Nghiên cứu IMS và ứng dụng cung cấp các dịch vụ băng rộng cho mạng viễn thông cua VNPT

Luận văn : Nghiên cứu IMS và ứng dụng cung cấp các dịch vụ băng rộng cho mạng viễn thông cua VNPT gồm các phần : Tổng quan về IMS Công nghệ IMS và khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng Phương án triển khai các dịch vụ băng rộng trên mạng NGNIMS của VNPT

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Dương

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Hoàng Văn Võ,

người đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quí báu giúp tôi hoàn thànhluận văn này

Xin chân thành cảm ơn các anh, chị, bạn bè đồng nghiệp và các bạn cùng lớpCao học Kỹ thuật Viễn thông khóa 2012-2013 đã ủng hộ, giúp đỡ và động viêntrong thời gian học tập và nghiên cứu

Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành luận văn, nhưng với thời gian và khả năngcho phép, nên luận văn không thể tránh khỏi còn những thiếu sót, hạn chế Tôi rấtmong được sự góp ý chân thành của các thầy, cô và các bạn để bổ sung hoàn thiệntrong quá trình nghiên cứu tiếp về vấn đề này

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, tháng 11 năm 2013

HỌC VIÊN

Nguyễn Hoàng Dương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ IMS 2

1.1 Xu hướng phát triển mạng viễn thông 2

1.2 Xu hướng phát triển dịch vụ viễn thông 3

Dịch vụ băng rộng 3

Hội tụ dịch vụ 4

1.3 Tổng quan về mạng NGN-IMS 5

Tổng quan về IMS 6

Sự phát triển của NGN 7

Vai trò của IMS trong NGN 8

1.4 Khả năng phát triển dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS 11

Kết chương 12

CHƯƠNG 2-CÔNG NGHỆ IMS VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP CÁC DỊCH VỤ BĂNG RỘNG 13

2.1 IMS: Các định nghĩa liên quan và tính năng 13

2.1.1 Công nghệ IP 13

2.1.2 Giao thức SIP 17

2.1.3 Giao thức Diameter 18

2.1.4 COPS Giao thức COPS 19

2.1.5 IMS và các tính năng 20

2.2 Cấu trúc cơ bản và các khối chức năng của IMS, NGN-IMS 22

2.2.1 Kiến trúc tổng thế IMS 22

2.2.2 Kiến trúc phân hệ IMS 24

2.2.3 Chuẩn hóa IMS 33

2.3 Khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng của IMS 34

2.3.1 Vai trò của IMS đối với việc cung cấp các dịch vụ băng rộng 34 2.3.2 Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng đối với mạng hội tụ NGN IMS 35

2.3.3 Một số dịch vụ của IMS trên mạng NGN 36

Kết Chương 39

CHƯƠNG 3- PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI CÁC DỊCH VỤ BĂNG RỘNG TRÊN MẠNG NGN-IMS CỦA VNPT 40

3.1 Hiện trạng mạng truyền tải băng rộng của VNPT 41

3.1.1 Cấu trúc mạng VN2 41

3.1.2 Điều khiển trong mạng VN2 42

3.1.3 Cấu trúc mạng MAN-E 49

3.1.4 Các đặc tính của MAN-E 49

3.1.5 Mô hình kết nối của MAN-E 50

3.1.6 Mạng truy nhập quang G-PON 52

3.2 Nhu cầu phát triển các dịch vụ băng rộng của VNPT 55

3.3.Phương án truyền tải các dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS của VNPT 58

3.3.1 Dịch vụ truy nhập internet tốc độ cao (HSI) 58

3.3.2 Dịch vụ IPTV 60

3.3.3 Dịch vụ Metronet 62

3.3.4.Dịch vụ Megawan nội tỉnh sử dụng mạng truy nhập MEN và G-PON 64

3.3.5.Dịch vụ Megawan liên tỉnh sử dụng mạng truy nhập MEN và G-PON 65

3.3.6 Nhóm các dịch vụ Internet + MyTV 67

3.3.7 Nhóm các dịch vụ Internet+MyTV+điện thoại IMS 68

3.4 Đề xuất lộ trình triển khai các dịch vụ băng rộng đối với phân khúc các tỉnh thành của VNPT 70

Kết chương 72 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 73 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 74\

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết

tắt

3GPP Third Generation Partnership

Project

Dự án phát triển mạng thế

hệ thứ 3AAA Authentication, Authorisation, and

Accounting Xác thực, nhận dạng và tính cướcADSL Asymmetric Digital Subscriber

BGCF Breakout gateway control function Chức năng điều khiển

cổng chuyển mạngBSC Base Station Controller Bộ điều khiển tạm gốcCCF Charging Conllection Funtion Chức năng thu thập cướcCIR Constant Information Rate Tốc độ thông tin tốt nhất

CSCF Call Session Control Function Thực thể chức năng điều

khiển phiên cuộc gọiDNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DSL Digital Subcriber Loop Vòng thuê bao số

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệuDWDM Dense Wavelength Division

Multiplexing

Ghép bước sóng với mật

độ caoE-LAN Ethernet Local Area Network Mạng LAN Ethernet

EMS Element Management System Phần tử quản lý hệ thốngEPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động

dùng EthernetETSI European Telecommunication

Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu ÂuEVC Ethernet Virtual Connection Kết nối ảo Ethernet

FTTB Fiber to the Building Cáp quang nối đến toà nhàFTTC Fiber to the Curb Cáp quang nối đến cụm

dân cưFTTH Fiber to the Home Cáp quang nối tận nhàGSM Global System for Mobile

communications Hệ thống truyền thông di động toàn cầu

HLR Home Location Register Đăng ký thông tin thường

trúHSS Home Subscriber Server Máy chủ lưu chữ thuê baoHTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn

bảnICID IMS Charging ID Định danh tính cước IMSI-CSCF Interrogating CallState Control

Function

Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọiIEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers Viện kỹ sư điện và điện từIETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật

InternetIMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IPsec Internet Protocol Security Giao thức Internet an ninh

mạngIPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức

InternetISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng thông tin số tích hợp đa dịch vụ

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụITU-T ITU Telecommunication

Standardization Sector Chuẩn viễn thông quốc tế

MEN Metro Ethernet Network Mạng diện rộng dùng

EthernetMGC Media gateway controller Bộ điều khiển cổng

phương tiệnMGCF Media gateway control function Chức năng điều khiển

cổng phương tiện

MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lýMII Medium Independent Interface Giao diện phụ thuộc môi

trườngMPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa

giao thứcMSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di

động

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp theoOLT Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối đường

quangONU Optical Network Terminal Thiết bị kết cuối mạng

quangP-CSCF Proxy CallState Control Function Máy chủ điều khiển trạng

thái cuộc gọiPON Passive Optical Network Mạng quang thụ độngPPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm điểmPPPoA PPP over ATM Giao thức điểm điểm qua

ATMPPPoE PPP over Ethernet Giao thức điểm điểm qua

EthernetQoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

SIP Session Initial Protocol Giao thức khởi tạo phiênSLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê

baoSME Station Management Entity Thực thể quản lý trạm

tín hiện videoTCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển

truyền tảiVLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo

VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua IP

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

hình vẽ

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của IMS (theo 3GPP 23.002) 7

Hình 1.3 Kiến trúc phân lớp trong mạng viễn thông NGN-IMS 12

phẳng

48

Hình 3.10 Mô hình mạng MAN-E cho một tỉnh/thành phố 51Hình 3.11 Mô hình kết nối các MAN-E thông qua mạng trục 52

Hình 3.14 Phương án cung cấp dịch vụ Internet tốc độ cao qua

Hình 3.15 Phương án cung cấp dịch vụ MyTV qua hệ thống 61

IMSHình 3.16 Phương án cung cấp dịch vụ Metronet qua hệ thống

IMS

63

Hình 3.17 Phương án cung cấp dịch vụ Megawan nội tỉnh trên

G-PON và Switch qua hệ thống IMS

64

Hình 3.18 Phương án cung cấp dịch vụ Megawwan liên tỉnh 66

Hình 3.19 Phương án cung cấp dịch vụ Internet+MyTV 67Hình 3.20 Phương án cung cấp dịch vụ Internet+MyTV+IMS 69

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin thì sựbùng nổ về các dịch vụ tiện ích trên mạng viễn thông và internet là tất yếu, đặc biệtđối với thị trường đầy tiềm năng như nước ta Để đáp ứng được sự phát triển vượtbậc đó, mạng viễn thông cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn,băng thông rộng, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội.Trong đó đẩy mạnh phát triển các dịch vụ ứng dụng trên hạ tầng băng rộng, hội tụcác dịch vụ về mọi mặt, phát triển các dịch vụ mới phù hợp với xu hướng hội tụcông nghệ dịch vụ Viễn thông.

Để đáp ứng nhu cầu đó, các nhà khoa học, các tổ chức viễn thông quốc tế,các hãng cung cấp thiết bị, các nhà khai thác,… đã và đang nghiên cứu phát triển và

áp dụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện đểphát triển mạng viễn thông Trong đó, IP là công nghệ mang tính hội tụ cao, giúpcho nhà khai thác dịch vụ viễn thông cung cấp đa dạng dịch vụ trên một hạ tầngmạng duy nhất

Mặt khác, xu hướng phát triển mạng NGN hiện nay theo hướng toàn IP vớiviệc sử dụng phân hệ IMS (IP Multimedia Subsystem – Phân hệ đa phương tiện IP)cho phép nhiều mạng truy nhập khác, bao gồm cả mạng di động lẫn mạng cố định,cung cấp các dịch vụ băng rộng một cách nhanh chóng, kết nối với nhau thông qualớp dịch vụ chung để cung cấp các gói dịch vụ hội tụ

Hiện nay, VNPT đã triển khai IMS để cung cấp dịch vụ điện thoại cố địnhtrên toàn bộ các tỉnh thành, nhưng chưa được đồng bộ và tận dụng hết khả năng của

hệ thống Do đó, việc nghiên cứu đề xuất các phương án triển khai các dịch vụ băngrộng trên nền mạng NGN IMS cho VNPT là một vấn đề cấp thiết

Trước thực trạng như vậy, học viên đề xuất « Nghiên cứu IMS và ứng dụngcung cấp các dịch vụ băng rộng cho mạng viễn thông của VNPT»

Cấu trúc luận văn bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về IMS

- Xu hướng phát triển mạng viễn thông

- Xu hướng phát triển các dịch vụ viễn thông

- Tổng quan về mạng NGN-IMS

- Khả năng phát triển dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS

Chương 2: C ông nghệ IMS và khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng

- IMS: các định nghĩa liên quan và tính năng

- Cấu trúc cơ bản và các khối chức năng của IMS, NGN-IMS

- Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng

Chương 3 : Phương án triển khai các dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS của VNPT

- Hiện trạng mạng truyền tải băng rộng của VNPT

- Nhu cầu phát triển các dịch vụ băng rộng của VNPT

- Phương án truyền tải các dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS của VNPT

- Đề xuất lộ trình triển khai các dịch vụ băng rộng đối với phân khúc các tỉnhthành của VNPT

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ IMS

Mục tiêu của chương này nhằm giới thiệu xu hướng phát triển mạng viễnthông, xu hướng phát triển các dịch vụ viễn thông, giới thiệu tổng quan về NGN-IMS và khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng của IMS

1.1.Xu hướng phát triển mạng viễn thông

Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn baogiờ hết Bảo đảm chất lượng dịch vụ trở thành tiêu chí sống còn, là nguyên nhândẫn tới thành công của các nhà cung cấp dịch vụ Song song với xu thế này, nhu cầucũng ngày càng gia tăng đối với các dịch vụ truyền thông mới, đòi hỏi khả năng đápứng việc cung cấp dịch vụ hoặc tăng tính cạnh tranh Chính là vậy một mạng viễnthông mới ra đời phải đảm bảo sự hội tụ của 3 yếu tố:

Mạng NGN là một mạng chuyển mạch gói có khả năng cung cấp các dịch vụbao gồm các dịch vụ viễn thông, các dịch vụ băng rộng, các công nghệ truyền tảiđảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong đó các dịch vụ cung cấp hoàn toàn độc lậpvới các công nghệ truyền dẫn lớp dưới Mạng này cho phép người dùng có thể truycập tới nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau đồng thời hỗ trợ các tính năng diđộng nhằm mục đích cung cấp dịch vụ một cách thống nhất và hoàn toàn trong suốtvới người dùng.

Mạng viễn thông thế hệ kế tiếp – NGN (Next Generation Network) đã trởthành xu hướng của nhiều nước trên thế giới do những lợi ích của nó cả về kinh tế

và kỹ thuật trong việc cung cấp các dịch vụ đa phương tiện NGN bắt đầu được xâydựng với mô hình chuyển mạch mềm (Softswitch) và đã thu được một số thànhcông nhất định Nhưng từ khi 3GPP giới thiệu IMS (Phân hệ đa phương tiện IP – IPMultimedia Subsystem) thì IMS đã chứng tỏ được khả năng vượt trội hơn so với môhình sử dụng Softswitch về nhiều mặt, và IMS dần trở thành tiêu chuẩn chung đểxây dựng mạng NGN ngày nay Cùng trên xu hướng phát triển đó các mạng viễnthông tại Việt nam đang từng bước được xây dựng theo định hướng tiến tới mạnghội tụ NGN-IMS

1.2.Xu hướng phát triển dịch vụ viễn thông

Ngày nay, mong muốn của rất nhiều khách hàng là được triển khai các dịch

vụ mới đặc biệt là các dịch vụ băng rộng, tích hợp các dịch vụ trên cùng một đườngdây thuê bao, tích hợp đa chức năng của mạng trong khoảng thời gian ngắn nhất.Chính vì lý do đó mà các nhà cung cấp dịch vụ luôn muốn cung cấp cho khách hàngcác dịch vụ đa dạng và hấp dẫn nhất, đồng thời phát triển các dịch vụ mới phù hợpvới xu hướng hội tụ công nghệ và dịch vụ

Dịch vụ băng rộng

Theo xu hướng phát triển trên thế giới, nhu cầu về các dịch vụ băng thôngrộng như: truy nhập Internet tốc độ cao, truyền hình theo yêu cầu (Video onDemand), truyền hình HD sẽ còn tăng cao trong tương lai, hình thành các mạng

riêng ảo (VPN) có tốc độ cao, Webhosting…và di động là động lực thúc đẩy sựphát triển của xã hội Do đó, nhu cầu băng thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụbăng rộng mới và đa phương tiện trong đời sống kinh tế - xã hội của từng quốc giacũng như kết nối toàn cầu Để đáp ứng được vài trò động lực thúc đẩy sự phát triểnvới khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn,

đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội Do đó, các dịch vụbăng rộng hay tốc độ cao và chất lượng cao ngày càng phát triển Còn các dịch vụbăng hẹp hay tốc độ thấp có xu thế chững lại và giảm dần

Một số các dịch vụ băng rộng hay tốc độ cao điển hình như sau:

- Truy nhập Internet tốc độ cao

- Truyền hình qua Internet

- Dịch vụ Webhosting

- Mạng riêng ảo VPN

- Thương mại điện tử

- Các ứng dụng y tế từ xa, chăm sóc sức khỏe và nghiên cứu khoa học

- E-Govemment

- Nghiên cứu và giảng dạy từ xa

- Thư viện kỹ thuật số

- Ứng dụng trong khoa học vũ trụ, thiên văn học và vật lý học

- Ứng dụng trong khoa học địa lý

- Ứng dụng trong nghiên cứu hóa lý

- Các ứng dụng nâng cao khả năng nhận thức của con người

Hội tụ dịch vụ

Hội tụ dịch vụ lấy giao thức IP làm chủ đạo, với những lý do cơ bản như: IP

có một số ưu việt: điều khiển đơn giản, IP V6 ra đời cung cấp số lượng địa chỉ lớn,

hỗ trợ QoS và di động Lưu lượng truyền tải Internet đột biến vì thế IP đã làm ưuthế cho các mạng truyên tải Các công nghệ IP hiện nay phát triển rất mạnh.

Hội tụ về mặt dịch vụ có nghĩa là cùng một nội dung có thể được truy cập từcác kiểu cơ sở hạ tầng kỹ thuật khác nhau (ví dụ truy cập Internet có thể thực hiệnthông qua mạng như: xDSL, MEN, G-PON ) Việc số hoá nội dung là một trong cácyếu tốc chính dẫn đến hội tụ Trong thế giới số, cùng một nội dung có thể đượctruyền dẫn qua các mạng khác nhau và các dịch vụ khác nhau có thể được cung cấpdựa trên cùng một nội dung

Hội tụ dịch vụ cũng có thể được định nghĩa là cùng một đường dây thuê bao

có thể được cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, ví dụ như: trên cùng mộtđường dây thuê bao bất kỳ hiện nay có thể cung cấp các dịch vụ đông thời: VoIP +Internet +MyTV

Hội tụ dịch vụ cũng có thể hiểu là cùng một thiết bị đầu cuối có thể cung cấpđồng thời nhiều dịch vụ khác nhau cho khách hàng Như hiện nay một số lượng lớncác thiết bị đầu cuối thông minh có thể cung cấp nhiều dịch vụ cho khách hàngđồng thời như: VoIP + Internet +MyTV Các thiết bị đầu cuối thông minh này cóthể kể đến như: các thiết bị smart phone

Việc hội tụ các dịch vụ băng rộng sẽ đem lại rất nhiều lợi ích cho khách hàng

Tổng quan về IMS

IMS là một kiến trúc chuẩn, mở nhằm mục đích chuyển tiếp các dịch vụ đaphương tiện qua các mạng di động và IP, sử dụng cùng một loại giao thức chuẩncho cả các dịch vụ di động cũng như IP cố định Dựa trên SIP, IMS định nghĩa cácgiao diện mặt bằng điều khiển chuẩn để tạo ra các ứng dụng mới

Đầu tiên IMS được phát triển bởi 3GPP như một cấu trúc cho hệ thống điệnthoại 3G trong mạng UMTS Tuy nhiên, việc giới hạn này là không cần thiết và cácphiên bản kế tiếp của IMS đã được định nghĩa độc lập với phần truy nhập Bướctiến này đã thúc đẩy sự phối hợp hoạt động giữa các thiết bị truy nhập khác nhau và

do vậy đã kích thích sự hội tụ về mạng di động và cố định Hiện nay, các kiểu truynhập có thể hoạt động với lõi IMS là DSL, WLAN, GPRS hay bất kỳ một côngnghệ mới nào chẳng hạn như WiMAX Các mạng GSM và GPRS cũng được hỗ trợ.3GPP2 (một tổ chức khác với 3GPP) xây dựng CDMA2000 Multimedia Domaintrên nề 3GPP IMS, bổ sung thêm phần hỗ trợ CDMA2000 Từ phiên bản 5, giaothức SIP được sử dụng như nguyên tắc hoạt động chính Trong phiên bản 6, WLANđược hỗ trợ Với sự hợp tác của 3GPP và TISPAN, phiên bản 7 ra đời mở rộngmiền làm việc của IMS với sự hỗ trợ cho mạng cố định Đến nay IMS đã được3GPP phát triển lên tới các phiên bản 3GPP Release 11, 3GPP Release 12 Lợi ích

có thể thấy ngay được của IMS là việc cung cấp một nền tảng chung cho toàn bộ hệthống viễn thông, cho phép hội tụ: truy nhập, điều khiển và dịch vụ Như hình vẽsau:

Hình 1.1: Cấu trúc cơ bản của IMS (theo 3GPP 23.002)

cơ hội kinh doanh phát triển hơn Thuật ngữ NGN nói chung được sử dụng để đặttên cho một cấu trúc mạng ở đó các cơ sở hạ tầng dịch vụ được nhà cung cấp hội tụ

về công nghệ thông tin và viễn thông trên đó

NGN là một mạng trên cơ sở công nghệ gói, có khả năng cung cấp các dịch

vụ kể cả các dịch vụ Viễn thông và có khả năng tận dụng các đường truyền băngrộng, các công nghệ truyền dẫn đảm bảo QoS và trên đó các chức năng liên quan tớidịch vụ là độc lập với các công nghệ truyền dẫn

Nó cho phép người dùng truy cập không hạn chế từ phía các nhà cung cấpdịch vụ khác nhau Mạng NGN đảm bảo tính lưu động nói chung và khả năng cungcấp dịch vụ ở khắp nơi và như nhau tới các khách hàng.

Các tiêu chuẩn NGN hiện tại không đủ cho việc thực thi trong môi trườnghội tụ dịch vụ băng rộng Điều khiển cuộc gọi đã được định nghĩa rõ ràng, tuy nhiênviệc điều khiển nội dung, dữ liệu (streaming) và quảng bá còn ít được đề cập đếntrong các chuẩn NGN hiện tại Ngoài ra, các thủ tục kiểm tra tính phối hợp hoạtđộng giữa các nền tảng (platform) dịch vụ khác nhau phục vụ cho dịch vụ hội tụchưa có Mạng viễn thông vẫn đang tiếp tục phát triển theo xu hướng hội tụ, do vậycác chuẩn cho mạng vẫn còn đang được tiếp tục xây dựng và hoàn thiện

Mục tiêu của mạng hội tụ là cho phép phát triển nhanh chóng các dịch vụmới có thể truy nhập được từ nhiều loại thiết bị qua các mạng truy nhập khác nhau.Vấn đề chính để đạt được mức phối hợp hoạt động này là phải phát triển được tậphợp các chuẩn cho phần truy nhập và phân phát dịch vụ Một thành phần quan trọngtrong mạng hội tụ để thực hiện được việc liên kết giữa thiết bị và dịch vụ đó là IMS– cho phép một thiết bị bất kỳ được kết nối tới bất kỳ một dịch vụ nào Để có được

sự kết nối như vậy cần phải có một quá trình nghiên cứu và phát triển Trong vàinăm gần đây, các tổ chức như 3GPP và ETSI đã lần lượt đưa ra các phiên bản tiêuchuẩn Mỗi phiên bản đều hứa hẹn cho phép các tính năng ưu việt hơn so với phiênbản trước của nó

Vai trò của IMS trong NGN

Hiện nay, IMS là sự lựa chọn tối ưu cho việc phân phát dịch vụ hội tụ và đaphương tiện, cũng như cho phép cung cấp các dịch vụ IP trên cả mạng di động và cốđịnh Trong các khảo sát gần đây về ngành công nghiệp viễn thông đều cho thấymối quan tâm đặc biệt đến IMS IMS được dự đoán sẽ thương mại hoá dần dần từnăm 2006-2008

Ưu điểm của IMS là khả năng hỗ trợ đa dịch vụ và các kiểu truy nhập khácnhau Thiết kế của IMS cho phép phối hợp hoạt động giữa các dịch vụ và ứng dụng

IP cũng như phối hợp động giữa các thuê bao IMS đặc biệt tối ưu hoá cho các ứngdụng SIP và đa phương tiện Ngoài ra, IMS cho phép phát triển nhanh chóng và linhhoạt các dịch vụ mới, cùng với khả năng hội tụ cố định với di động, IMS cho phépgiảm đáng kể chi phí đầu tư

Kiến trúc IMS cũng được sử dụng để hỗ trợ các truy nhập cố định nhưxDSL Với khả năng này, nhiều dịch vụ mới và các mảng kinh doanh mới có thểđược thực hiện, đem lại các dịch vụ thông qua các phương thức truy nhập và mạngkhác nhau (như mạng cố định - di động, di động - mạng doanh nghiệp)

IMS là một chuẩn dựa trên mạng IP sử dụng cả mạng cố định và không dây,cung cấp các dịch vụ đa phương tiện bao gồm: audio, video, thoại, văn bản và dữliệu Các dịch vụ này có thể chia thành ba loại sau:

 Dịch vụ không yêu cầu thời gian thực như tin nhắn đa phương tiên MMS

 Dịch vụ gần thời gian thực như Push to talk, dịch vụ game

 Dịch vụ thời gian thực như thoại, audio/video, hội nghị truyền hình

NGN-IMS có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây FMC NGN-IMSthực hiện được điều này nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập vớinhau như Hình 1.22:

Hình 1.2 : Vị trí của IMS trong mạng NGN-IMS

Lớp đầu tiên là lớp truyền tải, truyền tải dung lượng báo hiệu và dữ liệu Lớpnày bao gồm các Switch, Router, Media GateWay, Media Server Lớp này có thểkết nối tới nhiều loại mạng khác nhau:

 Mạng đi động 3G (UMTS, CDMA, WCDMA)

Lớp thứ ba là lớp ứng dụng Lớp này bao gồm các Server ứng dụng AS nhưServer ứng dụng SIP, Server truy nhập dịch vụ dành cho nhà cung cấp thứ 3 và cácđiểm điều khiển dịch vụ NGN-IMS điều khiển dịch vụ thông qua mạng thuê baonhà và các thành phần mạng báo hiệu trong lớp dịch vụ và lớp điều khiển.

1.4.Khả năng phát triển dịch vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS

Kiến trúc mạng NGN cho phép triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng trênmạng viễn thông một cách linh hoạt và phong phú hơn nhiều so với các thế hệ mạngtrước đó

Hình 1.3 trình bày kiến trúc mạng NGN-IMS theo ETSI TISPAN, bao gồm 2tầng chính là tầng truyền tải và tầng dịch vụ Tầng truyền tải sẽ đảm nhận tráchnhiệm cung cấp đường đường truyền tốt nhất đáp ứng được yêu cầu hoạt động củadịch vụ.Tầng dịch vụ đảm nhận việc điều khiển hoạt động của dịch vụ

Với mô hình phân lớp, tách biệt giữa dịch vụ và truyền tải của mình, IMS đã mở ra cơ hội phát triển mới và hội tụ cho các dịch vụ băng rộng trên mạngviễn thông Các dịch vụ nội dung đã nhìn thấy cơ sở hạ tầng để phát triển, điều cầnquan tâm là một cơ chế báo hiệu, điều khiển phù hợp để các dịch vụ này có thểđược triển khai

NGN-Hình 1.3: Kiến trúc phân lớp trong mạng viễn thông NGN-IMS

Kết chương

Nội dung chương này đã đề cập được xu hướng phát triển mạng và các dịch

vụ viễn thông hiện nay để thấy được những bất cập về các công nghệ mạng cũ đơn

lẻ và các dịch vụ đơn lẻ, đối với sự bùng phát về nhu cầu sử dụng các dịch vụ băngrộng của người dùng đầu cuối Từ đó có thể dự báo được xu hướng phát triển mạng

và dịch vụ viễn thông đặc biệt là các dịch vụ băng rộng trong tương lai là cần phải:hội tụ mạng, hội tụ dịch vụ và hội tụ thiết bị đầu cuối và sự phát triển và hội tụ củacác dịch vụ băng rộng là rất lớn vì vậy triển khai IMS để cung cấp và hội tụ các dịch

vụ băng rộng trên mạng NGN-IMS là một tất yếu của VNPT

CHƯƠNG 2-CÔNG NGHỆ IMS VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP CÁC DỊCH VỤ BĂNG RỘNG

Như chương 1 ta đã trình bầy hiện nay sự phát triển của các dịch vụ băngrộng là rất lớn và các dịch vụ này là trọng tâm của sự phát triển mạng lưới cũng như

là doanh thu chính cho các nhà cung cấp dịch vụ Do nhu cầu phát triển đa dạng cácdịch vụ như vậy nên việc hội tụ dịch vụ là tất yếu nên việc cần phải hội tụ các dịch

vụ băng rộng cũng không nằm ngoài sự hội tụ các dịch vụ nói chung

IMS là phân hệ đa phương tiện IP là nền tảng hạ tầng công nghệ chung nhằmcung cấp các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng, IMS dựa trên hai yếu tố cơbản là công nghệ IP và các giao thức chính như: SIP, Diameter, COPS

Vì vậy để hiểu được bản chất của IMS và khả năng cung cấp dịch vụ băngrộng chúng ta lần lượt nghiên cứu những nội dung sau:

2.1.IMS: Các định nghĩa liên quan và tính năng

2.1.1 Công nghệ IP

2.1.1.1 Tổng quan

Công nghệ IP được đánh giá là công nghệ mang tính hội tụ cao, giúp cho cácnhà khai thác dịch vụ viễn thông cung cấp đa dạng dịch vụ trên một hạ tầng mạngduy nhất Đây là một hướng đi bắt buộc nhằm giảm chi phí đầu tư, nâng cao hiệuquả hoạt động và cung cấp cơ sở cho những gói sản phẩm/dịch vụ giá trị cao

IP đã trở thành công nghệ viễn thông được lựa chọn trong suốt thập kỷ quacùng với sự bùng nổ của Internet Sự gia tăng về số lượng máy tính cá nhân, kết nốibăng thông rộng, cũng như các ứng dụng trên nền IP ngày càng trở nên đa dạng

Hiện nay, đa phần các nhà cung cấp dịch vụ đều sử dụng các hạ tầng mạngriêng rẽ để cung cấp các loại dịch vụ khác nhau như: điện thoại cố định, di động,dịch vụ cho doanh nghiệp…Bằng cách hội tụ tất cả vào một mạng IP duy nhất, giúpgiảm cả chi phí đầu tư hạ tầng lẫn chi phí vận hành mạng lưới Ngoài ra, sử dụngcông nghệ IP giúp doanh nghiệp nhanh chóng giới thiệu các dịch vụ gia tăng mới vàđộc đáo ra thị trường, thu hút khách hàng mới đồng thời nâng cao chỉ số lợi nhuận

với các khách hàng Điều này giúp cho các nhà cung cấp dễ dàng đi trước, đón đầuthị trường tùy thuộc vào chiến lược kinh doanh mà không bị cản trở về vấn đề nănglực mạng lưới hiện tại và thời gian triển khai Các dịch vụ mới rất đa dạng như:Dịch vụ 3 trong 1 đối với khách hàng dân cư (thoại, video và dữ liệu trên mộtđường dây băng rộng duy nhất); Dịch vụ mạng riêng ảo cao cấp cho khách hàngdoanh nghiệp và các loại hình dịch vụ thoại và video liên quan; Dịch vụ di động3G…

2.1.1.2 Sự phát triển của công nghệ IP

 Thiếu địa chỉ IP do sự tăng quá nhanh của các host trên mạng Internet đãdẫn đến tình trạng thiếu địa chỉ IP trầm trọng để gán cho các node

 Quá nhiều các bản ghi định tuyến trên các backbone router: Với tình hìnhhiện tại, do không có sự phân cấp địa chỉ IPv4 nên số lượng các bản ghiđịnh tuyến trở nên rất lớn, lên tới 110.000 bản ghi Việc này làm chậmquá trình xử lý của router, làm giảm tốc độ mạng

 An ninh của mạng: Với IPv4, đã có nhiều giải pháp khắc phục nhượcđiểm như IPSec…nhưng các giải pháp này đều phải cài đặt thêm và cónhiều phương thức khác nhau với mỗi loại sản phẩm chứ không được hỗtrợ ở mức bản thân của giao thức

 Nhu cầu về các ứng dụng thời gian thực hay vấn đề đảm bảo chất lượngdịch vụ QoS: Các thách thức mới từ việc nảy sinh các dịch vụ viễn thông,các yêu cầu truyền thời gian thực cho các dịch vụ multimedia, video, âmthanh qua mạng, sự phát triển của thương mại điện tử…

 Hạn chế của địa chỉ IPv4 và sự ra đời của IPv6

Vấn đề lớn nhất của IPv4 mà thế giới phải đối mặt hiện nay chính là sự cạnkiệt của không gian địa chỉ này Điều này là do hiện nay nhu cầu sử dụng Internetđang bùng nổ mạnh tại các khu vực đông dân cư đặc biệt là khu vực Châu Á

 Ngày 15/4 năm 2011trung tâm thông tin mạng Châu Á – Thái BìnhDương (APNIC) chính thức công bố đã cấp phát hết hoàn toàn địa chỉIPv4 phục vụ cho việc cấp phát theo chính sách thông thường

 Đầu tháng 2 năm 2011 tổ chức quản lý địa chỉ Internet toàn cầu (IANA)

và các tổ chức quản lý địa chỉ Internet khu vực RIR đã đồng loạt thôngbáo về việc cấp phát hết địa chỉ IPv4 tự do sau 30 năm sử dụng

 Ở Việt Nam đến đầu năm 2011 số lượng địa chỉ IPv4 là 12,6 triệu địa chỉtrong riêng năm 2010 đã cấp phát tới 5.681.152 địa chỉ IPv4, tài nguyênIPv4 còn lại chỉ khoảng 2% Số lượng địa chỉ IPv4 của Việt Nam đứngđầu Đông Nam Á và đứng thứ 23 trong tổng số các quốc gia giữ nhiềuIPv4 nhất toàn cầu Thời điểm hiện nay ở nước ta còn rất ít địa chỉ để cấpphát

Để giải quyết vấn đề cạn kiệt địa chỉ IPv4, một giải pháp công nghệ mớimang tên IPv6 ra đời IPv6 hay Internet Protocol version 6 ra đời không những giảiquyết được vấn đề cạn kiệt địa chỉ mà còn khắc phục được những hạn chế của IPv4

và cung cấp thêm những thuộc tính vượt trội như:

 Không gian địa chỉ lớn: địa chỉ IPv6 gồm 128 bit được chia thành 8 octetmỗi octet 16 bit dưới dạng số Hexa Số lượng địa chỉ IPv6 có thể là 2 mũ

128 địa chỉ trong khi đó với dân số trên thế giới hiện nay vào khoảng hơn

6 tỷ người ước tính mỗi người trên trái đất có thể có khoảng665.570.793.348.866.943.898.599 địa chỉ IPv6 Một không gian địa chỉlớn cung cấp một số đặc tính nâng cao như:

- Cải thiện tính linh hoạt và khả năng định tuyến toàn cục

- Cung cấp khả năng tổ hợp tiền tố IP tốt hơn trong bảng định tuyến

- Không có địa chỉ Broadcast do đó loại trừ nguy cơ về bão quảng bá(broadcast storm)

- Multihomed hosts: Multihoming là một kỹ thuật cho phép tăng độ tincậy của kết nối Internet trên một mạng IP Với IPv6, một host có thể cónhiều địa chỉ IP trên một liên kết vật lý luồng lên

- Cung cấp khả năng tự động cấu hình (Autoconfiguration)

- Hỗ trợ Public-toprivate, end-to-end dễ dàng mà không cần NAT, tạođiều kiện triển khai dễ dàng các ứng dụng peer-to-peer

- Có các cơ chế đơn giản giúp sửa đổi địa chỉ khi cần

 Tiêu đề đơn giản: Tiêu đề IPv6 có 40 octet trong đó có 3 trường cơ bảnnhư IPv4 và năm trường khác Nhờ đó mà IPv6 cung cấp một số tiện ích

so với IPv4 như:

- Định tuyến hiệu quả hơn và tốc độ chuyển tiếp cao hơn

- Không cần quá trình checksums

- Cơ chế mở rộng bổ sung vào header đơn giản và hiệu quả hơn

 Khả năng di động và bảo mật: IPv6 đạt được điều này với hai chuẩn côngnghệ Mobile IP và Ipsec

- Mobile IP cho phép người sử dụng di động hoặc thiết bị kết nối khôngdây có thể di chuyển trên mạng Chuẩn IETF Mobile IP hỗ trợ cho cảIPv4 và IPv6, nó cho phép thiết bị không dây di chuyển mà không cầnngắt phiên kết nối với mạng Để thực hiện điều này thiết bị sử dụng mộtđịa chỉ home và một địa chỉ care-of chúng được cấu hình tự động

- Công nghệ Ipsec đang được sử dụng trên IPv4 thực chất là công nghệđược tạo ra để hỗ trợ cho IPv6 do đó thực thi Ipsec trên IPv6 giúp pháthuy đầy đủ các thế mạnh của công nghệ này là IPv6 có tính bảo mật cao.Với những thuộc tính ở trên cho thấy IPv6 dần dần trở thành công nghệ chủđạo cho tất cả các mạng truyền thông trong tương lai.

2.1.2 Giao thức SIP

2.1.2.1 Tổng quan về giao thức SIP

SIP là giao thức khởi tạo phiên, dùng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc cáccuộc gọi điện thoại VoIP SIP được phát triển bởi IETF và ban hành trong tài liệuRFC 3261 vào tháng 5 năm 2003

SIP có thể sử dụng cho rất nhiều các dịch vụ khác nhau trong mạng IP nhưdịch vụ tin nhắn, thoại, hội nghị thoại, hội nghị truyền hình, email, dạy học từ xa,quảng bá, … SIP sử dụng khuôn dạng text, một khuôn dạng thường gặp trong mạng

IP Nó kế thừa các các nguyên lý và khái niệm của các giao thức Internet như HTTP

và SMTP SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trường header của HTTP, xácđịnh nội dung luồng thông tin theo header

2.1.2.2 Cấu trúc SIP

 Máy chủ

Là một chương trình ứng dụng chấp nhận các bản tin yêu cầu từ máy khách

để phục vụ các yêu cầu này và gửi trả các đáp ứng cho các yêu cầu đó Ta có cácloại máy chủ sau:

Người dùng là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoạiSIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP

- Máy chủ ủy quyền

- Máy chủ định vị

- Máy chủ chuyển đổi địa chỉ

- Máy chủ đăng ký

 Máy khách

Máy khách trong giao thức SIP chính là các thiết bị mà người dùng sử dụng

để khởi tạo yêu cầu SIP đến các máy chủ Thiết bị này có thể là các thiết bị phầncứng hổ trợ chuẩn SIP như điện thoại IP hay là phần mềm hổ trợ chuẩn SIP nhưExpress Talk, Sidefisk,… hay hổ trợ cả IMS như: Mercuro IMS Client, UCT Client,OpenIC_Lite,

2.1.2.3 Bản tin SIP

SIP sử dụng các bản tin để khởi tạo, hiệu chỉnh và kết thúc phiên giữa cácngười dùng

2.1.2.4 Tính năng của SIP

Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau: Tích hợp với các giao thức đã có của IETF Đơn giản và có khả năng mở rộng Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ

- Tích hợp với các giao thức đã có của IETF

Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng SIP SIP có thể hoạt động cùng với nhìu giao thức như: RSVP, RTP, RTSP, SAP, SDP, MIME, HTTP, COPS, OSP

- Đơn giản và có khả năng mở rộng

- Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối

- Dễ dàng tạo tính năng mới và dịch vụ mới

2.1.3 Giao thức Diameter

2.1.3.1. Tổng quan về giao thức Diameter

Giao thức Diameter chia ra 2 phần: Diameter Base Protocol và DiameterApplication Diameter Base Protocol cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữliệu, khả năng thương lượng, kiểm soát lỗi và khả năng mở rộng Diameter là giaothức truyền thông hoạt động trên giao diện Sh giữa HSS, AS, S-CSCF

2.1.3.2. Cấu trúc giao thức Diameter

Trong Diameter có 3 thành phần chính là Server, Client và Agent Client làmột thiết bị ở biên, thực hiện các truy vấn và sử dụng dịch vụ Một Diameter Agentthực hiện chức năng như một Proxy, Relay, Redirect Agent va dịch các bản tin.Diameter Server quản lý các yêu cầu về AAA cho một hệ thống

2.1.3.3. Bản tin

Bản tin Diameter chứa một header và một số cặp giá trị thuộc tính AVP.Header gồm nhiều trường với dữ liệu dạng nhị phân giống header của giao thức IP

 Cấu trúc Diameter header

Hình 2.1 Cấu trúc header của Diameter

 Cấu trúc AVP

AVP chứa thông tin chứng thực, ủy quyền, và thông tin về tài khoản ngườidùng để định tuyến, bảo mật, thông tin cấu hình có liên quan đến yêu cầu và đápứng bản tin

Hình 2.2 Cấu trúc AVP

2.1.3.4. Bảo mật trong bản tin Diameter

Client trong giao thức Diameter phải hổ trợ chuẩn IPSec và có thể hổ trợTLS.Server phải hổ trợ cả 2 chuẩn trên Để bảo mật, khuyến nghị rằng nên sử dụngIPSec ở các nút trong cùng một miền như giữa Client và Proxy và sử dụng TSL đểbảo mật khi có giao dịch giữa các miền với nhau

2.1.3.5. Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter

Lỗi trong giao thức Diameter chia thành 2 loại: lỗi giao thức và lỗi ứng dụng

2.1.4 COPS Giao thức COPS

2.1.4.1 Tổng quan về giao thức COPS

COPS là giao thức được IETF chuẩn hóa nhằm thực hiện việc quản lý, cấuhình và áp đặt chính sách Giao thức này hoạt động theo mô hình Client-Server

2.1.4.2 Chức năng chính của COPS

Giao thức này giao việc cho Client hỗ trợ cho mô hình Client/Server Trong

đó Client sẽ gửi những bản tin: yêu cầu, cập nhật, và xóa tới PDP và PDP gửi trảnhững quyết định cho PEP

Ngoài lớp điều khiển, lớp dịch vụ của IMS còn có khả năng mở rộng và thíchứng cao bao gồm các server tính năng mạnh như:

 Server ứng dụng đa phương tiện (MMAS): MMAS có thể cung cấp cácdịch vụ lớn và linh hoạt dựa trên giao thức SIP, giao diện APT, các côngnghệ Java, J2EE Nó cũng cung cấp các giao diện kết nối tới nhà cungcấp dịch vụ thứ 3 sử dụng các dịch vụ Web, SIP, OSA/Parlay và nó cũng

có một giao diện điều khiển dịch vụ ISC

 Server cuộc gọi đa phương tiện (MMCS): Với chức năng điều khiểnphiên qua giao thức SIP MMCS nằm giữa IMS và các mạng truy nhập(GPRS, UMTS) MMCS có khả năng quản lý tài nguyên và QoS

 Server phương tiện và cầu hội nghị: Cung cấp dịch vụ thoại và hội nghịtruyền hình

- IMS có khả năng hội tụ mạng cố định và không dây FMC IMS thực hiệnđược điều này nhờ cấu trúc phân lớp ngang tức là các lớp độc lập với nhau

- IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA, truynhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình, cũng nhưtruy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện cho các hệ thốngmạng khác nhau có thể tương vận với nhau IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho

cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ đặc biệt là các dịch vụ băng rộng đa truynhập

- Quản lý mạng và dịch vụ: Quản lý tất cả các phần tử mạng và một số

chức năng khác như QoS

- Hội tụ tính cước: Tính cước, các dữ liệu xử lý phần cúng và và các hệ

thống back-office

- Hỗ trợ nhiều dịch vụ băng rộng và đa phương tiện: Các dịch vụ chất

lượng cao như truy nhập internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình, PoC, VoIP…

- Hỗ trợ nâng cao các dịch vụ mới: Các công ty thứ ba có thể đưa ra các

dịch vụ mới, các nhà cung cấp có thể đưa ra các dịch vụ dễ dàng dựa trên các côngnghệ mới như SIP, Java 2 (J2EE), giao diện lập trình mở API Điều này giúp triểnkhai các dịch vụ nhanh chóng hơn

- Nâng cao chất lượng dịch vụ băng rộng và hội tụ các dịch vụ: Nâng cao

hiệu suất điều khiển và kiểm soát cơ sở hạ tầng mạng, từ đó nâng cao chất lượngdịch vụ băng rộng Việc thương mại hóa sẽ tạo nên sự hội tụ các dịch vụ

- Nhiều dịch vụ nền: Giải pháp này đưa ra nhiều dịch vụ nền cơ bản, các

nhà cung cấp có thể dựa trên các dịch vụ nền này để đưa ra các dịch vụ mới

- Theo chuẩn truy nhập của 3GPP: Thiết bị truy nhập có thể là điện thoại

di động (2G, 2.5G, 3G), ngoài ra có mạng cố định (LAN, MAN, ), mạng khôngdây cố định (WLAN) hay mạng cố định băng rộng (xDSL, FTTx)

- Nâng cao QoS và bảo mật: Hỗ trợ thêm QoS liên mạng với các mạng đa

phương tiện IP ngoài Sử dụng các giao thức AAA để nâng cao bảo mật

- Khai thác lợi nhuận tối đa từ mạng băng rộng và di động: Khai thác tối

đa lợi nhuận mà IMS mang lại cho các mạng băng rộng và di động bằng các phươngthức hỗ trợ thanh toán cước giữa hệ thống IMS và các hệ thống mạng khác

- Hỗ trợ mở rộng các giao diện IMS (theo chuẩn 3GPP): Đặc biệt là các

giao diện giữa nhà khai thác mạng di động và đối tác thứ 3, giao diện nhà quản trịmạng di động

2.2.Cấu trúc cơ bản và các khối chức năng của IMS, NGN-IMS

2.2.1 Kiến trúc tổng thế IMS

Trước khi tìm hiểu kiến trúc của IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng3GPP không chuẩn hóa các node mà là các chức năng Điều này có nghĩa rằng kiếntrúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua cácgiao tiếp đã được chuẩn hóa

Thông thường các nhà sản xuất đi theo chiều hướng xây dựng kiến trúc IMStheo cấu trúc đóng và ứng dụng mỗi chức năng tới một node duy nhất Tuy nhiênvẫn có những node đảm nhiệm nhiều hơn một chức năng hay một chức năng đượcnhiều node cùng chia sẻ

Hình 2.5 Kiến trúc IMS theo 3GPP [5]

Kiến trúc IMS theo 3GPP có cấu trúc như hình 2.5 Các thành phần chính bao gồm:

Cơ sở dữ liệu: HSS (Home Subscriber Server) và SLF (Subscriber Location Funtion)

HSS là trung tâm lưu trữ cho thông tin người dùng, nó được phát triển từHLR trong hệ thống GSM HSS bao hàm tất cả dữ liệu cần thiết của thuê bao đểthực hiện kết nối các phiên đa phương tiện Dữ liệu này bao gồm thông tin vị trí,thông tin bảo mật (bao gồm cả thông tin xác thực và cho phép), thông tin hồ sơ thuêbao (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đã đăng ký) và S-CSCF được phân bổ chothuê bao[5]

Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF – Call Session Control Funtion)

Chức năng này là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử lý các bản tin báo hiệu SIP trong hệ thống IMS[5] Tùy thuộc vào chức năng mà nhà khai thác cung cấp CSCF có 3 loại:

Chức năng điều khiển cổng vào ra (BGCF):

BGCF (Breakout Gateway Control Function) thực chất là một máy chủ SIPcung cấp chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại (telephone number) BGCFchỉ được sử dụng trong phiên được khởi tạo bởi một đầu cuối IMS và một thuê baotrong mạng chuyển mạch kênh như là PSTN hay PLMN[5] BGCF thực hiện 2 chứcnăng cơ bản sau:

- Lựa chọn mạng thích hợp mà tại đó có liên kết với mạng chuyển mạchkênh có thuê bao tham gia trong thành phần phiên hội thoại

- Lựa chọn Gateway PSTN/CS thích hợp, nếu vấn đề liên mạng xảy ratrong cùng mạng với BGCF

2.2.2 Kiến trúc phân hệ IMS

IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển vàphân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết nốithông qua mạng truy nhập nào IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập nhưGSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cápquang, 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 vận hànhcùng với nhau Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp ứng dụng, lớp điềukhiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng).

Hình 2.6 Kiến trúc phân hệ IMS

2.2.2.1 Lớp ứng dụng

Gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server) và các máy chủ thuêbao thường trú HSS (Home Subscriber Server)

a Máy chủ ứng dụng

Hình 2.7 Máy chủ ứng dụng

Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS

AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đếnngười dùng Máy chủ VCC, đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP, làmột ví dụ về máy chủ ứng dụng AS AS có thể thuộc mạng thường trú haythuộc một mạng thứ ba nào đó Nếu AS là một phần của mạng thường trú, nó cóthể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhậtthông tin về hồ sơ người dùng AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sựhiện diện của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghị truyền hình,tính cước trực tuyến,…

b Cơ sở dữ liệu HSS và SLF

Hình 2.8 Cơ sở dữ liệu HSS/UPSF

HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm lưu trữ dữ liệu các thông tinliên quan đến người dùng Về kỹ thuật thì HSS giống như HLR (HomeLocation Register), HLR là một nút trong mạng GSM HSS bao gồm các thôngtin thuê bao liên quan đến người dùng được yêu cầu để điều khiển các phiên đaphương tiện Những dữ liệu này bao gồm, thông tin vị trí, thông tin bảo mật(bao gồm các thông tin nhận thực và phân quyền), các thông tin về tiểu sửngười dùng (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đăng ký thuê bao), và S-CSCF cấp phát tới người dùng Một mạng có thể chứa một hoặc một vài HSS,trong trường hợp số lượng thuê bao quá nhiều so với sự quản lý của một HSS.Trong tất cả trường hợp, tất cả các dữ liệu liên quan đến một người dùng cụ thểđược chứa trong một HSS Các mạng với một HSS sẽ không cần SLF(Subscriber Location Function) Mặt khác, mạng với nhiều hơn một HSS yêucầu có SLF

SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản ánh xạ địa chỉ người dùng tới HSS quản

lý tương ứng Một nút yêu cầu truy vấn SLF, với một địa chỉ người dùng là đầuvào, sẽ thu được ở đầu ra là HSS có chứa thông tin liên quan đến người dùngđó

Cả HSS và SLF đều thực thi giao thức Diameter với các đặc trưng ứngdụng diameter cho IMS.

2.2.2.2 Lớp điều khiển

Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đaphương tiện Các chức năng của nó bao gồm:

CSCF (Call Session Control Function) có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi,

hỗ trợ và giải phóng các phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tươngtác dịch vụ của người dùng CSCF được phân ra 3 loại : Serving-CSCF, Proxy-CSCF và Interogating-CSCF

Hình 2.9 Khối chức năng CSCF

Proxy-CSCF (P-CSCF) là một proxy SIP Sở dĩ gọi là proxy vì nó có thểnhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các bộphận khác trong hệ thống IMS Đây là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS

và người dùng IMS/SIP Một vài hệ thống mạng có thể dùng SBC (SessionBorder Controller) để thực hiện chức năng này Để kết nối với hệ thống IMS,người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng mà nó đang kếtnối Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua giao thức DHCP hoặc sẽđược cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet DataProtocol) trong mạng thông tin di động gói tế bào Chức năng của P-CSCF baogồm:

 P-CSCF nằm trên đường truyền của tất cả các thông điệp báo hiệu trong

hệ thống IMS Nó có khả năng kiểm tra bất kỳ thông điệp nào P-CSCF cónhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây

là S-CSCF) cũng như những thông điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE

 P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết

bị IMS của người dùng Nó còn có vai trò ngăn cản các tấn công nhưspoofing, replay để đảm bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng

 P-CSCF cũng có thể nén và giải nén các thông điệp SIP để giảm thiểukhối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp

 P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (PolicyDecision Function) nhằm quản lý và đảm bảo QoS cho các dịch vụ đaphương tiện

 P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ

Serving-CSCF (S-CSCF) là một nút trung tâm của hệ thống báo tín hiệuIMS S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm cả chứcnăng quản lý phiên dịch vụ Các chức năng chính của S-CSCF bao gồm:

 Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ ngườidùng (địa chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP S-CSCF đóng vai trò nhưmột máy chủ Registar trong hệ thống SIP

 S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS vềngười dùng Nó có thể kiểm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn

 S-CSCF giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ chongười dùng Nó giữ vai trò định tuyến dịch vụ thông qua việc sử dụnggiải pháp DNS/ENUM (Electronic Numbering)

 S-CSCF thực hiện các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ S-CSCFtương tác với máy chủ AS để yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng

S-CSCF liên lạc với HSS để lấy thông tin, cập nhật thông tin về hồ sơngười dùng và tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ.

Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung cấpdịch vụ là điểm liên lạc cho tất cả các kết nối hướng đến một UE nằm trongmạng đó Địa chỉ IP của I-CSCF được công bố trong máy chủ DNS của hệthống Chức năng của I-CSCF bao gồm:

 Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến CSCF tương ứng Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS(thông qua DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng củangười dùng Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽtiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP

S- Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệptrả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cungcấp dịch vụ khác

Hình 2.10 Khối chức năng BGCF

BGCF (Breakout Gateway Control Function) là một máy chủ SIP chứađựng chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại Nó được sử dụng khi mộtthiết bị IMS thực hiện cuộc gọi đến mạng nối chuyển mạch hay mạng điện thoại

cố định truyền thống PSTN BGCF hỗ trợ khả năng kết nối liên mạng thông quaviệc định tuyến yêu cầu SIP trong trường hợp S-CSCF xác định rằng không thểđịnh tuyến yêu cầu này bằng DNS/ENUM BGCF sẽ xác định nút mạng tiếp