Phát triển các ứng dụng dựa trên thông tin vị trí cho thuê bao 3g sử dụng công nghệ IMS

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

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 5

MỤC LỤC HÌNH VẼ 6

TỪ VIẾT TẮT 8

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 12

ABSTRACTION 12

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 13

1.1.Tầm quan trọng của đề tài 13

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 16

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) 27

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

2.4.3 Tầng dịch vụ : 34

2.5 Định danh trong IMS 35

2.5.1 Định danh chung (Public User Identities) 36

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

2.6 Tiêu chí lọc 42

2.7 Triển 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: CƠ SỞ LÍ THUYẾT XÂY DỰNG ỨNG DỤNG DỰA TRÊN THÔNG TIN VỊ TRÍ CỦA THUÊ BAO 3G TRÊN NỀN CÔNG NGHỆ IMS 65 4.1 Giới thiệu 65

4.2 Dữ liệu mô tả trạng thái người dùng 67

4.2.1 Dạng cơ bản (PIDF) 67

4.2.2 Dạng mở rộng (RPIDF) 69

4.3 Mô hình dữ liệu trạng thái người dùng cho giao thức SIP 72

4.4 SIP và các thủ tục để thực hiện dịch vụ kiểm tra trạng thái người dùng trong IMS 75

4.5 Kiến trúc dịch vụ kiểm tra trạng thái người dùng trong IMS 76

4.6 Giao thức thao tác dữ liệu XCAP 77

4.7 Một số luồng bản tin báo hiệu cơ bản phục vụ dịch vụ 80

4.7.1 Watcher đăng kí để nhận thông tin trạng thái của một thực thể cung cấp thông tin 81

4.7.2 RLS đăng kí để nhận thông tin trạng thái của người dùng của một thực thể cung cấp thông tin ở mạng khách 85

4.7.3 Thực thể cung cấp thông tin cập nhật thông tin trạng thái 86

4.7.4 Luồng tín hiệu hoạt động HTTP phục vụ dịch vụ kiểm tra trạng thái người dùng 87

CHƯƠNG V: THỰC HIỆN DỊCH VỤ 91

5.1 Các kỹ thuật định vị phổ biến 91

5.1.1 Cell - ID (Cell site Identification) 91

5.1.2 E-OTD (Enhanced Observed Time Difference) 93

5.1.3 A-GPS (Assisted GPS) 94

5.2 Sự cần thiết xây dựng giải pháp ứng dụng bản đồ tích hợp hệ thống LBS 97 5.2.1 Hiện trạng mạng MobiFone 97

5.2.2 Xu hướng phát triển đầu cuối 98

5.2.3 Xu hướng sử dụng bản đồ 98

5.3 Xây dựng giải pháp cung cấp các dịch vụ GTGT trên cơ sở thông tin vị trí thuê bao 99

5.3.1 Xây dựng Client (mMap Client) 100

5.3.2 Xây dựng hệ thống back-end (mMap Server) 104

KẾT LUẬN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đặng Thường, tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ đề tài “Phát triển các ứng dụng dựa trên thông tin vị trí cho thuê bao 3G sử dụng công nghệ IMS” do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Các thông tin, số liệu được sử dụng

trong luận văn là trung thực và chính xác

Học viên

Đặng Thường

MỤC LỤC HÌNH VẼ

HÌNH 2.1 GIAO THỨC SIP 21

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

HÌNH 2.5 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 30

HÌNH 2.9 TẦNG CUNG CẤP DỊCH VỤ 34

HÌNH 2.10 QUAN HỆ GIỮA ĐỊNH DANH CHUNG VÀ ĐỊNH DANH RIÊNG TRONG 3GPP R5 38

HÌNH 2.11 QUAN HỆ GIỮA ĐỊNH DANH CHUNG VÀ ĐỊNH DANH RIÊNG TRONG 3GPP R6 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 ĐÓNG VAI TRÒ SIP PROXY AS 53

HÌNH 3.6 AS ĐÓNG VAI TRÒ SIP REDIRECT AS 53

HÌNH 3.7 SH DATA UML DIAGRAM 57

HÌNH 4.1 CONTACT HIỆN NAY VÀ CONTACT CẢI TIẾN VỚI CÁC THÔNG TIN VỀ TRẠNG THÁI NGƯỜI DÙNG 66

HÌNH 4.2 ỨNG DỤNG MMAP CUNG CẤP CÁC THÔNG TIN TIỆN ÍCH CHO NGƯỜI SỬ DỤNG 66

HÌNH 4.3 MÔ HÌNH DỮ LIỆU PRESENCE CHO SIP 74

HÌNH 4.4 KIẾN TRÚC SIP PRESENCE 76

HÌNH 4.5 KIẾN TRÚC ĐỂ CUNG CẤP DỊCH VỤ KIỂM TRA TRẠNG THÁI NGƯỜI DÙNG TRONG IMS 77

HÌNH 4.6 SỬ DỤNG XCAP 78

HÌNH 4.7 WATCHER ĐĂNG KÍ ĐỂ NHẬN THÔNG TIN TRẠNG THÁI 81

HÌNH 4.8 WATCHER ĐĂNNG KÍ TỚI DANH SÁCH NGUỒN ĐỂ NHẬN THÔNG TIN TRẠNG THÁI CỦA DANH SÁCH NGƯỜI DÙNG 83

HÌNH 4.9 WATCHER ĐĂNG KÍ TỚI DANH SÁCH NGUỒN ĐỂ NHẬN THÔNG TIN TRẠNG THÁI CỦA DANH SÁCH NGƯỜI DÙNG 85

HÌNH 4.10 RLS ĐĂNG KÍ ĐỂ NHẬN THÔNG TIN TRẠNG THÁI CỦA NGƯỜI DÙNG CỦA MỘT THỰC THỂ CUNG

CẤP THÔNG TIN Ở MẠNG KHÁCH 85

HÌNH 4.11 UE XUẤT THÔNG TIN TRẠNG THÁI TỚI PS 86

HÌNH 4.12 XCAP CLIENT THAO TÁC DANH SÁCH NGUỒN Ở XCAP SERVER 88

HÌNH 5.1 CELL-ID KẾT HỢP VỚI CELL-SECTOR HOẶC TA 92

HÌNH 5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA E-OTD 93

HÌNH 5.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA A-GPS 95

HÌNH 5.4 ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ PHẠM VI CỦA CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ 96

HÌNH 5.5 THỐNG KÊ TỈ TRỌNG SỬ DỤNG CÁC LOẠI BẢN ĐỒ 99

HÌNH 5.6 MÔ HÌNH KẾT NỐI THỰC TẾ HỆ THỐNG 108

HÌNH 5.7 CALL-FLOW ĐĂNG KÝ ACCOUNT 109

HÌNH 5.8 CALL-FLOW ĐĂNG KÝ GÓI CƯỚC 110

HÌNH 5.9 CALL-FLOW SỬ DỤNG DỊCH VỤ 110

TỪ VIẾT TẮT 3GPP third generation partnership project

3GPP2 third generation partnership project 2

3PCC 3rd party call control

ARPU average revenue per user

B2BUA back-to-back user agent

BGCF breakout gateway control function

BSS business support system

CAMEL customized applications for mobile networks enhanced logic

CDMA code division multiple access

CSCF call session control function

CSP communciations service provider

DSL digital subscriber line

EDGE enhanced data rates for global evolution

ETSI european telecommunications standards institute

GPRS general packet radio services

GSM global system for mobile communications

HSS home subscriber máy chủ ứng dụng

I-CSCF interrogating-cscf

IDE integrated development environment

IETF internet engineering tmáy chủ ứng dụngk force

IM-SSF ip multimedia service switching function

IMS ip multimedia subsystem

INAP intelligent network application part

ISC ims service control

J2EE java 2 platform, enterprise edition

JAIN java apis for advanced intelligent networks

JCP java community process

MGCF media gateway control function

MRF media resource function

MRFC media resource function controller

NEP network equipment provider

OA&M operation, administration & management

OMA open mobile alliance

OSA open service access

OSS operation support system

PDF policy decision function

PLMN public land mobile network

POC push-to-talk-over-cellular

PSTN public switched telephone network

QOS quality of service

RAN radio access network

RFC request for comment

S-CSCF serving-cscf

SDP session description protocol

SIMPLE sip for instant messaging and presence leveraging extensions

SLEE service logic execution environment

SSP subscriber services profile

TCAP transaction capabilities application part

TDM time-division multiplexing

UMTS universal mobile telecommunications system

VOIP voice over ip

WCDMA wideband code division multiple access

WLAN wireless local area network

LỜI NÓI ĐẦU

3G (Third Generation) hay còn gọi là “Mạng di động thế hệ thứ 3” đã và đang được hầu hết các nhà cung cấp di động ở Việt Nam triển khai, cung cấp cho người dùng Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng cung cấp các các dịch

vụ truyền thông gói đa phương tiện tốc độ cao Hiện nay, dịch vụ thoại vẫn mang lại phần lớn doanh thu cho các nhà cung cấp di động Tuy nhiên, các dịch vụ giá trị gia tăng đang trong giai đoạn bùng nổ và chiếm tỉ trọng ngày càng cao Thêm vào đó đối với các nhà khai thác mạng di động, mạng IP cũng đang trở thành một xu hướng tất yếu Một tiêu chí được đặt ra là làm thế nào để đưa ra các dịch vụ đa phương tiện mới tích hợp vào mạng lõi 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 mục đích tạo ra một mạng IP duy nhất Phân hệ IP Multimedia Subsystem(IMS) đã ra đời trong xu thế phát triển đó

Sau quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách Khoa, để tìm hiểu về kiến trúc IMS và việc triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng mới trên IMS, được sự gợi ý của tiến sĩ Nguyễn Tài Hưng em đã lựa chọn đề tài “Phát triển các ứng dụng di động dựa trên thông tin vị trí cho thuê bao 3G dựa trên nền tảng công nghệ IMS”

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Nguyễn Tài Hưng đã giúp đỡ tận tình cho em trong thời gian vừa qua Em cũng xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã động viên và chia sẻ những kinh nghiệm quý báu cũng như hỗ trợ em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, Ngày 22 Tháng 9 Năm 2011 Học Viên

Đặng Thường

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong những năm gần đây, mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được triển khai và mang lại những tiện ích đáng kể cho người sử dụng Với mong muốn đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ đã không

ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra các kiến trúc mạng mới, IMS (IP Multimedia

Subsystem) đã ra đời với nhiệm vụ hội tụ mạng nhằm mang đến các dịch vụ đa

phương tiện Khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng một cách nhanh chóng

và linh hoạt nhất đã đem lại cho IMS một ưu thế rất lớn trong cạnh tranh

Trong đề tài này, em mong muốn đưa đến cho người đọc không chỉ những kiến thức tổng quan về hệ thống IMS mà còn đưa ra một ví dụ cụ thể về việc triển khai và tích hợp một dịch vụ giá trị gia tăng “Dựa trên thông tin vị trí của thuê bao 3G” để minh họa cho khả năng mở rộng dịch vụ của nó

ABSTRACTION

In recent years, cellular network 3rd generation (3G) has been implemented and brought significant utility to the end user With a desire to better meet the needs

of customers, the service provider did not break, creating a new network

architecture, IMS (IP Multimedia Subsystem) was founded with the mission to

deliver converged networks and multimedia services The ability to provide value added services quickly and most versatile of IMS gives a huge advantage in competition

In this thesis, I want to bring to the reader not only an overview of the IMS system, but also give a concrete example on how to implement and integrate a value-added services "Based on location information of 3G subscribers" to illustrate the scalability of its services

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU

1.1 Tầm quan trọng của đề tài

Mạng di động thế hệ thứ 3 ra đời với ưu thế vượt trội về khả năng cung cấp truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp phần cứng, chỉ cần một chiếc điện thoại 3G, bạn có thể đọc email, vào mạng xã hội, mua hàng online hay tham gia một cuộc họp mọi lúc mọi nơi Nhu cầu của người sử dụng ngày càng đa dạng Họ không chỉ mong muốn tìm thấy thông tin, mà các thông tin đó phải sát với nhu cầu của họ, hiển thị một cách thân thiện nhất, tốc độ nhanh nhất và các giao dịch được đảm bảo an toàn nhất

Với mong muốn kết hợp các dịch vụ truyền thông đa phương tiện với các loại hình mạng truyền dẫn truy nhập hiện có để đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà phát triển đã không ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra các kiến trúc mạng mới, các công nghệ mới nhằm thực hiện mục đích này Sự ra đời của

phân hệ IMS (IP Multimedia Subsystem) trong kiến trúc mạng 3G chính là bước

phát triển quan trọng trong quá trình hợp nhất đó

Việc phát triển hệ thống này không chỉ đem lại những lợi ích về mặt kinh tế cho 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 các máy chủ ứng dụng với các dịch vụ mới vào trong mạng của nhà khai thác di động 1 cách nhanh chóng Thông qua giao diện ISC, máy chủ ứng dụng SIP hay Gateway có thể được kết nối vào mạng IMS, hỗ trợ nhiều loại truy nhập khác nhau…

 Về phía người sử dụng: cho phép người sử dụng có thể truy nhập dễ dàng và an toàn vào mạng đa phương tiện thông, chất lượng dịch vụ được 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 giữa các nước ngày càng cao, các dịch vụ đã hoàn toàn sẵn có đối với người dùng thì nhà cung cấp dịch vụ nào thỏa mãn được người dùng về sự đa dạng trong dịch vụ cung cấp, sự tiện dụng cũng như chi phí thấp nhất sẽ chiếm được lợi thế cạnh trong cạnh

tranh và do đó sẽ kiếm được nhiều lợi nhuận Khả năng cung cấp các dịch vụ với những tính năng như thế là hoàn toàn có thể với IMS

“Các ứng dụng dựa trên thông tin vị trí cho thuê bao 3G” là một trong các dịch vụ mà IMS có thể cung cấp tới người dùng Ý tưởng của dịch vụ này cũng

không ngoài mục đích đem lại sự tiện ích tối đa cho người dùng: với ứng dụng này, người dùng có thể chia sẻ thông tin vị trí trên mạng xã hội, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các thông tin dịch vụ gần gũi nhất cho khách hàng …

Dịch vụ này mặc dù chỉ là một phần rất nhỏ trong số những dịch vụ hấp dẫn

mà IMS có khả năng mang lại tuy nhiên nó cũng là một minh chứng rất điển hình cho những tiện ích về phát triển dịch vụ tương lai mà ims có thể đem lại

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, máy chủ ứng dụng, và

về mô hình hệ thống cung cấp “Ứng dụng dựa trên thông tin vị trí cho thuê bao 3G”:

 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 khái niệm quan trọng sử dụng trong IMS

 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 máy chủ ứng dụng Sip tới các thành phần khác trong mạng lõi IMS

 Nguyên lý thực hiện dịch vụ “Dựa trên thông tin vị trí thuê bao 3G”: mô tả chức năng dịch vụ, thủ tục thực hiện dịch vụ

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ IMS

2.1 Giới thiệu

IMS (IP Multimedia Subsystem) là một cấu trúc mạng được chuẩn hóa sử

dụng giao thức SIP - được thiết kế đầu tiên bởi 3GPP cho việc phát triển các mạng

di động từ mạng GSM, sau đó ETSI/TISPAN mới đẩy mạnh nó cho mạng cố định

Nó có thể hỗ trợ các dịch vụ sử dụng bất cứ công nghệ truy nhập nào và là một kiến trúc khung cho việc triển khai các dịch vụ đa phương tiện trên nền IP đối với người dùng di động Đến nay, IMS đã được chấp nhận bởi các tổ chức chuẩn hóa, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và đương nhiên là cả các nhà sản xuất thiết bị

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 vụ đa phương tiện đa dạng và tạo ra nhiều lợi nhuận hơn trong việc thúc đấy khách hàng

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 sử dụng

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 nhanh chóng và có mặt ở hầu như mọi nơi trên thế giới, từ một mạng nhỏ liên kết một vài trang 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 ích cho hàng triệu người dùng trên toàn thế giới Các điển hình như world wide web và email, và còn nhiều hơn nữa như dịch vụ nhắn tin, presence, voip(voice over ip), hội thảo 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 các dịch vụ mới trên nó Hơn nữa các công cụ cần thiết cho việc tạo ra các dịch vụ Internet 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 tỷ người dùng trên toàn thế giới Các dịch vụ này không chỉ bao gồm các cuộc gọi điện thoại mà còn cả các dịch vụ nhắn tin từ các tin nhắn văn bản đơn giản (như SMS, 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 dùng mạng 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 cho người 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 với người dùng với chỉ các dịch vụ mà chúng cung cấp Điểm mạnh của chúng là người dùng được phủ sóng ở mọi nơi Trong một nước, người dùng có thể sử dụng các thíêt 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 nhập mạng 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 thân mạng 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 thế giới 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 cho phép dữ liệu truyền dẫn với tốc độ cao hơn và băng thông lớn hơn rất nhiều Người

dùng có thể “lướt” web, đọc email, download video và làm bất kỳ việc gì mà họ có muốn thông qua một kết nối internet bất kỳ, như ISDN(integrated service digital network) 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, như voice mail hay conferencing Câu hỏi đặt ra là tại sao lại cần có IMS trong khi tất cả thế mạnh của Internet đã mang lại cho người dùng 3G thông qua mạng chuyển mạch gói? Câu trả lời là: chất lượng dịch vụ(QoS quality of service), khả năng tính cước, và sự tích hợp của các dịch vụ khác nhau

Vấn đề chính của mạng chuyển mạch gói khi cung cấp các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực là nó cung cấp một dịch vụ tốt nhất có thể mà không đảm bảo QoS (best-effort): có nghĩa là, mạng không đưa ra sự đảm bảo về lượng băng 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 thể thay 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 phiên multimedia thời gian thực IMS sẽ thực hiện đồng bộ thiết lập phiên cùng với việc cung 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 truyền hình thông qua mạng chuyển mạch gói thường truyền một lượng thông tin lớn(chủ yếu chứa audio và video đã mã hoá) Phụ thuộc vào các nhà cung cấp 3G mà việc truyền một số lượng lớn dữ liệu như thế có thể tạo ra nhiều chi phí đối với người dùng, vì thế các nhà cung cấp thường tính cước dựa trên số byte đã truyền Họ không thể dựa theo một mô hình kinh doanh khác để tính cước vì họ không biết nội dung của các byte này: chúng có thể thuộc một phiên VoIP, hay một tin nhắn, hay một trang web hoặc một email

Nói cách khác, nếu nhà cung cấp biết được dịch vụ mà người dùng đang sử dụng thì họ có thể cung cấp một cơ chế tính cước linh động, điều này có thể có lợi hơn đối với người dùng Ví dụ, nhà cung cấp có thể tính cước cố định cho mỗi tin

nhắn mà không quan tâm đến kích thước của nó Mặt khác, nhà cung cấp có thể tính cước cho một phiên multimedia dựa trên thời lượng của nó, không quan tâm đến số byte truyền nhận

IMS không phụ thuộc vào mô hình kinh doanh nào Thay vào đó, các nhà cung 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 Họ muốn 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 cung cấp cho người dùng một dịch vụ hoàn toàn mới Ví dụ, một nhà cung cấp có một dịch vụ voicemail có thể lưu trữ các bản tin voice và một nhà sản xuất thứ ba đã phát triển một dịch vụ chuyển đổi text-to-speech Nếu nhà cung cấp mua dịch vụ này từ nhà sản xuất kia , họ có thể cung cấp phiên bản tiếng nói của các bản tin văn bản nhận được cho những người dùng bị mù

IMS định nghĩa các giao diện chuẩn dành cho các nhà phát triển dịch vụ sử dụng Theo cách này, các nhà cung cấp có thể đạt được ưu điểm của công nghiệp tạo ra các dịch vụ của nhiều nhà sản xuất có năng lực, tránh việc gắn chặt với một nhà 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 còn cung 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 chuyển hướng cũng như từ mạng khách Để đạt được các mục tiêu này IMS sử dụng các công nghệ Internet và các giao thức Internet Vì thế, một phiên Mulitmedia giữa hai người dùng IMS, giữa một người dùng IMS và một người dùng Internet và giữa hai người dùng trên Internet cùng sử dụng một giao thức thiết lập giống nhau Các giao diện 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 tiện trền 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 vụ Multimedia 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

2.3.1 Giao thức điều khiển phiên

Các giao thức điều khiển cuộc gọi đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thoại 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 của ITU-T) là sự cải tiến của ISUP Không giống như ISUP, BICC tách phần 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 dụng trên 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 đa phương 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 cần thiết phải truyền qua các host như nhau

 Session initiation protocol (SIP) – RFC 3261: được IETF đặc tả như một giao thức để thiết lập và điều khiển phiên qua mạng IP SIP được 3GPP lựa chọn là giao thức điều khiển phiên SIP dựa trên mô hình client-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 từ HTTP SIP kế thừa hầu hết các đặc tính của hai giao thức trên Điều này tạo ra ưu thế của SIP vì HTTP và SNMP là hai giao thức rất thành công trên nền IP SIP, không như hai giao thức H.323 và BICC, không

phân biệt giao diện UNI và NNI, sip chỉ là một giao thức end-to-end đơn giản Sip dựa trên nền văn bản nên nó dễ dàng sử dụng để phát triển 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

 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 đó đánh giá lời mời

 Khi B sẵn sàng chấp nhận lời mời, nó gửi một xác nhận lại cho người dùng 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 là media hỗ trợ bởi A và B có giống nhau không Nếu A và B hỗ trợ cùng một loại media, cuộc gọi sẽ được thiết lập giữa A và B

Hình 2.1 Giao thức SIP

SIP cung cấp một phương thức chuẩn để thực hiện các bước này Nó thực hiện 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 báo hiệu và điều khiển cuộc gọi Giao thức này được chuẩn hóa bởi IETF và hiện nay nó được chấp nhận rộng rãi như một chuẩn báo hiệu cho 3GPP và như là một thành phần không thể thiếu trong kiến trúc IMS

SIP kế thừa các đặc tính quan trọng của HTTP Nó chia sẻ nhiều đặc điểm quan trong với HTTP và cũng chính vì vậy nhiều người thường thắc mắc liệu SIP

có sử dụng HTTP như một giao thức nền Câu trả lời là không SIP là một giao thức hoạt động ở cùng một tầng với HTTP, điều đó có nghĩa là nó cùng hoạt động ở tầng ứng dụng và sử dụng các giao thức TCP, UDP, SCTP như là các giao 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) và người dùng có khả năng đọc được Cũng giống như HTTP, SIP sử dụng cơ chế yêu cầu – 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 nhất thiết theo sau nó

là một đáp ứng tương ứng Trong thực tế, yêu cầu SIP thường có thể 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 thể hoạt động như một Client Đây là một điểm khác biệt nữa giữa SIP và HTTP Trong HTTP, 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 gia vào một phiên Thân của bản tin này bao gồm một mô tả phiên mà người dùng hay dịch vụ đang được mời

 Ack : xác nhận rằng client nhận được đáp ứng cuối cùng của một bản tin 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 nó muốn kết thúc cuộc gọi

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

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 giữa các người dùng Ví dụ, nội dụng của sdp có thể chỉ ra loại mã hóa hỗ trợ bởi user agent và giao thức sử dụng trao đổi gian thực ( rtp)

2.3.1.2 Bản tin sip

Hình 2.2 Cấu trúc bản tin sip

Hình trên chỉ ra cấu trúc thành phần của một bản tin sip Có 3 thành phần quan 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 hay kết thúc

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

2.3.1.3 Transaction (phiên giao dịch)

Mặc dù nói các bản tin sip được gửi đi một cách độc lập qua mạng, nhưng thực tế chúng thường được sắp xếp vào các transaction ( giao vận) bởi các user agent và một số kiểu proxy server nào đó Do đó có thể nói giao thức sip là một giao thức hỗ trợ transaction

Một transaction là một luồng các bản tin sip được truyền đi một cách tuần tự giữa các phần tử mạng Một transaction chứa thông tin yêu cầu và tất cả các thông tin phản hồi cho thông tin yêu cầu đó hoặc thậm chí nhiều hơn các thông tin phản hồi cuối(final response) Ví dụ như bản tin INVITE được phản hồi bởi nhiều hơn 1 thông tin phản hồi cuối khi một proxy chuyển hướng yêu cầu đó

Nếu một transaction được khởi tạo bởi bản tin yêu cầu INVITE thì transaction đó cũng bao gồm cả bản tin ACK nếu như phản hồi cuối không phải là kiểu 2xx Nếu như thông tin phản hồi cuối là kiểu 2xx thì bản tin ACK sẽ không được 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 hồi cuối, trong khi nó lại không phải là một thành phần của transaction khi được chấp nhận ở phản hồi cuối Lý do cho sự phân biệt này là sự quan trọng của tất cả cả các bản tin 200 OK Không những nó thiết lập một session mà bản tin 200 OK còn được sinh ra bởi các thực thể khi một proxy server chuyển hướng yêu cầu và tất cả các proxy server đó phải chuyển bản tin 200 OK về đến user agent Do đó trong trường hợp này user agent phải lãnh trách nhiệm và truyền lại bản tin 200 OK cho đến khi chúng nhận được bản tin ACK Một lưu ý khác nữa là chỉ có bản tin INVITE là được truyền lại

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

Hình 2.3 Transaction

2.3.1.4 Dialog (hội thoại)

Ở trên chúng ta đã được biết đến transaction, đó là một transaction bao gồm bản tin INVITE và các bản tin phản hồi, một transaction khác bao gồm bản tin BYE

và thông tin phản hồi(200 OK) khi một phiên làm việc kết thúc Nhưng chúng ta có thể thấy rằng cả 2 transaction này có liên quan đến nhau và cùng thuộc một hội thoại(dialog) Một dialog đặc trưng cho mối quan hệ Sip ngang hàng giữa 2 user agent Một dialog tồn tại trong một khoảng thời gian và nó là một khái niệm rất quan 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 có cùng 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 tự từng 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 Trong thực tế số cseq xác định một transaction bên trong một dialog bởi chúng ta đã nói ở trên 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 điểm trong 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 rõ ràng, chi tiết mối quan hệ giữa các bản tin và còn dùng để gửi các bản tin mà không liên quan đến các bản tin khác đến các bản tin nằm ngoài một dialog Điều đó được thực 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 yêu cầu BYE dùng để kết thúc dialog tạo ra bởi bản tin INVITE ở trên Bản tin BYE này 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 cầu không 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

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

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 sử dụng phổ biến trong Internet để thực hiện nhận thực, phân quyền và tính cước Ví dụ khi một người dùng quay số đến một nhà cung cấp dịch vụ Internet , máy chủ truy nhập 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 bởi các ứng dụng diameter Giao thức cơ bản chứa các chức năng cơ bản và được thực thi trong các nút diameter, độc lập với ứng dụng Phần ứng dụng là phần mở rộng của các chức năng cơ bản được tùy biến đi để phù hợp với ứng dụng cụ thể trong một môi trường hoạt động cụ thể

Hình 2.5 Giao thức Diameter cơ bản và các ứng dụng

IMS 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 dụng Diameter trong quá trình thiết lập cuộc gọi nhưng lại sử dụng một ứng dụng Diameter khác trong tính cước

Một bản tin Diameter chứa một phần Header dài 20 octect và một số các cặp giá trị thuộc tính (AVPs – attribute value pairs) Chiều dài phần Header là cố định và luôn luôn có mặt trong tất cả các bản tin Diameter Còn số lượng AVP là thay đổi tùy thuộc 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)

 End-to-end identifier : là giá trị tĩnh chỉ thay đổi khi một nút diameter chuyển 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 riêng cho thuộc tính (attribute) Vendor-id được thiết lập về 0 chỉ ra AVP chuẩn 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 dữ liệu liên quan tới người dùng phục vụ cho việc thực hiện cuộc gọi – có mã chuẩn hóa cho giao diện là sh Chi tiết về giao diện sh và thực thi giao diện này xem thêm trong 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 một nút Cũng tương tự như thế người đó có thể tách một chức năng ra thành hai hay nhiều nút

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

Hình 2.8 Tổng quan kiến trúc IMS

Hình 2.8 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc của hệ thống IMS như chuẩn hóa của 3GPP Trong hình chỉ ra hẩu hết các giao diện báo hiệu trong 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 chia thành 3 phần:

2.4.1 Mạng truy nhập

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

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

2.4.2 Mạng lõi

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

HSS là trung tâm dữ liệu tập trung các thông tin liên quan đến người dùng

Về kĩ thuật thì HSS là sự phát triển của HLR – một nút trong mạng GSM HSS bao gồm các thông tin thuê bao liên quan đến người dùng được yêu cầu để điều khiển các phiên đa phương 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 sử người dùng (bao gồm các dịch vụ mà người dùng 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 số lượng thuê bao quá nhiều so với sự quản lý của một HSS Trong tất cả các trương hợp, tất

cả các dữ liệu liên quan đên một người dùng cụ thể được chứa trong một HSS của mạng mà không cần SLF Mặt khác, mạng với nhiều hơn một HSS yêu cầu 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 đầu vào, sẽ thu được ở đầu ra là HSS có chứa thông tin liên quan đến người dùng đó

Cả HSS và SLF đều thực thi giao thức Diameter với các đặc trưng ứng 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 các bản tin báo hiệu SIP trong IMS Có 3 loại CSCF phụ thuộc vào chức năng mà chúng cung cấp:

cuối IMS Nó có thể được đặt ở mạng khách( trong toàn bộ mạng IMS) hoặc mạng 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 xác định 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, và không thay đổi trong suốt quá trình đăng ký

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

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

 Nó có thể nén và giải nén các bản tin sip dùng sigcomp, để giảm độ trễ 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 khiển phiên Thêm vào việc thực hiện chức năng là một máy chủ sip thì nó cũng đóng 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 ip của thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) và địa chỉ sip của người dùng đó (cũng được biết đến như là định danh chung của người dùng –public user identity)

Cũng giống như I-CSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện diameter với HSS 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 nhập mạng 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 về dịch vụ là một tập các triggers có thể làm cho bản tin sip được định tuyến qua một hoặc một vài máy chủ ứng dụng

 Để khai báo với HSS về S-CSCF được cấp cho người dùng trong suốt quá 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 này nên 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 người dùng

S-Một trong các chức năng chính của S-CSCF là cung cấp dịch vụ định tuyến bản tin sip Nếu người dùng quay số điện thoại thay vì sử dụng Sip URI thì S-CSCF cung 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-CSCF giữ 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 dự phòng Mỗi S-CSCF phục vụ một số lượng đầu cuối tùy thuộc vào dung lượng của

nó

của miền quản trị Địa chỉ IP của nó được công khai trong dns của miền, vì thế các máy chủ ứng dụng ở xa có thể tìm thấy nó và sử dụng nó như một điểm chuyển tiếp cho các gói tin sip tới miền này I-CSCF truy vấn HSS qua giao diện Diameter Cx để truy nhập vị trí người dùng (giao diện Dx được dùng từ I-CSCF tới SLF để định vị chỉ HSS cần thiết) và sau đó định tuyến các 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 mạng chủ khả năng đưa ra các thông báo, trong các luồng media (ví dụ trong cầu hội thảo tập trung), chuyển đổi giữa các lọai mã hóa, thu nhận số liệu thống kê và thực hiện bất cứ loại phân tích media nào

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

MRFP triển khai tất cả các hàm liên quan đến media như là chơi và trộn media 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 định tuyến dựa trên số diện thoại BGCF chỉ dùng trong các phiên được khởi tạo bởi đầu cuối IMS và hướng tới một người dùng trong mạng chuyển mạch kênh như là PSTN hay 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 cùng một mạng mà BGCF được đặt

2.4.3 Tầng dịch vụ :

Hình 2.9 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 máy chủ 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 hoặc trong một mạng thứ 3 bên ngoài Nếu nằm trong mạng chủ, nó có thể truy vấn hss qua giao diện diameter sh(cho máy chủ ứng dụng) hay giao diện map_mobile application 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 điều hành cung cấp dải rộng các dịch vụ dựa trên chuyển mạch gói và thời gian thực Nó

cũng cho phép lưu lại các thông tin của các dịch vụ để có thể thực hiện tính cước dựa theo thời gian cũng như dựa trên dịch vụ và băng thông Từ đặc điểm thiết kế của mình, IMS kế thừa tất cả các dịch vụ ưu việt nhất của mạng viễn thông và internet đặc biệt là các dịch vụ đa phương tiện bao gồm các dịch vụ gọi thông thường 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 được chuẩn hóa

2.5 Định danh trong IMS

Trong bất cứ một mạng nào cũng cần phải định danh được người dùng một cách duy nhất Đây là thuộc tính cho phép một điện thoại nhất định đổ chuông mà không 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 danh người dùng để cho cuộc gọi có thể đến được đúng người dùng Trong mạng điện thoại công cồng, người dùng được định danh bởi số điện thoại (là một tập hợi các chữ số theo thứ tự mà định danh điện thoại thuê bao) Số điện thoại này định ra người 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 phụ thuộc vào đích đến của cuộc gọi (ví dụ như cùng một vùng hay khác vùng hay quốc tế)

Thêm vào dó, khi một dịch vụ được cung cấp đôi khi nó cũng yêu cầu định danh 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 để định 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 người dùng 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 thuê bao IMS Một định danh chung này có thể là một Sip URI hoặc một Tel URI Định danh 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 cũng giống như MSISDN( Mobile Subcriber ISDN number) trong mạng GSM

Khi định danh người dùng này chứa một Sip URI, nó thường có dạng

sip:first.last@operator.com, mặc dù nhà cung cấp IMS có thể chuyển đổi dạng thức này và thỏa mãn nhu cầu của bản thân họ Thêm vào đó, cũng có khả năng bao gồm một số điện thoại trong dạng của Sip URI sử dụng định dạng sau

Định dạng này là cần thiết bởi vì Sip yêu cầu URI được đăng kí dưới dạng Sip URI Vì thế nó không thể đăng kí một Tel URI trong Sip, mặc dù hoàn toàn có thể 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 sử dụng được Dưới đây là Tel URI được trình bày dưới dạng số điện thoại quốc tế:

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 hơn một định danh người dùng công cộng cho một người dùng, như là khả năng phân biệt các định danh cá nhân mà bạn bè và người thân đã biết với định danh công

cộng dùng trong công việc kinh doanh được biết đến bởi các đồng nghiệp, hoặc để kích hoạt một nhóm các dịch vụ

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

2.5.2 Định danh riêng

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

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

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

Nhà cung cấp dịch vụ gán một hay một vài định danh chung và một định danh riêng cho mỗi người dùng Trong trường hợp GSM/UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), thể thông minh có chứa định danh riêng của người dùng có ít nhất một định danh chung HSS là một cơ sở dữ liệu chung cho tất cả các

dữ liệu có liêu quan đến thuê bao, chứa định danh riêng và một tập các định danh chung gán cho người dùng HSS và S-CSCF cũng có thể thấy được sự tương quan giữa định danh công cộng và định danh riêng Hình chỉ ra mối liên quan giữa một thuê bao IMS, định danh riêng và định danh chung Theo hình vẽ một thuê bao IMS được gán một định danh riêng và một số định danh chung (3GPP release 5)

Hình 2.10 Quan hệ giữa định danh chung và định danh riêng trong 3GPP R5

3GPP Release 6 mở rộng mối quan hệ giữa định danh riêng và định danh chung như trên hình vẽ Một thuê bao được cấp phát không chỉ một mà một số định danh riêng Trong trường hợp của UMTS, chỉ có một định danh riêng được chứa trong thể thông minh, nhưng người dùng có thể có nhiều thẻ thông minh khác nhau

mà họ có thể cho vào các đầu cuối IMS Có thể các định danh công cộng này có thể

sử dụng kết hợp với nhiều hơn một định danh riêng Trong trường hợp của định danh chung #2, vì nó được gán cho cả định danh riêng #1 và #2 Điều này cho phép định danh chung #2 có thể sử dụng đồng thời từ hai đầu cuối IMS, mỗi thiết bị có một định danh riêng khác nhau

Hình 2.11 Quan hệ giữa định danh chung và định danh riêng trong 3GPP R6

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

2.5.4.1 Định nghĩa PSI- phân loại PSI

Không giống như định danh người dùng chung được cấp phát cho người dùng, một PSI là một định danh được cấp phát cho một dịch vụ được đăng cai ở máy chủ ứng dụng Ví dụ, một máy chủ ứng dụng đăng cai một chat room được định danh bởi một PSI Giống như định danh người dùng chung, PSIs có thể có dạng Sip URI hay Tel URI

Không giống định danh người dùng chung là PSI không liên quan đến định danh người dùng riêng Sở dĩ như vậy là vì định danh người dùng riêng chỉ sử dụng cho mục đích nhận thực người dùng PSIs không không áp dụng cho người dùng

PSI được chứa trong HSS dưới dạng hoặc là PSI đặc trưng hoặc Wildcarded PSI Một PSI đặc trưng(Distinct PSI) có chứa PSI được sử dụng trong quá trình định tuyến, trong khi wildcards psi là một tập hợp các PSI Wildcards PSI cho phép

ối ưu hoạt động và duy trì các nút Một Wildcards PSI có chứa hơn 2 dấu chấm cảm

sẽ được xem như một cặp dấu ngăn cách

Khi được chứa trong HSS, Wildcarded psi sẽ bao gồm cả các kí tự ngăn cách

để xác định phần mở rộng của PSI

Ví dụ : PSI sau có thể chứa trong HSS "sip:chatlist!.*!@example.com"

Ví dụ các PSI sau giao tiếp trên các giao diện bản tin tới HSS sẽ được đổi thành "sip:chatlist!.*!@example.com" Khi chứa trong HSS:

2.5.4.2 Nguyên lý cấu hình và định tuyến cho định danh dịch vụ công cộng

Dựa trên một loại dịch vụ, các cơ chế khác nhau có thể sử có thể sử dụng để cấu hình và định tuyến PSI dựa trên sự ưa thích của nhà cung cấp dịch vụ

Khi PSI được tạo ra, thì sự duy nhất của PSI cần được đảm bảo Chú ý rằng chỉ có phần Username của PSI là được định nghĩa trước

Bất cứ khi nào có thể , định tuyến đến và đi một PSI có thể được cung cấp bằng cách sử dụng các nguyên tắc cơ bản trong định tuyến IMS

2.5.4.2.1 PSI ở phía khởi tạo

Máy chủ ứng dụng cung cấp dịch vụ PSI có thể bị kích hoạt như là một máy chủ ứng dụng khởi tạo Nó có thể được thực hiện thông qua việc thay đổi thông tin lọc trong thông tin thuê bao của người dùng sử dụng dịch vụ được xác định bởi PSI Sau đó PSI có thể được sử dụng bởi những người dùng này

Bản tin Sip yêu cầu có thể được định tuyến tới máy chủ ứng dụng tương ứng đăng cai dịch vụ tùy theo các quy tắc lọc khởi tạo trong S-CSCF của người dùng đang sử dụng dịch vụ

Những PSI được cấu hình tĩnh trước này chỉ có thể được truy nhập nội bộ từ trong miền IMS của nhà cung cấp dịch vụ mà PSI được cấu hình

2.5.4.2.2 PSI ở phía kết thúc

Máy chủ ứng dụng đăng cai dịch vụ PSI có thể được kích hoạt như là máy chủ ứng dụng kết thúc thông qua thông tin chứa trong HSS Những PSI này có khả năng định tuyến toàn cục và có thể sẵn sàng sử dụng với người dùng trong và ngoài miền nhà cung cấp và có thể lấy một trong các dạng sau:

 PSI đặc trưng được định nghĩa trong TS 23.003 PSI này có thể được tạo ra, sửa chữa và xóa trong HSS bởi nhà cung cấp thông qua cơ chế O&M(vận hành và bảo dưỡng) PSI cũng có thể được tạo ra và xóa bởi người dùng sử dụng giao diện Ut

 PSI đặc trưng có thể được kích hoạt trong HSS bởi máy chủ ứng dụng

sử dụng giao diện Sh

 Wildcarded PSI có thể được tạo, sửa chữa và xóa trong HSS bởi nhà cung cấp dịch vụ thông qua cơ chế vận hành và bảo dưỡng