Nghiên cứu giao thức và cơ chế cho phép liên kết kiến trúc IMS với hạ tầng

viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AVP Attribute Value Pairs C p giá trị thuộc tính BGCF Breakout gateway

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - o0o -

LÊ QUANG HÙNG

NGHIÊN CỨU GIAO THỨC VÀ CƠ CHẾ CHO PHÉP LIÊN KẾT

KIẾN TRÚC IMS VỚI HẠ TẦNG MẠNG OPENFLOW – NGHIÊN CỨU

VÀ ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ THỰC THI CHÍNH SÁCH CHẤT LƯỢNG

DỊCH VỤ TRONG MÔI TRƯỜNG IMS

Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Ts Nguyễn Tài Hưng

Hà Nội – Năm 2015

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của chính bản thân Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu biết thực tế của mình, không sao chép từ bất kỳ một luận văn nào khác Mọi thông tin trích dẫn đều đƣợc tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung đƣợc viết trong luận văn này

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 KIẾN TRÚC IMS 3

1.1 Sự ra đời của IMS 3

1.1.1 Đôi nét về quá trình chuẩn hóa IMS 5

1.1.2 Lợi ích IMS mang lại 6

1.2 Kiến tr c IMS 7

1.2.1 Lớp ứng dụng 9

1.2.1.1 Máy chủ ứng dụng 9

1.2.1.2 Cơ sở dữ liệu 10

1.2.2 Lớp điều khiển 11

1.2.2.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF 11

1.2.2.2 Chức năng đa phương tiện MRF 16

1.2.2.3 Điểm tham chiếu (giao diện) 17

1.2.3 Lớp truyền tải 22

1.2.3.1 Thiết ị người sử dụng- UE 22

1.2.3.2 Giao tiếp với mạng PSTN 24

1.2.3.3 Giao tiếp với mạng GSM/GPRS 26

1.2.3.4 Giao tiếp với mạng IP 26

CHƯƠNG 2 CÁC GIAO THỨC CHÍNH SỬ DỤNG TRONG PHÂN HỆ IMS 30

2.1 GIAO THỨC SIP 30

2.1.1 Tổng quan về giao thức SIP 30

2.1.2 Cấu trúc SIP 31

2.1.2.1 Server 31

iii

2.1.2.2 Client 35

2.1.3 Bản tin SIP 36

2.2 GIAO THỨC DIAMETER 36

2.2.1 Tổng quan về giao thức Diameter 36

2.2.2 Cấu trúc giao thức Diameter 38

2.2.2.1 Diameter Replay Agent 38

2.2.2.2 Diameter Proxy Agent 39

2.2.2.3 Diameter Redirect Agent 39

2.2.2.4 Diameter Translation Agent 39

2.2.3 Bản tin Diameter 39

2.2.4 Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter 40

2.3 Các giao thức khác 41

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ OPENFLOW 43

3.1 Tổng quan về sự phát triển OpenFlow 43

3.2 Kiến trúc chung 44

3.2.1 Bảng luồng (Flow table) 47

3.2.2 Đối chiếu các luồng (Matching flows) 48

3.2.3 Các hoạt động thực hiện trên luồng 49

3.2.4 Thống kê luồng 50

3.3 Giao thức OpenFlow 51

3.3.1 Các bản tin Controller-To-Switch 51

3.3.2 Các bản tin không đồng bộ 52

3.3.3 Các bản tin đối xứng 52

3.4 Khối điều khiển OpenFlow và NOX 53

3.5 Các bộ chuyển mạch 53

3.6 Hệ điều hành mạng NOX 54

3.6.1 Tổng quan về NOX 54

3.6.2 Kiến trúc của NOX 54

3.6.3 Các thành phần 56

iv

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT KIẾN TRÚC KẾT HỢP NỀN TẢNG IMS VÀ HẠ TẦNG MẠNG OPENFLOW NHẰM THỰC THI CÁC CHÍNH SÁCH ĐẢM BẢO

CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MÔI TRƯỜNG IMS 61

4.1 Đ t vấn đề 61

4.2 Mô tả kiến tr c đề xuất 63

4.3 Mô hình điểm tham chiếu Gx 67

4.4 Các thành phần chức năng 68

4.4.1 PCRF - Thành phần chức năng các luật tính cước và điều khiển chính sách 68

4.4.2 PCEF - Thành phần chức năng thực thi tính cước và điều khiển chính sách 69

4.5 Các thủ tục điều khiển tính cước và chính sách (PCC) trên điểm tham chiếu Gx 70

4.5.1 Các bản tin trao đổi 70

4.5.2 Thủ tục PULL 71

4.5.3 Thủ tục PUSH 77

KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sự hội tụ mạng 4

Hình 1.2 IMS tách biệt chức năng điều khiển với các chức năng khác 6

Hình 1.3 Kiến trúc IMS theo 3GPP 8

Hình 1.4 Kiến trúc chức năng IMS của TISPAN 9

Hình 1.5 SLF chỉ định HSS phù hợp 11

Hình 1.6 Đăng ký có yêu cầu bảo mật 12

Hình 1.7 Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF 15

Hình 1.8 Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện MRF 16

Hình 1.9 Vị trí các điểm tham chiếu trong IMS 17

Hình 1.10 Điểm tham chiếu Gm 17

Hình 1.11 Điểm tham chiếu Mw 18

Hình 1.12 Điểm tham số Dx 20

Hình 1.13 Điểm tham chiếu Cx 20

Hình 1.14 Điểm tham chiếu ISC 22

Hình 1.15 Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CS CN và ngược lại 25

Hình 1.16 Kiến tr c ph n hệ NASS của ETSI TISPAN 3 27

Hình 1.17 Kiến tr c RACS của TISPAN 28

Hình 2.1 Cấu trúc SIP 32

Hình 2.2 Proxy Server 32

Hình 2.3 Hoạt động của Proxy Server 32

Hình 2.4 Redirect Server 34

Hình 2.5 Hoạt động của Redirect Server 34

Hình 2.6 Giao thức Diameter 37

Hình 2.7 Cấu trúc bản tin trong giao thức Diameter 39

Hình 2.8 Lỗi giao thức trong Diameter 40

Hình 2.9 Lỗi ứng dụng trong giao thức Diameter 41

Hình 3.1 Kiến trúc mẫu OpenFlow switch 44

vi

Hình 3.2 Mô hình mạng OpenFlow đơn giản 45

Hình 3.3 Thứ tự các hoạt động của một gói tin tới bộ chuyển mạch 46

Hình 3.4 Bảng luồng gồm 3 thành phần 47

Hình 3.5 Sơ đồ kiến trúc của khối điều khiển NOX 55

Hình 4.1 Kiến tr c kết hợp nền tảng IMS và hạ tầng mạng OpenFlow 63

Hình 4.2 Mối quan hệ giữa PCRF, PCEF với các thành phần và giao diện Gx 68

Hình 4.3 Các bản tin trao đổi trong thủ tục Pull 71

Hình 4.4 Sửa đổi và thiết lập kênh truyền mạng truy nhập UE khởi tạo 73

Hình 4.5 Kết th c kênh truyền mạng truy nhập UE khởi tạo 76

Hình 4.6 Các bản tin trao đổi trong thủ tục Push 77

Hình 4.7 Sự tương tác giữa PCEF và PCRF để sửa đổi phiên kết nối do PCRF khởi tạo 78

vii

DANH MỤC ẢNG IỂU

Bảng 2.1 Bản tin yêu cầu SIP 36Bảng 2.2 Bản tin đáp ứng SIP 36Bảng 2.3 Bản tin đáp ứng trong trường hợp có lỗi xảy ra 41Bảng 3.1 Danh sách các cổng ảo cho các hoạt động chuyển tiếp được mô tả trong chuẩn OpenFlow 49Bảng 3.2 Danh sách các giá trị đếm khai báo bởi một bộ chuyển mạch OpenFlow 50

viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AVP Attribute Value Pairs C p giá trị thuộc tính

BGCF Breakout gateway control function Chức năng điều khiển cổng truyền

thông BSC Base Station Controller Chức năng điều khiển trạm gốc

CCF Charging Collection Function Chức năng tính phí tổng hợp

CGI Common Gateway Interface Cổng giao diện chung

COPS Common Open Policy Services Dịch vụ chính sách mở chung

CS Circuit Switched Chuyển mạch mạch

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình động máy chủ DNS Domain Name System Hệ thống phân giải tên miền

EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức chứng thực mở rộng

ETSI European Telecommunication

Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến nhà dân

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hổ trợ cổng GPRS

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile

communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê ao thường trú

HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn ản

IANA Internet Assigned Numbers

Authority

Tổ chức cấp phát số hiệu Internet

ICID IMS Charging ID Mã tính phí trong IMS

IETF Internet Engineering Task Force Lực Lượng Quản Lý Kỹ Thuật

IMSI International Mobile Subscriber Khóa nhận dạng thuê ao di động quốc

ix

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng dịch vụ số tích hợp

LPDP Local Policy Decision Point Điểm quyết định chính sách cục bộ MCC Mobile Country Code Mã di động quốc gia

MG Media gateway Cổng truyền thông

MGC Media gateway controller Điều khiển cổng truyền thông

MGCF Media gateway control function Chức năng điều khiển cổng phương

tiện MINE Multipurpose Internet Mail Extension Mạng thư điện tử đa mục đích mở rộng MMS Multimedia Message Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện

MNC Mobile Network Code Mã mạng di động

MRFC Multimedia Resource Function

NASS Network Attachment Subsystem Phân hệ mạng bổ sung

NMSI National Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động quốc gia OCF Online Charging Function Chức năng tính phí trực tuyến

OMA Open Mobile Alliance Liên minh di động mở

OSP Open Settlement Protocol Giao thức thanh toán mở

PCC Policy and Charging Control Điều khiển tính cước và chính sách PCEF Policy and Charging Enforcement

x

PEP Policy enforcement point Điểm thực hiện chính sách

PoC Push-to-Talk over Cellular Bộ đàm

PS Packet Switched Chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại công cộng toàn cầu RACS Resource Admission Control

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức lưu trữ tài nguyên mạng RTP Realtime Transport Protocol Giao thức điều khiển luồng dữ liệu thời

gian thực RTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức luồng dữ liệu thời gian thực SAP Session Advertisement Protocol Giao thức quảng cáo trong phiên kết

nối SBC Session Border Controller Công nghệ điều khiển đường biên của

phiên SBLP Service Based Local Policy Chính sách dịch vụ cục bộ cơ ản SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức điều khiển truyền dòng

phương tiện SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên

SGSN Signaling GPRS support nút Nút báo hiệu hổ trợ GPRS

A-RACF Access Resource and admission

SIP Session Initial Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SNTP Simple Network Time Protocol Giao thức đơn giản thời gian trong

xi

mạng TACACS Terminal Access Controller Access

Control System

Hệ thống truy cập và điều khiển từ xa

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

TISPAN Telecoms and Internet converged

Services and Protocols for Advanced

Networking

Tổ chức tích hợp giao thức, dịch vụ mạng và viễn thông

TLS Transport layer Security Bảo mật lớp vận chuyển

T-SPCEF Transport Singnalling Gateway Cổng truyền báo hiệu

UA User Agent Người sử dụng

UAC User Agent Client Thành phần người sử dụng

UAS User Agent Server Thành phần máy chủ

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UICC Universal Integrated Circuit Card Thẻ tích hợp toàn cầu

URL Universal Resource Locator Bộ định vị tài nguyên toàn cầu

USIM Universal Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao toàn cầu VoIP Voice over Internet Protocol Thoại trên nền giao thức Internet

1

LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin liên lạc càng cao và nhu cầu ấy

đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống con người Hiện tại và trong

thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ gia tăng như: thoại, dữ liệu,

hình ảnh với chất lượng cao ngày một tăng Các dịch vụ thời gian thực (ho c gần

thực) yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS cao ngày càng được phát triển rộng rãi Sự chuyển đổi theo khuynh hướng hội tụ nhiều hệ thống mạng khác nhau trên nền toàn

IP sẽ sớm trở thành hiện thực Trong bối cảnh đó, người dùng trong tương lai mong muốn có các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc mọi nơi trên mọi thiết bị sử dụng Điều này

đ t ra nhữnng yêu cầu mới cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông Trong bối cảnh

đó, IMS được xem như là một giải pháp hứa hẹn để thỏa mãn tất cả những mục tiêu

kể trên cho một thế hệ mạng tương lai

Bên cạnh đó các chuẩn Network đã và đang trải qua một giai đoạn phát triển vượt bậc trong suốt 2 thập kỷ gần đ y Các chuẩn mới được đưa ra nhằm khắc phục những khuyết điểm của các chuẩn cũ khi có nhu cầu mở rộng, thay đổi chức năng của hạ tầng Network Đó chính là lý do đã th c đẩy nghiên cứu để đưa ra giao thức OpenFlow Tiềm năng ứng dụng của OpenFlow là rất lớn, hiện đã có các nghiên cứu ứng dụng của OpenFlow vào các môi trường khác nhau như: DataCenter, Campus Network, Service Provider…và sẽ được mở rộng hơn trong một tương lai không xa

Với mục đích nghiên cứu công nghệ và xu hướng phát triển, trong luận văn này em tập trung vào: “Nghiên cứu giao thức và cơ chế cho phép liên kết kiến trúc IMS với

hạ tầng mạng OpenFlow - Nghiên cứu và đề xuất cơ chế thực thi chính sách chất lượng dịch vụ trong môi trường IMS”

Để thực hiện nội dung đó, luận văn được ph n chia thành các chương như sau:

 Chương 1: Kiến tr c IMS Nội dung chương này giới thiệu khái quát về

ph n hệ IMS: sự ra đời của IMS, quá trình chuẩn hóa, những khái niệm cơ ản,vai trò và sự cần thiết của IMS trong mạng NGN Tác giả đã trình ày

2

tổng quan về kiến tr c ph n hệ IMS theo 3GPP & TISPAN dành cho mạng

cố định và hội tụ internet, các thực thể và chức năng của IMS theo mô hình

ph n lớp mạng NGN Một số thủ tục trong mạng IMS Chương này gi p người đọc hình dung rõ các thành phần trong kiến tr c IMS, từng ước hoạt động của ph n hệ IMS trong việc thiết lập và điều khiển các phiên dịch vụ

 Chương 2: Các giao thức chính sử dụng trong ph n hệ IMS Chương này

trình bày khái quát 2 giao thức quan trọng và phỗ iến trong mạng NGN là SIP và Diameter

 Chương 3: Công nghệ OpenFlow Trình ày khái quát về công nghệ

Openflow, sự phát triển của Openflow, kiến tr c chung, giao thức Openflow, nguyên lý hoạt động, các thành phần chức năng, khối điều khiển NOX và các thành phần nền tảng tạo thành khối điều khiển trung t m trong NOX

 Chương 4: Nghiên cứu giao thức và cơ chế cho phép liên kết kiến tr c IMS

với hạ tầng mạng OpenFlow – Đề xuất cơ chế thực thi chính sách chất lượng dịch vụ trong môi trường IMS

 Kết luận

Do nội dung kiến thức của đề tài khá rộng, điều kiện và khả năng còn hạn chế nên luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn thầy Ts Nguyễn Tài Hưng đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

3

CHƯƠNG 1 KIẾN TRÚC IMS

1.1 Sự ra đời của IMS

Trong những thập kỷ gần đ y, các mạng cố định và di động đã và đang có một sự chuyển đổi lớn, đóng vai trò không thể thiếu trong cuộc sống con người Trong lĩnh vực di động, thế hệ đầu tiên (1G) đã được giới thiệu vào thập niên 1980 Các mạng này cung cấp các dịch vụ cơ ản cho người dùng, quan trọng nhất là truyền thoại và dịch vụ liên quan đến truyền thoại Không l u sau đó, thế hệ di động thứ 2 (2G) được ra đời vào những năm 1990 ổ sung thêm một số dịch vụ về dữ liệu Thế hệ di động thứ 3 (3G) cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện Trong lĩnh vực điện thoại cố định, mạng điện thoại truyền thống PSTN và mạng dịch vụ số tích hợp ISDN đã chiếm lĩnh thị trường về thoại và truyền thông video Và trong những năm gần đ y, Internet đã và đang phát triển nhanh chóng và ngày càng nhiều người dùng thấy được lợi ích của công nghệ này Tốc độ truy cập Internet ngày càng nhanh hơn, mạnh hơn và giá thành thấp hơn với các dịch vụ như: ADSL, FTTH, IPTV,… Các kết nối này luôn được đảm ảo thông suốt, gi p người dùng có thể sử dụng các dịch vụ yêu cầu thời gian thực như chat, chơi game trực tuyến, VoIP,…

Tại thời điểm hiện tại, sự hội tụ giữa mạng di động và mạng cố định là một

xu thế tất yếu Nhu cầu sử dụng cũng như sự phát triển vượt ậc của công nghệ đã

th c đẩy sự gia tăng nhanh chóng của các thiết ị di động được tích hợp nhiều tính năng tiên tiến Thế hệ tiếp sau của nhiều thiết ị không chỉ đáp ứng các nhu cầu client-server cơ ản, mà còn các dịch vụ peer-to-peer, thuận lợi cho việc chia sẻ các kết nối như trình duyệt, desktop, hội nghị truyền hình, trò chuyện hai chiều như ộ đàm,…

Để có thể truyền thông với nhau, các ứng dụng trên nền IP phải có một cơ chế để đạt được sự phù hợp với hệ thống mạng hiện có Hiện tại, mạng điện thoại chỉ thực hiện được kết nối thoại Tương tự, đối với mạng IP, phần lớn các phiên được thiết lập chỉ để tạo kết nối giữa hai điểm sử dụng riêng cho mạng IP Điều này dẫn đến tình trạng các nhà cung cấp dịch vụ và khai thác mạng tạo ra một môi trường cô lập, các dịch vụ đơn lẻ, không có tính cạnh tranh và nhất là người dùng

4

không thể đồng thời sử dụng các dịch vụ khác nhau từ các nhà khai thác khác nhau trên một thiết ị Thêm vào đó, các mạng truyền tải dữ liệu không cần thời gian thực được sử dụng chủ yếu trong thế hệ Internet đầu tiên thì ngày nay các dịch vụ thời gian thực (ho c gần thực) với chất lượng dịch vụ QoS cao ngày càng được phát triển rộng rãi Hơn nữa, người dùng trong tương lai mong muốn có các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, mang tính cá nh n, có khả năng tương tác thời gian thực mọi l c mọi nơi trên mọi thiết ị sử dụng Điều này đ t ra những yêu cầu mới cho kiến tr c hạ tầng mạng viễn thông Trong ối cảnh đó, IMS được xem như là một giải pháp hứa hẹn để thỏa mãn được các yêu cầu về hội tụ, tích hợp các dịch vụ trên một kết nối cho một thế hệ mạng tương lai

Hình 1.1 Sự hội tụ mạng

IMS là gì? Hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được x y dựng ổ

sung cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch

vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối

IMS là một kiến tr c mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và

ph n phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, ất kể là họ đang kết nối thông qua mạng truy nhập nào IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000, truy nhập hữu tuyến ăng rộng như cáp XDSL, GPON, cáp

5

quang, cáp truyền hình, cũng như truy nhập vô tuyến ăng rộng WLAN, WiMAX IMS tạo điều kiện cho các hệ thống mạng khác nhau có thể vận hành cùng với nhau IMS đã và đang được tập trung nghiên cứu và ngày càng thu h t được nhiều sự quan t m lớn của các nhà khai thác ởi vì lợi ích mà nó mang lại cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn người sử dụng

1.1.1 Đôi nét về quá trình chuẩn hóa IMS

IMS được định hình và phát triển ởi diễn đàn công nghiệp 3GPP, thành lập năm 1999 Kiến tr c an đầu của IMS được x y dựng ởi 3GPP và sau đó đã được chuẩn hóa ởi 3GPP trong Release 5 công ố tháng 3 năm 2003 Trong phiên ản đầu tiên này, mục đích của IMS là tạo thuận lợi cho việc phát triển và triển khai dịch vụ mới trên mạng thông tin di động Tiếp đến, tổ chức chuẩn hóa 3GPP2 đã

x y dựng hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) nhằm hỗ trợ các dịch

vụ đa phương tiện trong mạng CDMA2000 dựa trên nền 3GPP IMS Trong Release

6 của 3GPP IMS, cùng với khuynh hướng tích hợp giữa mạng tế ào và mạng WLAN, mạng truy nhập WLAN đã được đưa vào như một mạng truy nhập ên cạnh mạng truy nhập tế ào

IMS khởi đầu như một chuẩn cho mạng vô tuyến Tuy nhiên, cộng đồng mạng hữu tuyến, trong quá trình tìm kiếm một chuẩn thống nhất, sớm nhận thấy thế mạnh của IMS cho truyền thông hữu tuyến Khi đó ETSI đã mở rộng chuẩn IMS thành một phần của kiến tr c mạng thế hệ tiếp theo NGN mà họ đang x y dựng Tổ chức chuẩn hóa TISPAN trực thuộc ETSI, với mục đích hội tụ mạng thông tin di động và Internet, đã chuẩn hóa IMS như một hệ thống con của NGN Kết hợp với TISPAN, trong Release 7 của IMS, việc cung cấp dịch vụ IMS qua mạng cố định đã được ổ sung Năm 2005, phiên ản Release 1 của TISPAN về NGN được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định-di động trong IMS Gần đ y, 3GPP và TISPAN đã có được một thỏa thuận để cho ra phiên ản Release 8 của IMS với một kiến tr c IMS chung, có thể hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ như IPTV

Đa phần các giao thức sử dụng trong IMS được chuẩn hóa ởi IETF, điển hình nhất là giao thức khởi tạo phiên SIP Rất nhiều các phát triển và cải tiến của SIP ra đời để hỗ trợ các chức năng theo yêu cầu của hệ thống IMS đã được đề nghị

6

và chuẩn hóa ởi IETF như SIP hỗ trợ tính cước, ảo mật v.v… Bên cạnh IETF và TISPAN, một tổ chức chuẩn hóa khác mà 3GPP hợp tác ch t chẽ trong việc phát triển IMS là Liên minh di động mở OMA nhằm phát triển các dịch vụ trên nền IMS Một trong những dịch vụ do OMA phát triển là Push-to-Talk over Cellular (PoC) hay OMA SIMPLE Instant Messaging

1.1.2 Lợi ích IMS mang lại

Một trong những mục đích đầu tiên của IMS là gi p cho việc quản lý mạng trở nên dễ dàng hơn ằng cách tách iệt chức năng điều khiển và chức năng vận tải thông tin Một cách cụ thể, IMS là một mạng phủ, ph n phối dịch vụ trên nền hạ tầng chuyển mạch gói IMS cho phép chuyển dần từ mạng chuyển mạch mạch sang chuyển mạch gói trên nền IP, tạo thuận lợi cho việc quản lý mạng thông tin di động Việc kết nối giữa mạng cố định và di động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai IMS cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết ị khác nhau, di chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể dùng cùng một dịch vụ

Hình 1.2 IMS tách biệt chức năng điều khiển với các chức năng khác

7

Kiến tr c IMS cung cấp nhiều dịch vụ gia tăng cho nhà cung cấp mạng, người phát triển ứng dụng, người cung cấp dịch vụ cũng như người sử dụng các thiết ị đầu cuối Kiến tr c IMS gi p các dịch vụ mới được triển khai một cách nhanh chóng với chi phí thấp IMS cung cấp khả năng tính cước phức tạp hơn nhiều

so với hệ thống tài khoản trả trước hay trả sau, ví dụ như việc tính cước theo từng dịch vụ sử dụng hay ph n chia cước giữa các nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp mạng Khách hàng sẽ chỉ nhận một ảng tính cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng IMS hứa hẹn mang đến nhiều dịch vụ đa phương tiện theo yêu cầu và sở thích của từng khách hàng

Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác truyền tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành t m điểm trong việc ph n phối dung lượng thông tin trong mạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm ảo chất lượng dịch vụ (QoS) cũng như kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng

Tóm lại, IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc x y dựng

và triển khai các ứng dụng mới, gi p nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ mới và những dịch

vụ mới hướng đến sự tiện lợi cho khách hàng

Giao thức báo hiệu của IMS dựa trên một số giao thức đã chuẩn hóa như SIP và Diameter

8

Giao thức SIP được sử dụng như là giao thức truyền thông giữa các thành phần của lớp lõi và các máy chủ ứng dụng Giao thức SIP hoạt động trên lớp IP, do

đó thuận tiện cho việc tương tác của các mạng cố định và mạng không dây

Chuẩn IMS định nghĩa các cách cho phép các mạng dựa trên chuyển mạch kênh và các dịch vụ đã tồn tại trên hệ thống này dễ dàng chuyển tiếp sang hệ thống mới

3GPP đã đưa ra khái niệm IMS như là một cấu trúc dịch vụ mới, cho phép hội tụ dữ liệu, thoại và công nghệ mạng mobile trên nền tảng IP Cấu tr c này được phát triển như là cầu nối giữa công nghệ mạng viễn thông truyền thống và công nghệ Internet

M c dù an đầu, IMS được phát triển chủ yếu cho nhà điều hành mạng di động nhưng là yếu tố quan trọng cho nhà cung cấp mạng cố định và di động để đưa ra các dịch vụ đa phương tiện

Kiến trúc chi tiết IMS theo bản tiêu chuẩn kỹ thuật bản 3GPP TS 23.228 version 7.2.0 như hình sau:

Hình 1.3 Kiến trúc IMS theo 3GPP

9

Theo TISPAN, kiến trúc IMS là một hạ tầng điều khiển dịch vụ như được minh họa trong hình sau:

Hình 1.4 Kiến trúc chức năng IMS của TISPAN

Chi tiết các lớp và các thành phần trong kiến tr c IMS được mô tả sau đ y

1.2.1 Lớp ứng dụng

1.2.1.1 Máy chủ ứng dụng

Máy chủ ứng dụng (AS) là nơi lưu trữ và vận hành các dịch vụ IMS AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng AS có thể thuộc mạng thường tr hay thuộc một mạng thứ a nào đó Nếu AS

là một phần của mạng thường tr , nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự truy cập của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội nghị truyền hình, tính cước trực tuyến, v.v

và được dùng với mục đích đăng ký và chứng thực Khóa nhận dạng người dùng chung được sử dụng để truyền thông giữa các người dùng HSS cũng đáp ứng địa chỉ một S-CSCF nếu có yêu cầu trong thủ tục đăng ký Hơn nữa, HSS còn thực hiện những chính sách hệ thống như lưu trữ thông tin ho c xóa thông tin những UE không hợp lệ

HSS phải hỗ trợ những thành phần của miền PS như SGSN và GGSN Điều này gi p các thuê ao của IMS có thể sử dụng dịch vụ của miền PS và ngược lại Tương tự, do HSS đóng vai trò như HLR nên cũng hỗ trợ các thành phần của miền

CS như MSC, BSC Điều này cho phép các thuê ao IMS có thể truy cập đến các dịch vụ của miền CS và hỗ trợ chuyển vùng trên toàn hệ thống GSM/UMTS Như một AuC, HSS lưu trữ khóa í mật của mỗi thuê ao, cái này dùng để chứng thực khi đăng ký vào mạng và mã hóa dữ liệu cho mỗi thuê ao di động Tùy thuộc vào

số lượng thuê ao mà có thể có nhiều HSS trong một mạng IMS HSS tiếp x c với CSCF thông qua điểm tham chiếu Cx và tiếp x c với AS thông qua điểm tham chiếu Sh

SLF:

Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị SLF sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng

11

Hình 1.5 SLF chỉ định HSS phù hợp

Để tìm được địa chỉ của HSS, I-CSCF ho c S-CSCF phải gởi đến SLF ản tin yêu cầu LIR Hình trên mô tả quá trình tìm ra địa chỉ HSS phù hợp khi I-CSCF nhận được ản tin INVITE trong trường hợp mạng có ba HSS

1.2.2 Lớp điều khiển

1.2.2.1 Chức năng điều khiển cuộc gọi CSCF

CSCF có 3 loại: Proxy-CSCF (P-CSCF), Serving-CSCF (S-CSCF) và Interrogating-CSCF (I-CSCF) Mỗi CSCF có chức năng riêng Chức năng chung của CSCF là tham gia trong suốt quá trình đăng kí và thiết lập phiên giữa các thực thể IMS Hơn nữa, những thành phần này còn có chức năng gửi dữ liệu tính cước đến Server tính cước Có một vài chức năng chung giữa P-CSCF và S-CSCF trong hoạt động là cả hai có thể đại diện cho user để kết th c phiên và có thể kiểm tra nội dung của ản tin trong giao thức SDP

P-CSCF:

P-CSCF là điểm tiếp x c đầu tiên giữa UE với mạng IMS, đóng vai trò như một SIP proxy server Tất cả những tín hiệu SIP được gửi giữa mạng IMS và UE đều đi qua P-CSCF Do đó, nhiệm vụ chính của P-CSCF là chuyển tiếp ản tin SIP dựa vào tên domain Ngoài ra, P-CSCF còn thực hiện: nén ản tin SIP, ảo mật, tích hợp PDF, tham gia vào quá trình tính cước, và xác định phiên khẩn cấp

12

 Nén ản tin SIP

SIP là giao thức áo hiệu dựa trên text nên dung lượng ản tin lớn hơn rất nhiều so với ản tin được mã hóa nhị ph n Vì thế, để tăng tốc độ thiết lập phiên, 3GPP đã dưa ra cách thức nén ản tin SIP giữa UE với P-CSCF trong RFC3486 P-CSCF cần phải nén ản tin nếu UE xác định rằng muốn nhận ản tin đã được nén

Thông số thể hiện yêu cầu nén được định nghĩa như là một tham số SIP URI và được đ t trong trường tên là “comp” Hiện nay chỉ có một giá trị được định nghĩa cho tham số này là “sigComp” Khi một thực thể SIP gởi ản tin đến một thực thể khác mà trong SIP URI chứa thông số “comp=SigComp” thì ản tin sẽ được nén

Ví dụ:sip:abc@yahoo com;comp=sigcomp

 Bảo mật

P-CSCF có vai trò chính trong sự liên kết ảo mật và áp dụng sự ảo vệ đảm ảo toàn vẹn và riêng tư cho tín hiệu SIP Điều đó đạt được trong suốt quá trình đăng kí SIP khi UE và P-CSCF thương lượng IPSec Sau lần đăng kí đầu tiên, P-CSCF có thể áp dụng việc ảo vệ toàn vẹn và riêng tư cho ản tin SIP

Trong lần đăng ký đầu tiên, nếu chính sách mạng IMS đưa ra yêu cầu ảo mật thì

ản tin REGISTER không được ảo mật sẽ ị P-CSCF gởi ản tin 401Unauthorized

từ chối đăng kí UE sẽ tiếp tục gởi ản tin REGISTER có chứa thông tin về ảo mật Khi đó, UE và P-CSCF sẽ thương lượng với nhau và chọn thuật toán mã hóa

để dùng mã hóa phiên, quá trình được hoàn tất khi UE nhận được đáp ứng 200 OK

Hình 1.6 Đăng ký có yêu cầu bảo mật

13

Khi hai ên trao đổi các ản tin với nhau, một thuật toán mã hóa sẽ được sử dụng để mã hóa các ản tin mà chỉ hai ên mới có thể giải mã được Trong trường hợp này, UE sẽ không sử dụng port m c định 5060 ho c 5061 để trao đổi dữ liệu với P-CSCF nữa, ho c sử dụng một port mà hai ên thương lượng

 Xác định phiên khẩn cấp

Đến thời điểm hiện tại, phiên khẩn cấp chưa được xác định đầy đủ trong IMS Phiên khẩn cấp được định nghĩa tùy thuộc vào chính sách của nhà khai thác mạng Một số phiên khẩn cấp được định nghĩa tại P-CSCF Khi nhận được yêu cầu phiên khẩn cấp thì P-CSCF có thể chỉ định một S-CSCF ất kỳ để xử lý phiên này Điều này rất cần thiết nhất là l c UE chuyển vùng

 P-CSCF tích hợp PDF và tham gia vào quá trình tính cước

P-CSCF còn tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF PDF cấp giấy phép sử dụng tài nguyên cho người dùng, quản lý và đảm ảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện P-CSCF đồng thời tạo ra các thông tin tính cước để gởi đến các khối tính cước phù hợp

I-CSCF:

I-CSCF là điểm giao tiếp giữa các thuê ao IMS trong vùng phục vụ của cùng một nhà khai thác mạng, ho c với các thuê ao thuộc các nhà khai thác mạng khác Trong một mạng có thể có nhiều I-CSCF I-CSCF được xem như một SIP Proxy và

đ t ở đường iên của mạng IMS, I-CSCF có ốn chức năng chính là:

 Liên lạc với HSS để iết thông tin của ch ng tiếp theo khi nhận được yêu cầu từ UE

 Xác định S-CSCF cho UE khi nhận thông tin về UE từ HSS, sự xác định S-CSCF thực hiện khi UE đăng ký ho c xóa đăng ký

 Cung cấp chức năng ẩn cấu hình mạng: nhà khai thác có thể sử dụng chức năng cổng liên mạng ẩn cấu hình (THIG) trong I-CSCF ho c kĩ thuật khác để

ẩn cấu hình, khả năng và cấu tr c của mạng khỏi các mạng ngoài Nếu nhà khai thác muốn ẩn cấu hình thì nhà khai thác phải đ t chức năng ẩn cấu hình mạng trên đường định tuyến khi nhận ho c gởi yêu cầu hay đáp ứng từ một mạng IMS khác THIG thực hiện việc mã hóa và giải mã tất cả các header liên

14

quan đến thông tin về cấu tr c của nhà khai thác mạng IMS Khi một mạng thực hiện việc ẩn cấu hình mạng thì việc liên lạc với mạng khác phải thông qua I-CSCF (nếu mạng IMS không thực hiện việc ẩn cấu hình mạng thì khi có

sự liên lạc với mạng khác, yêu cầu kết nối từ mạng sẽ được đưa thẳng tới CSCF mà không thông qua I-CSCF)

S- Định tuyến yêu cầu SIP nhận được từ mạng khác tới S-CSCF ho c một server ứng dụng

I-CSCF xác định S-CSCF cho UE dựa trên các điều kiện sau:

 Yêu cầu về dịch vụ của UE (HSS cung cấp)

 Sự ưu tiên của nhà khai thác mạng đối với mỗi UE (HSS cung cấp)

 Khả năng của từng S-CSCF riêng iệt trong mạng nhà khai thác

 Thông tin về mô hình mạng tại nơi định vị của UE

 Thông tin về mô hình mạng tại nơi định vị của S-CSCF

 Tính sẵn sàng phục vụ của S-CSCF

S-CSCF:

S-CSCF là thành phần quan trọng của IMS vì nó chịu trách nhiệm thực hiện quá trình đăng ký, quyết định định tuyến, duy trì tình trạng phiên và lưu trữ hồ sơ thông tin về dịch vụ cho người dùng S-CSCF thực hiện dịch vụ điều khiển phiên cho UE S-CSCF thực hiện các chức năng như sau:

 Đăng kí

S-CSCF có thể xử lí như một SIP Registrarserver, S-CSCF tiếp nhận yêu cầu đăng

kí và thiết lập thông tin khả dụng của UE khi truy vấn HSS Khi UE thực hiện đăng

ký thì yêu cầu của nó được định tuyến tới S-CSCF, l c đó S-CSCF dựa trên thông tin chứng thực từ HSS để đưa ra những yêu cầu để kiểm traI-CSCF Sau khi nhận đươc đáp ứng và kiểm tra lại, S-CSCF chấp nhận sự đăng ký và ắt đầu phục vụ cho phiên đăng ký này Sau thủ tục này thông tin UE được khởi tạo và nhận các dịch vụ IMS

 Ph n phối các dịch vụ cho UE và tham gia vào quá trình tính phí

Hồ sơ về dịch vụ của UE được HSS đưa xuống S-CSCF khi UE đăng ký vào mạng IMS S-CSCF sử dụng thông tin này để ph n phối dịch vụ phù hợp cho UE khi có

15

yêu cầu Hơn nữa, S-CSCF cần phải áp dụng các loại chính sách truyền dẫn trong

hồ sơ dịch vụ của UE, ví dụ như UE này chỉ sử dụng thoại và mà không sử dụng video,…

 Định tuyến

S-CSCF có thể xử lí như một Proxy Server, nó tiếp nhận các yêu cầu và đáp ứng ngay lập tức nếu ên tiếp nhận yêu cầu ở cùng mạng nhà khai thác với ên gởi yêu cầu ho c gửi ch ng đi nếu ên tiếp nhận yêu cầu kết nối thuộc hệ thống mạng khác Khi S-CSCF nhận yêu cầu của UE khởi tạo thông qua P-CSCF thì nó phải quyết định những AS phù hợp cho UE Sau khi tương tác với AS thì S-CSCF tiếp tục xử

lý phiên kết nối của UE trong mạng IMS ho c tới mạng khác Hơn nữa, nếu UE sử dụng MSISDN làm địa chỉ cho cuộc gọi thì S-CSCF sẽ chuyển đổi số MSISDN thành địa chỉ SIP rồi sau đó mới chuyển tiếp các yêu cầu của UE

 S-CSCF có thể xử lí như một UA

Nó có thể khởi tạo yêu cầu ho c kết th c phiên mà không phụ thuộc vào phiên giao dịch SIP Bên cạnh đó, nó còn cung cấp các thông tin liên quan cho các điểm đầu cuối (như thông áo tính phí, kiểu chuông, …)

Hình 1.7 Mô tả vai trò định tuyến của S-CSCF

16

1.2.2.2 Chức năng đa phương tiện MRF

MRF được ph n thành ộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFC và ộ xử lí chức năng tài nguyên đa phương tiện MRFP MRFC là khối trực tiếp giao tiếp với AS qua giao thức SIP và với S-CSCF qua giao thức MEGACO/H.248 MRFP nhận thông tin điều khiển từ MRFC và giao tiếp với các thành phần của mạng truyền dẫn MRF có vai trò quan trọng trong hội nghị đa điểm

Hình 1.8 Chức năng điều khiển thông tin đa phương tiện MRF

17

1.2.2.3 Điểm tham chiếu (giao diện)

Hình 1.9 Vị trí các điểm tham chiếu trong IMS

Điểm tham chiếu Gm:

Hình 1.10 Điểm tham chiếu Gm

Gm là điểm tham chiếu giữa UE và P-CSCF Nó được dùng để truyền những áo hiệu SIP giữa UE và mạng IMS Thủ tục qua giao diện Gm có thể chia thành 3 thủ tục chính: đăng ký, điều khiển phiên, các giao dịch

 Thủ tục đăng ký: UE sử dụng giao diện này để gởi ản tin đăng ký và thương lượng các thuật toán ảo mật với P-CSCF Trong suốt quá trình này, cả UE và mạng sẽ trao đổi các thông số phục vụ cho việc chứng thực, mã hóa và nén dữ liệu Thông qua giao diện này, UE sẽ được nhà khai thác mạng cung cấp những thông tin về yêu cầu đăng ký lại ho c hủy đăng ký

 Thủ tục điều khiển phiên: chuyển tiếp các ản tin điều khiển phiên giữa các

UE

18

 Thủ tục giao dịch: Gm được dùng để gửi những yêu cầu độc lập và nhận những đáp ứng độc lập

Điểm tham chiếu Go:

Nhà khai thác mạng mong muốn có sự phù hợp giữa những yêu cầu về QoS, địa chỉ nguồn và đích với mức dịch vụ đã đăng ký Khi đó, cần có sự giao tiếp giữa mạng IMS và mạng GPRS Điểm tham chiếu Go được tạo ra với mục đích này Sau đó, chức năng phục vụ cho việc tính phí được thêm vào Giao thức được dùng cho việc này là COPS Thủ tục qua Go có thể chia thành 2 thủ tục chính:

 Thủ tục cấp quyền truyền thông: người sử dụng dùng giao diện này để yêu cầu kích hoạt thành phần sóng mang Yêu cầu này có thể chấp nhận nếu đáp ứng được các chính sách của nhà khai thác mạng đưa ra

 Thủ tục tính phí: thông qua điểm tham chiếu Go, mạng IMS có thể chuyển thông số ICID dùng cho việc tính phí đến người dung GPRS Tương tự như vậy, mạng GPRS cũng có thể chuyển những thông tin chứng thực việc tính phí đến mạng IMS

Điểm tham chiếu Mw:

Hình 1.11 Điểm tham chiếu Mw

Mw là điểm tham chiếu giữa P-CSCF, I-CSCF và S-CSCF Bản tin SIP sẽ được truyền qua giao diện này giữa các thành phần CSCF với nhau Thủ tục qua giao diện Mw có thể chia thành 3 thủ tục chính:

 Thủ tục đăng ký

Trong thủ tục này, P-CSCF sử dụng điểm tham chiếu Mw để chuyển tiếp yêu cầu đăng ký từ UE đến I-CSCF Sau đó, I-CSCF sử dụng giao diện này để gởi tiếp ản

19

tin đó đến S-CSCF Cuối cùng, ản tin đáp ứng được trả về cho UE cũng qua giao diện này

 Thủ tục điều khiển phiên

Chứa các thiết lập của cả ên gọi và ên ị gọi Đối với thiết lập ên gọi, điểm tham chiếu Mw được dùng để chuyển yêu cầu từ P-CSCF đến S-CSCF và có thể từ S-CSCF đến I-CSCF trong trường hợp thuê ao ị gọi Đối với thiết lập ên ị gọi,

ản tin yêu cầu được gởi từ I-CSCF đến S-CSCF và từ S-CSCF đến P-CSCF Giao diện này còn sử dụng trong trường hợp mạng thực hiện việc kết th c phiên, ví dụ như: khi P-CSCF tiến hành việc kết th c phiên khi nhận được thông áo chỉ dẫn của PDF là mất thành phần sóng mang Hơn nữa, thông tin về tính phí cũng được chuyển qua giao diện này

 Thủ tục giao dịch

Dùng để chuyển các ản tin yêu cầu độc lập như Message và nhận tất cả đáp ứng như 200 OK, … Sự khác iệt giữa thủ tục điều khiển phiên và thủ tục giao dịch là một hộp thoại ghi nhận sự kiện không được tạo ra

Điểm tham chiếu Mp:

Khi MRFC điều khiển dòng thông tin phương tiện như kết nối cho một hội nghị truyền thông ho c dừng việc truyền thông với MRFP thì nó sẽ sử dụng điểm tham chiếu Mp Điểm tham chiếu này hoạt động dựa trên giao thức H.248

Điểm tham chiếu Mn:

Mn là điểm tham chiếu điều khiển giữa MGCF và IMS-MPCEF Giao diện này điều khiển m t phẳng người dùng của mạng IP và IMS-MPCEF Hơn nữa, giao diện này cũng điều khiển m t phẳng người dùng giữa mạng CS và IMS-MPCEF Giao diện này dựa trên giao thức H.248 để thực hiện các tác vụ như: kết nối, khử tiếng vọng , cung cấp chuông và các thông ao đến đầu cuối,…

Để nhận được đia chỉ của HSS, I-CSCF ho c S-CSCF gởi yêu cầu Cx đến SLF qua điểm tham chiếu Dx Khi đã nhận được địa chỉ của HSS, I-CSCF ho c S-CSCF sẽ gởi yêu cầu Cx đến HSS

Điểm tham chiếu Cx:

Hình 1.13 Điểm tham chiếu Cx

Thông tin về thuê ao và dịch vụ được lưu trữ thường tr trong HSS.Vì thế, I-CSCF

và S-CSCF sẽ phải tiếp x c với HSS khi có người dùng đăng ký ho c sử dụng dịch

21

vụ.Điểm tham chiếu Cx ra đời để đáp ứng mục đích này.Cx là điểm tham chiếu giữa HSS và CSCF và hoạt động dựa trên giao thức Diameter Thủ tục trên điểm tham chiếu Cx có thể chia ra 3 thủ tục chính: Quản lý vị trí, kiểm soát dữ liệu người dùng

Khi S-CSCF nhận được ản tin yêu cầu đăng ký từ I-CSCF nó sử dụng ản tin SAR( ản tin Diameter) để truyền thông với HSS Lệnh SAR được dùng để truy vấn HSS về tên của S-CSCF được phục vụ khi thời gian hết hạn đăng ký khác 0.Trong trường hợp thời gian đăng ký đã hết, ản tin SAR được dùng để thông áo S-CSCF không còn phục vụ cho UE đó Điều kiện tiên quyết để gởi lệnh SAR là UE đó đã được chứng thực đầy đủ.Sau khi nhận được SAR, HSS sẽ đáp ứng lại ằng một lệnh SAA chứa thông tin cơ ản về UE

 Kiểm soát dữ liệu người dùng

Trong suốt quá trình đăng ký, dữ liệu về người dùng và các dịch vụ có liên quan sẽ được tải từ HSS đến S-CSCF qua điểm tham chiếu Cx sử dụng lệnh của giao thức Diameter là SAR và SAA Tuy nhiên, những dữ liệu này có thể ị thay đổi tại HSS sau khi S-CSCF nhận được dữ liệu và vẫn dang phục vụ UE theo dữ liệu cũ Để cập nhật những dữ liệu mới, HSS sẽ gởi lệnh PPR Thông tin mới sẽ được S-CSCF cập nhật ngay trừ trường hợp S-CSCF đang phục vụ một UE chưa đăng ký Trường hợp chưa đăng ký đề cập ở đ y này xảy ra khi UE đang sử dụng mà hết thời gian đăng

ký nhưng nhà khai thác mạng vẫn quyết định giữ lại tên S-CSCF phục vụ cho UE này để phục vụ ngay khi UE đăng ký lại

22

 Chứng thực người dụng

Chứng thực người dùng IMS phụ thuộc chính vào việc trao đổi thông tin í mật.Thông tin này ao gồm khóa mật mã và sequence num er, IMSI được lưu trữ trong SIM của UE và trong HSS S-CSCF cần những thông tin về chứng thực người dùng nên phải tải những thông tin này về từ HSS qua giao diện Cx Khi S-CSCF cần chứng thực một người dùng, nó gởi MAR đến HSS HSS đáp ứng lại ằng lệnh MAA Trong ản tin trả lời này chứa những thông tin chứng thực: thuật toán mã hóa (ví dụ: Digest-AKAv1-MD5 ), thông tin chứng thực (số RAND vàthẻ AUTN), thông tin cấp quyền,…

Điểm tham chiếu ISC:

Hình 1.14 Điểm tham chiếu ISC

ISC là điểm tham chiếu giữa I-CSCF, S-CSCF và AS dùng để truyền ản tin điều khiển của giao thức SIP Thủ tục qua giao diện này có thể chia ra làm hai thủ tục chính:

 Thủ tục định tuyến các ản tin yêu cầu thiết lập SIP: Khi S-CSCF nhận được các yêu cầu thiết lập, nó sẽ ph n tích yêu cầu này Tùy thuộc vào kết quả ph n tích mà S-CSCF sẽ định tuyến các ản tin đến AS xử lý

 Thủ tục AS khởi tạo yêu cầu thiết lập phiên SIP

1.2.3 Lớp truyền tải

1.2.3.1 Thiết ị người sử dụng- UE

Là thiết ị đầu cuối thực hiện các yêu cầu dịch vụ Người dùng sử dụng các thiết ị này để giao tiếp với mạng và thực hiện các dịch vụ Ở trạng thái ình thường, UE chứa thông tin về: địa chỉ của P-CSCF, tên miền mạng nhà (Home Network), thuật toán mã hóa, ảo mật, khóa nhận dạng thuê bao Ch ng ta sẽ tìm hiểu về khóa nhận dạng người dùng ao gồm: khóa nhận dạng người dùng chung và khóa nhận dạng người dùng riêng

23

Khóa nhận dạng người dùng riêng:

Mỗi người dùng trong ph n hệ IMS đều có một khóa nhận dạng người dùng riêng Khóa này được cung cấp ởi nhà điều hành mạng (khóa này giống như IMSI trong mạng GSM), được sử dụng trong thủ tục đăng ký, chứng thực, quản lý thuê ao và tính cước Khóa nhận dạng người dùng riêng có những đ c tính sau:

 Không được sử dụng để định tuyến các ản tin SIP

 Khóa nhận dạng người dùng riêng chứa các thông tin phục vụ cho việc đăng

ký người dùng vào IMS Home Network ( ao gồm cả đăng ký lại và xóa đăng ký)

 Khóa nhận dạng người dùng riêng được chứa trong ISIM và HSS

 Là mã nhận dạng toàn cầu duy nhất và cố định ứng với UE Do đó, khóa này dùng để xác định UE, không phải xác định thuê ao

Khóa nhận dạng người dùng chung:

Mỗi người dùng trong ph n hệ IMS có thể có một ho c nhiều khóa nhận dạng người dùng chung Khóa này được người dùng sử dụng khi truyền thông với các người dùng khác Khóa này được công khai và có thể trao đổi với người dùng khác thông qua danh ạ, trang we ho c usiness card Trong giai đoạn đầu triển khai IMS, vẫn còn tồn tại những mạng khác nhau như PSTN/ISDN, GSM, Internet,… Do đó, người dùng IMS phải truyền thông được với người dùng ở các mạng này Để đáp ứng nhu cầu này, mỗi người dùng IMS sẽ có thêm một số viễn thông, ví dụ: +840975975975 để liên lạc với miền CS và có địa chỉ URL để giao tiếp với người dùng Internet, ví dụ: a c@cdf zyz

Khóa nhận dạng người dùng chung có các đ c điểm sau:

 Khóa này có thể được tạo nên từ số điện thoại ho c tên miền trên internet, do nhà khai thác mạng qui định Khóa này có thể được sử dụng như SIP URL, được định nghĩa trong IETF RFC 3261 và IETF RFC 2396

 Một ISIM lưu trữ ít nhất một khóa nhận dạng người dùng chung

 Khóa này không được sử dụng trong quá trình chứng thực thuê ao

 Khóa nhận dạng người dùng chung phải được đăng ký trước khi khởi tạo phiên IMS và những phiên không liên quan thủ tục như ản tin: MESSAGE,

24

SUBSCRIBE, NOTIFY,…

 Có thể đăng ký nhiều khóa nhận dạng người dùng chung trong cùng một yêu cầu đăng ký từ UE Để đăng ký khóa nhận dạng người dùng chung của một người dùng, ta phải mất một khoảng thời gian Do đó, nếu người dùng có 4 khóa nhận dạng người dùng chung thì phải mất khoảng thời gian nhiều hơn 4 lần Để khắc phục điều này, tổ chức 3GPP đã phát triển phương pháp đăng ký nhiều khóa nhận dạng người dùng chung trong cùng một yêu cầu đăng ký gọi là đăng ký ẩn

Để thực hiện đăng ký ẩn, UE gởi ản tin SUBSCRIBE yêu cầu đăng ký ẩn đến CSCF Khi S-CSCF nhận được ản tin này, nó sẽ đáp ứng lại ằng ản tin NOTIFY chấp nhận đăng ký ẩn

S-1.2.3.2 Giao tiếp với mạng PSTN

Chức năng điều khiển c ng chuyển mạng tơi miền chuyển mạch k nh-BGCF:

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) có nhiệm vụ lựa chọn mạng PSTN ho c mạng chuyển mạch kênh (CSN) mà lưu lượng trong IMS sẽ được định tuyến sang Nếu BGCF xác định được rằng lưu lượng chuyển mạng đó sẽ tới mạng PSTN hay CSN nằm trong cùng mạng với BGCF thì nó sẽ lựa chọn một MGCF để đáp ứng cho liên mạng với PSTN hay CSN Nếu lưu lượng cần truyền tới một mạng không nằm cùng mạng với BGCF thì BGCF sẽ gửi áo hiệu phiên này tới BGCF đang quản lý mạng đích đó BGCF thực hiện các chức năng như sau:

 Lựa chọn mạng đang tương tác với PSTN hay CS CN Nếu như sự tương tác ở trong một mạng khác thì BGCF sẽ gửi áo hiệu SIP tới BGCF của mạng đó Nếu như sự tương tác nằm trong một mạng khác và nhà khai thác yêu cầu ẩn cấu hình mạng đó thì BGCF gửi áo hiệu SIP thông qua một I-CSCF (THIG) về phía BGCF của mạng đó

 Lựa chọn MGCF trong mạng đang tương tác với PSTN ho c CS CN và gửi

áo hiệu SIP tới MGCF đó Điều này không thể sử dụng khi tương tác nằm trong một mạng khác

Chức năng điều khiển c ng phương tiện-MGCF:

MGCF là thành phần gateway của PSTN hay CS và mạng IMS N t này có nhiệm

vụ quản lý các cổng đa phương tiện, tương tác với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi

25

trên kênh đa phương tiện Nó thực hiện chuyển đổi giao thức và ánh xạ SIP thành ISUP ho c BICC Ngoài ra, MGCF còn điều khiển nguồn tài nguyên trong MPCEF Giao thức sử dụng giữa MGCF và MPCEF là H.248

IMS-MPCEF:

IMS-MPCEF cung cấp m t phẳng liên kết cho người dùng IMS và CS CN Nó xác định kênh truyền từ CS CN và dòng truyền dẫn từ mạng, thực hiện việc chuyển đổi giữa những đầu cuối và thực hiện giải mã và xử lý tín hiệu cho m t phẳng người dùng khi cần thiết Hơn nữa, IMS-MPCEF còn có chức năng cung cấp m chuông

và những thông áo cho người dùng CS

Tương tự, tất cả các cuộc gọi từ CS vào mạng IMS đều được đưa đến MGCF, nó thực hiện việc chuyển đổi giao thức cần thiết và gởi những yêu cầu SIP đến I-CSCF dung cho việc thiết lập phiên Trong cùng thời điểm đó MGCF kết nối với IMS-MPCEF để dành sẵn nguồn tài nguyên cần thiết ở m t phẳng người dùng

Hình 1.15 Quá trình thiết lập cuộc gọi từ mạng IMS ra mạng CS CN và ngược

lại

26

1.2.3.3 Giao tiếp với mạng GSM/GPRS

Node mạng h trợ phục vụ GPRS- SGSN:

SGSN là thành phần liên kết giữa mạng IMS và mạng chuyển mạch gói hiện có Nó

có thể hoạt động, điều khiển và xử lý lưu lượng cho miền PS Phần điều khiển có hai chức năng chính: quản lý di động và quản lý phiên Quản lý di động sẽ quản lý

vị trí và trạng thái của UE, chứng thực cả người dùng lẫn UE Quản lý phiên cho phép và điều khiển kết nối Khối này cũng được sử dụng trong mạng 3G Chức năng xử lý lưu lượng là một phần của chức năng điều khiển phiên SGSN hoạt động như một Gateway cho những luồng lưu lượng của người dùng truy cập vào mạng

Node mạng h trợ c ng GPRS-GGSN:

Khối chức năng này cung cấp khả năng tương tác với những mạng PS khác nhau như mạng IMS ho c Internet Nó chuyển đổi những gói GPRS đến từ SGSN thành định dạng PDP tương ứng và gửi ch ng ra ngoài trên mạng ở ngoài tương ứng Trong hướng ngược lại, địa chỉ PDP của gói dữ liệu đến được chuyển đổi thành địa chỉ IMS của người dùng đích GGSN chứa địa chỉ SGSN hiện tại và hồ sơ thông tin của những người dùng đăng ký vào thanh ghi định vị của nó GGSN có khả năng tập trung thông tin tính cước cho các mục đích thanh toán

Nói chung, có mối quan hệ nhiều - nhiều giữa SGSN và GGSN: Một GGSN giao tiếp với một mạng ngoài cần một vài SGSN; một SGSN có thể định tuyến nhiều gói tới nhiều GGSN khác nhau

1.2.3.4 Giao tiếp với mạng IP

Ph n hệ li n kết mạng-NASS:

NASS là thành phần chỉ sử dụng cho các mạng truy nhập hữu tuyến, với nhiệm vụ cung cấp kết nối đến người dùng trong mạng truy nhập NASS có các chức năng chính sau:

 Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình khác cho UE (sử dụng DHCP)

27

 Xác nhận, chứng thực người dùng trước và trong suốt quá trình cấp phát IP

 Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ người dùng mạng

 Quản lý vị trí người dùng

 Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng

Hình 6 Kiến trúc ph n hệ NASS của ETSI TISPAN[3]

Ph n hệ điều khiển truy nhập và tài nguy n mạng- RACS:

RACS là ph n hệ NGN thực hiện các chức năng điều khiển chính sách, dự phòng tài nguyên và điều khiển truy nhập Ngoài ra nó cũng hỗ trợ các dịch vụ cổng iên (Border Gateway Services-BGS) như các cơ chế dịch địa chỉ mạng (NAT)

RACS cung cấp các chính sách dựa trên các dịch vụ điều khiển truyền tải cho các ứng dụng Điều này cho các yêu cầu và dự phòng các tài nguyên truyền tải từ các mạng truyền tải lõi và truy nhập trong phạm vi của các mạng này

RACS ẩn đi sự tương tác giữa các ứng dụng và các nguồn tài nguyên truyền tải Ví

dụ RACS cho phép ất kỳ loại dịch vụ đa phương tiện thời gian thực ( VoIP, hội nghị truyền hình, VoD, trò chơi trực tuyến) yêu cầu về ăng thông, địa chỉ cho các dịch vụ này tử ất kỳ mạng truyền tải nào Do các hệ thống mạng có trách nhiệm về chính sách dựa trên điều khiển truyền tải, RACS có thể phải thực hiện điều khiển truy nhập để đánh giá các yêu cầu trong điều kiện các luật chính sách định nghĩa

28

trước ởi nhà vận hành mạng Sau đó nó có thể thực hiện dự phòng tài nguyên để cung cấp cho các yêu cầu chính sách và các tài nguyên phù hợp có sẵn trong mạng truyền tải Như vậy, RACS cung cấp cho các nhà mạng các công cụ để thực hiện điều khiển truy nhập, nó có thể thực hiện ằng cách cài đ t các luật chính sách dịch

vụ kênh truyền

Ngoài ra, RACS cũng cung cấp các công cụ cho các dịch vụ giá trị gia tăng để chiếm được các tài nguyên mạng cần thiết để cung cấp các dịch vụ cho người dùng cuối

Theo tổ chức TISPAN, kiến tr c của ph n hệ RACS như sau:

Hình 17 Kiến trúc RACS của TISPAN

Khối chức năng này nằm giữa khối chức năng điều khiển dịch vụ và khối chức năng truyền tải, thực hiện chức năng điều khiển tài nguyên có liên quan tới chất lượng dịch vụ giữa mạng truy nhập và mạng lõi IMS

RACS ao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ PDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF)