Tiểu luận môn Điện tử - Viễn thông: Công nghệ IMS

Chia sẻ: Đây- Rồi Hung | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận môn học tiến hành tìm hiểu ưu điểm và nhược điểm của công nghệ IMS; cơ sở lý thuyết; mô hình một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS; kết quả giải pháp phát triển và triển khai IMS ở Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận môn Điện tử - Viễn thông: Công nghệ IMS

Đề tài: Công nghệ IMS Giảng viên hướng dẫn: Nhóm: G2H thực hiện: Nguyễn Việt Hưng Trần Tiến Hùng Nguyễn Trường Giang Hà Nội: T10/2020 MỤC LỤC I - Ưu nhược điểm 1.1 - lợi ích của IMS…………………………………………………………………………………………… ……………6 1.2 - Điểm yếu của IMS…………………………………………………………………………………………… ………7 II – Cơ Sở Lý Thuyết 2.1 - IMS là gì ? Tìm hiểu về IMS……………………………………………………………………………………..9 2.2 - Đôi nét về tiến trình chuẩn hóa IMS………………………………………………………………………..9 1
2.3 - Kiến trúc IMS…………………………………………………………………………………………… ……………..11 2.3.1 - Lớp dịch vụ …………………………………………………………………………………………………….. 11 2.3.2 - Lớp lõi IMS………………………………………………………………………………………………… …….12 2.3.3 - Lớp vận tải………………………………………………………………………………………………… ……..14 III - Mô hình một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS 3.1 - Giao thức sip …………………………………………………………………………………………………… ………16 3.1.1 - Tổng quan về giao thức SIP……………………………………………………………………………….16 3.1.2 - Cấu trúc SIP………………………………………………………………………………………………… …….16 3.1.2.1 - Máy chủ………………………………………………………………………………………………..1 6 3.1.2.2 - Máy khách…………………………………………………………………………………………….1 6 3.1.3 Bản tin SIP………………………………………………………………………………………………… …………17 3.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP………………………………………………………………………………17 3.1.5 Tính năng của SIP………………………………………………………………………………………………..1 7 2
3.2 - Giao thức Diameter …………………………………………………………………………………………………17 3.2.1 - Tổng quan về giao thức Diameter……………………………………………………………………….17 3.2.2 - Cấu trúc giao thức Diameter………………………………………………………………………………17 3.2.3 - Bản tin………………………………………………………………………………………………… ……………..18 3.2.3.1 - Cấu trúc Diameter header……………………………………………………………………….18 3.2.3.2 - Cấu trúc AVP……………………………………………………………………………………………18 3.2.4 - Bảo mật trong bản tin Diameter…………………………………………………………………………18 3.2.5 - Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter…………………………………………………..18 3.3 - COPS Giao thức COPS 3.3.1 - Tổng quan về giao thức COPS………………………………………………………………………….19 3.3.2 - Chức năng chính của COPS………………………………………………………………………………19 3.3.2.1 - Bản tin COPS…………………………………………………………………………………………19 3.4 - Giao thức Megaco/H.248…………………………………………………………………………………… …..19 3.4.1 - Tổng quan về giao thức Megaco/H.248…………………………………………………………….19 3.4.2 - Cấu trúc Gateway trong Megaco/H.248…………………………………………………………….19 3.4.3 - Termination và Context……………………………………………………………………………………..20 3
3.4.3.1 – Termination……………………………………………………………………………………… ……20 3.4.3.2 – Context…………………………………………………………………………………………… …….20 3.4.4 - Một số lệnh của Megaco/H.248………………………………………………………………………….20 3.4.5 - Hoạt động của Megaco/H.248…………………………………………………………………………….20 3.5 - Các luồng xử lý trong IMS…………………………………………………………………………………………..20 3.5.1 - Đăng ký vào mạng IMS………………………………………………………………………………………..20 3.5.2 - Xóa đăng ký………………………………………………………………………………………………… ………21 3.5.3 - Thủ tục thiết lập phiên…………………………………………………………………………………………21 IV - Kết quả giải pháp triển khai IMS tại VNPT 4.1 - Giới thiệu viễn thông Việt Nam ………………………………………………………………………………….22 4.2 - Kiến trúc mạng viễn thông Việt Nam…………………………………………………………………………..22 4.3 - Tình hình triển khai NGN ở Việt Nam………………………………………………………………………….23 4.4 - Giải pháp triển khai IMS tại VNPT………………………………………………………………………………23 4.4.1 Tổng quan giải pháp triển khai IMS……………………………………………………………………….23 4.4.2 - Kiến trúc triển khai hệ thống IMS của VNPT…………………………………………………………23 4.4.3 - Dịch vụ VoIP triển khai trên IMS………………………………………………………………………25 4
4.5 - Mô phỏng trên Open IMS Core………………………………………………………………………………..25 4.5.1 - Giới thiệu chung OPEN IMS Core [11] ………………………………………………………………..25 4.5.2 Triển khai mô hình mô phỏng………………………………………………………………………………27 V- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO……………………………………………………………31 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………………………………… 32 5
LỜI NÓI ĐẦU Chính sự phát triển với tốc độ chóng mặt của các dịch vụ đa phương tiện với yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ cao đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực công nghệ viễn thông. Cùng với đó, sự phát triển nhanh chóng của các mạng di động và cố định, các mạng truyền dẫn qua vệ tinh đã làm nảy sinh các ý tưởng về khả năng hội tụ các mạng này. Đó là khởi nguồn để phân hệ đa truyền thông IP IMS ra đời và phát triển. Các nhà khai thác viễn thông lớn ở Việt nam như VNPT, Vietel.. đang từng bước triển khai các công nghệ này vào mạng của mình. IMS là kiến trúc mạng được 3GPP phát minh và chuẩn hóa. Khởi đầu IMS đưa ra với mục đích ứng dụng cho kiến trúc mạng sử dụng toàn IP cho các mạng di động theo kiến trúc của 3GPP. Với những ưu điểm về kiến trúc phân lớp, tính kết nối IP, khả năng điều khiển phiên cho các ứng dụng ngang hàng, IMS đã khẳng định hướng đi đúng cho việc phát triển mạng di động dựa trên nền IP. • Hiệu năng cao, dễ dàng mở rộng để nâng cao năng lực xử lý • Hỗ trợ ảo hóa 6
I -Ưu nhược điểm 1.1 - Lợi ích của IMS IMS, tạm dịch là hệ thống con đa phương tiện IP, không đơn thuần là một nền tảng dịch vụ (service plaftorm) mà là một kiến trúc mạng dùng để thao tác, quản lý và điểu khiển các dịch vụ đa phương tiện đến người dùng cố định và di động. IMS định nghĩa một lớp quản lý dịch vụ chung cho tất cả các loại hình dịch vụ đa phương tiện, độc lập với loại hình mạng truy nhập mà người dùng đang kết nối. IMS xây dựng trên nền mạng lõi IP và cho phép nhiều mạng truy nhập khác, bao gồm cả mạng di động lẫn mạng cố định, kết nối với nhau thông qua lớp dịch vụ chung để cung cấp các gói dịch vụ hội tụ. Ngày nay Internet đã trở thành một phần cuộc sống của hơn 15% số người trên trái đất. Internet cung cấp phương thức để mọi người có thể liên lạc, trao đổi, tuơng tác và làm việc cùng với nhau. Trong khi các mạng vận tải dữ liệu không cần thời gian thực được sử dụng chủ yếu trong thế hệ Internet đầu tiên thì ngày nay các dịch vụ thời gian thực (hoặc gần thực) với chất lượng dịch vụ QoS cao ngày càng được phát triển rộng rãi. Sự chuyển đổi theo khuynh hướng hội tụ nhiều hệ thống mạng khác nhau trên nền toàn IP sẽ sớm trở thành hiện thực. Trong bối cảnh đó, người dùng trong tương lai mong muốn có các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, mang tính cá nhân, có khả năng tương tác thời gian thực mọi lúc mọi nơi trên mọi thiết bị sử dụng. Điều này đặt ra nhữnng yêu cầu mới cho kiến trúc hạ tầng mạng viễn thông. Trong bối cảnh đó, IMS được xem như là một giải pháp hứa hẹn để thỏa mãn tất cả những mục tiêu kể trên cho một thế hệ mạng tương lai. 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 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. Kiến trúc IMS cung cấp nhiều giá trị gia tăng cho nhà cung cấp mạng, người phát triển ứng dụng, người cung cấp dịch vụ cũng như người sử dụng các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc IMS giúp các dịch vụ mới được triển khai một cách nhanh chóng với chi phí thấp. IMS cung cấp khả năng tính cước phức tạp hơn nhiều so với hệ thống tài khoản trả trước hay trả sau, ví dụ như việc tính cước theo từng dịch vụ sử dụng hay phân chia cước giữa các nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp mạng. Khách hàng sẽ chỉ nhận một bảng tính cước phí duy nhất từ một nhà cung cấp mạng thường trú. IMS hứa hẹn mang đến nhiều dịch vụ đa phương tiên, giàu bản sắc theo yêu cầu và sở thích của từng khách hàng, do đó tăng sự trải nghiệm của khách hàng (customer experience). Với IMS, nhà cung cấp mạng sẽ không chỉ làm công tác vận tải thông tin một cách đơn thuần mà trở thành tâm điểm trong việc phấn phối dung lượng thông tin trong mạng, 7
đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng như kịp thời thay đổi để đáp ứng các tình huống khác nhau của khách hàng. Tóm lại, IMS tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng mới, giúp nhà cung cấp mạng giảm chi phí triển khai, vận hành và quản lý, đồng thời tăng lợi nhuận nhờ các dịch vụ mới. Và cuối cùng IMS mang lại những dịch vụ mới hướng đến sự tiện nghi cho khách hàng. 1.2 - Điểm yếu của IMS IMS đang thiếu một mô hình kinh doanh có sức thuyết phục để các nhà cung cấp mạng chấp nhận triển khai IMS. Điểm nối bật của IMS là hướng đến một mô hình mạng hội tụ. Tuy nhiên, điều này không dễ dàng thuyết phục một nhà cung cấp mạng triển khai IMS. Với IMS, khách hàng đăng ký với một nhà cung cấp mạng (network operator) có thể dùng dịch vụ của nhiều nhà cung cấp dịch vụ (service providers) khác nhau. Do vậy, IMS sẽ dẫn đến sự cạnh tranh giữa nhà cung cấp mạng và những nhà cung cấp dịch vụ nội dung của thế giới Internet (Microsoft, Google…). Thay vì tăng thêm lợi nhuận nhờ các dịch vụ giá trị gia tăng, nhà cung cấp mạng có thể sẽ phải chịu thất bại trong việc cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ. Do vậy, nhiều nhà cung cấp mạng đang còn rất dè dặt khi quyết định triển khai IMS. Đây là một vấn đề mang tính chiến lược chứ không phải là một vấn đề về công nghệ. Về mặt kỹ thuật, một trong những điểm yếu mà nhiều người nhắc đến nhiều nhất là tính bảo mật của IMS. Trong các yếu tố về bảo mật có thể kể đến các vấn đề liên quan đến quản lý nhận dạng người dùng bao gồm các lỗi như Call ID spoofing, ăn cắp ID, tấn cống DoS/DDoS, spam. Điểm yếu bảo mật nằm ở thiết bị SIP vì nó chưa có một cơ chế chứng nhận thực tốt như trong mạng thông tin di động tế bào (ví dụ bảo mật qua SIM). Thêm vào đó là sự hội tụ giữa nhiều loại hình mạng cũng gây không ít khó khăn trong việc quản lý bảo mật. Hiện tại, Release 8 của 3GPP đang xem xét một cách nghiêm túc vấn đề bảo mật này. IMS hướng đến hội tụ, hướng đến việc nhiều hệ thống, nhiều mạng có thể tương vận với nhau. Tuy nhiên, đây cũng chính là một khó khăn mà IMS đang gặp phải. Việc các thiết bị có nguồn gốc từ nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể tương vận được với nhau không phải là một điều dễ dàng. Bên cạnh đó, nhiều giao thức cũng chưa được chấp nhận và triển khai rộng rãi, ví dụ như trường hợp của giao thức DIAMETER. 8
TI SPAN IMS architecture with interfaces IMS chỉ tập trung đến quản lý dịch vụ, do đó thiếu các ứng dụng “hấp dẫn” mang đặc thù riêng của IMS. Đa phần các dịch vụ mà IMS hiện đang hỗ trợ điều có thể thực hiện được không cần đến IMS (ví dụ sử dụng SIP). Hệ thống IMS khá phức tạp và chi phí để triển khai một hệ thống như thế là không nhỏ. Bên cạnh đó, hiện chưa có giải pháp cho việc chuyển tiếp dần từ mạng hiện tại lên IMS. Và một câu hỏi đặt ra là liệu các nhà cung cấp mạng có thể sử dụng lại những dịch vụ đã tồn tại mà không cần phải thay đổi quá nhiều. IMS hướng đến dịch vụ đa phương tiện, tuy nhiên tính đến thời điểm này các dịch vụ như P2P, IPTV, VPN còn chưa được tích hợp và chuẩn hóa trên nền IMS. Mặc dù IMS nhắm đến việc đảm bảo chất lượng dịch vụ nhưng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ khi chuyển đổi từ loại hình mạng này sang loại hình mạng khác (trong môi trường mạng hội tụ), hay từ mạng của nhà cung cấp mạng này sang mạng của nhà cung cấp mạng khác vẫn còn là một vấn đế chưa được giải quyết. Kiến trúc IMS thiếu một thực thể trung tâm để quản lý tài nguyên chung. Bài toán quản lý di động, chuyển 9
giao giữa nhiều loại hình mạng khác nhau, cũng đặt ra những khó khăn nhất định cho việc cung cấp quản lý dịch vụ IMS. Bên cạnh các chức năng kể trên, muốn vận hành tốt IMS cần phải có các chức năng theo dõi, quản lý và sữa lỗi của hệ thống. Trong môi trường mạng hội tụ, nếu một cuộc gọi bị rớt, chưa có một cơ chế nào để có thể xác định vị trí diễn ra lỗi (debugging) II - Cơ sở lý thuyết 2.1 - IMS là gì ? Tìm hiểu về IMS IMS, thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, 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. 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. IMS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Nó đã và đang được tập trung nghiên cứu cũng như thu hút được sự quan tâm lớn của giới công nghiệp. Tuy nhiên IMS cũng gặp phải những khó khăn nhất định và cũng chưa thật sự đủ độ chín để thuyết phục các nhà cung cấp mạng đầu từ triển khai nó. Kiến trúc IMS được cho là khá phức tạp với nhiều thực thể và vô số các chức năng khác nhau. Bài viết này giúp bạn đọc có một cái nhìn tổng quan từ khía cạnh công nghệ của giải pháp IMS. Nó cũng chỉ ra những lợi ích và khó khăn mà IMS đang phải đương đầu. 2.2 - Đôi nét về tiến trình chuẩn hóa IMS IMS được định hình và phát triển bởi diễn đàn công nghiệp 3G.IP, thành lập năm 1999. Kiến trúc ban đầu của IMS được xây dựng bởi 3G.IP và sau đó đã được chuẩn hóa bởi 3GPP (3rd Generation Partnership Project) trong Release 5 công bố tháng 3 năm 2003. Trong phiên bản đầu tiên này, mục đích của IMS là tạo thuận lợi cho việc phát triển và triển khai dịch vụ mới trên mạng thông tin di động. Tiếp đến, tổ chức chuẩn hóa 3GPP2 đã xây dựng hệ thống CDMA2000 Multimedia Domain (MMD) nhằm hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trong mạng CDMA2000 dựa trên nền 3GPP IMS. Trong Release 6 của 3GPP IMS, cùng với khuynh hướng tích hợp giữa mạng tế bào và mạng WLAN, mạng truy nhập WLAN đã được đưa vào như một mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập tế bào. 10
3G PP / TISPAN IMS architectural overview 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. Kết hợp với TISPAN, trong Release 7 của IMS, việc cung cấp dịch vụ IMS qua mạng cố định đã được bổ sung. Năm 2005, phiên bản Release 1 của TISPAN về NGN được coi như một sự khởi đầu cho hội tụ cố định-di động trong IMS. Gần đây, 3GPP và TISPAN đã có được một thỏa thuận để cho ra phiên bản Release 8 của IMS với một kiến trúc IMS chung, có thể hỗ trợ các kết nối cố định và các dịch vụ như IPTV. 11
2.3 - Kiến trúc IMS Kiến trúc IMS được phân thành 3 lớp : lớp ứng dụng, lớp điều khiển (hay còn gọi là lớp IMS hay IMS lõi) và lớp vận tải (hay lớp người dùng) 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. 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. 2.3.1 - Lớp dịch vụ : Máy chủ ứng dụng AS (Application Server) là nơi chứa đựng và vận hành các dịch vụ IMS. AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng. Máy chủ VCC (Voice Call Continuity), đang được phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP, là một ví dụ về máy chủ ứng dụng AS. AS có thể thuộc mạng thường trú hay thuộc một mạng thứ ba nào đó. Nếu AS là một phần của mạng thường trú, nó có thể giao tiếp trực tiếp với HSS thông qua giao thức DIAMETER để cập nhật thông tin về hồ sơ người dùng (user profiles). AS có thể cung cấp các dịch vụ như quản lý sự hiện diện (presence) của người dùng trên mạng, quản lý quá trình hội thảo trực tuyến, tính cước trực tuyến… Máy chủ quản lý thuê bao thường trú HSS (Home Subscriber Server) có thể xem như là một cải tiến của bộ đăng ký định vị thường trú HLR (Home Location Register). HSS là 12
một cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin của tất cả khách hàng thuê bao. Nó chứa đựng các thông tin như nhận dạng người dùng, tên của S-CSCF gán cho người dùng, hồ sơ roaming, thông số xác nhận thực cũng như thông tin về dịch vụ thuê bao. Trong trường hợp có nhiều HSS trong cùng một mạng, chức năng định vị người dùng SLF (Subscriber location Function) sẽ được thiết lập nhằm xác định HSS nào đang chứa hồ sơ của người dùng tương ứng. 2.3.2 - Lớp lõi IMS : 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: CSCF (Call Session Control Function) 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. CSCF được phân ra 3 loại : Serving-CSCF, Proxy-CSCF và Interogating-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. Đây là điểm kết nối đầu tiên giữa hạ tầng IMS và người dùng IMS/SIP. Một vài hệ thống mạng có thể dùng 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 hoặc sẽ được cung cấp khi người dùng tiến hành thiết lập kết nối PDP (Packet Data Protocol) trong mạng thông tin di động gói tế bào. Chức năng của P-CSCF bao gồm: o 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. o 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. o P-CSCF cũng có thể nén và giải nén các thông điệp SIP để giảm thiểu khối lượng thông tin báo hiệu truyền trên những đường truyền tốc độ thấp. 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. 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: 13
o 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. o 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. o 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). o 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. 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 công bố trong máy chủ DNS của hệ thống. Chức năng của I-CSCF bao gồm: o 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. Nếu như chưa có S-CSCF nào được gán cho UE, I-CSCF sẽ tiến hành gán một S-CSCF cho người dùng để nó xử lý yêu cầu SIP. o Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác. BGCF (Breakout Gateway Control Function) là một máy chủ SIP chứa đựng chức năng định tuyến dựa trên số điện thoại. Nó được sử dụng khi một thiết bị IMS thực hiện cuộc gọi đến mạng nối chuyển mạch hay mạng điện thoại cố định truyền thống PSTN. BGCF hỗ trợ khả năng kết nối liên mạng thông qua việc định tuyến yêu cầu SIP trong trường hợp S-CSCF xác định rằng không thể định tuyến yêu cầu này bằng DNS/ENUM. BGCF sẽ xác định nút mạng tiếp theo trên đường định tuyến, hoặc là MGCF hoặc là một BGCF của mạng khác rồi chuyển báo hiệu đến nút mạng tương ứng. MGCF ( Media Gateway Control Function) có nhiệm vụ quản lý cổng phương tiện, bao hàm các chức năng như: liên lạc với S-CSCF để quản lý các cuộc gọi trên kênh phương tiện, làm trung gian chuyển đổi (conversion) giữa giao thức báo hiệu ISUP và SIP. MGCF quản lý một hay nhiều IM-MGW (IP Multimedia- Media Gateway). IM-MGW sẽ tương tác với MGCF để quản lý tài nguyên. IM- MGW đóng vai trò là điểm chuyển đổi nội dung đa phương tiện giữa mạng 14
chuyển nối gói và chuyển nối mạch khi thông tin truyền từ mạng này sang mạng khác. Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function) có thể phân ra thành 2 thành phần: MRFC (Media Resource Function Controller) và MRFP (Media Resource Function Processor). MRFC có vai trò quản lý tài nguyên cho các dòng dữ liệu đa phương tiện trong MRFP (Media Resource Function Processor), giải mã thông điệp đến từ máy chủ ứng dụng AS truyền qua S-CSCF, điều khiển MRFP tương ứng cũng như tham gia vào quá trình tính cước. MRFP đóng vai trò quan trọng trong việc thích ứng nội dụng dịch vụ, chuyển đổi định dạng (transcoding) nội dung. 2.3.3 - Lớp vận tải: Ở đây, chúng ta tạm xem NASS và RACS là 2 thành phần thuộc lớp vận tải. Vài trò của 2 thành phần này được miêu tả dưới đây: NASS ( Network Attachment Subsystem): Chức năng chính của NASS bao gồm: o Cung cấp một cách linh hoạt địa chỉ IP cũng như các thông số cấu hình khác cho UE (sử dụng DHCP) o Xác nhận thực người dùng trước và trong quá trình cấp phát địa chỉ IP o Cấp phép cho mạng truy nhập dựa trên hồ sơ mạng o Quản lý định vị người dùng o Hỗ trợ quá trình di động và roaming của người dùng. RACS (Resource & Admission Control Functionality) bao gồm 2 chức năng chính là: chức năng quyết định chính sách dịch vụ (S-PDF) và chức năng điều khiển chấp nhận kết nối và tài nguyên truy nhập (A-RACF). S-PDF (Serving Policy Decision Function) dưới yêu cầu của các ứng dụng, sẽ tạo ra các quyết định về chính sách (policy) bằng việc sử dụng các luật chính sách và chuyển những quyết định này tới A-RACF. S-DPF cung cấp một cách nhìn trừu tượng về các chức năng truyền tải với nội dung hay các dịch vụ ứng dụng. Bằng cách sử dụng S-DPF, việc xử lý tài nguyên sẽ trở nên độc lập với việc xử lý dịch vụ. A-RACF (Access Resource and admission Control Function) nhận các yêu cầu về tài nguyên QoS từ S-PDF. A-RACF sẽ sử dụng thông tin QoS nhận được từ S-PDF để quyết định chấp nhận hay không chấp nhận kết nối. A-RACF cũng thực hiện chức năng đặt trước tài nguyên và điều khiển các thực thể NAT/Firewall. 15
3GPP / TISPAN IMS architectural overview – HSS in IMS layer (as by standard) Đa phần các giao thức sử dụng trong IMS được chuẩn hóa bởi IETF (Internet Engineering Task Force), điển hình nhất là giao thức tạo phiên SIP (Session Initiation Protocol). Rất nhiều các phát triển và cải tiến của SIP để hỗ trợ các chức năng theo yêu cầu của hệ thống IMS đã được đề nghị và chuẩn hóa bởi IETF như SIP hỗ trợ tính cước, bảo mật v.v. Bên cạnh IETF và TISPAN, một tổ chức chuẩn hóa khác mà 3GPP hợp tác chặt chẽ trong việc phát triển IMS là Liên minh di động mở OMA (Open Mobile Alliance) nhằm phát triển các dịch vụ trên nền IMS. Một trong những dịch vụ do OMA phát triển là Push-to-Talk over Cellular (PoC) hay OMA SIMPLE Instant Messaging 16
III - Mô hình một số giao thức cơ bản và xử lý luồng trong IMS 3.1 - Giao thức sip 3.1.1 - Tổng quan về giao thức SIP SIP là giao thức khởi tạo phiên, dùng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc các cuộc gọi điện thoại VoIP. SIP được phát triển bởi IETF và ban hành trong tài liệu RFC 3261 vào tháng 5 năm 2003. SIP có thể sử dụng cho rất nhiều các dịch vụ khác nhau trong mạng IP như dịch vụ tin nhắn, thoại, hội nghị thoại, hội nghị truyền hình, email, dạy học từ xa, quảng bá, … SIP sử dụng khuôn dạng text, một khuôn dạng thường gặp trong mạng IP. Nó kế thừa các các nguyên lý và khái niệm của các giao thức Internet như HTTP và SMTP. SIP sử dụng một số kiểu bản tin và các trường header của HTTP, xác định nội dung luồng thông tin theo header. 3.1.2 - Cấu trúc SIP 3.1.2.1 - Máy chủ Là một chương trình ứng dụng chấp nhận các bản tin yêu cầu từ máy khách để phục vụ các yêu cầu này và gửi trả các đáp ứng cho các yêu cầu đó. Ta có các loại máy chủ sau: Người dùng là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP - Máy chủ ủy quyền - Máy chủ định vị - Máy chủ chuyển đổi địa chỉ - Máy chủ đăng ký 3.1.2.2 - Máy khách Máy khách trong giao thức SIP chính là các thiết bị mà người dùng sử dụng để khởi tạo yêu 17
cầu SIP đến các máy chủ. Thiết bị này có thể là các thiết bị phần cứng hổ trợ chuẩn SIP như điện thoại IP hay là phần mềm hổ trợ chuẩn SIP như Express Talk, Sidefisk,… hay hổ trợ cả IMS như: Mercuro IMS Client, UCT Client, OpenIC_Lite,. . . 3.1.3 Bản tin SIP SIP sử dụng các bản tin để khởi tạo, hiệu chỉnh và kết thúc phiên giữa các người dùng. 3.1.4 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP 3.1.5 Tính năng của SIP Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau: Tích hợp với các giao thức đã có của IETF. Đơn giản và có khả năng mở rộng. Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối. Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ. - Tích hợp với các giao thức đã có của IETF Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng SIP. SIP có thể hoạt động cùng với nhìu giao thức như: RSVP, RTP, RTSP, SAP, SDP, MIME, HTTP, COPS, OSP. - Đơn giản và có khả năng mở rộng - Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối - Dễ dàng tạo tính năng mới và dịch vụ mới. 3.2 - Giao thức Diameter 3.2.1 - Tổng quan về giao thức Diameter Giao thức Diameter chia ra 2 phần: Diameter Base Protocol và Diameter Application. Diameter Base Protocol cần thiết cho việc phân phối các đơn vị dữ liệu, khả năng thương lượng, kiểm soát lỗi và khả năng mở rộng. Diameter là giao thức truyền thông hoạt động trên giao diện Sh giữa HSS, AS, S-CSCF. 3.2.2 - Cấu trúc giao thức Diameter 18
Trong Diameter có 3 thành phần chính là Server, Client và Agent. Client là một thiết bị ở biên, thực hiện các truy vấn và sử dụng dịch vụ. Một Diameter Agent thực hiện chức năng như một Proxy, Relay, Redirect Agent va dịch các bản tin. Diameter Server quản lý các yêu cầu về AAA cho một hệ thống. 3.2.3 - Bản tin Bản tin Diameter chứa một header và một số cặp giá trị thuộc tính AVP. Header gồm nhiều trường với dữ liệu dạng nhị phân giống header của giao thức IP. 3.2.3.1 - Cấu trúc Diameter header Hình 1.0 Cấu trúc header của Diameter 3.2.3.2 - Cấu trúc AVP AVP chứa thông tin chứng thực, ủy quyền, và thông tin về tài khoản người dùng để định tuyến, bảo mật, thông tin cấu hình có liên quan đến yêu cầu và đáp ứng bản tin. Hình 1.1 Cấu trúc AVP 3.2.4 - Bảo mật trong bản tin Diameter Client trong giao thức Diameter phải hổ trợ chuẩn IPSec và có thể hổ trợ TLS.Server phải hổ trợ cả 2 chuẩn trên. Để bảo mật, khuyến nghị rằng nên sử dụng IPSec ở các nút trong cùng một miền 19
như giữa Client và Proxy và sử dụng TSL để bảo mật khi có giao dịch giữa các miền với nhau. 3.2.5 - Khả năng kiểm soát lỗi của giao thức Diameter Lỗi trong giao thức Diameter chia thành 2 loại: lỗi giao thức và lỗi ứng dụng 3.3 - COPS Giao thức COPS 3.3.1 - Tổng quan về giao thức COPS COPS là giao thức được IETF chuẩn hóa nhằm thực hiện việc quản lý, cấu hình và áp đặt chính sách. Giao thức này hoạt động theo mô hình Client-Server. 3.3.2 - Chức năng chính của COPS Giao thức này giao việc cho Client hỗ trợ cho mô hình Client/Server. Trong đó Client sẽ gửi những bản tin: yêu cầu, cập nhật, và xóa tới PDP và PDP gửi trả những quyết định cho PEP. 3.3.2.1 - Bản tin COPS * COPS Header Hình 1.2 COPS header 3.4 - Giao thức Megaco/H.248 3.4.1 Tổng quan về giao thức Megaco/H.248 Megaco được phát triển bởi IETF (đưa ra vào cuối năm 1998), còn H. 248 được đưa ra vào tháng 5/1999 bởi ITU-T. Sau đó cả IETF và ITU-T cùng hợp tác thống nhất giao thức điều khiển MG, kết quả là vào tháng 6/2000 chuẩn Megaco/H. 248 ra đời. Megaco/H248 cung cấp một giải pháp toàn diện cho việc điều khiển các MG. Giao thức này hỗ trợ đa phương tiện và các dịch vụ hội thoại nâng cao đa điểm các cú pháp lập trình được nâng cao 20