Nghiên cứu thiết kế hệ thống voice mail trên IMS1

Dịch vụ Voice mail là một trong những dịch vụ cơ bản của mạng di động, việc thiết kế hệ thống trên nền IMS để duy trì dịch vụ trên nền platform dịch vụ mới là những yêu cầu bắt buộc của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC DÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG VOICE

MAIL TRÊN IMS

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KHOÁ 2008 – 2010

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH

HÀ NỘI, NĂM 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả thực hiện trong luận văn là kết quả nghiên cứu trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin tron luận văn được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Dân

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng PSTN đang là xu hướng được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc Việc hội tụ các khái niệm Điện tử - Viễn thông – Công nghệ thông tin đã làm mờ các ranh giới tách bách các ngành trên với nhau, các nhà khai thác dịch vụ công nghệ thông tin Internet cũng tham gia vào thị trường viễn thông trên cơ sở hạ tầng mạng Internet trải rộng khắp toàn cầu với nhiều dịch vụ cơ bản, dịch vụ giá trị gia tăng tiện dụng giá cả hết sức cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông truyền thống Xu hướng

này đặt ra một vấn đề tận dụng khả năng di động và nền tảng hạ tầng mạng IP

thuận tiện cho khai thác, quản lý để tạo ra nhiều sản phẩm, dịch vụ và là yếu tố quyết định trong chiến lược cạnh tranh và phát triển của các doanh nghiệp tham gia thị trường viễn thông trên thế giới 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) là một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát triển đó Với IMS, người dùng có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng

di động và đồng thời có thể sử dụng những dịch vụ hấp dẫn từ mạng Internet IMS đã thực sự trở thành chìa khóa để hợp nhất mạng di động và mạng Internet IMS đồng thời cũng trở thành một phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN) của tất cả các hãng sản xuất các thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa trên thế giới

Trong thời gian nghiên cứu thực hiện, được sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hữu

Thanh, tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp cho mình “Nghiên cứu thiết kế hệ thống Voice mail trên nền IMS, khả năng ứng dụng trong mạng VNPT” Đề tài tập trung nghiên

cứu, thiết kế hệ thống Voice mail sử dụng IMS, các yêu về công nghệ, kỹ thuật, thương mại khả năng áp dụng trong thực tế đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ khách hàng và mang lại doanh thu cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông

Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Hữu Thanh đã giúp

đỡ nhiệt tình cho cá nhân tôi hoàn thành đồ án của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 28 tháng 03 năm 2011

Sinh viên: Nguyễn Ngọc Dân

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Xu hướng hội tụ mạng Internet mạng di động và mạng điện thoại cố định đang ngày một trở nên cần thiết và được chú trọng Phân hệ IMS ra đời như là một kiến trúc để đạt được mục đích đó

Việc nghiên cứu thiết kế các dịch vụ trên nền IMS có ý nghĩa quan trọng trong việc xem xét đánh giá, tính khả thi của IMS khi thương mại hoá và cung cấp dịch vụ ra thị trường mang lại nhiều tiện ích cho người tiêu dùng và cả các nhà cung cấp dịch vụ trong tương lai Dịch vụ Voice mail là một trong những dịch vụ cơ bản của mạng di động, việc thiết kế hệ thống trên nền IMS để duy trì dịch vụ trên nền platform dịch vụ mới là những yêu cầu bắt buộc của IMS với các nền tảng cung cấp dịch vụ hiện tại Do vậy đồ án của tôi tập trung nghiên cứu lý thuyết, thiết kế và áp dụng mô hình thực tế về các phần sau:

• Tổng quan chung về IMS

• Thiết kế hệ thống Voice mail trên nền IMS: cơ bản về dịch vụ, thiết kế, triển khai hệ thống…

ABSTRACT

Nowadays, the tendency of converging the Internet and the Cellular Worlds not only becomes more and more essential Therefore, IMS architecture is created to achieve this goal

The research design of IMS-based services are important in considering the assessment, the feasibility of the commercialization of IMS and service provider market brings more benefits to consumers and all service providers in the future Voice mail service is one of the basic services of mobile networks, the design of IMS-based system to maintain a platform-based services are services required by IMS to provide the foundation current services So my thesis focused on studying the theory, design and practical application of models of the following components:

• Overview of IMS

• Voice mail systems design based on IMS: basic services, design, systems implementation

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 4

ABSTRACT 5

MỤC LỤC 6

DANH SÁCH HÌNH VẼ 10

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 13

Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 15

0.1 Tầm quan trọng của đề tài 15

0.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài 16

Chương 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS 17

1.1 Vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di động 3G 17

1.2 Các yêu cầu của IMS 18

1.2.1 Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP 18

1.2.2 Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS 18

1.2.3 Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh (PSTN) 19

1.2.4 Hỗ trợ chuyển vùng 19

1.2.5 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ 19

1.2.6 Hỗ trợ phát triển các dịch vụ 20

1.2.7 Hỗ trợ đa truy nhập 20

1.3 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS 20

1.3.1 Giao thức điều khiển phiên 20

1.3.2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước 21

1.3.3 Các giao thức khác 22

1.4 Tổng quan kiến trúc IMS 22

1.4.2 CSCF - Call/Session Control Function .24

1.4.3 Cơ sở dữ liệu : HSS và SLF 27

1.4.4 AS (Application server) 28

1.4.5 MRF 30

1.4.6 BGCF 30

1.4.7 IMS-ALG và TrGW 30

1.4.8 PSTN/CS gateway 31

1.4.9 Mạng chủ và mạng khách 33

1.5 Nhận dạng người dùng trong IMS 35

1.5.1 Nhận dạng người dùng công cộng 36

1.5.2 Nhận dạng người dùng cá nhân 37

1.5.3 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và nhận dạng người dùng công cộng .37

1.5.4 Nhận dạng dịch vụ công công 39

1.5.5 SIM, USIM và ISIM trong 3GPP 39

Chương 2 GIAO THỨC HỖ TRỢ CHỨNG THỰC, CẤP QUYỀN, TÍNH CƯỚC TRONG IMS 44

2.1 Chứng thực và cấp quyền trong IMS 44

2.2 Giao thức Diameter 45

2.2.1 Cấu trúc bản tin Diameter 48

2.2.2 Cặp giá trị thuộc tính 50

2.2.3 Địa chỉ AAA và AAAS 52

2.2.4 Giao thức Diameter cơ bản 53

2.2.5 Các AVP trong giao thức Diameter cơ bản 57

2.3 Giao diện Cx và Dx 60

2.3.1 Những lệnh trong Diameter ứng dụng cho giao diện Cx 61

2.3.2 Các AVP trong Diameter ứng dụng cho giao diện Cx 68

2.4 Thông tin người dùng 73

2.4.1 Cấu trúc tổng quát thông tin người dùng 73

2.4.2 Nhận dạng công cộng 74

2.4.3 Cấp quyền cho mạng lõi dịch vụ 74

2.4.4 Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu 75

2.5 Giao diện Sh 77

2.5.1 Dữ liệu người dùng trên giao diện Sh 77

2.5.2 Các lệnh định nghĩa trên Diameter ứng dụng cho giao diện Sh 78

2.5.3 Các AVP định nghĩa trong Diameter ứng dụng cho giao diện Sh 81

2.6 Tính cước 82

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VOICE MAIL TRÊN IMS 83

3.1 Khái niệm dịch vụ Hộp thư thoại 83

3.1.1 Khái niệm chung 83

3.1.2 Ưu điểm dịch vụ Hộp thư thoại 85

3.1.3 Hệ thống cung cấp dịch vụ Hộp thư thoại trong phạm vi IMS 85

3.2 Thiết kế hệ thống Voice Mail 87

3.2.1 Kiến trúc hệ thống 87

3.2.2 Erlang và nguyên tắc thiết kế của Erlang 88

3.2.3 Logic dịch vụ 90

3.2.4 Các module hệ thống 92

3.2.5 Các giao thức 95

3.3 Tiến trình cuộc gọi (Call flow) Voice Mail trên IMS 97

3.3.1 IMS client đăng ký dịch vụ 98

3.3.2 Trường hợp IMS client gọi IMS client 99

3.3.3 Trường hợp thuê bao PSTN gọi IMS client 104

Chương 4 ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VNPT 109

4.1 Hiện trạng và định hướng phát triển mạng lưới VNPT 109

4.2 Hiện trạng cung cấp dịch vụ Hộp thư thoại tại VNPT 111

4.3 Đề xuất triển khai Hệ thống Hộp thư thoại trên IMS VNPT 113

KẾT LUẬN 117

PHỤ LỤC 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 15

Chương 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS 17

Hình 1.1 Kiến trúc của mạng UMTS 17

Hình 1.2 Tổng quan kiến trúc IMS 23

Hình 1.3 Cấu trúc của HSS 27

Hình 1.4 Application Server 29

Hình 1.5 IMS-ALG và TrGW 31

Hình 1.6 PSTN/CS Getway giao tiếp với một mạng CS 32

Hình 1.7 P-CSCF đặt tại mạng khách 34

Hình 1.8 P-CSCF đặt tại mạng chủ 35

Hình 1.9 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công cộng trong Realese 5 38

Hình 1.10 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công cộng trong Release 6 38

Hình 1.11 Cấu trúc đơn giản hóa của USIM 40

Hình 1.12 Cấu trúc của ứng dụng ISIM 42

Chương 2 GIAO THỨC HỖ TRỢ CHỨNG THỰC, CẤP QUYỀN, TÍNH CƯỚC TRONG IMS 44

Hình 2.1 Sơ đồ xác thực và cấp quyền trong IMS 45

Hình 2.2 Giao thức Diameter cơ bản và các ứng dụng 46

Hình 2.3 Cấu trúc bản tin Diameter 49

Hình 2.4 Cấu trúc của AVP 51

Hình 2.5 Các lệnh cơ bản của Diameter 54

Hình 2.6 Một số AVP 58

Hình 2.7 Các lệnh định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện Cx 62

Hình 2.8 Bản tin UAR/UAA, MAR/MAA trong quá trình đăng ký 64

Hình 2.9 Bản tin LIR/LIA và bản tin SAR/SAA 66

Hình 2.10 Bản tin RTR/RTA 67

Hình 2.11 Bản tin PPR/PPA 67

Hình 2.12 Các AVP định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện Cx 69 Hình 2.13 Cấu trúc thông tin người dung 73

Hình 2.14 Cấu trúc tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu 75

Hình 2.15 Danh sách lệnh được định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện Sh 78 Hình 2.16 Bản tin UDR/ UDA 79

Hình 2.17 Bản tin PUR/PUA 79

Hình 2.18 Bản tin SNR/SNA và bản tin PNR/PNA 80

Hình 2.19 Các AVP định nghĩa bởi Diameter ứng dụng cho giao diện Sh 81 Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VOICE MAIL TRÊN IMS 83

Hình 3.1 Quy trình xử lý cuộc gọi dịch vụ HTT trong mạng di động.84 Hình 3.2 Quy trình xử lý cuộc gọi dịch vụ HTT trong mạng cố định 84 Hình 3.3 Mô hình đơn giản của IMS 86

Hình 3.4 Sơ đồ khối chức năng hệ thống Voice Mail 87

Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc hình cây trong Erlang 90

Hình 3.6 Thiết kế cơ bản MGC 91

Hình 3.7 Thiết kế cơ bản MG 91 Hình 3.8 Tổng quan về hệ thống Voice Mail ( MGC, MG, các giao diện) 93

Hình 3.9 Giao diện giữa CSCF với HSS 96

Hình 3.10 Bản tin SNR/SNA và PNR/PNA giữa HSS và VMS 97

Hình 3.11 Quá trình đăng ký 98

Hình 3.12 Báo hiệu giữa hai IMS Client với VMS (thuê bao bận) 99

Hình 3.13 Báo hiệu giữa hai IMS Client với VMS (thuê bao tạm thời không liên lạc được) 100

Hình 3.14 Báo hiệu giữa hai IMS Client với VMS (thuê bao không trả lời) 101 Hình 3.15 Báo hiệu giữa thuê bao PSTN, IMS Client và VMS (thuê bao bận) 104 Hình 3.16 Báo hiệu giữa thuê bao PSTN, IMS Client và VMS (thuê bao tạm thời không liên lạc được) 105

Hình 3.17 Báo hiệu giữa thuê bao PSTN, IMS Client và VMS (thuê bao không trả lời) 106

Chương 4 ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VNPT 109

Hình 4.1 Sơ đồ tổng quát mạng truyền tải IP của VNPT 109

Hình 4.2 Thực tế triển khai mạng truyền tải IP của VNPT 110

Hình 4.3 Sơ đồ kết nối mạng VoIP NGN với mạng hiện tại của VNPT 111 Hình 4.4 Cấu trúc tổng thể mạng IMS của VNPT 114

Hình 4.5 Kết nối với mạng ngoài của 5100 CMS 115

Hình 4.6 Kết nối phần cứng trong 5100 CMS 116

CSCF Call/Session Control Function Khối chức năng điều khiển phiên và cuộc gọi

FQDN Fully Qualified Domain Name Tên miền đủ điểu kiện

GGSN Getway GPRS Suport Node Cổng hỗ trợ nút GPRS

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển gói rộng khắp qua sóng vô tuyến HLR Home Location Register Bộ đăng ký vị trí máy chủ

IANA Internet Assigned Numbers Authority Tổ chức cấp phát số hiệu internet

IETF Internet Engineering

IFC Initial Filter Criteria Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu

IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

Ipsec Internet Protocol security Giao thức bảo mật mạng

ITU International Telecommunication

PDF Policy Decision Function Khối chức năng giải quyết chính sách

RADIUS Remote Authentication Dial In User Service Dịch vụ chứng thực cuộc gọi người dùng từ xa

SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRS

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SLF Subcriber Location Function Khối chức năng vị trí thuê bao

Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

0.1 Tầm quan trọng của đề tài

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đặc biệt là trong lĩnh vực viễn thông, các dịch vụ được phát triển ngày càng trở nên phong phú, đa dạng

Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của Internet càng tạo ra nền tảng cho việc phát triển cho rất nhiều dịch vụ Với mong muốn kết hợp các dịch vụ Internet và các dịch vụ

di động truyền thống, 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 trong kiến trúc mạng 3G chính là bước phát triển quan trọng trong quá trình hợp nhất các dịch vụ đó

Việc nghiên cứu, nắm bắt được đặc thù công nghệ, ưu nhược điểm để có lộ trình tiếp cận, kế hoạch đầu tư cụ thể và mô hình cũng như các dịch vụ trong từng giai đoạn

là hết sức cần thiết trong mục tiêu hướng đến hội tụ cố định di động Tại thị trường Việt Nam tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam đã thực hiện kế hoạch đầu tư theo

lộ trình đầu tư mạng lưới thế hệ mới trong đó IMS đang trong giai đoạn triển khai, trước mắt tập trung cho phần cố định Dịch vụ Voice Mail là một trong những dịch vụ được triển khai trong giai đoạn đầu của dự án

Trong phạm vi của đề tài, tôi hy vọng đã phần nào phân tích làm rõ được các khái niệm, đặc điểm , cơ chế hoạt động của IMS Việc thiết kế hệ thống Voice Mail trên nền IMS, mô hình áp dụng dịch vụ trong giai đoạn này là hết sức cần thiết

Đề tài cũng đã thực hiện đánh giá thực trạng mạng lưới VNPT, thực trạng hệ thống cung cấp dịch vụ Voice Mail của VNPT từ đó đưa ra các khuyến nghị và lựa chọn được thiết bị phù hợp với yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ thống, cũng như đề xuất các giai đoạn thực hiện cung cấp dịch vụ trên nền IMS

0.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Với mục đích nghiên cứu thiết kế hệ thống Voice Mail trên IMS, đề tài của tôi bao gồm các nội dung chính sau:

• Chương 1 Tổng quan kiến trúc IMS: Tìm hiểu về kiến trúc IMS, các

thành phần, chức năng của từng thành phần và kiến trúc triển khai

• Chương 2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước trong

IMS: Trình bày về giao thức Diameter và cấu trúc cơ sở dữ liệu người

dùng

• Chương 3 Thiết kế hệ thống Voice mail trên IMS trong đó tập trung

thiết kế kiến trúc của Voice Server, các logic dịch vụ, các giao thức làm việc trong nội bộ Voice Server cũng như giao thức làm việc với các thành phần khác trong IMS

• Chương 4 Đề xuất ứng dụng trong mạng VNPT: Đánh giá thực trạng

mạng lưới của VNPT, mạng khai thác dịch vụ Hộp thư thoại trên mạng VNPT, các bất cập và đề xuất hướng triển khai

• Chương 5 Kết luận: Các kết luận và hướng phát triển của đề tài

Chương 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC IMS

Trong chương này ta sẽ tìm hiểu về vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di động 3G, những yêu cầu khi xây dựng phân hệ IMS và tổng quan về các giao thức, các thành phần chức năng và các cách nhận dạng người dùng trong kiến trúc IMS

1.1 Vị trí và vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng di động 3G

Mạng di động 3G được phân chia logic thành mạng truy nhập (Access Network) và mạng lõi (Core Network) Phía trên cơ sở hạ tầng mạng là nền tảng dịch vụ được sử dụng để tạo ra các dịch vụ khác nhau Hình 1.1 chỉ ra kiến trúc mạng 3G UMTS

Hình 1.1 Kiến trúc của mạng UMTS

Mạng hỗ trợ hai kiểu mạng truy nhập khác nhau:

- Base-station System (BSS) là mạng truy cập GSM

- Radio Network Subsystem (RNS) là mạng truy cập UMTS

Mạng lõi bao gồm miền chuyển mạch kênh (CS) và miền chuyển mạch gói (PS) Hai miền này khác nhau trong cách chúng xử lý dữ liệu Miền chuyển mạch kênh dành sẵn các kênh cho lưu lượng của người dùng Do đó được sử dụng cho các dịch vụ thời gian thực và dịch vụ hội đàm như dịch vụ thoại và dịch vụ hội nghị video Miền chuyển mạch gói được sử dụng cho các ứng dụng dữ liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối như truyền file, truy cập web và e-mail

Phân hệ IMS như trong hình vẽ là một phần trong miền chuyển mạch gói Chức năng của IMS là cung cấp các dịch đa phương tiện trên nền IP, bao gồm các dịch vụ thời gian thực như trong miền chuyển mạch kênh Do đó IMS sẽ làm cho miền chuyển mạch kênh dần dần được thay thế trong tương lai

1.2 Các yêu cầu của IMS

IMS được xây dựng và phát triển với mục đích phải kết hợp được những xu hướng công nghệ mới nhất, làm cho mô hình Internet - Mobile trở thành hiện thực, 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 đẩy khách hàng sử dụng miền chuyển mạch gói trong 3G Để đạt được những mục đích đó thì IMS đã được định nghĩa như là một nền tảng kiến trúc để truyền tải các dịch vụ multimedia IP tới người dùng cuối Nền tảng đó phải thực hiện được những yêu cầu sau:

1.2.1 Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP

IMS có thể truyền tải các dịch vụ đa dạng Yêu cầu này nhấn mạnh sự cần thiết để cung cấp các dịch vụ chính được truyền tải bởi IMS đó là các phiên multimedia qua mạng chuyển mạch gói Kiểu media trong trường hợp này có thể là audio hoặc video Truyền thông multimedia đã được chuẩn hóa trong các chuẩn hóa trước đây của 3GPP nhưng những kiểu truyền thông multimedia này được thực hiện qua mạng chuyển mạch kênh chứ không phải qua mạng chuyển mạch gói

1.2.2 Hỗ trợ cơ chế để thỏa thuận QoS

QoS là một trong các vấn đề quan trọng nhất của IMS QoS cho một phiên multimedia cụ thể được quyết định bởi nhiều nhân tố như băng thông lớn nhất Băng thông lớn nhất có thể được cấp phát cho người dùng dựa trên đăng ký của người dùng hoặc dựa trên tình trạng hiện tại của mạng

1.2.3 Hỗ trợ làm việc liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh

(PSTN)

Hỗ trợ làm việc liên kết vơi Internet là một yêu cầu rõ ràng Mạng Internet sẽ là đích đến của hàng triệu phiên multimedia được bắt đầu trong IMS Khi yêu cầu này đạt được thì số lượng các phiên multimeda sẽ được tăng lên đáng kể

IMS đồng thời cũng hỗ trợ làm việc liên kết với mạng PSTN Những thiết bị đầu cuối IMS đầu tiên sẽ có khả năng kết nối đồng thời với mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói Vì thế khi một người dùng muốn gọi cho một người dùng khác ở trong PSTN hay ở trong mạng di động thì thiết bị đầu cuối IMS chọn miền chuyển mạch kênh

để sử dụng

Mặc dù yêu cầu làm việc liên kết với mạng chuyển mạch kênh là một yêu cầu không bắt buộc nhưng hầu hết các thiết bị đầu cuối IMS sẽ hỗ trợ miền chuyển mạch kênh Vì thể yêu cầu này có thể được xem như yêu cầu dài hạn

1.2.4 Hỗ trợ chuyển vùng

Hỗ trợ chuyển vùng là một yêu cầu cơ bản kể từ mạng di động thế hệ thứ hai Chuyển vùng giúp người dùng có thể liên lạc khi sang một mang khách IMS thừa kế yêu cầu này giúp người dùng duy trì kết nối khi di chuyển sang đất nước khác

1.2.5 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ

IMS giúp nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra những chính sách với những dịch vụ mà

họ cung cấp cho người dùng Có thể chia những dịch vụ này thành 2 loại:

+ Những chính sách áp dụng chung đối với tất cả người sử dụng trong mạng

+ Những chính sách áp dụng riêng lẻ đối với những người dùng cụ thể

Những chính sách chung bao gồm một số các giới hạn do các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra như giới hạn sử dụng các bộ codec dung lượng lớn như G711 trong mạng của họ Thay vào đó họ có thể áp dụng những bộ codec dung lượng nhỏ như AMR

Những chính sách riêng lẻ ngược lại được gắn với mỗi một người dùng cụ thể Ví dụ khi một người dùng có thể có một vài đăng ký để sử dụng các dịch vụ IMS mà không

bao gồm video Thiết bị đầu cuối IMS có thể hỗ trợ video nhưng trong trường hợp người dùng cố gắng để bắt đầu một phiên multimedia mà bao gồm video thì nhà cung cấp sẽ chặn phiên này

1.2.6 Hỗ trợ phát triển các dịch vụ

Yêu cầu này ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế kiến trúc IMS Yêu cầu này khẳng định rằng các dịch vụ IMS không cần phải tiêu chuẩn hóa Nó đánh dấu một cột mốc quan trọng trong thiết kế mạng di động, bởi vì trước đây, tất cả các dịch vụ riêng lẻ hoặc

là phải chuẩn hóa hoặc là được thực hiện độc quyền Thậm chí khi một dịch vụ đã được chuẩn hóa, cũng không có một đảm bảo chắc chắn dịch vụ sẽ làm việc khi chuyển vùng sang một mạng khác IMS giúp cho triển khai các dịch vụ mới đến người dùng nhanh hơn Trước đây, sự chuẩn hóa các dịch vụ và công việc kiểm tra gây ra sự chậm chễ đáng

kể trong việc triển khai dịch vụ IMS làm giảm đáng kể sự chậm trễ này bằng cách tiêu chuẩn hóa khả năng dịch vụ thay vì chuẩn hóa dịch vụ riêng lẻ

1.3 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS

Kiến trúc IMS do 3GPP phát triển dựa trên các giao thức IP được chuẩn hóa bởi IETF Giao thức IP bao gồm các giao thức về điều khiển phiên, các giao thức về chứng thực, cấp quyền và tính toán (AAA) và một số các giao thức khác

1.3.1 Giao thức điều khiển phiên

Các giao thức điều khiển cuộc đóng vai trò chìa khóa trong bất kì một hệ thống điện thoại nào Trong mạng chuyển mạch kênh, các giao thức điều khiển cuộc gọi quan trọng nhất là TUP (Telephony User Part, ITU-T khuyến nghị Q.721), ISUP ( ISDN User Part,

ITU-T, khuyến nghị Q.761) và BICC (Bearer Independent Call Control, ITU-T khuyến nghị Q.1901)

SIP đã được chọn là giao thức điều khiển phiên cho IMS trong nhiều giao thức điều khiển phiên phiên dựa trên IP khác như BICC và H323 SIP được IETF chuẩn hóa trong RFC 3261 (Request for Command) SIP tuân theo mô hình khách - chủ (client-server) SIP được thiết kế dựa trên các nguyên lý cơ bản từ hai giao thức HTTP, SMTP Nên SIP thừa kế hầu hết các đặc tính quan trọng của hai giao thức này Điều này tạo ra sức mạnh cho nó bởi HTTP và SMTP là các giao thức đã rất thành công trong mạng Internet Không giống như H323 và BICC, SIP không phân biệt giao diện người dùng tới mạng (User-to-Network) với giao diện mạng với mạng (Network-to-Network) Trong mô hình SIP chỉ có một giao thức duy nhất hoạt động thông suốt Ngoài ra SIP là một giao thức dưới dạng văn bản do đó nó dễ dàng mở rộng, gỡ rối và phát triển các dịch vụ

1.3.2 Giao thức hỗ trợ chứng thực, cấp quyền, tính cước

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 chứng thực, cấp 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 Diameter ứng dụng Các Diameter ứng dụng là các tùy biến hoặc là các mở rộng Diameter để phù hợp với các môi trường cụ thể

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

1.3.3 Các giao thức khác

Bên cạnh SIP và Diameter, IMS còn sử dụng nhiều giao thức khác Giao thức dịch vụ chính sách mở thông thường COPS (Common Open Policy Service) được dùng để truyền tải chính sách giữa các điểm quyết định dịch vụ PDPs (Policy Decision Points) và các điểm thực hiện chính sách ( Policy Enforcement Points)

H.248 (ITU-T khuyến nghị H.248) được sử dụng bởi các nút báo hiệu để điều khiển các nút trong mặt phẳng media

RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RCTP (RTP Control Protocol, RFC 3550) dùng để truyền tải media như video và audio

1.4 Tổng quan kiến trúc IMS

IMS không được chuẩn hoá theo các nút mà dựa trên chức năng Điều này có nghĩa là kiến trúc IMS là một tập hợp các chức năng được liên kết với nhau bởi các giao diện Các chức năng có thể được kết hợp lại trong môt nút hoặc một chức năng thể được tách

ra thực hiện trong 2 nút hoặc nhiều hơn Thông thường các nhà cung cấp thường thực hiện một chức năng trong mỗi nút riêng lẻ

Hình 1.2 Tổng quan kiến trúc IMS

Hình vẽ 1.2 thể hiện tổng quan kiến trúc IMS Trong hình vẽ này các giao diện báo hiệu trong IMS được thể hiện bằng hai hoặc ba chữ cái

Bên phải của hình vẽ là các thiết bị IMS Phía dưới là thiết bị di động IMS thường được gọi là thiết bị người dùng UE Thiết bị đầu cuối IMS kết nối tới mạng chuyển mạch gói thông qua liên kết vô tuyến IMS đồng thời cũng hỗ trợ các kiểu truy nhập và các thiết bị khác như PDA (Personal Digital Assistant) và máy tính Các thiết bị này có thể truy nhập qua ADSL hoặc WLAN

Phần còn lại của hình vẽ chỉ ra các nút chức năng khác trong kiến trúc lõi của IMS bao gồm:

+ Cơ sở dữ liệu người dùng: HSS (Home Subcriber Servers) và SLF (Subcriber Location Function)

+ Chức năng điều khiển phiên, cuộc gọi: CSCF (Call /Sesion Control Function)

+ Chức năng liên quan đến nguồn media: MRF (Media Resource Fuction) bao gồm

bộ điều khiển chức năng nguồn media MRFC (Media Resource Function Controller) và

bộ xử lý chức năng nguồn media MRFP (Media Resource Function Processor)

+ BGCF (Breakout Gateway Control Function)

+ PSTN gateway bao gồm SGW (Signalling Gateway), MGCF (Media Gateway Controller Function) và MGW (Media Gateway)

1.4.2 CSCF - Call/Session Control Function

CSCF là một SIP server Nó là thành phần cơ bản nhất trong kiến trúc IMS

CSCF xử lý báo hiệu SIP Có ba kiểu khác nhau của CSCF:

1.4.2.1 P-CSCF

P-CSCF là điểm liên lạc đầu tiên giữa thiết bị đầu cuối và mạng IMS Trong mô hình của SIP thì P-CSCF đang làm việc như một oubound/inbound SIP proxy server Tất cả các bản tin SIP được khởi tạo bởi một thiết bị đầu cuối IMS hoặc gửi đến thiết bị đầu cuối IMS đều phải đi qua P-CSCF P-CSCF chuyển tiếp các bản tin SIP: yêu cầu và hồi

đáp theo các hướng phù hợp hoặc là đi tới thiết bị IMS hoặc là tới mạng IMS

P-CSCF được chỉ định cho các thiết bị đầu cuối IMS trong quá trình đăng ký và không thay đổi trong quá trình này

P-CSCF bao gồm nhiều chức năng khác nhau và một trong số chúng liên quan tới bảo mật Nó thiết lập một số liên kết đảm bảo IPsec với các thiết bị đầu cuối IMS Những liên kết bảo mật Ipsec này đảm bảo sự toàn vẹn thực thể, ví dụ như khả năng để

dò tìm nội dung của bản tin có bị thay đổi từ khi nó được tạo ra hay không

Một khi P-CSCF đã chứng thực người dùng (như là một phần của sự thiết lập liên kết bảo mật) thì các nút khác trong mạng không cần phải thực hiện các chứng thực người dùng khác nữa vì chúng tin tưởng vào P-CSCF Sự xác nhận của P-CSCF còn có các chức năng khác như cung cấp các dịch vụ cho các cá nhân và các bản ghi tính cước Một chức năng khác nữa của P-CSCF là chúng kiểm tra sự chính xác của bản tin SIP yêu cầu được gửi bởi thiết bị đầu cuối IMS Chức năng này giúp ngăn chặn các thiết bị đầu cuối gửi các bản tin SIP không chính xác

P-CSCF bao gồm một bộ phận nén và giải nén các bản tin SIP (thiết bị đầu cuối IMS cũng bao gồm chức năng này) Bản tin SIP đôi khi có thể rất lớn Trong khi gửi một bản tin qua một kết nối băng thông rộng chỉ mất một thời gian ngắn thì việc gửi một bản tin SIP qua một kênh băng thông hẹp, như một kết nối vô tuyến chẳng hạn, sẽ mất một vài giây Cơ chế dùng để rút ngắn thời gian truyền một bản tin là nén bản tin lại, truyền qua liên kết vô tuyến và giải nén bên phía nhận

P-CSCF có thể bao gồm một PDF PDF cấp quyền sử dụng media và quản lý QoS trên mặt phẳng media

P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước tới các nút thu thập thông tin tính cước

Với mục đích mở rộng và tạo ra dư thừa để dự phòng thông thường trong một mạng IMS có nhiều P-CSCF Mỗi một P-CSCF phục vụ một số thiết bị đầu cuối IMS phụ thuộc vào dung lượng của nó

P-CSCF có thể được đặt tại mạng khách hoặc mạng chủ Trong trường hợp mạng chuyển mạch gói dựa trên GPRS thì P-CSCF luôn đặt trong cùng một mạng với GGSN

Vì vậy GGSN và P-CSCF có thể cùng đặt tại mạng khách hoặc tại mạng chủ

1.4.2.2 I-CSCF

I-CSCF là SIP proxy được đặt tại biên của miền quản trị Địa chỉ của I-CSCF luôn được liệt kê trong các bản ghi DNS của miền Khi một SIP server tuân theo các thủ tục SIP để tìm chặng SIP tiếp theo cho một bản tin SIP sẽ nhận được địa chỉ của I-CSCF trong miền đích

Ngoài chức năng là một SIP server, I-CSCF còn có một giao diện tới SLF và HSS Giao diện này dựa trên giao thức Diameter Qua giao diện này I-CSCF truy vấn các thông tin về vị trí của người dùng và định tuyến các bản tin SIP tới địa chỉ phù hợp I-CSCF còn có chức năng mã hóa một phần bản tin SIP đang chứa đựng những thông tin nhạy cảm về miền, như số lượng các server trong miền, tên DNS và dung lượng của chúng

Một mạng IMS thường bao gồm nhiều I-CSCF cho mục đích mở rộng và tạo dư thừa I-CSCF thường nằm tại mạng chủ, mặc dù trong một số trường hợp đặc biệt nó có thể được đặt tại mạng khách

1.4.2.3 S-CSCF

S-CSCF là nút trung tâm trong mặt phẳng báo hiệu Ngoài chức năng là một SIP server, S-CSCF còn đóng vai trò là một SIP registrar Nó duy trì một gán kết giữa vị trí của người dùng (như địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) và địa chỉ SIP của người dùng trong bản ghi

Giống như I-CSCF, S-CSCF cũng đồng thời thực hiện giao diện tới HSS để thực hiện các mục đích sau:

+ Tải về các vector chứng thực của người dùng đang truy nhập vào mạng CSCF sử dụng các vector này để chứng thực người dùng

S-+ Tải về hồ sơ người dùng từ HSS Hồ sơ người dùng bao gồm hồ sơ dịch vụ + Thông báo cho HSS rằng S-CSCF này sẽ phục vụ người dùng trong khoảng thời gian đăng ký

Tất cả báo hiệu SIP mà thiết bị đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi qua S-CSCF

S-CSCF giám sát từng bản tin SIP và quyết định xem báo hiệu SIP sẽ đi qua một hay nhiều server ứng dụng hoặc để định tuyến tới đích cuối cùng

Một trong những chức năng chính của S-CSCF là cung cấp chức năng định tuyến bản tin SIP Nếu một người dùng quay một số điện thoại thay vì một SIP URI thì S-CSCF cung cấp dịch vụ chuyển đổi địa chỉ, thường dựa trên DNS E.164 Number Translation (IETF)

S-CSCF đồng thời thi hành các chính sách của nhà điều hành mạng Ví dụ một người dùng không có quyền để thiết lập một loại phiên cụ thể như phiên video chẳng hạn Nói cách khác, S-CSCF ngăn chặn người dùng thực hiện những dịch vụ không được cho phép

S-CSCF luôn luôn nằm tại mạng chủ

1.4.3 Cơ sở dữ liệu : HSS và SLF

HSS và SLF là hai cơ sở dữ liệu chính trong kiến trúc IMS

HSS lưu trữ dữ liệu cho tất cả các thuê bao và tất cả dữ liệu liên quan đến dịch vụ của IMS Dữ liệu được lưu trữ trong HSS bao gồm nhận dạng, thông tin đăng ký thuê bao, tham số truy nhập và thông tin kích hoạt dịch vụ Thông tin nhận dạng gồm có hai loại: Nhận dạng người dùng công cộng và nhận dạng người dùng cá nhân Nhận dạng người dùng cá nhân được sử dụng cho mục đích đăng ký và cấp quyền, trong khi đó nhận dạng người dùng công cộng được người dùng sử dụng để liên lạc với những người dùng khác Các tham số truy nhập IMS được khởi tạo để thết lập một phiên và bao gồm các thông số giống như chứng thực người dùng, cấp quyền chuyển vùng và tên của S-CSCF phụ trách người dùng Thông tin kích họat dịch vụ cho phép thực hiện các dịch vụ SIP

HSS cũng bao gồm một số các chức năng của bộ đăng ký vị trí chủ (HLR) và trung tâm nhận thực (AuC)

Hình 1.3 Cấu trúc của HSS

Chức năng HLR hỗ trợ các thực thể trong miền chuyển mạch gói như SGSN và GGSN Điều này cho phép các thuê bao truy nhập tới các dịch vụ trong miền chuyển mạch gói HLR đồng thời cũng hỗ trợ các thực thể trong miền chuyển mạch kênh như MSC/MSC servers Điều này cũng cho phép các thuê bao có thể truy nhập các dịch vụ trong miền chuyển mạch kênh và hỗ trợ chuyển vùng tới những mạng có miền chuyển mạch kênh

AuC lưu trữ chìa khóa bí mật cho mỗi một thuê bao di động Chìa khóa này được sử dụng để tạo ra dữ liệu bảo mật linh động cho mỗi một thuê bao Dữ liệu được sử dụng cho sự nhận thực lẫn nhau giữa mạng và IMSI (International Mobile Subscriber Identity) Dữ liệu bảo mật cung cấp sự toàn vẹn thực thể và mã hóa thông tin liên lạc qua đường vô tuyến giữa thiết bị đầu cuối và mạng

Một mạng có thể có nhiều hơn một HSS, phụ thuộc vào số lượng thuê bao và khả năng của các thiết bị và tổ chức của mạng

Nếu mạng có một HSS không cần phải có SLF (Subscription Location function) Ngược lại nếu mạng có nhiều hơn một HSS nhất thiết phải có SLF SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản dùng để ánh xạ địa chỉ thuê bao với HSS tương ứng quản lý thuê bao đó Khi một nút khác truy vấn SLF với đầu vào là một địa chỉ thuê bao thì sẽ nhận được địa chỉ của HSS tương ứng chứa các thông tin liên quan đến thuê bao như là đầu ra

HSS và SLF thực hiện giao thức Diameter với các ứng dụng Diameter xác định cho IMS

1.4.4 AS (Application server)

AS là các thực thể SIP đảm nhận và thực hiện các dịch vụ Phụ thuộc vào dịch vụ thực tế mà AS có thể hoạt động ở các chế độ SIP proxy, SIP UA hoặc SIP B2BUA AS giao tiếp với S-CSCF bằng SIP

là một giao diện giữa OSA AS và giao diện lập trình ứng dụng OSA

• IM-SSF ( IP Multimedia Service Switching Function): AS này cho phép tái

sử dụng dịch vụ CAMEL (Customized Application for Mobible Network

Enhanced Logic) được phát triển cho GSM IM-SSF cho phép một gsmSCF (GSM Service Control Function) điều khiển một phiên IMS Một mặt đóng vai trò là một AS và mặt kia đóng vai trò là chuyển mạch dịch vụ giao tiếp với gsmSCF dựa trên giao thức CAP (CAMEL Application Part)

AS có thể được đặt tại mạng chủ hoặc tại mạng của một nhà cung cấp thứ ba Trong trường hợp AS được đặt ngoài mạng chủ thì nó không giao tiếp với HSS

1.4.5 MRF

MRF (Media Resource Funtion) cung cấp nguồn media trong mạng chủ MRF cung cấp khả năng để phát thông báo, trộn các luồng media với nhau, chuyển đổi giữa các loại

mã khác nhau, thu thập thống kê và làm các công việc phân tích media khác

MRF được chia thành MRFC và MRFP MRFC (Media Resource Funtion Control) đóng vai trò như một SIP User Agent và có một giao diện tới S-CSCF MRFC điều khiển nguồn tài nguyên trong MRFP (Media Resource Funtion Processor) thông qua giao diện H.248 MRFP thực hiện tất cả chức năng liên quan đến media như play và trộn media MRF luôn luôn đặt tại mạng chủ

1.4.6 BGCF

BGCF (Breakout Getway Control Function) là một thành phần SIP server cơ bản bao gồm chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại BGCF chỉ được sử dụng trong những phiên mà bắt đầu từ một thiết bị đầu cuối IMS tới một người dùng trong mạng chuyển mạch kênh như PSTN hoặc PLMN

Hai chức năng chính của BGCF:

+ Lựa chọn mạng thích hợp trong trường hợp làm việc với miền chuyển mạch kênh + Lựa chọn PSTN/CS gateway phù hợp

1.4.7 IMS-ALG và TrGW

IMS hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 Ở một số điểm trong phiên multimedia IP việc làm việc chéo giữa hai phiên bản có thể xảy ra Để tránh cho các thiết bị đầu cuối không phải hỗ trợ các chức năng để có thể làm việc liên kết, IMS bổ sung thêm hai thực thể mới đó là:

IMS – Application Layer Gateway (ALG) và Transition Gateway (TrGW) ALG xử lý các vấn đề về báo hiệu (SIP, SDP …), còn TrGW xử lý lưu lượng media (RTP, RCTP)

Hình 1.5 thể hiện mối quan hệ giữa IMS-ALG và TrGW IMS-ALG thực hiện chức năng như một SIP B2BUA bằng cách duy trì hai chặng báo hiệu độc lập Một chặng hướng tới bên trong mạng IMS và chặng còn lại hướng vào mạng khác Mỗi chặng này

sử dụng các phiên bản IP khác nhau Thêm vào đó, IMS-ALG ghi lại SDP bằng cách thay đổi các địa chỉ IP và các port number tạo ra bởi các thiết bị đầu cuối với một hoặc nhiều địa chỉ IP và port number phân bổ cho TrGW Điều này cho phép lưu lượng media được định tuyến tới TrGW

IMS-ALG giao tiếp với I-CSCF với các luồng lưu lượng tới và với S-CSCF cho các luồng lưu lượng đi thông qua giao diện Mx

TrGW là một NAT-PT/NAPT-PT (Network Address Port Translator-Protocol Translator) TrGW được cấu hình với một tập hợp các địa chỉ IP, được phân bổ tự động cho một phiên đã cho TrGW thực hiện sự chuyển đổi media giữa IPv4 và IPv6

1.4.8 PSTN/CS gateway

PSTN gateway cung cấp giao diện hướng tới mạng chuyển mạch kênh, cho phép các thiết bị đầu cuối IMS gọi và nhận các cuộc gọi từ PSTN và tới PSTN

Hình 1.6 PSTN/CS Getway giao tiếp với một mạng CS

PSTN gateway cung cấp giao diện hướng tới mạng chuyển mạch kênh, cho phép các thiết bị đầu cuối IMS gọi và nhận các cuộc gọi từ PSTN và tới PSTN

PSTN gateway được phân chia thành những thành phần chức năng sau:

+ SGW (signalling gateway): Signalling gateway giao tiếp với mặt phẳng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh SGW thực hiện sự chuyển đổi giao thức mức thấp SGW thay thế các giao thức bậc thấp MTP (ITU-T khuyến nghị Q.701) bằng SCTP/IP (Stream Control Transmission Protocol, RFC 2960) Vì vậy, SGW chuyển đổi ISUP (ITU-T khuyến nghị Q.761) hoặc BICC (Bearer-Independent Call Control) trên nền MTP (Message Transfer Part) thành ISUP (ISDN User Part) hoặc BICC trên nền SCTP/IP (Stream Control Tranmission Protocol/Internet Protocol)

+ MGCF (Media GateWay Control Function): MGCF là nút trung tâm của PSTN/CS gateway Nó thực hiện chuyển đổi giao thức và ánh xạ SIP (giao thức điều khiển cuộc gọi trong IMS) thành ISUP/IP hoặc BICC/IP Ngoài ra, MGCF còn điều

khiển nguồn tài nguyên trong MGW (Media GateWay) Giao thức được sử dụng giữa MGCF và MGW là H.248

+ MGW: (Media Gateway) giao tiếp với mặt phẳng media của PSTN Một mặt MGW có khả năng gửi và nhận media IMS trên nền RTP (Real-time Transport Protocol) Mặt khác MGW sử dụng một hoặc nhiều khe thời gian PCM để kết nối tới mạng chuyển mạch kênh Thêm vào đó, MGW thực hiện việc chuyển đổi mã khi mà thiết bị đầu cuối IMS không hỗ trợ các codec được sử dụng bởi mạng chuyển mạch kênh Một tình huống phổ biến thường xảy ra là thiết bị đầu cuối IMS sử dụng mã AMR (Adaptive Multi-Rate) trong khi đó thiết bị đầu cuối PSTN sử dụng mã G.711

1.4.9 Mạng chủ và mạng khách

IMS mượn một vài khái niệm của GSM và GPRS như mạng chủ và mạng khách Khi chúng ta sử dụng điện thoại di động trong khu vực ta cư trú là ta đang sử dụng hạ tầng do các nhà điều hành mạng cung cấp Cơ sở hạ tầng này hình thành mạng chủ

Mặt khác, khi chúng ta chuyển vùng ra ngoài khu vực che phủ của mạng chủ, chúng

ta sử dụng cơ sở hạ tầng được cung cấp bởi một nhà điều hành khác Hạ tầng này được gọi là mạng khách

Để sử dụng được mạng khách thì các nhà điều hành mạng khách và mạng chủ phải có một thỏa thuận với nhau Các thỏa thuận này có thể là giá cước cuộc gọi, chất lượng dịch

vụ hoặc là phương thức qui đổi bảng tính cước

Hầu hết các nút đặt tại mạng chủ nhưng có những nút có thể đặt tại mạng khách hoặc mạng chủ Đó là nút P-CSCF Kiến trúc IMS cho phép hai cấu hình khác nhau cho P-CSCF, tùy thuộc vào vị trí của P-CSCF ở mạng khách hay mạng chủ

Thêm nữa khi mạng truy nhập kết nối IP là mạng GPRS thì vi trị của P-CSCF phụ thuộc vị trí của GGSN Trong tình huống chuyển vùng, GPRS cho phép vị trí của GGSN hoặc ở trong mạng khách hoặc ở trong mạng chủ (Bình thường SGSN luôn ở mạng

khách)

Trong IMS cả GGSN và P-CSCF phải nằm trong cùng một mạng Điều này cho phép P-CSCF điều khiển GGSN qua giao diện Go Khi cả P-CSCF và GGSN nằm trong cùng

một mạng thì giao diện Go luôn luôn là giao diện hoạt động bên trong và làm cho sự hoạt của nó đơn giản hơn

Hình 1.7 chỉ ra cấu hình trong đó P-CSCF nằm trong mạng khách Cấu hình này là giai đoạn tiếp theo của IMS bởi vì nó yêu cầu IMS phải thực hiện từ mạng khách

Mang Khach Mang Chu

Hình 1.7 P-CSCF đặt tại mạng khách

Không thể mong đợi việc tất cả các mạng trên thế giới đều triển khai IMS cùng một lúc Do đó cũng không thể mong chờ tất cả các mạng thành phần sẽ cập nhật các GGSN theo cùng một chuẩn tại cùng một thời điểm và cùng bắt đầu cung cấp dịch vụ IMS Vì vậy chúng ta chỉ có thể mong đợi sớm có sự triển khai IMS mà P-CSCF ở trong mạng chủ như hình 1.8

Hình 1.8 chỉ ra một cấu hình hiện tại khi cả P-CSCF và GGSN nằm trong cùng mạng chủ Cấu hình này không yêu cầu sự hỗ trợ IMS từ mạng khách Mạng khách không cần phải có GGSN tuân theo tiêu chuẩn 3GPP release 5 Mạng khác chỉ cần cung cấp liên lạc

vô tuyến và SGSN Vì vậy, cấu hình này được thực hiện từ những ngày đầu của IMS

Hình 1.8 P-CSCF đặt tại mạng chủ

Tuy nhiên cấu hình này có những bất lợi so với cấu hình trên bởi vì lưu lượng media phải đi qua mạng chủ rồi mới được định tuyến đến mạng khách Điều này gây ra độ trễ lớn

1.5 Nhận dạng người dùng trong IMS

Bất cứ một mạng nào đều phải có khả năng để nhận dạng người dùng một cách duy nhất Đây là một thuộc tính cho phép một máy điện thoại có thể rung chuông khi chúng

ta quay một chuỗi số trong mạng PSTN

Trong mạng PSTN, thuê bao được nhận ra bởi một số điện thoại Số điện thoại được gán cho một thuê bao bao gồm các phần: phần cục bộ, mã vùng và mã quốc tế Phụ thuộc vào đích gọi đến là nội hạt, trong quốc gia hay đi quốc tế mà số điện thọai có thể ngắn hoặc dài Thêm vào đó khi một dịch vụ mới được cung cấp thường có những

số đặc biệt để nhận dạng dịch vụ như 113 chẳng hạn IMS cũng cung cấp cơ chế để nhận dạng dịch vụ

1.5.1 Nhận dạng người dùng công cộng

Trong IMS có một cách tiền định để nhận dạng người dùng Một thuê bao IMS được phân bổ một hay nhiều nhận dạng người dùng công cộng Nhà điều hành chủ chịu trách nhiệm phân phối nhận dạng người dùng công cộng tới mỗi thuê bao IMS Một nhận dạng người dùng công cộng có thể là SIP URI hoặc một TEL URI Nhận dạng người dùng công cộng được sử dụng để làm những thông tin liên lạc trên tấm card giao dịch

Trong IMS, nhận dạng người dùng công cộng được sử dụng để định tuyến báo hiệu SIP

Nhận dạng người dùng công cộng tương ứng với số MSISDN ( Mobile Subcriber ISDN Number) trong GSM

Khi nhận dạng người dùng công cộng chứa một SIP URI, nó thường có dạng :

sip:first.last@operator.com, mặc dù các nhà điều hành IMS có thể thay đổi cấu trúc

này và địa chỉ theo cách của họ Thêm vào đó, nó có thể bao gồm một số điện thoại trong một SIP URI sử dụng định dạng như sau:

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

Định dạng này là cần thiết bởi vì SIP yêu cầu rằng URI trong khi đăng ký phải là một SIP URI Vì vậy nó không có khả năng đăng ký một TEL URI trong SIP, mặc dù nó có khả năng đăng ký một SIP URI mà chứa một số điện thoại

TEL URI là một dạng khác của nhận dạng người dùng công cộng Đây là một TEL URI thể hiện một số điện thoại quốc tế:

tel:+1-212-555-0293

TEL URI cần thiết để có thể gọi từ một thiết bị đầu cuối IMS tới một điện thoại trong PSTN, bởi vì số điện thoại PSTN được thể hiện bởi những chữ số Mặt khác, TEL URI cũng cần thiết nếu một thuê bao PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi tới một người dùng trong IMS, bởi vì người dùng PSTN chỉ có thể bấm những chữ số

Mỗi người dùng sẽ được phân bố ít nhất một SIP URI và một TEL URI Lý do để phân bổ nhiều nhận dạng công cộng là một người dùng có thể có nhiều nhóm liên lạc như gia đình, bạn bè, đồng nghiệp…Có thể mỗi nhóm người sẽ biết được các nhận dạng

công cộng khác nhau của người dùng đó Điều này thuận tiện cho việc kích hoạt những dịch vụ liên quan

Trong IMS một bản tin đăng ký SIP có thể đăng ký nhiều nhận dạng người dùng công cộng để tiết kiệm thời gian đăng ký và băng thông

1.5.2 Nhận dạng người dùng cá nhân

Mỗi thuê bao IMS được gán cho một nhận dạng người dùng cá nhân Không giống nhận dạng người dùng công cộng, nhận dạng người dùng cá nhân không có dạng SIP URIs hay TEL URIs, mà có dạng NAI (Network Access Identifier, RFC 2486) Định

dạng của NAI là username@operator.com

Nhận dạng người dùng cá nhân không để định tuyến bản tin SIP mà dành riêng cho mục đích nhận thực và nhận dạng đăng ký thuê bao Nhận dạng người dùng cá nhân thực hiện chức năng giống như IMSI (International Mobile Subcriber Identifier) trong GSM Người dùng không cần phải biết nhận dạng người dùng cá nhân, bởi vì nó được lưu trữ trong một thẻ thông minh, giống như IMSI được lưu trong SIM

1.5.3 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và nhận dạng người

dùng công cộng

Nhà điều hành phân bổ một hoặc nhiều nhận dạng người dùng công cộng và một nhận dạng người dùng cá nhân cho mỗi người dùng Trong trường hợp của GSM/UMTS thẻ thông minh lưu trữ nhận dạng người dùng cá nhân và ít nhất một nhận dạng người dùng công cộng HSS lưu trữ đồng thời nhận dạng người dùng công cộng và nhận dạng người dùng cá nhân

Mối quan hệ giữa một thuê bao IMS, một nhận dạng người dùng công cộng và một nhận dạng người dùng cá nhân được chỉ ra trên hình 1.9 Một thuê bao IMS được cung cấp chỉ duy nhất một nhận dạng người dùng cá nhân và nhiều nhận dạng người dùng công cộng

3GPP release 6 đã mở rộng mối quan hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và nhận dạng người dùng công cộng như được chỉ ra trong hình 1.10 Một thuê bao IMS không

chỉ được phân bố một mà nhiều nhận dạng người dùng cá nhân Trong trường hợp của UMTS, chỉ có một nhận dạng người dùng cá nhân được lưu trong thẻ thông minh, nhưng người dùng có thể có nhiều thẻ và chứng được lắp vào trong các thiết bị khác nhau

Hình 1.9 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công cộng trong

Realese 5

Hình 1.10 Mối liên hệ giữa nhận dạng người dùng cá nhân và công cộng trong

Release 6