Nghiên cứu mô hình IMS class 5 trở lên xu thế và ứng dụng thực tế ở việt nam

Trong đề tài này, tôi mong muốn đưa đến cho người đọc không chỉ những kiến thức tổng quan về hệ thống IMS mà còn cung cấp một ví dụ cụ thể IVR Chat Voice để minh họa cho khả năng mở rộng

Mẫu 2

LÝ LỊCH KHOA HỌC

(Dùng cho học viên cao học)

I Sơ lược lý lịch:

Họ và tên: Vũ Thanh Giới tính: Nam

Sinh ngày: 25 tháng 4 năm 1986

Nơi sinh(Tỉnh mới): Lương Sơn – Hòa Bình

Quê quán: Kiến Xương – Thái Bình

Chức vụ: Chuyên Viên

Đơn vị công tác: Phòng Mạng Lõi – Công ty Viettel Network

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số nhà 52, ngách 97/16 Khương Trung, Thanh Xuân, Hà Nội Điện thoại CQ: 04 62731424 Điện thoại di động: 0985148686

Fax: 04 62731424 E-mail: thanhv254@gmail.com

II Quá trình đào tạo:

1 Trung học chuyên nghiệp (hoặc cao đẳng):

- Hệ đào tạo(Chính quy, tại chức, chuyên tu) ….… Thời gian đào tạo: từ / đến ……

- Trường đào tạo …… ………

- Ngành học: ………… Bằng tốt nghiệp đạt loại …

2 Đại học:

- Hệ đào tạo(Chính quy,tại chức, chuyên tu): Chính quy Thời gian đào tạo: từ 9/2004 đến 9/2009

- Trường đào tạo: Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Ngành học: Điện tử Viễn thông Bằng tốt nghiệp đạt loại Giỏi

3 Thạc sĩ:

- Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 10/2009 đến 10/2011

- Chuyên ngành học: Kỹ Thuật Điện tử Viễn thông

- Tên luận văn: Nghiên cứu mô hình IMS class 5, xu thê và ứng dụng vào các dịch vụ giá trị gia tăng trong mang di động- Người hướng dẫn Khoa học: TS Trần Văn Cúc

4 Trình độ ngoại ngữ (Biết ngoại ngữ gì, mức độ nào): Tiếng Anh, trình độ B1- Tiêu chuẩn Châu

Âu

III Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhận

2009-nay Viettel- Network Chuyên viên Core

ảnh 4x6

Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật

Ngày tháng năm

NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Những kết quả tính toán thiết

kế trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác

Học viên thực hiện

Vũ Thanh

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ 5 

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 7 

LỜI NÓI ĐẦU 11 

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 9 

1  CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 10 

1.1  Tầm quan trọng của đề tài 10 

1.2  Nội dung nghiên cứu 11 

2  CHƯƠNG II : CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG TRONG KIẾN TRÚC IMS 17 

2.1  Các yêu cầu đối với IMS 17 

2.1.1  Phiên đa phương tiện IP 17 

2.1.2  Chất lượng dịch vụ QoS 17 

2.1.3  Internetworking 18 

2.1.4  Chuyển vùng (Roaming) 18 

2.1.5  Điều khiển dịch vụ 18 

2.1.6  Phát triển dịch vụ 19 

2.1.7  Đa truy nhập 20 

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

2.2.1  Giao thức điều khiển phiên 20 

2.2.2  Giao thức AAA 21 

2.2.3  Các giao thức khác 22 

2.3  Kiến trúc tổng quát IMS 22 

2.3.1  Mạng truy nhập 23 

2.3.2  Mạng lõi 24 

2.3.3  Tầng dịch vụ 33 

2.4  Định danh trong IMS 34 

2.4.1  Định danh người dùng công cộng 35 

2.4.2  Định danh người dùng riêng 37 

2.4.3  Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng 37 

2.4.4  Định danh dịch vụ công cộng 39 

2.5  SIM, USIM và ISIM trong 3GPP 40 

2.5.1  SIM 41 

2.5.2  USIM 41 

2.5.3  ISIM 41 

3  CHƯƠNG III : ĐIỀU KHIỂN PHIÊN TRONG IMS 37  

3.1  Chức năng của SIP 37 

3.1.1  Mô tả phiên và SDP 37 

3.1.2  Mô hình Offer/Answer 38 

3.1.3  SIP và SIPS URIs 39 

3.1.4  Định vị người dùng 40 

3.2  Cơ bản về SIP 41 

3.2.1  SIP là gì 41 

3.2.2  SIP liên hệ với HTTP như thế nào 43 

3.2.3  Bản tin SIP 45 

3.2.4  Phiên giao dịch (Transaction) 46 

3.2.5  Hội thoại (dialog) 47 

3.2.6  Trường điều khiển Record-Route, Route và Contact 49 

4  CHƯƠNG IV : MÁY CHỦ ỨNG DỤNG TRONG IMS 57 

4.1  Tổng quan về máy chủ ứng dụng 57 

4.2  Chức năng của máy chủ ứng dụng trong mô hình IMS 58 

4.3  Các chế độ hoạt động của máy chủ ứng dụng 59 

4.3.1  AS hoạt động như SIP User Agent 60 

4.3.2  AS hoạt động như back-to-back user agent 61 

4.3.3  AS đóng vai trò như là SIP Proxy Server 62 

4.3.4  AS đóng vai trò như là SIP Redirect Server 63 

4.4  Giao diện AS với các thành phần khác trong mạng 63 

4.4.1  Giao diện với IMS Core – ISC 63 

4.4.2  Giao diện với HSS – Sh 64 

4.5  Quá trình cung cấp dịch vụ 69 

4.5.1  Giới thiệu 69 

4.5.2  Sự hình thành tiêu chuẩn lọc khởi tạo 69 

4.5.3  Lựa chọn máy chủ ứng dụng 72 

4.5.4  Hành vi của máy chủ ứng dụng 74 

4.5.5  Máy chủ ứng dụng tương tác với HSS 74 

4.5.6  Máy chủ ứng dụng gửi yêu cầu về S-CSCF 75 

5 CHƯƠNG V : Thiết kế dịch vụ IVR voice chat 76

5.1 Giới thiệu dịch vụ IVR voice chat 76

5.2 Thông tin về hệ thống IVR Voice chat 76

5.3 Yêu cầu cấu hình mạng core di động tương tác với dịch vụ 78

5.4 Kịch bản dịch vụ Voice Chat 78 

       TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2-1 : Tổng quan kiến trúc IMS 23 

Hình 2-2 : Giao tiếp giữa PSTN/CS gateway và mạng CS 30 

Hình 2-3 : P-CSCF đặt tại mạng khách 32 

Hình 2-4: P-CSCF đặt tại mạng chủ 33 

Hình 2-5 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công cộng theo 3GPP R5 38 

Hình 2-6 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng công cộng theo 3GPP R6 39 

Hình 3-1 : Một ví dụ về mô tả phiên SDP 37 

Hình 3-2 : Các kiểu trong SDP 38 

Hình 3-3 : Mô tả phiên SDP của Bob 39 

Hình 3-4 : Alice đăng ký vị trí người dùng với tên miền domain.com registrar 41 

Hình 3-5 : Các bước thiết lập một cuộc gọi 43 

Hình 3-6: Cấu trúc bản tin SIP 45 

Hình 3-7: Transaction 47 

Hình 3-8 : Luồng cuộc gọi trong một hội thoại SIP 48 

Hình 3-9 : Cách sử dụng Record-Route, Route và Contact 50 

Hình 4-1: Cấu trúc của User Profile 52 

Hình 4-2: Cấu trúc tiêu chuẩn lọc khởi tạo 54 

Hình 4-3: Thành phần của Service Point Trigger 54 

Hình 4-4: Ví dụ về User Profile 55 

Hình 4-5: SCSCF đóng vai trò Service Broker giữa các AS khác nhau 56 

Hình 4-6: Định tuyến bản tin đến máy chủ ứng dụng 56 

Hình 4-7: SCIM trong cấu trúc IMS 60 

Hình 4-8: Giao diện của SCIM với các thực thể mạng 63 

Hình 4-9: SCIM được triển khai theo dạng (1) 65 

Hình 5-1: Mô hình đấu nối chi tiết dịch vụ Voice chat 77 

Hình 5-2: Mô hình đấu nối tổng quan dịch vụ Voice chat 78 

Hình 5-3: Các bước đăng ký dịch vụ IVR Voicechat với thành viên mới 80 

Hình 5-4: Các bước đăng ký dịch vụ IVR Voicechat với thành viên đã đăng ký 81 

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

01 3GPP Third Generation Partnership Project

02 3GPP2 Third Generation Partnership Project 2

03 ACK Acknowledgment

04 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

05 AS Application Server

06 ATM Asynchoronous Transfer Mode

07 B2BUA Back-to-back User Agent

08 BGCF Breakout Gateway Control Function

09 BICC Bearer Independent Call Control

10 COPS Common Open Policy Service

11 CSCF Call Session Control Function

12 DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

13 DNS Domain Name System

14 ENUM Telephone Number Mapping

15 GGSN Gateway GPRS Support Node

16 GPRS General Packet Radio Service

17 GSM Global System for Mobile Communications

18 HLR Home Location Register

19 HSS Home Subscriber Server

20 HTTP Hypertext Transfer Protocol

21 I-CSCF Interrogating-CSCF

22 IETF Internet Engineering Task Force

23 IFC Initial Filter Criteria

24 IM-SSF IP Multimedia Service Switching Function

25 IMS IP Multimedia Subsystem

26 IMSI International Mobile Subscriber Identifier

27 IP Internet Protocol

28 IP-CAN IP Connectivity Access Network

29 ISC IMS Service Control

30 ISIM IP multimedia Services Identity Module

31 ISUP ISDN User Part

32 ITU-T International Telecommunication Union-Telecommunications

33 MAP Mobile Application Part

34 MEGACO Media Gateway Control

35 MGCF Media Gateway Control Function

36 MGW Media Gateway

37 MIME Multipurpose Internet Mail Extensions

38 MRF Media Resource Function

39 MRFC Media Resource Function Controllers

40 MRFP Media Resource Function Processors

41 MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number

42 NAI Network Access Identifier

43 OSA-SCS Open Service Access–Service Capability Server

44 P-CSCF Proxy-CSCF

45 PA Presence Agent

46 PDF Policy Decision Function

47 PEP Policy Enforcement Point

48 PIDF Presence Information Data Format

49 PS Presence Agent

50 PSI Public Service Identity

51 PSTN Public Switched Telephone Network

52 PUA Presence User Agent

53 QoS Quality of Service

54 RTP Real-Time Transport Protocol

55 RTCP RTP Control Protocol

56 S-CSCF Serving-CSCF

57 SCTP Stream Control Transmission Protocol

58 SDP Session Description Protocol

59 SFC Subsequent Filter Criteria

60 SGSN Serving GPRS Support Node

61 SGW Signalling Gateway

62 SIM Subscriber Indetity Module

63 SIP Session Initiation Protocol

64 SLF Subscriber Location Function

65 SPT Service Point Trigger

66 SS7 Sinaling System No 7

67 TCP Transmission Control Protocol

68 THIG Topology Hiding Inter-network Gateway

69 UA User Agent

70 UAC User Agent Client

71 UAS User Agent Server

72 UDA User Data Answer

73 UDP User Datagram Protocol

74 UDR User Data Request

75 UE User Equipment

76 UICC Universal Integrated Circuit Card

77 UMTS Universal Mobile Telecommunication System

78 URI Uniform Resource Identifier

79 URL Uniform Resource Locator

80 USIM Universal Subscriber Identity Module

81 VoIP Voice over IP

82 VoD Video on Demand

83 WAP Wireless Application Protocol

84 WLAN Wireless Local Access Network

85 WLSS WebLogic SIP Server

86 XML Extensible Markup Language

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và mạng PSTN đang là xu hướng được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thông tin liên lạc Nhiều kiến trúc mới đã ra đời trong quá trình phát triển hợp nhất các mạng với mục đích tạo ra một mạng toàn IP duy nhất Phân hệ IP Multimedia Subsystem (IMS) là một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát triển đó Với IMS người dùng

có thể liên lạc khắp mọi nơi nhờ tính di động của mạng di động và đồng thời có thể

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

Trong thời điểm hiện tại, yêu cầu cần có một tiêu chuẩn chung cho việc phối hợp dịch vụ trong IMS và các dịch vụ có sẵn trong mạng di động là rất cấp bách Vì vậy, hiện nay có một số hướng nghiên cứu tiếp cận vấn đề này

Trong thời gian làm luận văn cao học tôi có tìm hiểu về kiến trúc IMS và triển khai các dịch vụ mới IMS trên nền mạng lõi di động, được sự gợi ý của tiến sĩ Trần Văn Cúc em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mô hình IMS class 5 trở lên, xu thế

và ứng dụng thực tế ở Việt Nam”

Em xin chân thành cám ơn TS Trần Văn Cúc đã giúp đỡ tận tình cho tôi trong thời gian làm đồ án vừa qua Tôi cũng xin chân thành cám ơn gia đình và bạn bè đã động viên và chia sẽ những kinh nghiệm quý báu

Em xin chân thành cám ơn

Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2011

Sinh viên

Vũ Thanh

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong những năm gần đây, mạng thông tin di động đã phát triển với một tốc

độ chóng mặt Với mong muốn kết hợp các dịch vụ của mô hình mạng mới với các dịch vụ di động truyền thống để đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ đã không ngừng nghỉ trong việc sáng tạo ra các kiến trúc mạng mới, IMS ra đời là quả của quá trình đó Khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng một cách nhanh chóng và linh hoạt nhất đã đem lại cho IMS một ưu thế rất lớn trong cạnh tranh

Trong đề tài này, tôi mong muốn đưa đến cho người đọc không chỉ những kiến thức tổng quan về hệ thống IMS mà còn cung cấp một ví dụ cụ thể (IVR Chat Voice) để minh họa cho khả năng mở rộng dịch vụ của nó dựa trên nền mạng lõi di đông Dịch vụ này được thực hiện dựa trên sự tương tác giữa máy chủ ứng dụng với các thành phần của mạng lõi di động thông qua việc thực thi giao thức khởi tạo phiên (SIP) và giao thức Diameter

ABSTRACTION

Along with the rapid growing of 3G network, internet has experienced dramatic growth over recent years On providing integrated services between internet and traditional mobile services to provide best ones to users, operators continue to develop new architectures and unravel new network technologies IMS architecture is an important step in process of trying to improve quality of services The ability of rapid value-added service providing bring more competitive to this infrastructure

This thesis aimed to introduce not only the overview of IMS but also practical example – IVR voice chat), one of potential services which can be archived by implementing IMS architecture – to demonstrate its scalable capability This service

is the result of implementing SIP and diameter interfaces between application server and components of IMS core using SIP technology

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Mục đích của mạng thế hệ thứ 3 là hợp nhất hai mô hình thông tin đang được triển khai rộng rãi nhất hiện nay là mạng tế bào và mạng internet IMS là nhân tố chính trong kiến trúc mạng 3G làm cho nó có khả năng cung cấp truy cập tới tất cả các dịch vụ mà internet có thể cung cấp cho mạng tế bào Người sử dụng có thể truy cập vào một trang web yêu thích, đọc email, xem phim hoặc tham gia một buổi hội thảo qua truyền hình ở bất cứ đâu mà chỉ bằng một cách đơn giản là sử dụng một chiếc điện thoại hỗ trợ 3G

Với mong muốn kết hợp các dịch vụ trên nền IMS và các dịch vụ di động truyền thống để đáp ứng ngày một tốt hơn nhu cầu của khách hàng, các nhà phát triển đã không ngừng sáng tạo và đưa ra những kiến trúc mạng mới, các công nghệ mới nhằm thực hiện mục đích này Sự ra đời của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng 3G chính là bước phát triển quan trọng trong quá trình hợp nhất dịch vụ đó

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

• Về phía nhà cung cấp dịch vụ: cho phép đưa ra nhanh chóng các máy chủ ứng dụng với các dịch vụ mới vào trong mạng của nhà khai thác mạng di động Thông qua giao diện ISC (IMS Service Control interface), máy chủ ứng dụng SIP (ví dụ máy chủ ứng dụng push-to-talk), SIP Enabling Services Server (ví dụ máy chủ ứng dụng presence) hay gateway có thể được kết nối vào IMS, hỗ trợ nhiều loại truy nhập khác nhau…

• Về phía người sử dụng: cho phép người sử dụng có thể truy nhập dễ dàng và an toàn vào mạng đa phương tiện, chất lượng dịch vụ được nâng cao, có cơ hội sử dụng nhiều các dịch vụ tiện ích mới…

Một điểm nữa khá quan trọng là khi khoa học và công nghệ ngày càng phát triển, sự hội nhập giữa các nước ngày càng cao, các dịch vụ hoàn toàn sẵn có đối với người dùng thì nhà cung cấp dịch vụ nào thỏa mãn được người dùng về sự đa dạng trong dịch vụ cung cấp, sự tiện dụng cũng như chi phí thấp nhất sẽ chiếm được lợi thế trong cạnh tranh thị trường và do đó sẽ kiếm được nhiều lợi nhuận Khả năng cung cấp các dịch vụ với những tính năng như thế là hoàn toàn có thể đối với IMS

IVR Voice Chat là một trong những dịch vụ mà IMS có thể cung cấp tới người dùng Ý tưởng của dịch vụ này cũng không ngoài mục đích đem lại

sự tiện lợi cho người dùng: với IVR Voice Chat thay vì cách chat truyền thống trên mạng Internet ( Yahoo, Skype) thì giờ đây người dùng chỉ cần đơn giản đăng nhập vào tài khoản của mình đã được đăng ký trước, gọi đến

hệ thống Voice chat và thoải mái giao lưu kết bạn trong một thế giới ảo

Trong đề tài này, em tập trung nghiên cứu “Thiết kế dịch vụ IVR

Voice Chat sử dụng cơ chế tương tác và phối hợp dịch vụ của IMS”

Dịch vụ này mặc dù chỉ là một phần rất nhỏ trong các dịch vụ hấp dẫn mà IMS mang lại, tuy nhiên nó cũng là một minh chứng rất điển hình cho tiện ích về phát triển dịch vụ tương lai mà IMS có thể đem lại

II Lịch sử nghiên cứu

Mạng thông tin di động GSM đã có mặt ở Việt Nam từ những năm

90 Tuy nhiên các ứng dụng, các dịch vụ giá trị gia tăng tích hợp vào mạng

di động GSM còn hết sức xơ sài, việc phát triển ứng dụng của dịch vụ IMS

sẽ tạo ra một bước thay đổi quan trọng trong việc phát triển các dịch vụ GTGT Với giao thức SIP và các server được lập trình giao tiếp với hệ thông

Core qua mạng IP, việc tích hợp phát triển các ứng dụng bây giờ không còn quá khó khăn

III Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu công nghệ, kiến trúc IMS

- Nắm bắt và vận dụng lý thuyết để thiết kế phát triển dịch vụ IVR

Voichat

2 Đối tượng nghiên cứu

- Kiến trúc phân hệ IMS

- Kết nối hệ thông IVR voice chat vào mạng GSM

3 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan kiến trúc IMS

- Từ đó áp dụng vào mô hình IVR voichat tích hợp vào hệ thống core GSM

IV Những luận điểm cơ bản và đóng góp của đề tài

- Đề tài đã trình bày tổng quan về cấu trúc, bản tin báo hiệu, các loại bản tin khác trong IMS, đưa ra những gợi mở cách thức phát triển tích hợp vào mạng di động qua giao thức SIP

V Phương pháp nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu và phát triển ứng dụng theo kiến trúc IMS nên trong đề tài này em sẽ tập trung tìm hiểu tổng quan về IMS, máy chủ ứng dụng và về dịch vụ IVR Voice Chat:

VI Kết cấu của đề tài

• Tổng quan về IMS: tìm hiểu về kiến trúc IMS, các thành phần, chức

năng của từng thành phần, kiến trúc triển khai và một số các khái niệm quan trọng sử dụng trong IMS

• Báo hiệu trọng IMS : tìm hiểu các loại bản tin trong báo hiệu SIP

• Máy chủ ứng dụng (Application Server): giới thiệu về máy chủ ứng

dụng trong kiến trúc IMS, chức năng và các chế độ hoạt động, giao diện từ máy chủ ứng dụng SIP tới các thành phần khác trong mạng lõi IMS

• Nguyên lý thực hiện dịch vụ IVR Voice Chat: mô tả chức năng dịch

vụ, thủ tục thực hiện cuộc gọi click to dial, điều khiển lỗi, thủ tục kiểm tra trạng thái người dùng

CHƯƠNG II : CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG

TRONG KIẾN TRÚC IMS 2.1 Các yêu cầu đối với IMS

IMS hướng đến:

• Kết hợp các xu thế mới nhất trong công nghệ

• Tạo ra mô hình di động Internet

• Tạo ra nền tảng phổ biến để phát triển các dịch vụ đa phương tiện khác nhau

• Tạo ra cơ chế nâng cao lợi nhuận vì cách sử dụng của mạng chuyển mạch gói di động

2.1.1 Phiên đa phương tiện IP

IMS có thể đưa ra một dải rộng các dịch vụ Mặc dù vậy, có một dịch

vụ đặc biệt quan trọng với người dùng: đó là thông tin liên lạc audio và video Yêu cầu này nhấn mạnh đến sự cần thiết hỗ trợ dịch vụ chính được tạo

ra bởi IMS: các phiên multimedia qua mạng chuyển mạch gói Multimedia

có liên quan đến sự tồn tại đồng thời của một vài loại media, trong trường hợp này là audio và video

Giao tiếp multimedia được chuẩn hóa trong tài liệu 3GPP trước đây, nhưng những giao tiếp multimedia này diễn ra trên mạng chuyển mạch kênh hơn là trên mạng chuyển mạch gói

2.1.2 Chất lượng dịch vụ QoS

Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) là yêu cầu chủ yếu trong IMS QoS cho một phiên liên quan được xác định bởi một số nhân tố, như băng thông cực đại có thể cấp cho người dùng dựa trên thuê bao của

người dùng hoặc trạng thái hiện tại của mạng IMS cho phép nhà khai thác mạng điều khiển QoS mà người dùng đưa ra, do đó các nhà khai thác mạng

có thể phân biệt các nhóm khách hàng khác nhau

2.1.3 Internetworking

Hỗ trợ cho tương tác với Internet là một yêu cầu rõ ràng với IMS, Internet đưa ra hàng triệu đích đến tiềm năng cho các phiên multimedia được khởi tạo trong IMS Khi tương tác với Internet, số lượng đích đến tiềm năng cho các phiên đa phương tiện được mở rộng một cách đột ngột

IMS cũng được yêu cầu có thể làm việc được với mạng chuyển mạch kênh, như mạng PSTN (Public Switched Telephone Network), hay các mạng

tế bào đang tồn tại Đầu cuối IMS có thể kết nối được đến cả mạng chuyện mạch kênh và mạng chuyển mạch gói Vì thế, khi người dùng muốn gọi đến điện thoại trong mạng PSTN hay mạng tế bào, đầu cuối IMS sẽ chọn sử dụng vùng chuyển mạch kênh

Vì vậy, mặc dù tương tác với mạng chuyển mạch kênh không được yêu cầu một cách nghiêm ngặt, thì hầu hết các đầu cuối IMS sẽ hỗ trợ vùng chuyển mạch kênh Yêu cầu hỗ trợ tương tác với mạng chuyển mạch kênh có thể được coi như là một yêu cầu dài hạn Yêu cầu này sẽ được triển khai khi

ta xây dựng đầu cuối IMS chỉ hỗ trợ chuyển mạch gói

2.1.4 Chuyển vùng (Roaming)

Chuyển vùng (roaming) là yêu cầu chung kể từ khi phát minh ra mạng

tế bào thứ hai Người dùng có thể chuyển vùng sang các mạng khác, ví dụ như khi chuyển sang một quốc gia khác Hiển nhiên là IMS sẽ kế thừa yêu cầu này, do đó nó có thể cho phép người dùng chuyển vùng sang các quốc gia khác nhau

2.1.5 Điều khiển dịch vụ

Các nhà khai thác mạng muốn áp dụng những chính sách trong việc phân phát dịch vụ đến người dùng Chúng ta có thể chia những chính sách đó làm hai loại

• Các chính sách chung có thể áp dụng được cho tất cả người dùng trong mạng

• Các chính sách cá nhân có thể áp dụng cho một người dùng nhất định Loại chính sách đầu tiên bao gồm một tập hợp các giới hạn được áp dụng cho tất cả người dùng trong mạng Ví dụ, nhà vận hành mạng có thể muốn giới hạn việc sử dụng audio codec băng rộng, như G.711 (ITU-T Recommendation G.711), trong mạng của họ Thay vì như thế, họ có thể đưa

ra các codec băng thông thấp hơn như AMR (Adaptive Multi Rate)

Loại chính sách thứ hai bao gồm một tập các chính sách được đáp ứng cho mỗi người dùng Ví dụ, một người dùng có thể có vài thuê bao để sử dụng các dịch vụ IMS không bao gồm video Đầu cuối IMS sẽ hầu hết là có khả năng hỗ trợ video, nhưng trong trường hợp nỗ lực khởi tạo một phiên multimedia mà có cả video, thì nhà vận hành mạng sẽ ngăn không cho phiên

đó được khởi tạo

2.1.6 Phát triển dịch vụ

Yêu cầu về tạo ra dịch vụ có ảnh hưởng mạnh trong thiết kế kiến trúc IMS Yêu cầu này nói rõ các dịch vụ IMS không cần thiết phải được chuẩn hóa Yêu cầu này biểu diễn một dấu mốc trong thiết kế cellualar bởi vì trong quá khứ, mọi dịch vụ đơn đều được chuẩn hóa hoặc là có sự triển khai phù hợp Thậm chí các dịch vụ được chuẩn hóa thì không có gì đảm bảo rằng các dịch vụ sẽ làm việc khi chuyển sang một mạng khác

IMS hướng đến làm giảm thời gian cần thiết khi đưa ra một dịch vụ mới Trong quá khứ, việc chuẩn hóa dịch vụ và kiểm tra vận hành gây ra sự chậm trễ lớn, và IMS ra đời sẽ làm giảm việc chậm trễ đó

2.2 Tổng quan về các giao thức sử dụng trong IMS

2.2.1 Giao thức điều khiển phiên

Các giao thức điều khiển cuộc gọi đóng vai trò quan trọng trong bất

kỳ một hệ thống điện thoại nào Trong mạng chuyển mạch kênh, các giao thức điều khiển cuộc gọi nói chung là TUP (Telephony User Part), ISUP (ISDN User Part) và BICC (Bearer Independent Call Control) Các giao thức được xem xét để sử dụng làm giao thức điều khiển phiên cho IMS hiển nhiên

là dựa trên IP Các giao thức có thể được sử dụng là:

Bearer Independent Call Control (BICC) : BICC là một cải tiến của ISUP

Không như ISUP, BICC tách biệt mặt phẳng báo hiệu ra khỏi mặt phảng media, do đó báo hiệ có thể truyền qua một tập các nút riêng biệt chứ không

đi qua mặt phẳng media Thêm nữa, BICC hỗ trợ và có thể chạy trên các công nghệ khác nhau như IP, SS7 (Sinaling System No 7) hay ATM (Asynchoronous Transfer Mode)

H.323 : tương tự như BICC, H.323 là giao thức do ITU-T phát triển H.323

định nghĩa một giao thức mới để thiết lập phiên multimedia Không như BICC, H.323 được thiết kế từ những ngày đầu tiên nhằm hỗ trợ công nghệ

IP Trong H.323, báo hiệu và media không cần truyền qua cùng một tập các host

SIP (Session Initiation Protocol) : được đặc tả bởi IETF như là một giao

thức để thiết lập và quản lý các phiên multimedia qua mạng IP SIP tuân theo

mô hình client-server nổi tiếng, mô hình được sử dụng bởi nhiều giao thức được phát triển bởi IETF Các nhà thiết kế SIP đã mượn nguyên lý thiết kế từ SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) và đặc biệt là HTTP (Hypertext Transfer Protocol) SIP kế thừa hầu hết các đặc điểm của nó từ hai giao thức trên Đó là một điểm mạnh của SIP bởi vì HTTP và SMTP là những giao thức thành công nhất trên Internet SIP không giống như BICC và H.323, SIP

là giao thức dựa trên text Điều đó có nghĩa là nó dễ dàng để mở rộng, sửa lỗi

và sử dụng để xây dựng các dịch vụ

SIP được chọn làm giao thức điều khiển phiên trong IMS Thực tế SIP làm cho việc tạo ra các dịch vụ mới trở nên dễ dàng và vì SIP dựa trên HTTP nên các nhà phát triển dịch vụ SIP có thể sử dụng tất cả các cơ chế được phát triển cho HTTP như CGI (Common Gateway Interface) và Java Servlet

2.2.2 Giao thức AAA

Ngoài giao thức điều khiển phiên thì còn có một số giao thức khác đóng vai trò quan trọng trong IMS Diameter (là giao thức được định nghĩa trong RFC 3588) được chọn làm giao thức AAA (Authentication, Authorization, and Accounting) trong IMS

Diameter là một cải tiến của RADIUS (được định nghĩa trong RFC 2865), đó là một giao thức được sử dụng rộng rãi trong Internet để thực hiện AAA Ví dụ, khi người dùng quay số đến nhà cung cấp dịch vụ Internet thì server truy nhập mạng sử dụng RADIUS để chứng thực (authenticate) và cấp

quyền (authorize) cho người dùng truy cập mạng Diameter bao gồm một giao thức cơ bản được bổ sung với ứng dụng Diameter Các ứng dụng Diameter là sự lựa chọn hoặc mở rộng Diameter để phù hợp với một ứng dụng cụ thể trong một môi trường IMS sử dụng Diameter trong một số giao diện, mặc dù không phải tất cả các giao diện sử dụng cùng một ứng dụng Diameter Ví dụ, IMS định nghĩa ứng dụng Diameter để tương tác với SIP trong quá trình phiên được thiết lập và một ứng dụng khác để thực hiện điều khiển tài khoản

2.2.3 Các giao thức khác

Cùng với SIP và Diameter là các giao thức khác được sử dụng trong IMS Giao thức COPS (Common Open Policy Service) được sử dụng để truyền các chính sách giữa các PDP (Policy Decision Points) và PEP (Policy Enforcement Points) H.248 và các gói của nó được sử dụng bởi các nút tín hiệu điều khiển trong mặt phẳng media H.248 được phát triển bởi ITU-T và IETF cũng được đề cập đến như là giao thức MEGACO (Media Gateway Control) RTP (Real-time Transport Protocol) và RTCP (RTP Control Protocol) được sử dụng để truyền dữ liệu thời gian thực như video và audio

2.3 Kiến trúc tổng quát IMS

Trước khi tìm hiểu kiến trúc tổng quát IMS, chúng ta nên nhớ rằng 3GPP không chuẩn hóa theo nút mà theo chức năng Điều đó có nghĩa là kiến trúc IMS là một tập hợp các chức năng được kết nối với nhau bởi các giao diện đã được chuẩn hóa Các nhà triển khai có thể kết hợp hai chức năng vào một nút Tương tự, các nhà triển khai có thể tách một chức năng thành hai hay nhiều nút

Nhìn chung thì hầu hết những dịch vụ cung cấp đều tuân theo kiến trúc IMS một cách chặt chẽ và triển khai mỗi chức năng trong một nút riêng

Tuy nhiên, việc tìm kiếm các nút triển khai nhiều hơn một chức năng và các chức năng được phân phối qua nhiều hơn một nút là hoàn toàn có thể

Hình 0-1 : Tổng quan kiến trúc IMS

Trong hình 2-1 minh họa một cái nhìn tổng quan về kiến trúc IMS như chuẩn hóa của 3GPP Trong hình chỉ ra hầu hết các giao diện báo hiệu trong hệ thống IMS, nó thường được đề cập đến bởi hai hay ba ký tự mã hóa Chúng ta không thể vẽ tất cả các giao diện được định nghĩa trong IMS mà chỉ có thể liệt kê hầu hết những nút giao diện có liên quan Trong IMS được phân chia thành 3 phần: mạng truy nhập, mạng lõi và tầng dịch vụ

2.3.1 Mạng truy nhập

Ở phía bên trái hình 2-1, chúng ta có thể nhìn thấy các đầu cuối IMS

di động thường được nhắc đến như là các thiết bị người dùng (UE) Đầu cuối IMS được nối vào mạng chuyển mạch gói như là GPRS thông qua đường truyền vô tuyến

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

2.3.2 Mạng lõi

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

• Một hay vài cơ sở dữ liệu người dùng, còn gọi là HSS và SLF

• Một hay vài máy chủ ứng SIP như là CSCF (Call Session Control Function)

• Một hay vài MRF mỗi cái được chia nhỏ thành MRFC và MRFP

• Một hay vài BGCF (Breakout Gateway Control Functions)

• Một hoặc vài PSTN gateways, được chia nhỏ hơn thành SGW và MGCF

2.3.2.1 Cơ sở dữ liệu HSS và SLF

HSS (Home Subscriber Server) là trung tâm lưu trữ dữ liệu các thông tin liên quan đến người dùng Về kỹ thuật thì HSS là sự phát triển của HLR (Home Location Register), HLR là một nút trong mạng GSM HSS bao gồm các thông tin thuê bao liên quan đến người dùng được yêu cầu để điều khiển các phiên đa phương tiện Những dữ liệu này bao gồm, thông tin vị trí, thông tin bảo mật (bao gồm các thông tin nhận thực và phân quyền), các thông tin về tiểu sử người dùng (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đăng ký thuê bao), và S-CSCF cấp phát tới người dùng

Một mạng có thể chứa một hoặc một vài HSS, trong trường hợp số lượng thuê bao quá nhiều so với sự quản lý của một HSS Trong tất cả trường

hợp, tất cả các dữ liệu liên quan đến một người dùng cụ thể được chứa trong một HSS Các mạng với một HSS sẽ không cần SLF (Subscriber Location Function) Mặt khác, mạng với nhiều hơn một HSS yêu cầu có SLF

SLF là một cơ sở dữ liệu đơn giản ánh xạ địa chỉ người dùng tới HSS quản lý tương ứng Một nút yêu cầu truy vấn SLF, với một địa chỉ người dùng là đầu vào, sẽ thu được ở đầu ra là HSS có chứa thông tin liên quan đến người dùng đó

Cả HSS và SLF đều thực thi giao thức Diameter với các đặc trưng ứng dụng diameter cho IMS

2.3.2.2 Chức năng điều khiển cuộc gọi phiên

Điều khiển cuộc gọi phiên (CSCF) là một máy chủ SIP, là một nút cần thiết trong IMS Các CSCF xử lý các bản tin báo hiệu SIP trong IMS Có

ba loại CSCF phụ thuộc vào các chức năng mà chúng cung cấp:

• Proxy-CSCF (P-CSCF) : là một máy chủ SIP, là điểm đầu tiên liên

lạc giữa đầu cuối IMS và mạng IMS Nó có thể được đặt ở mạng khách (trong toàn bộ mạng IMS) hoặc mạng chủ Một vài mạng có thể sử dụng thiết bị kiểm soát biên phiên SBC (Session Border Controller) để thực hiện chức năng này Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-CSCF trong mạng

mà nó đang kết nối Địa chỉ của P-CSCF được truy cập thông qua giao thức DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) hoặc sẽ được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động tế bào Chức

năng của P-CSCF bao gồm:

o P-CSCF có nhiệm vụ đảm bảo chuyển tải các yêu cầu từ UE đến máy chủ SIP (ở đây là S-CSCF) cũng như bản tin phản

hồi từ máy chủ SIP về UE

o P-CSCF được gán cho đầu cuối IMS trong suốt quá trình

đăng ký, và không thay đổi trong suốt quá trình đăng ký

o P-CSCF nằm trên đường đi của tất cả các bản tin báo hiệu và

có thể được gán vào mỗi bản tin

o P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết bị đầu cuối IMS của người dùng P-CSCF còn

có vai trò ngăn cản các tấn công như spoofing, replay để đảm

bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng

o P-CSCF có thể nén và giải nén các bản tin SIP dùng sigcomp,

để giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp (hay giảm độ trễ khi truyền

trên các kênh có băng thông hẹp)

o P-CSCF có thể tích hợp chức năng quyết định chính sách PDF (Policy Decision Function) nhằm quản lý và đảm bảo

QoS cho các dịch vụ đa phương tiện

o P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ

• Interrogating-CSCF (I-CSCF) : là một chức năng SIP khác được

đặt ở biên của miền quản trị Địa chỉ IP của I-CSCF được công bố trong DNS (Domain Name System) của miền, vì thế các máy chủ ứng dụng ở xa có thể tìm thấy I-CSCF và sử dụng I-CSCF như một điểm chuyển tiếp cho các gói tin SIP tới miền này Các chức năng

của I-CSCF bao gồm:

o Định tuyến bản tin yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương ứng Để làm được điều này, I-CSCF sẽ

truy vấn HSS thông qua giao diện Diameter Cx để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng (giao diện Dx được dùng để từ I-CSCF tới SLF để định vị HSS cần thiết) Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một I-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu

• Serving-CSCF (S-CSCF) : là một nút trung tâm của hệ thống báo

hiệu IMS S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó cũng bao hàm cả chức năng quản lý phiên dịch vụ Thêm vào việc thực hiện chức năng là một máy chủ SIP thì nó cũng đóng vai trò như một trung tâm đăng ký SIP (SIP registrar) Điều này có nghĩa là

nó duy trì mối liên hệ giữa vị trí của người dùng (nói cách khác là địa chỉ IP của thiết bị đầu cuối mà người dùng đăng nhập) với địa chỉ SIP của người dùng đó (cũng được biết đến như là định danh

chung của người dùng – Public User Identity)

Cũng giống như I-CSCF, S-CSCF cũng thực thi một giao diện diameter với HSS Lý do chính của việc sử dụng giao diện với HSS là:

o Để tải các vector nhận thực của người dùng đang cố gắng truy cập mạng từ HSS S-CSCF sử dụng vector này để nhận thực người dùng

o Để tải hồ sơ người dùng từ HSS Hồ sơ người dùng bao gồm các triggers có thể làm cho bản tin SIP được định tuyến qua một hoặc vài máy chủ ứng dụng

o Để khai báo với HSS về S-CSCF được cấp cho người dùng trong suốt quá trình đăng ký

Tất cả các bản tin báo hiệu SIP mà đầu cuối IMS gửi và nhận đều đi quá S-CSCF S-CSCF sẽ kiểm tra mỗi bản tin SIP và quyết định xem liệu bản tin báo hiệu này nên đi qua một hay nhiều máy chủ ứng dụng trên đường đi tới đích cuối cùng của nó Các máy chủ ứng dụng này sẽ cung cấp các khả năng về một dịch vụ tới người dùng Một chức năng chính của S-CSCF là cung cấp dịch vụ định tuyến bản tin SIP Nếu người dùng quay số điện thoại thay vì sử dụng SIP URI (Uniform Resource Identifier) thì S-CSCF cung cấp một dịch

vụ chuyển đổi, thường dựa trên chuẩn DNS E.164 Number Translation (DNS/ENUM) (được mô tả trong RFC-2916 [100]) S-CSCF cũng tác động vào chính sách mạng của nhà cung cấp Ví

dụ, một người dùng có thể không có quyền thiết lập một phiên cụ thể nào cả S-CSCF tránh cho người dùng thực hiện các chức năng không được cho phép

Một mạng thường bao gồm một số các S-CSCF cho mục đích mở rộng và dự phòng Mỗi S-CSCF phục vụ một số lượng đầu cuối tùy thuộc vào dung lượng của nó

S-CSCF luôn luôn được đặt tại mạng chủ

2.3.2.3 Máy chủ xử lý media

Máy chủ xử lý media (MRF) cung cấp tài nguyên media trong mạng chủ MRF (Media Resource Function) cung cấp cho mạng chủ khả năng đưa ra các thông báo trong luồng media (ví dụ trong cầu hội thảo tập trung),

chuyển đổi giữa các loại mã hóa, thu nhận số liệu thống kê và thực hiện bất

cứ loại phân tích media nào

MRF còn được chia thành một nút nhỏ hơn trong miền báo hiệu gọi là MRFC (Media Resource Function Controller) và một nút trong miền media

là MRFP (Media Resource Function Processor) MRFC hoạt động như là một SIP User Agent và chứa các giao diện SIP với S-SCSF MRFC điều khiển tài nguyên trong MRFP thông qua giao diện H.248

MRFP triển khai tất cả các hàm liên quan đến media như là chơi và trộn media

MRF luôn đặt ở mạng chủ

2.3.2.4 Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) thực hiện chủ yếu

là chức năng của máy chủ SIP bao gồm chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại BGCF (Breakout Gateway Control Function) chỉ dùng trong các phiên được khởi tạo bởi đầu cuối IMS và hướng tới một người dùng trong mạng chuyển mạch kênh như là PSTN hay PLMN Chức năng chính của BGCF là:

• Lựa chọn mạng thích hợp nơi mà tương tác với miền chuyển mạch kênh xảy ra

• Hoặc lựa chọn cổng PSTN/CS phù hợp, nếu tương tác xảy ra trong cùng một mạng mà BGCF được đặt

2.3.2.5 PSTN/CS Gateway

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

Hình 0-2 : Giao tiếp giữa PSTN/CS gateway và mạng CS

Hình 2-2 mô tả một BGCF và một PSTN gateway riêng biệt có giao tiếp mạng với PSTN PSTN gateway được phân tích thành các chức năng sau:

• SGW (Signalling Gateway) : Signalling gateway giao tiếp với mặt phẳng báo hiệu của mạng chuyển mạch kênh SGW thực hiện biến đổi giao thức ở lớp thấp hơn Ví dụ: SGW có nhiệm vụ thay thế các giao thức MTP (ITU-T khuyến nghị Q.701 [133]) ở mức thấp hơn vận chuyển cùng với SCTP (Stream Control Transmission Protocol, được định nghĩa tại RFC 2960 [230]) trên địa chỉ IP Vì thế, SGW chuyển đổi ISUP (ITU-T khuyến nghị Q.761 [139]) hoặc BICC [ITU-T khuyến nghị tại Q.1901 [140]) trên MTP thành ISUP hoặc BICC trên SCTP/IP

• MGCF (Media Gateway Control Function) : MGCF là nút trung tâm của PSTN/CS gateway MGCF triển khai một cơ chế thực hiện chuyển đổi giao thức và ánh xạ SIP sang hoặc là ISUP trên IP hoặc

là BICC trên IP (cả BICC và ISUP đều là các giao thức điều khiển cuộc gọi trong mạng chuyển mạch kênh) Hơn nữa, để biến đổi giao thức điều khiển cuộc gọi thì MGCF điều khiển nguồn tài nguyên trong MGW (Media Gateway) Giao thức được sử dụng giữa MGCF

và MGW là H.248 (ITU-T khuyến nghị H.248 [143])

• MGW (Media Gateway) : Media Gateway giao tiếp với mặt phẳng media của mạng PSTN hoặc mạng CS Một mặt MGW có thể gửi hoặc nhận media của IMS thông qua giao thức RTP (RFC 3550 [225]) Mặt khác, MGW sử dụng một hoặc nhiều khe thời gian PCM (Pulse Code Modulation) để kết nối tới mạng CS Thêm vào đó, MGW thực hiện chuyển đổi mã khi đầu cuối IMS không hỗ trợ codec được sử dụng bởi mạng chuyển mạch kênh Một tình huống phổ biến thường xảy là khi thiết bị đầu cuối IMS sử dụng bộ giải mã AMR trong khi đó thiết bị đầu cuối của mạng PSTN lại sử dụng bộ giải mã G.711 (ITU-T khuyến nghị G.711 [131])

2.3.2.6 Mạng chủ và mạng khách

IMS mượn một vài khái niệm từ GSM và GPRS như mạng chủ và mạng khách Trong mô hình tế bào, khi chúng ta sử dụng điện thoại di động trong khu vực nơi chúng ta cư trú, khi đó là chúng ta đang sử dụng cơ

sở hạ tầng do các nhà điều hành mạng cung cấp Cở sở hạ tầng này hình thành mạng chủ (home network) Mặt khác, khi chúng ta chuyển ra ngoài khu vực che phủ của mạng chủ, chúng ta sử dụng cơ sở hạ tầng được cung cấp bởi một nhà điều hành mạng khác Cơ sở hạ tầng này được gọi là mạng khách (visited network)

Để sử dụng mạng khách thì các nhà điều hành mạng khách và mạng chủ phải có một thỏa thuận với nhau Các thỏa thuận này có thể là giá

cuowics cuộc gọi, chất lượng dịch vụ hoặc là phương thức quy đổi bảng tính cước

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

Thêm vào đó, khi IP-CAN (IP Connectivity Access Network) là GPRS thì vị trí của P-CSCF phụ thuộc vào vị trí của GGSN Trong tình huống chuyển vùng, GPRS cho phép vị trí của GGSN hoặc ở trong mạng chủ hoặc ở trong mạng khách (bình thường SGSN luôn được đặt ở mạng khách)

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

là giao diện hoạt động bên trong và làm cho việc hoạt động của mạng đơn giản hơn

Hình 2-3, cho chúng ta thấy cấu hình P-CSCF (và GGSN) đặt tại mạng khách Cấu hình này thể hiện tầm nhìn lâu dài về IMS vì nó yêu cầu IMS hỗ trợ thực hiện từ mạng khách

Hình 0-3 : P-CSCF đặt tại mạng khách

Không thể mong đợi tất cả các mạng trên thế giới đều triển khai IMS đồng thời Do đó cũng không thể mong chờ tất cả các mạng thành phần sẽ cập nhật các GGSN theo cùng một chuẩn tại cùng một thời điểm và cùng bắt đầu cung cấp dịch vụ IMS Vì vậy chúng ta chỉ có thể mong chờ việc sớm

có sự triển khai IMS mà P-CSCF ở trong mạng chủ như hình 2-4 dưới đây

Hình 0-4: P-CSCF đặt tại mạng chủ

Hình 2-4 chỉ ra cấu hình hiện tại khi cả P-CSCF và GGSN đều đặt tại mạng chủ Cấu hình này không yêu cầu sự hỗ trợ IMS từ mạng khách Mạng khách không cần phải có GGSN tuân theo phiên bản 3GPP Release

5 Mạng khách chỉ cần cung cấp liên lạc vô tuyến và SGSN Vì thế, cấu hình này được triển khai từ những ngày đầu của IMS Như một hệ quả, người ta mong muốn rằng nó sẽ là cấu hình phổ biến trong những năm đầu triển khai IMS

2.3.3 Tầng dịch vụ

Phần này bao gồm các máy chủ ứng dụng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ tới người dùng cuối Các máy chủ ứng dụng là các thực thể SIP thực hiện dịch vụ và giao tiếp với S-CSCF sử dụng SIP Phụ thuộc vào các dịch

vụ thực tế mà máy chủ ứng dụng có thể hoạt động ở các chế độ: SIP proxy, chế độ SIP UA (User Agent) hay chế độ SIP B2BUA (Back-to-Back User

Agent) Máy chủ ứng dụng có thể nằm trong mạng chủ hoặc trong một mạng thứ ba bên ngoài Nếu nằm trong mạng chủ, nó có thể truy vấn HSS qua giao diện diameter Sh (cho máy chủ ứng dụng), hay giao diện MAP (Mobile Application Part) cho loại máy chủ IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function)

Như đã nói ở trên, ưu điểm lớn nhất của IMS là khả năng phát triển các dịch vụ mới một cách dễ dàng Kiến trúc IMS được thiết kế để cho phép các nhà điều hành cung cấp dải rộng các dịch vụ dựa trên chuyển mạch gói

và thời gian thực IMS cũng cho phép lưu lại các thông tin của dịch vụ để có thể tính cước dựa theo thời gian cũng như dựa trên dịch vụ và băng thông

Từ đặc điểm thiết kế của mình, IMS kế thừa tất cả các dịch vụ ưu việt nhất của mạng viễn thông và mạng internet đặc biệt là các dịch vụ đa phương tiện bao gồm các dịch vụ gọi thông thường và các dịch vụ nâng cao như:

• Nhấn tin đa phương tiện

• Hội thảo đa phương tiện

2.4 Định danh trong IMS

Trong bất kỳ một mạng nào cũng đều phải dịnh danh được người dùng một cách duy nhất Đây là thuộc tính cho phép một điện thoại nhất định

đổ chuông mà không phải là một điện thoại khác khi chúng ta quay số trong mạng PSTN

Vấn đề trung tâm của bất kỳ một mạng nào là khả năng của nhà cung cấp định danh người dùng để cho cuộc gọi có thể đến được đúng người dùng Trong mạng điện thoại công cộng, người dùng được định danh bởi số điện thoại (là một tập hợp các chữ số theo thứ tự định danh thuê bao điện thoại) Số điện thoại xác định chủ thuê bao có thể được biểu diễn dưới nhiều dạng khác nhau: dạng số nội hạt, số ngoại hạt hay số dạng quốc tế Thực chất chúng chỉ

là các cách biểu diễn khác nhau của cùng một thuê bao Độ dài của chuỗi số phụ thuộc vào đích đến của cuộc gọi (ví dụ như cùng một khu vực, khác vùng hay quốc gia khác)

Thêm vào đó, khi một dịch vụ được cung cấp, đôi khi nó cũng yêu cầu định danh dịch vụ Trong mạng PSTN, dịch vụ được định danh bởi những số đặc biệt, thường có phần tiếp đầu đặc biệt, ví dụ như 800 IMS cũng cung cấp

cơ chế để định danh dịch vụ

2.4.1 Định danh người dùng công cộng

Trong IMS cũng có một cách tiền định để xác định người dùng Một người dùng IMS cũng được cấp phát một hay nhiều định danh người dùng công cộng Nhà cung cấp dịch vụ nội hạt có trách nhiệm cấp phát các định danh này cho mỗi thuê bao IMS Một danh người dùng công cộng có thể là một SIP URI (như định nghĩa trong RFC 3261 [215]) hay một TEL URI (như định nghĩa trong RFC 3966 [220]) Định danh người dùng công cộng được

sử dụng như thông tin liên lạc trong thẻ thương mại Trong IMS, định danh người dùng công cộng được sử dụng để định tuyến các bản tin báo hiệu SIP Nếu chúng ta so sánh giữa IMS và GSM, một dịnh danh người dùng công cộng đối với IMS cũng giống như một định danh MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number) trong mạng GSM

Khi định danh người dùng công cộng chứa SIP URI, nó thường có dạng là

sip:first.last@operator.com, mặc dù nhà cung cấp IMS có thể chuyển đổi

dạng thức này và thỏa mãn theo nhu cầu của họ Thêm vào đó, cũng có khả năng bao hàm số điện thoại trong SIP URI sử dụng định dạng sau:

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

Định dạng này là cần thiết bởi SIP yêu cầu URI được đăng ký dưới là SIP URI Do đó, nó không thể đăng ký TEL URI trong SIP, mặc dù hoàn toàn có thể đăng ký một SIP URI có chứa một số điện thoại

TEL URI là một dạng khác mà định danh người dùng công cộng có thể sử dụng được Dưới đây là một TEL URI được trình bày dưới dạng số điện thoại quốc tế:

tel:+1-212-555-0293

TEL URI là cần thiết để thực hiện một cuộc gọi từ đầu cuối IMS sang mạng điện thoại công cộng PSTN, bởi vì số điện thoại PSTN được biểu diễn dưới dạng số Mặt khác, TEL URI cũng cần thiết nếu một thuê bao PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một người dùng IMS, bởi vì người dùng PSTN chỉ có thể quay số

Chúng ta hình dung các nhà cung cấp dịch vụ sẽ cấp ít nhất một SIP URI và một TEL URI cho mỗi một người dùng Có rất nhiều lý do cho việc cấp nhiều hơn một định danh người dùng công cộng cho một người dùng, như là khả năng phân biệt các định danh cá nhân mà bạn bè và người thân đã biết với định danh công cộng dùng trong công việc kinh doanh được biết đến bởi các đồng nghiệp, hoặc là để kích hoạt một nhóm các dịch vụ

IMS mang đến một khái niệm thú vị: một tập hợp định danh người dùng công cộng được đăng ký Trong hoạt động thông thường của SIP, mỗi định danh cần đăng ký yêu cầu một bản tin SIP REGISTER Trong IMS, ta

có thể đăng ký một vài định danh người dùng công cộng trong một bản tin, điều này nhằm tiết kiệm thời gian và băng thông

2.4.2 Định danh người dùng riêng

Mỗi thuê bao IMS được cấp một định danh người dùng riêng Không giống như định danh người dùng công cộng, định danh người dùng riêng không phải là một SIP URI hay TEL URI, mà thay vào đó chúng thường có định dạng của định danh người dùng truy nhập NAI (Network Access Identifier, theo quy ước của RFC 2486 [451]) Định dạng của NAI là:

username@operator.com

Không như định danh người dùng công cộng, định danh người dùng riêng không được sử dụng để định tuyến bản tin yêu cầu SIP, thay vào đó chúng được dành riêng cho việc định danh thuê bao và cho mục đích nhận thực Một định danh người dùng riêng thực hiện chức năng trong IMS tương

tự như IMSI (International Mobile Subscriber Identifier) trong mạng GSM Định danh người dùng riêng không cần người dùng biết đến, bởi vì nó có thể được lưu trong một thẻ thông minh cũng giống như IMSI được lưu trong SIM (Subscriber Identity Module)

2.4.3 Mối quan hệ giữa định danh công cộng và định danh riêng

Nhà cung cấp dịch vụ cấp một hoặc nhiều định danh người dùng công cộng cho mỗi một người dùng Trong trường hợp GSM/UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), thẻ thông minh lưu định danh người dùng riêng và có ít nhất một định danh người dùng công cộng HSS là một

cơ sở dữ liệu chung cho mọi dữ liệu liên quan đến thuê bao, chứa định danh người dùng riêng và một tập hợp các định danh người dùng công cộng được gán cho người dùng HSS và S-CSCF cũng có tương quan với định danh người dùng cộng và định danh người dùng riêng Mối quan hệ giữa một thuê bao, định danh người dùng riêng và một số định danh người dùng công cộng được thể hiện như trong hình 2-5 Đây là trường hợp của IMS như chuẩn hóa trong 3GPP Release 5

Hình 0-5 : Quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng

công cộng theo 3GPP R5

3GPP Release 6 mở rộng mối quan hệ giữa định danh người dùng riêng và định danh người dùng chung như ở hình 2-6 dưới đây Một thuê bao IMS được cấp không chỉ một mà là một số định danh người dùng riêng Trong trường hợp UMTS, chỉ một định danh người dùng riêng được lưu trữ trong thẻ thông minh, nhưng người dùng có thể có nhiều thẻ thông minh khác nhau

mà họ có thể cho vào đầu cuối IMS Có thể các định danh người dùng công cộng này được sử dụng kết hợp với nhiều hơn một dịnh danh người dùng riêng Đó là trường hợp của định danh người dùng công cộng số 2 trong hình 2-6, bởi vì nó được gán cho cả định danh người dùng riêng số 1 và số 2 Điều này cho phép định danh người dùng công cộng số 2 có thể sử dụng đồng thời

từ hai đầu cuối IMS, mỗi một thiết bị được gán một định danh người dùng riêng khác nhau (ví dụ như các thẻ thông minh khác nhau được gắn vào các đầu cuối khác nhau)