Nghiên cứu kiến trúc và dịch vụ IMS trong các mạng thế hệ mới

Chương 2: Nghiên cứu về kiến trúc IMS theo tiêu chuẩn của 3GPP bao gồm: các yêu cầu về kiến trúc, các giao thức chính được sử dụng, các thành phần, chức năng của các thành phần và một s

®oµn thÞ quÕ

Hµ Néi – N¨m 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học này do chính tôi nghiên cứu

và thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Nam Quân Nếu có gì sai phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người làm cam đoan

Đoàn Thị Quế

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGN VÀ PHÂN HỆ IMS 3

1.1 Giới thiệu 3

1.2 Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN) 5

1.2.1 Khái niệm NGN 5

1.2.2 Cấu trúc chức năng NGN 7

1.2.3 Vị trí, vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc NGN 10

1.3 Kết chương 13

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC IMS 14

2.1 Các yêu cầu về kiến trúc 14

2.1.1 Thiết lập các phiên IP Multimedia 14

2.1.2 Hỗ trợ kết nối IP 14

2.1.3 Cơ chế đảm bảo QoS cho các dịch vụ IP Multimedia 16

2.1.4 Bảo mật trao đổi 17

2.1.5 Tính cước 17

2.1.6 Hỗ trợ chuyển vùng 19

2.1.7 Liên làm việc với các mạng khác 20

2.1.8 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ 21

2.1.9 Phát triển dịch vụ 21

2.1.10 Thiết kế phân lớp 22

2.1.11 Truy nhập độc lập 23

2.2 Các giao thức chính được sử dụng trong IMS 24

2.2.1 Giao thức điều khiển phiên SIP 24

2.2.2 Giao thức Diameter 36

2.2.3 Các giao thức khác 39

2.3 Các thực thể chức năng trong kiến trúc IMS 39

2.3.1 Các thực thể điều khiển phiên, cuộc gọi (CSCFs) 40

2.3.2 Các thực thể cơ sở dữ liệu (HSS, SLF) 45

2.3.3 Máy chủ ứng dụng (AS) 47

2.3.4 Thực thể quản lý tài nguyên đa phương tiện (MRF) 48

2.3.5 Các thực thể thực hiện chức năng tương tác với các mạng (BGCF, MGCF, IMS-MGW, SGW) 49

2.3.6 Thực thể IMS-ALG và TrGW 51

2.4 Một số giao diện trong kiến trúc IMS 52

2.4.1 Giao diện Gm 52

2.4.2 Giao diện Mw 53

2.4.3 Giao diện ISC 54

2.4.4 Giao diện Cx 55

2.4.5 Giao diện Mr 57

2.4.6 Giao diện Mp 57

2.5 Định danh trong IMS 59

2.5.1 Định danh chung 60

2.5.2 Định danh riêng 61

2.5.3 Mối quan hệ giữa định danh chung và định danh riêng 61

2.6 Tiêu chuẩn lọc, hồ sơ người dùng và hồ sơ dịch vụ 62

2.7 Kết chương 67

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG DỊCH VỤ GIÁ TRỊ GIA TĂNG TRÊN NỀN KIẾN TRÚC IMS 69

3.1 Kiến trúc phân phối dịch vụ trong IMS 69

3.2 Một số dịch vụ giá trị gia tăng xây dựng trên nền kiến trúc IMS 70

3.2.1 Presence 70

3.2.2 Conferencing 78

3.2.3 Messaging 82

3.3 Kết chương 87

CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG DỊCH VỤ INSTANT MESSAGING TRÊN NỀN IMS 88

4.1 Giới thiệu chung về phần mềm OpenIMS của FOKUS 88

4.2 Thực hiện mô phỏng dịch vụ instant messaging trên nền IMS 91

4.2.1 Mô hình triển khai dịch vụ 91

4.2.2 Kết quả thực hiện 91

KẾT LUẬN 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

TÓM TẮT LUẬN VĂN 97

SUMMARY 98

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Từ gốc Nghĩa tiếng Việt

3GPP The 3rd Generation

Partnership Project

Tổ chức (dự án) chuẩn hoá mạng

di động 3G AAA Authentication/Authorizati

on/Accounting

Nhận thực, Cấp quyền, Thanh toán

Interface

Giao diện chương trình ứng dụng

AS Application Server Máy chủ ứng dụng

Mode

Phương thức truyền không đồng

bộ AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực

BGCF Breakout Gateway Control

Function

Chức năng điều khiển cổng chuyển tiếp

CAMEL Customized Applications

for Mobile network Enhanced Logic

Logic mở rộng dịch vụ cho mạng

di động

CDMA Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

COPS Comon Open Policy

Service

Giao thức trao đổi thông tin chính sách dịch vụ

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call Session Control

Telecommunication Standards Institute

Dịch vụ vô tuyến gói chung

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSS Home Subcriber Server Máy chủ chứa dữ liệu của thuê

bao mạng nhà HTTP Hyper Text Transfer

Protocol

Giao thức truyền siêu văn bản

I - CSCF Interrogating CSCF CSCF thực hiện chức năng định

tuyến IETF Internet Engineering Task

Mạng lõi đa phương tiện IP

IMS Internet Protocol (IP)

Subscriber Identifier

Chỉ số thuê bao di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức IP phiên bản 4

IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức IP phiên bản 6

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

ITU-T Telecommunication

Standardization Sector of the International

Telecommunication Union

Bộ phận chuẩn hoá về viễn thông

- Tổ chức Viễn thông quốc tế

MGCF Media Gateway Control

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

OSA Open Service Architecture Kiến trúc dịch vụ mở

P - CSCF Proxy CSCF CSCF chức năng làm Proxy PDF Policy Decision Function Chức năng quyết định chính sách

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

Environment SCS Service Capability Server Server tính năng phục vụ

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TISPAN Telecoms & Internet

converged Services and Protocols for Advanced Networking

Tổ chức chuẩn hoá cho mạng tiên tiến sử dụng các giao thức và dịch vụ hội tụ cho mạng Viễn thông và mạng Internet

THIG Topology Hiding

IP

UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng

Identifier

Định danh tài nguyên

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các bản tin yêu cầu của SIP 31

Bảng 2.2: Các bản tin đáp ứng của SIP 33

Bảng 2.3: Các thực thể IMS và giao diện tương ứng 57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân hệ IMS trong hội tụ mạng 4

Hình 1.2: Các lớp chức năng của NGN 7

Hình 1.3: Cấu trúc chức năng mạng NGN theo 3GPP/TISPAN 10

Hình 1.4: Kiến trúc IMS trong NGN 13

Hình 2.1: Các khả năng lựa chọn kết nối IMS khi một người sử dụng đang chuyển vùng 15

Hình 2.2: Tổng quan về bảo mật của IMS 17

Hình 2.3: Tổng quan tính cước IMS 18

Hình 2.4: Sự lựa chọn chuyển vùng IMS/CS 19

Hình 2.5: Kiến trúc phân lớp của IMS 22

Hình 2.6: Hỗ trợ các truy nhập độc lập trong IMS 23

Hình 2.7: SIP Proxy Server 28

Hình 2.8: SIP Redirect Server 29

Hình 2.9: Cấu trúc của một bản tin SIP 35

Hình 2.10: Thiết lập và giải phóng cuộc gọi SIP 36

Hình 2.11: Giao thức Diameter cơ bản và các ứng dụng 37

Hình 2.12: Định dạng bản tin Diameter 38

Hình 2.13: Cấu trúc AVP 38

Hình 2.14: Kiến trúc IMS - Thể hiện các thực thể chức năng 40

Hình 2:15: P-CSCF đặt tại mạng nhà 42

Hình 2:16: P-CSCF đặt tại mạng khách 42

Hình 2.17: Thiết lập phiên IMS cơ bản và định tuyến S - CSCF 45

Hình 2.18: Cấu trúc của HSS 46

Hình 2.19: Ba dạng máy chủ ứng dụng 47

Hình 2.20: Kiến trúc MRF 48

Hình 2.21: Các thực thể chức năng tương tác với PSTN/CS 49

Hình 2.22: Vị trí chức năng IMS-ALG và TrGW 51

Hình 2.24: Mối quan hệ giữa định danh chung và định danh riêng 62

Hình 2.25: Cấu trúc của hồ sơ người dùng 64

Hình 2.26: Tiêu chí lọc khởi tạo 65

Hình 3.1: Kiến trúc phân phối dịch vụ của IMS 69

Hình 3.2: Contact hiện nay và contact cải tiến với các thông tin về Presence ……… 71

Hình 3.3: Kiến trúc SIP Presence 72

Hình 3.4: Kiến trúc để cung cấp dịch vụ presence trong IMS 73

Hình 3.5: Minh hoạ đăng ký thông tin Presence thông qua dịch vụ 74

URI - list Service 74

Hình 3.6: Luồng bản tin đăng ký để nhận thông tin presence từ một presentity 75

Hình 3.7: Đăng ký list presentity nằm trong RLS 76

Hình 3.8: RLS đăng ký tới một Presentity 77

Hình 3.9: Tạo conference sử dụng conference factory URI 80

Hình 3.10: Mời một người dùng khác tham gia vào hội nghị 81

Hình 3.11: Đăng ký để nhận thông tin trạng thái hội nghị 82

Hình 3.12: Messaging tức thời 83

Hình 3.13: Ví dụ về dịch vụ được cung cấp tin nhắn tức thời 84

Hình 3.14: Luồng bản tin điển hình của messaging dựa trên phiên 86

Hình 4.1: Các thành phần của OpenIMS 88

Hình 4.2: OpenIMS Client khi chạy lần đầu tiên 89

Hình 4.3: Mô hình thực hiện dịch vụ instant messaging trong IMS 91

Hình 4.4: Trạng thái người dùng trên máy Alice client 92

Hình 4.5: Trạng thái người dùng trên máy Bob client 92

Hình 4.6: Gõ địa chỉ URI của Bob trên máy Alice client 93

Hình 4.7: cửa sổ instant messaging của Alice 93

Hình 4.8: Nội dung tin nhắn 94

LỜI NÓI ĐẦU

Sự bùng nổ nhu cầu sử dụng dịch vụ đa phương tiện với yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông Cùng với đó, sự phát triển nhanh chóng của mạng di động, cố định và đặc biệt là mạng Internet đã làm nảy sinh ý tưởng về khả năng hội tụ của các mạng này Sự chuyển đổi theo khuynh hướng hội tụ nhiều

hệ thống mạng khác nhau trên nền toàn IP sẽ sớm trở thành hiện thực Đó là khởi nguồn để IMS - phân hệ truyền thông đa phương tiện dựa trền nền giao thức internet ra đời và phát triển

IMS, theo đánh giá của các công ty tư vấn công nghệ sẽ là công nghệ nền tảng cho phần mạng lõi của mạng thế hệ mới (NGN – Next Generation Network) Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu bởi nhiều tổ chức trên thế giới

Trong bối cảnh như vậy thì việc nghiên cứu IMS là rất cần thiết cho việc cập nhật và xây dựng nền tảng kiến thức về công nghệ cho các kỹ sư Điện tử viễn thông nói chung và bản thân tôi nói riêng Đó là lý do chính để tôi chọn

đề tài “Nghiên cứu kiến trúc và dịch vụ IMS trong các mạng thế hệ mới”

làm luận văn tốt nghiệp cao học

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn:

- Công nghệ mạng lõi IMS là đối tượng nghiên cứu chính trong luận văn

- Phạm vi nghiên cứu của luận văn: Bao gồm các vấn đề về kiến trúc và dịch vụ trong IMS

Nội dung của luận văn:

Nội dung của luận văn tập trung giải quyết một số vấn đề về kiến trúc IMS, các thực thể chức năng IMS, các nền tảng dịch vụ, cấu trúc và cơ chế phân phối dịch vụ trong IMS, cơ sở lý thuyết xây dựng các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền IMS Tất cả nội dung trên được đề cập trong 4 chương

Chương 1: Tìm hiểu về xu hướng phát triển mạng viễn thông, vai trò của IMS

trong sự hợp nhất các mạng Chương này cũng giới thiệu tổng quan về NGN

để thấy được vị trí, vai trò của IMS – 3GPP trong kiến trúc này

Chương 2: Nghiên cứu về kiến trúc IMS theo tiêu chuẩn của 3GPP bao gồm:

các yêu cầu về kiến trúc, các giao thức chính được sử dụng, các thành phần, chức năng của các thành phần và một số giao diện quan trọng trong kiến trúc IMS

Chương 3: Tìm hiểu cấu trúc phân phối dịch vụ, các nền tảng dịch vụ, cơ sở

lý thuyết xây dựng các dịch vụ giá trị gia tăng (presence, conferencing, messaging) trên nền IMS

Chương 4: Tìm hiểu về phần mềm mã nguồn mở OPEN IMS của FOKUS

Sau khi tìm hiểu về OPENIMS, dựa trên cơ sở lý thuyết đã trình bày trong phần 3.2.3, sẽ tiến hành mô phỏng dịch vụ gửi tin nhắn giữa 2 IMS client

Do có sự hạn chế về thời gian nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự chỉ bảo góp ý của Quý thầy cô và các bạn đọc Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Nam Quân

đã hướng dẫn tôi trong quá trình làm luận văn, xin cảm ơn các Thầy cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền thụ kiến thức và cách thức nghiên cứu qua các môn học của khoá học Tôi cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã động viên tôi trong quá trình làm luận văn

Hà Nội, tháng 11 năm 2009

Học viên thực hiện

Đoàn Thị Quế

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGN VÀ PHÂN HỆ IMS

1.1 Giới thiệu

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 Cùng với đó các mạng di động, cố định và đặc biệt là mạng Internet có sự phát triển rất lớn 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 quá 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 không chỉ có thể sử dụng các thíêt bị đầu cuối của mình ở các thành phố mà cả ở nông thôn Hơn nữa do sự hợp tác quốc tế của các nhà cung cấp mà người dùng có thể truy nhập mạng kể cả khi họ ở nước ngoài

Mạng Internet đã phát triển một cách 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 toàn cầu 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 các dịch vụ nhắn tin, Presence, VoIP (Voice Over IP), hội thảo truyền

hình…Sở dĩ 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

Từ tình hình trên dẫn đến một xu hướng về sự hội tụ giữa các loại hình mạng khác nhau, cụ thể là giữa mạng cố định và mạng di động Sự chuyển đổi theo khuynh hướng hội tụ nhiều hệ thống mạng khác nhau trên nền toàn

Hình 1.1: Phân hệ IMS trong hội tụ mạng

Hình 1.1 thể hiện khả năng điều khiển dịch vụ và kết nối dựa trên giao thức IP, không phụ thuộc vào mạng truy nhập IMS là công nghệ chính để hiện thực hoá sự thống nhất của các mạng truy nhập

1.2 Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN)

1.2.1 Khái niệm NGN

NGN được ITU-T định nghĩa như sau:

“Mạng thế hệ mới (NGN) là mạng dựa trên chuyển mạch gói có khả

năng cung cấp các dịch vụ truyền thông và sử dụng các công nghệ truyền tải băng rộng với QoS cho phép và ở đó các chức năng liên quan đến dịch vụ sẽ độc lập với các công nghệ liên quan đến truyền tải ở lớp dưới NGN cho phép người sử dụng lựa chọn dịch vụ mà không phụ thuộc với mạng và với nhà cung cấp dịch vụ NGN hỗ trợ tính lưu động nói chung để có thể cung cấp dịch vụ thích hợp và ở mọi nơi tới người dùng”

ITU-T SG 13:

“A NGN is a packet-based network able to provide telecommunication services and able to make use of multiple broadband, QoS-enabled transport technologies and in which service-related functions are independent from underlying transport-related technologies It enables unfettered access for

users to networks and to competing service providers and/or services of their

choice It supports generalized mobility which will allow consistent and

ubiquitous provision of services to users”

Như vậy NGN được mô tả theo các đặc điểm cơ bản như sau:

− Truyền tải trên nền gói

− Tách biệt các chức năng điều khiển với các khả năng mang, cuộc gọi/ phiên và ứng dụng/ dịch vụ

− Tách riêng việc cung cấp dịch vụ khỏi mạng và cung cấp các giao diện mở

− Hỗ trợ tất cả các dịch vụ, các ứng dụng và các kỹ thuật dựa trên khối xây dựng dịch vụ (bao gồm dịch vụ thời gian thực, phân loại dịch vụ, dịch vụ phi thời gian thực và dịch vụ đa phương tiện)

− Các khả năng băng rộng với QoS đầu cuối tới đầu cuối và truyền tải trong suốt

− Tương tác với các mạng trước đây thông qua các giao diện mở

− Tính lưu động nói chung

− Truy nhập không hạn chế cho người dùng tới các nhà cung cấp dịch

đa phương tiện của người dùng đầu cuối

Một trong các đặc điểm chính của NGN là cấu trúc phân lớp theo chức năng NGN tách riêng các dịch vụ với các mạng, cho phép đưa chúng ra một cách riêng biệt và phát triển độc lập Do đó trong các cấu trúc NGN đưa ra có

sự phân chia rõ ràng giữa các chức năng của dịch vụ và các chức năng truyền tải Một giao diện mở được cung cấp giữa hai phía NGN cho phép cung cấp

cả các dịch vụ đang tồn tại và các dịch vụ mới không phụ thuộc vào mạng và kiểu truy nhập được sử dụng

1.2.2 Cấu trúc chức năng NGN

Nhìn chung NGN vẫn là một xu hướng mới mẻ do vậy chưa có một khuyến nghị chính thức nào của ITU-T được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc NGN, song dựa vào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng thì mạng viễn thông thế hệ sau có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau:

Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là MGC (Media Gateway Control) hay Call agent, được kết nối với các thành phần khác nhau như: SGW (Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Featuer Server), AS (Application Server) để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP

Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt

từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào Cụ thể, lớp điều khiển thực hiện :

- Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch

- Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn giữa các giao diện cổng

- Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối (hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS

- Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp media Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh báo

- Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển

• Lớp truyền tải

Lớp truyền tải trong cấu trúc NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và

chức năng chuyển mạch

- Truyền dẫn: SDH, WDM

- Chuyển mạch: IP, ATM, IP/ATM hay MPLS

Công nghệ SDH đã và đang được sử dụng rất rộng rãi và các tuyến truyền dẫn SDH vẫn đang được tiếp tục thiết lập theo đúng xu hướng của cấu trúc mạng mới do đó việc sử dụng các tuyến này sẽ giúp cho việc triển khai NGN có nhiều thuận lợi

Công nghệ WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kết hợp một số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài bước sóng khác nhau Nhờ đó khả năng truyền dẫn của các tuyến trên mạng

sẽ được tăng lên đáng kể, đáp ứng đầy đủ về mặt dung lượng cho mạng

Như vậy cần phát triển các hệ thống truyền dẫn công nghệ SDH và WDM Đồng thời cần nghiên cứu phát triển các phương tiện truyền dẫn tin cậy, có như vậy việc hội tụ các mạng trên nền công nghệ gói mới có thể thực hiện được

Các công nghệ chuyển mạch cho mạng thế hệ mới có thể là IP, ATM, IP/ATM hay MPLS (MPLS: Multi Protocol Label Switching), điều này tuỳ thuộc vào xu hướng triển khai của các nhà khai thác viễn thông Tuy nhiên nói chung là dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép thích ứng với nhiều tốc độ và loại hình dịch vụ khác nhau Song song với các công nghệ chuyển mạch trên, chuyển mạch quang đang trong giai đoạn nghiên cứu và trong tương lai sẽ có các chuyển mạch quang làm việc theo nguyên lý sau: Chuyển mạch quang phân chia theo không gian, chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

• Lớp truy nhập

- Với truy nhập hữu tuyến: có cáp đồng, cáp quang

- Với truy nhập vô tuyến: có hệ thống thông tin di động GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh Trong tương lai các hệ thống truy nhập không dây sẽ phát triển rất nhanh như truy nhập hồng ngoại, Bluetooth, hay WLAN (Wireless Local Area Network)

• Lớp quản lý

Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp, từ lớp truy nhập cho đến lớp ứng dụng Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây dựng mạng quản lý viễn thông (TMN: Telecommunication Management Network)

như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động

Trên đây là những chức năng cơ bản nhất của mạng NGN Và tùy thuộc vào nhu cầu thực tế mà mạng có thêm những chức năng khác nữa

1.2.3 Vị trí, vai trò của phân hệ IMS trong kiến trúc NGN

IMS khởi đầu như một chuẩn cho mạng vô tuyến được cấu thành và phát triển bởi 3GPP Sau đó các tổ chức 3GPP2, ESTI/TISPAN, ITU-T đã sớm nhận thấy thế mạnh của IMS và lựa chọn IMS như một phần của kiến trúc mạng thế thệ mới NGN mà họ xây dựng

Hình 1.3: Cấu trúc chức năng mạng NGN theo 3GPP/TISPAN

Trong cấu trúc mạng NGN được thể hiện trên hình 1.3, phân hệ IMS nằm trong lớp điều khiển và dịch vụ thực hiện chức năng báo hiệu, điều khiển và phát triển các dịch vụ đa phương tiện trên nền IP

IMS được thiết kế dựa trên SIP cho phép truyền bất kì phương tiện truyền thông nào như thoại, video hay dữ liệu qua bất kì mạng nào

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP bao gồm tất cả các thành phần mạng lõi (CN: Core Network) để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP Các thành phần này bao gồm tất cả các thành phần liên quan đến mạng báo hiệu và mạng mang như đã xác định ở 3GPP TS 23 002: "Network Architecture" Dịch vụ đa phương tiện IP được dựa trên khả năng điều khiển phiên, các mạng mang đa phương tiện, các tiện ích của miền chuyển mạch gói (PS) do IETF xác định

Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo dưỡng qua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đã cố gắng tương thích với các chuẩn IETF (chuẩn Internet) Trong một số trường hợp là lấy chuẩn giao thức của IETF do đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn Internet ví dụ như giao thức SIP

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện IP (IM CN) cho phép các nhà vận hành mạng di động mặt đất công cộng (PLMN: Public Land Mobile Network) sẵn sàng phục vụ các dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng của họ bằng cách xây dựng lên các ứng dụng, các dịch vụ với các giao thức Internet Ở đây không có mục đích là để chuẩn hóa các dịch vụ trong phạm vi của phân hệ IM

CN, mà mục đích chính là để các dịch vụ sẽ được phát triển do các nhà khai thác mạng PLMN và hiệp hội các nhà cung cấp thứ ba khác bao gồm cả không gian Internet đang sử dụng và phân hệ IM CN Phân hệ IM CN có thể cho phép hội tụ để truy nhập thoại, hình ảnh, video, bản tin, dữ liệu và web dựa trên các công nghệ cho người dùng đầu cuối không dây, và có thể phối hợp sự phát triển về Internet với sự phát triển của truyền thông di động

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền thống sang VoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư và giá thành dịch vụ Tuy

nhiên nếu chỉ chuyển sang mỗi mạng VoIP thì vẫn không đủ để giải quyết hết những lo âu về giá thành đầu tư, giá cước thu nhập và còn phải tăng nhiều chi phí mới Khi dịch vụ thoại chuyển sang mạng IP, nó sẽ trở thành một phần của bộ các dịch vụ truyền thông hướng kết nối đa phương tiện thời gian thực chạy trên mạng IP và cùng chia sẻ một sự sắp xếp client-server chung như dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị mạng và các dịch vụ VoIP, 3G … Thêm vào đó để có thể hỗ trợ các dịch vụ mới như dich vụ đa phương tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ mới Nền tảng ở đây được chọn chính là IMS (IP Multimedia Subsystem) do 3GPP định nghĩa và phát triển Giải pháp của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ thống dữ liệu, phần mềm và các dịch vụ chuyên nghiệp, để đáp ứng hoạt động cả mạng đường dây và mạng không dây

Tuy nhiên để các thành phần này hội tụ với các lớp dịch vụ mới và đảm bảo QoS thì mạng phải có một kiến trúc dịch vụ phù hợp và có khả năng để

hỗ trợ cho:

− Tách lớp đầu cuối và truyền tải khỏi lớp điều khiển phiên

− Quản lí phiên qua các dịch vụ thời gian thực

− Tương thích với dịch vụ mạng thông minh tiên tiến

− Tương tác trong suốt với các mạng TDM trước đây

− Hội tụ dịch vụ mạng không dây và dịch vụ mạng đường dây

− Pha trộn thoại với các dịch vụ thời gian thực

− Thống nhất kĩ thuật để chia sẻ thông tin thuộc tính người dùng qua dịch vụ

− Thống nhất kĩ thuật để nhận thực và quảng bá người dùng đầu cuối

− Mở ra giao diện chuẩn và giao diện lập trình ứng dụng

3GPP, ETSI và diễn đàn Parlay định nghĩa kiến trúc IMS để hỗ trợ các yêu cầu đã nói đến trước đây qua phiên bản sau:

Mw Mw

Mm Mm

Mk

Mp Dx

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC IMS

2.1 Các yêu cầu về kiến trúc

Các yêu cầu đặt ra cho kiến trúc IMS, phiên bản trước và các phiên bản trong tương lai được đề cập chi tiết trong tài liệu 3GPP TS 22.228

2.1.1 Thiết lập các phiên IP Multimedia

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

IMS sẽ truyền tải thông tin tới mức tiếp theo bằng việc cung cấp các điều kiện thông tin phong phú hơn Người dùng IMS có thể tuỳ ý lựa chọn nhiều thành phần khác nhau của các dịch vụ dựa trên nền IP trong suốt phiên thông tin đơn Người dùng cũng có thể hợp nhất sự hiện diện và phân chia thoại, video, text, content như là một phần thông tin của họ và họ có thể thêm hoặc bớt các dịch vụ khi họ lựa chọn Ví dụ, hai người có thể bắt đầu một phiên như là một phiên thoại và muộn hơn sẽ thêm vào đó game hoặc video vào cùng phiên đó

2.1.2 Hỗ trợ kết nối IP

Trong IMS, các thiết bị phải được hỗ trợ kết nối IP để truy nhập tới nó Các ứng dụng Peer - to - Peer yêu cầu các kết nối end – to – end và kết nối này là dễ dàng kết nối được với IPv6 bởi vì IPv6 không có sự thiếu hụt địa chỉ

Vì thế, 3GPP đã hỗ trợ IPv6 cho IMS [3GPP TS 23.221] Tuy nhiên, các triển khai và bổ sung IMS lúc đầu có lẽ chỉ sử dụng IPv4 3GPP đã giới thiệu

về cách liên kết nối giữa các phiên bản IP được sử dụng trong IMS [3GPP TR 23.981]

Kết nối IP có thể được sử dụng hoặc từ mạng nhà hoặc từ mạng khách Phần mô tả bên trái trong hình 2.1 đưa ra một tuỳ chọn mà trong đó đầu cuối thuê bao (UE) đã sử dụng một địa chỉ IP từ mạng khách Trong hệ thống thông tin di động toàn cầu (UMTS: Universal Mobile Telecomnunications System), điều này có nghĩa là mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network), nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN: Gate GPRS Support Node) được kết nối trong mạng khách khi một người sử dụng chuyển vùng tới mạng khách Phần mô tả bên phải hình 2.1 đưa ra một tuỳ chọn mà trong đó một UE đã sử dụng một địa chỉ IP từ mạng nhà Rõ ràng, khi một người sử dụng được kết nối trong mạng nhà thì tất cả các yếu tố cần thiết sẽ ở trong mạng nhà và kết nối IP được sử dụng trong mạng nhà

Hình 2.1: Các khả năng lựa chọn kết nối IMS khi một người sử dụng

đang chuyển vùng

Một điều quan trọng là một người sử dụng có thể chuyển vùng và sử dụng kết nối IP từ mạng nhà như đã thể hiện trong hình vẽ Điều này sẽ cho phép những người sử dụng được phép sử dụng những dịch vụ IMS tuỳ chọn thậm chí khi họ đang chuyển vùng trong một vùng mà không có một mạng

IMS nhưng có cung cấp kết nối IP Về lý thuyết, có thể triển khai mạng IMS trong một khu vực/ nước và sử dụng chuyển vùng GPRS để kết nối các khách hàng tới mạng nhà Trong thực tế, điều này sẽ không xảy ra bởi vì khả năng định tuyến sẽ không đủ mạnh

2.1.3 Cơ chế đảm bảo QoS cho các dịch vụ IP Multimedia

Trong mạng Internet công cộng, trễ ở mức cao và hay thay đổi, các gói tin đến không theo trình tự và các gói khác thì bị mất hoặc bị loại bỏ Điều này sẽ không còn ở IMS Các mạng truyền tải và truy nhập mức dưới sẽ cùng với IMS cung cấp QoS từ đầu cuối tới đầu cuối Qua mạng IMS, thiết bị đầu cuối đàm phán khả năng của nó và đưa ra yêu cầu QoS trong suốt quá trình thiết lập hoặc chỉnh sửa phiên SIP Thiết bị đầu cuối có thể đàm phán các thông số, thí dụ như:

- Kiểu Media, hướng truyền

- Tốc độ bít, kích thước gói, tần số truyền tải gói

- Cách sử dụng tải trọng RTP (Real-time Transport Protocol) cho các kiểu Media

- Băng thông thích ứng

Sau khi đàm phán các thông số ở mức ứng dụng, các UE dự trữ các tài nguyên thích ứng từ mạng truy nhập Khi QoS từ đầu cuối đến đầu cuối được thiết lập, các UE mã hoá và đóng gói theo kiểu media riêng với một giao thức thích hợp (chẳng hạn như RTP) và gửi các gói media này tới mạng truy nhập

và truyền tải bằng việc sử dụng giao thức lớp truyền tải (ví dụ, giao thức điều khiển truyền dẫn TCP hoặc giao thức dữ liệu người dùng UDP) qua IP Các nhà vận hành cũng có thể đàm phán sự thoả thuận ở mức dịch vụ cho việc đảm bảo yêu cầu QoS trong liên kết nối vòng xương sống Trong trường hợp UMTS, các nhà vận hành có thể sử dụng GPRS để chuyển vùng thay cho vòng xương sống

2.1.4 Bảo mật trao đổi

Bảo mật là một yêu cầu cơ bản của bất kỳ hệ thống thông tin nào và IMS không phải là ngoại lệ IMS có những cơ chế nhận thực và cấp quyền giữa UE

và mạng IMS được thêm vào trong danh sách các thủ tục của mạng truy nhập (chẳng hạn, mạng GPRS) Ngoài ra, tính toàn vẹn và sự tin cậy tuỳ ý của bản tin SIP được cung cấp giữa UE và mạng IMS và giữa mạng IMS với các thực thể bất kỳ của mạng lõi ở lớp dưới (thí dụ, RAN và GPRS) Bởi vậy, ít nhất IMS cũng phải cung cấp được các mức bảo mật tương ứng với GPRS và các mạng chuyển mạch kênh IMS đảm bảo rằng người sử dụng được nhận thực trước khi họ có thể bắt đầu sử dụng các dịch vụ, và người sử dụng có thể yêu cầu bảo mật khi họ đang giao dịch một phiên

Hình 2.2: Tổng quan về bảo mật của IMS

2.1.5 Tính cước

Từ một nhà vận hành hoặc một nhà cung cấp dịch vụ hợp pháp có thể tính cước người sử dụng ở bất kỳ mạng nào Kiến trúc IMS cho phép các mô hình tính cước khác nhau được sử dụng Điều này bao gồm, khả năng tính cước phía gọi hoặc tính cước cả hai phía gọi và phía bị gọi dựa trên nguồn tài nguyên đã sử dụng ở mức truyền tải Trong trường hợp gần đây, phía gọi có thể được tính cước trọn vẹn trên một phiên ở mức IMS: đó là, có thể sử dụng các sự phối hợp tính cước khác nhau ở mức truyền tải và mức IMS Tuy nhiên, một người vận hành có lẽ sẽ quan tâm đến thông tin tính cước tương quan sinh ra ở các mức tính cước IMS và truyền tải Khả năng này sẽ được cung

cấp nếu một nhà vận hành sử dụng một chính sách điều khiển điểm tham chiếu

Khi các phiên IMS có thể bao gồm nhiều thành phần media phức tạp (thí

dụ, audio và video), có một yêu cầu là IMS cung cấp các phương tiện tính cước cho mỗi một thành phần media Điều này sẽ cho phép khả năng tính cước phía bị gọi nếu người ấy thêm một thành phần media mới vào một phiên

Nó cũng yêu cầu nhiều mạng IMS khác nhau có thể trao đổi thông tin tính cước được áp dụng cho một phiên hiện hành [3GPP TS 22.101, TR 23.815]

Hình 2.3: Tổng quan tính cước IMS

Kiến trúc IMS hỗ trợ cơ chế tính cước online và tính cước offline Tính cước online là một phương pháp tính cước mà trong đó thông tin tính cước thường được áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực, nó tác động trực tiếp tới việc điều khiển phiên/dịch vụ Trong thực tiễn, một nhà vận hành có thể kiểm tra tài khoản của người sử dụng trước khi cho phép người sử dụng chiếm một phiên và dừng một phiên Các dịch vụ trả trước là những ứng dụng mà cần cơ chế tính cước online Tính cước offline là một phương pháp tính cước mà trong đó thông tin tính cước không được ưa dùng với các dịch vụ thời gian thực Nó là một mô hình truyền thống mà trong đó thông tin tính cước được

thu thập qua kỳ hạn riêng biệt và ở cuối kỳ đó, nhà vận hành gửi hoá đơn cho khách hàng

2.1.6 Hỗ trợ chuyển vùng

Hỗ trợ chuyển vùng là một yêu cầu cơ bản kể từ mạng di động thế hệ thứ

2 Chuyển vùng (roaming) giúp người sử dụng có thể liên lạc khi sang một mạng khách

Từ một điểm người sử dụng, việc có được truy nhập tới bất kỳ dịch vụ nào trong vị trí địa lý của người đó là một vấn đề quan trọng Đặc điểm của chuyển vùng khiến nó có thể sử dụng các dịch vụ thậm chí dù cho người sử dụng không nằm trong vị trí địa lý trong vùng dịch vụ của mạng nhà Trong phần 2.1.2 đã miêu tả 2 trường hợp chuyển vùng: cụ thể là, chuyển vùng GPRS và chuyển vùng IMS Thêm vào hai trường hợp đã tồn tại là chuyển vùng trong mạng chuyển mạch kênh và IMS

Hình 2.4: Sự lựa chọn chuyển vùng IMS/CS

Chuyển vùng GPRS có nghĩa là khả năng truy nhập tới IMS khi mạng khách cung cấp RAN và SGSN và mạng nhà cung cấp GGSN và IMS Mô hình chuyển vùng IMS nhắc tới một cấu hình mạng mà trong đó mạng khách cung cấp kết nối IP (thí dụ, RAN, SGSN, GGSN) và điểm tới IMS (tức là, P – CSCF) và mạng nhà cung cấp các chức năng còn lại của IMS Chuyển vùng

giữa IMS và miền mạng lõi chuyển mạch kênh nhắc tới chuyển vùng liên miền giữa IMS và CS Khi một người sử dụng không được đăng ký hoặc không thể liên lạc được trong một miền, một phiên có thể được định tuyến tới miền khác Điều quan trọng là miền mạng lõi chuyển mạch kênh và miền IMS

có các dịch vụ riêng của chúng và không thể được sử dụng từ miền khác Một vài dịch vụ là như nhau và có ở cả trong hai miền (chẳng hạn, VoIP trong IMS và thoại trong mạng lõi chuyển mạch kênh)

2.1.7 Liên làm việc với các mạng khác

Điều hiển nhiên là, không thể triển khai IMS trên toàn thế giới ở cùng một thời điểm Hơn nữa, con người không thể thay đổi thiết bị đầu cuối hoặc thuê bao điện thoại một cách nhanh chóng Điều này nảy sinh một thực trạng

là người dùng mong muốn có thể liên lạc với bất kỳ người nào bằng loại thiết

bị đầu cuối gì mà họ có hoặc ở nơi mà họ sống Để là một mạng liên lạc thông tin mới và thành công thì công nghệ và kiến trúc IMS trước hết phải có khả năng đáp ứng được tất cả các nhu cầu kể trên Vì thế, IMS hỗ trợ liên lạc tới các người sử dụng PSTN, ISDN, mobile và Internet

Hỗ trợ kết nối với Internet là một yêu cầu rõ ràng Mạng Internet sẽ là đích đến của hàng triệu phiên Multimedia được bắt đầu trong IMS Với sự bùng nổ về nhu cầu sử dụng Internet thì số lượng các phiên Multimedia sẽ cũng tăng lên nhanh chóng

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 liên kết làm việc 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 thế yêu cầu này có thể được xem như yêu cầu dài hạn

2.1.8 Hỗ trợ điều khiển dịch vụ

Trong mạng di động thế hệ thứ 2, điều khiển dịch vụ mạng khách được

sử dụng Điều này có nghĩa là, khi một người sử dụng đang chuyển vùng, một thực thể trong mạng khách sẽ cung cấp các dịch vụ và điều khiển lưu lượng cho người sử dụng Các thực thể này ở trong mạng di động thế hệ thứ 2 được gọi là trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động mạng khách

Trong phiên bản 5, cả hai mô hình điều khiển dịch vụ mạng nhà và mạng khách đã được hỗ trợ Việc hỗ trợ hai mô hình này sẽ làm giảm số lượng các giải pháp kiến trúc một cách tối ưu nhất Việc hỗ trợ cả hai mô hình sẽ có điều kiện mở rộng thêm các giao thức của IETF nhưng lại làm tăng thêm độ phức tạp trong việc đăng ký và luồng phiên Điều khiển dịch vụ mạng khách bị bỏ bởi vì nó là một giải pháp phức tạp và không cung cấp thêm giá trị đáng kể nào nữa so với điều khiển dịch vụ mạng nhà Vì thế điều khiển dịch vụ mạng nhà được lựa chọn; điều này có nghĩa là thực thể mà có truy nhập tới cơ sở dữ liệu thuê bao và tương tác trực tiếp với các nền tảng dịch vụ thì luôn luôn được định vị ở mạng nhà của người sử dụng

2.1.9 Phát triển dịch vụ

Yêu cầu có một nền tảng dịch vụ khả biến và khả năng triển khai các dịch vụ mới một cách nhanh chóng là rất quan trọng đối với IMS Yêu cầu này ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế kiến trúc IMS Yêu cầu khảng định rằng các dịch vụ IMS không cần phải tiêu chuẩn hoá 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 hoá hoặc là được thực hiện độc quyền Thậm chí khi một dịch vụ đã được chuẩn hoá, cũng không có một đảm bảo chắc chắn rằng dịch vụ sẽ làm việc khi chuyển vùng sang một mạng khác Trước đây, sự

chuẩn hoá các dịch vụ và công việc kiểm tra gây ra sự chậm chễ đáng kể trong việc triển khai các dịch vụ IMS làm giảm sự chậm trễ này bằng cách tiêu chuẩn hoá khả năng cung cấp dịch vụ thay vì chuẩn hoá dịch vụ riêng lẻ Kiến trúc IMS sẽ bao gồm một framework dịch vụ, cái mà cung cấp khả năng cần thiết để hỗ trợ thoại, video, multimedia, messaging, chia sẻ file, truyền dữ liệu, game và các dịch vụ bổ sung cơ bản trong IMS

2.1.10 Thiết kế phân lớp

3GPP đã quyết định sử dụng phương pháp phân lớp cho thiết kế kiến trúc Điều này có nghĩa là, các dịch vụ mang chuyển và truyền tải được tách rời ra khỏi mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên Xa hơn, các dịch

vụ được chạy trên nền mạng báo hiệu IMS Hình 2.5 thể hiện thiết kế phân lớp của IMS

Hình 2.5: Kiến trúc phân lớp của IMS

Trong một số trường hợp có lẽ không thể phân biệt được giữa các chức năng ở các lớp trên và lớp dưới Việc phân lớp nhằm mục đích giảm thiểu sự phụ thuộc giữa các lớp Nó đem lại lợi ích là, việc thêm các mạng truy nhập mới vào hệ thống sẽ dễ dàng hơn Trong Release 6 của 3GPP IMS, cùng với

khuynh hướng tích hợp giữa mạng tế bào và mạng WLAN, mạng truy nhập WLAN đã được đưa vào như một mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập tế bào Kết hợp với TISPAN, trong Release 7 của IMS, việc cung cấp dịch vụ IMS qua mạng cố định đã được bổ sung Gần đây, 3GPP và TISPAN đã có được một thỏa thuận để cho ra phiên bản Release 8 của IMS với một kiến trúc IMS chung, có thể hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ như IPTV

Việc phân lớp làm tăng thêm tầm quan trọng của lớp ứng dụng khi các dịch vụ được thiết kế để làm việc độc lập với mạng truy nhập và IMS được trang bị để làm cấu nối giữa chúng

2.1.11 Truy nhập độc lập

Ngay từ lúc đầu, IMS được thiết kế để hỗ trợ các truy nhập độc lập nhằm

để các dịch vụ IMS có thể được cung cấp qua bất kỳ các mạng kết nối IP (chẳng hạn, GPRS, WLAN, x-DSL … ) Đáng tiếc, các đặc tả ở phiên bản 5 chỉ bao gồm một số các điểm đặc trưng của đặc tả về GPRS Ở phiên bản 6 (chẳng hạn, GPRS) các vấn đề về đặc tả truy nhập đã được tách ra khỏi mô tả mạng lõi IMS và kiến trúc IMS trở về thiết kế ban đầu của nó (nghĩa là, truy nhập độc lập) Hình 2.6 Biểu thị các kiểu mạng truy nhập độc lập khác nhau

mà IMS có thể kết nối tới Nó bao gồm Fixed Broadband, WLAN, GPRS và UMTS

Hình 2.6: Hỗ trợ các truy nhập độc lập trong IMS

2.2 Các giao thức chính được sử dụng trong IMS

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

2.2.1 Giao thức điều khiển phiên SIP

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)

2.2.1.1 Khái niệm giao thức SIP

Theo định nghĩa của IETF thì SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức điều khiển ở lớp ứng dụng được sử dụng để thiết lập, thay đổi, quản lý

và kết thúc các phiên multimedia (thoại, hình ảnh, tin nhắn) của một hay nhiều bên tham gia trong mạng IP mà không phụ thuộc vào giao thức lớp truyền tải bên dưới

SIP được xây dựng dựa trên ý tưởng và cấu trúc của các giao thức Internet như HTTP (giao thức trao đổi thông tin của www) SIP xây dựng dựa trên mối liên hệ Client- Server trong đó bên gọi (client) đưa ra các yêu cầu và bên bị gọi (server) trả lời SIP là một giao thức dưới dạng văn bản do đó nó dễ dàng mở rộng, gỡ rối và phát triển các dịch vụ

2.2.1.2 Các chức năng và đặc điểm của SIP

• Chức năng của SIP

SIP hỗ trợ năm vấn đề về thiết lập và giải phóng các giao tiếp đa phương tiện:

− Định vị đầu cuối (User Location): định rõ vị trí của điểm kết cuối

đích được sử dụng cho việc truyền tin, hỗ trợ cách giải quyết ánh xạ tên, và định tuyến lại cuộc gọi

− Xác định trạng thái đầu cuối (User availability): xác định tính sẵn

sàng của phía bị gọi tham gia vào truyền tin Nếu một cuộc gọi không thể hoàn thành vì điểm đích không khả dụng, SIP quyết định có hay không có bên bị gọi Sau đó nó gửi trả một bản tin chỉ thị tại sao điểm kết cuối đích không khả dụng

− Xác định khả năng của đầu cuối (User capabilities): xác định phương

tiện và các tham số của nó sẽ được sử dụng, SIP biết được năng lực môi trường của điểm kết cuối đích – qua giao thức mô tả phiên (SDP: Session Description Protocol), SIP quyết định mức thấp nhất của dịch

vụ giữa các điểm kết cuối Hội nghị được thiết lập chỉ khi năng lực môi trường là có thể hỗ trợ cho tất cả các điểm kết cuối

− Thiết lập phiên (Session setup): thiết lập phiên giữa điểm kết cuối

nguồn và đích, thiết lập các tham số của phiên tại cả chủ gọi và bị gọi

− Quản lý phiên (Session management): bao gồm việc điều khiển truyền

và kết thúc phiên, thay đổi các tham số của phiên và các yêu cầu về dịch vụ

• Đặc điểm của SIP

− Hỗ trợ các giao thức Internet: TCP, UDP, DNS

− Thuần kí tự, đơn giản và có khả năng mở rộng: SIP có rất ít bản tin,

không có các chức năng thừa nhưng SIP có thể sử dụng để thiết lập những phiên kết nối phức tạp như hội nghị… SIP đơn giản, gọn nhẹ, dựa trên khuôn dạng text, SIP là giao thức ra đời sau và đã khắc phục

được điểm yếu của nhiều giao thức trước đây SIP có thể mở rộng bằng cách thêm các tiêu đề, tham số và các phương thức Khả năng

mở rộng không chỉ về dịch vụ mà còn cả về kích thước mạng

− Hoạt động với sự kết hợp với các giao thức khác (SDP, RTP/RTCP)

− Dễ dàng tạo các tính năng mới cho dịch vụ và các dịch vụ mới: Là

giao thức khởi tạo phiên trong mạng chuyển mạch gói, SIP cho phép tạo ra những tính năng mới hay dịch vụ mới một cách nhanh chóng Interdomain Protocol for Gateway Route Exchange (TRIP), Call processing Language (CPL) và Common Gateway Interface(CGI) là một số công cụ để thực hiện điều này

− Hỗ trợ tính di dộng của đầu cuối: Do có Location server và Registrar

server và Redirect server hệ thống luôn nắm được địa điểm chính xác của thuê bao Một người dùng chỉ cần một địa chỉ SIP và có thể thiết lập hoặc nhận cuộc gọi tại bất kỳ đâu trong mạng sau khi đã đăng ký một vị trí mới

− Khả năng liên kết hoạt động với mạng điện thoại hiện tại: Nhờ mở

rộng giao thức thêm các tiêu đề, thêm các method

• User Agent (UA)

Trong SIP một UA là một thực thể SIP endpoint UA là nơi khởi tạo và kết thúc các phiên bằng cách trao đổi các yêu cầu và các phúc đáp UA là một ứng dụng, nó bao gồm:

− User Agent Client (UAC): là một ứng dụng client khởi tạo các yêu

cầu của SIP

− User Agent Server (UAS): là một ứng dụng server trả lời các yêu

cầu của UAC

− Back to back User Agent (B2BUA): là một thiết bị SIP mà khi nhận

một bản tin SIP request sẽ tái tạo lại bản tin request đó và gửi đi như một bản tin request mới Các bản tin respone ứng với các bản tin request đó cũng sẽ được tái tạo và gửi đi theo hướng ngược lại

Một số thiết bị mà có chức năng UA trong một mạng SIP là: Các trạm làm việc, điện thoại IP, Gateway điện thoại, Call Agent và các dịch vụ trả lời

tự động

• SIP Server

SIP Server là các thành phần mạng mà cho phép các SIP endpoint có thể trao đổi các bản tin, đăng ký vị trí người sử dụng, và có thể di chuyển giữa các mạng khác nhau SIP server cho phép các nhà khai thác mạng có thể cài đặt các chính sách định tuyến và bảo mật, nhận thực người sử dụng và quản lý các vị trí người sử dụng

Các ứng dụng SIP server có thể có nhiều dạng, nhưng chuẩn về SIP định nghĩa 3 loại Server là Proxy, Redirect, và Registrar Server

− Proxy Server (server đại diện): Chuẩn SIP định nghĩa các Proxy

Server như sau “các thành phần mà định tuyến các bản tin SIP request tới các UAS và các bản tin SIP response tới UAC Mỗi SIP Proxy sẽ ra các quyết định định tuyến và thay đổi các request trước khi chuyển tiếp nó tới thành phần tiếp theo Các Response sẽ định tuyến quay trở lại UAC đi qua các Proxy mà Request đã đi qua theo chiều ngược lại” Hình 2.7 cho thấy thí dụ

về hoạt động của một Proxy Server

Có thể xem các Proxy Server như các router SIP mà chuyển tiếp các request và các response Chuẩn về SIP cho phép các Proxy thực hiện các hoạt động chẳng hạn như xác định tính hợp lệ của bản tin, nhận thực người sử dụng, phân nhánh các request, phân giải địa chỉ, hủy bỏ các cuộc gọi đang chờ, Record-Route và Loose-Route, và phát hiện và điều khiển quay vòng của các bản tin (loop) Sự linh hoạt của các proxy SIP cho phép các nhà khai thác

và quản trị mạng sử dụng các proxy cho các mục đích khác nhau và trong các

vị trí khác nhau trong mạng (chẳng hạn như Proxy biên, Proxy lõi, và Proxy của các doanh nghiệp) Sự linh hoạt này cũng cho phép tạo ra các chính sách proxy khác nhau, chẳng hạn như định tuyến cuộc gọi chỉ cho các thuê bao đã được nhận thực mà không nợ nhà cung cấp dịch vụ mạng mà vận hành proxy

đó

Proxy Server Caller@work.com

iMac

Yªu cÇu (Request) User@work.com Tr¶ lêi (Response)

User@home.net

iMac

Yªu cÇu (Request) User@home.net Tr¶ lêi

(Response)

1

2 4

3

Hình 2.7: SIP Proxy Server

Một Proxy Server được thiết kế là trong suốt với các UA Các Proxy Server được phép thay đổi các bản tin chỉ theo một số cách cụ thể và là hạn chế Ví dụ, một proxy không được phép thay đổi phần thân bản tin SDP của bản tin INVITE Ngoại trừ một số ngoại lệ, các proxy không thể tự tạo ra các