Tải bản đầy đủ

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TRIỂN KHAI IMS

i
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt
3GPP 3rd Generation PartnershIP
Project
Dự án cộng tác mạng thế hệ thứ 3
AAA Authentication Authorization
Accounting
Chứng thực, cấp quyền, tính cước
ALG Application Layer
Gateway
Lớp cổng ứng dụng
API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng
A-RACF Access Resource and
admission Control Function
chức năng điều khiển chấp nhận kết
nối và tài nguyên truy nhập

AS Application Server Máy chủ ứng dụng
BG Border gateway Cổng biên
BGCF Breakout gateway control
funtion
Chức năng điều khiển cổng vào ra
CDMA Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
COPS Common Open Policy
Service
Giao thức dịch vụ chính sách mở
thông thường
CSCF Call/Session Control Function Khối chức năng điều khiển phiên và
cuộc gọi
DHCP Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình host động
DNS Domain Name System Hệ thống tên miền
DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số
GGSN Getway GPRS Suport Node Nút hỗ trợ cổng vào ra GPRS
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ chuyển gói rộng khắp qua
sóng vô tuyến
GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu
HLR Home Location Register Bộ đăng ký vị trí máy chủ
HSS Home Subcriber Server Máy chủ quản lý thuê bao thường trú
HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản
I-CSCF Interrogating – CSCF CSCF – truy vấn
IETF Internet Engineering Task
Force
Nhóm đặc trách kĩ thuật internet
IM IP multimedia Đa phương tiện IP
IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP
IMSI International Mobile
Subscriber Identity
Nhận dạng thuê bao di động quốc tế
IMS-MGW IMS - Media Gateway Cổng đa phương tiện IMS
IM-SSF IP Multimedia Service
Switching Function
Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ
IP


IP Internet Protocol Giao thức internet
IP-CAN IP-Connectivity Access
Network
Mạng truy nhập kết nối IP
IPSec Internet Protocol security Giao thức bảo mật mạng
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình số được cung cấp thông
qua mạng IP
ISDN Integrated Services Digital
Network
Mạng số tích hợp đa dịch vụ
ISIM IMS SIM Module nhận dạng thuê bao IMS
ITU International
Telecommunication Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế
MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động
iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
v
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm qua xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di động và
mạng PSTN đang là vấn đề 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 IP duy nhất. Phân hệ IP Multimedia
Subsystem (IMS) là một trong những kiến trúc đã ra đời trong xu thế phát
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
vi
triển đó. IMS trở thành một phân hệ trong mô hình mạng thế hệ mới (NGN)
của tất cả các hãng sản xuất các thiết bị viễn thông và các tổ chức chuẩn hóa
trên thế giới. 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, là một phân hệ không thể thiếu trong kiến trúc NGN.
Trong bối cảnh như vậy việc triển khai đề tài “Phân hệ IMS trong kiến
trúc NGN” là rất cần thiết. Mục tiêu của đề tài này là tìm hiểu kiến trúc IMS,
các dịch vụ có thể được triển
khai
trong đó, phân tích những ưu nhược điểm
và khả năng triển khai IMS trong NGN, qua đó có thể hiểu và thấy được tầm
quan trọng của phân hệ IMS trong kiến trúc mạng tương lai.
Qua đây em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Kỹ
thuật và Công nghệ đã tận tình chỉ bảo cho em trong suốt thời gian học tập tại
trường, đặc biệt là Th.S Đặng Thị Từ Mỹ đã giúp đỡ nhiệt tình cho cá nhân
em hoàn thành tốt đồ án của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Quy Nhơn, ngày 06 tháng 06 năm 2010.
Sinh Viên
Lô Thị Hiểu
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Công nghệ NGN (Next Generation Network - NGN) với khả năng tích
hợp nhiều dịch vụ giá trị gia tăng đang là một xu hướng phát triển của ngành
viễn thông thế giới. Khi môi trường kinh doanh đang ngày càng phức tạp và
mang tính cạnh tranh cao, chất lượng dịch vụ trở thành chìa khóa cho sự
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
vii
thành công thì nhu cầu sở hữu các dịch vụ truyền thông mới với nhiều tiện ích
cũng không ngừng tăng lên...
Công nghệ NGN ra đời hội tụ cả 3 mạng: mạng thoại, mạng không dây và
mạng số liệu vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung,
thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ
mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển, đang
ngày càng thỏa mãn được nhu cầu của người sử dụng.
Khi nói đến mạng NGN là nói đến “dịch vụ” chứ không phải như cách
xây dựng mạng truyền thống là chú trọng vào xây dựng những mạng riêng lẻ,
mỗi một dịch vụ sẽ phải xây dựng một mạng dùng riêng, ví dụ như mạng
thoại TDM, mạng di động, mạng truyền số liệu... Chính vì vậy mà các tiêu chí
cho mạng hội tụ để đảm bảo chi phí đầu tư thấp nhất phải là:
• Xây dựng một mạng hội tụ đa dịch vụ trên một nền tảng mạng duy
nhất;
• Cung cấp các dịch vụ mạng riêng ảo an ninh lớp 2, lớp 3, các dịch vụ
multi- media và data với các cam kết chất lượng dịch vụ SLA;
• Giải pháp mở và tương thích khi tích hợp dịch vụ;
• Bảo vệ đầu tư, dễ dàng mở rộng nâng cấp mạng.
Ngoài các dịch vụ hiện tại như thoại, mạng NGN cung cấp các dịch vụ
theo yêu cầu như hội nghị truyền hình và các dịch vụ ứng dụng đa phương
tiện khác với yêu cầu băng thông đến hàng chục Mbps cho một người dùng.
Đặc điểm chính của mạng NGN là có khả năng cung cấp tất cả các dịch vụ
băng rộng theo yêu cầu với các mức dịch vụ khác nhau. Ngoài ra, mạng NGN
tích hợp công nghệ di động băng thông rộng, vì vậy nó cho phép người dùng
có thể trao đổi thông tin dịch vụ băng rộng bất kể họ đang sử dụng máy tính
để bàn hay thiết bị hỗ trợ số cá nhân (PDA) để lướt Internet từ taxi.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
viii
Các tiêu chuẩn NGN hiện tại không đủ cho việc thực thi trong môi trường
hội tụ băng rộng. Điều khiển cuộc gọi đã được định nghĩa rõ ràng, tuy nhiên
việc điều khiển nội dung, dữ liệu và quảng bá còn ít được đề cập đến trong
các chuẩn NGN hiện tại. Ngoài ra, các thủ tục kiểm tra tính phối hợp hoạt
động giữa các nền tảng (platform) dịch vụ khác nhau phục vụ cho dịch vụ hội
tụ chưa có.
Mạng viễn thông vẫn đang tiếp tục phát triển theo xu hướng hội tụ. Mục
tiêu của mạng hội tụ là cho phép phát triển nhanh chóng các dịch vụ mới, có
thể truy nhập được từ nhiều loại thiết bị qua các mạng truy nhập khác nhau.
Vấn đề chính để đạt được mức phối hợp hoạt động này là phải phát triển được
tập hợp các chuẩn cho phần truy nhập và phân phát dịch vụ. Một thành phần
quan trọng trong mạng hội tụ để thực hiện được việc liên kết giữa thiết bị và
dịch vụ đó là IMS – cho phép một thiết bị bất kỳ được kết nối tới bất kỳ một
dịch vụ nào. Để có được sự kết nối như vậy cần phải có một quá trình nghiên
cứu và phát triển. Trong vài năm gần đây, các tổ chức như 3GPP/3GPP2 và
ETSI đã lần lượt đưa ra các phiên bản tiêu chuẩn. Mỗi phiên bản đều hứa hẹn
cho phép các tính năng ưu việt hơn so với phiên bản trước của nó.
IMS là một kiến trúc chuẩn, mở nhằm mục đích chuyển tiếp các dịch vụ
đa phương tiện qua các mạng di động và IP, sử dụng cùng một loại giao thức
chuẩn cho các dịch vụ di động cũng như IP cố định. Dựa trên SIP, IMS định
nghĩa các giao diện mặt bằng điều khiển chuẩn để tạo ra các ứng dụng mới.
IMS ban đầu được 3GPP định nghĩa và phiên bản đầu tiên được thiết kế
riêng cho mạng di động nhằm tìm cách triển khai các ứng dụng IP trên mạng
di động 3G. Tuy nhiên, việc giới hạn này là không cần thiết và các phiên bản
kế tiếp của IMS đã được định nghĩa độc lập với phần truy nhập. Bước tiến
này đã thúc đẩy sự phối hợp hoạt động giữa các thiết bị truy nhập khác nhau
và do vậy đã kích thích sự hội tụ về mạng di động và cố định. Hiện nay, các
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
ix
kiểu truy nhập có thể hoạt động với lõi IMS là DSL, WLAN, GPRS hay bất
kỳ một công nghệ mới nào chẳng hạn như WiMAX.
Ưu điểm của IMS là khả năng hỗ trợ đa dịch vụ và các kiểu truy nhập
khác nhau. Thiết kế của IMS cho phép phối hợp hoạt động giữa các dịch vụ
và ứng dụng IP cũng như phối hợp động giữa các thuê bao. IMS đặc biệt tối
ưu hóa cho các ứng dụng SIP và đa phương tiện. Ngoài ra, IMS cho phép phát
triển nhanh chóng và linh hoạt các dịch vụ mới, cùng với khả năng hội tụ cố
định với di động, IMS cho phép giảm đáng kể chi phí đầu tư.
 Nội dung nghiên cứu của đề tài:
Với mục đích tìm hiểu về phân hệ IMS và khả năng phát triển của nó, đề
tài của tôi bao gồm các nội dung chính sau:
Chương 1 Tổng quan về IMS: Tìm hiểu IMS là gì, tiến trình phát triển
của IMS và các yêu cầu trong hệ thống mạng IMS.
Chương 2 Kiến trúc và các giao thức trong IMS: Tìm hiểu về kiến trúc
IMS, các thành phần, chức năng của từng thành phần và các giao thức chính
được sử dụng trong IMS.
Chương 3 Các dịch vụ ứng dụng: Giới thiệu về các dịch vụ có thể được
triển khai trong IMS đó là: Presence, Truyền thông điệp – Messaging, Push to
talk over cellular, Conferencing. Đồng thời trong chương này còn nói đến
IMS và xu hướng hội tụ di động – cố định, là một xu thế tất yếu trong ngành
viễn thông tương lai mà NGN đang hướng tới.
Chương 4 Phân tích và đánh giá hiệu quả triển khai IMS: Đi sâu vào
phân tích và so sánh hiệu quả IMS với các giải pháp riêng (PS), dựa vào các
kết quả phân tích của Bell Labs để đưa ra đánh giá. Ngoài ra, trong chương
này cũng nêu lên những điểm yếu hiện tại của IMS để có cái nhìn toàn diện
hơn về nó.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IMS.
1.1. IMS là gì?
IMS - thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, là một phần của
kiến trúc mạng thế hệ kế tiếp được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP
và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video,
audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây.
IMS là một kiến trúc mạng nhằm tạo sự thuận tiện cho việc phát triển và
phân phối các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng, bất kể là họ đang kết
nối thông qua mạng truy nhập nào.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xi
IMS hỗ trợ nhiều phương thức truy nhập như GSM, UMTS, CDMA2000,
truy nhập hữu tuyến băng rộng như cáp xDSL, cáp quang, cáp truyền hình,
cũng như truy nhập vô tuyến băng rộng WLAN, WiMAX. IMS tạo điều kiện
cho các hệ thống mạng khác nhau có thể tương vận (interoperability) với
nhau, là phần mạng được xây dựng bổ sung cho các mạng hiện tại nhằm thực
hiện nhiệm vụ hội tụ mạng và cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách
hàng đầu cuối.
IMS hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, bao gồm các dịch vụ nhắn
tin tức thời (Instant Messaging - IM), hội nghị truyền hình (Video
Conferencing) và Video theo yêu cầu (Video on Demand - VoD). IMS cũng
có khả năng cung cấp các cơ chế xác thực và chuyển đổi giữa các mạng khác
nhau cho khách hàng di động. Sau đó, các tổ chức chuẩn hóa như ITU, ETSI
đã chọn IMS làm nền tảng cho mạng hội tụ.
Hình 1.1. Khả năng hội tụ mạng của IMS.
Một trong những mục đích đầu tiên của IMS là giúp cho việc quản lý
mạng trở nên dễ dàng hơn bằng cách tách biệt chức năng điều khiển và chức
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xii
năng vận tải thông tin. Một cách cụ thể, IMS là một mạng phủ (overlay),
phân phối dịch vụ trên nền hạ tầng chuyển nối gói. IMS cho phép chuyển dần
từ mạng chuyển nối mạch sang chuyển nối gói trên nền IP, tạo thuận lợi cho
việc quản lý mạng thông tin di động. Việc kết nối giữa mạng cố định và di
động đã góp phần vào tiến trình hội tụ mạng viễn thông trong tương lai. IMS
cho phép người dùng có thể sử dụng một hay nhiều loại thiết bị khác nhau, di
chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn có thể dùng cùng một dịch vụ.
IMS sử dụng các giao thức đã được chuẩn hóa như SIP (điều khiển, thiết
lập phiên), COPS (để đảm bảo QoS) và Diameter (cung cấp các cơ chế nhận
thực, xác thực và truy nhập CSDL thuê bao). IMS có khả năng bảo mật tốt
với nhiều cơ chế bảo vệ khác nhau để ngăn chặn sự tấn công từ bên ngoài và
kiểm soát người dùng truy nhập từ các mạng khác.
Để các đầu cuối đường dây có thể truy nhập độc lập với vận hành và bảo
dưỡng qua mạng Internet, phân hệ đa phương tiện IP đã cố gắng tương thích
với các chuẩn IETF (chuẩn Internet). Trong một số trường hợp là lấy chuẩn
giao thức của IETF, do đó các giao diện này tương thích hợp lý với các chuẩn
Internet ví dụ như giao thức SIP. . . .
Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang chuyển dịch vụ thoại truyền
thống sang VoIP để tối ưu cho giá thành đầu tư và giá thành dịch vụ. Tuy
nhiên nếu chỉ chuyển sang mỗi mạng VoIP thì vẫn không đủ để giải quyết hết
những lo âu về giá thành đầu tư, giá cước thu nhập và còn phải tăng nhiều chi
phí mới. Khi dịch vụ thoại chuyển sang mạng IP, nó sẽ trở thành một phần
của bộ các dịch vụ truyền thông hướng kết nối đa phương tiện thời gian thực
chạy trên mạng IP và cùng chia sẽ một sự sắp xếp client-server chung như
dịch vụ tin khẩn, cuộc gọi khẩn, hội nghị mạng và các dịch vụ VoIP, 3G …
Thêm vào đó để VoIP có thể hỗ trợ lớp các dịch vụ mới như dịch vụ đa
phương tiện, dịch vụ tích hợp thì cần có một nền tảng chuyển tiếp dịch vụ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xiii
mới. Nền tảng ở đây được chọn chính là IMS (IP Multimedia Subsystem) do
3GPP định nghĩa và phát triển. Giải pháp của họ là thoại thế hệ kế tiếp với hệ
thống dữ liệu, phần mềm và các dịch vụ chuyên nghiệp, để đáp ứng mạng cần
hoạt động cả mạng đường dây và mạng không dây.
1.3. Tiến trình phát triển của IMS.
IMS được Dự án hợp tác về viễn thông thế hệ thứ 3 (3GPP – 3
rd
Generation Partnership Project) giới thiệu đầu tiên trong phiên bản thứ 5
(Release 5) vào tháng 3/2002 với các tính năng xử lý cuộc gọi cơ bản. IMS
được mô tả là một cấu trúc chuẩn hóa truy nhập không giới hạn trên nền IP,
có khả năng thích ứng với các mạng thoại, số liệu và di động. Cùng với
3GPP, trong năm 2002 3GPP2 cũng đưa ra chuẩn hóa IMS của riêng mình.
Về cơ bản 3GPP IMS và 3GPP2 là giống nhau tuy nhiên giữa chúng cũng có
một vài khác biệt như là giải pháp tính cước hay hỗ trợ các phiên bản IP.
Đầu năm 2004, 3GPP tiếp tục chuẩn hóa IMS với Release 6. Phiên bản
này tập trung sửa chữa các thiếu sót ở Release 5 (tính cước, quản lý chất
lượng dịch vụ) và bổ sung một số đặc tính mới (hỗ trợ truy nhập từ các mạng
khác nhau). Release 6 được hoàn thành vào tháng 3/2005. IMS khởi đầu như
một chuẩn cho mạng vô tuyến. Tuy nhiên, cộng đồng mạng hữu tuyến, trong
quá trình tìm kiếm một chuẩn thống nhất, sớm nhận thấy thế mạnh của IMS
cho truyền thông hữu tuyến. Khi đó ETSI (the European Telecommunication
Standards Institute) đã mở rộng chuẩn IMS thành một phần của kiến trúc
mạng thế hệ tiếp theo NGN (Next Generation Network) mà họ đang xây
dựng. Tổ chức chuẩn hóa TISPAN (Telecoms & Internet converged Services
and Protocols for Advanced Networking) trực thuộc ETSI, với mục đích hội
tụ mạng thông tin di động và Internet, đã chuẩn hóa IMS như một hệ thống
con của NGN. Những kết quả chuẩn hóa IMS trong Release 6 của 3GPP được
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xiv
ETSI TISPAN sử dụng để thực hiện chuẩn hóa phiên bản NGN R1. Đây được
coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định - di động trong IMS.
Release 7 được 3GPP chuẩn hóa theo 3 pha và được hoàn thiện vào
khoảng tháng 3 – 9/2007 hỗ trợ cho truy nhập với mạng băng rộng cố định.
Tháng 6/2007, ETSI TISPAN kết hợp với 3GPP để tiếp tục chuẩn hóa xây
dụng cấu trúc mạng IMS chung nhằm hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch
vụ mới như IPTV. Cấu trúc này được chuẩn hóa bắt đầu từ phiên bản Release
8. Hiện nay phiên bản này vẫn đang được tiếp tục hoàn thiện.
Song song với đó đầu năm 2008 phiên bản Release 9 bắt đầu được chuẩn
hóa với một số tính năng như: Giải pháp cho dịch vụ thoại và video trong
miền chuyển mạch kênh (CS – Circuit Switch), tính năng hỗ trợ di động
WiMAX - LTE, WiMAX – UMTS.
1.4. Các yêu cầu trong hệ thống mạng IMS.
IMS được xây dựng và phát triển với mục đích phải kết hợp được những
xu hướng công nghệ mới nhất, làm cho mô hình Internet - Mobile trở thành
hiện thực, tạo ra một nền tảng chung để phát triển các dịch vụ multimedia đa
dạng, tạo một cơ chế tăng lợi nhuận nhờ việc bổ sung dịch vụ trên mạng di
động và tạo ra nhiều lợi nhuận hơn trong việc thúc đẩy khách hàng sử dụng
miền chuyển mạch gói trong 3G. Để đạt được những mục đích đó thì IMS đã
được định nghĩa như là một nền tảng kiến trúc để truyền tải các dịch vụ
multimedia IP tới người dùng cuối. Để đạt được mục tiêu đó 3GPP đưa ra 6
yêu cầu cơ bản cho mạng lõi IMS như sau: Hỗ trợ thiết lập các phiên đa
phương tiện IP; Hỗ trợ cơ chế thỏa thuận chất lượng dịch vụ QoS; Hỗ trợ tính
năng liên mạng với các mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh; Hỗ trợ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xv
chuyển vùng (roaming); Hỗ trợ điều khiển dịch vụ phân phối đến khách hàng;
Hỗ trợ nhanh chóng khởi tạo dịch vụ mà không yêu cầu phải hợp chuẩn.
1.4.1. Hỗ trợ việc thiết lập các phiên Multimedia IP.
IMS có thể phân phát nhiều dịch vụ trong đó có cả dịch vụ truyền thông
audio và video. Yêu cầu là cần thiết để IMS hỗ trợ cung cấp các phiên đa
phương tiện trên các mạng chuyển mạch gói. Các truyền thông đa phương
tiện trước đây cũng đã được 3GPP chuẩn hóa trong các phiên bản trước, tuy
nhiên nó có thiên hướng cho mạng chuyển mạch kênh chứ không phải dành
cho mạng chuyển mạch gói.
1.4.2. Quản lý đảm bảo chất lượng dịch vụ - QoS.
Một yêu cầu đặc biệt quan trọng của IMS đó là phải có khả năng cho phép
đầu cuối người dùng (UE) thỏa thuận một mức QoS xác định. QoS của một
phiên giao dịch được xác định bởi tập các hệ số, như là tốc độ bít, cỡ gói, kiểu
dữ liệu, băng thông lớn nhất… mà hệ thống có thể phân bổ tới người dùng
dựa trên thông tin khách hàng hay năng lực hiện tại của mạng. Sau khi thỏa
thuận các thông số tại mức ứng dụng nhất định, UE thực hiện chiếm dụng tài
nguyên tương ứng trong môi trường mạng. Khi kết nối end-to-end QoS được
thiết lập, UE mã hóa và đóng gói các kiểu dữ liệu với giao thức tương ứng và
gửi chúng tới mạng truyền tải và truy nhập thông qua giao thức lớp truyền tải
dựa trên nền IP.
IMS cũng cho phép các nhà khai thác điều khiển mức QoS đến người dùng
chính vì lẽ đó các nhà khai thác có thể phân loại khách hàng của mình thành
các nhóm khác nhau.
1.4.3. Hỗ trợ liên kết với mạng Internet và mạng chuyển mạch kênh
(PSTN).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xvi
Yêu cầu liên kết với Internet là bắt buộc trong xây dựng cấu trúc khung
làm việc của IMS, với việc liên kết với Internet, số lượng tiềm năng nguồn và
đích cho các phiên đa phương tiện sẽ tăng đột ngột.
IMS cũng được yêu cầu liên kết tới các mạng chuyển mạch kênh như là
PSTN hoặc các mạng di động tế bào. Các đầu cuối IMS hỗ trợ audio/video sẽ
được ra mắt đầu tiên trên thị trường, các đầu cuối này có thể kết nối tới cả các
mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. Khi người dùng muốn
thực hiện một cuộc gọi tới một thuê bao PSTN hoặc thuê bao di động, các đầu
cuối IMS lựa chọn trong miền chuyển mạch kênh.
Chính vì vậy, vấn đề liên mạng với một mạng chuyển mạch kênh không
được yêu cầu nghiêm ngặt lắm mặc dù phần lớn các đầu cuối IMS cũng sẽ hỗ
trợ miền chuyển mạch kênh. Vấn đề liên kết với các mạng chuyển mạch kênh
có thể xem như là một yêu cầu về lâu về dài. Thông thường vấn đề liên mạng
với mạng chuyển mạch kênh chỉ đòi hỏi khi mà các đầu cuối IMS chỉ thích
ứng với mạng chuyển mạch gói.
1.4.4. Hỗ trợ chuyển vùng.
Chuyển vùng là nhu cầu chung từ các mạng di động tổ ong thế hệ 2 khi
mà thuê bao phải chuyển vùng sang các mạng khác (ví dụ như khi thuê bao đi
du lịch ra nước ngoài). Đây là yêu cầu thiết yếu và đương nhiên hệ thống IMS
được thừa hưởng yêu cầu này, cho phép khách hàng chuyển vùng khi di
chuyển đến các quốc gia khác tất nhiên điều này chỉ được thực hiện khi có sự
thỏa thuận giữa các nhà khai thác tại mạng chủ và khách.
1.4.5. Hỗ trợ điều khiển dịch vụ.
Thông thường các nhà khai thác muốn áp đặt các chính sách để phân phối
dịch vụ tới khách hàng. Về cơ bản có 2 loại chính sách như sau:
 Chính sách chung áp dụng cho tất cả khách hàng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xvii
 Chính sách riêng cho từng khác hàng đặc biệt.
Chính sách đầu tiên bao gồm một tập những hạn chế mà áp dụng tới tất cả
người dùng trong mạng. Ví dụ nhà khai thác muốn hạn chế băng thông tín
hiệu thoại thông qua sử dụng mã hóa thoại có băng thông thấp như AMR
(Quy định trong chuẩn 3GPP TS 26.071) chứ không dùng chuẩn mã hóa thoại
băng rộng G.711 (Chuẩn mã hóa của ITU-T 64 Kbps) trong mạng của họ.
Chính sách thứ 2 bao gồm một tập các chính sách mà chỉ bó buộc trong
từng người dùng nhất định. Ví dụ như một khách hàng nào đó mà trong bảng
đăng kí sử dụng dịch vụ IMS nhưng không sử dụng dịch vụ video. Trong
trường hợp họ cố gắng khởi tạo một phiên đa phương tiện mà có dịch vụ
video thì nhà khai thác thực hiện ngăn cản quá trình thiết lập phiên đó mặc dù
phần lớn các đầu cuối IMS đều hỗ trợ tính năng cung cấp dịch vụ video.
Chính sách này là tuân theo cơ sở bản đăng kí sử dụng dịch vụ của người
dùng với nhà cung cấp.
1.4.6. Hỗ trợ phát triển các dịch vụ.
Yêu cầu này ảnh hưởng mạnh mẽ đến thiết kế kiến trúc IMS. Yêu cầu này
khẳng định rằng các dịch vụ IMS không cần phải tiêu chuẩn hóa. Nó đánh dấu
một cột mốc quan trọng trong thiết kế mạng di động, bởi vì trước đây, tất cả
các dịch vụ riêng lẻ hoặc là phải chuẩn hóa hoặc là được thực hiện độc quyền.
Thậm chí khi một dịch vụ đã được chuẩn hóa, cũng không có một đảm bảo
chắc chắn dịch vụ sẽ làm việc khi chuyển vùng sang một mạng khác. IMS
giúp cho triển khai các dịch vụ mới đến người dùng nhanh hơn. Trước đây, sự
chuẩn hóa các dịch vụ và công việc kiểm tra gây ra sự chậm chễ đáng kể
trong việc triển khai dịch vụ. IMS làm giảm đáng kể sự chậm trễ này bằng
cách tiêu chuẩn hóa khả năng dịch vụ thay vì chuẩn hóa dịch vụ riêng lẻ.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xviii
Mục đích của IMS là giảm thời gian để đưa ra một dịch vụ mới. Trước đây
việc chuẩn hóa dịch vụ và thực hiện kiểm tra năng lực dịch vụ là nguyên nhân
gây trễ đáng kể. Với IMS để giảm thời gian này, người ta chuẩn hóa các năng
lực dịch vụ thay cho việc chuẩn hóa dịch vụ như trước đây.
1.4.7. Hỗ trợ đa truy nhập.
Yêu cầu này giới thiệu các phương thức truy nhập khác ngoài GPRS. IMS
chỉ là một mạng IP và do đó bất kỳ mạng truy nhập nào cũng có thể kết nối
tới IMS. IMS có thể được truy nhập từ mạng WLAN (Wireless Local Area
Network), từ một ADSL, HFC hoặc truy nhập từ modem …
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC VÀ CÁC GIAO THỨC
TRONG IMS.
2.1. Kiến trúc và chức năng các phần tử trong IMS.
Trước khi tìm hiểu kiến trúc của IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng
3GPP không chuẩn hóa các node mà là các chức năng. Điều này có nghĩa
rằng kiến trúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau
thông qua các giao tiếp đã được chuẩn hóa.
Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp dịch vụ (lớp ứng dụng), lớp điều
khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người
dùng).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xix
Hình 2.1. Kiến trúc phân lớp của IMS.
• Lớp dịch vụ bao gồm các máy chủ ứng dụng AS (Application Server)
và các máy chủ thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server).
• Lớp điều khiển bao gồm nhiều hệ thống con trong đó có hệ thống IMS
lõi.
• Lớp vận tải bao gồm thiết bị người dùng UE (User Equipment), các
mạng truy nhập kết nối vào mạng lõi IP. Hai thực thể chức năng NASS
và RACS định nghĩa bởi TISPAN có thể được xem như thuộc lớp vận
tải hay thuộc lớp điều khiển ở trên.
Tại thời điểm hiện tại, kiến trúc cuối cùng của IMS chưa được thống nhất.
Tuy nhiên về cơ bản nó sẽ vẫn dựa trên các thành phần như miêu tả trong
hình 2.1. Một điểm đáng lưu ý là kiến trúc IMS là một kiến trúc chức năng,
tức là các thực thể được định nghĩa dựa theo các chức năng của chúng. Điều
này có nghĩa là chúng có thể được thiết kế trên cùng một thiết bị phần cứng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xx
2.1.1. Lớp dịch vụ.
2.1.1.1. Máy chủ ứng dụng (Appication Server - AS).
AS là một thành phần SIP, thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý dịch vụ.
Tùy thuộc vào dịch vụ thực tế mà AS hoạt động trong chế độ SIP Proxy, SIP
UA hay SIP B2BUA. Các AS kết nối với S-CFCS thông qua giao tiếp SIP.
Có 3 loại AS: SIP AS, OSA-SCS, IM-SSF. Các máy chủ OSA-SCS, IM-SSF
đóng vai trò làm cầu nối để IMS giao tiếp với OSA và gsmSCF. Ngoài ra các
máy chủ có thể được kết nối tới HSS để tải về hoặc gửi lên các thông tin dữ
liệu của khách hàng. SIP AS, OSA-SCS giao tiếp với HSS thông qua giao
thức Diameter trong khi đó IM-SSF sử dụng giao tiếp MAP (Mobile
Application Part).
AS có thể đặt ở mạng nhà hoặc ở mạng ngoài mà nhà điều hành mạng
nhà xác
nhận
sự đồng ý dịch vụ. Nếu AS đặt ở ngoài mạng nhà, nó không
tương tác với
HSS.
Các AS được mô tả theo Hình 2.2:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xxi
Hình 2.2. Các máy chủ ứng dụng IMS.
 SIP AS: Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các
dịch vụ đa phương tiện IP dựa trên nền SIP.
 Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA: OSA-SCS (Open Service Access –
Service capability Server): AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng
dụng truy nhập dịch vụ mở (OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS
đặc biệt là khả năng truy nhập bảo mật từ các mạng bên ngoài. OSA-SCS giao
tiếp với máy chủ ứng dụng OSA thông qua giao diện lập trình ứng dụng API
(Application Programming Interface).
 Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP: IM-SSF (IP Multimedia Service
Switching Function): Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử
dụng lại dịch vụ logic cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xxii
mạng di động (CAMEL - Customized Applications for Mobile network
Enhanced Logic) mà đã được phát triển trong hệ thống GSM. IM-SSF cho
phép chức năng điều khiển dịch vụ GSM (gsmSCF – GSM Service Control
Function) thực hiện điều khiển các phiên IMS. IM-SSF giao tiếp với gsmCSF
thông qua giao tiếp CAP (CAMEL Application Part).
2.1.1.2. Máy chủ quản lý Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF.
 Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber
Server) là trung tâm lưu trữ cho thông tin người dùng, nó được phát triển từ
HLR (Home Location Register) trong hệ thống GSM. HSS là một cư sở dữ
liệu lưu trữ thông tin của tất
các
các thuê bao khách hàng. Dữ liệu này bao
gồm thông tin vị trí, thông tin bảo mật (bao gồm cả thông tin nhận thực và
cho phép), thông tin hồ sơ thuê bao (bao gồm các dịch vụ mà người dùng đã
đăng ký) và S-CSCF được phân bổ cho thuê bao…
Trong một mạng IMS có thể có nhiều hơn một HSS, thông thường HSS
được xây dựng theo cơ chế có dự phòng để tránh bị mất thông tin khi có lỗi
xảy ra.
 Chức năng định vị thuê bao SLF (Subscriber location Function) là
một CSDL nhằm xác định thông tin của khách hàng đang được lưu trên HSS
nào. Chính vì vậy với những mạng mà chỉ có 1 HSS thì không yêu cầu phải
có SLF, tuy nhiên trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức
năng định vị người dùng SLF sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang
chứa hồ sơ của người dùng tương ứng.
Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành
riêng cho IMS.
2.1.2. Lớp lõi IMS.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xxiii
Chức năng của lõi IMS là quản lý việc tạo lập phiên liên lạc và dịch vụ đa
phương tiện. Các chức năng của nó bao gồm:
2.1.2.1. Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF - Call Session Control
Function.
Chức năng này là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử lý các bản
tin báo hiệu SIP trong hệ thống IMS. CSCF có nhiệm vụ thiết lập, theo dõi,
hỗ trợ và giải phóng các phiên đa phương tiện cũng như quản lý những tương
tác dịch vụ của người dùng. Tùy thuộc vào chức năng mà nhà khai thác cung
cấp CSCF có 3 loại:
- P-CSCF (Proxy-CSCF).
- I-CSCF (Interrogating-CSCF).
- S-CSCF (Serving-CSCF).
Hình 2.3. Kiến trúc các CSCF.
 Proxy-CSCF (P-CSCF) là một proxy SIP. Sở dĩ gọi là proxy vì nó có
thể nhận các yêu cầu dịch vụ, xử lý nội bộ hoặc chuyển tiếp yêu cầu đến các
bộ phận khác trong hệ thống IMS. P-CSCF là điểm kết nối đầu tiên (chức
năng báo hiệu) giữa các đầu cuối IMS và mạng IMS - là điểm kết nối đầu tiên
giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Theo quan điểm từ SIP thì P-
CSCF đóng vai trò là một máy chủ outbound/inbound SIP Proxy, điều này có
nghĩa rằng tất cả các yêu cầu khởi tạo phiên được xuất phát hoặc gửi đến một
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
UE S-CSCF
BGCF
HSS
I-CSCF
PDF
P-CSCF
MGCF
IMS-MGW
xxiv
đầu cuối IMS đều phải chuyển giao qua P-CSCF sau đó nó thực hiện chuyển
tiếp các bản tin SIP yêu cầu và đáp ứng tới hướng tương ứng.
Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên phải đăng ký với P-
CSCF trong mạng mà nó đang kết nối. Một P-CSCF được chỉ định cho một
đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký và không thay đổi trong khoảng
thời gian này. Chức năng của P-CSCF bao gồm:
- P-CSCF nằm trên đường truyền của tất cả các thông điệp báo hiệu trong
hệ thống IMS. Nó có khả năng kiểm tra bất kỳ thông điệp nào. 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 những thông điệp phản hồi từ máy chủ SIP về UE, điều này
ngăn chặn quá trình khởi tạo các bản tin không đúng theo khuôn dạng của SIP
từ các đầu cuối IMS.
- P-CSCF xác thực người dùng và thiết lập kết nối bảo mật IPSec với thiết
bị IMS của người dùng. Nó còn có vai trò ngăn cản các tấn công như
spoofing, replay để đảm bảo sự bảo mật và an toàn cho người dùng.
- P-CSCF cũng bao gồm các chức năng nén và giải nén các bản tin SIP. Cơ
chế này giúp giảm được thời gian trễ khi truyền lan các bản tin SIP trong
mạng, giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường
truyền tốc độ thấp.
- 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.
- P-CSCF cũng tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ.
- P-CSCF có thể được đặt trong mạng chủ hoặc mạng khách, đối với mạng
di động dựa trên nền GPRS, P-CSCF luôn được đặt cùng vị trí với nút hỗ trợ
cổng vào ra GPRS (GGSN - Gateway GPRS Support Node).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.
xxv
 Serving-CSCF (S-CSCF) là một nút trung tâm của hệ thống báo tín
hiệu IMS. S-CSCF vận hành giống như một máy chủ SIP nhưng nó bao hàm
cả chức năng quản lý phiên dịch vụ. Các chức năng chính của S-CSCF bao
gồm:
- Tiến hành các đăng ký SIP nhằm thiết lập mối liên hệ giữa địa chỉ người
dùng (địa chỉ IP của thiết bị) với địa chỉ SIP. S-CSCF đóng vai trò như một
máy chủ Registar trong hệ thống SIP, có nghĩa là S-CSCF duy trì một liên kết
giữa vị trí người dùng (như địa chỉ IP mà người dùng log vào hệ thống) và
bản ghi địa chỉ SIP của người dùng.
- S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS về
người dùng. Nó có thể kiểm tra bất kỳ thông điệp nào nếu muốn.
- S-CSCF giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ cho
người dùng. Nó giữ vai trò định tuyến dịch vụ thông qua việc sử dụng giải
pháp DNS/ENUM (Electronic Numbering).
- S-CSCF thực hiện các chính sách của nhà cung cấp dịch vụ. S-CSCF
tương tác với máy chủ AS để yêu cầu các hỗ trợ dịch vụ cho khách hàng. S-
CSCF liên lạc với HSS để lấy thông tin, cập nhật thông tin về hồ sơ người
dùng và tham gia vào quá trình tính cước dịch vụ.
- S-CSCF luôn được đặt trong mạng chủ.
 Interrogating-CSCF (I-CSCF) trong hệ thống mạng của một nhà cung
cấp dịch vụ là điểm liên lạc cho tất cả các kết nối hướng đến một UE nằm
trong mạng đó. Địa chỉ IP của I-CSCF được chứa trong máy chủ DNS của hệ
thống. Chức năng của I-CSCF bao gồm:
- Định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-
CSCF tương ứng. Để làm được điều này, I-CSCF sẽ liên lạc với HSS (thông
qua DIAMETER) để cập nhật địa chỉ S-CSCF tương ứng của người dùng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. SVTH: Lô Thị Hiểu.

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×