LV Thạc sỹ_ứng dụng của IMS trong kiến trúc mạng hội tụ của các tổ chức chuẩn hoá

MỤC LỤCTrang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT 3GPP The 3rd Generation Partnership Project Tổ chức dự án chuẩn hóamạng di động 3G AAA Authentication/ Authorization/Accounting Nhận thực

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

3GPP The 3rd Generation Partnership

Project

Tổ chức (dự án) chuẩn hóamạng di động 3G

AAA Authentication/

Authorization/Accounting

Nhận thực, Cấp quyền, Thanhtoán

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Line

Đường thuê bao số không đốixứng

AMR Adaptive Multi-rate Bộ điều chỉnh đa tốc độ

AMF Access Management Function Chức năng quản lý truy nhậpALG Application Level Gateway Chuyển đổi ở mức ứng dụngAPI Applocation Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng

AS Application Server Máy chủ dịch vụ

ARF Accrss Relay Function Chức năng chuyển mạch truy

nhậpAVP Attribute Value Pair Cặp giá trị thuộc tính

B2BUA Back to Back User Agent Thực thể đứng giữa kết nối của

hai đầu cuối, ví dụ máy chủ chodịch vụ trả trước

BCSM Back to Back User Model Mô hình trạng thái cuộc gọi cơ

bản

BG Border Gateway Cổng chuyển tiếp biên

BGCF Breakout Gateway Control

Function

Chức năng điều khiển chuyểntiếp ra mạng ngoài

BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi

độc lập với kênh mang

B-RAS Broadband Remote Access

Enhanced LogicCAP Camel Application Part Thành phẩm ứng dụng CAMELCDF Charging Data Function Chức năng tạo ra bản tin tính

cướcCDR Charging Data Record Bản tin dữ liệu cước

CLF Connectivity session Location

and rephostiory Function

Chức năng lưu trữ và định vụthông tin về phiên kết nối

CNG Costmer Network Gateway Thành phần kết nối giữa đầu

cuối của khách hàng và nhà khaithác

CNGCF CNG Configuration Function Chức năng cấu hình CNG

CGF Charging Gateway Funcion Chức năng chuyển đổi định

dạng bản tin CDRCOPS Common Open Policy Service Giao thức trao đổi thông tin

chính sách dịch vụOPEX OPerational EXpenditure Chi phí duy trì hoạt động

CDR Charging Data Record Bản ghi cước

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

CSCF Call Sesion Cotrol Function Chức năng điều khiển phiênCSE CAMEL Service Environment Môi trường dịch vụ CAMELCPE Customer Premises Equipment Thiết bị truy nhập mạng phía

khách hàngCTF Charging Trger Function Chức năng kích hoạt việc tính

cướcDHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cung cấp địa chỉ IPđộng

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DSLAM Digital Subscriber Line Access

Multiplexer

Bộ đa truy nhập đường dây thuêbao số

ETSI European Telecommunications

Server

Máy chủ quản lý nhóm và danhsách

GMLC Geteway Mobile Location

Centre

Trung tâm định vụ di động

GPRS General Packet Radio Services Mạng di động cung cấp dịch vụ

gói; mạng 2,5GGUP Generic User Profile Dữ liệu chung của thuê bao HSS Home Subscriber Server Máy chủ chứa dữ liệu của thuê

bao mạng nhà (mạng chủ)HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bảnIBCF Interconnection Border Control

Phân hệ mạng lõi đa phươngtiện trên nền giao thức IP

IMSALG IMS Application Level Dteway Chuyển tiếp ở mức ứng dụng

của IMSImạng lõi IMSIMSI international Mobile Subscriber

Identifier

Định danh của thuê bao phạm vitoàn cầu

IN Intelligent Network Mạng thông minh

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

IP - CAN IP - Connectivity Access

Network

Mạng truy nhập chuyển đổi kết nối dùng IPv4 sang dùng IPv6ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng tích hợp các dịch vụ số

IMSISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ InternetISUP ISDN User Part Thành phần thuê bao SIversion

ISDN: giao thức sử dụng trong mạng SS7

IWF Interwoking Function Chức năng kết nối liên mạngMAP Mobile Application Part Thành phần ứng dụng di độngMGCF Media Gateway Control

Multiplexing) Translation - Protocol Translation

Định danh truy nhập mạng

NAS Network Access Server Chuyển đổi địa chỉo mạng (thay

đổi cổng) - chuyển đổi giao thứcNASS Network Attachment

SubSystem

Máy chủo truy nhập mạng

Phân hệ tài nguyên kết nối mạng

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OCS Online Charging System Hệ thống tính cước theo thời

gian thực OSA Open Services Architecture Kiến trúc dịch vụ mở

PDA Packet Data Access Truy nhập dữ liệu gói

PDBF Profile Data Base Function Chức năng lưu trữ dữ liệu nhận

thực truy nhập mạng của thuê bao

PDF Policy Decision Functiion Chức năng đưa ra các chính

sách PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói

PDP Packet Data Protocol Giao thức củao mạng dữ liệu

gói, ví dụ giao thức IPPEF Policy Enforcement Function Chức năng thực hiện chính sách PFG Packet Data Gateway Cổng dữ liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công

cộngPoC Push over Cellular Dịch vụ nghe chương trình

quảng bá

PS Packet Switching Chuyển mạch gói

PSI Public Service ldentity Định vụ công cộng của dịch vụ PSTN Public Switched Telephone

PSTN Emulation/Simulation Phân hệ cung cấp dịch vụ PSTN

tiên tiến/phỏng tạo

PUI Public User Identifier Định danh công cộng của thuê

bao QoS Qua lity of Service Chất lượng dịch vụ

RAB Radio Access Bearer Kênh mang vô tuyến

RACS Resource and Admossion

RCEF Resource Control Enforcement

thời gian thựcSBC Session Border Controler Bộ điều khiển phiên ở vùng biênSBLP Service Based Local Policy Chính sách nội bộ căn cứ theo

dịch vụSCN Swiching Circuti Network Mạng chuyển mạch kênh

SCS Service Capability Server Bộ các tính năng của dịch vụ

SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên

SEG SEcurity Gateway Thực thể bảo đảm an ninh một

miền SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SGSN Serving GPRS Support Node Điểm hỗ trợ cung cấp dịch vụ

GPRSSLF Subscription Locator Function Chức năng định vị thuê baoSSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch

vụSS7 Signallimg System 7 Báo hiệu số 7

SIM Sunscriber Identity Mô đun Mô đun định danh thuê baoSIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SGW Signalling Gateway Chuyển tiếp báo hiệu

TCP Transmisssion Control Protocol Giao thức điều khiển trao đổi TISPAN Telecoms & Internet converged

Services & Protocol for Advanced Network

Tổ chức chuẩn hóa cho Mạng tiên tiến sử dụng các giao thức

và dịch vụ hội tụ cho mạng viễnthông và Internet

THIG Topology Hiding Inter - network

UAAF User Access Authorisation

Function

Chức năng chức thực quyền truynhập của thuê bao

UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền dữ liệu

UE User Equipment Đầu cuối của thuê bao

UTRAN Umts Terestrial Radio Access

Network

Mạng di động mặt đất

UMTS Universal Mobile Hệ thống truyền thông di động

Telecommunications System toàn cầu URI Universak/ Uniform Resource

Identifier

Định danh tài nguyên

URL Universal Resource Locator Định vị tài nguyên

USIM UMTS SIM Mô đun định danh của thuê bao

thuộc mạng UMTS

VNPT Viet Nam Post and Telematics Tập đoàn Bưu chính Viễn thông

Việt NamWAG WLAN Access Gateway Cổng truy nhập WLAN

WCDMA Wideband Code Division

Multiple Access

Đã truy nhập bằng rộng phân chia theo mã

LỜI MỞ ĐẦU

Trong một vài năm gần đây, chuẩn công nghệ IMS đã và đang đượcchuẩn hóa Tuy nhiên, nghiên cứu về chuẩn công nghệ này vẫn còn rất mớitrên thế giới Ở Việt Nam, các nghiên cứu về IMS cũng chỉ manh nhà dướidạng các bài báo giới thiệu về xu hướng công nghệ

Những nghiên cứu IMS có tính chiến lược, và cần thiết cho việc cập nhật

và xây dựng nền tảng kiến thức về công nghệ cho các kỹ sư điện tử viễnthông nói chung Đối với bản thân người viết, tham gia vào một trong cácnhóm nghiên cứu và phát triển mạng lưới viễn thông của VNPT1, cũng đang

cố gắng đào sâu trong mảng này Đó là hai lý do chính để người viết lựa chọnnày làm luận văn tốt nghiệp cao học

Công nghệ mạng lõi IMS là đối tượng nghiên cứu chính trong luận văn.Phạm vi nghiên cứu bao gồm các điểm mấu chốt về công nghệ như: vấn đềđiều khiển phiên, tính cước, an ninh, QoS, và phát triển dịch vụ

Mục tiêu của luận văn là trình bày và phân tích một cách có hệ thống vềcông nghệ IMS, kết hợp với kinh nghiệm và thực tiễn hiện nay nhằm xác địnhcác vấn đề sẽ gặp phải và một số định hướng cụ thể; tiếp theo là giải quyết bàitoán về cách thức phát triển mạng viễn thông ở Việt Nam

Như vậy, ý nghĩa khoa học của luận văn là xây dựng cơ sở, phân tíchnhững điểm mấu chốt trong chuẩn công nghệ, và đề xuất giải pháp tiến tớimạng hội tụ dựa tên công nghệ IMS Khi được chia thành các chuyên đề, songsong với việc ánh xạ sang các tài liệu đặc tả của các tổ chức chuẩn hóa, luậnvăn tổng hợp các khiến nghị của các nhà tham gia phát triển trên thế giới

Về ý nghĩa thực tiễn, luận văn có thể dùng để năm bắt và tra cứu chobước phát triển tiếp theo, đưa ra định hướng nghiên cứu cũng như cách thứcphát triển các thực thể trong mạng IMS VỚi những đúc rút từ nghiên cứu cụthể trong công việc, người viết hy vọng có thể giúp cho người đọc nhanh

chóng nắm bắt và có phương pháp tiếp cận phù hợp Giải pháp mà luận vănđưa ra có thể áp dụng cho lộ trình phát triển mạng viễn thông ở Việt Nam.Sau cùng, tôi xin cảm ơn PGS.TS … đã hướng dẫn tôi trong quá trìnhlàm luận văn; xin cảm ơn các thầy đã truyền thụ kiến thức và cách thứcnghiên cứu qua các môn học của khóa cao học nay Tôi xin cảm ơn Trung tâmCông nghệ Thông tin - CDiT, thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễnthông, nơi tôi đang công tác và cảm ơn các đồng nghiệp đã tạo điều kiệnthuận lợi cho việc nghiên cứu và thử nghiệm có liên quan Xin cảm ơn giađình, bạn bè đã động viên tôi trong quá trình làm luận văn.

CHƯƠNG 1: KIẾN TRÚC TỔNG QUAN CỦA IMS

1.1 Khái niệm về IMS

IMS (Internet Protocol Mutimedia Subsystem) là thuật ngữ: Phân hệ đaphương tiện giao thức Internet

Các mạng di động và cố định có sự phát triển rất to lớn trong vòng 20năm qua Đối với mạng di động, các hệ thống thế hệ đầu tiền (1G) được giớithiệu vào giữa những năm 1980 Các mạng thế hệ này cung cấp các dịch vụ

cơ bản cho thuê bao, chủ yếu dựa trên dịch vụ thoại và các dịch vụ liên quanđến thoại Sang thế hệ thứ 2 (2G), vào những năm 1990, mạng di động cungcấp một số dịch vụ dữ liệu và các dịch vụ bổ xung khác, phức tạp hơn chothuê bao Thế hệ thứ 3G (3G), hiện nay cho phép truyền dữ liệu với tốc độcao hơn nhiều và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện (định nghĩa ở phầnsau) cho thuê bao

Đối với các mạng cố định, mạng PSTN và ISDN chủ yếu cung cấp dịch

vụ thoại và dịch vụ truyền hình Những năm gần đây, việc bùng nổ các thuêbao và nhu cầu sử dụng Internet Người dùng có thể sử dụng đường truyềnInternet ngày càng cao, ví dụ dùng ADSL Kết nối Internet cho phép ngườidùng sử dụng các dịch vụ trao đổi theo thời gian thực: chat, trò chơi trực tiếp,VoIP

Hiện nay, xe hướng hội tụ giữa mạng di động và cố định, cộng với sựbùng nổ về đầu cuối di động (số liệu thống kê tháng 6 năm 2007, có 3 tỷ đầucuối di động, nguồn Mobile World) Các thiết bị này tích hợp sẵn nhiều tàinguyên cho các ứng dụng Các đầu cuối này có các ứng dụng luôn kết nốimạng Đó là một sự phát triển cơ bản của khả năng cung cấp ứng dụng Cácứng dụng không còn tồn tại riêng biệt ở các thực thể chỉ có giao diện trao đổithông tin với người dùng mà còn có những trao đổi thông tin ngang hàng(peer -to-peer) với các thực thể khác Ví dụ: chia sẻ duyệt web Do đó, kháiniệm ứng dụng cần được định nghĩa lại Ứng dụng trên thiết bị không chỉ còn

là việc cung cấp giao diện quay phím và thực hiện cuộc gọi cho người dùng.Khả năng kết nối được định nghĩa lại là khả năng thiết lập kết nối ngang hàngdựa trên các thiết bị hỗ trợ giao thức IP Đây là yếu tố cơ bản cho việc hợpnhất giữa đầu cuối di động và đầu cuối cố định nói riêng, sự hợp nhất di động

và cố định ở các mặt khác nói chung

Để các ứng dụng trên nền giao thức IP trao đổi với nhau, chúng ta cần cómột cơ chế thích hợp.Mạng thoại hiện nay cung cấp cơ chế này là rất hạn chế.Muốn thiết lập phiên kết nối ngang hàng, mạng thếit lập một kết nối ad-hocgiữa hai đầu cuối thông qua mạng IP Hạn chế kết nối IP này chỉ đáp ứng vớinhững môi trường một nhà cung cấp dịch vụ Internet, một hệ thống đóng; traođổi giữa các nhà cung cấp dịch vụ là hạn chế

Do đó, chúng ta cần một hệ thống mang tính toàn cầu, hệ thống IMS.IMS cho phép các ứng dụng chạy trên các đầu cuối hỗ trợ giao thực IP có thể

dễ dàng thiết lập kết nối ngang hàng điểm - điểm, hoặc kết nối điểm - nhàcung cấp nội dung (peer-to-content)

Khái niệm IMS được định nghĩa như sau:

"IMS là kiến trúc toàn cầu, độc lập với truy nhập; điều khiển dịch vụ vàkết nối dựa trên giao thống IP Kiến trúc này cho phép cung cấp nhiều loạidịch vụ đa phương tiện tới người dùng thông qua các giao thức thông dụngtrên Internet"

Khả năng kết hợp giữa tính di động và mạng IP quyết định tới sự thànhcông của dịch vụ trong tương lai Hình trên thể hiện khả năng điều khiển dịch

vụ, các kết nối IP của kiến trúc IMS, không phụ thuộc vào mạng tuy nhập.IMS là công nghệ chính để hiện thực hóa sự thống nhất của các mạng truynhập

1.2 Nguồn gốc của MIS.

1.2.1 Từ GSM tới 3GPP phiên bản 7

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) là tổ chức chuẩn hóa, đãđịnh nghĩa chuẩn GSM, vào cuối những năm 1980 ETSI cũng định nghĩa

kiến trúc mạng GPRS Chuẩn cuối về GSM được đưa ra vào năm 1998 Cùngnăm đó, tổ chức 3GPP được thành lập từ các tổ chức chuẩn hóa từ Châu Âu,Nhật, Hàn Quốc, Mỹ, Trung Quốc để chuẩn hóa hệ thống 3G kết hợp vớiWCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), TD-CDMA (TimeDivision/Code Division Multiple Access), mạng lõi dựa trên GMS 3GPP kếthừa công việc, chuẩn hóa từ nhóm Di động của ETSI 3GPP quyết định phiênbản đầu tiên cho hệ thống kết hợp trên là phiên bản 99.

1.2.2 3GPP phiên bản (3GPP R99)

Phiên bản đầu tiên ra đời năm 1999, gọi là phiên bản 99, hoặc 3GPPR99 Tuy nhiên, một vài đặc tả đến năm 2001 mới được chuẩn hóa Kiến trúcOSA được đưa vào trong phiên bản này

1.2.3 3GPP phiên bản 4

Sau phiên bản năm 1999, phiên bản tiếp theo từ năm 2000, gọi là All -IP,sau này chuyển tên thành IMS Trong năm này, không thể phát triển đượcchuẩn cho IMS do đó được chia thành hai phiên bản R4 và R5

R4 hoàn thành không đề cập gì tới IMS Điểm nổi bật của R4 là kháiniệm MSC, MGW, Truyền tải IP của giao thức mạng lỗi, dịch vụ định vụ(LCS) cho mạng ITRAN, và tin nhắn đa phương tiện và truyền tải IP cho giaodiện Gb, giao diện với người sử dụng R4 được hoàn thiện tháng 3 năm 2001.Các yêu cầu về tương thích ngược cho giao diện vô tuyến được đưa thêm vào09/2002

1.2.4 3GPP phiên bản 5,6,7

R5 là đưa ra IMS như là một phần trong các đặc tả của 3GP Mục đichcủa IMS là tạo ra một kiến trúc chuẩn hóa dựa trên giao thức IP độc lập vớigiao nhập, kiến trúc này cho phép interworking với các mạng thoại và dữ liệuhiện tại bao gồm cả mạng di động và cố định

Kiến trúc IMS cho phép trao đổi IP ngang hàng với tất cả các Client vớichất lượng xác định trước của dịch vụ Thêm vào đó, phần quản lý phiêntrong IMS giải quyết các chức năng cần thiết cho quá trình đầy đủ phân phốidịch vụ (đăng ký, bảo mật, tính cước, điều khiển kênh mang, roaming) Tất cảtrong tất cả và IMS sẽ là trái tim của mạng lõi IP

Nội dung của R5 được bàn thảo rất nhiều, nội dung chức năng được ổnđịnh vào 02/2002 Hệ quả của việc này là rất nhiều đặc tính phải để sangphiên bản tiếp theo, R6 R7 hoàn thành 09/2005 Hiện nay, R7 tiếp tục pháttriển

Bảng 1.1 Tổng kết quá trình nâng cấp, bổ sung trong

IMS từ R5 tới R7 Chức năng Phiên bản R5 Phiên bản R6 Phiên bản R7

Kiến trúc Thực thể chức

năng, điểm thamchiếm, chứcnăng tính cước

Interworking vớimiền CS, mạng

IP khác, mạngWLAN, một sốđiểm tham chiếm

và thực thể chứcnăng

Khả năng duy trìkết nối thoại giữamiền CS và miền

PS, kết nối băngrộng cố định tớimạng IMS

Báo hiệu Nguyên tắc định

tuyến cơ bản,đăng ký, khởi tạophiên, thay đổiphiên, giải phóng

Định tuyến củacác định danhtheo nhóm, đađăng ký

Phiên khẩn, dùngSIP hỗ trợ SMS,

tổ hợp các cuộcgọi CS và cácphiên IMS

phiên, huỷ đăngký:

- Nén SIP giữa

UE và IMS

- Truyền dữ liệugiữa HSS vàCSSCF

- Truyền dữ liệugiữa HSS và AS

An ninh IMS AKA cho

nhận thực thuêbao, mạng bảo

vệ tính toàn vẹntrao đổi bản tinSIP giữa UE vàmạng IMS, anninh miền mạng

Bảo vêh tính tincậy của bản thânSIP, chứng thựcdựa trên địa chỉIP

Ứng dụng chotruy nhập băngrộng, hỗ trợ TLS

sách giữa IMS vàmạng truy nhậpGPRS, điều kiệnkết nối, cấpquyền

Các luồng dữliệu đa phươngtiện cùng PDP

Sự phối hợp giữađiều khiển cước

và chính sách,cấp quyền

Dịch vụ Sử dụng AS,

giao diện điềukhiển dịch vụIMS (ISC)

Định nghĩa cácdịch vụ: hiệndiện, nhắn tin,hội thảo, PoC,quản lý nhóm,dịch vụ nội bộ

Dịch vụ cơ bảntrong SIP

Vấn đề cơ bản Nhận dạng trong Tính di động

khác IMS: ISIM mạng

WLAN-UMTS

1.3 Các yêu cầu về kiến trúc

Các yêu cầu đặt ra cho kiến thức IMS, phiên bản trước và các phiên bảntrong tương lai Các yêu cầu này được đề cập trong tài liệu 3GPP TS22.228

- Các phiên đa phương tiện

- Kết nối IP

- Cơ chế đảm bảo QoS cho dịch vụ trên IMS

- Chính sách điều khiển sử dụng tài nguyên IP

- Bảo mật trao đổi

- Tính cước

- Hỗ trợ roaming

- Kết nối với mạng khác (interworking)

- Mô hình điều khiển dịch vụ

- Thiết kế phân lớp

- Truy nhập độc lập

1.4 Kiến trúc mạng lõi IMS

Hình vẽ trên thể hiện được kiến trúc phân lớp của IMS, đáp ứng yêu cầuthiết kế phân lớp đã đặt ra Các hình vẽ ở các mục tiếp sau sẽ thể hiện rõ hơn

về các thực thể chức năng và các điểm tham chiếu trong IMS; và trình bàychức năng của các thực thể và các điểm tham chiếu

Những điểm cần lưu ý:

- Kiến trúc IMS theo mô hình phân lớp (hình trên)

- Kiến trúc IMS gồm 3 miền: miền CS (Chuyển mạch kênh), miền PS(chuyển mạch gói) và miền IMS (đa phương tiện)

- Kiến trúc IMS gồm 2 mặt phẳng: mặt phẳng báo hiệu (signaling plane)

và mặt phẳng media (media plane)

1.4.1 Các thực thể chức năng

Ta sẽ xem xét chức năng và vị trí của từng thực thể chức năng trong kiếntrúc mạng IMS

1.4.1.1 Các thực thể cơ sở dữ liệu - HSS/SLF

HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm chứa toàn bộ dữ liệu liênquan đến thuê bao HSS kế thừa từ HLR (HomeLocation Register) của mạngGMS HSS chứa tất cả các dữ liệu của thuê bao cần thiết cho xử lý các phiên

đa phương tiện Các dữ liệu này bao gồm: thông tin định vụ, bảo mật (nhậnthực và cấp quyền), profile của thuê bao (gồm cả các dịch vụ đăng ký củathuê bao), thông tin về S-CSCF phục vụ cho thuê bao Một mạng có thể cónhiều hơn một HSS trong trường hợp số lượng thuê bao rất lớn Ngoài ra,HSS cũng thường cấu hình dự phòng, tránh trường hợp bị lỗi Nhưng về mặtlôgic, các trường hợp dự phòng đó vẫn coi chỉ có một thực thể HSS

Mạng chỉ có một HSS thì không cần thực thể SLF Thực thể SLF chỉ cầnkhi mạng có nhiều hơn một HSS về mặt lôgic SLF sẽ ánh xạ nơi chứa thôngtin về thuê bao với HSS cụ thể SLF và HSS đều dùng giao thức Diametervới ứng dụng cụ của IMS (xem thêm 2.1.2.2)

1.4.1.2 Các thực thể điều khiển phiên cuộc gọi - CSCF

CSCF (Call/Session Control Function), thực thể là một máy chủ SIP, làthực thể rất quan trọng trong IMS CSCF xử lý bản tin SIP Có ba loại CSCF:

P CSCF có một vài chức năng, trong đó có chức năng bảo mật P CSCF thiết lập các kết nối IPSec tới đầu kỳ cuối IMS Các kết nối này đảmbảo tính toàn vẹn của thông tin Khi P - CSCF nhận thực thuê bao (một phầncủa việc thiết lập kết nối bảo mật), P - CSCF thêm định dạng của thuê bao chocác node con lại trong mạng Do đó, cac node mạng khác không cần phảionhận thực thuê bao nữa Định dạng này được dùng cho nhiều mục đích; ví dụnhư các dịch vụ của cá nhân, phát sinh bản tin cước (xem thêm phần 2.3).Thêm vào đó, p - CSCF xác định chân thực của các yêu cầu SIP gửi từ đầu kỳcuối IMS Việc xác định này giúp đầu cuối không phải tạo ra các bản tin SIPtheo các quy định SIP thông thường.

-P - CSCF gồm cả nén và giải nén bản tin, SI-P; đầu cuối IMS cũng gồm

cả các hai thực thể đó Bản tin SIP có thể lớn giao thức thuần kỷ tự Bản tintruyền kết nối băng rộng trong thời gian ngắn, nhưng khi kênh truyền bănghẹp, như một số kết nối vô tuyến, sẽ mất một vài giây Để giảm thời giantruyền bản SIP như vậy thì cần phảip nén bản tin và gửio qua giao diện vôtuyến, sau đó giải nén ở điểm cuối

P - CSCF có thể bao gồm thực thể PDF ( Policy Decision Function).PDF có thể được tích hợp vào P - CSCF hoặc đứng độc lập PDF cấp quyền

sử dụng tài nguyên thoe mặt phẳng báo hiệu, và quản lý QoS trên mặt phẳngbáo hiệu P - CSCF phát sinh thông tin tính cước gửi tới các node thu thậpthông tin cước Để mở rộng và dự phòng cho mạng, P - CSCF thường được

bố trí nhiều Mỗi p - CSCF phục vụ cho một số đầu cuối IMS, tuỳ theo đặctính tải được thiết kế và phân bổ cho nó

P - CSCF có thể thuộc mạng nhà hoặc mạng khách (xem khái niệm ởmục 1.4.1.8) Trường hợp mạng truy nhập là mạng gói GPRS, P - CSCF sẽluôn đặt cùng mạng với thực thể GGSN Cả hai thực thể này sẽ cùng mạngnhà hoặc mạng khách Do triển khai GPRS trước kia Mạng IMS bắt đầu sẽ

kế thừa mô hình này và cấu hình hai thực thể này ở mạng nhà Khi mạng IMS

mở rộng, các nhà khai thác tiến tới sẽ cầu hình P - CSCF và GGSN ở mạngkhách.

I - CSCF

I - CSCF là một SIP proxy đặt ở mặt quản trị Địa chỉo của I - CSCF lưugiữ trong bản tin của DNS của hệ thống Trong luồng xử lý bản tin SIP (RFC3263), máy chủo xử lý cần tìm điểm chuyển tiếp bản tin thông qua I - CSCF

I - CSCF ngoài chức năng là máy chủ SIP proxy, còn có giao diện tớiHSS/SLF

I - CSCF có thể mã hoá các phần trong bản tin SIP, phần chứa thông tinnhạy cảm về miền quản trị, ví dụ: số máy chủ trong miền, tên DNS củpa cácmáy chủ, tính năng của máy chủ Chức năng này gọi là THIG (TopologyHiding Inter - network Gateway) Về Mặt logic, THIG nằm tách biệt với chứcnăng I - CSCF, nhưng thông thường THIG được tính hợp vào thực thể I -CSCF nói chung Chức năng này là được khuyến nghị, không phải tất cả cácmạng đều tích hợp chức năng này Để đảm bảo tính dự phòng và mở rộng, cóthể có nhiều I - CSCF

ICSCF thường đặt ở mạng nhà, tuy nhiên, có một vài trường hợp I CSCF (bao gồm cả chức năng THIG) đặt ở mạng khách

-Lưu ý: Mục đích của việc nén bản tin báo cáo giữa đầu cuối IMS và CSCF không chỉ là giảm bớt một số byte để tiết kiệm băng thông cho đườngtruyền Mà mục đích chính là truyền bản tin với tốc độ nhanh hơn, đáp ứngcho các phiên đa phương tiện (audio, video)

I-S-CSCF là điểm trung tâm của mặt phẳng báo hiệu I-S-CSCF là SIPserver, điều khiển phiên S-CSCF cũng có vai trò là một SIP registrar xác định

vị trí của thuê bao căn cứ vào PUI S-CSCF sử dụng giao thức Diameter traođổi với HSS:

Tải các vector nhận thức của thuê bao từ HSS S-CSCF dùng các vectornày để nhận thức thuê bao IMS

Tải thông tin (profile) của thuê bao từ HSS Profile của thuê bao có chưathông tin về dịch vụ, đó là các bộ kích hoạt dịch vụ để bản in SIP được truyềntới một hoặc nhiều máy chủ ứng dụng (xem thêm 2.6.2.2).

Thông báo cho HSS về việc S-CSCF phục vụ thuê bao trong thời gianđăng ký

Tất cả các bản in đầu cuối IMS gửi và nhận trong định vụ được S-CSCFđều thông qua thực thể này S-CSCF quyết định lựa chọn một hoặc nhiều AS

và gửi tới điểm đích Nếu thuê bao một số điện thoại thay vì nhập chuỗ SIPURI, S-CSCF sử dụng dịch vụ ánh xạ, thường là DNS E.164 (RFC 2916) đểchuyển sang chuỗi SIP URI S-CSCF thêm chính sách của nhà cung cấpmạng Ví dụ, thuê bao được cung cấp dịch vụ hoặc có hoạt động mà chưađược cấp phép Một mạng thường có một số S-CSCF để đảm bảo khả năng

mở rộng và dự phòng Mỗi S-CSCF phục vụ cho một số đầu cuối IMS, tuỳtheo năng lực của từng điểm

S-CSCF luôn thuộc mạng nhà

1.4.1.3 Các máy chủ ứng dụng - AS.

Theo khảo 2.6.2.1

1.4.1.4 Thực thể tài nguyên media - MRF.

MRF cung cấp nguồn tài nguyên trong mạng nhà MRF cho phép mạngnhà thực hiện thông báo thoại trộn các luồng media (ví dụ, trong hội thoại tậpchung), chuyển đổi các loại codec, thống kê và phân tích các loại media MRFchia thành 2 node theo hai mặt phẳng khác nhau Thực thể MRFP (MediaResourice Function Processor) đặt ở mặt phẳng media

MRFC là SIP UA có giao diện SIP với S-CSCF MRFC điều khiển tàinguyên của MRFP qua giao diện H.248 MRFC thực hiện tất cả các chứcnăng liên quan đến media, ví dụ đưa ra, trộn luồng media

MRF luôn đặt tại mạng nhà

1.4.1.5 Thực thể BGCF.

Tham khảo 2.2.9.3

1.4.1.6 Thực thể IMS-ALG và TrGW.

Khi triển khai IMS ở phiên bản đầu tiên, công nghệ mạng IPv6 triển khairất ít Do đó, IMS hỗ trợ thêm cả IPv4 Tại một số điểm IP trong phiên đaphương tiện hoặc trao đổi có thể cần chuyển đổi giữa hai phiên bản IP Đểtránh việc phải hỗ trợ đồng thời IPv4 và IPv6 của đầu cuối kiến trúc IMSđược đưa thêm hai thực thể chức năng cung cấp việc chuyển đổi giữa haiphiên bản IP: IMS-ALG (IMS Application Layer Gateway) và TrGW(Transition Gateway) IMS - ALG thực hiện chuyển đổi phiên bản IP ở mặtphẳng báo hiệu; TrGW thực hiện chuyển đổi ở mặt media (ví dụ RTP, RTCP).IMS-ALG là một SIP B2BUA; IMS-ALG đứng ở giữa trong việc traođổi cuộc gọi, huy trì hai hướng (hai leg)của cuộc độc lập với nhau Mỗi legthực hiện với một phiên bản IP IMS-ALG cũng sửa lại SDP bằng cách thayđổi địa chỉ IP và cổng khởi tạo bởi đầu cuối bằng địa chỉ và tổng của TrGW

Do đó, dữ liệu thuộc mặt phẳng media được định tuyến tới TrGW IMS-ALGtrao đổi với I-CSCF cho lượng hướng vào, với S-CSCF cho lưu lượng hướng

ra qua giao diện Mx Mx không được chuẩn hóa trong R6

TrGW thực ra là một CAT-PT/NAPT-PT (Network Addess PortTranslator - Photocol) TrGW được cấu hình với một tổ các địa chỉ IPv4 đểcung cấp động cho phiên trao đổi TrGW chuyển đổi phiên bản IP ở mặtphẳng media

3GPP chuẩn hóa chức năng chuyển đổi IPv4/IPv6 của IMS-ALG vàTrGW trong tài liệu 3GPP TS 29.162 IMS-ALG trao đổi với TrGW qua giaodiện Ix; giao diện Ix không được chuẩn hóa trong R6

1.4.1.7 Các Gateway

Gateway PSTN cung cấp giao diện tới mạng chuyển mạch kênh (miềnCS) và cho phép đầu cuối IMS thực hiện/ nhận cuộc gọi từ/đến miền CS.Kiến trúc chức năng của Gateway gồm 3 thành phần: SGW, MGCF, MGW,xem thêm ở mục 2.2.9.1

1.4.1.8 Mạng nhà và Mạng khách

Một số khái niệm được kế thừa từ công nghệ GSM và GPRS, như "Mạngnhà" và "Mạng khách" Trong trường hợp cần roaming thì hai nhà cung cấp

hạ tầng mạng (của hai mạng nhà và khách) phải có những cam kết như chấtlượng dịch vụ, giá cước, cách thức trao đổi bản cước Trong IMS, hầu hết cácnode đều thuộc mạng nhà Tuy nhiên, có một node có thể thuộc mạng hoặcnhà mạng khách, đó là P - CSCF Kiến trúc IMS cho phép hai cấu hình này.Trường hợp IP-CAN là GPRS, vị trí của P-CSCF Kiến trúc IMS chophép hai cấu hình này

Trường hợp IP-CAN là GPRS, vị trí của P-CSCF cùng mạng với GGSN.Các kịch bản roaming, GPRS cho phép vị trí của GGSN thuộc mạng nhà hoặcmạng khách Trong IMS, cả GGSN và P-CSCF điều khiến GGSN qua giaodiện Go Cả P-CSCF và GGSN cùng lớp mạng và giao diện Go thuộc cùngmạng của nhà cung cấp, do đó sẽ hoạt động dễ dàng hơn

Để cấu hình P-CSCF và GGSN thuộc cùng mạng khách thì FFSN củamạng khách phải được đáp ứng theo chuẩn R5 Cấu hình như vậy là cấu hìnhmong muốn về sau

Trong điều kiện, việc triển khai IMS là không thể ngay lập tức Các đốitác có mạng khách cũng không hẳn đã nâng cấp GGSN đáp ứng R5 cùng vớimạng nhà thuộc kiến trúc IMS Do đó, trước mắt việc triển khai P-CSCF đượcthực hiện tại mạng nhà

Theo cấu hình P-CSCF và GGSN thuộc mạng nhà, mạng khách khôngcần phải hỗ trợ công nghệ IMS; cụ thể là GGSN của mạng khách không phảinâng cấp đáp ứng R5 Mạng khách chỉ cần có kênh vô tuyến và thực thểSGSN Vấn đề này thuộc bước đầu triển khai IMS, khi IMS chưa được triểnkhai rộng Cấu hình này có một vài nhược điểm Mặt phẳng mèia được địnhtuyến về mạng nhà, sau đó mới chuyển tiếp đích Như vậy sẽ gây ra trễ vàchiếm dụng băng thông

1.4.2 Các điểm tham chiếu

- Thực thể SEG (Tham khảo phần Bảo mật 2.4.6) đặt giữa giao diện Mm,

Mw, Mk khi kết nối với mạng khác không thể hiện ở hình vẽ trên

- Điều khiển phiên

- Giao dịch; giao dịch khác với điều khiển phiên là không tạo radialog

Mw - Đăng ký trạng thái, Điều khiển phiên, Giao dịch

ISC - Thủ tục lựa chọn AS, thủ tục gửi bản tin từ AS (2.6.2)

Cx - Quản lý vị trí, gồm 2 nhóm: nhóm đăng ký/huỷ đăng ký và

nhóm xác định vị trí

- Xử lý dữ liệu thuê bao

- Nhận thực thuê bao

Dx

Sh - Xử lý dữ liệu, đăng ký thông báo và gửi thông báo

Dh - Giao diện giữa CAMEL AS (IM-SSF) với HSS qua giao thức

MAP

Mn - Giao diện dùng để trao đổi với mạng IMS khác.I-CSCF nhận

yêu cầu khởi tạo phiên từ SIP server hoặc SIP UA từ mạng IMSkhác và S-CSCF gửi chuyển tiếp bản tin tới thực thể SIP thuộcmạng IMS đó

Mg - Giao diện kết nối chức năng biên miền CS, thực thể MGCF với

I-CSCF MGCF ánh xạ báo hiệu giữa hai miền CS và miền IMS,ÍUP <-> SIP

Mi - Giao diện giữa S-CSCF và BGCF để thực hiện interworking

giữa IMS với miền CS, xem thêm phần 2.2.9

Mj - Khi BGCF nhận được phiên kết nối ra miền CS, BGCF sẽ xác

định điểm kết nối ra Nếu miền CS đó thuộc cùng mạng thìBGCF chuyển tiếp phiên tới MGCF chuyển tiếp phiên tớiMGCF qua giao diện Mj

Mk - Khi BGCF nhận được phiên kết nối ra miền CS, BGCF sẽ xác

định điểm kết nối ra Nếu miền CS đó không phụ thuộc cùngmạng thì BGCF chuyển tiếp phiên tới BGCF thuộc cùng mạngvới miền CS cần kết nối tới qua giao diện Mk

Mn - Giao diện trao đổi giữa UE với AS Cho phép UE quản lý

thông tin bảo mật (ví dụ thông số PUI, đăng ký sử dụng dịch vụ)theo giao thức HTTP Các ứng dụng trên UE có thể trao đổi với

AS thông qua các giao thức dựa trên HTTP

Mt - Giao diện trao đổi giữa UE với AS Cho phép UE quản lý

thông tin bảo mật (ví dụ thông số PUI, đăng ký sử dụng dịch vụ)theo giao thức HTTP Các ứng dụng trên UE có thể trao đổi với

AS thông qua các giao thức dựa trên HTTP

Mr - Giao diện trao đổi giữa S-CSCF với MRFC với MRFC dùng

giao thức SIP S-CSCF điều khiển MRFC thực hiện dịch vụ liênquan đến kênh mang, ví dụ thực hiện đưa ra thông báo thoại nào

đó Giao diện này chưa được chuẩn hóa đầy đủ

Mp - Giao diện trao đổi giữa MRFC với MRFP dùng H.248 Tuy

nhiên, có sử dụng mở rộng Giao diện này chưa được chuẩn hóatrong R6

Go - Giao diện trao đổi giữa PDF với GGSN dùng COPS PDF đảm

bảo Qó và địa chỉ nguồn/đích của kết nối Giao diện này còndùng cho chức năng tương quan trong tính cước (xem thêm2.3.3.3); gồm hai thủ tục chính: cấp phép media, tương quan tínhtrong tính cước

Gq - Giao diện trao đổi PDF với các thực thể đóng vai trò AF ("chức

năng ứng dụng") dùng Diameter P-CSFC có vai trò AF trao đổithông tin thiết lập chính sách truyền tải với PDF Nếu bản tin SIP

mà P-CSFC nhận được có chứa SDP sẽ được P-CSFC gửi thông

tin về chính sách tới PDF để PDF thực hiện cơ chế đảm bảo cấpphép kênh mang đáp ứng được với yêu cầu của phiên làm việc.Giao diện này được chuẩn hóa trong R6.

Ro/Rf - Tham khảo phần tính cước 2.3

1.4.3 Phân loại các giao thức

Trong IMS các giao thức sử dụng được chia thành các loại chính sau:

- Giao thức điều khiển báo hiệu: SIP, H.248

- Giao thức điều khiển media: RTP/RCTP

- Giao thức điều khiển chất lượng: COPS

- Giao thức chức năng AAA: Diameter

Trong các giao thức được sử dụng, giao thức điều khiển báo hiệu (lựachọn là SIP) và giao thức AAA (lựa chọn là Diameter) là các giao thức quantrọng nhất Nắm vững trong việc nghiên cứu hai giao thức này là là khóa mở

ra cảnh cửa cho quá trình đo kiểm mạng, phát triển các thực thể chức năng, vàcác dịch vụ trên mạng

1.5 Kết chương

Nguồn gốc ra đời của IMS là xuất phát tư nhu cầu của 3GPP, để thựchiện mạng toàn IP (All-IP) cho mạng di động 3G.IMS là trái tim trong kiếntrúc của mạng theo đề xuất của 3GPP Đặc điểm cơ bản của IMS là thực hiệnđiều khiển phiên đa phương tiện, độc lập với mạng truy nhập, sử dụng cácgiao thức có thể dùng trên Internet, được INTF chuẩn hóa

Hiện tại, 3GPP đưa ra phiên bản 7 Các chuẩn và các vấn đề còn chưađược chuẩn hóa hoặc chưa rõ đang được các nhóm trong 3GPP nghiên cứu.Với phiên bản 7, nhiều vấn đề cơ bản đã được giải quyết Chuẩn IMS này đãđược một số tổ chức chuẩn hóa sử dụng trong kiến trúc của mình, Một sốhãng sản xuất thiết bị viễn thông lớn trên thế giới đã đưa ra giải pháp và môhình thử nghiệm kiến trúc mạng IMS

Tuy nhiên, kiến thức về mạng IMS cũng còn rất mới đối với các kỹ sưviễn thông trên thế giới và ở Việt Nam Đối với người nghiên cứu về viễnthông, việc cập nhật chuẩn mới được đưa ra, các vấn đề kỹ thuật cần nghiêncứu và giải quyết trong kiến trúc mạng IMS là yêu cầu hiện nay, làm nền tảngcho các nghiên cứu phát triển và triển khai mạng viễn thông Trong chươngtrình sau sẽ tập trung trình bày các vấn đề kỹ thuật chính trong kiến trúc IMS.Những phần sau đi khá sâu vào tích theo: các tài liệu chuẩn gần nhất của các

tổ chức hóa như 3GPP, 3GPP2, ETSI/TISPAN, IETF; những đóng góp củacác tổ chức nghiên cứu; những vấn đề của các hãng cung cấp thiết bị/ phầnmềm viễn thông và những thực tiễn nghiên cứu, phát triển của bản thân ngườiviết

CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CHÍNH TRONG IMS 2.1 Các giao thức chính

2.1.1 Giao thức điều khiển phiên - SIP

2.1.1.1 Đặc điểm cơ bản về SIP.

SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức khởi tạo phiên Hoạt độngđiều khiển bao gồm: Thiết lạp, thay đổi, kết thúc một phiên SIP không cungcấp một dịch vụ thay vào đó SIP hỗ trợ thực thi các dịch vụ hay cung cấp cácthủ tục căn bản để xây dựng các dịch vụ Dưới đây là các đặc điểm cơ bản củaSIP

Hỗ trợ các giao thức Internet: TCP, UDP, SCTP, TLS, DNS

Thuần ký tự, đơn giản và có khả năng mở rộng

Hoạt động với sự kết hợp các giao thức khác (SDP RTP/RCTP)

Là giao thức ngang hàng, phân tán tận biên của mạng và nhúng tới thiết

bị đầu cuối

Tương tác theo thời gian thực, xử lý thông tin trong mạng có cấu trúcphức tạp

Các chức năng cơ bản

Về cơ bản SIP có 5 chức năng sau:

Định vị đầu cuối (User location)

Xác định trạng thái đầu cuối (User availability)

Xác định khả năng của đầu cuối (User capabilities)

Thiết lập phiên (Session setup)

Quản lý phiên (Session manegement)

Registrar Server tiếp nhận đăng ký từ các UA để cập nhật thông tin về vịtrí của chúng.

Các bản tin SIP

Bảng 2.1 Các bản tin yêu cầu của SIP

INVITE Khởi tạo một phiên

ACK Client đã nhận được đáp ứng cho bản tin INVITE

BYE Yêu cầu kết thúc phiên

CANCEL Huỷ yêu cầu đang nằm trong hàng đợi

REGITER Đầu cuối SIP đăng ký với registrar server

OPTIÓN Sử dụng để xác định năng lực của server

INFO Sử dụng để tải các thông tin

SUBSCRIBER Đăng ký nhận thông báo về các thay đổi/sự kiện

NOTIFY Gửi thông báo về các thay đổi/sự kiện đã đăng ký

PUBLISH Thông báo trọng thái/sự kiện nào có thể được đăng kýMESSAGE Gửi bản tin nhắn giữa các thực thể mức giao thức

UPDATE Cập nhật các thông số phiên mà không cần tạo lại

diologREFER Gửi thông tin của một nguồn, yêu cầu trả lời ngay

PRACK Cơ chế truyền nhận đảm bảo một số thông số

Các mở rộng của SIP được định nghĩa trong tài liệu IETF:SUBSCRIBER (mục 2.2.6), NOTYFY, PUBLISH (RFC 3265), MESSAGE(RFC 3428), REFER (RFC 3515); trong tài liệu của 3GPP cũng mô tả (TS24.229) Ở bảng trên các mở rộng của SIP được bôi đậm {10}

Bảng 2.2 Các bản tin đáp ứng của SIP.

2.1.1.2 Giao thức SIP trong IMS

SIP trong IMS có đặc đặc điểm nổi bật sau:

- P-headers: các mào đầu SIP dành riêng cho IMS

- Hỗ trợ IPv6

- Nến báo hiệu (SigCom): yêu cầu bắt buộc cho báo hiệu giữa UE và CSCF

P Hỗ trợ IMURI, PRES URI và TEL URI

- ENUM: dịch số điện thoại hay TEL URI sang SIP URI

- Hỗ trợ các gói sự kiện khác nhau như presence, reg-event

- Hỗ trợ gửi tin nhắn tức thời (IM)

- IPsec: an ninh IP

- Thỏa thuận về an ninh, như định nghĩa trong RFC 3329

- Hỗ trợ việc đăng ký di động sử dụng các mào đầu Service-route vàPath

SIP-2.1.2 Giao thức AAA-Diameter.

2.1.2.1 Đặc điểm cơ bản của Diameter

Giao thức Authention/Authorization/Accounting (AAA) của thế hệ tiếptheo hiện nay là giao thức Diameter (RFC 3588) Giao thức Diameter được kếthừa từ giao thức RADIUS (RFC 2865) và được cải tiến ở nhiều khía cạnh.Các yêu cầu cho giao thức Diameter được đưa ra bởi các tổ chức:

• IP Routing for Wireless/Mobile Hosts WG-MOBILEIP

(RFC2977)

• Networ Access Server Requirements WG - NAREQ (RFC3169)

• Roaming Operations WG - ROAMOPS (REC2477)

• Telecommunications Industry Association - TIA

• Một số cải tiến so với RADIUS

Sử dụng giao thức truyền tải tin cậy (TCP hoặc SCTP)

Bảo mật ở lớp mạng lớp truyền tải (IPSec hoặc TLS)

Hỗ trợ giao thức RADIUS

Mở rộng vùng địa chỉ cho Cặp giá trị thuộc tính (AVPs) và các Địnhdanh (32-bít so với 8-bit trước)

Giao thức theo mô hình Client-Server

Có hai chế độ có thể sử dụng là stateful và stateless

Có cơ chế phát hiện điểm kết nối động (dùng DNS SRV, NAPTP)

Giao thức Diameter được chia thành hai phần chính: Giao nhận cơ bảnDiameter và các Ứng dụng Diameter.

Giao thức cơ bản Diameter thực hiện các yêu cầu tối thiểu của một giaothức AAA nói chung [7] như:

• Quản lý phiên và kết nối

• Đàm phán các tính năng và nhận thức thuê bao

• Trao đổi AVPs

• Các thực thể hỗ trợ chế độ: proxy, redirect, relay

• Khả năng mở rộng bằng cách thêm lệnh và AVPs

• Dịch vụ Accounting cơ bản

Ứng dụng Diameter sử dụng giao thức cơ bản Diameter và sử dụng khảnăng mở rộng để cung cấp một chức năng nhất định Các ứng dụng Diameterchỉ có một số loại cơ bản:

• Moile IP

• Extensible Authentication Protocol (EAP)

Một ứng dụng Diameter cụ thể có thể gồm một hoặc nhiều loại ứng dụngDiameter, khi cần thiết nên chỉ rõ loại ứng dụng Diameter nao được hỗ trợ

Relay/Proxy/Redirect/Translation Agent

Các trúc bản tin

Bản tin Diameter được tổ chức dưới dạng nhị phân, có khuôn dạng:

Authentication và Authorization:

Client khởi tạo bản tin auth (authentication/authorization) để yêu cầuServer thực hiện dịch vụ Dịch vụ Authorization) để yêu cầu Server thực hiệndịch vụ Dịch vụ Authorzation có thể thực hiện ở một trong hai chế độStateless hoặc stateful Khi hoạt động ở chế độ stateful, Server duy trì trạngthái phiên và việc cấp quyền cho phiên trong một khoảng thời gian nhất định.Thời gian tồn tại của một phiên bao gồm: thời gian phiên được cấp quyền sửdụng dịch vụ + thời gian gia hạn Thời gian tồn tại tối đa của một phiên đánhgiá khả năng "chi trả" cho việc sử dụng tài nguyên trong phiên đó

Dịch vụ Accounting:

Khi thực hiện động tác thanh toán cho một lượng tài nguyên nhất định,dịch vụ Accounting sẽ được gọi bởi Client Client khởi tạo yêu cầu ACR(Accounting Request) để kích hoạt phiên thanh toán đó Trong phiên thanhtoán, bản in cước (CDR) được chia thành hai loại tuỳ theo dịch vụ thanh toán:

- Dịch vụ thanh toán theo định lượng tài nguyên sử dụng: căn cứ theobản tin bắt đầu/kết thúc dịch vụ

- Dịch vụ thanh toán theo sự kiện: có duy nhất một bản tin tính cước

2.1.2.2 Ứng dụng trong IMS

Giao thức Diameter được tổ chức 3GPP chọn làm giao thức báo hiệuchính cho chức năng AAA và Quản lý tính di động trong IMS.

Các giao diện sử dụng Diameter

Hình 2.3: Kiến trúc Auth trong IMS

Trong kiến trúc IMS, các loại thực thể AS thực hiện giao thức Diametertrao đổi với SLF/HSS gồm: SIP Application Server hoặc OSA ServiceCâpbility Server

Thực thể chức năng SLF có mặt trong kiến trúc IMS khi có nhiều hơnmột HSS trong mạng nhà (Home Network) SLF thực hiện năng xác định thựcthể Hss nào chứa dữ liệu cần tìm của thuê bao Do đó, SLF thực thi Diameter

ở chế độ Redirect

Các ứng dụng Diameter

Ngoài các ứng dụng được nói đến ban đầu chuẩn hoá bởi IETF, trongIMS 3FPP định nghĩa thêm các ứng dụng Diameter, được RETF cấp phép:

- Diameter SIP Application [8]

Diameter Credit Con trol [9] )RFC 4006)

Diameter SIP Application:

Sử dụng ở giao diện Cxm, Dx, Sh và Dh Được sử dụng bởi SIP server đểnhận thực thuê bao, cấp quyền sử dụng các tài nguyên, quảnlý dữ liệu thuêbao/dịch vụ Ứng dụng này dùng nhiều ở giao diện Cx và được sử dụng linhhoạt ở các giao diện khác Các tham số trao đổi trên các giao diện được phảnánh xạ sang AVPs của ứng dụng Diameter SIP Application

Diameter Credit Control:

Sử dụng ở giao diện Ro Được sử dụng cho các dịch vụ cần cấp quyền sửdụng tài nguyên theo thời gian thực; chia thành hai phần chính:

• Điều chính giá trị và tín dụng: Gạch nợ tài khoản của của thuêbao tuân theo thời gian thực (online)

• Cấp quyền tín dụng: cấp sẵn một tài nguyên nhất định khi thuêbao sử dụng dịch vụ

Hai thành phần này được phối hợp với nhau tạo thành cơ chế tính cướconline trong IMS (3GPP TS 32.240).

Chức năng AAA trong IMS

Chức năng AAA được chia thành hai phần: chức năng Authentication +Authorization, và chức năng Accounting; mỗi phần được thực thi bởi cácnode khác nhau Khi phân tích ứng dụng giao thức Diameter cho chức năngAAA, chúng ta phân tích theo hai phân đó

Authentication + Authorization (AA):

Kiến trúc AA trong IMS như Hình 2.3 Trong đó có 3 giao điện chínhthực hiện: Cx, Dx và Sh

Do Cx và Dx có chung các loại bản tin dùng trên đó nên Dx/Cx thựchiện loại ứng dụng Diameter SIP Application và có tên gọi cụ thể là DiameterApplication for Cx interface (TS 29.228, TS 29.229) [4] Ứng dụng này địnhnghĩa thêm:

- Các cặp mã lệnh: ỦA/UAA, SAR/SAA, LIR/LIA, MAR/MAA,RTR/RTA, PPR/PPA; có mã từ 300-305 Mỗi cặp dùng cho các chức năng cấpquyền cho thuê bao

AVPs: có mã từ 600-627 Giao diện Sh thực hiện ứng dụng tên gọi cụ thể

là Diameter Application for the Sh interface (TS 29.328, TS 29.329) [4] Ứngdụng này định nghĩa thêm:

- Các cặp mã lệnh: UDR/UDA, PỦ/PUA, SNR/SNA, PNR/PNR; cps mã

từ 306-309

- AVPs: có mã từ 100-108

Accuonting được định nghĩa là việc thu nhập thông tin sử dụng tàinguyên để cho việc thiết lập dung lượng, thanh toán, billing, hoặc định giá[10] Tuy nhiên, trong IMS, chức năng Accunting thường được hiểu và đề cậpnhiều về khía tính cước (tham khảo thêm 2.3), một trong khía cạnh của chứcnăng Accunting

2.1.2.3 Kết luận và khuyến nghị

Emd-to-End Security: Diameter hỗ trợ cơ chế này nên có khả năng ứngdụng cho mạng quy mô lớn, nhận thực giữa hai điểm có đường truyền đi quacác các agent trung gian khác

Sử dụng cơ chế bảo mật: Cơ chế này sử dụng trong kiến trúc IMS Vềlựa chọn chuẩn thực hiện, trong RFC 3588 hỗ trợ IPSec là bắt buộc Hỗ trợTLS đối với Diameter Server là bắt buộc; đối với Diameter Client đượckhuyến nghị là nên hỗ trợ

Hỗ trợ RADIUS: Diameter không tương thích được trong suốt vớiRADIUS Để hỗ trợ ứng dụng dùng giao thức RADIUS, trong IMS phải sửdụng chức năng của Tránlation Agent với AVP có mã với giá trị o-255

IPv4/VPv6: Hiện nay, việc sử dụng IPv6 trong giao thức là chưa bắtbuộc Tuy nhiên, theo khuyến nghị, ở phiên bản Diameter sau việc sử dụngIPv6 là bắt buộc Do đó, đây là một chỉ tiêu khi thiết phát triển ngăn xếp/ứngdụng Diameter hoặc làm một tiêu chí để các nhà khai thác mạng lựa chọn giảipháp IMS của các nhà cung cấp

Lớp truyền tải: Diameter sử dụng giao thức truyền tải SCTP hoặc TCP.Hiện nay, giao thức truyền tải phổ biến vẫn là TCP, việc sử dụng SCTP đã cónhưng không nhiều Trong IMS, giao thức SCTP được lựa chọn đầu tiên khi

có trao đổi Diameter, nếu không hỗ trợ SCTP thì TCP sẽ được lựa chọn làmgiao thức truyền tải Do ưu điểm của SCTP so với TCP nên việc sử dụngSCTP làm giao thức truyền tải là xu hướng chính, song song với việc hỗ trợTCP cho các ứng dụng Diameter hiện tại

Phát triển ngăn xếp Diameter: Để nắm vững được hệ thống phục vụ việc

đo kiểm và phát triển các thực thể chức năng, dịch vụ trong IMS thì việc pháttriển ngăn xếp Diameter là rất cần thiết Kiến trúc ngăn xếp Diameter dùngtrong IMS có thể được xây dựng với kiến thức trúc sau:

**********

Hình 2.4: Kiến trúc ngăn xếp giao thức Diameter

2.2 Điều khiển phiên

Điều khiển phiên là một trong vấn đề kỹ thuật quan trọng nhất của mạnglõi IMS Đây là chức năng cơ bản nhất của IMS Mạng lõi IMS sử dụng giaothức SIP là một trong các ứng dụng cụ thể của SIP, sử dụng trong môi trường

di động

Trong IMS, SIP cần đáp ứng những lựa chọn và mở rộng do 3GPP đặt ra(tài liệu TS 24.2259), có thể được gọi là một tập hợp con về đặc điểm điểnhình (Profile) của SIP nói chung Các yêu cầu này được thực hiện ở cả phầnthực thể SIP trong IMS va đầu cuối SIP

Khi 3GPP lựa chọn SIP là giao thức điều khiển phiên, IETF cải tiến SIPsang phiên bản 2 (RFC 3261) IETF giải quyết những yêu cầu sử dụng SIPtrong môi trường di động như: yêu cầu bảo mật, yêu cầu cung cấp dịch vụtrong suốt với vị trí của thuê bao dù đang ở mạng nhà hay mạng khách Việckhi phân tích các vấn đề này được đề cập ở RFC 3261 và các tài liệu khác về

mở rộng SIP

2.2.1 Những thủ tục ban đầu trước khi hoạt động trong IMS

Trước khi đầu cuối IMS thực hiện các thủ tục trong miền IMS, một sốyêu cầu cần thực hiện (Hình 2.5)

*********

Hình 2.5: Các thủ tục trước các hoạt động trong IMS

- Bước 1: Nhà cung cấp dịch vụ IMS cần cấp quyền cho thuê bao sửdụng dịch vụ Thủ tục này yêu cầu bản hợp đồng/miêu tả thể hiện cam kếtcung cấp dịch vụ (contract) của nhà cung cấp dịch vụ với thuê bao Miều tả

này tương tự như miêu tả về việc cấp quyền cho thuê bao thực hiện cuộc gọi ởmạng di động.

- Bước 2 - Đầu cuối IMS thiết lập kết nối với mạng truy cập (IP-CAN).IP-CAN có thể là mạng FPRS, ADSL, hoặc WLAN IP-CAN cho phép đầucuối truy nhập vào mạng nhà hoặc mạng khách IMS Một phần của thủ tụcnày là yêu cầu địa chỉ IP Địa chỉ IP được cung cấp thông thường là địa chỉđộng, xác định trong khoảng thời gian nhất định, nằm trong dải địa chỉ củanhà khai thác IP-CAN Khi thiết lập kết nối với IP-CAN và được cung cấp địachỉ IP, đầu cuối thực hiện bước 3

- Bước 3: Xác định địa chỉ P-CSCF PCSCF đóng vai trò là SIP Proxy(in/out) cho đầu cuối Địa chỉ P-CSCF được xác định trong thời gian đăng kýphiên của đầu cuối Thông thường, thủ tục đăng ký của đầu cuối thực thi khitắt/bật thiết bị Tuy từng IP-CAN mà thủ tục xác định P-CSCF là thủ tục riênghoặc bao gồm luôn trong thủ tục thiết lập kết nối với IP-CAN Đối với trườnghợp tách riêng, P-CSCF được xác định bởi giao thức DHCP (RFC 2131) hoặcDHCP v6 (RFC 3315)

- Bước 4 - Đăng ký mức ứng dụng SIP Đầu cuối đăng ký với IMS trướckhi nhận/gửi bản tin SIP IMS thuộc phân lớp khác so với IP-CAN.lớp IP-CAN độc lập với lớp ứng dụng miền IMS (ứng dụng SIP); đămg ký mức IMStách rời khỏi đăng ký IP-CAN Thủ tục đăng ký mức IMS cho phép mạng lõiIMS nhận thực thuê bao, thiết lập đường kết nối bảo mật, cấp quyền thiết lậpphiên

2.2.2 IPv4-IPv6 trong IMS

Khi 3 GPP thiết kế IMS, IETF đang chuẩn hoá IPv6 Lúc đó, 3GPP nhậnđịnh:

- Khi phiên bản đầu tiên của IMS sẽ được triển khai, IPv6 đã được phổbiến trên Internet

- Nếu sử dụng IPv4, trong mạng lớn sẽ có NAT, thì khi đó giao thức SIP

và giao thức liên quan như SDP, RTP, RTCP đều phải có cơ chế vượt NAT Để

hỗ trợ cơ chế vượt NAT sẽ cần công sức lớn

Từ hai lý do trên, 3GPP chọn duy nhất IPv6 cho kết nối IMS Tuy nhiên,khi đưa các sản phẩm IMS ra thị trường, IPv6 chưa đưa triển khai rộng, hầuhết vẫn dùng IPv4 và có sử dụng NAT Tháng 06/2004, 3GPP phải tiến hànhkhảo sát lại thị trường và thấy chỉ có một số ít mạng di động là triển khaiIPv6, còn lại là dùng IPv4 có NAT Do đó, 3GPP đã quyết định cho phép hỗtrợ IPv4 ngay từ IMS phiên bản đầu tên, 3GPP Rel 5

Hiện nay, cả đầu cuối và các node IMS đều cho phép sử dụng một hoặc

cả hai ngăn xếp giao thức IP theo hai phiên bản Để đảm bảo hoạt động, haithực thể IMS-ALG và TrGW được thêm vào kiến trúc IMS để giải quyết vấn

đề interworking giữa hai miền IPv4 và IPv6:

- IMS-ALG: cho giao thức SIP

Trong GPRS, nếu đầu cuối IMS yêu cầu địa chỉ IPv6 mà GGSN không

hỗ trợ thì đầu cuối được cấp 64 bit làm tiền tố cho địa chỉ IPv6 cần có 64 bitcòn lại đầu cuối lấy bất kỳ

Trường hợp IP-CAN không là GPRS, thủ tục đầu cuối IMS yêu cầu địachỉ IP dùng giao thức DHCP hoặc DHCPv6 Khi đó, ngoài yêu cầu địa chỉ IP,đầu cuối IMS còn có thể có các thông số khác: HTTP proxy, SIP proxy

Một số trường hợp, như IP-CAN là WLAN, thủ tục kết nối với IP-CANcòn có thêm bảng đăng ký và bảng thanh toán Ví dụ, khi sử dụng mạngWLAN kết nối vào IMS, khách hàng ở khách sạn có thể phải nhập tài lhoảnthể thanh toán phí dùng dịch vụ kết nối.

2.2.4 Khám phá P- CSCF.

Thủ tục khám phá P-CSCF có thể thực hiện theo một trong hai cách:

- Tích hợp cùng với thủ tục yêu cầu kết nối IP-CAN, hoặc

- Thủ tục riêng rẻ

2.2.5 Đăng ký IMS

Đăng ký mức IMS là thủ tục yêu cầu đầu mối IMS phải được nhập thựccấp quyền truy nhập vào mạng IMS Đầu cuối IMS phải thực hiện thủ tục nàytrước khi có thể thiết lập một phiên Thủ tục này sử dụng bản in SIPREGISTER 3GPP đưa ra yêu cầu số lần "round trip" tối thiểu Để hạn chế tải,

mà vấn đáp ứng dụng yêu cầu trên, thủ tục đăng ký mức IMS thực thi sautrong 02 "round trip"

2.2.6 Yêu cầu cập nhật trạng thái sự kiện đăng ký.

Trong môi trường Internet nói chung, thực thể SIP UA có thể đăng ký tớiRegistrar Registrar chấp nhận việc đăng ký và tạo ra một trạng thái đăng ký.Khi đăng ký, UA sẽ đưa ra địa chỉ liên lạc (ví dụ: vị trí mà thuê bao có thểtruy nhập) Registrar lưu trữ thông tin này trong một khoảng thời gian xácđịnh, tuỳ theo tham số expiration trong bản in REGISTER Câu hỏi đặt ra là

UA có được thông báo về việc bị xóa đăng ký khi UA tắt kết nối hoặcRegistrar ngắt kết nối vì lý do nào đó và huỷ thông tin của UA trongRegistrar? Câu trả lời là không vì thực thể SIP bình thường không có cơ chế

để thông báo cho UA về việc huỷ đăng ký

Yêu cầu này trong IMS là rõ ràng, do thừa kế từ GSM, thuê bao phảiđược thông báo khi nào kết nối được khi nào không, ví dụ được thông báotrong hay ngoài phạm vi phủ sóng khi đăng ký tới mạng Trong RFC 3261không đề cập tới cơ chế này IETF đã bổ xung riêng cho IMS và được chấp

nhận, tạo ra gói đăng ký cho sự kiện SIP Giải pháp (RFC 3680) cho phép đầucuối đăng ký thông báo trạng thái đăng ký lưu trữ bởi S-CSCF/

Khi đầu cuối IMS hoàn thành thủ tục đăng ký, đầu cuối gửi bản tinSUBSCRIBE để đăng ký sự kiện đó Bản tin này dùng PUI mà đầu cuối vừađăng ký S-CSCF nhận yêu cầu và cài đặt yêu cầu đăng ký Theo RFC 3265,S-CSCF sẽ đóng vai trò thực thể thực hiện thông báo (notifier) S-CSCF gửibản tin NOTIFY tới đầu cuối Trong bản tin này là đoạn XML (RFC 3680)chứa danh sách tất cả PUI để xác định đầu cuối theo trạng thái đăng ký

Đầu cuối IMS biết là thuê bao đã được đăng ký hay không với các PUI.Đầu cuối quyết định hiển thị danh sách tất cả các PUI và có thể hiển thị biểutượng thông báo PUI đã được đăng ký với mạng hay chưa Trong trường hợpS-CSCF tắt hoặc nhà cung cấp mạng xóa PUI, thông tin về trạng thái sẽ thayđổi Điều này cho phép S-CSCF thông báo tới từng thuê bao về sự kiện đăng

ký của thuê bao đó

Đầu cuối IMS cũng có thể tự đăng ký trạng thái P-CSCF cũng có thểđăng ký trạng thái cho thuê bao.Qua thủ tục đăng ký này P-CSCF sẽ đượcthông báo theo thời gian thực về PUI đăng ký Trong khi quản trị, có thể xóamột hoặc tất các trạng thái của các thuê bao trọng _CSCF

Một thực thể khác có thể yêu cầu trạng thái đăng ký của thuê bao là AS.Đối với AS, thủ tục này không bắt buộc, tuỳ thuộc vào loại dịch vụ cung cấpcho thuê bao ví dụ, AS gửi bản tin chào mừng khi một thuê bao bật đầu cuốiIMS yêu cầu cập nhật trạng thái đăng ký của thuê bao Do đó, khi thuê baokết nối với mạng IMS, AS được thông báo trạng thái của đầu cuối AS có thểgửi tin nhắn lời chào hoặc một thông tin gì đó tới thuê bao

2.2.7 Thiết bị phiên cơ bản.

Phần này trình bày về thủ tục thiết lập phiên trong IMS Để rõ ràng,chúng ta xét trường hợp cụ thể là một đầu cuối IMS thiết lập một phiên tớiđầu cuối khác Cả hai đầu cuối đều là đầu cuối IMS, cùng hỗ trợ các tính năngnhư nhau Rõ ràng hơn khi cả hai đầu cuối không có dịch vụ nào kết hợp với

phiên đó Chúng ta cần quan tâm tới việc AS được triệu tập và cung cấp dịch

vụ tới thuê bao

Trong thiết lập phiên như hình vẽ, cả hai thuê bao đều roaming tới mạngngoài Đây là kịch bản thiết lập cuộc gọi phức tạp nhất khi chúng ta xét khảnăng roaming hay không Originating P/S-CSCF phục vụ cho chủ gọi.Termingnating P/S-CSCF phục vụ cho bị gọi

Trong một phiên thiết lập luôn có P-CSCF đóng vai trò nén/Giải nén bảntin SIP truyền đi/đến thuê bao; S-CSCF đóng vai trò truyền tải các kích hoạtdịch vụ của thuê bao.Đối với phiên thiết lập thông thường đều có sử dụngđiều kiện khởi tạo phiên (precondition) Vì trên thực tế, mạng cần phải dànhsẵn tài nguyên cho phần dữ liệu media Nếu không thì cuộc gọi có thể khôngđược đáp ứng, dữ liệu media không thể truyền tải giữa hai đầu cuối của cuộcgọi

Trong thủ tục trên ở mạng của bị gọi (terminating network) có thực thể CSCF trao đổi với HSS bằng giao thức Diameter I-CSCF cần để tìm ra địachỉ của S-CSCF sẽ phục vụ cho bị gọi Tuy nhiên, mạng nhà của chủ gọi(originating network) không có trao đổi giữa thực thể nào với HSS Nói cáchkhác, thủ tục thiết lập phiên là bất đối xứng giữa hai mạng của bị gọi và chủgọi

I-Bối thực thể trao đổi SIP originating P/S-CSCF, terminating P/S CSCFđều thêm trường Record-Route trong tiêu đề bản tin SIP, chứa SIP URI củathực thể đó Điều này đảm bảo cho các bản tin báo hiệu tiếp theo (ví dụPRACK, BYE) sẽ gửi chuyển tiếp tới thực thể đó

Thực thể I-CSCF trong termingnating network đóng vai trò khác biệt,thực thể này có thể hoặc không cần thêm trường Record-Route Điều này cónghĩa, bản tin yêu cầu/phản hồi INVITE sẽ truyền qua I-CSCF, nhưng các bảntin khác như PRACK, ACK, BYE sẽ không truyền qua I-CSCF