đồ án kỹ thuật viễn thông GIẢI PHÁP KẾT NỐI IMS VÀ V0IPSIP

Một trong các ví dụ điển hình là world wide web và email nhưng bên cạnh đó còn có rất nhiều các dịch vụ khác như instant message, presence, voip,hội thảo truyền hình… Với mong muốn kết h

MỤC LỤ

MỤC LỤC 1

MỤC LỤC HÌNH VẼ 4

ABSTRACTION 9

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 10

1.1.Tầm quan trọng của đề tài 10

1.2.Nội dung nghiên cứu 14

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ IMS 15

2.1.Giới thiệu 15

2.2 Mạng Internet, mạng di động và sự cần thiết ra đời kiến trúc IMS 15

2.2.1 Mạng Internet 15

2.2.2 Mạng di động 15

2.2.3 Sự cần thiết của IMS 16

2.3.Các giao thức chính được sử dụng trong IMS 19

2.3.1 Giao thức điều khiển phiên 19

2.3.2 Giao thức nhận thực, phân quyền và tính cước(AAA) 26

2.3.3 Các giao thức khác 29

2.4.Kiến trúc IMS 29

2.4.1 Mạng truy nhập 30

2.4.2 Mạng lõi 30

2.4.2.1 Cơ sở dữ liệu HSS (Home Subcribe Server) 30

2.4.2.2 Điều khiển cuộc gọi/ phiên 31

2.4.2.3 Các media AS-MRF (Media Resource Function) 33

2.4.2.4 BGCF - Border Gateway Control Function 33

2.4.3 Tầng dịch vụ 34

2.5.Định danh trong IMS 35

2.5.1 Định danh chung (Public User Identities) 35

2.5.2 Định danh riêng 37

2.5.3 Mỗi quan hệ giữa định danh chung và định danh riêng 37

2.5.4 Định danh dịch vụ chung (publica service identifies – PSI ) 39

2.6Tiêu chí lọc 42

2.7Triển khai kiến trúc IMS 47

CHƯƠNG III: MÁY CHỦ ỨNG DỤNG TRONG IMS 49

3.1.Chức năng của AS trong mô hình IMS (Máy chủ ứng dụng) 49

3.2.Các chế độ hoạt động của máy chủ ứng dụng 50

3.2.1.As hoạt động như Sip UA 51

3.2.2.As hoạt đông như một back-to-back user agent 51

3.2.3.As đóng vai trò là Sip Proxy máy chủ ứng dụng 52

3.2.4.As đóng vai trò là một Sip Redirect máy chủ ứng dụng: 53

3.3.Giao diện AS với các thành phần khác trong mạng 54

3.3.1.Giao diện với IMS core – ISC 54

3.3.2.Giao diện với HSS – Sh 55

3.4.Qúa trình cung cấp dịch vụ - tương tác giữa S-CSCF với máy chủ ứng dụng AS 59 3.4.1.Giới thiệu 59

3.4.2.Sự hình thành tiêu chuẩn lọc khởi tạo 59

3.4.3.Lựa chọn máy chủ ứng dụng 61

3.4.4.Hành vi của máy chủ ứng dụng 63

3.4.5.Máy chủ ứng dụng tương tác với HSS để tải thông tin liên quan tới người dùng thông qua giao diện Sh 63

3.4.6.Máy chủ ứng dụng gửi yêu cầu về phía S-CSCF 64

CHƯƠNG IV: TỔNG ĐÀI ASTERISK 65

4.1 Giới thiệu chung 65

4.3 Tính năng của Asterisk 68

4.4 Các giao thức VoIP được Asterisk hỗ trợ 71

4.5 Các định dạng file 72

4.6 Dialplan trong Asterisk: 74

CHƯƠNG V: TỔNG ĐÀI OPENSER 76

5.1Lịch sử phát triển của SER - OpenSER 76

5.2Các đặc tính 77

5.3Kiến trúc OpenSER 80

CHƯƠNG VI: CÁC GIẢI PHÁP KẾT HỢPIMS VÀ SIP VOIP 86

6.1Sử dụng 2 S-CSCF 86

6.1.1 Đăng kí và thực hiện cuộc gọi với các S-CSCF 87

6.1.2 Đánh giá về giải pháp sử dụng 2 S-CSCF 91

6.2Giải pháp tích hợp với SIP/VoIP 93

6.2.1 Giải pháp “di cư” sang IMS 94

6.2.2 Qúa trình khởi tạo cuộc gọi 96

6.3Một số giải pháp khác 97

6.3.1 Forking 97

6.3.2 Presence based solution 98

6.3.3 Link Registration 99

CHƯƠNG VII: GIẢI PHÁP MỚI VÀ TRIỂN KHAI 101

7.1 Mô hình giải pháp mới 101

7.2 Những ưu điểm của giải pháp mới 102

7.2.1 Kêt hợp được IMS và Asterisk 102

7.2.2 Sử dụng các dịch vụ có sẵn trên asterisk 108

7.2.3 Kết nối được với mạng PSTN 112

7.2.4 Sử dụng dịch vụ presence 113

CHƯƠNG VIII: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 114

KẾT LUẬN 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Giao thỨc sip 20

hình 2.2 CẤu trúc bẢn tin sip 23

hình 2.3 Transaction 25

hình 2.4 Luồng cuộc gọi trong một dialog sip 26

hình2.5 Giao thỨc diameter cơ bẢn và các Ứng dỤng 27

hình 2.6 ĐỊnh dẠng bẢn tin diameter 28

hình 2.7 CẤu trúc avp 28

hình 2.8 TỔng quan kiẾn trúc ims 29

hình2.9 TẦng cung cẤp dỊch vỤ 34

hình 2.10 Quan hỆ giỮa đỊnh danh chung và đỊnh danh riêng trong 3ggp release 5 38

hình 2.11 Quan hỆ giỮa đỊnh danh chung và đỊnh danh riêng trong 3ggp release 6 38

hình 2.12 Phiên đẾn, đỊnh tuyẾn trỰc tiẾp tỚi máy chỦ Ứng dỤng 41

hình 2.13 Phiên đẾn, đưỢc đỊnh tuyẾn gián tiẾp tỚi máy chỦ Ứng dỤng thông qua s-cscf 42

hình 2.14 CẤu trúc cỦa user profile 44

hình 2.15 Tiêu chí lỌc khỞi tẠo 45

hình 2.16 Sơ đỒ khỐi chỨc năng kiẾn trúc ims 47

hình 3.1 HưỚng tiẾp cẬn dỊch vỤ trong kiẾn trúc ims 49

hình 3.2 As hoẠt đỘng như sip ua 51

hình 3.3 KiẾn trúc logic cỦa sip b2bua 51

hình 3.4 As Ứng dỤng đóng vai trò sip b2bua 52

hình 3.5 As Ứng dỤng đóng vai trò sip proxy as 53

hình 3.6 As Ứng dỤng đóng vai trò sip redirect as 53

Hình 3.7 Sh data uml diagram……….57

Hình 4.1 Sơ đồ khối của asterisk……… 67

Hình 4.2 Ví dụ về hệ thống asterisk……… 69

Hình 5.1 Chế độ stateful của openser……… 84

Hình 6.1 Giải pháp để tương vận giữa SIP và IMS……… 87

Hình 6.2: Đăng kí và thực hiện cuộc gọi với các S-CSCF……… 88

Hình 6.3 Quá trình đăng kí……… 95

Hinh 6.4 Thực hiện cuộc gọi……… 95

Hình 6.5 Đăng kí và thiết lập cuộc gọi với redirect server……….96

Hình 6.6 Quá trình khởi tạo cuộc gọi……….97

Hình 6.7 Quá trình đang ký……….97

Hình 6.8 Quá trình thực hiện cuộc gọi………98

Hình 6.9 Quá trình thực hiện cuộc gọi………99

Hình 7.1 Mô hình giải pháp mới………101

Hình 7.2 Kết hợp IMS và Asteisk……… 102

Hình 7.3 Sử dụng các dịch vụ trên asteisk……….109

Hình 7.4 Kết nối với mạng PSTN……… 112

LỜI NÓI ĐẦU

Có thể nói cho đến nay phần lớn doanh thu viễn thông có được là nhờ dunglượng thoại Tuy nhiên khả năng tiếp tục tăng trưởng về doanh số của dịch vụ này

đã bị hạn chế Hiện nay, dịch vụ SMS là dịch vụ truyền số liệu được coi là thànhcông nhất mang lại phần lớn doanh thu còn lại Thêm vào đó đối với các nhà khaithác mạng di động, mạng IP cũng đang trở thành một xu hướng tất yếu Việc tíchhợp càng trở nên cấp bách hơn khi lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói trong mạngtăng nhanh cùng với sự xuất hiện của các công nghệ truy cập khác như GPRS,UTMS hay WLAN Một tiêu chí mới được đặt ra là làm thế nào để đưa ra các dịch

vụ đa phương tiện mới có khả năng làm tăng giá trị của các phương tiện truyềnthống hiện nay như thoại, hội thảo … một cách nhanh chóng và linh hoạt nhất

Vì thế trong những năm qua, xu hướng hội tụ mạng internet, mạng di động

và mạng PSTN trở thành mối quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc.Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mụcđích tạo ra một mạng IP duy nhất Phân hệ IP Multimedia Subsystem(IMS) cũng rađời trong xu thế phát triển đó

IMS sẽ đóng vai trò chủ chốt trong cơ sở hạ tầng mạng IP tương lai, tuynhiên nó vẫn còn đang trong giai đoạn phát triển Sẽ cần phải có thời gian để chomạng điện thoại di động 3G có thể nâng cấp thành 3GPP phiên bản 5 và cho mạng

cố định chuyển dần từ mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) sang IMSdựa trên nền tảng mạng thế hệ tiếp theo (NGN) Sẽ còn phải mất thêm nhiều nămnữa trước khi IMS hoàn toàn được thực hiện Tuy nhiên, các tổ chức và các doanhnghiệp thì không thể chờ IMS Rất nhiều nơi đã bắt đầu sử dụng giải pháp phầnmềm chuyển mạch SIP VoIP SIP VoIP đã chứng tỏ được hiểu quả cũng như sựphát triển rộng khắp trong suốt thời gian qua Chính vì vậy cần phải có một giảipháp để liên kết được giữa Open Source IMS và Open Source VoIP/SIP

Trong thời gian thực tập tại phòng lab C9-411 và làm nhóm trưởng nhóm vềkiến trúc IMS và việc triển khai các dịch vụ mới trên IMS, được sự gợi ý của tiến sĩNguyễn Tài Hưng em đã lựa chọn đề tài “Giải pháp kết nối IMS và VoIP/SIP”

Em xin chân thành cảm ơn T.S Phạm Văn Tiến đã giúp đỡ tận tình cho emtrong thời gian vừa qua Tôi cũng xin chân thành cảm ơn bạn bè đã động viên vàchia sẻ những kinh nghiệm quý báu

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội, Ngày 20 Tháng 6 Năm 2012 Sinh Viên

Đoàn Tử Chinh

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong những năm gần đây Internet đã phát triển với một tốc độ chóng mặt.Với mong muốn kết hợp các dịch vụ Internet và các dịch vụ di động truyền thống đểđáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ đãkhông ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra các kiến trúc mạng mới, IMS ra đời là kếtquả của quá trình đó Khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng một cách nhanhchóng và linh hoạt nhất đã đem lại cho IMS một ưu thế rất lớn trong cạnh tranh

Trong đề tài này, tôi mong muốn đưa đến cho người đọc không chỉ nhữngkiến thức tổng quan về hệ thống IMS mà còn thấy được sự linh hoạt của IMS trongviệc kết hợp với các công nghệ đã và đang được phát triển hiện nay

Đồ án được chia thành 5 phần chính là:

+ Tổng quan về IMS

+ Giới thiệu về Asterisk

+ Giới thiệu về Openser

+ Giới thiệu về các phương pháp kết nối IMS với SIP VoIP

+ Đề ra giải pháp mới và nêu ra những ưu điểm của giải pháp mới

Along with the rapid growing of 3G network, internet has experienceddramatic growth over the last few years On providing intergrated services betweenInternet and tranditional mobile services to provide best ones to users, operatorscontinue to develop new architectures and unravel new network technologies IMSarchitechture is an important step in the process of trying to improve quality ofservices.The ability of rapid service providing bring more competitive to thisinfrastructure

In the topic, I want to give readers not only the knowledge of the overviewsystem IMS but also see the flexibility of IMS in combination with othertechnologies have been developed today

Project are divided into 5 main sections:

+ Overview of IMS

+ Introduce about Asteisk

+ Introduce about OpenSER

+ Introduce about methods connect the IMS and SIP VoIP

+ The new solution and heve the advantage of the new solution

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU

1.1 Tầm quan trọng của đề tài

Mục đích của mạng thế hệ thứ 3 là hợp nhất hai mô hình thông tin thành

công nhất hiện nay là mạng tế bào và Internet IMS là nhân tố chính trong kiến trúc mạng 3G làm cho nó có khả năng cung cấp truy cập tới tất cả các dịch vụ mà

Internet có thể cung cấp cho mạng tế bào Hãy tưởng tượng, bạn có thể truy cập vàomột trang web yêu thích, đọc email, xem phim hoặc tham gia vào một buổi hội thảotruyền hình ở bất cứ đâu chỉ bằng một cách đơn giản là lấy chiếc di động 3G rakhỏi túi

Cùng với sự phát triển của mạng thế hệ thứ ba trong những năm gần đâyInternet đã phát triển với một tốc độ chóng mặt Lý do chính cho việc phát triểnmạnh mẽ này là khả năng cung cấp các dịch vụ tiện ích mà hàng trăm người sử

dụng ưa thích Một trong các ví dụ điển hình là world wide web và email nhưng

bên cạnh đó còn có rất nhiều các dịch vụ khác như instant message, presence, voip,hội thảo truyền hình…

Với mong muốn kết hợp các dịch vụ internet và các dịch vụ di động truyềnthống để đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà phát triển đãkhông ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra các kiến trúc mạng mới, các công nghệmới nhằm thực hiện mục đích này Sự ra đời của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng3G chính là bước phát triển quan trọng trong quá trình hợp nhất dịch vụ đó

Lợi ích mà IMS đem lại:

Việc phát triển hệ thống này không chỉ đem lại những lợi ích về mặt kinh tếcho nhà cung cấp dịch vụ mà còn đem lại nhiều tiện ích cho người sử dụng :

 Về phía nhà cung cấp dịch vụ: cho phép đưa ra nhanh chóng các máychủ ứng dụng với các dịch vụ mới vào trong mạng của nhà khai thácmạng di động Thông qua giao diện isc, máy chủ ứng dụng sip(ví dụ

máy chủ ứng dụng push-to-talk), sip enabling services as(ví dụ máychủ ứng dụng presence) hay gateway có thể được kết nối vào ims, hỗtrợ nhiều loại truy nhập khác nhau….

 Về phía người sử dụng: cho phép người sử dụng có thể truy nhập dễdàng và an toàn vào mạng đa phương tiện thông, chất lượng dịch vụđược nâng cao, có cơ hội sử dụng nhiều các dịch vụ tiện ích mới….Một tất yếu khác là khi công nghệ và khoa học phát triển, sự hội nhập giữacác nước ngày càng cao, các dịch vụ đã hoàn toàn sẵn có đối với người dùng thì nhàcung cấp dịch vụ nào thỏa mãn được người dùng về sự đa dạng trong dịch vụ cungcấp, sự tiện dụng cũng như chi phí thấp nhất sẽ chiếm được lợi thế cạnh trong cạnhtranh và do đó sẽ kiếm được nhiều lợi nhuận Khả năng cung cấp các dịch vụ vớinhững tính năng như thế là hoàn toàn có thể với IMS

Những lợi ích mà SIP VoIP đem lại

+ Theo dự báo của nhiều chuyên gia, trong vài năm sắp tới sẽ có khoảng 300 tỷ đôla

Mỹ kinh phí đầu tư cho ngành công nghiệp viễn thông được chuyển sang cho cácthiết bị, dịch vụ mạng hỗ trợ giải pháp IP Telephony trên mạng LAN và các dịch vụVoIP trọn gói trên mạng WAN Nhờ xuất hiện đúng lúc, công nghệ mạng hỗ trợ IPTelephony và VoIP đã có ảnh hưởng và tác động mạnh mẽ đến thị trường cung cấpcác dịch vụ viễn thông

+ IP Telephony và VoIP đã làm cho các tính năng của điện thoại truyền thống trở

nên lỗi thời vì tất cả tính năng, ứng dụng thông tin liên lạc mới hiện đã có mặt trênthế giới viễn thông hội tụ hỗ trợ nền tảng mạng IP Số lượng và chủng loại tínhnăng thoại có ở các giải pháp IP Telephony và VoIP hiện nay được đánh giá là rấtnhiều và hấp dẫn Tất cả tính năng này có sẵn mà không đòi hỏi thêm bất kỳ chi phíđầu tư nào bởi vì chúng hoạt động trên nền tảng mạng IP và được "vận chuyển" trênmạng máy tính y như các ứng dụng máy tính thông thường

+ Ngày nay, hầu hết các tổ chức, DN đều sử dụng mô hình hệ thống ĐT truyền

thống, hoặc đã chuyển đổi toàn bộ hay từng phần sang hệ thống IP Telephony vàVoIP để hỗ trợ tốt hơn cho công việc kinh doanh Nếu DN đã trang bị thiết bị kỹthuật số (như tổng đài PBX), thì có thể tiết kiệm được đáng kể chi phí đầu tư bằngcách tái sử dụng hầu hết các thiết bị này với hệ thống VoIP mới

+ Nhờ có khả năng loại bỏ tận gốc những hệ thống thông tin trùng lắp và dư thừa,

các tác vụ chính của việc cài đặt và quản lý hệ thống IP Telephony và VoIP trở nên

dễ dàng hơn Những thao tác di chuyển, bổ sung và thay đổi ở hệ thống ĐT truyềnthống trước đây đòi hỏi tài nguyên phức tạp và thường rất tốn kém, nhưng với hệthống IP Telephony thì mạng VoIP sẽ tự động tự điều chỉnh để tương thích với vị trímới của người dùng Nhà quản lý hệ thống có thể từ bất kỳ máy tính nối mạng nàotiến hành kiểm tra, thiết lập mục đích sử dụng, tài khoản và nhiều dữ liệu khác chongười dùng Với hệ thống viễn thông nền IP, công việc quản lý và bảo trì mạng ĐTtrở nên kinh tế và hiệu quả hơn

+ IP Softphone là giải pháp phần mềm gọi ĐT Internet dành cho các máy tính sử

dụng hệ điều hành Windows Phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng truyxuất đến các dịch vụ viễn thông thời gian thực (có hoặc không thu phí) và nhữngtính năng cải tiến khác với cách thức sử dụng thật đơn giản: chỉ cần nhấn chuột đểquay số cuộc gọi Trong một mạng viễn thông nền IP, nhân viên có thể tự do đi lạibất kỳ đâu trong văn phòng công ty, nối máy tính xách tay vào mạng, bắt đầu làmviệc và nhận/thực hiện các cuộc gọi Mạng sẽ tự động nhận dạng người dùng và ápđặt các thông tin cá nhân (profile) của người dùng đó có trong cơ sở dữ liệu kiểmsoát của hệ thống Thậm chí, nhân viên còn có thể chuyển tiếp các cuộc gọi đến vàobất kỳ ĐT bàn nào ở những vị trí tạm thời (ĐT này không cần thiết phải hỗ trợ IP)

+ VoIP với những ưu điểm như giảm chi phí liên lạc; khả năng tích hợp dễ dàng các

hệ thống dữ liệu, thoại và video; cơ sở dữ liệu có khả năng kiểm soát tập trung; tínhnăng thoại di động cải tiến giúp tiết kiệm thời gian và chi phí Với giao thức SIP(Session Initiation Protocol) cho phép nhiều ứng dụng, thiết bị phần cứng mới dễdàng triển khai giải pháp VoIP trên mạng LAN, WAN hoặc Internet Hầu hết cácmodem và router ADSL hiện nay đều hỗ trợ VoIP và giao thức SIP, các DN vừa vànhỏ có thể nhanh chóng triển khai mô hình ĐT Internet thông qua đường truyềnInternet với các dịch vụ VoIP miễn phí như iFone, IPTel, DrayTel, MediaRing,Voice777

+ Các mạng viễn thông nền IP luôn cung cấp một nền tảng hiệu quả để quản lý toàn

diện hệ thống Bạn có khả năng kiểm soát chi tiết đến từng bit dữ liệu đang đượclưu chuyển trên mạng IP Telephony (LAN) hay mạng VoIP (WAN) Trong cácmạng chuyên dụng này (mạng viễn thông nền IP), chất lượng thoại có thể đạt đến99,99% Con số này không đồng nghĩa với việc "trục trặc không bao giờ xảy ra"nhưng trong môi trường mạng hội tụ nền IP, khả năng phát hiện sớm các triệuchứng và thay đổi những cài đặt trước khi có bất kỳ trục trặc nào xảy ra đã được cảitiến đáng kể

+ VoIP hoạt động trên nền tảng mạng IP và nhiều ứng dụng web trước đây chỉ có

thể hoạt động trên Internet thì hiện giờ đã có thể hoạt động trên mạng nền IP Ngườidùng có thể truy cập các website cần thiết ngay từ chiếc ĐT để bàn nền IP hoặc đưacác đường link đặc biệt lên trang chủ của ĐT đang sử dụng Người dùng có thể bổsung giải pháp ĐT kèm hình ảnh Video Telephony Solution bằng các phần mềmứng dụng video trên nền IP, qua đó cho phép một máy tính để bàn hay máy tínhxách tay giả lập một chiếc ĐT IP trong văn phòng Chất lượng hình ảnh và âmthanh khi sử dụng trên mạng nội bộ thường tốt hơn khi sử dụng qua kết nối Internet

do hiếm khi gặp phải tình trạng trễ tiếng hay khựng hình

+ Lưu lượng truyền dữ liệu máy tính (không phải là dữ liệu thoại) trên hệ thống

mạng ĐT thường chỉ chiếm khoảng 30% băng thông của toàn hệ thống Ưu điểmcủa VoIP là dữ liệu được đóng lại thành gói và các gói dữ liệu này được truyềnthông qua kết nối T-1 trên một phần nhỏ băng thông của kênh DSO

+ Nếu một DN có nhiều văn phòng cách xa nhau (ở các thành phố, tỉnh hay quốc

gia khác) thì VoIP sẽ giúp tiết kiệm được đáng kể chi phí gọi ĐT đường dài giữacác văn phòng này Tất cả những gì DN cần làm là bổ sung thêm giải pháp phầncứng và phần mềm thích hợp vào hệ thống mạng máy tính sẵn có của mình Vớimột hệ thống VoIP hoàn chỉnh, DN thậm chí còn có thể triển khai giải pháp chuyểntiếp cuộc gọi thông minh, cho phép "hạn chế" các cuộc gọi đường dài trực tiếp từmột khu vực (tỉnh, thành phố hay quốc gia) sang một khu vực khác (cả 2 khu vựcnày phải có văn phòng của DN này) bằng cách chuyển dữ liệu thoại thông quamạng VoIP nội bộ rồi sau đó chuyển tiếp sang hệ thống PSTN

Chính vì những lợi ích to mà cả IMS và VoIP đem lại, cũng như sự khó khăn

và hạn chế trong quá trình triển khai nên những giải pháp nghiên cứu để kết hợpđược ims và SIP VoIP là hết sức cần thiết để chuẩn bị cho bước tiếp theo khi IMSđược triển khai rộng rãi

1.2 Nội dung nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu và phát triển ứng dụng theo kiến trúc ims nên trong

đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu tổng quan về IMS, tổng đài asterisk, openser(kamailio) , và về các giải pháp để tích hợp Asterisk vào IMS

 Tổng quan về IMS: tìm hiểu về kiến trúc IMS, các thành phần, chức

năng của từng thành phần và kiến trúc triển khai và một số các kháiniệm quan trọng sử dụng trong IMS

 Giới thiệu về máy chủ ứng dụng: giới thiệu về máy chủ ứng dụng

trong kiến trúc IMS, chức năng và chế độ hoạt động, giao diện từ máychủ ứng dụng Sip tới các thành phần khác trong mạng lõi IMS

 Tổng đài Asterisk: Giới thiệu về tổng đài Asterisk.

 Tổng đài openser : Giới thiệu về tổng đài Openser

 Các giải pháp đã được đề cập hiện nay : Đưa ra một số giải pháp đã

và đang được nghiên cứu và kiểm tra bằng thực tiễn Đánh giá ưunhược điểm của từng phương pháp

 Đề giải pháp mới và triển khai: Đưa ra ý tưởng về một phương pháp

kết hợp mới Trình bày kết quả thực hiện được

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ IMS

sử dụng miền chuyển mạch gói trong 3G Chương này sẽ giới thiệu các khái niệm

về mạng internet, mạng di động, vai trò của kiến trúc IMS Thêm vào đó, em cũng

đề cập đến nguyên tắc thiết kế chung của kiến trúc ims và các giao thức mà nó sửdụng.

2.2 Mạng Internet, mạng di động và sự cần thiết ra đời kiến trúc IMS

2.2.1 Mạng Internet

Trong một vài năm gần đây, mạng Internet đã phát triển một cách rất nhanhchóng và có mặt ở hầu như mọi nơi trên thế giới, từ một mạng nhỏ liên kết một vàitrang nghiên cứu đã trở thành một mạng trên toàn thế giới Nguyên nhân chính của

sự bùng nổ này chính là do khả năng cung cấp một số lượng lớn dịch vụ hữu íchcho hàng triệu người dùng trên toàn thế giới Các điển hình như world wide web vàemail, và còn nhiều hơn nữa như dịch vụ nhắn tin, presence, voip(voice over ip), hộithảo truyền hình …

Internet có thể cung cấp nhiều dịch vụ như thế là do nó sử dụng các giao thức

mở, điều này cho phép bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào cũng có thể triển khai cácdịch vụ mới trên nó Hơn nữa các công cụ cần thiết cho việc tạo ra các dịch vụInternet cũng rất phổ biến

2.2.2 Mạng di động

Hiện nay, các mạng điện thoại tế bào cung cấp các dịch vụ cho hơn một tỷngười dùng trên toàn thế giới Các dịch vụ này không chỉ bao gồm các cuộc gọiđiện thoại mà còn cả các dịch vụ nhắn tin từ các tin nhắn văn bản đơn giản (nhưSMS, short messaging service) đến các tin nhắn đa phương tiện bao gồm cả video,audio, và văn bản( như MMS multimedia messaging service) Những người dùngmạng tế bào có thể “lướt” mạng internet và đọc email sử dụng các kết nối dữ liệu,

và thậm chí một vài nhà cung cấp còn đưa ra dịch vụ định vị để thông báo chongười dùng khi một người bạn hoặc đồng nghiệp của họ đang ở gần đấy

Tuy nhiên, cho đến nay, các mạng tế bào vẫn chưa trở nên hấp dẫn đối vớingười dùng với chỉ các dịch vụ mà chúng cung cấp Điểm mạnh của chúng là ngườidùng được phủ sóng ở mọi nơi Trong một nước, người dùng có thể sử dụng cácthíêt bị đầu cuối của mình không chỉ ở các thành phố mà cả ở nông thôn Hơn nữa

do sự hợp tác quốc tế của các nhà cung cấp, hiện nay người dùng có thể truy nhậpmạng kể cả khi họ ở nước ngoài

2.2.3 Sự cần thiết của IMS

Như đã trình bày, ý tưởng của IMS là cung cấp các dịch vụ Internet mọi nơi

và mọi lúc thông qua việc sử dụng các công nghệ mạng tế bào Tuy nhiên bản thânmạng tế bào cũng đã cung câp một số ứng dụng truy nhập mạng Internet bằng cách

sử dụng các kết nối dữ liệu Vậy tại sao chúng ta lại cần IMS?

Để trả lời câu hỏi này đầu tiên chúng ta cần hiểu ý nghĩa của sự kết hợp thếgiới Internet và mạng tế bào và các ưu điểm thực tế của việc này

Như ta đã biết các mạng 3G sử dụng cơ chế chuyển mạch gói, điều này chophép dữ liệu truyền dẫn với tốc độ cao hơn và băng thông lớn hơn rất nhiều Ngườidùng có thể “lướt” web, đọc email, download video và làm bất kỳ việc gì mà họ cómuốn thông qua một kết nối internet bất kỳ, như ISDN(integrated service digitalnetwork) hoặc DSL(digital subscriber line) Điều này có nghĩa là người dùng có thể

sử dụng tất cả các dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ cung cấp trên Internet, nhưvoice mail hay conferencing Câu hỏi đặt ra là tại sao lại cần có IMS trong khi tất cảthế mạnh của Internet đã mang lại cho người dùng 3G thông qua mạng chuyểnmạch gói? Câu trả lời là: chất lượng dịch vụ(QoS quality of service), khả năng tínhcước, và sự tích hợp của các dịch vụ khác nhau

Vấn đề chính của mạng chuyển mạch gói khi cung cấp các dịch vụ đaphương tiện thời gian thực là nó cung cấp một dịch vụ tốt nhất có thể mà khôngđảm bảo QoS (best-effort): có nghĩa là, mạng không đưa ra sự đảm bảo về lượngbăng thông mà người dùng nhận được cho một kết nối cụ thể hay độ trễ (delay) của

gói trên đường truyền Hậu quả là chất lượng của một cuộc hội thoại VoIP có thểthay đổi rất nhiều trong thời gian diễn ra cuộc hội thoại.

Vì thế, một lý do để tạo ra IMS là để cung cấp chất lượng dịch vụ(QoS)

yêu cầu chấp nhận được đối với người dùng hơn là “lứơt” trong các phiênmultimedia thời gian thực IMS sẽ thực hiện đồng bộ thiết lập phiên cùng với việccung cấp QoS

Một nguyên nhân khác khi tạo ra IMS là để có khả năng tính cước các

phiên Multimedia tương ứng Một người dùng tham gia một cuộc hội thảo truyềnhình thông qua mạng chuyển mạch gói thường truyền một lượng thông tin lớn(chủyếu chứa audio và video đã mã hoá) Phụ thuộc vào các nhà cung cấp 3G mà việctruyền một số lượng lớn dữ liệu như thế có thể tạo ra nhiều chi phí đối với ngườidùng, vì thế các nhà cung cấp thường tính cước dựa trên số byte đã truyền Họkhông thể dựa theo một mô hình kinh doanh khác để tính cước vì họ không biết nộidung của các byte này: chúng có thể thuộc một phiên VoIP, hay một tin nhắn, haymột trang web hoặc một email

Nói cách khác, nếu nhà cung cấp biết được dịch vụ mà người dùng đang sửdụng thì họ có thể cung cấp một cơ chế tính cước linh động, điều này có thể có lợihơn đối với người dùng Ví dụ, nhà cung cấp có thể tính cước cố định cho mỗi tinnhắn mà không quan tâm đến kích thước của nó Mặt khác, nhà cung cấp có thể tínhcước cho một phiên multimedia dựa trên thời lượng của nó, không quan tâm đến sốbyte truyền nhận

IMS không phụ thuộc vào mô hình kinh doanh nào Thay vào đó, các nhàcung cấp có thể tính cước theo phương pháp của họ IMS sẽ cung cấp các thông tin

về dịch vụ đang được thực hiện bởi người dùng, và với thông tin này nhà cung cấp

sẽ quyết định cơ chế tính cước phù hợp

Lý do thứ ba là việc cung cấp các dịch vụ tích hợp cho người dùng Mặc dù

các nhà sản xuất thiết bị và các nhà cung cấp sẽ phát triển một vài dịch vụ

Multimedia, các nhà cung cấp không muốn hạn chế họ trong các dịch vụ này Họmuốn có khả năng sử dụng các dịch vụ được phát triển bởi các thành phần thứ ba(third party), kết hợp chúng, tích hợp chúng với các dịch vụ mà họ đã có và cungcấp cho người dùng một dịch vụ hoàn toàn mới Ví dụ, một nhà cung cấp có mộtdịch vụ voicemail có thể lưu trữ các bản tin voice và một nhà sản xuất thứ ba đãphát triển một dịch vụ chuyển đổi text-to-speech Nếu nhà cung cấp mua dịch vụnày từ nhà sản xuất kia , họ có thể cung cấp phiên bản tiếng nói của các bản tin vănbản nhận được cho những người dùng bị mù.

IMS định nghĩa các giao diện chuẩn dành cho các nhà phát triển dịch vụ sửdụng Theo cách này, các nhà cung cấp có thể đạt được ưu điểm của công nghiệptạo ra các dịch vụ của nhiều nhà sản xuất có năng lực, tránh việc gắn chặt với mộtnhà sản xuất duy nhất đối với các dịch vụ mới

Hơn nữa, sự hỗ trợ của IMS không chỉ để cung cấp các dịch vụ mới mà còncung cấp tất cả các dịch vụ, hiện tại và tương lai mà Internet cung cấp Hơn nữa,người dùng phải có khả năng thực hiện tất cả các dịch vụ của họ khi được chuyểnhướng cũng như từ mạng khách Để đạt được các mục tiêu này IMS sử dụng cáccông nghệ Internet và các giao thức Internet Vì thế, một phiên Mulitmedia giữa haingười dùng IMS, giữa một người dùng IMS và một người dùng Internet và giữa haingười dùng trên Internet cùng sử dụng một giao thức thiết lập giống nhau Các giaodiện cung cấp cho các nhà phát triển dịch vụ cũng dựa trên các giao thức Internet.Như vậy, IMS là một kiến trúc khung cho viêc triển khai các dịch vụ đa phương tiệntrền nền IP đối với người dùng di động

IMS được xây dựng và phát triển với mục đích phải kết hợp được những

xu hướng công nghệ mới nhất, tạo ra một nền tảng chung để phát triển các dịch vụMultimedia đa dạng và tạo ra nhiều lợi nhuận hơn trong việc thúc đấy khách hàng

sử dụng miền chuyển mạch gói trong 3G

2.3 Các giao thức chính được sử dụng trong IMS

Các giao thức điều khiển cuộc gọi đóng vai trò quan trọng trong hệ thốngthoại Các giao thức sử dụng làm giao thức điều khiển phiên trong IMS dựa trên IP.Các đề suất là:

 Bearer independent call control (BICC): (được đặc tả trong Q.901 củaITU-T) là sự cải tiến của ISUP Không giống như ISUP, BICC táchphần báo hiệu ra khỏi phần media, làm cho phần báo hiệu được truyền

đi trên các node khác với phần media Hơn nữa BICC có thể sử dụngtrên các nền công nghệ khác nhau như IP, SS7, và ATM

 H.323: được đặc tả trong H.323 của T, là một giao thức của

ITU-T H.323 định nghĩa một giao thức mới để thiết lập một phiên đaphương tiện Không như BICC, H.323 được xây dựng mới hoàn toàn

để hỗ trợ cho IP Trong H323, phần báo hiệu và phần media không cầnthiết phải truyền qua các host như nhau

 Session initiation protocol (SIP) – RFC 3261: được IETF đặc tả nhưmột giao thức để thiết lập và điều khiển phiên qua mạng IP SIP được3GPP lựa chọn là giao thức điều khiển phiên SIP dựa trên mô hìnhclient-server, được dùng nhiều trong các giao thức đưa ra bởi IETF.Các nhà thiết kế SIP đã mượn nguyên lý của SNMP và đặc biệt là từHTTP SIP kế thừa hầu hết các đặc tính của hai giao thức trên Điềunày tạo ra ưu thế của SIP vì HTTP và SNMP là hai giao thức rất thànhcông trên nền IP SIP, không như hai giao thức H.323 và BICC, khôngphân biệt giao diện UNI và NNI, sip chỉ là một giao thức end-to-endđơn giản Sip dựa trên nền văn bản nên nó dễ dàng sử dụng để pháttriển dịch vụ mới, mở rộng và debug

Sip đã được lựa chọn để sử dụng cho IMS SIP giúp việc tạo ra dịch vụ mới

dễ dàng SIP dựa trên giao thức HTTP, cho nên người phát triển dịch vụ SIP có thể

sử dụng các công nghệ phát triển HTTP như là CGI, Java Servlet

2.3.1.1 SIP là gì

Một cách đơn giản để mô tả SIP là xem xét một mô hình sử dụng Giả

sử một người dùng có định danh là A muốn thiết lập cuộc gọi với ngườidùng có định danh là B Trong viễn thông, người dùng A và người dùng B cóthể giao tiếp thông qua một thiết bị được gọi là tác nhân người dùng (UserAgent) Một ví dụ về User Agent là một Softphone- một chương trình phầnmềm sử dụng để thiết lập cuộc gọi thoại qua Internet Một ví dụ khác là VoIPPhone- một loại điện thoại cho phép sử dụng VoIP Dưới đây là các bước cầnthiết để thiết lập một cuộc gọi:

 A mời B bắt đầu cuộc hội thoại Như một phần của lời mời, A sẽ chỉ

ra loại media nào sẽ được hỗ trợ

 B nhận lời mời, gửi đáp ứng trung gian tới người dùng A và sau đóđánh giá lời mời

 Khi B sẵn sàng chấp nhận lời mời, nó gửi một xác nhận lại cho ngườidùng A Như một phần của xác nhận, B cũng chỉ ra loại media mà nó

hỗ trợ

 A kiểm tra xác nhận mà nó nhận được từ B và quyết định xem liệu làmedia hỗ trợ bởi A và B có giống nhau không Nếu A và B hỗ trợcùng một loại media, cuộc gọi sẽ được thiết lập giữa A và B

Hình 2.1 Giao thức SIPSIP cung cấp một phương thức chuẩn để thực hiện các bước này Nó thựchiện việc này bằng cách định nghĩa ra các phương thức yêu cầu (request), đáp ứng(response), mã đáp ứng (response code) và các tiếp đầu (header) đặc trưng cho báohiệu và điều khiển cuộc gọi Giao thức này được chuẩn hóa bởi IETF và hiện nay nóđược chấp nhận rộng rãi như một chuẩn báo hiệu cho 3GPP và như là một thànhphần không thể thiếu trong kiến trúc IMS.

2.3.1.2 Sip liên hệ với http như thế nào

Như đã nói ở trên sip kế thừa các đặc tính quan trọng của HTTP Nó chia sẻnhiều đặc điểm quan trong với HTTP và cũng chính vì vậy nhiều người thường thắcmắc liệu SIP có sử dụng HTTP như một giao thức nền Câu trả lời là không SIP làmột giao thức hoạt động ở cùng một tầng với HTTP, điều đó có nghĩa là nó cùnghoạt động ở tầng ứng dụng và sử dụng các giao thức TCP, UDP, SCTP như là cácgiao thức nền của lớp dưới Tuy nhiên SIP có rất nhiều điểm giống với HTTP Ví

dụ, giống như HTTP, SIP cũng là một giao thức dựa trên văn bản (text-based) vàngười dùng có khả năng đọc được Cũng giống như HTTP, SIP sử dụng cơ chế yêucầu – đáp ứng (request-response machanism) với các phương thức đặc trưng, mã

đáp ứng, các tiếp đầu Tuy nhiên, một điểm khác biệt quan trọng giữa HTTP và SIP

là cơ chế yêu cầu- đáp ứng trong SIP là không đồng bộ- một yêu cầu không nhấtthiết theo sau nó là một đáp ứng tương ứng Trong thực tế, yêu cầu SIP thường cóthể gây ra một vài yêu cầu khác được tạo ra

SIP là một giao thức ngang hàng (peer-to-peer protocol) Điều này có nghĩa

là người dùng cuối (User Agent) có thể hoạt động như một Server cũng như có thểhoạt động như một Client Đây là một điểm khác biệt nữa giữa SIP và HTTP TrongHTTP, máy khách thì luôn luôn là máy khách, máy chủ thì sẽ luôn luôn là máy chủ

Sip hỗ trợ các phương thức yêu cầu và mã đáp ứng sau :

 Register: sử dụng bởi client để đăng kí địa chỉ với máy chủ ứng dụng

 Invite: chỉ ra rằng người dùng hay dịch vụ đang được mời tham giavào một phiên Thân của bản tin này bao gồm một mô tả phiên màngười dùng hay dịch vụ đang được mời

 Ack : xác nhận rằng client nhận được đáp ứng cuối cùng của một bảntin invite Phương thức này chỉ được sử dụng với yêu cầu invite

 Cancel: sử dụng để bỏ qua một yêu cầu đang chờ xử lý

 Bye : gửi bởi một user client agent để chỉ định với máy chủ là nómuốn kết thúc cuộc gọi

 Options: sử dụng để truy vấn máy chủ về khả năng

 5xx: lỗi máy chủ Máy chủ thất bại trong việc hoàn thành một yêu cầuhợp lệ

 6xx: lỗi toàn cục Yêu cầu không thể hoàn thành ở bất cứ máy chủứng dụng nào

Giao thức mô tả phiên: giao thức mô tả phiên là một định dạng cho việc miêu

tả định dạng media và loại media được dùng trong một phiên Sip sử dụng sdp như

là một phần tải trong bản tin của nó để thực hiện chức năng trao đổi khả năng giữacác người dùng Ví dụ, nội dụng của sdp có thể chỉ ra loại mã hóa hỗ trợ bởi useragent và giao thức sử dụng trao đổi gian thực ( rtp)

2.3.1.3 Bản tin SIP

Hình 2.2 Cấu trúc bản tin SIPHình trên chỉ ra cấu trúc thành phần của một bản tin sip Có 3 thành phầnquan trọng:

 Dòng yêu cầu: chỉ ra phương thức yêu cầu , địa chỉ và phiên bản sip

 Phần tiếp đầu: chỉ ra dữ liệu về phiên hay cuộc gọi được thiết lập haykết thúc

 Phần thân bản tin: cung cấp payload, sdp để mô tả media của phiên

Nếu một transaction được khởi tạo bởi bản tin yêu cầu INVITE thìtransaction đó cũng bao gồm cả bản tin ACK nếu như phản hồi cuối không phải làkiểu 2xx Nếu như thông tin phản hồi cuối là kiểu 2xx thì bản tin ACK sẽ khôngđược xem là một thành phần trong transaction

Như vậy chúng ta có thể thấy rằng ở đây có sự cư xử không được công bằng– ACK được coi là một thành phần trong transaction với một lời từ chối ở phản hồicuối, trong khi nó lại không phải là một thành phần của transaction khi được chấpnhận ở phản hồi cuối Lý do cho sự phân biệt này là sự quan trọng của tất cả cả cácbản tin 200 OK Không những nó thiết lập một session mà bản tin 200 OK còn đượcsinh ra bởi các thực thể khi một proxy server chuyển hướng yêu cầu và tất cả cácproxy server đó phải chuyển bản tin 200 OK về đến user agent Do đó trong trườnghợp này user agent phải lãnh trách nhiệm và truyền lại bản tin 200 OK cho đến khichúng nhận được bản tin ACK Một lưu ý khác nữa là chỉ có bản tin INVITE làđược truyền lại

Các thực thể SIP có khái niệm về transaction được gọi là stateful Các thựcthể này tạo một trạng thái kết nối với một transaction được lưu trong bộ nhớ trongsuốt khoảng thời gian diễn ra transaction Khi có thông tin yêu cầu hay phản hồiđến, một thực thể stateful sẽ cố gắng kết nối yêu cầu(hoặc phản hồi) đó tới mộttransaction đã tồn tại sẵn Để có khả năng làm được điều đó nó phải lấy thông tinxác định tính duy nhất của transaction(gọi là identifier) trong bản tin đó và so sánhvới tất cả các identifier trong các transaction mà nó lưu giữ Nếu như mộttransaction tồn tại thì trạng thái của nó sẽ được cập nhật từ bản tin đó.

agent Một dialog tồn tại trong một khoảng thời gian và nó là một khái niệm rấtquan trọng đối với các user agent Dialog thích hợp dễ dàng với việc sắp xếp tuần tự

và định tuyến cho các bản tin Sip giữa các thiết bị cuối

Dialog được xác định bằng call-id, thẻ from và thẻ to Các bản tin mà cócùng 3 identifier trên thì thuộc về cùng một dialog Trường header cseq được dùng

để sắp xếp thứ tự các bản tin trong một dialog Chỉ số cseq phải được tăng tuần tựtừng đơn vị một cho mỗi bản tin trong một dialog, nếu không các user agent sẽ xử

lý nó như là các yêu cầu không được sắp xếp hoặc là sẽ gửi lại bản tin đó Trongthực tế số cseq xác định một transaction bên trong một dialog bởi chúng ta đã nói ởtrên là các yêu cầu và các thông tin phản hồi của nó được gọi là một transaction.Điều đó có nghĩa là chỉ có duy nhất một transaction hoạt động tại một thời điểmtrong dialog Do đó cũng có thể gọi dialog là một tập tuần tự của các transaction.Hình vẽ dưới đây minh họa các bản tin truyền đi bên trong một dialog

Hình 2.4 Luồng cuộc gọi trong một dialog sip

Một vài bản tin đùng để thiết lập ra một dialog Nó cho phép biểu diễn rõràng, chi tiết mối quan hệ giữa các bản tin và còn dùng để gửi các bản tin mà khôngliên quan đến các bản tin khác đến các bản tin nằm ngoài một dialog Điều đó đượcthực hiện một cách dễ dàng bởi user agent không lưu trạng thái của dialog.

Lấy ví dụ, bản tin INVITE thiết lập một dialog, bởi sau đó sẽ có bản tin yêucầu BYE dùng để kết thúc dialog tạo ra bởi bản tin INVITE ở trên Bản tin BYEnày được gửi bên trong dialog được thiết lập bởi bản tin INVITE

Nhưng nếu user agent gửi một bản tin yêu cầu message, đó là một yêu cầukhông thiết lập bất cứ dialog nào Khi đó bất cứ các bản tin theo sau bản tin đó (kể

cả bản tin message) cũng được gửi đi một cách độc lập với bản tin trước đó

Diameter dựa trên RFC 3588 được chọn là giao thức AAA trong mạng IMS.Diameter được phát triển từ giao thức RADIUS (RFC 2865) là một giao thức được sửdụng phổ biến trong Internet để thực hiện nhận thực, phân quyền và tính cước Ví dụkhi một người dùng quay số đến một nhà cung cấp dịch vụ Internet , máy chủ truynhập mạng sử dụng radius để chứng thực cấp quyền cho user

Diameter bao gồm một giao thức cơ bản và giao thức này được bổ sung bởicác ứng dụng diameter Giao thức cơ bản chứa các chức năng cơ bản và được thực thitrong các nút diameter, độc lập với ứng dụng Phần ứng dụng là phần mở rộng củacác chức năng cơ bản được tùy biến đi để phù hợp với ứng dụng cụ thể trong một môitrường hoạt động cụ thể

Hình2.5 Giao thỨc diameter cơ bẢn và các Ứng dỤngIMS sử dụng Diameter trong nhiều giao diện , mặc dù vậy các giao diện này

có thể sử dụng các ứng dụng Diameter khác nhau.ví dụ IMS sử dụng một ứng dụngDiameter trong quá trình thiết lập cuộc gọi nhưng lại sử dụng một ứng dụng Diameterkhác trong tính cước

Một bản tin Diameter chứa một phần Header dài 20 octect và một số các cặpgiá trị thuộc tính (AVPs – attribute value pairs) Chiều dài phần Header là cố định vàluôn luôn có mặt trong tất cả các bản tin Diameter Còn số lượng AVP là thay đổi tùythuộc vào từng loại bản tin cụ thể Một AVP là một kho chứa dữ liệu (thường là các

dữ liệu nhận thực, phân quyền và tính cước)

Hình 2.6 ĐỊnh dẠng bẢn tin diameter

 Command-flags : là trường để chỉ ra bản tin là yêu cầu hay đáp ứng

 End-to-end identifier : là giá trị tĩnh chỉ thay đổi khi một nút diameterchuyển tiếp yêu cầu

 Avp : có cấu trúc như sau :

Hình 2.7 CẤu trúc avp

 Avp code cùng với vendor –id (nếu tồn tại) tạo ra một định danh riêngcho thuộc tính (attribute) Vendor-id được thiết lập về 0 chỉ ra AVPchuẩn hóa theo đặc tả của IETF

 Flags : chỉ ra trường vendor –id có tồn tại hay không

 AVP length : chỉ ra độ dài của AVP

 Data field: bao gồm một vài dữ liệu đặc tả liên quan tới thuộc tính.Trường này có thể dài từ 0 đến vài octect

Trong dịch vụ này, máy chủ ứng dụng sử dụng giao thức diameter để lấy dữliệu liên quan tới người dùng phục vụ cho việc thực hiện cuộc gọi – có mã chuẩnhóa cho giao diện là sh Chi tiết về giao diện sh và thực thi giao diện này xem thêmtrong phần 3.3.2 của tài liệu

2.3.3 Các giao thức khác

Ngoài ra còn có các giao thức như rtp và rctp dùng để truyền tải media như video và audio, sdp là giao thức mô tả phiên media

2.4 Kiến trúc IMS

Kiến trúc IMS là tập hợp các chức năng được nối với nhau bởi các giao diện

đã được chuẩn hóa Người thi hành hoàn toàn có thể kết hợp hai chức năng vào mộtnút Cũng tương tự như thế người đó có thể tách một chức năng ra thành hai haynhiều nút

Nhìn chung thì hầu hết những nhà cung cấp dịch vụ đều tuân theo kiến trúcIMS một cách chặt chẽ nhất và thi hành mỗi chức năng trong một nút riêng Tuynhiên việc tìm kiếm các nút thực thi nhiều hơn một chức năng và các chức năngđược phân tán trên nhiều hơn một nút là hoàn toàn có thể

Hình 2.8 TỔng quan kiẾn trúc IMSTrong hình 1 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc của hệ thốngIMS như chuẩn hóa của 3GPP Trong hình chỉ ra hẩu hết các giao diện báo hiệutrong hệ thống IMS, nó thường được đề cấp đến bởi hai hay ba kí tự mã hóa Chúng

ta không thể vẽ tất cả các giao diện được định nghĩa trong IMS mà chỉ có thể liệt kê

được hầu hết những nút giao diện có liên quan Trong kiến trúc IMS được phân chiathành 3 phần :

Phía bên trái của hình 2.5 chúng ta có thể nhìn thấy các đầu cuối IMS diđộng thường được nhắc đến như là các thiết bị người dùng(UE) Đầu cuối IMSđược nối vào mạng chuyển mạch gói như là GPRS thông qua đường truyền vôtuyến

Chú ý rằng, mặc dù hình trên chỉ chỉ ra một thiết bị đầu cuối IMS nối vàomạng sử dụng đường truyền vô tuyến nhưng IMS cũng hỗ trợ các loại thiết bị vàcác cách truy nhập khác Thiết bị hỗ trợ cá nhân PDAs và máy tính là các ví dụ vềcác thiết bị có thể kết nối tới IMS Một ví dụ khác về phương pháp truy cập làWLAN và ADSL

Phần còn lại của hình chỉ ra các nút bao gồm trong mạng lõi IMS Các nútnày là:

 Một hay một vài cơ sở dữ liệu người dùng, còn gọi là HSS và SLF

 Một hay một vài máy chủ sip như là CSCF

 Một hay một vài MRF mỗi cái được chia nhỏ hơn thành MRFC và MRFP

thông tin vị trí, thông tin bảo mật (bao gồm các thông tin nhận thực và phânquyền, các thông tin về tiểu sử người dùng (bao gồm các dịch vụ mà ngườidùng đăng kí thuê bao), và S-CSCF cấp phát tới người dùng

Một mạng có thể chứa một hoặc một vài HSS, trong trường hợp sốlượng thuê bao quá nhiều so với sự quản lý của một HSS Trong tất cả cáctrương hợp, tất cả các dữ liệu liên quan đên một người dùng cụ thể đượcchứa trong một HSS của mạng mà không cần SLF Mặt khác, mạng vớinhiều hơn một HSS yêu cầu có SLF

SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản ánh xạ địa chỉ người dùng tới HSSquản lý tương ứng Một nút yêu cầu truy vấn SLF, với một địa chỉ ngườidùng là đầu vào, sẽ thu được ở đầu ra là HSS có chứa thông tin liên quan đếnngười dùng đó

Cả HSS và SLF đều thực thi giao thức Diameter với các đặc trưngứng dụng Diamter cho IMS

2.4.2.2 Điều khiển cuộc gọi/ phiên

Là một máy chủ Sip, là một nút cần thiết trong IMS Các CSCF xử lý cácbản tin báo hiệu SIP trong IMS Có 3 loại CSCF phụ thuộc vào chức năng màchúng cung cấp:

 Proxy-CSCF(P-CSCF) : là một proxy sip, là điểm đầu tiên liên lạc với đầu

cuối IMS Nó có thể được đặt ở mạng khách( trong toàn bộ mạng IMS) hoặcmạng chủ Một vài mạng có thể sử dụng một bộ điều khiển biên phiên(Session Border Controller ) để thực hiện chức năng này Các đầu cuối xácđịnh P-CSCF của nó bằng DHCP hoặc nó được gán trong PDP Context

 Nó được gán cho đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký, vàkhông thay đổi trong suốt quá trình đăng ký

 Nó nằm trên đường đi của tất cả các bản tin báo hiệu và có thể đượcgán vào mỗi bản tin.

 Nó nhận thực người dùng và thông báo một sự liên kết bảo mật ipsecvới đầu cuối IMS

 Nó có thể nén và giải nén các bản tin sip dùng sigcomp, để giảm độtrễ qua các liên kết chậm

 Serving-CSCF(CSCF): là một nút trung tâm trong miền báo hiệu,

S-CSCF là một máy chủ sip, nhưng nó cũng thực hiện chức năng điều khiểnphiên Thêm vào việc thực hiện chức năng là một máy chủ sip thì nó cũngđóng vai trò của một trung tâm đăng kí sip (sip registrar) Điều này có nghĩa

là nó duy trì sự liên hệ giữa vị trí của người dùng (nói cách khác là địa chỉ ipcủa thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) và địa chỉ sip của ngườidùng đó (cũng được biết đến như là định danh chung của người dùng –publicuser identity)

Cũng giống như I-CSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện diameter vớiHSS Lý do chính của việc sử dụng giao diện với HSS là:

 Để tải các vector nhận thực của người dùng đang cố gắng truy nhậpmạng từ HSS S-CSCF sử dụng vector này để nhận thực người dùng

 Để tải hồ sơ người dùng từ HSS Hồ sơ người dùng bao gồm hồ sơ vềdịch vụ là một tập các triggers có thể làm cho bản tin sip được địnhtuyến qua một hoặc một vài máy chủ ứng dụng

 Để khai báo với HSS về S-CSCF được cấp cho người dùng trong suốtquá trình đăng kí

Tất cả các bản tin báo hiệu sip mà đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi qua CSCF Nó sẽ kiểm tra mỗi bản tin sip và quyết định xem liệu bản tin bảo hiệu nàynên đi qua một hay nhiều máy chủ ứng dụng trên đường tới đích cuối cùng của nó.Các máy chủ ứng dụng này sẽ cung cấp các khả năng về một dịch vụ tới ngườidùng

S-Một trong các chức năng chính của S-CSCF là cung cấp dịch vụ định tuyếnbản tin sip Nếu người dùng quay số điện thoại thay vì sử dụng Sip URI thì S-CSCFcung cấp một dịch vụ chuyển đổi, thường dựa trên chuẩn RFC-2916 (ENUM)

S-CSCF cũng tác động vào chính sách mạng cung của nhà cung cấp Ví dụ,một người dùng có thể không có quyền thiết lập một phiên cụ thể nào đó S-CSCFgiữ người dùng khỏi việc thực hiện các chức năng không được cho phép.

Một mạng thường bao gồm một số các S-CSCF cho mục đích mở rộng và dựphòng Mỗi S-CSCF phục vụ một số lượng đầu cuối tùy thuộc vào dung lượng củanó

 Interrogating-CSCF (I-CSCF): là một chức năng Sip khác được đặt ở biên

của miền quản trị Địa chỉ IP của nó được công khai trong dns của miền, vìthế các máy chủ ứng dụng ở xa có thể tìm thấy nó và sử dụng nó như mộtđiểm chuyển tiếp cho các gói tin sip tới miền này I-CSCF truy vấn HSS quagiao diện Diameter Cx để truy nhập vị trí người dùng (giao diện Dx đượcdùng từ I-CSCF tới SLF để định vị chỉ HSS cần thiết) và sau đó định tuyếncác bản tin Sip Request tới S-CSCF được gán

2.4.2.3 Các media AS-MRF (Media Resource Function)

Cung cấp nguồn tài nguyên media trong mạng chủ MRF cung cấp cho mạngchủ khả năng đưa ra các thông báo, trong các luồng media (ví dụ trong cầu hội thảotập trung), chuyển đổi giữa các lọai mã hóa, thu nhận số liệu thống kê và thực hiệnbất cứ loại phân tích media nào

MRF còn được chia thành một nút nhỏ hơn trong miền báo hiệu gọi làMRFC (Media Resource Function Controller) và một nút trong miền media làMRFP(Media Resource Function Processor) MRFC hoạt động như là một Sip UserAgent và chứa các giao diện Sip với S-CSCF MRFC điều khiển tài nguyên trongMRFP thông qua giao diện H.248

MRFP triển khai tất cả các hàm liên quan đến media như là chơi và trộnmedia MRF luôn đặt ở mạng chủ

2.4.2.4 BGCF - Border Gateway Control Function

Thực hiện chủ yếu là chức năng của máy chủ Sip bao gồm chức năng địnhtuyến dựa trên số diện thoại BGCF chỉ dùng trong các phiên được khởi tạo bởi đầucuối IMS và hướng tới một người dùng trong mạng chuyển mạch kênh như là PSTNhay PLMN Mục đích chính của BGCF là :

 Chọn đúng mạng xảy ra tương tác với miền chuyển mạch kênh

 Hoặc chọn đúng PSTN/CS Gateway, nếu tương tác xảy ra trong cùngmột mạng mà BGCF được đặt

Hình2.9 TẦng cung cẤp dỊch vỤ Phần này bao gồm các máy chủ ứng dụng có nhiệm vụ cung cấp các dịch

vụ tới người dùng cuối Các máy chủ ứng dụng là các thực thể Sip thực hiện dịch vụ

và giao tiếp với S-CSCF sử dụng Sip Phụ thuộc vào các dịch vụ thực tế mà máychủ ứng dụng có thể hoạt động ở các chế độ: Sip Proxy, chế độ Sip UA hay chế độ

Sip B2BUA(back-to-back ua) Máy chủ ứng dung có thể nằm trong mạng chủ hoặctrong một mạng thứ 3 bên ngoài Nếu nằm trong mạng chủ, nó có thể truy vấn hssqua giao diện diameter sh(cho máy chủ ứng dụng) hay giao diện map_mobileapplication part(cho im-ssf).

Như đã nói ở trên, ưu điểm lớn nhất của IMS là khả năng phát triển các dịch

vụ mới một cách dễ dàng Kiến trúc IMS được thiết kế để cho phép các nhà điềuhành cung cấp dải rộng các dịch vụ dựa trên chuyển mạch gói và thời gian thực Nócũng cho phép lưu lại các thông tin của các dịch vụ để có thể thực hiện tính cướcdựa theo thời gian cũng như dựa trên dịch vụ và băng thông Từ đặc điểm thiết kếcủa mình, IMS kế thừa tất cả các dịch vụ ưu việt nhất của mạng viễn thông vàinternet đặc biệt là các dịch vụ đa phương tiện bao gồm các dịch vụ gọi thôngthường và các dịch vụ nâng cao như:

 Nhắn tin đa phương tiện

 Hội thảo đa phương tiện

 Click-to- Dial

 Dịch vụ xác định trạng thái của người dùng (Presence)Tầng dịch vụ được thiết kế tách rời với mạng lõi và mạng truy nhập đã đượcchuẩn hóa

2.5 Định danh trong IMS

Trong bất cứ một mạng nào cũng cần phải định danh được người dùng mộtcách duy nhất Đây là thuộc tính cho phép một điện thoại nhất định đổ chuông màkhông phải là một điện thoại khác khi chúng ta quay số trong mạng PSTN

Trung tâm của bất kì một mạng nào là khả năng của nhà cung cấp định danhngười dùng để cho cuộc gọi có thể đến được đúng người dùng Trong mạng điệnthoại công cồng, người dùng được định danh bởi số điện thoại (là một tập hợi cácchữ số theo thứ tự mà định danh điện thoại thuê bao) Số điện thoại này định rangười chủ thuê bao có thể được biểu diễn dưới nhiều dạng khác nhau : số điện thoại

nội hạt, số điện thoại liên tỉnh hay số điện thoại quốc tế Độ dài của chuỗi số phụthuộc vào đích đến của cuộc gọi (ví dụ như cùng một vùng hay khác vùng hay quốctế).

Thêm vào dó, khi một dịch vụ được cung cấp đôi khi nó cũng yêu cầu địnhdanh của dịch vụ Trong PSTN, dịch vụ được định danh bởi một số đặc biệt, thường

là có phần tiếp đầu đặc biệt ví dụ như 800 IMS cũng cung cấp cơ chế như vậy đểđịnh danh dịch vụ

2.5.1 Định danh chung (Public User Identities)

Trong IMS cũng có một cách tiền định để xác định người dùng Một ngườidùng IMS được cấp phát một hay nhiều định danh chung (Public User Identities).Nhà cung cấp dịch vụ nội hạt có nhiệm vụ cấp phát các định danh này cho mỗi thuêbao IMS Một định danh chung này có thể là một Sip URI hoặc một Tel URI Địnhdanh này được sử dụng như thông tin liên hệ trong sử dụng dịch vụ Trong IMS,định danh chung được sử dụng để dịnh tuyến các bản tin báo hiệu SIP Nếu chúng

ta so sánh giữa IMS và GSM, một định danh người dùng này đối với IMS cũnggiống như MSISDN( Mobile Subcriber ISDN number) trong mạng GSM

Khi định danh người dùng này chứa một Sip URI, nó thường có dạngsip:first.last@operator.com, mặc dù nhà cung cấp IMS có thể chuyển đổi dạng thứcnày và thỏa mãn nhu cầu của bản thân họ Thêm vào đó, cũng có khả năng bao gồmmột số điện thoại trong dạng của Sip URI sử dụng định dạng sau

Sip: +1-212-555-0293@operator.com ; user=phone

Định dạng này là cần thiết bởi vì Sip yêu cầu URI được đăng kí dưới dạngSip URI Vì thế nó không thể đăng kí một Tel URI trong Sip, mặc dù hoàn toàn cóthể đăng kí một Sip URI chứa một số điện thoại

Tel URI là một dạng khác mà định danh người dùng công cộng có thể sửdụng được Dưới đây là Tel URI được trình bày dưới dạng số điện thoại quốc tế:

Tel: +1-212-555-0293

Tel URI là cần thiết để thực hiện một cuộc gọi từ đầu cuối IMS sang mạngđiện thoại công cộng PSTN, bởi vì số điện thoại PSTN được biểu diễn dưới dạng

số Mặt khác Tel URI cũng cần thiết nếu một thuê bao PSTN muốn thực hiện mộtcuộc gọi đến một người dùng IMS, bởi vì người dùng PSTN chỉ có thể quay số

Chúng ta hình dung ra là mỗi nhà cung cấp sẽ cấp phát cho mỗi người dùng

ít nhất một Sip URI và một Tel URI Có rất nhiều lí do cho việc cấp phát nhiều hơnmột định danh người dùng công cộng cho một người dùng, như là khả năng phânbiệt các định danh cá nhân mà bạn bè và người thân đã biết với định danh côngcộng dùng trong công việc kinh doanh được biết đến bởi các đồng nghiệp, hoặc đểkích hoạt một nhóm các dịch vụ

IMS mang đến một khái niệm rất thú vị: một tập không tường minh các địnhdanh người dùng được đăng kí Trong hoạt động thông thường của SIP, mỗi địnhdanh cần đăng kí yêu cầu một bản tin Sip Register Trong IMS, hoàn toàn có thểđăng kí một vài định danh người dùng công cộng trong một bản tin, điều này giúptiết kiệm thời gian và băng thông

Mỗi thuê bao IMS được gán một định danh người dùng riêng tư Khônggiống như định danh người dùng chung, định danh này không phải là Sip URI hayTel URI, thay vào đó nó có dạng một định danh truy nhập mạng NAI (networkaccess identifier) : username@operator.com (RFC2486)

Không giống như định danh người dùng chung, nó không sử dụng để địnhtuyến yêu cầu Sip, thay vào đó nó được sử dụng riêng cho mục đích chứng thực vàđịnh danh thuê bao Một định danh riêng thực hiện chức năng trong IMS cũng giốngnhư IMSI(International Mobile Subscriber Identifier) trong mạng GSM Định danhnày không cần người dùng biết đến, bởi vì nó có thể chứa trong một thẻ thông minhcũng giống như IMSI chứa trong SIM (Subscriber Identity Module)