫn IP cơ bản, như tốc độ truyền dẫn, trễ Gateway, và tỉ

lệ lỗi, có thể được đo, cải thiện, và đảm bảo trước Người sử dụng có chỉ rõmức chất lượng họ yêu cầu, tuỳ vào loại dịch vụ và khả năng tài chính của họ.Chức năng đảm bảo QoS “thông minh” trong mạng IP di động được chuẩn hoácho IMS là một thực thể được biết dưới tên gọi PDF (Policy DecisionFunction) PDF điều khiển và tương tác với mạng chuyển mạch gói IP (thôngqua giao diện Go với GGSN)

 Thực thi, điều khiển và tương tác dịch vụ: Trong bối cảnh nhà khai thác đã

triển khai một số lượng lớn các dịch vụ và yêu cầu một hệ thống cung cấp dịch

vụ phức tạp, hoàn toàn có thể đảm bảo rằng nhà khai thác có thể giám sát yêucầu cung cấp dịch vụ và sự tương tác giữa nhiều loại thành phần dịch vụ vớinhau Trong các miền CS và PS, việc thực thi dịch vụ được điều khiển bởi ứngdụng, nó làm việc tương tác giữa các dịch vụ phức tạp và giảm tính trong suốttổng thể của dịch vụ IMS khắc phục vấn đề này bằng cách tạo ra chức năngcung cấp dịch vụ hiệu quả Khi một người sử dụng đăng ký vào mạng IMS củanhà khai thác mạng di động (MNO), hồ sơ phục vụ thuê bao SSP (SubscriberService Profile) của anh ta được CSCF tải về từ HSS SSP chứa một số lượngrất lớn thông tin liên quan đến dịch vụ của mỗi người sử dụng đầu cuối và chophép CSCF thực hiện:

- Xác định những dịch vụ nào cần được thực thi, dựa vào việc lọc tham số

từ SSP

- Quyết định thứ tự trong đó có nhiều dịch vụ được thực thi (nếu có)

- Quyết định địa chỉ của các một hoặc nhiều server ứng dụng sẽ thực thidịch vụ của người sử dụng đầu cuối yêu cầu

- Thông báo cho các server ứng dụng về thứ tự trong đó những dịch vụnào sẽ được thực thi trong trường hợp có nhiều dịch vụ cần được thựchiện trong mỗi server ứng dụng Thực thi, điều khiển, và tương tác dịch

vụ cho phép các MNO sử dụng IMS như platform cơ sở hạ tầng tái sửdụng bằng cách cho phép chúng điều khiển và quản lý một cách hiệuquả các quá trình lọc, thực thi, và tương tác dịch vụ

 Kết nối với bên thứ ba: IMS cung cấp kiến trúc chuẩn cho phép triển khai

dịch vụ IP tiên tiến Nhiều loại dịch vụ IMS có thể được phát triển một cáchđộc lập và tại thời điểm sử dụng các tính năng chung của kiến trúc IMS Khảnăng này cho phép linh hoạt việc tích hợp dịch vụ cũng như hoạt động liênmạng (ví dụ, giữa các mạng cố định và di động) Ngoài ra, chức năng roaming

tự động được hỗ trợ với một ít hoặc không cần bổ xung thêm tính năng nào

cước online là xử lý tính cước mà trong đó thông tin tính cước có thể ảnh hưởng trongthời gian thực đối với dịch vụ đang thực hiện; chính vì vậy, nó ảnh hưởng trực tiếp vớiđiều khiển phiên hay điều khiển dịch vụ Trên thực tế, mỗi nhà khai thác có thể kiểmtra tài khoản của các thuê bao trước khi cho phép thuê bao chiếm giữ một phiên vàtrước khi kết thúc phiên – khi tất cả tín dụng trong tài khoản đã dùng hết Các dịch vụtrả trước là các ứng dụng cần khả năng tính cước online Tính cước offline là xử lý tínhcước mà trong đó thông tin tính cước không ảnh hưởng theo thời gian thực đối với cácdịch vụ đang tiếp diễn Đây là chế độ tính cước truyền thống, ở đó thông tin tính cướcđược thu thập qua một chu kỳ riêng biệt, tại điểm kết thúc của chu kỳ này, nhà khaithác ghi hóa đơn cho khách hàng.

Hình 2.3 thể hiện việc tính cước trong môi trường IMS IMS hỗ trợ thêm khảnăng tính cước cho lưu lượng IP với nhiều cách thức tính cước hơn so với các hệ thốngthông tin trước đây

Hình 2.3 Chức năng tính cước trong IMS 2.1.6 Hỗ trợ chuyển vùng

Đối với các thuê bao, vấn đề đảm bảo truy nhập dịch vụ không phụ thuộc vào vịtrí địa lý là một vấn đề rất quan trọng Đặc tính chuyển vùng giúp thuê bao có thể dùngdịch vụ ngay cả khi họ không thuộc vùng dịch vụ mạng thường trú Mục 2.1.2 đã mô tả

2 ví dụ liên quan đến chế độ chuyển vùng: chuyển vùng ở GPRS và chuyển vùng ởIMS Ngoài 2 trường hợp chuyển vùng trên còn có chuyển vùng chuyển mạch kênh -

IMS Chuyển vùng GPRS nghĩa là khả năng truy nhập IMS khi mạng tạm trú hỗ trợtruy nhập vô tuyến RAN và SGSN, còn mạng thường trú hỗ trợ chức năng GGSN vàIMS Chế độ chuyển vùng IMS liên quan tới cấu hình mạng, khi ấy mạng tạm trú hỗtrợ kết nối IP (ví dụ RAN, SGSN, GGSN) và điểm vào IMS (ví dụ P-CSCF) còn mạngthường trú hỗ trợ các bộ chức năng còn lại của IMS Lợi thế chính của chế độ chuyểnvùng này so với chế độ chuyển vùng GPRS chính là sự tối ưu tài nguyên tại mặt phẳngthuê bao Chuyển vùng giữa miền IMS và miền CS CN liên quan tới chuyển vùng nộimiền giữa IMS và CS

Khi thuê bao không được đăng ký hay không thể phục vụ trong một miền thìphiên truyền dẫn có thể được định tuyến tới miền khác Chú ý cả miền CS CN và miềnIMS có các dịch vụ riêng của nó và không thể dùng từ miền khác (nghĩa là muốn dùngmột dịch vụ thì ít nhất trong miền có thể được phục vụ phải có các dịch vụ đó) Một sốdịch vụ tương tự và có thể có ở cả hai miền (như thoại qua IP ở IMS và điện thoại ở

CS CN) Hình 2.4 chỉ ra các trường hợp chuyển vùng IMS/CS khác nhau

Hình 2.4 Chuyển vùng luân phiên IMS/CS 2.1.7 Mô hình điều khiển dịch vụ

Điều khiển dịch vụ tạm trú trong các mạng di động 2G vẫn đang được sử dụng.Khi thuê bao đang roamming, thực thể trong mạng tạm trú sẽ hỗ trợ các dịch vụ vàđiều khiển lưu lượng cho thuê bao Thực thể này ở 2G gọi là trung tâm chuyển mạch di

động tạm trú Trong những phiên bản Release 5 ban đầu, cả hai mô hình điều khiểndịch vụ thường trú và tạm trú được hỗ trợ Việc hỗ trợ 2 chế độ này sẽ hạn chế các sự

cố hơn khi dùng chỉ một chế độ; ngoài ra, nó sẽ làm giảm số lượng các giải pháp cấutrúc hệ thống tối ưu, khi các giải pháp đơn giản có thể sẽ không thích hợp cho nhiềuchế độ

Việc hỗ trợ cả hai mô hình sẽ yêu cầu thêm các giao thức IETF mở rộng và làmtăng tính phức tạp trong việc đăng ký và quản lý phiên dịch vụ Điều khiển dịch vụ tạmtrú bị loại bỏ vì nó là giải pháp phức tạp và không được hỗ trợ bất cứ giá trị đáng chú ýnào so với điều khiển dịch vụ thường trú Điều khiển dịch vụ tạm trú còn mang một sốgiới hạn, nó yêu cầu tính đa quan hệ và các mô hình chuyển vùng giữa các nhà khaithác Sự phát triển dịch vụ chậm hơn khi cả mạng thường trú và mạng tạm trú cần hỗtrợ các dịch vụ tương tự nhau nếu không thuê bao sẽ phải sử dụng chất lượng dịch vụkém khi chuyển vùng Ngoài ra, số lượng các điểm tham chiếu trong mỗi nhà khai thác

sẽ tăng, điều này yêu cầu các giải pháp phức tạp (ví dụ các giải pháp liên quan đến bảomật và tính cước) Vì vậy, điều khiển dịch vụ thường trú sẽ được lựa chọn, nghĩa là cácthực thể truy cập tới cơ sở số liệu của thuê bao và tương tác trực tiếp với nền tảng dịch

vụ (service platform) Các platform này luôn nằm tại mạng thường trú của thuê bao

2.1.8 Cấu trúc phân lớp

3GPP quyết định dùng cách tiếp cận theo lớp để thiết kế cấu trúc IMS Các dịch

vụ kênh mang và truyền tải được tách biệt so với mạng báo hiệu IMS và các dịch vụquản lý phiên Các dịch vụ còn lại chạy trên nền mạng báo hiệu IMS Hình 2.5 thể hiện

mô hình cấu trúc phân lớp

Một số trường hợp có thể phân biệt giữa chức năng tại các lớp cao và lớp thấp.Cấu trúc phân lớp được xây dựng với mục tiêu tạo ra sự phụ thuộc tối thiểu giữa cáclớp Điều này sẽ có lợi khi thêm các mạng truy nhập mới vào hệ thống Tính năngWLAN truy nhập tới IMS được đưa vào hệ thống ở phiên bản 3GPP Release 6, truynhập băng rộng cố định được đưa vào IMS trong Release 7

Hình 2.5 Cấu trúc lớp và IMS

Cấu trúc phân lớp làm tăng tầm quan trọng của lớp ứng dụng do các dịch vụđược thiết kế để hoạt động độc lập với lớp truy nhập; khi đó IMS có chức năng là cầunối giữa lớp ứng dụng và lớp truy nhập Các chức năng liệt kê theo nhóm và chức nănghiển thị được sử dụng như nhau trong IMS khi thuê bao đang sử dụng điện thoại diđộng hoặc PC để thông tin Các dịch vụ khác nhau thì có các yêu cầu khác nhau, chúngbao gồm các yêu cầu:

 Độ rộng băng thông

 Trễ

 Năng lực xử lý của thiết bị

Điều đó có nghĩa là để các dịch vụ khác nhau được thực thi một cách đúng đắn,mạng phải được trang bị lôgic dịch vụ và điều khiển có khả năng nhận biết truy nhậpđối với các dịch vụ đa phương tiện Chức năng đa truy nhập được xây dựng trong cấutrúc IMS cho phép các nhà khai thác mạng cố định và mạng di động thực hiện hội tụ.Điều đó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng các đặc tính và khả năng của các

thiết bị hiện có, các phương thức truy nhập mạng và cho phép họ điều chỉnh cácphương thức truy nhập một cách linh hoạt

2.1.9 Sự tự do truy nhập

IMS được thiết kế cho phép tự do truy nhập, các dịch vụ IMS có thể được hỗ trợtrên bất cứ mạng kết nối IP nào (ví dụ: GPRS, WLAN, đường dây thuê bao số -DSL,truy nhập băng rộng) Release 5 IMS mô tả một vài tính năng đặc trưng cho GPRS ỞRelease 6, những tính năng này được tách khỏi phần lõi IMS và cấu trúc IMS đảm bảo

hỗ trợ truy nhập độc lập Hình 2.6 mô tả nhiều nhiều hệ thống truy nhập khác nhau:WLAN, GPRS và UMTS kết nối đến lõi IMS

Hình 2.6 Truy nhập tự do trong IMS.

2.2 Mô tả mối quan hệ các thực thể và các chức năng trong IMS

Mục này phân tích các thực thể IMS và các chức năng cơ bản Các thực thểchức năng trong IMS có thể chia thành 6 loại cơ bản:

 Nhóm quản lý phiên và định tuyến (các thực thể CSCF)

 Cơ sở dữ liệu (HSS, SLF)

 Dịch vụ (máy chủ ứng dụng, MRFC, MRFP)

 Các phần tử chức năng liên mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW)

 Các bộ phận chức năng hỗ trợ (PDF, SEG, THIG)

 Tính cước

Các tiêu chuẩn IMS được xây dựng nhằm giúp cho chức năng của các thực thểmạng không cần được mô tả chi tiết Thay vào đó, tiêu chuẩn mô tả các điểm thamchiếu giữa các thực thể và các chức năng hỗ trợ tại các điểm tham chiếu Chẳng hạn:cách CSCF lấy số liệu từ các cơ sở dữ liệu

2.2.1 Các thực thể thực hiện chức năng điều khiển chức phiên cuộc gọi(CSCF)

Có ba loại chức năng điều khiển phiên khác nhau: CSCF uỷ quyền CSCF: P-CSCF); CSCF phục vụ (Serving-CSCF: S-CSCF) và CSCF tham vấn(Interrogating-CSCF: I-CSCF) Mỗi CSCF có nhiệm vụ riêng Thường thì tất cả cácCSCF tham gia trong suốt quá trình đăng ký thiết lập phiên và định hình cơ chế địnhtuyến SIP Ngoài ra, tất cả các chức năng đều có khả năng gửi số liệu tính cước tới bộchức năng tính cước offline Có vài chức năng thông thường mà P-CSCF và S-CSCF

(Proxy-có thể thực hiện Các thực thể (Proxy-có khả năng giải phóng phiên thay cho thuê bao (ví dụkhi S-CSCF phát hiện ra một phiên đang treo - không sử dụng, hoặc P-CSCF nhậnđược thông báo kênh mang truyền thông bị mất) và có khả năng kiểm tra nội dung củaGiao thức mô tả phiên (SDP) hoặc kiểm tra các loại hoặc các mã truyền thông tronggiao thức này Khi SDP đang sử dụng không phù hợp với chính sách của nhà khai thác,CSCF từ chối yêu cầu và gửi bản tin thông báo lỗi SIP tới UE

 Các chức năng điều khiển phiên cuộc gọi uỷ quyền(P-CSCF)

P-CSCF là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của các thuê bao trong hệ thống IMS Cónghĩa là tất cả lưu lượng báo hiệu SIP từ UE sẽ được gửi tới P-CSCF Ngược lại, tất cảcác kết cuối báo hiệu SIP từ mạng được gửi từ P-CSCF tới UE Bốn chức năng cơ bảncủa P-CSCF bao gồm: nén SIP, kết hợp bảo mật IP (IPSec), tương tác với chức năngquyết định chính sách (PDF) và xác định phiên khẩn cấp

Giao thức SIP là giao thức báo hiệu chứa lượng lớn các tham số mào đầu, baogồm cả các thông tin mở rộng và thông tin liên quan tới bảo mật Kích thước các bảntin của SIP thường lớn hơn so với các phương thức mã hoá nhị phân Để làm rút ngắnthời gian thiết lập phiên, 3GPP uỷ thác việc hỗ trợ nén SIP được thực hiện giữa UE vàP-CSCF P-CSCF cần nén các bản tin nếu UE thông báo rằng nó muốn nhận các bảntin báo hiện nén

P-CSCF chịu trách nhiệm duy trì Kết nối bảo mật (SA) và sử dụng sự bảo vệtính nhất quán và bảo mật cho báo hiệu SIP Công việc này được thực hiện trong suốtquá trình đăng ký SIP khi UE và P-CSCF thực hiện thỏa thuận bảo mật IPSec Sau kếtthúc quá trình đăng ký khởi tạo, P-CSCF có thể áp dụng sự bảo vệ toàn vẹn một cáchtin cậy cho báo hiệu SIP

P-CSCF có nhiệm vụ chuyển tiếp phiên và thông tin truyền thông liên quan tớiPDF khi nhà khai thác muốn áp dụng chính sách cục bộ cho dịch vụ cơ bản (SBLP)

Dựa vào thông tin đã nhận được, PDF xác định thông tin QoS IP đã trao quyền sẽ đượcgửi đến GGSN khi GGSN cần thực hiện chính sách SBLP trước khi kích hoạt ngữcảnh PDP thứ hai Ngoài ra, dựa vào PDF, IMS có thể chuyển thông tin liên quan tớitính cước IMS cho mạng GPRS; tương tự, IMS thông qua PDF có thể nhận được thôngtin liên quan tới tính cước GPRS từ mạng GPRS Điều này cho phép ghép các bản ghi

số liệu cước từ mạng IMS và mạng GPRS trong hệ thống lập hoá đơn

Các phiên khẩn cấp IMS chưa chuẩn hóa (các công việc này sẽ được tiến hànhtrong Release 7) Do vậy, mạng IMS sẽ phát hiện các yêu cầu phiên khẩn cấp và hướngdẫn UE của UMTS dùng mạng CS để thực hiện các phiên khẩn cấp đó Việc phát hiệncác phiên gọi khẩn cấp là nhiệm vụ của P-CSCF Chức năng này sẽ vẫn được sử dụngngay cả khi các phiên IMS khẩn cấp được hỗ trợ như trong các trường hợp chuyểnvùng Chức năng chuẩn hóa trong Release 7 cho phép P-CSCF có thể lựa chọn mộtCSCF khẩn để sử dụng phiên khẩn cấp Sự lựa chọn này là cần thiết vì trong cáctrường hợp IMS chuyển vùng, S-CSCF đã được phân công trong mạng thường trú vàCSCF thường trú không thể gửi một yêu cầu chính xác tới trung tâm khẩn cấp

 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi tham vấn (I-CSCF)

CSCF là điểm giao tiếp cho các kết nối tới thuê bao trong mạng của nhà khai thác CSCF thực hiện 4 công việc cơ bản:

I- Xác định tên của nút mạng trong chặng kế tiếp (S-CSCF hoặc máy chủứng dụng) từ Máy chủ thuê bao thường trú (HSS)

 Phân công S-CSCF dựa trên các tính năng yêu cầu từ HSS Sự phân côngcủa S-CSCF sẽ được thực hiện khi một thuê bao đăng ký hoặc khi họnhận được một yêu cầu SIP trong khi họ không đăng ký với mạng (họ cócác dịch vụ trong trạng thái không đăng ký như thư thoại)

 Định tuyến các yêu cầu tới một S-CSCF đã được chỉ định hoặc một máychủ ứng dụng

 Hỗ trợ các chức năng cổng vào ra nội mạng ẩn cấu hình (THIG)

 Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi phục vụ (S-CSCF)

S-CSCF có nhiệm vụ xử lý đăng ký dịch vụ, ra quyết định định tuyến, duy trìcác trạng thái phiên dịch vụ và lưu trữ tạm thời thông tin trạng thái dịch vụ Khi thuêbao gửi yêu cầu đăng ký, thì yêu cầu đó sẽ được định tuyến tới S-CSCF và S-CSCF tải

về số liệu nhận thực từ HSS Dựa trên số liệu nhận thực, S-CSCF tạo ra các mệnh lệnhgửi đến UE Sau khi nhận được đáp ứng và kiểm tra lại số liệu nhận thực, S-CSCF

chấp nhận đăng ký và bắt đầu giám sát trạng thái đăng ký dịch vụ Sau thủ tục này,thuê bao có thể khởi tạo và nhận các dịch vụ IMS

Thông tin trạng thái dịch vụ là một tập hợp những thông tin đặc trưng của thuêbao được lưu trữ lâu dài tại HSS S-CSCF tải về thông tin trạng thái dịch vụ phù hợpvới số số nhận dạng từng thuê bao S-CSCF sử dụng thông tin chứa trong trạng tháidịch vụ để quyết định khi nào và máy chủ ứng dụng nào được kết nối đến thuê bao khithuê bao gửi yêu cầu SIP hay nhận được yêu cầu từ thuê bao khác Ngoài ra, thông tintrạng thái dịch vụ có thể chứa các chỉ dẫn về loại chính sách phương tiện truyền thông

mà S-CSCF cần áp dụng; nó có thể chỉ định cho phép thuê bao chỉ được sử dụng cácthành phần truyền thông ứng dụng và âm thanh mà không được sử dụng thành phầnvideo

S-CSCF chịu trách nhiệm đưa ra những quyết định định tuyến quan trọng khi

nó nhận được tất cả các phiên giao dịch từ/tới UE Khi S-CSCF nhận được yêu cầu từ

UE qua P-CSCF, nó cần quyết định có được kết nối đến các máy chủ ứng dụng trướckhi tiếp tục gửi thêm các yêu cầu Sau khi tương tác với các máy chủ ứng dụng, S-CSCF tiếp tục phiên hoặc chuyển sang miền dịch vụ khác (mạng CS hoặc mạng IPkhác) Ngoài ra, nếu UE dùng số ISDN trạm di động (MSISDN) để làm địa chỉ phần bịgọi thì S-CSCF chuyển đổi số MSISDN thành định dạng số nhận dạng tài nguyênchung SIP (SIP URI) trước khi gửi yêu cầu tiếp sau; do IMS không định tuyến các yêucầu theo số MSISDN Tương tự như vậy, S-CSCF sẽ nhận tất cả các yêu cầu gửi tớiUE

Mặc dù S-CSCF biết địa chỉ IP của UE nhờ quá trình đăng ký, nó vẫn gửi toàn bộ cácyêu cầu qua P-CSCF do P-CSCF có trách nhiệm thực hiện các chức năng nén SIP vàcác chức năng bảo mật Trước khi gửi yêu cầu tới P-CSCF, CSCF có thể định tuyếncác yêu cầu tới các máy chủ ứng dụng Hình 2.7 mô tả vai trò của S-CSCF trong cácquyết định định tuyến

Ngoài ra, S-CSCF có thể gửi các thông tin tính cước tới Hệ thống tính cướconline để thực hiện chức năng tính cước (ví dụ như: hỗ trợ cho các thuê bao trả trước)